Multicriteria analysis in decision making under information uncertainty

This paper presents results of research related to multicriteria decision making under information uncertainty. The Bell-man-Zadeh approach to decision making in a fuzzy environment is utilized for analyzing multicriteria optimization models (< X, M > models) under deterministic information. Its application conforms to the principle of guaranteed result and provides constructive lines in obtaining harmonious solutions on the basis of analyzing associated maxmin problems. This circumstance permits one to generalize the classic approach to considering the uncertainty of quantitative information (based on constructing and analyzing payoff matrices reflecting effects which can be obtained for different combinations of solution alternatives and the so-called states of nature) in monocriteria decision making to multicriteria problems. Considering that the uncertainty of information can produce considerable decision uncertainty regions, the resolving capacity of this generalization does not always permit one to obtain unique solutions. Taking this into account, a proposed general scheme of multicriteria decision making under information uncertainty also includes the construction and analysis of the so-called < X, R > models (which contain fuzzy preference relations as criteria of optimality) as a means for the subsequent contraction of the decision uncertainty regions. The paper results are of a universal character and are illustrated by a simple example. (c) 2007 Elsevier Inc. All rights reserved.

Validation of multicriteria analysis models

Validation procedures play an important role in establishing the credibility of models, improving their relevance and acceptability. This article reviews the testing of models relevant to environmental and natural resource management with particular emphasis on models used in multicriteria analysis (MCA). Validation efforts for a model used in a MCA catchment management study in North Queensland, Australia, are presented. Determination of face validity is found to be a useful approach in evaluating this model, and sensitivity analysis is useful in checking the stability of the model. (C) 2000 Elsevier Science Ltd. All rights reserved.

A flexible consensus scheme for multicriteria group decision making under linguistic assessments

The present paper proposes a flexible consensus scheme for group decision making, which allows one to obtain a consistent collective opinion, from information provided by each expert in terms of multigranular fuzzy estimates. It is based on a linguistic hierarchical model with multigranular sets of linguistic terms, and the choice of the most suitable set is a prerogative of each expert. From the human viewpoint, using such model is advantageous, since it permits each expert to utilize linguistic terms that reflect more adequately the level of uncertainty intrinsic to his evaluation. From the operational viewpoint, the advantage of using such model lies in the fact that it allows one to express the linguistic information in a unique domain, without losses of information, during the discussion process. The proposed consensus scheme supposes that the moderator can interfere in the discussion process in different ways. The intervention can be a request to any expert to update his opinion or can be the adjustment of the weight of each expert`s opinion. An optimal adjustment can be achieved through the execution of an optimization procedure that searches for the weights that maximize a corresponding soft consensus index. In order to demonstrate the usefulness of the presented consensus scheme, a technique for multicriteria analysis, based on fuzzy preference relation modeling, is utilized for solving a hypothetical enterprise strategy planning problem, generated with the use of the Balanced Scorecard methodology. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.

MultiDecision-2: A Multicriteria Decision Support System

The paper presents a multicriteria decision support system, called MultiDecision-2, which consists of two independent parts - MKA-2 subsystem and MKO-2 subsystem. MultiDecision-2 software system supports the decision makers (DMs) in the solving process of different problems of multicriteria analysis and linear (continues and integer) problems of multicriteria optimization. The two subsystems MKA-2 and MKO-2 of of MultiDecision-2 are briefly described in the paper in the terms of the class of the problems being solved, the system structure, the operation with the interface modules for input data entry and the information about DM’s local preferences, as well as the operation with the interface modules for visualization of the current and final solutions.

A Multicriteria Decision Support System MultiDecision-1

* This paper is partially supported by the National Science Fund of Bulgarian Ministry of Education and Science under contract № I–1401\2004 "Interactive Algorithms and Software Systems Supporting Multicriteria Decision Making."

