Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Использование пространства

Обоснование подходов к выбору вариантов использования подземного пространства для размещения гражданских объектов


Обоснование подходов к выбору вариантов использования подземного пространства для размещения гражданских объектов

При планировании развития городского подземного пространства возникает проблема выбора из множества сильно различающихся между собой вариантов при недостатке информации и других сложных условиях. Рассмотрим основные методические подходы.

Выбор должен осуществляться таким образом, чтобы наилучшим путем (вариантом) достичь цели. Полная формализация нахождения наилучшего решения возможна лишь для хорошо изученных и структурированных задач. Для решения слабо структурированных задач используют лишь обычный метод перебора вариантов, который слабо поддается формализации.

Результат выбора — принятие решения — действие над множеством альтернатив, в результате которого получается подмножество выбранных альтернатив (чаще одна, но это не всегда возможно и целесообразно).

Основные виды задач выбора включают в себя следующее [28, 42]: – множество альтернатив может быть конечным, счетным или континуальным; – оценка альтернатив может осуществляться по одному или по нескольким критериям, имеющим количественный или качественный характер; – режим выбора может быть однократным (разовым) или повторяющимся, допускающим обучение на опыте; – последствия выбора могут быть точно известны (выбор в условиях определенности), иметь вероятностный характер, когда известны вероятности возможных исходов после сделанного выбора (выбор в условиях риска), или иметь неоднозначный исход, не допускающий введения — вероятностей (выбор в условиях неопределенности); – ответственность за выбор может быть односторонней (в частном случае индивидуальной) или многосторонней (соответственно различают индивидуальный и групповой выбор); – степень согласованности целей при многостороннем выборе может варьироваться от полного совпадения интересов сторон (кооперативный выбор) до их противоположности (выбор в конфликтной ситуации). Возможны также промежуточные случаи, например компромиссный выбор, коалици
онный выбор, выбор в условиях нарастающего конфликта и т.д.

Применительно к использованию подземного пространства для размещения гражданских объектов главной целью выбора является выявление наилучших для города вариантов, удовлетворяющих в достаточной степени интересы всех участников выбора. Количество возможных альтернатив не ограниченно. Из-за множественности заинтересованных субъектов и их целей предпочтительна многокритериальная оценка. Режим выбора должен быть многоэтапным, повторяющимся и учитывать накапливающийся опыт. Результаты выбора носят вероятностный характер (выбор в условиях риска). Ответственность за выбор чаще всего групповая. Интересы сторон во многом противоречат друг другу (возможны и конфликты), поэтому необходим компромиссный выбор.

Основные применяемые при выборе методы включают: критериальный выбор, попарное сравнение альтернатив (бинарных отношений) и метод функции выбора.

Критериальный язык выбора — наиболее простой и распространенный. Суть его в том, что каждую из отдельно взятых альтернатив можно оценить конкретным числом (критерием), и их сравнение производится по значению критерия.

Критерием качества альтернативы может служить любой ее признак, значение которого можно зафиксировать в некоторой шкале. Критерий — показатель, отражающий степень достижения цели. Измеряться он может в качественной или количественной шкалах. Выявление нескольких целей при принятии решения приводит к многокритериальности задач оптимизации. Попытки алгоритмизации нахождения критериев привели к созданию Теории ценностей (полезностей).

Требования к критериям: как можно более полное отражение цели принятия решения; независимость; непротиворечивость. Для обеспечения полноты охвата целей критерии должны отражать все аспекты главной цели, не пересекаясь между собой. Независимость критериев означает невыводимость их друг из друга.

Часто выбор альтернатив по критерию сводится к отысканию варианта, обладающего оптимальным (максимальным или минимальным) значением критерия. Многокритериальные задачи не имеют однозначного решения, поэтому их обычно стараются свести к однокрите-риальным. Однако это может привести к чрезмерному упрощению выбора и сделать его некорректным.

