Ứng dụng mô hình AHP xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường tỉnh Trà Vinh - Lê Anh Kiên

Hóa học & Kỹ thuật môi trường L.A. Kiên, N.T. Luân, N.T.K. Yến, “Ứng dụng mô hình AHP môi trường tỉnh Trà Vinh.” 32 ỨNG DỤNG MÔ HÌNH AHP XÂY DỰNG MẠNG LƯỚI QUAN TRẮC MÔI TRƯỜNG TỈNH TRÀ VINH Lê Anh Kiên*, Nguyễn Thành Luân, Nguyễn Thị Kim Yến Tóm tắt: Mô hình AHP là một phương pháp tính toán trọng số áp dụng cho các bài toán ra quyết định đa tiêu chuẩn. Nghiên cứu đã được thực hiện qua 6 bước chính: (i) Phân rã một tình huống phi cấu trúc thành các phần nhỏ; (ii) Xây dựng cây phân cấp AHP; (iii) Gán giá trị số cho những so sánh chủ quan về mức độ quan trọng của các chỉ tiêu trong việc ra quyết định; (iv) Tính toán trọng số của các chỉ tiêu; (v) Kiểm tra tính nhất quán; (vi) Tổng hợp kết quả để đưa ra đánh giá xếp hạng cuối cùng. Chỉ số nhất quán của dữ liệu được tính toán qua biểu thức CR = CI/RI; với CI: Chỉ số nhất quán được tính bởi: = ; trọng số tính toán trong mô hình được thực hiện qua biểu thức       iaaaw mimiii  ,.. 1 21 . Kết quả tính toán trên thang điểm đánh giá mức độ tác động từ 1-5 điểm với 06 yếu tố đánh giá: Lĩnh vực văn hóa - xã hội (YT1); Ngành xây dựng (YT2); Ngành giao thông (YT3); Ngành công nghiệp (YT4); Ngành nông nghiệp (YT5); Lĩnh vực kinh tế (YT6). Với vị trí quan trắc có điểm tính toán theo mô hình AHP > 2,5 điểm (2,5: mức điểm trung bình) mức độ tác động của các yếu tố là đáng kể và cần quan trắc. Vị trí quan trắc có điểm đánh giá ≤ 2,5 điểm, mức độ tác động của các yếu tố không đáng kể. Từ khóa: Mô hình AHP, Xây dựng mạng lưới quan trắc. 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ô nhiễm môi trường có thể được kiểm soát và giải quyết kịp thời thông qua các chương trình quan trắc môi trường. Do vậy, cần có sự tăng cường, bổ sung quan trắc xung quanh các điểm phát hiện có dấu hiệu ô nhiễm hoặc nguy cơ ô nhiễm.cQuan trắc môi trường giúp thu thập số liệu, thông tin làm cơ sở cho việc đánh giá hiện trạng và dự báo chất lượng môi trường phục vụ cho công tác quản lý môi trường. Do đó, việc việc rà soát, điều chỉnh mạng lưới quan trắc môi trường là quan trọng và cần được tiến hành theo từng giai đoạn. Việc xây dựng một mạng lưới quan trắc cần tính đến các yếu tố kinh tế - xã hội khác nhau nhằm đảm bảo phù hợp với mục tiêu đặt ra. Nhằm đạt được mục tiêu đặt ra cần có những công cụ hỗ trợ, một trong nhưng công cụ đó là mô hình thứ bậc (AHP). Trong nghiên cứu điển hình xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường tỉnh Trà Vinh đã ứng dụng mô hình AHP để thực hiện. 2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Mô hình thứ bậc (AHP) AHP do GS. Saaty nghiên cứu và sau đó phát triển từ những năm 1980 (Saaty, 1980). Đây là một phương pháp tính toán trọng số áp dụng cho các bài toán ra quyết định đa tiêu chuẩn. Quá trình này bao gồm 6 bước chính: 1. Phân rã một tình huống phi cấu trúc thành các phần nhỏ; 2. Xây dựng cây phân cấp AHP; 3. Gán giá trị số cho những so sánh chủ quan về mức độ quan trọng của các chỉ tiêu trong việc ra quyết định. 4. Tính toán trọng số của các chỉ tiêu. Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 33 5. Kiểm tra tính nhất quán 6. Tổng hợp kết quả để đưa ra đánh giá xếp hạng cuối cùng. a. Xây dựng cây phân cấp AHP Sau khi trải qua bước 1, phân rã vấn đề thành các thành phần nhỏ, cây phân cấp AHP sẽ được xây dựng dựa trên các tiêu chí và các khả năng lựa chọn. Hình 1. Cây phân cấp AHP. Xi: là các chỉ tiêu xét đến trong quá trình ra quyết định A, B, C: là các khả năng lựa chọn cần quyết định. b. Xây dựng ma trận so sánh các chỉ tiêu Việc so sánh này được thực hiện giữa các cặp chỉ tiêu với nhau và tổng hợp lại thành một ma trận gồm n dòng và n cột (n là số chỉ tiêu). Phần tử aij thể hiện mức độ quan trọng của chỉ tiêu hàng i so với chỉ tiêu cột j. = × = 1 1 ⋮ ⋮ ⋮ ⋮ 1 Mức độ quan trọng tương đối của chỉ tiêu i so với j được tính theo tỷ lệ k (k từ 1 đến 9), ngược lại của chỉ tiêu j so với i là 1/k. Như vậy aij> 0, aij = 1/aji, aii =1. Hình 2. Thang điểm so sánh mức độ ưu tiên (mức độ quan trọng). c. Tính toán trọng số Để tính toán trọng số cho các chỉ tiêu, AHP có thể sử dụng các phương pháp khác nhau, hai trong số chúng được sử dụng rộng rãi nhất là Lambda Max (max) (Saaty, 1980) và trung bình nhân (geomatric mean). d. Kiểm tra tính nhất quán Theo Saaty, ta có thể sử dụng tỷ số nhất quán của dữ liệu (Consistency Ratio - CR). Tỷ số này so sánh mức độ nhất quán với tính khách quan (ngẫu nhiên) của dữ liệu: Mục tiêu X1 X2 X3 X4 A B C Hóa học & Kỹ thuật môi trường L.A. Kiên, N.T. Luân, N.T.K. Yến, “Ứng dụng mô hình AHP môi trường tỉnh Trà Vinh.” 34 = CI: Chỉ số nhất quán (Consistency Index) RI: Chỉ số ngẫu nhiên (Random Index) = − − 1 n: số chỉ tiêu Đối với mỗi một ma trận so sánh cấp n, Saaty đã thử nghiệm tạo ra các ma trận ngẫu nhiên và tính ra chỉ số RI (chỉ số ngẫu nhiên) tương ứng với các cấp ma trận như bảng dưới đây: Bảng 1.Chỉ số ngẫu nhiên RI. n 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 R 0 0 0,58 0,90 1,12 1,24 1,32 1,41 1,45 1,49 Nếu giá trị tỷ số nhất quán CR<0,1 là chấp nhận được, nếu lớn hơn đòi hỏi người ra quyết định thu giảm sự không đồng nhất bằng cách thay đổi giá trị mức độ quan trọng giữa các cặp chỉ tiêu. e. Tổng hợp kết quả Sau khi đã tính toán được trọng số của các chỉ tiêu cũng như của các phương án đối với từng chỉ tiêu, các giá trị trên sẽ được tổng hợp lại để thu được chỉ số thích hợp của từng phương án theo công thức sau: = ∑ ∗ i=1,. . . n Trong đó: wijs: trọng số của phương án i tương ứng với chỉ tiêu j wja: trọng số của chỉ tiêu j n: số các phương án; m: số các chỉ tiêu. 2.2. Ứng dụng tính toán AHP * Bước 1: Xác định trọng số của các tiêu chí đánh giá dựa trên phân tích các ma trận vuông cấp n (còn gọi là ma trận độ ưu tiên bậc 1, bậc 2,...). Các tiêu chí trong ma trận này sau đó được thực hiện so sánh từng cặp với nhau. Độ ưu tiên cho các tiêu chí được xác định theo bảng độ ưu tiên chuẩn của Saaty (1980) với 9 bậc ưu tiên và giá trị tương ứng sau: - Ưu tiên bằng nhau: ................................................................................. 1 điểm - Ưu tiên bằng nhau cho đến vừa phải: ..................................................... 2 điểm - Ưu tiên vừa phải: .................................................................................... 3 điểm - Ưu tiên vừa phải cho đến hơi ưu tiên: .................................................... 