A decision support process to compare Riparian revegetation options in Scheu Creek catchment in North Queensland

While riparian vegetation can play a major role in protecting land, water and natural habitat in catchments, there are high costs associated with tree planting and establishment and in diverting land from cropping. The distribution of costs and benefits of riparian revegetation creates conflicts in the objectives of various stakeholder groups. Multicriteria analysis provides an appropriate tool to evaluate alternative riparian revegetation options, and to accommodate the conflicting views of various stakeholder groups. This paper discusses an application of multicriteria analysis in an evaluation of riparian revegetation policy options for Scheu Creek, a small sub-catchment in the Johnstone River catchment in north Queensland, Australia. Clear differences are found in the rankings of revegetation options for different stakeholder groups with respect to environmental, social and economic impacts. Implementation of a revegetation option will involve considerable cost for landholders for the benefits of society. Queensland legislation does not provide a means to require farmers to implement riparian revegetation, hence the need for subsidies, tau incentives and moral suasion. (C) 2001 Academic Press.

Estudos de impacte ambiental em infraestruturas rodoviárias com recurso a tecnologia SIG e avaliação multicritério

O Estudo de Impacte Ambiental (EIA) é uma peça fundamental no processo de Avaliação Ambiental a que têm de ser submetidos alguns projetos de engenharia. Este é o resultado de atividades e avaliações metodológicas conducentes a identificar/avaliar possíveis impactes, apresentando medidas de minimização e o plano de monitorização. Se existirem múltiplas alternativas, o EIA deve indicar a “ambientalmente mais favorável”. O presente trabalho apresenta uma proposta metodológica para apoio dessas atividades/avaliações, tendo como estrutura integradora um SIG ligado a modelos externos específicos, constituindo -se assim como uma contribuição para o desenvolvimento de um SADE -MC, no domínio ambiental. Essa proposta engloba a conceção duma rotina interativa, em Visual Basic® para suportar os processos de Screening/Scoping, Avaliação da Significância e Seleção dos Indicadores Ambientais. As funcionalidades do SIG, associadas aos módulos externos, são usadas para prever/quantificar os impactes e os indicadores ambientais. Estes indicadores são então utilizados como critérios, no módulo de avaliação multicritério que utiliza, nesta aplicação, o método ELECTRE III. Isso permite apresentar uma preordenação final das alternativas, desde a “ambientalmente mais favorável” até à mais adversa. Como caso de estudo, essa proposta metodológica é aplicada a um EIA referente ao projeto de um troço de autoestrada no Centro de Portugal.

Estudo e proposta de algoritmo para a minimização do corte de eólica no contexto de uma análise custo-benefício multicritério

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia Electrotécnica Ramo de Energia

Avaliação da vulnerabilidade socioecológica ao risco sísmico no concelho de Vila Franca do Campo (Açores): contributo para a construção de uma comunidade resiliente

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do grau de Mestre em Ciência e Sistemas de Informação Geográfica

Indicadors de pressió ambiental a les platges de Menorca: prova pilot (IPAPM'pp)

L’augment del turisme experimentat des de principis dels anys 70 a l’illa de Menorca (Illes Balears, Espanya) ha provocat un impacte sobre les seves platges, el seu principal atractiu turístic. Molts d’aquests impactes s’incrementen durant la temporada alta, compresa entre els mesos de maig a octubre. L’objectiu principal d’aquest projecte és l’elaboració d’un sistema d’indicadors de pressió ambiental útils per a l’anàlisi de les platges. La zona objecte d’estudi de la prova-pilot, correspon a les platges del sud-oest de Menorca, aquestes cales són les que actualment es troben sotmeses a una major pressió. Es tracta de catorze platges tipificades en tres categories (A, B, C) segons les característiques del tipus d’espai on es troben situades. Són les platges de: Cala Degollador, Cala Blanca, Cala’n Bosch, Son Xoriguer, Son Saura-Es Banyul, Son Saura-Bellavista, Es Talaier, Cala Turqueta, Cala Macarelleta, Cala Macarella, Cala Galdana, Cala Mitjana, Cala Trebalúger i Cala Escorxada. Partint d’un treball bibliogràfic, s’ha realitzat una selecció de mig centenar d’indicadors potencials dels quals catorze han format part dels IPAPM’pp, mitjançant l’elaboració d’una anàlisi multicriteri. Per a cada un dels IPAPM’pp s’ha desenvolupat una metodologia amb les corresponents fitxes individuals descriptives per al seu seguiment temporal. En aquest primer estudi, l’indicador que presenta un nombre de valors no acceptables en una major proporció de platges, és l’indicador 3. Índex de valoració de les mesures de conservació del sistema natural, seguit de l’indicador 6. Superfície subsistema sorra per usuari. El 2006, les platges de tipologia A, presenten un major percentatge positiu de les variables dels indicadors. Les platges de tipologia B i C presenten un percentatge menor d’acceptabilitat dels valors dels indicadors.