Возможны следующие методы решения многокритериальных задач: оптимизация по одному «суперкритерию»; условная максимизация; метод уступок; поиск альтернативы с заданными свойствами; нахождение па-ретовского множества альтернатив.

Первый способ состоит в том, чтобы многокритериальную задачу свести к однокритериальной. Функции суперкритерия имеют аддитивный или мультипликативный вид, где каждый частный критерий приводится к остальным по размерности исходя из его вклада (полезности и т.д.) в основной критерий. При этом на выбор в значительной мере влияют значения вклада, различающиеся в зависимости от условий выбора.

Условная максимизация состоит в выделении основного, главного критерия и рассмотрении остальных как дополнительных, сопутствующих, на них задаются ограничения по величине или интервалам, в которых они могут принимать значения.

В ряде случаев пользователь согласен с некоторым снижением величины основного критерия с целью повышения величины второстепенных. В таких ситуациях целесообразно пользоваться методом уступок. Идея этого метода заключается в следующем: частные критерии нумеруются в порядке убывания их важности; сначала оптимизируется первый, при этом устанавливается величина его уступки на достижение оптимизации второго критерия; оптимизируется второй и т.д. При этом предполагается, что разница в важности критериев не слишком велика или оптимизация первых критериев не позволила выбрать единственный вариант.

Поиск альтернативы с заданными свойствами применяется в случаях, когда заранее могут быть указаны значения частных критериев (или их границы), и задача состоит в том, чтобы найти альтернативу, удовлетворяющую этим требованиям либо установлению факта отсутствия такой альтернативы. Желаемые значения критериев или их интервалы называют «уровнями притязаний». Суть метода — начав с любой из альтернатив, последовательно, перебором приближаться к цели путем введения числовой меры близости между очередной альтернативой и целью.

Нахождение паретовского множества заключается в том, что предпочтение одной альтернативе перед другой можно отдавать, только если первая по всем критериям лучше второй. Если же предпочтение хотя бы по одному критерию расходится с предпочтением по другому, то такие альтернативы признаются несравнимыми. Путем попарного сравнения альтернатив все худшие по всем критериям альтернативы отбрасываются, а оставшиеся несравнимые между собой (недоминируемые) принимаются. Если все максимально достижимые значения частных критериев не относятся к одной и той же альтернативе, то принятые альтернативы образуют множество Парето, и выбор на этом заканчивается.

Авторы приводят следующую схему вариантов решения задач с помощью критериального языка (рис. 19).

Язык бинарных отношений при выборе вариантов решений является более общим, чем критериальный. Применяется в тех случаях, когда дать оценку отдельно взятой альтернативе сложно (или невозможно), однако выразить предпочтение при сравнении ее с другой можно. При этом критериальная функция не вводится; для каждой пары альтернатив устанавливается, что одна из них предпочтительнее или они равнозначны, или несравнимы. Предпочтения в одной паре не должны влиять на предпочтения (выбор) в других.

Язык функций выбора еще более общий, чем два предыдущих. Применяется в сложных ситуациях выбора, например, когда предпочтение между двумя альтернативами зависит от остальных, когда понятие предпочтение вообще лишено смысла и др. Функция выбора описывает выбор как операцию над произвольным множеством альтернатив, которая ставит этому множеству в соответствие некоторое его подмножество (отобранных альтернатив).

Групповой выбор применяется тогда, когда стоит задача о выработке некоторого решения, согласующего более одного индивидуального выбора и являющегося в каком-то смысле «общим мнением». Обычно это те случаи, когда знаний (мнений) одного человека для принятия решения недостаточно.

Один из наиболее распространенных принципов согласования решений — правило большинства. Он означает, что принятой всеми считается альтернатива, получившая наибольшее число предпочтений участников. Это самое простое правило. Однако оно лишь обобщает индивидуальные предпочтения, но не является критерием истины. Дальнейшая практика показывает правильность выбранного решения.

