面向科技創新的決策劇場研究

趙志耘，張兆鋒，姚長青，張均勝，劉志輝，楊 巖，王莉軍

(中國科學技術信息研究所，北京 100038)

進入大數據時代，科技革命及產業變化深刻影響并改變著社會的生產方式、生活方式和人類的思維方式。論文、專利、科技報告、科技成果、創新人才、創新企業、創新基金等創新要素和創新成果信息層出不窮，隨之而來的是相關數據量的激增。制定驅動發展的創新政策，不僅要考慮創新要素分布和流動的規律及影響因素，而且要考慮創新要素與經濟指標、環境等的相關關系。基于科技大數據進行分析有助于全面觀察創新現狀、發現創新規律，有助于輔助政府機構做出正確的科技決策。當前，僅依賴專家的知識和經驗的方式已經難以適應以科學咨詢支撐科學決策、以科技決策引領科學發展的要求。基于多源多維科技信息的決策不僅需要具有支撐多圖對比分析、聯動分析、實時交互分析的平臺，還需要有支持多專家模擬分析、協同決策的環境。

決策劇場正是一種能支持多人多圖聯動可視化分析的軟硬件一體化環境。建設決策劇場有助于實現科技決策的科學化、民主化，可以實現專家知識經驗和基于科技信息大數據及分析模型的有機結合，加強對科技發展規律和趨勢的研判、分析、應對、處置及引導能力。決策劇場包含軟件系統、硬件系統，聲光電子系統，提供新媒體全景式交互決策平臺，通過“事實數據+工具算法+交互可視化+虛擬現實”，實現由“決策者+領域專家+信息技術專家”等共同參與的群體科學化民主決策。

世界第一家電子決策劇場是在2006年由美國亞利桑那州立大學公共決策實驗室建設的[1]。該決策劇場的核心部件被稱為“The Drum”。在“The Drum”中，同時可以容納25人，設有多種工具用于收集決策參與者的輸入與互動，可以圍繞要解決的復雜問題進行三維動畫演示，參與者通過三維眼鏡觀看關于行為、決策和政策方面詳細的三維圖形展示，以評估各種針對未來情景的方案。該決策劇場還具有一定的擴展功能，用于支持遠程用戶或幫助其他遠程參與者與現場參與者分享信息。它利用計算機模型和計算機可視化技術，使研究者們測試出當今關于一些問題的決策產生的效果，比如：城市人口增長的水資源使用方法，公共健康及一系列環境與社會問題的政策作用效果等[2]。

中國在2010年由教育部主導，并由華中科技大學負責引進和建設電子決策劇場。該劇場是在吸收美國亞利桑那州立大學電子決策劇場技術的基礎上，由華中科技大學和武漢維視德科技公司聯合研發的[3]。該電子決策劇場可為決策者提供一個交互式立體化的直觀決策環境，借助三維影像、決策模型和交互系統，決策者可以身臨其境，獲得最直觀最真實的決策信息。該電子決策劇場包括八通道240度環幕系統[4]，可有效地展開基于虛擬現實技術的廣泛運用[5]。此外，中國人民大學也建設了具有沉浸式、八通道、無縫拼接的三維環形背投顯示的決策劇場[6]。華中科技大學在此基礎上聯合國內外名校共同成立了全球電子決策劇場聯盟[7-8]，進一步推動了電子決策劇場在各領域的應用。

一、決策劇場組成與功能

(一)決策劇場的組成

決策劇場是一個虛擬現實的可視化決策支持平臺，利用高性能計算機群和先進的圖形技術處理系統構成交互的三維沉浸式交互環境，以數據和對象庫作為公共資源，將仿真、可視化、協作群決策三大平臺整合為一體，對復雜問題的決策過程和結果進行圖形可視化呈現，決策劇場是一種面向復雜問題的合作決策輔助工具。決策劇場能夠為決策問題分析、決策方案設計、決策過程監控、決策效果評估等多個決策環節提供宏觀和微觀兼有的可視化決策支持服務[9]。

決策劇場由物理空間、硬件設備、軟件系統、專家研討表決系統等組成。

(1)物理空間包括環屏展示室、研討廳觀眾席、計算機機群、中控室及其他配套設施的擺放的物理空間。一般物理空間需要300～400平方米。

(2)硬件設備包括環幕大屏、主機、專家坐席、交互設備、中控操作設備、數據存儲器、模擬計算集群、虛擬展示設備、可視化渲染圖像處理工作站或集群、遠程視頻設備、網絡設備、其他劇場設備。

(3)軟件系統包括事實數據庫、知識庫、算法模型、多媒體素材庫、方案庫、多屏展示控制系統、云存儲、云計算或集群等虛擬化管理系統、決策流程控制系統、遠程視頻會議控制系統辦公自動化軟件(office、WPS)、數據軟件(SAS、R、SPSS)、可視化軟件等基本軟件、視頻圖形圖像處理軟件、其他配套軟件。