Sostenibilidad de la producción porcina en Cataluña (España). Aplicación del análisis multicriterio

La evaluación de la sostenibilidad en modelos de producción porcina en Cataluña (España), mediante el análisis multicriterio, se estructura en dos partes. Una primera de establecimiento del marco de análisis donde, de forma participativa, se fijan los criterios de evaluación, sus indicadores y las escalas de evaluación. En la segunda se implementa la metología expuesta para evaluar la sostenibilidad de tres modelos productivos y detectar posibles conflictos entre los diferentes grupos de interés. Los resultados obtenidos demuestran que desde el punto de vista de la sostenbilidad, en base a los criterios considerados y bajo distintas opciones de robustez, el modelo productivo más sostenible es el ecológico, seguido del familiar y, en último puesto, el del modelo denominado de integración. En cuanto a la formación de coaliciones se observa que hay un importante grupo de actores que apuestan, en primer lugar, por el modelo de integración. Los anteriores resultados avalan la necesidad de potenciar modelos intermedios entre el ecológico y el de integración. Una opción conciliadora, entre las existentes, podría ser el tipo familiar, aplicando algunas mejoras en el manejo si se quieren satisfacer plenamente los requerimientos de sostenibilidad.

Évaluation de la vulnérabilité des fermes productrices de maïs-grain du Québec aux variabilités et changements climatiques : les cas de Montérégie-Ouest et du Lac-Saint-Jean-Est

