MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA SYSTEMÓW WIELOKRYTERIALNEGO WSPOMAGANIA DECYZJI W OCENACH ODDZIAŁYWANIA NA ŚRODOWISKO

Transkrypt

1 Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Politechnika Warszawska MOŻLIWOŚCI ZASTOSOWANIA SYSTEMÓW WIELOKRYTERIALNEGO WSPOMAGANIA DECYZJI W OCENACH ODDZIAŁYWANIA NA ŚRODOWISKO Wiktor Treichel Zakład Informatyki i Badań Jakości Środowiska Wydział Instalacji Budowlanych, Hydrotechniki i Inżynierii Środowiska Politechnika Warszawska I konferencja Naukowo-Techniczna Technologie informatyczne w ochronie i kształtowaniu środowiska Warszawa,17 stycznia 2017 r

2 PLAN PREZENTACJI Miejsce i rola systemów wspomagania decyzji w OOŚ Metodyka i narzędzia wielokryterialnego wspomagania decyzji Warianty, kryteria, preferencje decydenta Agregacja preferencji do Globalnego Modelu Preferencji Decydenta Przykłady zastosowania wielokryterialnych systemów wspomagania decyzji w OOŚ Wybór wariantu trasy inwestycji drogowej (np. obwodnicy miejskiej) Wybór scenariusza postępowania z odpadami komunalnymi Wybór najlepszego wariantu lokalizacyjno technologicznego ZTPOK Podsumowanie i wnioski Technologie informatyczne w ochronie i kształtowaniu środowiska 2/28

3 MIEJSCE I ROLA SYSTEMÓW WSPOMAGANIA DECYZJI W OOŚ Przy opracowywaniu Ocen Oddziaływania na Środowisko konieczne jest wszechstronne, wielokryterialne ocenienie różnych oddziaływań planowanego przedsięwzięcia. W raporcie OOŚ wymagane jest rozważenie alternatywnych wariantów realizacji przedsięwzięcia (w tym tzw. wariantu zerowego) i wskazanie wariantu najkorzystniejszego dla środowiska Zatem naturalnym narzędziem do wykorzystania w procesie OOŚ stają się systemy wspomagania decyzji i metody analizy wielokryterialnej. 3/28

4 MIEJSCE I ROLA SYSTEMÓW WSPOMAGANIA DECYZJI W OOŚ Najważniejsze zadania SWD: Ustrukturyzowanie informacji o problemie decyzyjnym poprzez zdefiniowanie wariantów decyzyjnych oraz kryteriów oceny. Dodatkowo w procesie budowany jest model preferencji decydenta, uwzględniający hierarchię wartości decydenta np. administratora publicznego czy przedsiębiorcy oraz innych istotnych uczestników procesu decyzyjnego tzw. interesariuszy; Dostarczenie informacji o możliwym oddziaływaniu wariantów decyzyjnych, poprzez określenie tzw. macierzy ocen dla wariantów względem odpowiednich kryteriów. Macierz ocen pozwala wyartykułować i przedstawić wszystkim uczestnikom procesu decyzyjnego wady i zalety poszczególnych wariantów, przy czym oceny te mogą mieć charakter ilościowy (obliczenia, prognozy itp.) lub jakościowy (oceny eksperckie); 4/28

5 MIEJSCE I ROLA SYSTEMÓW WSPOMAGANIA DECYZJI W OOŚ Możliwość włączenia wszystkich istotnych uczestników (interesariuszy) do procesu decyzyjnego, co ma decydujący wpływ na jego transparentność. SWD pozwalają na uwzględnienie w rozwiązaniu problemu decyzyjnego preferencji różnych grup społecznych zainteresowanych decyzją; Ułatwienie procesu konsultacji i negocjacji między decydentem a interesariuszami. Wybór najbardziej korzystnego wariantu, uwzględniający konsultacje społeczne, zmniejsza ryzyko konfliktu oraz zwiększa przekonanie wszystkich zainteresowanych stron do słuszności podjętej decyzji; Umożliwienie systematycznego udokumentowania procesu decyzyjnego. Poprzez szczegółowe udokumentowanie każdego etapu w procesie decyzyjnym analityk (firma konsultingowa) może przedstawiać decydentowi i interesariuszom przesłanki i argumenty do każdej decyzji. 5/28

