More diverse reserve solutions for protecting biodiversity: an explicit difference criterion for producing a presentation set with exact optimisation methods. - Institut de Recherche Mathématique de Rennes Accéder directement au contenu
Pré-Publication, Document De Travail Année : 2022

More diverse reserve solutions for protecting biodiversity: an explicit difference criterion for producing a presentation set with exact optimisation methods.

Des solutions de réserves plus diverses pour protéger la biodiversité : un critère de différence explicite pour produire un ensemble de présentation avec des méthodes d'optimisation exactes.

Résumé

optimal reserve site selection; presentation set; protected areas; conservation planning; integer linear programming; decision support tool.
Protected areas are at the heart of current global policies against the erosion of biodiversity. For instance, to meet the pressing challenge of covering 30% of the surface of the sea under jurisdiction with a network of marine protected areas by 2030, reserve site selection models are increasingly mobilised. These models address the optimisation problem that seeks to cover biodiversity features at a minimum cost on human activities. A presentation set, i.e. a pool of alternative solutions, is often needed to increase the chances of satisfying unmodeled objectives that may be non-negligible in a conservation problem composed of various interests. The widely used Marxan repeats a metaheuristic algorithm based on random processes to produce diversity in the presentation set. Several works already demonstrated how exact optimisation methods outperform metaheuristics both in computation time and optimality. However, the generation of multiple solutions is still raised as a key feature of metaheuristics. In this work, we proposed two algorithms to generate a presentation set with exact optimisation methods using recursive procedures based on an explicit difference criterion. The resulting alternative solutions were generated by controlling the optimality gap but also the difference with the optimal solution. This work showed that the presentation set offered by metaheuristics can be outstripped by an explicit, transparent and replicable presentation set built by exact optimisation methods. Allowing to understand precisely why and how the result was arrived at, the framework presented here should contribute to a more equitable negotiation among stakeholders engaged in conservation planning processes.
Les aires protégées sont au cœur des politiques mondiales actuelles de lutte contre l'érosion de la biodiversité. Par exemple, pour répondre au défi pressant de couvrir 30% de la surface de la mer sous juridiction avec un réseau d'aires marines protégées d'ici 2030, les modèles de sélection de sites de réserve sont de plus en plus mobilisés. Ces modèles répondent au problème d'optimisation qui vise à couvrir les éléments de la biodiversité à un coût minimal pour les activités humaines. Un ensemble de présentation, c'est-à-dire un ensemble de solutions alternatives, est souvent nécessaire pour augmenter les chances de satisfaire des objectifs non modélisés qui peuvent être non négligeables dans un problème de conservation composé de divers intérêts. L'outil Marxan, largement utilisé, répète un algorithme métaheuristique basé sur des processus aléatoires pour produire une diversité dans l'ensemble de présentation. Plusieurs travaux ont déjà démontré que les méthodes d'optimisation exactes sont plus performantes que les métaheuristiques, tant en termes de temps de calcul que d'optimalité. Cependant, la génération de solutions multiples est toujours soulevée comme une caractéristique clé des métaheuristiques. Dans ce travail, nous avons proposé deux algorithmes pour générer un ensemble de présentation avec des méthodes d'optimisation exactes en utilisant des procédures récursives basées sur un critère de différence explicite. Les solutions alternatives résultantes ont été générées en contrôlant l'écart d'optimalité mais aussi la différence avec la solution optimale. Ce travail a montré que l'ensemble de présentation offert par les métaheuristiques peut être dépassé par un ensemble de présentation explicite, transparent et reproductible construit par des méthodes d'optimisation exactes. Permettant de comprendre précisément pourquoi et comment en est-on arrivé à ce résultat, le cadre présenté ici devrait contribuer à une négociation plus équitable entre les parties prenantes engagées dans les processus de planification de la conservation.
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Origine : Fichiers produits par l'(les) auteur(s)

Dates et versions

hal-03519381 , version 1 (10-01-2022)
hal-03519381 , version 2 (18-05-2022)
hal-03519381 , version 3 (06-12-2022)

Identifiants

  • HAL Id : hal-03519381 , version 2

Citer

Adrien Brunel, Jérémy Omer, Sophie Lanco Bertrand. More diverse reserve solutions for protecting biodiversity: an explicit difference criterion for producing a presentation set with exact optimisation methods.. 2022. ⟨hal-03519381v2⟩
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