Вгидрологических программных приложениях обеспечивается расчет гидрографических характеристик водных объектов, таких как площадь водосбора, средний уклон водосбора, средняя высота водосбора, длина реки и т. д.

Описанные методы дают хорошие результаты при моделировании сильно пересеченной местности с густой сетью стока. С их помощью лучше строить границы водосборных бассейнов, чем сеть водотоков.

Вприкладных исследованиях, основанных на построении ЦМР, широко используются технологии анализа данных, основанные на ячейках растра (см. параграф 4.4.4).

Применение локальных функций к двум поверхностям, отображающим изменения, произошедшие на территории, способствует созданию новой поверхности, которая покажет, где произошли изменения в единицах площади и объема: отрицательное значение объема будет соответствовать увеличению объема наносов, положительное — убыли вещества. Такие операции позволяют определить области эрозии, отложений в речной долине.

Применение локальных, фокальных и зональных функций к нескольким поверхностям позволяет как по ячейкам, так и по зонам определить статистические характеристики, и не только максимальные или минимальные значения, а и такие показатели, как уникальность, разнообразие. Например, поверхности могут представлять разновременные данные о ситуации с землепользованием либо о распространении видов растений или животных. На основе сопоставления ячеек с одинаковым местоположением выделяются те, где произошли изменения, и присвоение соответствующих кодов классов разным показателям изменения способствует созданию картографического отображения результатов анализа.

5.4. Обеспечение принятия пространственных решений

5.4.1. Методы обеспечения поддержки принятия решений

Основной целью каждой проектируемой ГИС является выполнение ею функций, которые способствуют принятию пользователем тех или иных решений по проблеме исследования. Некоторые определения ГИС, вводимые разными авторами, отмечают и ее роль в принятии решений. Но у разных организаций разные сферы

использования ГИС и, соответственно, разные задачи и разные пути принятия по ним решений. Чаще всего принятие решений основывается на одной из двух концепций — на основе критерия множественности или концепции, именуемой в англоязычной литературе «noninferiority», что трактуется как не хуже (не ниже).

Идея использования компьютерных методов для нахождения оптимальных решений комплексных проблем планирования прочно укоренилась в науках об управлении. Известны методы многокритериальных и многоцелевых оценок. Возможности ГИС для интеграции информации, полученной из различных источников,

впространственном контексте делают их пригодными в качестве средств поддержки процедур принятия решений, построения модели принятия решений, которые должны формироваться с учетом множества факторов. Такие модели используют географически привязанную информацию, измеренную по этому множеству, для определения положений, путей и пространственных взаимодействий, являющихся оптимальными, или в некотором смысле предпочтительными. Для реализации этих моделей может потребоваться наличие

вГИС подсистем поддержки принятия решений. Они должны помогать человеку сформулировать проблемы, создать подходящие модели и оценить результаты, которые эти модели могут предска- зывать. Очень важно понимать, что во многих ситуациях, требу- ющих принятия пространственного решения, цели не всегда ясно выражены и очерчены, часто многие из факторов, которые должны быть приняты в расчет, не могут быть оценены количественно. Даже когда доступно много данных, они имеют предел точности, а тогда и решения, принятые с помощью оптимизационных процедур, должны быть также подвергнуты сомнению. Поэтому их нужно рассматри- вать как помощь в выработке, а не в принятии решения. Назначение этих средств — оценить альтернативы, более глубоко исследовать определенные возможности, повысить достоверность оценок.

Многокритериальная оценка. В теории решений многокритери- альная оценка — это процесс сопоставления нескольких критериев с учетом рассматриваемой установки (задачи, цели, мероприятия), где критерий — это основание для принятия решения. При многокритери- альной оценке (МКО) осуществляется комбинирование отобранных критериев в единый составной индекс, с учетом значений которого принимается определенное решение в зависимости от характера уста-

новки. Провести оценку на основании нескольких критериев можно, например, с помощью расчета их линейной комбинации или анализа согласия/несогласия (concordance-discordance analysis). Предположим, что требуется решить, какие земли отвести под промышленное развитие. Критериями для такого решения могут быть близость к дорогам, ограничения уклона поверхности, запрет на использование охраняемых территорий и т. д. В процессе многокритериальной оценки эти факторы совмещаются, и на их основе создается единая карта пригодности земель для конкретного вида землепользования. Эта карта может стать основанием для принятия окончательного решения.

Установка. В теории решений установкой является широко определенная задача или цель, на основе которой вырабатываются условия решения. Например, если требуется выделить залесенную территорию для вырубки, то такая задача может включать требование о минимизации воздействия на рекреацию или целостность лесных экосистем. Сформулированная таким образом установка (с указанием мотивов, сопутствующих данной цели) определяет выбор критериев и весов критериев. Если бы установка включала максимизацию прибыли, то выбор критериев и их весов был бы другим. Обоснованием для принятия решения служат те критерии, которые можно количественно выразить и оценить. Они являются эмпирическим основанием для решения. Существует два типа критериев: факторы и ограничения.

Факторы и ограничения. Критерии, на основании которых принимается решение, часто подразделяют на два вида — факторы и ограничения. Факторы непрерывны по своей природе: например, углы наклона и близость к дорогам; их суммарное воздействие равно их взвешенной линейной комбинации. Ограничения имеют Булеву природу (да/нет), например, как в случае с охраняемыми территориями, и служат для исключения определенных видов земель из рассмотрения. В процессе МКО факторы сначала умножаются на их веса, а результаты затем суммируются для создания комбинации факторов. Далее путем последовательного умножения происходит наложение ограничений - Булевых карт, на которых исключаемые из рассмотрения участки обозначены нулями, а остальная территория — единицами. Факторы усиливают или уменьшают степень пригодности рассматриваемых альтернативных мероприятий, они континуальны и измеряются по непрерывной шкале. Ограничения задают допустимый диапазон действия критерия.

