Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí trong quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn Cù Lao Chà

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN THỊ THANH HUYỀN NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI KHU BẢO TỒN CÙ L

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGUYỄN THỊ THANH HUYỀN

NGHIÊN CỨU VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP

HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG TẠI

KHU BẢO TỒN CÙ LAO CHÀM

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

Đà Nẵng - Năm 2013

Công trình được hoàn thành tại

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Hiệu

Phản biện 1: PGS TS Phan Huy Khánh

Phản biện 2: TS Hoàng Thị Lan Giao

Luận văn được bảo vệ tại Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày

19 tháng 05 năm 2013

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Trung tâm Thông tin-Học liệu, Đại học Đà Nẵng

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Rừng là nguồn tài nguyên không thể thiếu trong sự tồn tại và phát triển của con người, và nó cũng là yếu tố quan trọng cấu thành môi trường khu vực, là những hệ sinh thái phức hợp có thể cung cấp cho con người một loạt các sản phẩm kinh tế và môi trường cũng như các dịch vụ được xã hội lượng giá Tài nguyên rừng là một phần của tài nguyên thiên nhiên, thuộc loại tài nguyên tái tạo được Nhưng nếu sử dụng không hợp lý, tài nguyên rừng có thể bị suy thoái không thể tái tạo được Hiện nay, hơn một nửa tài nguyên rừng trên thế giới đang bị phá hủy nghiêm trọng và hơn 30% đang

bị suy thoái, trong khi đó trên một tỷ người nghèo đang sống dựa chủ yếu vào tài nguyên rừng Để giải quyết vấn đề này đòi hỏi cần thực hiện quản lý tài nguyên rừng trong đó xem xét tất cả các yếu tố

có liên quan đến tài nguyên rừng trên quan điểm tổng hợp và toàn diện

Quản lý tài nguyên rừng là một quá trình trong đó có sự nỗ

lực quản lý tài nguyên rừng hiệu quả hơn trên quan điểm quản lý tổng hợp, được coi là vấn đề kỹ thuật và xã hội, yếu tố xã hội quan trọng không kém yếu tố kỹ thuật nếu không phải quan trọng hơn Vì vậy quản lý tài nguyên rừng một cách đúng đắn và phù hợp không thể chỉ dựa trên một quy tắc hay một tiêu chuẩn đơn thuần

Trong Quản lý tài nguyên rừng, việc đưa ra quyết định được dựa trên sự hiểu biết sâu sắc về mối quan hệ giữa các hoạt động, các quá trình đang diễn ra tại từng khu vực và ảnh hưởng của hoạt động, quá trình đó đến khu vực là rất quan trọng và mang tính quyết

định Do đó việc xây dựng một hệ hỗ trợ ra quyết định trong quản

lý tài nguyên rừng là rất cần thiết

Việt Nam có tổng diện tích tự nhiên 33,12 triệu ha, trong đó diện tích có rừng là 12,61 triệu ha và 6,16 triệu ha đất trồng đồi núi trọc là đối tượng của sản xuất lâm nông nghiệp Tuy nhiên, nguồn tài nguyên này đang cạn kiệt và suy thoái do áp lực của gia tăng dân

số, canh tác nương rẫy, khai thác gỗ vượt trội cho tiêu dùng và sản xuất công nghiệp Trong bối cảnh lâm nghiệp Việt Nam hiện nay, quản lý rừng bền vững là định hướng chiến lược quan trọng nhằm phát huy tối đa tiềm năng của ngành góp phần đóng góp vào nền kinh tế quốc dân, cải thiện đời sống người dân vùng rừng núi, bảo tồn đa dạng sinh học và hệ sinh thái rừng Ví dụ cụ thể có thể nhận thức rõ hơn là quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên

Cù Lao Chàm đáp ứng phát triển bền vững

Cù Lao Chàm là một cụm đảo thuộc xã đảo Tân Hiệp, thành phố Hội An, tỉnh Quảng Nam, nằm cách bờ biển Cửa Đại 15km, Cù Lao Chàm là nơi có nguồn tài nguyên thiên nhiên phong phú Rừng