6 METODYKA I NARZĘDZIA WIELOKRYTERIALNEGO WSPOMAGANIA DECYZJI Metody analizy wielokryterialnej przeznaczone są do rozwiązywania zadań z określoną skończoną liczbą wariantów a i A ocenianych za pomocą wielu kryteriów f j. Matematycznie: gdzie A jest skończonym zbiorem n wariantów, f j, j=1, 2, k to kryteria oceny, a f j (a) to wartość oceny wariantu a za pomocą kryterium f j Oceny dla wszystkich wariantów można przedstawić w wielokryterialnej tablicy ocen tzw. macierzy decyzyjnej: Rozwiązaniem oczekiwanym przez decydenta jest znalezienie takiego wariantu, który byłby najlepszy z punktu widzenia wszystkich kryteriów jednocześnie. 6/28

7 METODYKA I NARZĘDZIA WIELOKRYTERIALNEGO WSPOMAGANIA DECYZJI Jednakże, ze względu na konfliktowy charakter kryteriów w większości problemów decyzyjnych, rozwiązanie najlepsze z punktu widzenia wszystkich kryteriów jednocześnie nie istnieje (jest to tzw. rozwiązanie utopijne, idealne). Zatem celem wielokryterialnego wspomagania decyzji jest znalezienie rozwiązania najlepszego kompromisu, które może być zaakceptowane przez decydenta. Ale do tego celu potrzebne są dodatkowe informacje o preferencjach i priorytetach decydenta. Te informacje nie są zawarte w macierzy decyzyjnej i muszą być pozyskane osobno. Należy zauważyć, że jedynym obiektywnym (czyli bez uwzględniania preferencji decydenta) rozwiązaniem wynikającym z macierzy decyzyjnej jest tzw. rozwiązanie Pareto-optymalne (sprawne, efektywne, niezdominowane). Def. Wariant a dominuje b wtedy i tylko wtedy, gdy a jest nie gorszy od b na wszystkich kryteriach i ściśle lepszy na przynajmniej jednym kryterium. Def. Wariant a nazywa się Pareto-optymalnym (sprawnym, niezdominowanym) wtedy i tylko wtedy, gdy w zbiorze A nie istnieje wariant b, który go dominuje. 7/28

8 METODYKA I NARZĘDZIA WIELOKRYTERIALNEGO WSPOMAGANIA DECYZJI Modelowanie preferencji i Globalny Model Preferencji Decydenta Dwa główne modele GMPD: metody wieloatrybutowej funkcji użyteczności lub wartości zakłada się, że decydent podejmuje decyzje kierując się maksymalizacją pewnej funkcji agregującej wszystkie kryteria. Ta funkcja nosi nazwę funkcji użyteczności globalnej. Zadaniem analityka jest zbudować tę funkcję. Dwie formy funkcji użyteczności globalnej U(g(a)): addytywną, bazującą na sumie ważonej użyteczności cząstkowych; wagi stanowią tu stopień istotności danego kryterium. Metody suma ważona, AHP, MACBETH. multiplikatywną, będącą iloczynem użyteczności cząstkowych oraz współczynników skalujących dane kryterium; użyteczność cząstkowa w tego typu funkcji globalnej budowana jest poprzez modelowanie skłonności podejmującego decyzję do ryzyka. metody relacji przewyższania preferencje w tych metodach są modelowane przy użyciu binarnych relacji 8/28 przewyższania, S, co oznacza przynajmniej tak dobre jak. Warianty są porównywane parami. Dla każdej z tych par wyznacza się liczbę kryteriów sygnalizujących przewagę jednego wariantu nad drugim oraz

9 METODYKA I NARZĘDZIA WIELOKRYTERIALNEGO WSPOMAGANIA DECYZJI Struktura procesu wielokryterialnego wspomagania decyzji 9/28

10 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOW METODY ELECTRE 1S, PROMETHEE, AHP Cztery warianty przebiegu trasy: W1, WIIIA, W2 i W3 10/28

11 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOWKryteria oceny wariantów Kryteria transportowe i komunikacyjne Kryteria ekonomiczne Kryteria ochrony środowiska przyrodniczego Kryteria przestrzenne i ochrony środowiska społecznego Liczba pojazdokilometrów w obszarze analizy na dobę Wartość traconego czasu na dobę Koszty transportu na dobę Koszt zanieczyszczenia środowiska na dobę Długość drogi Koszt budowy drogi Koszt wykupu terenu Koszt wykupu obiektów i odszkodowań Naruszenie obszarów chronionych (MPK) Naruszenie otulin obszarów chronionych Naruszenie projektowanych obszarów chronionych Długość przebiegu drogi przez tereny leśne Przecięcia szlaków migracji zwierząt dziko żyjących Przecięcia terenów preferowanych przez płazy Przecięcia cieków wodnych Liczba domów do wyburzenia Liczba budynków mieszkalnych w odległości 0-50 m od drogi Liczba budynków mieszkalnych w odległości m od drogi Powierzchnia gruntów do wywłaszczenia Przecięcie struktur przestrzennych Przecięte nieodbudowane powiązania poprzeczne Długość ekranów akustycznych Liczba naruszonych stref ochronnych wody pitnej Bezp. Kolizje ze stan. Archeologicznymi Kolizje z obowiązującym zagospodarowaniem przestrzennym Kolizje z planowanym zagospodarowaniem przestrzennym [10 3 poj km] [10 3 PLN/d] [10 3 PLN/d] [10 3 PLN/d] [km] [10 6 PLN] [10 6 PLN] [10 6 PLN] [ha] [ha] [km] [km] [szt] [km] [szt] [szt] [szt] [szt] [ha] [km] [szt] [km] [szt] [szt] [szt] [szt] 11/28

12 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOW Scenariusze preferencyjne obejmują trzy wybrane profile preferencyjne: Transportowcy, Samorządowcy i Ekolodzy 100% 90% 80% 70% 60% % 40% % % 10% % Transportowcy Samorządowcy Ekolodzy Średnio Transport Ekonomia Środow. przyrodn. Środow. społ. 12/28

13 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOW METODA ELECTRE 1S Macierz zgodności Graf finalny dla preferencji Transportowców Graf finalny dla preferencji Samorządowców Wierzchołki w grafach 1 wariant W1 2 wariant WIIIA 3 wariant W2 4 wariant W3 5 warianty W1 + WIIIA Graf finalny dla preferencji Ekologów Graf finalny dla średnich preferencji 13/28

14 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOW METODA PROMETHEE Ranking końcowy dla preferencji Transportowców Ranking końcowy dla preferencji Samorządowców W1 WIIIA W3 W2 Ranking końcowy dla preferencji Ekologów Ranking końcowy dla średnich preferencji 14/28

15 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOW ANALIZA WRAŻLIWOŚCI PROMETHEE Ruchome wagi Przedziały stabilności 15/28 Graf GAIA

16 WYBÓR WARIANTU TRASY OBWODNICY MIEJSKIEJ WOW METODA AHP Skala ocen Saaty ego Wartość Znaczenie oceny 9 Ekstremalna preferencja 7 Bardzo silna preferencja 5 Silna preferencja 3 Słaba preferencja 1 Równoważność Ranking końcowy dla preferencji Transportowców warianty W1 WIIIA W2 W3 W1 x WIIIA x 1 5 W2 x 9 W3 Ranking końcowy dla preferencji Ekologów x Ranking końcowy dla preferencji Samorządowców Ranking końcowy dla średnich preferencji 16/28

17 SCENARIUSZA POSTĘPOWANIA Z ODPADAMI KOMUNALNYMI NA TERENIE BYDGOSKO- TORUŃSKIEGO OBSZARU METR. Etap 1 Ustrukturyzowanie problemu decyzyjnego: warianty i kryteria oceny Scenariusz (1) - Status quo Scenariusz (2) inwestycyjny z mechaniczno-biologicznym przetwarzaniem odpadów, termicznym wykorzystaniem frakcji energetycznej oraz wykorzystaniem istniejącego systemu Scenariusz (3) inwestycyjny z termiczną obróbką odpadów oraz wykorzystaniem istniejącego systemu 17/28

18 ZASTOSOWANIE SWD MACBETH PRZY WYBORZE SCENARIUSZA POSTĘPOWANIA Z ODPADAMI KOMUNALNYMI NA TERENIE BTOM Etap 1 Ustrukturyzowanie problemu decyzyjnego: warianty i kryteria oceny 18/28

19 ZASTOSOWANIE SWD MACBETH PRZY WYBORZE SCENARIUSZA POSTĘPOWANIA Z ODPADAMI KOMUNALNYMI NA TERENIE BTOM Etap 2 Określenie ważności kryteriów oraz różnic między wartościami w pojedynczym kryterium wg skali porządkowej i obliczenie tzw. wag Macbetha oraz skali liczbowej w wyniku rozwiązania zadania programowania liniowego. 19/28

20 ZASTOSOWANIE SWD MACBETH PRZY WYBORZE SCENARIUSZA POSTĘPOWANIA Z ODPADAMI KOMUNALNYMI NA TERENIE BTOM Etap 3 Atrakcyjność wariantów względem poszczególnych kryteriów K1 Kryterium Scenariusz 1 Scenariusz 2 Scenariusz 3 Redukcja ilości składowanych odpadów 54,92 tys. 218,4tys. Mg 192,8tys. Mg Skala Macbeth (porządkowa) K2 Redukcja ilości składowanych odpadów ulegających biodegradacji 17,5tys. Mg 85,7tys. Mg 62,2tys. Mg Odzysk surowców K3 29,2 tys. Mg 47,6 tys. Mg 46,2 tys. Mg wtórnych K4 Odzysk energii 115 tys. GJ 803 tys. GJ 832 tys. GJ Oddziaływanie na K środowisko K6 Zgodność z polityką państwa i dyrektywami Unii Europejskiej Perspektywiczność K wybranego systemu K8 Akceptacja społeczna 18,70% 64,40% 62,90% K9 K10 K11 Miesięczny koszt przypadający na 1 mieszkańca za korzystanie z systemu w Bydgoszczy i jej gminach Miesięczny koszt przypadający na 1 mieszkańca za korzystanie z systemu w Toruniu i jego gminach Opłata za unieszkodliwienie 1 Mg odpadów z uwzględnieniem kar za niedotrzymanie standardów w BTOM 12,52 14,39 16,12 17,34 20,13 20,56 456,06 528,29 567,71 20/28

21 ZASTOSOWANIE SWD MACBETH PRZY WYBORZE SCENARIUSZA POSTĘPOWANIA Z ODPADAMI KOMUNALNYMI NA TERENIE BTOM Etap 4 Rozwiązanie i analiza wrażliwości Analiza wrażliwości 21/28

22 WYBÓR NAJLEPSZEGO WARIANTU LOKALIZACYJNO TECHNOLOGICZNEGO ZTPOK Warianty lokalizacyjne ZTPOK 4. - ZUOK Toruń Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych, ul. Kociewska 1. - KUO Kompleks Utylizacji Odpadów, ul. Prądocińska 2. - BPP Bydgoski Park Przemysłowy w Łęgnowie 3. - EC II Elektrociepłownia EC II, ul. Energetyczna 22/28

23 Społeczno - polityczne Techniczno - prawne WYBÓR NAJLEPSZEGO WARIANTU LOKALIZACYJNO TECHNOLOGICZNEGO ZTPOK Kryteria oceny wariantów lokalizacyjnych ( Studium Wykonalności dla ZTPOK dla BTOM wykonane przez ProNatura Sp. z o.o.) Lokalizacja Uwarunkowania nr Kryterium KUO BPP EC II ZUOK Toruń K1 Aktualne użytkowanie terenu K2 Stan prawny działki K3 Możliwość wyprowadzenia energii K4 Dostęp do mediów (woda, kanalizacja, gaz, energia) K5 Dostępność komunikacyjna Obecność zabudowy K6 mieszkaniowej K7 K8 Możliwość protestów społecznych Wsparcie aktualnego użytkownika terenu /28

24 Ekonomiczne Ekologiczne WYBÓR NAJLEPSZEGO WARIANTU LOKALIZACYJNO TECHNOLOGICZNEGO ZTPOK Kryteria oceny wariantów lokalizacyjnych ( Studium Wykonalności dla ZTPOK dla BTOM wykonane przez ProNatura Sp. z o.o.) K9 K10 Obszary podlegające ochronie przyrody Warunki preparowania żużli i magazynowania K11 Warunki zmniejszenia ładunku zanieczyszczeń do powietrza poprzez częściowe zastąpienie obecnego źródła energii przez ZTPOK K12 Warunki geologiczne- inżynierskie i hydrologiczne K13 Nakłady na wykup gruntu K14 K15 Nakłady na brakującą infrastrukturę wewnętrzną Nakłady na brakująca infrastrukturę zewnętrzną K16 Koszty kompromisu społecznego /28

