复合准则策略在水运行调度综合集成研讨厅中的实现

梁慧稳，王慧敏

（1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京210098；2.江苏警官学院公安管理系，南京210012）

复合准则策略在水运行调度综合集成研讨厅中的实现

梁慧稳1，2，王慧敏1

（1.河海大学水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京210098；2.江苏警官学院公安管理系，南京210012）

水资源系统运行调度是一个多主体参与、多目标、多准则的复杂的群决策问题，单纯的数学建模计算和单一的决策准则均不能很好地解决水运行调度分配问题。通过构建基于网络的分布式综合集成研讨厅系统作为支持群体决策的平台，将复合准则群决策策略嵌入综合集成研讨厅系统内。研讨流程分三个阶段进行：首先，不同决策主体研讨制定出调度方案集合；其次，决策群体对方案进行排序，综合集成研讨厅系统调用复合准则策略对群体排序进行一致性处理，形成一致性排序结果；最后，排序结果经过再次研讨，以获得决策群体绝大多数人“同意”方案，作为最终调度方案。文章以南水北调东线水资源系统运行调度为例说明了复合准则策略在水运行调度综合集成研讨厅中的实现过程。

水运行调度；综合集成群决策研讨厅；复合准则策略；实现过程

0 引言

水资源系统运行调度的中心任务是通过合理利用现有水域和水资源工程，对天然径流在时间和空间上进行经济合理调配，为最大限度减免水害，增加水利，综合利用水资源，充分发挥水资源系统的综合效益，满足国民经济各部门和社会对治理和利用水资源的要求而提供各种有效服务[1]。天然径流具有随机性，水利目标具有多样性，水害发生具有随机性和风险性，水利服务对象广泛、地域广阔，这些复杂的因素决定水资源运行调度属于多主体参与、多准则、多目标的复杂决策问题。

水资源运行调度涉及政府（又包括水管理部门、水环境部门、航运部门、水产部门、规划部门、国土资源部门等）、企业（又包括供水公司、排水公司、污水处理回用公司、自来水公司等）、用户（又分为生活用水户、工业用水户、农业用水户、生态用水户等）等主体，不同主体之间存在多种功能协同和利益协调关系。这些都使得水资源运行调度不能仅通过单一的模型建立与计算来实现水资源的时空调配，而要在建模时考虑某些利益在一定条件下得以兼顾和体现的可能性[2]，并注意数学定量技巧和专家定性与定量经验的结合。而且，单一的决策准则不能很好地解决实际应用中存在不可分辨的方案子集问题，不能保证群体成员对方案集得出最终一致的研讨结论[3]。因此，我们利用综合集成研讨厅平台支持地理位置分散的不同主体实现异地异步或同步对某一时期水资源调度问题进行共商决策，形成调度方案集合，并用复合准则来解决不可分辨子集（平局）方案排序问题—即决策群体意见一致性问题。

1 水运行调度群决策研讨流程

在综合集成研讨厅体系中，要充分发挥人的智能和海量网络资源相结合的整体优势和综合优势，需要通过交互导致群体智慧的涌现来体现[4]。这一交互过程主要体现在研讨流程中。通常地，研讨流程与所采用的研讨方式密切相关。如果研讨方式不同，研讨流程可能差别较大[5]。水资源系统的运行调度决策综合集成研讨厅支持在线研讨与离线研讨。在线研讨是指所有参加的研讨人通过网络进行研讨，实时获得研讨数据与信息支持、在线建模计算、研讨意见与结果等；离线研讨是指所有参加的研讨人利用网络进行分散或集中研讨，实时获得研讨数据与信息支持、在线建模计算，但研讨意见与结果需要经过专门处理在研讨之后与研讨人见面。一般的研讨流程主要包括：①研讨参与者注册（新用户）或登录（老用户）研讨厅，确定各位参与研讨者的身份及其权限；②对研讨状态（等待研讨状态、研讨状态、退出研讨状态）进行统一管理；③选择研讨模板（意见模板、方案评价模板）与方式（在线研讨或离线研讨）；④主持人在流程控制中的参与调度作用；⑤发言权的获取和释放；⑥研讨阶段的控制与过渡；⑦研讨意见的归纳与整理；⑧研讨出的供决策的方案的形成；⑨专家对方案排序；⑩经过一个N轮的螺旋式上升的循环表决过程。

水运行调度研讨厅流程结构分三列，其一为专家库、会议状态等信息列；其二为群决策研讨主要流程；其三为研讨工具。其中，研讨主要流程是该结构的核心内容，充分体现“人在回路中”的思想。见图1所示。