Cù Lao Chàm vẫn được đánh giá là nơi lưu trữ nhiều nguồn gen động, thực vật quý hiếm Hệ động vật cũng khá phong phú với 12 loài thú, 13 loài chim, 130 loài bò sát và 5 loài ếch nhái

Hiện nay, các hoạt động khai thác các nguồn tài nguyên với tốc độ ngày càng tăng phục vụ cho nhu cầu phát triển kinh tế xã hội

ở địa phương, cùng với nạn khai thác rừng bừa bãi đang làm cho nguồn tài nguyên rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên Cù Lao Chàm có

xu thế ngày càng cạn kiệt và biến đổi theo hướng bất lợi Nghiên cứu quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn thiên nhiên Cù Lao

Chàm là một vấn đề bức thiết cần được triển khai một cách hệ thống, đảm bảo tính khoa học và phát triển bền vững

Chính vì những lý do trên, tôi đề xuất chọn đề tài luận văn cao học: “Nghiên cứu và ứng dụng phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí trong Quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn Cù Lao Chàm”

2 Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu: Tối ưu quản lý tài nguyên rừng

Nhiệm vụ: Để thực hiện mục đích ý tưởng nêu ra cần nghiên cứu và tiến hành triển khai các nội dung như sau: Tìm hiểu về công

tác quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn Cù Lao Chàm, tìm hiểu

về hệ hỗ trợ ra quyết định, hỗ trợ quyết định đa tiêu chí (MCDA), nghiên cứu các phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí, áp dụng các phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí trong quản lý tài nguyên rừng, xây dựng chương trình quản lý tài nguyên rừng và

triển khai ứng dụng

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng: Hệ thống quản lý tài nguyên rừng, các vấn đề liên

quan đến tài nguyên rừng

Phạm vi: Tập trung nghiên cứu ứng dụng các phương pháp hỗ trợ

ra quyết định đa tiêu chí và áp dụng thử nghiệm phân tích cho quản lý tài nguyên rừng bước đầu phát triển tại khu bảo tồn thiên nhiên Cù Lao

Chàm

4 Phương pháp thực hiện

Phương pháp lý thuyết: Tìm hiểu hệ hỗ trợ ra quyết định

trong quản lý tài nguyên rừng Nghiên cứu các công cụ và công

nghệ liên quan đến quản lý tài nguyên rừng Tổng hợp, thu thập tài

liệu về công tác quản lý tài nguyên rừng

Phương pháp thực nghiệm: Phân tích yêu cầu thực tế của

bài toán quản lý rừng và áp dụng các thuật toán có liên quan để trợ giúp việc lập trình, xây dựng ứng dụng Kiểm tra, thử nghiệm và

đưa ra nhận xét, đánh giá kết quả đạt được

5 Dự kiến kết quả

Kết quả lý thuyết: Hiểu được các phương pháp hỗ trợ ra

quyết định đa tiêu chí Áp dụng thành công phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí vào quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn

Cù Lao Chàm

Kết quả thực tiễn: Xây dựng thành công chương trình quản

lý tài nguyên rừng với một số chức năng cơ bản có giao diện thân thiện và dễ sử dụng Chương trình sẽ hỗ trợ ra quyết định một cách nhanh chóng nhưng vẫn đảm bảo về mặt tối ưu và có giá trị cho

người sử dụng

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Ý nghĩa khoa học: Áp dụng lý thuyết hỗ trợ ra quyết định đa

tiêu chí vào bài toán quản lý tài nguyên rừng Đề tài đã đề xuất các phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí vào bài toán quản lý tài nguyên rừng Áp dụng phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu

chí vào quản lý tài nguyên rừng tại khu bảo tồn Cù Lao Chàm

Ý nghĩa thực tiễn: Đề tài ứng dụng các công cụ, ngôn ngữ

lập trình để xây dựng hệ thống trợ giúp quyết định trong quản lý tài nguyên rừng Sản phẩm là hệ thống phục vụ đắc lực, kịp thời và có

độ tin cậy cao Đề xuất các giải pháp tối ưu nhằm quản lý tài

nguyên rừng một cách hiệu quả

7 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn được trình bày thành 3 chương Luận văn có 108 trang không bao gồm phụ lục, có 41 hình và 25 bảng số liệu

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG VÀ HỆ

HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA MỤC TIÊU 1.1 TỔNG QUAN VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

1.1.1 Nguyên lý chung của “Quản lý tài nguyên rừng” 1.1.2 Hệ thống quản lý rừng ở Việt Nam

1.1.3 Những đặc trưng của quản lý tài nguyên rừng 1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH

1.3 HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ

1.3.1 Phát biểu bài toán ra quyết định đa tiêu chí

1.3.2 Phân loại bài toán ra quyết định đa mục tiêu

1.3.3 Các phương pháp hỗ trợ ra quyết định đa tiêu chí 1.4 PHÁT BIỂU BÀI TOÁN RA QUYẾT ĐỊNH ĐA TIÊU CHÍ TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

Do tính phức tạp và phạm vi rộng của vấn đề nghiên cứu, luận văn bước đầu tập trung vào hai bài toán quản lý tài nguyên

rừng, đây là những thành phần cơ bản đáp ứng được các yêu cầu cần thiết của một hệ thống hỗ trợ ra quyết định quản lý tài nguyên rừng

- Bài toán 1: “Xác định giải pháp đáp ứng biến đổi khí hậu

đảm bảo phát triển bền vững” Rừng có tác dụng điều hòa khí hậu toàn cầu thông qua làm giảm đáng kể lượng nhiệt chiếu từ mặt trời xuống bề mặt trái đất do che phủ của tán rừng là rất lớn so với các loại hình sử dụng đất khác, đặc biệt là vai trò hết sức quan trọng của rừng trong việc duy trì chu trình cacbon trên trái đất mà nhờ đó nó

có tác dụng trực tiếp đến sự biến đổi khí hậu toàn cầu Hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu là không thể tránh khỏi Tuy nhiên, các hệ sinh thái rừng có thể có đóng góp cao để giảm thiểu tác động của biến đổi khí hậu

- Bài toán 2: “Xác định giải pháp đáp ứng nhu cầu phát triển

kinh tế xã hội đảm bảo bền vững” Quản lý rừng bền vững được mô

tả như sự đóng góp của lâm nghiệp để phát triển bền vững Phát triển bền vững là sự phát triển về mặt kinh tế và có lợi cho xã hội, cân bằng các nhu cầu hiện tại và tương lai Để đạt được quản lý rừng bền vững là một hoạt động lâu dài liên quan đến lập kế hoạch cẩn thận Nó cũng liên quan đến thời gian và nguồn lực đầu vào, mà ban đầu có thể rất tốn kém

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP HỖ TRỢ RA QUYẾT ĐỊNH

ĐA TIÊU CHÍ TRONG QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG 2.1 GIỚI THIỆU BÀI TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

2.1.1 Xác định tiêu chí

2.1.2 Xây dựng ma trận phân tích

2.1.3 Chuẩn hóa ma trận phân tích

2.1.4 Mô hình hóa hàm giá trị

2.2 PHƯƠNG PHÁP ELECTRE III

2.2.1 Xây dựng mối quan hệ thứ bậc

a Chỉ số phù hợp của quan hệ aSb

Chỉ số phù hợp được tính bằng cách tính riêng biệt từng tiêu

chí c j (a,b) tạo thành ma trận phù hợp, sau đó quy tập lại thành chỉ

số phù hợp N(a,b) với tất cả các tiêu chí





j j

j n a b w W b a N

1

),,(1

),



 m

j j w

W

1

b Chỉ số không phù hợp của quan hệ aSb

Chỉ số không phù hợp d j (a,b) cho mỗi tiêu chí Cj được tính như sau:

j j j

j j j

j j j

j

p v

p a C b C

v a C b C khi

p a C b C khi b

a d

) ( ) (

) ( ) ( 1

) ( ) ( 0

) , (

c Ma trận tin cậy

Đối với mỗi cặp lựa chọn (a,b) A thì S(a,b) được tính theo

công thức:

) , ( ) , ( )

, (

b J j

j j

b a N

b a d b

a N

j b a N b a d khi b a N

Trong đó, J (a,b) là tập hợp các tiêu chí mà d j (a,b) > N(a,b) Khi d j (a,b) = 1 với bất kỳ lựa chọn (a,b) A và với bất kỳ tiêu chí j nào thì S(a,b) = 0

2.2.2 Khai thác mối quan hệ thứ bậc

Dựa vào mối quan hệ thứ bậc S xây dựng chuỗi Z 1 và chuỗi

Z 2 bằng quá trình chưng cất giảm và tăng dần lên Bước thứ hai, xây

aIb b

a a b a b a b b

chọn và mục tiêu Một cây phân cấp với mục tiêu ở đỉnh, những sự lựa chọn là các phần tử lá và các phần tử tiêu chí là ở giữa

2.3.2 Xây dựng ma trận so sánh

2.3.3 Tổng hợp độ ưu tiên

Độ ưu tiên là một số thuộc khoảng [0,1] Chúng biểu diễn sự liên kết của trọng số trong từng phần tử ở từng mức Cuối cùng tổng hợp các kết quả tính toán và đưa ra kết luận cuối cùng về phương án sẽ được lựa chọn





 n

j ij j THi



j

 - trọng số tiêu chí

ij

 - trọng số đánh giá của phương án thứ i đối với tiêu chí thứ j

n - số lượng tiêu chí đánh giá

m - số phương án được đưa ra lựa chọn

2.4 PHƯƠNG PHÁP PHÂN TÍCH THỨ BẬC MỜ

2.4.1 Xác định ma trận đánh giá mờ

a Xây dựng cấu trúc phân cấp

b Đánh giá các tiêu chí con hữu hình

c Đánh giá các tiêu chí con vô hình

Tiêu chí con vô hình thiếu dữ liệu rõ Khi đánh giá các tiêu chí con, các nhà hoạch định chính sách không tránh được đánh giá chủ quan của riêng mình Chúng ta có thể tổng hợp các điểm số của các nhà ra quyết định thông qua các công thức

M M

t

p ijkp

Sau khi nhận được tất cả các điểm con tổng hợp (G~ijk) của

từng lựa chọn (Ai ) đối với tất cả các tiêu chí con ( C jk), chúng ta

sẽ tiếp tục tính toán điểm số đánh giá (a~ij) qua các công thức sau:





k ijk

ij ij

G

G a

n

m m

a a

a

a a

a

A

A A A

~

~

~

~

~

~

~

2 1

2 22

21

1 12

11 2 1

2.4.2 Xác định ma trận hiệu suất mờ

a Xác định vector trọng số mờ

Vector trọng số thể hiện tầm quan trọng tương đối của mỗi tiêu chí Trước hết, mỗi người ra quyết định (D p) thực hiện so sánh cặp bằng cách sử dụng thang điểm 1-9 của Saaty cho tất cả các tiêu chí Sau đó, một ma trận so sánh từng cặp (D) được xây dựng bằng cách tích hợp các điểm số của tất cả các chuyên gia tham gia đánh giá thông qua công thức:

m

m m

b b

b

b b

b

C

C C D

~

~

~

~

~

~

2 1

2 22

21

1 12

11 2 1

Tiếp tục xác định số mờ w ~j tương ứng với một tiêu chí Cj

theo công thức:

m.

1, ,

= e m;

, 1,.