25 Emisje substancji do powietrza Parametry techniczne wybranej metody oczyszczania spalin WYBÓR NAJLEPSZEGO WARIANTU LOKALIZACYJNO TECHNOLOGICZNEGO ZTPOK Analizie poddano też wybór systemu oczyszczania spalin. System mokrego oczyszczania spalin System półsuchego oczyszczania spalin System suchego oczyszczania spalin K17 K18 K19 K20 K21 K22 K23 K24 K25 K26 K27 K28 Wymagania dotyczące energii Konsumpcja reagentów Stechiometria reagentów Pozostałości - typ Pozostałości - ilość Konsumpcja wody Produkcja odcieków Widoczność pióropusza Koszt systemu HCl - osiągnięty poziom emisji, stężenie średnie dzienne (mg/nm3) HF - osiągnięty poziom emisji, stężenie średnie dzienne (mg/nm3) SO2 - osiągnięty poziom emisji, stężenie średnie dzienne (mg/nm3) 25/28

26 WYBÓR NAJLEPSZEGO WARIANTU LOKALIZACYJNO TECHNOLOGICZNEGO ZTPOK Warianty lokalizacyjno-technologiczne A1 - KUO Kompleks Utylizacji Odpadów + metoda mokra oczyszczania spalin A2 - KUO Kompleks Utylizacji Odpadów + metoda półsucha oczyszczania spalin A3 - KUO Kompleks Utylizacji Odpadów + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - NaHCO 3 A4 - KUO Kompleks Utylizacji Odpadów + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - Ca(OH) 2 A5 - BPP Bydgoski Park Przemysłowy + metoda mokra oczyszczania spalin A6 - BPP Bydgoski Park Przemysłowy + metoda półsucha oczyszczania spalin A7 - BPP Bydgoski Park Przemysłowy + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - NaHCO 3 A8 - BPP Bydgoski Park Przemysłowy + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - Ca(OH) 2 A9 EC II Elektrociepłownia EC II + metoda mokra oczyszczania spalin A10 - EC II Elektrociepłownia EC II + metoda półsucha oczyszczania spalin A11 - EC II Elektrociepłownia EC II + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - NaHCO 3 A12 - EC II Elektrociepłownia EC II + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - Ca(OH) 2 A13 - ZUOK Toruń Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych + metoda mokra oczyszczania spalin A14 - ZUOK Toruń Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych + metoda półsucha oczyszczania spalin A15 - ZUOK Toruń Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - NaHCO 3 A16 - ZUOK Toruń Zakład Unieszkodliwiania Odpadów Komunalnych + metoda sucha oczyszczania spalin, substrat - Ca(OH) 2 26/28

27 WYBÓR NAJLEPSZEGO WARIANTU LOKALIZACYJNO TECHNOLOGICZNEGO ZTPOK METODA ELECTRE III ranga obliczenia bez uwzględnieniem obliczenia z uwzględnieniem progów progów Median Median Final Preorder Final Preorder Preorder Preorder 1 A1, A5, A8 A1, A5 A7, A8 A7, A8 2 A7, A9, A13 A8 A6 A6 Najlepszym wariantem lokalizacyjnym jest Bydgoski Park Przemysłowy BPP, który obejmuje rodzinę wariantów A5,A6,A7,A8. Wszystkie wymienione alternatywy znajdują się w rankingu końcowym i średnim zajmując pierwszą bądź drugą pozycję. 27/28

28 PODSUMOWANIE I WNIOSKI Analiza wielokryterialna i SWD stanowią ustrukturyzowane i solidne ramy metodologiczne dla procesu decyzyjnego w OOŚ Analiza wielokryterialna umożliwia porównanie wariantów i dostarcza niezbędnych informacji o ich możliwym oddziaływaniu w kontekście różnych istotnych punktów widzenia (z uwagi na różne kryteria oceny) Analiza wielokryterialna umożliwia integrację ilościowych oraz jakościowych ocen dla określenia oddziaływania poszczególnych wariantów decyzyjnych SWD umożliwia włączenie interesariuszy do procesu decyzyjnego, co jest gwarantem jego transparentności Wybór rozwiązania kompromisowego odbywa się z uwzględnieniem informacji preferencyjnej decydenta oraz wszystkich istotnych uczestników procesu decyzyjnego (interesariuszy) SWD umożliwiają przeprowadzenie systematycznej analizy wrażliwości i stabilności uzyskanego rozwiązania kompromisowego; SWD jest efektywnym narzędziem do negocjacji i konsultacji wyników analizy z interesariuszami. 28/28