4 điểm - Hơi ưu tiên hơn: ..................................................................................... 5 điểm - Hơi ưu tiên cho đến rất ưu tiên: ............................................................. 6 điểm - Rất ưu tiên: ............................................................................................. 7 điểm - Rất ưu tiên cho đến vô cùng ưu tiên: ..................................................... 8 điểm - Vô cùng ưu tiên: .................................................................................... 9 điểm * Bước 2: Tính toán trọng số cho các tiêu chí theo mô hình sau:       iaaaw mimiii  ,.. 1 21 i w w nw m i i i i    , 1 Nghiên c Tạp chí Nghi các tiêu chí ưu tiên trong lựa chọn điểm quan trắc và sắp xếp theo mức độ ưu tiên giải pháp có trọng số cao nhất được lựa chọn ưu tiên xem xét thành ph gi quan h trị n chi bằng 0,1 th tiến h * Bư Cụ - Phân tích nh - So sánh các tiêu chí thông qua so sánh c ữa các ti (Trong đó: A - Tính t - Xác đ ày cho phép so sánh t ếm tỉ lệ bao nhi (W Ki th ệ giữa các ti C A1 A2 A3 An C A1 A2 A3 An ∑ C A1 A2 A3 An ∑ 11, ểm tra tính nhất quán của các cặp so sánh. Khi tỉ số nhất quán nhỏ ành đánh giá l ứu khoa học công nghệ ớc 3: ể hóa b ần. W ên c êu chí. K ổng các giá trị ịnh trọng số bằng cách tính tỷ lệ của các th 22,, ì đánh giá c ứu KH&CN Nhân ma trận trọng số với ma trận gốc ài toán AHP thông qua 4 bư W ững thông tin thu nhận đ 1/A 1/A 1/A 1, A 1/ A 1/ A 1/ A êu trong t nn ết quả cuối c êu chí v A 1 2, A A1 1 A W11 W21 W31 W : là các h ại ở cấp t 1 12 13 1n 3, 12 13 1n 1 ln ủa ng quân s ới nhau. ưu tiên theo c An ỷ lệ th ổng th ệ số của ph ư ương ự, B 1/A 1/A là các tiêu chí) 1/ A 1/ A ời ra quyết định l Số Đặc san NĐMT, 09 ùng là t ảng 2 A A12 1 A2 A12 1 ành ph ành ph A W12 W22 W32 Wn2 ứng. 2 23 2n 23 2n 2 .Các nhân t ột. ương tr ớc sau: ư ạo r Bảng 3. ần của các ph ần. ợc th ặp. B a m 1/A 1/ A B ình t ành nhóm tiêu chí và các tiêu chí A A13 A23 1 A3 A13 A23 1 ảng 4. A W13 W23 W33 Wn3 à tương đ , ước n ột ma trận so sánh, thể hiện mối ố ma trận ý kiến của chuy 3 3n Ma tr 3n 3 ương - tính tổng điểm có trọng số cho ành ph Ma tr 2017 ày nh ận so sánh của các nhân tố. ương án, xem các ma tr ứng với X . ần theo h ận trị số nhất quán W1. ối nhất quán. Ng ằm xác định trọng số 1 1 1 1 1, X àng 2, X - hơn ho ên gia. A A1n A2n A3n 1 An A1n A2n A3n 1 cột. Giá A W W2n W3n Wnn n ược lại, . Các n n ln ) 35 ận ặc 36 3.1. Các y tiên các yếu tố tác động nh 3.2. Giá tr (AHP) đưa ra đư trắc trong các bảng từ Bảng 7. L.A. Kiên, N.T. Luân, N.T.K. Y Với các đối tượng quan trắc lấy ý kiến đánh giá của chuyên gia về mức độ ưu ằm xác định yếu tố D Giá tr M Giá tr M B Giá tr M C A1 A2 A3 An ựa v Bảng 6. ức độ ức độ Giá tr M ảng 9. ức độ 1. 2. 3. 4. 5. 