= j ,

e je

m

e je j

b b w

Từ đó có véctơ trọng số mờ: W w~ ,w~ , ,w~m

2 1

n

m m

m m

n w a w a w a

a w a

w a w

a w a

w a w

2 22

2 21 1

1 12

2 11 1 2

n

m m

n h h h

h h

h

h h

h

A

A A

~

~

~

.

~

~

~

~

~

~

2 1

2 22

21

1 12

11 2 1

2.4.3 Xác định ma trận hiệu suất rõ

a Xác định ma trận khoảng hiệu suất

Xác định chỉ số tin cậy [0,1] Chỉ số  lớn thể hiện mức độ tin cậy của người ra quyết định là mạnh hơn

n l n r n l n

mr ml r

l r l

mr ml r

l r l

n h h h h h h

h h h

h h h

h h h

h h h

A

A A H

,

, ,

, ,

,

, ,

2 2 1 1

2 2 22

22 21 21

1 1 12

12 11 11 2 1

n

m m

h h

h

h h

h

A

A A H

2 22

21

1 12

11 2 1

Chỉ số rủi ro  0, 0.5, 1 chỉ ra ý kiến khách quan, trung bình hay bi quan của người ra quyết định

2.4.4 Xếp hạng phương án

Luận văn đã chọn phương pháp TOPSIS để thực hiện xếp loại cuối cùng Trong phương pháp TOPSIS, giải pháp tích cực (hj) được định nghĩa như là số điểm hiệu suất rõ tốt nhất trên tất

cả các phương án trên một tiêu chí Ngược lại, giải pháp tiêu cực

  



j

h được xác định như là số điểm hiệu suất rõ xấu nhất trên tất

cả các phương án trên một tiêu chí Sau đó tính khoảng cách giữa giải pháp tích cực và giải pháp tiêu cực cho từng phương án tương ứng bằng công thức sau:

i , 1 , ,

2 1

i 1 , ,

2 1

S S

S R

i i

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ ỨNG DỤNG CHƯƠNG TRÌNH VÀO BÀI TOÁN QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG CÙ LAO CHÀM 3.1 TỔNG QUAN VỀ KHU BẢO TỒN CÙ LAO CHÀM 3.2 THỰC TRẠNG KHAI THÁC VÀ QUẢN LÝ

3.3 NHU CẦU VỀ QUẢN LÝ TÀI NGUYÊN RỪNG

3.3.1 Áp lực do biến đổi khí hậu

3.3.2 Áp lực từ nhu cầu phát triển kinh tế xã hội

3.4 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH

3.4.1 Giới thiệu chương trình

e Thiết kế cơ sở dữ liệu

f Một số giao diện chính của hệ thống

3.5 THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ

3.5.1 Bài toán 1: Xác định phương án đáp ứng biến đổi khí hậu đảm bảo phát triển bền vững

a Xác định các phương án

Sau khi tiến hành nghiên cứu các chuyên gia tham gia đã đưa

ra 4 nhóm giải pháp đáp ứng biến đổi khí hậu phát triển kinh tế bền vững:

1 Nhóm phương án liên quan đến kỹ thuật (KT)

2 Nhóm phương án về tổ chức thực hiện của các cấp chính

quyền (TC)

3 Nhóm phương án về nâng cao hiểu biết cộng đồng (HB)

4 Nhóm phương án liên quan đến chính sách (CS)

b Xác định các tiêu chí

Quá trình đưa ra phương án tối ưu để quản lý tài nguyên rừng được các chuyên gia đánh giá dựa trên các tiêu chí sau: kinh tế (KT); môi trường (MT); xã hội (XH)

Đối với nhóm kinh tế có 2 tiêu chí thành phần: Chất lượng rừng tự nhiên (KT1), Chất lượng sản phảm du lich (KT2)

Đối với nhóm xã hội có 3 tiêu chí thành phần: Sinh kế người dân (XH1), Vấn đề nhà ở (XH2), Nhận thức cộng đồng (XH3)