Рис. 19. Схема вариантов решения задач с помощью критериального языка

Могут быть случаи, когда правило большинства не срабатывает (голоса распределяются поровну). Это порождает варианты правил «председатель имеет два голоса», «большинство простое» (51 ), «подавляющее большинство» (около 3/4), «абсолютное большинство» (близкое к 100), «принцип единогласия» (консенсус, право вето) и т.д. Среди парадоксов голосования — возможность отказа от выбора из-за недостижения требуемого большинства. Например, когда три эксперта голосуют за три разных решения. Они могут быть решены путем поэтапного (в случае примера — попарного) голосования.

Выбор в условиях неопределенности производится, когда его последствия не известны заранее, т.е. одни и те же альтернативы могут иметь разные исходы выбора. При решении сначала задают возможные исходы. Тогда применяются правила максимина, минимакса, критерий Гурвича и др.

При использовании указанного метода рекомендуют следующие правила «статистической техники безопасности»:
1. Статистический вывод по своей природе случаен, он может иметь высокую надежность и точность, но почти никогда не может быть абсолютно достоверным;
2. Качество решения на выходе статистической процедуры зависит от того, что подается на ее вход;
3. Возможны «добросовестные заблуждения» относительно статистичности серии наблюдений, когда этого на самом деле нет;
4. Утрата ожидаемого качества статистических решений может быть следствием использования процедуры, не соответствующей действительному уровню априорной информации;
5. Причиной необоснованных претензий к статистике может служить неверная содержательная интерпретация правильного статистического вывода.
Когда задача выбора сводится к нахождению «оптимальной» альтернативы, следует учитывать, что подход оптимальности при своей простоте обладает некоторой ограниченностью [42]:
1. Оптимальное решение часто оказывается очень «хрупким», т.е. незначительные на первый взгляд изменения в условиях задачи могут привести к выбору существенно отличающихся альтернатив;
2. Считается, что участвующие в задаче критерии достаточно хорошо отображают поставленную цель. Однако критерии характеризуют цель лишь косвенно и всегда приближенно;
3. Обычно рассматриваемая система является частью некоторой большей системы, и тогда приходится увязывать цели (критерии) подсистем, что может свести на нет результаты локальной оптимизации;
4. При оптимизации не менее важную роль играют ограничения, и их изменения могут существенно сказываться на выборе. Если же не все ограничения учтены, то можно получить непредвиденные и даже нежелательные результаты;
Таким образом, идею оптимальности нельзя переносить на сложные системы, так как создаваемые таким образом модели являются значительным упрощением проблемы.

При оценке вариантов использования подземного пространства на ее ранних стадиях целесообразно применять многокритериальный язык выбора с применением (для различных ситуаций и этапов оценки) методов нахождения паретовского множества, оптимизации по суперкритерию и условной максимизации. На стадии принятия проектных решений возможна однокритери-альная оценка с применением подхода оптимизации.

При исследовании сложных систем возникают ситуации, когда проблема не может быть описана обычными постановками (отсутствуют данные, сложность формализации и др.). В таких случаях применяют экспертные оценки. Основная идея экспертных оценок заключается в использовании интеллекта (интуиции, опыта) людей, их способности находить решения в слабо формализованных задачах. В ряде случаев в качестве эксперта выступает непосредственно лицо, принимающее решение.

Экспертное оценивание основано на двух предположениях: 1) эксперты в состоянии сравнивать сложные альтернативы; 2) экспертные оценки можно обрабатывать как случайные наблюдения.

Оценки людей во многом зависят от условий, в которых они получают и осмысливают информацию (субъективность). Поэтому при использовании экспертной оценки большое внимание уделяется созданию благоприятных условий экспертам и нейтрализации факторов, влияющих на их работу. Они не должны быть заинтересованы в результатах экспертизы. Иногда может быть полезна индивидуальная работа эксперта (без обмена информацией с другими), или наоборот — коллективная работа. Существует много различных форм: анонимные, открытые опросы и анкетирования, совещания (комитеты, коллегии, комиссии, штабы), дискуссии (консилиумы, суды, ученые советы), деловые игры, мозговой штурм и т.д.