群决策主要研讨流程包括研讨管理及注册、主持人发布研讨主题及背景情况、生成研讨流程、研讨过程、意见归纳与综合，形成决策方案几个环节。

研讨管理及注册。该模块主要完成研讨人注册及权限分配功能。一次决策研讨活动由三类人员构成：一类是主持人；另一类是决策人员。这一类人员又分为水行政管理代表（政府）、水供应商代表（供水公司）、水用户代表（企业及个体用水户）、专家（经济学、水资源学、水环境学等方面的专家或学者）；再一类研讨管理人员。按主持人结点、研讨结点、研讨管理结点进行注册，根据不同结点的注册，可获得不同的权限和相应的用户界面，如管理结点能够实现系统管理的功能，主持人结点发布信息的功能，研讨结点利用各种模型、各种工具的功能，研讨管理结点进行综合归纳总结的功能等等。

研讨主题。该模块确定需要研讨的主题、研讨的目标、研讨的背景情况、研讨所要回答的问题，研讨的结果表示等。研讨主题通过主持人发布信息的形式给出。如“农业灌溉高峰期水资源调度分配”的研讨、“干旱期水量调度”的研讨、“由供水量变化确定供水价格”的研讨等。

生成研讨流程。针对各类研讨问题，选取预先定制的某个研讨模板，在研讨模板的基础上完成具体化的研讨任务，为研讨任务添加某些研究内容及研讨的结果表示等。

研讨过程。决策研讨人员利用研讨系统里的研讨模型、研讨白板、群件工具和研讨模板。系统实现对有关文档的管理，在对某些问题发表看法时，可能要利用模型库、数据库为分析解决问题提供支持，从中找出定性定量相结合的论据。

意见归纳与综合，形成决策方案集合。研讨专家对相关主题发表意见，主持人利用系统提供的智能化文字意见综合处理模块将各专家意见提炼汇总后产生综合意见。研讨管理结点可对研讨人员发表的研讨意见进行综合归纳，提取相同的意见或倾向性的意见，视情况再进行下一轮研讨，下一轮研讨的议程由研讨管理人员协同主持人提出初步的方案，再由研讨人员研讨确定。可能包括利用德尔菲模型、电子表决模型、层次分析模型，以及模型库和数据库等。不断往复这个过程，最后得出某种分析结果。结果可以得出明确的结论，也可以得出某些结论，说明存在哪些尚未讨论清楚的问题。当研讨者对研讨问题分歧较大时，各专家使用电子表决器表决，根据表决结果产生结论。再不断重复这个过程或这个过程的某些环节，直到大家基本满意为止；并最终形成决策的方案集合。

2 群体一致性排序及自动化专家意见综合处理

基于上一阶段集成研讨形成的方案集合，下一阶段即进行方案评估与排序。这一阶段参与方案集选择排序的决策主体包括三类。第一类是水资源用户代表，第二类是水管理代理，第三类是领域专家。三类人员按照图2所示从个人终端通过Internet/Intranet进入综合集成研讨厅人机交互界面，选择方案集合页面，对调度方案集合一一排序。这一过程又可分为三个阶段进行：首先由三类决策人员提出各自的打分意向，在此基础上专家进行交流，即群体交互过程，之后由各专家打出最终分数，即个体偏好集结过程，从而选择最优调度方案。

群体一致性排序我们选择复合准则策略来解决不可分辨了集（平局）问题。首先根据第一准则对方案集合X进行优劣排序，第一准则将X分成两个子集X1和X1'。X1是第一准则可分辨的方案子集，X1'是第一准则不可分辨的方案子集，X=X1∪X1'。子集X1'再由第二准则进行分辨，第二准则将X1'分成两个子集合X2和X2'。X2是第二准则可分辨方案子集，X2'是第二准则不可分辨方案子集，X1'=X2∪X2'。子集X2'再由第三准则进行分辨，得到第三准则的分辨子集X3。从3个分辨子集X1,X2,X3得出群体的一致排序G。其中X1,X2,X3是有序集，X=X1∪X2∪X3，且X1∩X2=Φ,X2∩X3=Φ，X1∩X3=Φ。

决策群体对方案集排序并经过复合准则策略得出群体一致完全排序G后，还要将这一结果向参与决策研讨的人员显示（水用户代表、水管理代表、领域专家等），再一次征询参与决策研讨人的意见（这一阶段的意见主要是“同意”和“不同意”两种语言判断及相应的论据），并对参与研讨人的意见进行综合处理。首先将按指标对文字型意见进行分类，按对应指标不同将文字型意见分别归类，同时提供管理结点的编辑功能，充分利用管理结点的编撰能力将专家文字型意见综合在一起。对文字型的群体意见综合时采用机械文摘技术和基于判断词分类的单句综合技术。由于还不能提供完备的知识库的支持，因此对于比较长的文字意见，采用机械文摘技术获取专家意见的中心内容，形成简短的文字意见，再利用基于判断词分类的单句综合技术，建立判断词词库，根据从意见中析取的判断词和系统设定的肯定比例、不可判断比例以及摘要比例等参数，形成最终的综合意见。