Réalisées aux échelles internationales et nationales, les études de vulnérabilité aux changements et à la variabilité climatiques sont peu pertinentes dans un processus de prise de décisions à des échelles géographiques plus petites qui représentent les lieux d’implantation des stratégies de réponses envisagées. Les études de vulnérabilité aux changements et à la variabilité climatiques à des échelles géographiques relativement petites dans le secteur agricole sont généralement rares, voire inexistantes au Canada, notamment au Québec. Dans le souci de combler ce vide et de favoriser un processus décisionnel plus éclairé à l’échelle de la ferme, cette étude cherchait principalement à dresser un portrait de l’évolution de la vulnérabilité des fermes productrices de maïs-grain des régions de Montérégie-Ouest et du Lac-St-Jean-Est aux changements et à la variabilité climatiques dans un contexte de multiples sources de pression. Une méthodologie générale constituée d'une évaluation de la vulnérabilité globale à partir d’une combinaison de profils de vulnérabilité aux conditions climatiques et socio-économiques a été adoptée. Pour la période de référence (1985-2005), les profils de vulnérabilité ont été dressés à l’aide d’analyses des coefficients de variation des séries temporelles de rendements et de superficies en maïs-grain. Au moyen de méthodes ethnographiques associées à une technique d’analyse multicritère, le Processus d’analyse hiérarchique (PAH), des scénarios d’indicateurs de capacité adaptative du secteur agricole susmentionné ont été développés pour la période de référence. Ceux-ci ont ensuite servi de point de départ dans l’élaboration des indicateurs de capacité de réponses des producteurs agricoles pour la période future 2010-2039. Pour celle-ci, les deux profils de vulnérabilité sont issus d’une simplification du cadre théorique de « Intergovernmental Panel on Climate Change » (IPCC) relatif aux principales composantes du concept de vulnérabilité. Pour la dimension « sensibilité » du secteur des fermes productrices de maïs-grain des deux régions agricoles aux conditions climatiques, une série de données de rendements a été simulée pour la période future. Ces simulations ont été réalisées à l’aide d’un couplage de cinq scénarios climatiques et du modèle de culture CERES-Maize de « Decision Support System for Agrotechnology Transfer » (DSSAT), version 4.0.2.0. En ce qui concerne l’évaluation de la « capacité adaptative » au cours de la période future, la construction des scénarios d’indicateurs de cette composante a été effectuée selon l’influence potentielle des grandes orientations économiques et environnementales considérées dans l’élaboration des lignes directrices des deux familles d’émissions de gaz à effet de serre (GES) A2 et A1B. L’application de la démarche méthodologique préalablement mentionnée a conduit aux principaux résultats suivants. Au cours de la période de référence, la région agricole du Lac-St-Jean-Est semblait être plus vulnérable aux conditions climatiques que celle de Montérégie-Ouest. En effet, le coefficient de variation des rendements du maïs-grain pour la région du Lac-St-Jean-Est était évalué à 0,35; tandis que celui pour la région de Montérégie-Ouest n’était que de 0,23. Toutefois, par rapport aux conditions socio-économiques, la région de Montérégie-Ouest affichait une vulnérabilité plus élevée que celle du Lac-St-Jean-Est. Les valeurs des coefficients de variation pour les superficies en maïs-grain au cours de la période de référence pour la Montérégie-Ouest et le Lac-St-Jean-Est étaient de 0,66 et 0,48, respectivement. Au cours de la période future 2010-2039, la région du Lac-St-Jean-Est serait, dans l’ensemble, toujours plus vulnérable aux conditions climatiques que celle de Montérégie-Ouest. Les valeurs moyennes des coefficients de variation pour les rendements agricoles anticipés fluctuent entre 0,21 et 0,25 pour la région de Montérégie-Ouest et entre 0,31 et 0,50 pour la région du Lac-St-Jean-Est. Néanmoins, en matière de vulnérabilité future aux conditions socio-économiques, la position relative des deux régions serait fonction du scénario de capacité adaptative considéré. Avec les orientations économiques et environnementales considérées dans l’élaboration des lignes directrices de la famille d’émission de GES A2, les indicateurs de capacité adaptative du secteur à l’étude seraient respectivement de 0,13 et 0,08 pour la Montérégie-Ouest et le Lac-St-Jean-Est. D’autre part, en considérant les lignes directrices de la famille d’émission de GES A1B, la région agricole du Lac-St-Jean-Est aurait une capacité adaptative légèrement supérieure (0,07) à celle de la Montérégie-Ouest (0,06). De façon générale, au cours de la période future, la région du Lac-St-Jean-Est devrait posséder une vulnérabilité globale plus élevée que la région de Montérégie-Ouest. Cette situation s’expliquerait principalement par une plus grande vulnérabilité de la région du Lac-St-Jean-Est aux conditions climatiques. Les résultats de cette étude doivent être appréciés dans le contexte des postulats considérés, de la méthodologie suivie et des spécificités des deux régions agricoles examinées. Essentiellement, avec l’adoption d’une démarche méthodologique simple, cette étude a révélé les caractéristiques « dynamique et relative » du concept de vulnérabilité, l’importance de l’échelle géographique et de la prise en compte d’autres sources de pression et surtout de la considération d’une approche contraire à celle du « agriculteur réfractaire aux changements » dans les travaux d’évaluation de ce concept dans le secteur agricole. Finalement, elle a aussi présenté plusieurs pistes de recherche susceptibles de contribuer à une meilleure évaluation de la vulnérabilité des agriculteurs aux changements climatiques dans un contexte de multiples sources de pression.

Utilisation de systèmes d'information géographique pour l'évaluation des risques liés à la dégradation du pergélisol. Étude de cas : Tasiujaq, Nunavik, Québec

Les régions nordiques à pergélisol seront largement affectées par l'augmentation prévue des températures. Un nombre croissant d’infrastructures qui étaient autrefois construites avec confiance sur des sols gelés en permanence commencent déjà à montrer des signes de détérioration. Les processus engendrés par la dégradation du pergélisol peuvent causer des dommages importants aux infrastructures et entrainer des coûts élevés de réparation. En conséquence, le contexte climatique actuel commande que la planification des projets dans les régions nordiques s’effectue en tenant compte des impacts potentiels de la dégradation du pergélisol. Ce mémoire porte sur l’utilisation de systèmes d’information géographique (SIG) appliqués à l’évaluation du potentiel d’aménagement des territoires situés en milieu de pergélisol. En utilisant une approche SIG, l’objectif est d’élaborer une méthodologie permettant de produire des cartes d'évaluation des risques afin d’aider les collectivités nordiques à mieux planifier leur environnement bâti. Une analyse multi-échelle du paysage est nécessaire et doit inclure l'étude des dépôts de surface, la topographie, ainsi que les conditions du pergélisol, la végétation et les conditions de drainage. La complexité de l'ensemble des interactions qui façonnent le paysage est telle qu'il est pratiquement impossible de rendre compte de chacun d'eux ou de prévoir avec certitude la réponse du système suite à des perturbations. Ce mémoire présente aussi certaines limites liées à l’utilisation des SIG dans ce contexte spécifique et explore une méthode innovatrice permettant de quantifier l'incertitude dans les cartes d'évaluation des risques.