Основные методы экспертной оценки: ранжирование, парные сравнения, множественные сравнения, классификация, численная оценка альтернатив.

В методе ранжирования эксперту предъявляется весь набор альтернатив, подлежащих оцениванию (но не более 20—30), и предлагается упорядочить их по предпочтениям. Сначала эксперт выбирает самую лучшую альтернативу, затем самую лучшую из оставшихся и т.д.

При парных сравнениях эксперту последовательно предъявляются пары альтернатив, и он указывает, какая альтернатива из пары предпочтительнее. Он также может посчитать альтернативные пары равноценными. Как показывает опыт, существенным недостатком этого метода является возможная нетранзитивность получающейся системы предпочтений.

Множественные сравнения отличаются от парных сравнений тем, что эксперту последовательно предъявляются не пары, а тройки, четверки и т.д. альтернатив. Эксперт их упорядочивает, потом все частичные результаты таких сравнений объединяются в единую систему предпочтений.

В методе классификации эксперты объединяют по классам эквивалентности все, по их мнению, одинаковые альтернативы. Во многих случаях этого достаточно и дальнейшего упорядочения альтернатив не требуется.

При численной оценке альтернатив эксперты ставят в соответствие каждой альтернативе характеризующее ее число. При этом автоматически обеспечивается одно из важнейших свойств системы предпочтений — транзитивность. Если оцениванием альтернатив занимается группа экспертов, то возникает задача согласования оценок, выработки какой-то единой ранжировки альтернатив. Одним из наиболее распространенных вариантов численной оценки альтернатив является их балльная оценка. Для каждой альтернативы находят сумму оценок, баллов, поставленных ей каждым экспертом. По этой сумме и определяется предпочтительность альтернатив. Либо, наоборот, за первое место начисляется один балл, за второе два и т.д., а предпочтительность альтернатив определяется потому, как мала сумма баллов.

При экспертном оценивании большое значение имеют организация и проведение экспертиз. Основные методы здесь следующие: метод комиссий, суда и метод мозговой атаки. Более разработанным и распространенным является метод Делфи.

Метод комиссий заключается в открытой дискуссии экспертов по обсуждаемой проблеме. Коллективное мнение определяется открытым или тайным голосованием. Достоинством метода является повышение уровня информированности и компетентности экспертов в процессе обсуждения и, как следствие этого, уточнение их оценок. К недостаткам метода относится возможность конформизма со стороны экспертов, присоединяющих свои мнения к мнению более компетентных и авторитетных экспертов.

При экспертизе по методу суда часть экспертов объявляется сторонниками рассматриваемой альтернативы и выступает в ее защиту, а часть экспертов объявляется ее противниками. Еще часть экспертов регулирует ход экспертизы и выносит окончательное решение.

Мозговая атака (штурм) представляет собой следующее. Собирается специально отобранная группа лиц. Для того чтобы альтернативы были как можно более разнообразными отбираются эксперты, обладающие разными профессиями, квалификацией, опытом и т.д. Высказываются любые идеи, возникающие в процессе беседы. Категорически запрещается любая критика так, как она тормозит воображение. Все идеи записываются и в дальнейшем систематизируются и анализируются, как правило, другой группой экспертов.

Метод Дел фи является одним из наиболее развитых методов экспертной оценки. Основная идея его состоит в том, что критика благотворно влияет на эксперта, если она психологически не связана с персональной конфронтацией. Поэтому проводят оценку в несколько туров, сообщая после каждого его полные итоги и сохраняя анонимность участников.