6. ào ý ki ị trọng số Giá tr ị trọng số ức độ ị trọng ếu tố đánh giá Lĩnh vực văn hóa Ngành xây d Ngành giao thông Ngành công nghi Ngành nông nghi Lĩnh vực kinh tế (YT6) ị trọng số các yếu tố ưu tiên ưu tiên ị trọng số ưu tiên Giá tr ị trọng số các yếu tố ưu tiên Giá tr A1 W11 W21 W31 Wln ến của các đối t ợc các giá trị trọng số các yếu tố số ị trọng số các yếu tố ị trọng số các yếu tố ưu tiên trong các y ựng bảng 6 3. K , sử dụng phần mềm EXPERT Choice để hỗ trợ phân YT1 0,079 YT 1 0,076 YT1 0,074 A W W W W ẾT QUẢ V - (YT2) (YT3) ệp ệp 4 3 0,045 4 ến, “Ứng dụng mô h B 2 12 22 32 n2 xã h (YT4) (YT5) ưu ư đến YT1 4 ảng 5. ội (YT1) ợng đánh giá v bảng 11 tiên theo t YT 0,151 3 ưu tiên c YT 0,159 2 YT 0,133 3 A W W W W ếu tố đ ưu tiên c 2 2 B c YT 0,109 ưu tiên c 2 Ma tr 3 13 23 33 n3 À TH . ảng 8. ủa mạng l 2 3 YT 0,030 ủa mạng l YT 0,025 YT 0,032 ình AHP ận trọng số các trị số nhất quán W2. ẢO LUẬN ược đánh giá nh ừng đối t à áp d ủa mạng l 5 4 YT 0,109 ủa mạng l 5 ưu tiên c 3 3 Giá tr ư 3 3 1 ụng mô h ư ới quan 3 Hóa h ư YT 0,271 ới quan trắc n YT 0,333 ị trọng số các yếu tố YT 0,237 YT 0,448 môi trư ợng quan trắc ủa các mạng l ưới quan trắc n 4 2 4 1 2 ưới quan trắc n 4 1 ọc & Kỹ thuật môi tr trắc n 4 An Wln W2n W3n Wnn ư sau: ình th ờng tỉnh Tr YT 0,390 1 YT 0,333 1 ước biển ven bờ. YT 0,454 1 YT 0,239 2 ứ bậc 5 ước d 5 5 5 ư ư à Vinh. ưu tiên ới quan ước mặt. YT 0,079 ưới đất. YT 0,076 ưu tiên YT 0,045 ớc thải. YT 0,074 ường tích 4 3 4 4 ” 6 6 6 6 Nghiên cứu khoa học công nghệ Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san NĐMT, 09 - 2017 37 Bảng 10. Giá trị trọng số các yếu tố ưu tiên của mạng lưới quan trắc không khí. YT1 YT2 YT3 YT4 YT5 YT6 Giá trị trọng số 0,031 0,105 0,204 0,425 0,204 0,031 Mức độ ưu tiên 4 3 2 1 2 4 Bảng 11. Giá trị trọng số các yếu tố ưu tiên của mạng lưới quan trắc đất. YT1 YT2 YT3 YT4 YT5 YT6 Giá trị trọng số 0,033 0,120 0,120 0,242 0,454 0,033 Mức độ ưu tiên 4 3 3 2 1 4 3.3. Kết quả điều chỉnh mạng lưới quan trắc của tỉnh Trà Vinh Căn cứ các đối tượng quan trắc, áp dụng mô hình AHP để đánh giá mức độ phù hợp của các vị trí quan trắc đối với các yếu tố tác động (điểm trọng số). Kết quả tính toán dựa trên thang điểm đánh giá mức độ tác động từ 1-5 điểm (điểm chỉ số). Điểm tính toán theo mô hình AHP được tính như sau: ∑(điểm chỉ số thành phần x điểm trọng số thành phần). Với vị trí quan trắc có điểm tính toán theo mô hình AHP > 2,5 điểm (2,5: mức điểm trung bình) thì mức độ tác động của các yếu tố là đáng kể và cần quan trắc. Vị trí quan trắc có điểm đánh giá ≤ 2,5 điểm thì mức độ tác động của các yếu tố không đáng kể. Kết quả đánh giá như sau: + Mạng lưới quan trắc nước mặt: tổng số trạm 30 trạm. Đã giảm 02 trạm. + Mạng lưới quan trắc nước dưới đất: tổng số trạm 20 trạm. Bổ sung 04 trạm mới. + Mạng lưới quan trắc nước biển ven bờ: tổng số trạm 10 trạm. Bổ sung 04 trạm. + Mạng lưới quan trắc nước thải: tổng số trạm 26 trạm. Đã giảm 01 trạm và bổ sung 12 trạm. + Mạng lưới quan trắc không khí: tổng số trạm 45 trạm. Bổ sung 12 trạm. + Mạng lưới quan trắc đất: tổng số trạm 27 trạm. Bổ sung mới hoàn toàn do trước đây chưa quan trắc đất. 4. KẾT LUẬN Quan trắc môi trường là một bộ phận thiết yếu của khoa học môi trường đồng thời là một công cụ thực hành không thể thiếu để bảo vệ môi trường, phục vụ phát triển bền vững nên cách tiếp cận thực hiện nhiệm vụ này phải bảo đảm tính khoa học và phù hợp với điều kiện thực tế của địa phương. Trên cơ sở phân tích những vấn đề liên quan đến hoạt động quan trắc môi trường nói chung ở Việt Nam, và tỉnh Trà Vinh nói riêng, mô