(4)專家研討所需設備包括語音對話系統、意見表達與討論系統、虛擬現實體驗系統、投票表決系統、信息發布系統等。

(二)建設決策劇場的功能

決策劇場能結合“云”計算的強大運算能力，實現視頻與音頻以及控制部分的完美統一，運用矢量可視化界面的集成系統,將傳統AV系統的應用提升到一個全新的高度。具有以下基本功能包括：大屏幕切換、多分區音視頻管理控制、預案切換、動態監視、無線觸控切換視頻信號、視頻開窗、漫游以及環境控制等。

決策劇場作為一種先進的仿真方案和決策支持平臺，具有交互性(interaction)、沉浸感(immersion)和構想性(imagination)(合稱為“3I”特性)3個突出的特征[10]。決策劇場有別于普通的大屏展示系統。普通展示大屏一般只是用于企業宣傳，簡單展示，而決策劇場特點更顯著，功能更強大，適用范圍更廣泛。其核心價值體現在：高保真音頻，高清視頻；無壓縮基帶傳輸；靈活多變的擴展能力；全通道可視化操作。決策劇場具有安全、保密、先進、模塊化、人畫合一、手指推送、自由分發等特點。決策劇場是一個新媒體全景式交互決策平臺、一個采集分享以及各種圖表分析平臺，同時具有遠程在線互動的發言表決的機制。

決策劇場利用高端信息處理設備，集成了音視頻、虛擬現實、人工智能、系統工程等先進技術，實現對決策對象、決策內容、決策流程、決策結果決策周期的全過程管理，支撐了多專家協同科學決策。具體功能包括以下幾個方面[11]。

(1)決策劇場能夠提供直觀可視化的決策環境。傳統的決策方式多依賴專家，或者基于多專家的德爾菲法，專家看到的支持信息也多是文字描述，簡單靜態圖片等。這將導致不同專家之間的了解有所偏差，也不能及時溝通，造成決策結果相差較大。決策劇場能實現幾十位專家在同一個現場，同時利用動態、可交互的可視化展示方式表達研究內容，專家可在現場及時溝通，相互啟發，這能極大提高決策的效率和質量。

(2)決策劇場有助于對決策對象發展歷史清晰把握。對決策對象進行科學決策，需要對其歷史發展有清晰的了解。基于決策劇場的環形長幕，可以把決策對象基于時間維度的歷史變化在長幕上鋪開，對其歷史發展一目了然。此外，針對決策對象的空間屬性，如空間分布、集聚特性、空間關聯等，則可以通過固定時間維度，在空間結合地理信息進行展示。通過對決策對象的時間維度的歷史發展和空間維度的遷徙演變進行觀察，更容易發現其發展演變規律，支撐當前的決策。

(3)決策劇場有助于對決策方案做出有效對比。決策過程中，經常需要對各種方案或方案中的不同對象進行各參數對比，基于決策劇場的大屏可以同時羅列多個對比對象，可以實現不同對象同一特定維度的疊加比較，通過可視化交互功能隨時切換比較對象，進而發現不同對象、不同方案的優勢，便于專家和決策者選擇正確的方案。

(4)決策劇場可以實現對決策效果的預測。通過對決策對象在時間和空間兩個維度的演變分析，發現其規律，通過對不同對象的比較選擇最優的方案。最后為了最大程度的保證決策的正確性和有效性，需要對選擇的決策方案進行效果預測。可以基于現有的多種預測模型，不斷地調參優化，基于決策劇場強大的計算能力，對模型快速計算，模擬效果，從而實現以較小時間成本和資金成本選擇最優的決策方案。

二、決策劇場的應用場景

決策劇場是支撐決策服務，為決策服務提供一站式綜合分析，并能提供適應快速迭代、高頻決策、應急響應、預案統籌等要求的針對性決策支持工具[12]。決策劇場主要服務場景是復雜問題的多專家決策場景。能滿足各個領域的類似決策需求。例如：政府公共決策、教育服務于監管、城市規劃建設和虛擬交通建模等。具體應用場景舉例如下[11]。

(一)政府公共決策

政府的政策決策關系廣大人民群眾的福祉，需要考慮的因素也更多，這就導致決策問題越來越復雜，規模越來越龐大，已經遠遠超出了單個領導或專家個人決策的能力，往往需要利用群體決策理論組織決策理論進行決策。決策劇場為政府公共決策提供了多專家協同決策物理環境和軟件系統支持。以科技決策為例，“創新驅動發展”的戰略要求我們充分考慮影響創新的各個要素(企業、大學、院所、孵化器、創新工場、創新園區、創新資金投入等)、創新的各類成果(論文、專利、產品等)、他們之間的關聯關系以及創新要素與經濟指標的關聯關系。充分的利用決策劇場展示各種信息的關聯協作關系可以有效地促進產學研融合創新、軍民融合創新[13]。

(二)教育服務與監管

決策劇場在教育領域可以為高校評估、信息分析和交流工作提供保障，決策劇場通過整合全國高校基本信息數據庫、錄取信息數據庫和高校地理信息，對社會大眾展示高校基本信息，為高中學生報考高等學校提供信息服務，服務于社會公眾的咨詢，為國家高等教育的發展規劃提供預測和決策支持。

(三)城市規劃、建設、監管及交通建模[14]

決策劇場在城市建設方面的應用主要在于對城市的整體規劃、建設、交通設計進行模擬展示。由于城市規劃的關聯性和前瞻性要求較高，因此它一直是對全新的可視化技術和虛擬現實技術需求最為迫切的領域之一。通過虛擬現實技術實現“城市仿真”。專家通過3D眼鏡或虛擬現實設備，身臨其境地感受某種設計方案實施后，在城市中生活的體驗。通過對多種交通方式綜合設計，并對乘客流量在各種交通工具上進行建模，及早發現城市交通瓶頸，解決擁堵等問題，把現代信息技術充分運用在“智慧城市”[15]的建設中。

三、決策劇場建設與應用實踐

建設中國科技高端智庫需要基于科技信息大數據和特色資源庫，利用科技決策所需專有的研究方法、模型與工具，開展更加客觀、科學、系統的戰略決策咨詢研究，實現以科學咨詢支撐科學決策。

中國科學技術信息研究所(以下簡稱“中信所”)建設決策劇場用于支撐基于科技信息大數據的科技決策，為決策問題分析、決策方案設計、決策過程監控、決策效果評估等多個決策環節提供宏觀和微觀兼有的可視化決策支持服務。中信所決策劇場的建設初步定為是服務于國家科技管理信息系統(以下簡稱“國科管”)的應用需求。國科管系統是由國務院發文建設的重大項目工程，承擔全國科技信息及項目的管理工作。國科管系統在運行中會涉及科技評估、項目立項、項目評審、方案決策等需求。同時，國科管系統本身擁有多源多類科技信息，包括項目信息、項目資金、研究人員、研究領域等。基于這些信息和其他科技創新信息，利用決策劇場的硬件平臺和決策機制，引導專家可視化思維，可以深入分析國家各類科技項目的申請現狀，各類科技創新主體創新情況，加強對科技發展現狀的了解，加強對科技發展規律和趨勢的研判、分析、應對、處置及引導能力，實現大數據時代的科技決策科學化、民主化。

中信所決策劇場建設目標、劇場任務具體設想包括：國科管系統運行中的重大項目科技決策；關鍵領域、技術的評估和發展預測；項目可行性論證；項目的評估、評價和鑒定；(領域、技術、項目等)專家咨詢會等。同時，未來面向科技部其他項目及社會第三方提供科技方面的決策服務。

中信所建設的決策劇場主要由4個子系統組成。

(1)物理空間子系統。主要為環境和支撐硬件，包括環幕大屏、專家坐席、交互設備、支持硬件和通訊設備等，該子系統主要用于形成決策劇場的物理空間，為決策交互提供硬件支持；營造恰當的決策氛圍。

(2)軟件子系統。軟件層是決策劇場的用好的基礎，主要包括：①數據層，這部分包括中信所自建的事實數據庫、知識庫、論文庫、專利庫等科技大數據；②決策模型，該部分包括常見的計量統計模型、主題模型、生命周期模型、系統動力學模型等，既包括常見的數據分析模型，也有中信所自主研發的特色模型；③支持系統，主要為增強劇場使用靈活性和豐富功能的軟件系統，有多屏展示系統、遠程會議控制系統、決策流程控制系統、可視化軟件等；④研討系統，用于專家溝通討論投票表決，包括語音對話系統、意見表達與討論系統、投票表決系統、信息發布系統。軟件子系統的主要功能是管理、維護決策劇場和決策任務產生的智力資產，為展示、交互和決策提供軟件系統支持；為科技決策提供信息分析的理論和研究成果支持。

(3)人員子系統。是決策劇場的靈魂，是專家智慧的來源。該子系統包括主持人、甲方代表、信息分析專家、領域專家、聯絡組。該子系統是在明確的分工和高效的寫作基礎上建立起來的決策機構。由特定委托方委托、并由聯絡方召集，由專家群策群議。

(4)決策任務子系統。主要是決策劇場應用的任務和場景，有科技決策、技術評估、發展預測、項目論證、專家咨詢等。決策任務一般是由特定委托方提出的，交由決策劇場聯絡組具體實施。完成任務是決策劇場的目標，歷史任務積累又進一步推動決策劇場發展。

決策劇場是舞臺，作為舞臺上演出的“劇本”設計同樣重要。中信所決策劇場建設目前已經完成了軟硬件一體化環境建設。根據中信所承擔項目的需求，已經設計了相應的幾個應用場景“劇本”，有效地促進了相關項目的研究工作，提高了分析決策效率。

(1)創新城市評價[16]。針對中國地級以上289個城市，進行城市創新分析。通過綜合創新指數排名，研究國內城市創新態勢，評價城市創新潛力；通過不同城市的多維度對比，發現不同城市的優劣勢；通過基于可縮放地圖的創新資源不同層次展示，可發現創新資源的聚集和輻射規律；通過對城市創新投入和產出的分析，評價不同城市的創新效率。

(2)中文科技信息資源用戶需求感知。基于中文科技信息資源庫和用戶日志庫，分析全國中文科技信息資源的產出和區域分布，研究資源生態、研究熱點，并感知研究人員對資源的動態需求；對學術機構、研究團體和個人進行學術畫像，支持領域核心研究人員的發現。

(3)上市公司企業評價。綜合分析上市公司財務數據庫和基于上市年報抽取的非財務信息庫，如企業產品、技術、上下游供應商等信息，并結合互聯網抓取信息對上市公司進行綜合評價，支撐對上市公司未來發展前景的預判，提高投資收益。

中信所建設的決策劇場是一個新媒體全景式交互決策平臺。其主要特色體現在：一是基于科技信息大數據的支持，包括事實數據、工具算法、交互可視化和虛擬現實；二是實現群體科學化民主決策，由決策者、領域專家和信息技術專家共同參與。

近年來，科技發展日新月異，不斷涌現出的新技術對決策劇場的建設與應用也產生了重要影響。物聯網和在線社交網絡使得針對物理對象的數據采集和社會信息獲取變得更加快捷方便，使得決策過程中信息感知更加快速及時。特別是人工智能技術發展使得人機協同更加密切。利用機器學習技術，計算機在“聽”“說”“讀”“寫”“算”等方面都有了顯著進步，從文本閱讀翻譯、到語音識別與生成、圖像識別、視頻處理、推理推斷等各個應用領域的處理速度與準確率都有了很大的提高，實用化程度不斷提升。決策劇場作為軟硬件集成環境，通過采用不斷更新的人工智能研究與技術成果，使得決策過程中數據更加全面且及時、分析處理更加快速準確、分析結果呈現更加多樣且直觀，進而起到更好的決策支撐效果。

四、總結與建議

決策劇場是大數據時代進行科學決策的一種有效工具，決策劇場利用信息技術、通過交互展示、集成研討系統以期促進科學和民主決策。中信所基于科技信息大數據的決策劇場作為智能化、交互式的科技政策決策空間，是以事實型數據為素材，通過智能化的大數據分析、學習模型的加工，向參與決策的專家提供可視化、直觀的集成展示空間。決策專家可以通過可視化和人機交互等手段，在智能模型輸出的基礎上進行沙盤推演，智能模型及仿真預測、模擬決策效果。最終，在決策劇場中真正達到專家智慧與機器智能，人腦經驗與數據支撐的有機結合，使得科技政策決策更有事實依據，通過在決策劇場中預估決策效果，降低錯誤決策帶來的損失。

當然，也需要看到由于軟硬件基礎設施、數據量及數據維度和分析模型的限制，決策劇場在建設與應用過程中可能存在的一些不足和挑戰，這包括：①決策劇場建設需要投入較高的費用，軟硬件系統結合而且系統復雜性較高，系統長時間運行維護對硬件系統、軟件系統的健壯性和可靠性都有較高的要求。②決策劇場應用方面，需要持續投入研發與運維人員，決策問題的多樣化以及個性化導致決策劇本開發復雜，從需求分析到劇本研發調試到實際應用，需要一定的周期，并可能需要多次迭代。但是，隨著決策劇本庫的不斷建設與應用反饋，決策劇本的系統模塊及數據復用有助于加快后續決策劇本開發。

總之，決策劇場在決策過程中所起的作用毋庸置疑，但決策劇場的建設費用和要求也相對較高，一個機構是否需要建設決策劇場，還要根據其硬件條件、資金支持、實際需求等要素等進行綜合考慮。已經建成的決策劇場可以通過合適的共享機制服務更多用戶，進而提高其利用率，在利用中不斷積累經驗。有效利用決策劇場還要建立對應的使用管理規范體系，配備技術和決策支撐團隊。最后，也是最重要的，決策劇場上演的“劇本”設計是在決策劇場中成功決策的關鍵，需要管理決策者、劇本開發人員、領域專家、運行維護人員的共同努力才能充分發揮科學決策支撐的作用。