Существуют естественные пределы человеческих способностей при восприятии и обработке информации. Работу экспертов лимитируют межличностные отношения, психологические и физиологические причины. Человек одновременно может оперировать лишь с небольшим числом операндов (понятий, идей, моделей, альтернатив и т.д.). Столкнувшись с многокритериальной задачей, эксперт часто проявляет непостоянство, неуверенность, нелогичность, стремление к резкому упрощению задачи. В этих отношениях возможности машин превосходят способности людей. Поэтому существует идея создания единой системы, которая объединила бы достоинства человека и машины и компенсировала их недостатки. На практике идут по пути создания челове-комашинных систем, называемых проблемно-ориентированными.

Другое направление — создание баз знаний и экспертных систем. В настоящее время это, пожалуй, главный путь движения к «искусственному интеллекту». При этом в машинную базу данных вводятся полученные от человека (эксперта) знания в определенной предметной области в форме набора фактов и эмпирических правил.

Использование компьютеров при принятии решений возможно также путем создания систем поддержки решений. Они ориентированы не на автоматизацию функций лица, принимающего решения, а на предоставление ему помощи в поиске хорошего решения. В математическое и программное обеспечение систем поддержки решений входят и формализованные процедуры, которые лицо, принимающее решения, может использовать в любой нужной ему степени.
Возможны ситуации, когда целесообразно производить повторный выбор, т.е. повторять его многократно, причем каждый последующий выбор происходит в условиях, отличных от предыдущих. Для таких ситуаций наиболее подробно изучены процессы принятия статистических решений с адаптацией, т.е. с учетом решений, принятых на предыдущих шагах.

В целом задачи выбора автор группирует следующим образом (рис. 20).

Поскольку при оценке вариантов использования подземного пространства часто возникают сложности с формализацией проблемы и исходными данными, целесообразно использовать экспертную (численную) оценку.

Теория выбора основывается на том, что существует множество альтернатив (то из чего выбирать). Однако генерирование альтернатив считается наиболее сложным и ответственным этапом системного анализа [28, 42]. Если в действительности лучшая альтернатива по каким-то причинам не включена в оцениваемое множество, она не будет выбрана, сколько бы совершенными не были методы выбора.

Альтернативы или варианты решений представляют собой физические или информационные объекты (действия, состояния и т.д.). Они подразделяются по следующим признакам [28]: возможности реализации (реализуемые, нереализуемые); возможности использования (полезные, бесполезные); зависимости друг от друга (зависимые, независимые); вероятности реализации (равновероятные, неравновероятные); возможности сопоставления (сопоставимые, несопоставимые); возможности численной оценки (оцениваемые, неоцениваемые) и др. Выбираемые альтернативы должны быть реализуемые, независимые и сопоставимые.

Рис. 20. Основные задачи выбора

Множества альтернатив могут быть следующими: пустое (вырожденная задача); единичное (вырожденное решение); конечное (ограниченное множество альтернатив); счетное (неограниченное множество альтернатив); континуальное (непрерывное множество альтернатив).

Дискретное множество альтернатив задается либо экстенсионально (перечислением) для множеств невысокой размерности, либо интенсионально (описанием свойств элементов) для множеств высокой размерности. Континуальное множество альтернатив задается системой ограничений, формирующей внешние границы области.

Основным требованием к генерированию альтернатив является обеспечение полноты их множества, так как среди упущенных альтернатив могут оказаться наилучшие.

Источники получения множества альтернатив: опыт, статистика, экспертиза, моделирование, порождение из более мелких элементов (примитивов). Составление множества альтернатив выполняется вручную или автоматически. Первый способ применяется для несложных или неформализованных объектов на основе использования опыта, экспертного опроса или умозрительного моделирования.