Conceptual design of wastewater treatment plants using multiple objectives

La implementació de la Directiva Europea 91/271/CEE referent a tractament d'aigües residuals urbanes va promoure la construcció de noves instal·lacions al mateix temps que la introducció de noves tecnologies per tractar nutrients en àrees designades com a sensibles. Tant el disseny d'aquestes noves infraestructures com el redisseny de les ja existents es va portar a terme a partir d'aproximacions basades fonamentalment en objectius econòmics degut a la necessitat d'acabar les obres en un període de temps relativament curt. Aquests estudis estaven basats en coneixement heurístic o correlacions numèriques provinents de models determinístics simplificats. Així doncs, moltes de les estacions depuradores d'aigües residuals (EDARs) resultants van estar caracteritzades per una manca de robustesa i flexibilitat, poca controlabilitat, amb freqüents problemes microbiològics de separació de sòlids en el decantador secundari, elevats costos d'operació i eliminació parcial de nutrients allunyant-les de l'òptim de funcionament. Molts d'aquestes problemes van sorgir degut a un disseny inadequat, de manera que la comunitat científica es va adonar de la importància de les etapes inicials de disseny conceptual. Precisament per aquesta raó, els mètodes tradicionals de disseny han d'evolucionar cap a sistemes d'avaluació mes complexos, que tinguin en compte múltiples objectius, assegurant així un millor funcionament de la planta. Tot i la importància del disseny conceptual tenint en compte múltiples objectius, encara hi ha un buit important en la literatura científica tractant aquest camp d'investigació. L'objectiu que persegueix aquesta tesi és el de desenvolupar un mètode de disseny conceptual d'EDARs considerant múltiples objectius, de manera que serveixi d'eina de suport a la presa de decisions al seleccionar la millor alternativa entre diferents opcions de disseny. Aquest treball de recerca contribueix amb un mètode de disseny modular i evolutiu que combina diferent tècniques com: el procés de decisió jeràrquic, anàlisi multicriteri, optimació preliminar multiobjectiu basada en anàlisi de sensibilitat, tècniques d'extracció de coneixement i mineria de dades, anàlisi multivariant i anàlisi d'incertesa a partir de simulacions de Monte Carlo. Això s'ha aconseguit subdividint el mètode de disseny desenvolupat en aquesta tesis en quatre blocs principals: (1) generació jeràrquica i anàlisi multicriteri d'alternatives, (2) anàlisi de decisions crítiques, (3) anàlisi multivariant i (4) anàlisi d'incertesa. El primer dels blocs combina un procés de decisió jeràrquic amb anàlisi multicriteri. El procés de decisió jeràrquic subdivideix el disseny conceptual en una sèrie de qüestions mes fàcilment analitzables i avaluables mentre que l'anàlisi multicriteri permet la consideració de diferent objectius al mateix temps. D'aquesta manera es redueix el nombre d'alternatives a avaluar i fa que el futur disseny i operació de la planta estigui influenciat per aspectes ambientals, econòmics, tècnics i legals. Finalment aquest bloc inclou una anàlisi de sensibilitat dels pesos que proporciona informació de com varien les diferents alternatives al mateix temps que canvia la importància relativa del objectius de disseny. El segon bloc engloba tècniques d'anàlisi de sensibilitat, optimització preliminar multiobjectiu i extracció de coneixement per donar suport al disseny conceptual d'EDAR, seleccionant la millor alternativa un cop s'han identificat decisions crítiques. Les decisions crítiques són aquelles en les que s'ha de seleccionar entre alternatives que compleixen de forma similar els objectius de disseny però amb diferents implicacions pel que respecte a la futura estructura i operació de la planta. Aquest tipus d'anàlisi proporciona una visió més àmplia de l'espai de disseny i permet identificar direccions desitjables (o indesitjables) cap on el procés de disseny pot derivar. El tercer bloc de la tesi proporciona l'anàlisi multivariant de les matrius multicriteri obtingudes durant l'avaluació de les alternatives de disseny. Específicament, les tècniques utilitzades en aquest treball de recerca engloben: 1) anàlisi de conglomerats, 2) anàlisi de components principals/anàlisi factorial i 3) anàlisi discriminant. Com a resultat és possible un millor accés a les dades per realitzar la selecció de les alternatives, proporcionant més informació per a una avaluació mes efectiva, i finalment incrementant el coneixement del procés d'avaluació de les alternatives de disseny generades. En el quart i últim bloc desenvolupat en aquesta tesi, les diferents alternatives de disseny són avaluades amb incertesa. L'objectiu d'aquest bloc és el d'estudiar el canvi en la presa de decisions quan una alternativa és avaluada incloent o no incertesa en els paràmetres dels models que descriuen el seu comportament. La incertesa en el paràmetres del model s'introdueix a partir de funcions de probabilitat. Desprès es porten a terme simulacions Monte Carlo, on d'aquestes distribucions se n'extrauen números aleatoris que es subsisteixen pels paràmetres del model i permeten estudiar com la incertesa es propaga a través del model. Així és possible analitzar la variació en l'acompliment global dels objectius de disseny per a cada una de les alternatives, quines són les contribucions en aquesta variació que hi tenen els aspectes ambientals, legals, econòmics i tècnics, i finalment el canvi en la selecció d'alternatives quan hi ha una variació de la importància relativa dels objectius de disseny. En comparació amb les aproximacions tradicionals de disseny, el mètode desenvolupat en aquesta tesi adreça problemes de disseny/redisseny tenint en compte múltiples objectius i múltiples criteris. Al mateix temps, el procés de presa de decisions mostra de forma objectiva, transparent i sistemàtica el perquè una alternativa és seleccionada en front de les altres, proporcionant l'opció que més bé acompleix els objectius marcats, mostrant els punts forts i febles, les principals correlacions entre objectius i alternatives, i finalment tenint en compte la possible incertesa inherent en els paràmetres del model que es fan servir durant les anàlisis. Les possibilitats del mètode desenvolupat es demostren en aquesta tesi a partir de diferents casos d'estudi: selecció del tipus d'eliminació biològica de nitrogen (cas d'estudi # 1), optimització d'una estratègia de control (cas d'estudi # 2), redisseny d'una planta per aconseguir eliminació simultània de carboni, nitrogen i fòsfor (cas d'estudi # 3) i finalment anàlisi d'estratègies control a nivell de planta (casos d'estudi # 4 i # 5).