3 复合准则策略模型描述及求解步骤

设决策群体有m个成员E={e1,e2，…,em}对n个调度方案X={x1,x2,…,xn}按优劣排序。第l个决策者对n个方案的偏好序用Pl表示，Pl={p1l,p2l,…,pln}（l=1,2,…,m），其中pil（i=1,2,…, n）是决策者认为第个方案应排的序位。设λ=(λ1,λ2,…,λm)表示专家的权重向量根据群体决策复合准则的思想，选择三个准则进行排序：群体效用极大化作为第一准则，群体一致性极大化作为第二准则，权重专家意见极大化作为第三准则。

其中PG表示群体强偏好。当ρi=ρj，xi和xj是第一准则不可分辨的方案子集X1'，转向第二准则。

则

xi和xj是第二准则不可分辨方案子集X2'，转向第三准则。

第三准则按领域专家权重大小进行方案排序。群体排序G=P'，当：

对m=2的情况，可以利用图形直观地表示群体决策的复合决策准则策略。设两个领域专家的方案排序为：

4 南水北调东线水资源系统调度决策实例

南水北调东线水资源系统调度是一个多水源、多目标、多准则、多人参与的复杂决策问题。根据参与决策人员的分散性、决策问题的复杂性、决策信息的海量性等特点，利用计算机技术、网络通讯技术、人工智能技术等，构建南水北调水资源运行调度综合集成研讨厅系统。整个调度决策过程分为以下三个阶段进行：

第一阶段：形成调度方案集合。

在综合集成研讨厅平台的支持下，南水北调东线主要水管理代表、东线供水区主要用水户代表、水资源方面的专家代表分别通过远程终端登录进入研讨厅，对某月水量调度进行商讨，制定如下6个调度方案（见表1）。

表1 南水北调东线某月实时调度方案集合单位:亿m3

第二阶段：群决策专家排序。

在研讨形成方案集合基础上，为简单起见，我们选择两名专家登录研讨厅对这6个方案进行评估。第一阶段，2名专家选择异步研讨，分别给出6个方案的排序意向；第二阶段，2名专家进行同步研讨，分别交换意见；第三阶段，2位专家各自给出6个方案的最终排序，其结果如表2所示。

表2 两个专家对6个方案的评估排序

根据P1，P2绘制坐标图，轴表示专家1的方案排序P1，y轴表示专家2的方案排序P2，每个方案对应图中一个坐标点。如图3所示。

决策专家的复合准则为：

第三准则离准线距离相同，以权重λ较大的一方为先。

按照群体符合准则得到群体排序，x2>x1>x3>x4>x6>x5（“>”表示“优于”）。其中{x1,x4,x5}是第一准则不可分辩方案子集。整体排序结果见表3所示。

表3 6个调水方案排序

在抽水量相等的情况下，方案2的蓄水量比方案1大，为系统供水保证率留有余地。方案3到方案6虽然蓄水量都比方案1和方案2大，但抽水量也比方案1和方案2大，因此，相比较而言，方案1和方案2表现出节能的优点。故方案2更具有优势。

第三阶段：对最终排序进行广泛研讨，扩大民主决策范围。

这一阶段参与研讨人员权限被放宽，只要是与东线水资源管理、供应、利用有关的人员或部门都可登录研讨厅首页，对表3排序情况进行投票表决（“同意”或“不同意”），还可提出相应的支持论据。研讨厅系统对群体意见进行综合处理，并形成最终综合意见。如果投“同意”票人数占所有投票人数50%以上，视该排序结果通过，按方案1进行调水。如果投“同意”票人数占所有投票人数不足50%，则需重新回到第一阶段。

5 结语

基于网络的综合集成研讨厅群决策支持系统能够将专家体系、机器体系、知识体系有效地集成起来，支持地理位置分散的多主体进行同步或异步研讨活动，决策群体能够共享专家知识与经验、共享各类决策数据与信息。复合准则策略是解决群体决策一致性方案排序时平局问题的一种有效方法，是传统群决策意见共识形成的一种方法。文章将复合准则策略嵌入到综合集成研讨厅群决策支持系统中，从拟定方案，到方案排序，以及对方案排序结果的再次研讨寻得一致综合意见，整个过程既充分体现水资源系统运行调度决策的民主性，又能实现快速集结群体意见。

[1]李钰心.水资源系统运行调度[M].北京:中国水利水电出版社,1996.

[2]刘函.水库优化调度新方法研究[D].西安理工大学博士学位论文, 2006.

[3]李向军.群体决策中一致性若干问题研究[D].西安电子科技大学硕士学位论文,2004.

[4]崔霞,戴汝为,李耀东.群体智慧在综合集成研讨厅体系中的涌现[J].系统仿真学报,2003,15(1).

[5]魏学成，秦基胜.综合集成研讨厅的理论框架与关键问题研究[J].科技咨询导报，2007，（25）.

（责任编辑/亦民）

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A

1002－6487（2011）06－0077-04

国家社会科学基金资助项目（06BJY026)；“十一五”国家科技支撑计划重点项目（2006BAB04A13）；教育部新世纪优秀人才计划项目（NCET-0600481）

梁慧稳（1974-），女，云南曲靖人，博士研究生，研究方向：水资源系统工程、信息管理与信息系统。