удовлетворяет нескольким рассматриваемым установкам (задачам, целям, мероприятиям). Установки могут быть совместимыми — когда решение удовлетворяет всем установкам в один и тот же момент времени, конфликтующими — когда нельзя найти решение, одновре- менно удовлетворяющее всем установкам. Допустим, что требуется распределить землю под разные виды деятельности. При этом охрана дикой природы (установка 1) и туризм (установка 2) часто считаются совместимыми, в то время как охрана дикой природы и максимизация вырубки лесов (установка 3) — конфликтующими. Для определения процесса оценки конфликтующих (конкурирующих) установок вырабатываются условия решения.

Оценка альтернатив в теории решений представляет собой процесс применения условий решения к набору имеющихся альтер-

натив.

Задание весов. Весовые коэффициенты используют для создания относительных весов для группы факторов, на основе которых прово- дится многокритериальная оценка пригодности их при выработке решений (например, использования земель). Веса могут назначаться субъективно: пользователь оценивает важность согласно своим предпоч- тениям и сам принимает решение. Вес может определяться в процессе интерактивного пользовательского интерфейса: назначают какой-либо вес и убеждаются в том, что получается подходящий результат.

Обычно для задания весов факторы оцениваются попарно с точки зрения их относительного влияния на пригодность участков для реализации определенной установки — вида деятельности по использованию земли. Результаты попарного сравнения факторов анализируют и им присваивают соответствующие веса, сумма которых равна 1. Полученные веса затем используются для расчета взвешенной линейной комбинации факторов.

При многокритериальных оценках используют также процедуру задания значений весов, основанную на методе, называемом анали- тическим иерархическим процессом (АНР) [Jones, 1997]. Метод заключается в построении матрицы попарных отношений между факторами. Пользователь ранжирует значения важности, например, в шкале 1-9, когда 1 означает равнозначность факторов, а 9 — один объект важнее всех других. Матрица должна быть симметричной, т. е.

должно соблюдаться условие, что если важность атрибута А относительно В есть п, то важность В относительно А — 1 /п (табл. 5.1).

Таблица 5.1. Матрица попарного сопоставления факторов

Эта матрица может быть нормализована путем деления каждого значения в столбце на сумму всех значений. Новые значения будут находиться в диапазоне от 0 до 1. Для получения весовых коэффициентов факторов, которые можно будет использовать для присвоения веса соответствующему слою, необходимо усреднить значения в каждой строке.

Поскольку назначение весов субъективно, необходимо собирать группу принимающих решение и достигать консенсуса.

Пригодность. Построение поверхностей (карт) пригодности (см. параграф 5.2.5) широко применяется в области принятия решений и при решении задач распределения, когда требуется отвести участки земли под один или более видов деятельности (установок) на основе анализа их пригодности. Пригодность каждого участка земли для конкретного вида деятельности определяется с помощью критериев.

Модуль MOLA предлагает процедуру для решения задач многоцелевого распределения земли при наличии конфликта между указанными установками (предполагаемыми видами землепользования). Основой для решения являются карты пригодности земель (по одной для каждой установки), относительные веса установок и количество земли, необходимое для каждой из них. В результате MOLA находит компромиссное решение, максимизируя пригодность земли для каждой установки с учетом ее веса.

В качестве исходной информации MOLA запрашивает набор карт рангов пригодности земли для каждой установки.

Примером может служить задача оценки пригодности земель для специфических целей с учетом множества условий. Для решения

подобных задач используется метод мультикритериальных оценок (МСЕ). В БД ГИС каждое из условий решения задачи может быть представлено в виде отдельного слоя. Оверлей серии тематических слоев для определения регионов, удовлетворяющих выбранным параметрам для каждого из слоев, является одним из ранних аналитических средств в ГИС-пакетах. Но результат может зависеть от ряда факторов, определяющих разные уровни важности слоев, участвующих в оверлее.

Если для решения задачи предварительно создаются Булевы слои пригодности (см. параграф 5.2.5), то при учете важности слоев используют процедуры взвешенного оверлея, имеющие вид:

где w. — вес слоя с номером i, pik — коэффициент, принимающий значения 0 или 1 в зависимости от того, находится ли в точке k пригодный объект (другими словами, участвует ли объект, находя- щийся в точке k, в оверлее). Такой подход позволяет пользователю, по меньшей мере, оценить важность каждого фактора в принятии решения. Различия в важности могут быть и внутри слоя, например, тип земель. Такие факторы также могут быть ранжированы по важности, и тогда общий вид процедуры может быть записан как

N

Линейное программирование — еще один из методов, который оказывает помощь в решении проблем с географически привязан- ными данными. Эти методы не реализованы в стандартных ГИС- пакетах. Они применимы в задачах размещения ограниченного множества ресурсов, выборе эффективных стратегий, в сетевых моделях для нахождения оптимальных маршрутов. Рассмотрим применение этого метода на примере, приведенном в книге [Jones, 1997], демонстрирующем способ принятия решения по оптимизации затрат на выращивание сельскохозяйственных культур^ри условии максимизации дохода от продажи урожая. Производство каждой культуры зависит от количества используемой земли, затрат труда и воды, требуемых для обработки земли, и каждый показатель зависит от доступных для использования ресурсов. Пусть, например, пока- затели таковы, как это представлено в табл. 5.2.