hình AHP đã được áp dụng. Các cơ sở khoa học chủ chốt kết hợp với mô hình AHP để xác lập mạng lưới quan trắc; hệ thống tiêu chí để xác định số lượng trạm quan trắc; các yêu cầu đối với việc lựa chọn vị trí/điểm thu mẫu, đo đạc; Các nguyên tắc định hướng để xây dựng mạng lưới quan trắc môi trường đã được đưa ra và sử dụng trong quá trình thực hiện nhiệm vụ này. Phương pháp luận này có thể được áp dụng để phát triển, cải tiến mạng lưới quan trắc môi trường khi cần thiết trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Ban Quản lý Khu kinh tế tỉnh Trà Vinh, 2014, “Báo cáo tình hình thực hiện kế hoạch phát triển kinh tế - xã hội 5 năm 2011-2015 và kế hoạch phát triển kinh Hóa học & Kỹ thuật môi trường L.A. Kiên, N.T. Luân, N.T.K. Yến, “Ứng dụng mô hình AHP môi trường tỉnh Trà Vinh.” 38 tế - xã hội 5 năm 2016-2020 tại các khu công nghiệp, khu kinh tế trên địa bàn tỉnh”, UBND tỉnh Trà Vinh. [2]. Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Trà Vinh, “Báo cáo kết quả quan trắc hiện trạng môi trường tỉnh Trà Vinh (các năm từ năm 2011 đến năm 2015)”, Sở Tài nguyên và Môi trường tỉnh Trà Vinh. [3]. Chi cục Bảo vệ môi trường tỉnh Trà Vinh, 2014, “Báo cáo kết quả quan trắc hiện”, Cục thống kê tỉnh Trà Vinh, 2015, Niên giám thống kê tỉnh Trà Vinh năm 2015. [4]. Quyết định số 836/QĐ-UBND ngày 17/5/2012 của UBND tỉnh Trà Vinh về việc phê duyệt “Quy hoạch tổng thể mạng lưới quan trắc tài nguyên tỉnh Trà Vinh giai đoạn 2011-2015 và định hướng đến năm 2020”. [5]. Saaty, L.T. “The Analytic Hierarchy Process”, New York, McGraw-Hill International, 1980. ABSTRACT APPLICATION OF ANALYTIC HIERARCHY PROCESS (AHP) MODEL BUILDING THE ENVIRONMENTAL ENVIRONMENT NETWORK OF TRA VINH PROVINCE The AHP model is a weighting method applied to multi-criterion decision-making problems. Research has been conducted through six major steps: (i) Deconstructing an unstructured situation into small parts; (Ii) building AHP hierarchy; (Iii) Assign numerical values to subjective comparisons of the importance of indicators in decision-making; (Iv) Calculation of weighting of indicators; (V) checking consistency; (Vi) Summarize the results to give a final rating. The data consistency index is calculated by the expression CR = CI/RI; with CI: Consistency index calculated by: = ; The computational weights in the model are made by the expression       iaaaw mimiii  ,.. 1 21 . Results calculated on the scale of impact assessment from 1-5 points with 06 evaluation factors: Culture - social (YT1); Construction industry (YT2); Transportation Sector (YT3); Industry (YT4); Agriculture (YT5); Economic sector (YT6). With the monitoring location calculated according to the AHP model> 2.5 points (2.5: average score) the level of impact of the factors is significant and should be monitored. The monitoring site has a score of ≤ 2.5 points, the level of impact of negligible factors. Keywords: Analytic Hierarchy Process, Building the environmental network. Nhận bài ngày 25 tháng 8 năm 2017 Hoàn thiện ngày 05 tháng 9 năm 2017 Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 09 năm 2017 Địa chỉ: Viện Nhiệt đới môi trường (ITE)/ Viện KH-CNQS. * Email: leanhkien@vnn.vn.