Применяют следующие способы поиска альтернатив: поиск в литературе (публикациях); использование знаний экспертов; комбинирование известных альтернатив и поиск промежуточных решений; модификация известных альтернатив; включение в перечень альтернатив, противоположных предложенным; интервьюирование и анкетирование заинтересованных лиц; включение в перечень даже тех альтернатив, которые на первый взгляд кажутся нелепыми (нереальными, необдуманными); генерирование альтернатив, рассчитанных на различные интервалы времени (долгосрочные, краткосрочные, экстренные) и т.д.

Созданное таким образом множество альтернатив может оказаться слишком большим и потребовать значительных затрат на их рассмотрение. В таких случаях необходимо выполнять «грубое отсеивание», проводя сравнение по упрощенным качественным критериям (наличие или отсутствие определенных признаков и др.). Отсеивать рекомендуется только по сильным признакам, чтобы не отбросить выгодный в комплексе вариант, незначительно уступающий другим по отдельным показателям. Но предварительный отсев не должен быть слишком жестким, необходимо оставлять для окончательного выбора несколько альтернатив.
При генерировании альтернатив используют методы: мозговой штурм (описанный ранее), синектику, разработку сценариев, морфологический анализ, деловые игры, модифицированный метод Делфи.

Синектика представляет собой следующее. Альтернативы генерируются путем ассоциативного мышления, поиска аналогий поставленной задаче. В противоположность мозговому штурму целью является не количество альтернатив, а генерирование небольшого числа (даже единственной альтернативы) качественных альтернатив, разрешающих данную проблему. Для этого эксперты проходят специальную подготовку. Работают достаточно долго, неоднократно встречаясь, вырабатывая и обсуждая идеи.

В тех случаях, когда решение определяет ход событий в будущем и дальнейшие решения, альтернативами являются последовательности действий и вытекающие из них события, происходящие в исследуемой системе и называемые сценариями. Разработка сценариев должна приводить к достаточно реальным вариантам действий и прогнозам.

Простой, но эффективный способ формирования перечня альтернатив — морфологический анализ. Он заключается в выделении всех независимых переменных проектируемой системы, перечислении возможных значений этих переменных и генерировании альтернатив перебором всех возможных сочетаний этих значений. При этом количество вариантов можно увеличить путем ввода новых независимых переменных, не применяемых ранее. Одна из основных проблем использования этого метода — сокращение перебора альтернатив, возникающих в этом случае в большом количестве. Она решается наложением различных ограничений, которые позволяют отбросить варианты, не подлежащие рассмотрению.

Деловые игры — это имитационное моделирование реальных ситуаций, в процессе которого участники игры ведут себя так, будто они в реальности выполняют порученную им роль, причем сама реальность заменяется некоторой моделью. Чаще всего деловые игры используются для обучения, но их можно применять и для экспериментального генерирования альтернатив, особенно в слабо формализованных ситуациях. Важное значение в деловых играх имеют контрольно-арбитражные труппы, управляющие моделью, регистрирующие ход игры и обобщающие ее результаты.

Модифицированный метод Делфи характеризуется анонимностью опроса экспертов и регулируемой обратной связью. Он интерактивен вследствие возможности порождения новых альтернатив на каждом шаге системного анализа проблемы.

При рассмотрении слабо структурированных проблем применяют метод «последовательных приближений»: находят первое попавшееся решение и в процессе его выполнения осуществляют корректировку и совершенствование.

Поиск альтернатив осуществляют самыми разными путями. Возможно их большое количество и необходимость отсева. Методы могут быть разными в зависимости от ситуации.

Таким образом, анализ существующих методических подходов и возможностей их применения для выбора вариантов использования подземного пространст
ва в гражданских целях позволил установить основные характеристики процесса выбора в рамках решаемой задачи. При оценке вариантов на отдельных этапах
следует применять много- и однокритериальный языки выбора, подход оптимизации и экспертные оценки. Возможно использование различных методов генера
ции альтернатив





Похожие статьи:
Выбор вариантов использования подземного пространства москвы для гражданских объектов

Навигация:
ГлавнаяВсе категории → Использование пространства

Статьи по теме:





Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум