Model and scenario development using Bayesian Network Approach (Liron Steinmetz)

Bayesian Network Approach (บราซิล)

Abordagem com Redes Bayesianas

คำอธิบาย

Assessment of the probability and effectiveness of management options or innovations to describe cause-effect-relationships and to make recommendations for action on sustainable land management in the Itaparica region in Northeast Brazil.

The study focus was on the determinants behind the adoption of innovations developed under a scientific project. The specific innovation analysed was intended to benefit both the environment and local smallholder farmers: namely cultivating a multi-purpose, low-growing, to the prevailing harsh semiarid environment well-adapted tree species (Spondias tuberosa L. – so called umbuzeiro). The assessment method was selected as it allows the combination of qualitative and quantitative data, and can be applied even in data-scarce situations. Moreover, it allows downscaling from a broad overview to small-scale management.

Knowledge is collected from different disciplines to support decision-making through the inter- and transdisciplinary approaches of constellation analysis and Bayesian networks. A Bayesian Network (BN) is a probabilistic graphical model that represents a set of variables (elements, nodes) and their conditional dependencies. There are three input components to a Bayesian Network: (a) a set of elements representing factors relevant to a particular environmental system or problem, (b) the links between these elements, and (c) the conditional probability tables (CPTs) behind each node (element) used to calculate the state of the node. Collected data and ratings are arranged in a hierarchical Bayesian Network model in Netica software (Netica 5.12 - freeware up to 15 nodes).

The creation of a Bayesian Network model is as follows: the objectives and necessary interventions for the innovation process aimed at sustainable management are characterized, with scientists arranging a conceptual diagram, including the mapping of elements. States of the nodes are determined through study of the literature and expert consultation (by scientists, stakeholders and experts on related topics). In a final step, a sensitivity analysis is performed on the Bayesian Network to highlight crucial nodes with the highest influence on objectives in order to derive actions to be recommended.

Stakeholder participation is the core process of designing Bayesian Networks. In pre-consultations stakeholders help identifying major influencing factors and relationships. Assessments are compiled in interview sessions enabling the states of the nodes to be quantified later. In this case study, the stakeholders were farmers, farmer-supporting institutions, and expert in soils, vegetation and crops.

สถานที่

สถานที่: Itaparica Reservoir, Petrolândia, Pernambuco, Brazil, บราซิล

ตำแหน่งทางภูมิศาสตร์ของสถานที่ที่ถูกเลือ
  • -38.22071, -8.98099

วันที่ริเริ่ม: 2014

ปีที่สิ้นสุด: 2016

ประเภทของแนวทาง
Stakeholder interview in a fruit cooperative (above); Interview questionnaire (below) (Liron Steinmetz)

แนวทางการดำเนินการและบรรยากาศการพัฒนาที่เอื้ออํานวย

เป้าหมายหรือวัตถุประสงค์หลักของแนวทาง
The principle of Bayesian Network modelling is the integration of multiple issues and system components, where information from different sources can be integrated, while also handling missing data and uncertainty. The outcome may be recommendations that support local management decision-making. As the method is strong in transdisciplinary knowledge integration, it has the potential to become one of the core methods in environmental management.
เงื่อนไขที่เอื้ออำนวยต่อการนำเอาเทคโนโลยีภายใต้แนวทางนี้ไปปฏิบัติใช้
  • บรรทัดฐานและค่านิยมทางสังคม วัฒนธรรม ศาสนา: None
  • การมีไว้ให้หรือการเข้าถึงแหล่งการเงินและบริการ: Potential for financial support could be through national small-scale farmer programs; suitable government-sponsored credit programs, public and governmental institutions such as bulk purchasers of agricultural commodities (for instance SEBRAE in Brazil).
  • กรอบแนวทางในการดำเนินการด้านกฎหมาย (การถือครองที่ดิน สิทธิในการใช้ที่ดินและน้ำ): None
  • ความรู้เกี่ยวกับ SLM การเข้าถึงการสนับสนุนด้านเทคนิค: Use available free programmes. Use of visual aids such as smileys for evaluation to make questionnaire more comprehensible.
เงื่อนไขที่เป็นอุปสรรคต่อการนำเอาเทคโนโลยีภายใต้แนวทางนี้ไปปฏิบัติใช้

การมีส่วนร่วมและบทบาทของผู้มีส่วนได้เสีย

ผู้มีส่วนได้เสียที่เกี่ยวข้องในแนวทางนี้และบทบาท
ผู้มีส่วนได้เสียหรือองค์กรที่นำไปปฏิบัติใช้มีส่วนเกี่ยวข้องกับแนวทางนี้อย่างไร ระบุผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย อธิบายบทบาทของผู้มีส่วนได้ส่วนเสีย
ผู้ใช้ที่ดินระดับท้องถิ่นหรือชุมชนระดับท้องถิ่น Farmers of a resettlement community on dryland; Representatives of the indigenous tribe of Pankararu
ผู้เชี่ยวชาญ SLM หรือที่ปรึกษาการเกษตร Experts in soil and crop sciences; Expert in vegetation and biodiversity science of the Caatinga
รัฐบาลแห่งชาติ (ผู้วางแผน ผู้ทำการตัดสินใจ) Institute of Agriculture in Pernambuco (IPA); A private company as the hired institution by the National Institute for Colonization and Agrarian Reform - INCRA
Company of plant breeding, seed science
การเกี่ยวข้องของผู้ใช้ที่ดินระดับท้องถิ่นหรือชุมชนระดับท้องถิ่นในช่วงต่าง ๆ ของแนวทาง
ไม่มี
ไม่ลงมือ
จ่ายเงินหรือสนับสนุนจากภายนอก
ปฏิสัมพันธ์
ระดมกำลังด้วยตนเอง
การริเริ่มหรือการจูงใจ
x
Interviews
การวางแผน
x
การดำเนินการ
x
Interviews
การติดตามตรวจสอบหรือการประเมินผล
x
Interviews
แผนผัง

Simplified work flow of Bayesian Network (BN) showing different steps:
­ Defining: apply or use already applied constellation analysis (see A_BRA003en) for information and visualization of node setting for the BN model and for stakeholder identification.
­ Identifying: clarify objectives, implementation factors, interventions, intermediates and controlling factors. Give every node a state, e.g. date, temperature range, amount of precipitation, or a classification: high / low…
­ Building: Collect data to fill the conditional probability tables (CPTs) behind every node. Prepare questionnaires, ask experts and conduct a literature search. Avoid too much states and no more than four nodes indicating the next node. Finish the model by entering all data in a programme (e.g. Netica).
­ Evaluating: Compare different scenarios by changing the state of inputs (e.g. from low to high). Show a baseline (without changes), a most improved and least improved scenario to justify recommendations. Finally, hand over recommended actions to stakeholders.

ผู้เขียน Liron Steinmetz, Verona Rodorff
การตัดสินใจในการเลือกใช้เทคโนโลยี SLM

การตัดสินใจถูกทำโดย

  • ผู้ใช้ที่ดินเพียงผู้เดียว ( ริเริ่มด้วยตัวเอง)
  • ผู้ใช้ที่ดินเป็นผู้ตัดสินใจหลัก โดยการสนับสนุนจากผู้เชี่ยวชาญ SLM
  • ผู้ลงมือปฏิบัติที่เกี่ยวข้องทั้งหมดในฐานะที่เป็นส่วนรวมของแนวทาง
  • ผู้เชี่ยวชาญ SLM เป็นผู้ตัดสินใจหลัก ที่ติดตามให้คำปรึกษากับผู้ใช้ที่ดิน
  • ผู้เชี่ยวชาญ SLM เพียงผู้เดียว
  • นักการเมืองหรือผู้นำ
  • The approach was initiated by scientists.

การตัดสินใจถูกตัดสินอยู่บนพื้นฐานของ

  • การประเมินความรู้ SLM ที่ได้ทำการบันทึกไว้เป็นอย่างดี (การใช้ข้อมูลในการตัดสินใจ)
  • สิ่งที่ค้นพบจากงานวิจัย
  • ประสบการณ์และความคิดเห็นส่วนตัว (ไม่ได้ลงบันทึกไว้)

การสนับสนุนด้านเทคนิค การสร้างขีดความสามารถ และการจัดการด้านความรู้

กิจกรรมหรือการบริการต่อจากนี้เป็นส่วนหนึ่งของแนวทาง
การสร้างสมรรถภาพหรือการอบรม
การจัดอบรมถูกจัดขึ้นสำหรับผู้มีส่วนได้ส่วนเสียต่อไปนี้
  • ผู้ใช้ที่ดิน
  • เจ้าหน้าที่ภาคสนาม / ที่ปรึกษา
รูปแบบของการอบรม
  • กำลังดำเนินการ
  • เกษตรกรกับเกษตรกร
  • ใช้พื้นที่ทำการสาธิต
  • จัดการประชุมสู่สาธารณชน
  • จัดคอร์ส
  • workshops
หัวข้อที่อบรม

Detecting decisive factors for an ideal scenario of implementation being adopted by land users. For the participants it was interesting to participate in preparing a joint view of their action space - this is generally known in its parts though not with its major interconnections and complexity. Participants especially acknowledged this value added for them.

การสร้างความแข็งแกร่งให้กับองค์กร
องค์กรถูกทำให้แข็งแกร่งขึ้นหรือจัดตั้งขึ้น
  • ไม่
  • ใช่ เล็กน้อย
  • ใช่ ปานกลาง
  • ใช่ อย่างมาก
ตามระดับต่อไปนี้
  • ท้องถิ่น
  • ภูมิภาค
  • ประเทศ
อธิบายถึงสถาบัน บทบาทและความรับผิดชอบ สมาชิก เป็นต้น
Decisive factors for the adoption of innovations were identified, including favoring cultivation techniques for Umbuzeiro agriculture (e.g. soil additives).
ประเภทของการให้ความช่วยเหลือสนับสนุน
  • ด้านการเงิน
  • การสร้างขีดความสามารถ / การอบรม
  • อุปกรณ์
รายละเอียดเพิ่มเติม
การติดตามตรวจสอบและประเมินผล
การวิจัย
การวิจัยกระทำกับหัวข้อต่อไปนี้
  • สังคมวิทยา
  • เศรษฐศาสตร์หรือการตลาด
  • นิเวศวิทยา
  • เทคโนโลยี

Research on the situation of local action and governance was a major driver for the workshops. University project members prepared and held the workshops, while also did extended interpretation and integration of results across a number of different workshops.

การสนับสนุนด้านการเงินและวัสดุอุปกรณ์

งบประมาณประจำปีสำหรับองค์ประกอบ SLM เป็นจำนวนดอลลาร์สหรัฐ
  • < 2,000
  • 2,000-10,000
  • 10,000-100,000
  • 10,000-100,000
  • > 1,000,000
Precise annual budget: n.a.
German Federal Ministry of Education and Research (BMBF) 100%
การบริการหรือแรงจูงใจต่อจากนี้ได้ถูกจัดให้สำหรับผู้ใช้ที่ดิน
  • การสนับสนุนด้านการเงิน / วัสดุอุปกรณ์ให้แก่ผู้ใช้ที่ดิน
  • เงินสนับสนุนสำหรับปัจจัยการผลิต
  • เครดิต
  • แรงจูงใจหรือเครื่องมืออื่น ๆ

ผลกระทบและสรุปคำบอกกล่าว

ผลกระทบของแนวทาง
ไม่ใช่
ใช่ เล็กน้อย
ใช่ ปานกลาง
ใช่ อย่างมาก
ช่วยให้ผู้ใช้ที่ดินนำเอาเทคโนโลยี SLMไปใช้และบำรุงรักษาสภาพไว้ได้หรือไม่

The different scenarios of the BN tested highlight the good probability of adoption, which then can support sustainable land management.

x
ทำให้กลุ่มด้อยโอกาสมีอำนาจทางสังคมและเศรษฐกิจหรือไม่

The approach was conducted especially for smallscale farmers without sophisticated irrigation tecniques and as well for the indigenous tribe Pankararu.

x
 ปรับปรุงประเด็นของการถือครองที่ดินหรือสิทธิในการใช้ ซึ่งขัดขวางการนำเทคโนโลยีไปใช้ให้ดีขึ้น

The BN model offers alternative sources for soil additives in case land use rights are hindering availability.

x
นำไปสู่ความมั่นคงด้านอาหารหรือปรับปรุงโภชนาการให้ดีขึ้น

Not inmediately but a long-term influence is possible.

x
Did the Approach lead to improved livelihoods / human well-being?

The different scenarios of the BN tested highlight the good probability of adoption, which can then benefit the livelihoods of adopters.

x
แรงจูงใจหลักของผู้ใช้ที่ดินเพื่อที่จะนำ SLM ไปปฏิบัติใช้
ความยั่งยืนของกิจกรรมของแนวทาง
ผู้ใช้ปที่ดินสามารถทำให้สิ่งต่างๆ ที่ได้ปฏิบัติใช้โดยแนวทางนี้ยั่งยืนได้หรือไม่ (โดยไม่มีการสนับสนุนจากภายนอก)?

Lessons learnt (especially on most favorable soil additive mixture) improve effectiveness of potential Umbuzeiro cultivation. Stakeholder pool of BN-creation comprises business networking opportunities for land users.

บทสรุปหรือบทเรียนที่ได้รับ

จุดแข็ง: มุมมองของผู้ใช้ที่ดิน
จุดแข็ง: ทัศนคติของผู้รวบรวมหรือวิทยากรคนอื่นๆ
  • The combination of input variables from any given background is possible.
  • Via Bayesian networks changes to the modelled system can be tested prospectively. The space and potential effects of management options can be shown to decision makers.
  • Combining Bayesian networks with Constellation Analysis allows easy determination of major nodes of the model and supports the process of decision-making for sustainable land management activities; methods proved to be very transdisciplinary.
จุดด้อย/ข้อเสีย/ความเสี่ยง: มุมมองของผู้ใช้ที่ดินแก้ไขปัญหาได้อย่างไร
จุดด้อย/ข้อเสีย/ความเสี่ยง: ทัศนคติของผู้รวบรวมหรือวิทยากรคนอื่นๆแก้ไขปัญหาได้อย่างไร
  • The statistical component of the Bayesian network approach can be hard to grasp for less educated or near-illiterate stakeholder groups. Percentages of probability estimations can be translated to a graphical equivalent (e.g. gradual scale of emoticons).

การอ้างอิง

ผู้รวบรวม
  • Verena Rodorff
Editors
ผู้ตรวจสอบ
  • Deborah Niggli
วันที่จัดทำเอกสาร: 20 มีนาคม 2017
การอัพเดทล่าสุด: 23 สิงหาคม 2017
วิทยากร
คำอธิบายฉบับเต็มในฐานข้อมูล WOCAT
ข้อมูล SLM ที่ถูกอ้างอิง
การจัดทำเอกสารถูกทำโดย
องค์กร โครงการ
การอ้งอิงหลัก
  • Rodorff V., Steinmetz L., Siegmund-Schultze M., Köppel J. (2015) Using Bayesian networks to depict favouring frame conditions for sustainable land management: Umbuzeiro-tree planting by smallholders in Brazil: Session: Methods, tools and impact applications. Tropentag ‘Management of land use systems for enhanced food security - conflicts, controversies and resolutions’, September 16 – 18, 2015, Humboldt-Universität zu Berlin, Berlin, Germany
ลิงก์ข้อมูลที่เกี่ยวข้องที่มีอยู่ในออนไลน์
This work is licensed under Creative Commons Attribution-NonCommercial-ShareaAlike 4.0 International