面向科技创新的决策剧场研究

赵志耘，张兆锋，姚长青，张均胜，刘志辉，杨 岩，王莉军

(中国科学技术信息研究所，北京 100038)

进入大数据时代，科技革命及产业变化深刻影响并改变着社会的生产方式、生活方式和人类的思维方式。论文、专利、科技报告、科技成果、创新人才、创新企业、创新基金等创新要素和创新成果信息层出不穷，随之而来的是相关数据量的激增。制定驱动发展的创新政策，不仅要考虑创新要素分布和流动的规律及影响因素，而且要考虑创新要素与经济指标、环境等的相关关系。基于科技大数据进行分析有助于全面观察创新现状、发现创新规律，有助于辅助政府机构做出正确的科技决策。当前，仅依赖专家的知识和经验的方式已经难以适应以科学咨询支撑科学决策、以科技决策引领科学发展的要求。基于多源多维科技信息的决策不仅需要具有支撑多图对比分析、联动分析、实时交互分析的平台，还需要有支持多专家模拟分析、协同决策的环境。

决策剧场正是一种能支持多人多图联动可视化分析的软硬件一体化环境。建设决策剧场有助于实现科技决策的科学化、民主化，可以实现专家知识经验和基于科技信息大数据及分析模型的有机结合，加强对科技发展规律和趋势的研判、分析、应对、处置及引导能力。决策剧场包含软件系统、硬件系统，声光电子系统，提供新媒体全景式交互决策平台，通过“事实数据+工具算法+交互可视化+虚拟现实”，实现由“决策者+领域专家+信息技术专家”等共同参与的群体科学化民主决策。

世界第一家电子决策剧场是在2006年由美国亚利桑那州立大学公共决策实验室建设的[1]。该决策剧场的核心部件被称为“The Drum”。在“The Drum”中，同时可以容纳25人，设有多种工具用于收集决策参与者的输入与互动，可以围绕要解决的复杂问题进行三维动画演示，参与者通过三维眼镜观看关于行为、决策和政策方面详细的三维图形展示，以评估各种针对未来情景的方案。该决策剧场还具有一定的扩展功能，用于支持远程用户或帮助其他远程参与者与现场参与者分享信息。它利用计算机模型和计算机可视化技术，使研究者们测试出当今关于一些问题的决策产生的效果，比如：城市人口增长的水资源使用方法，公共健康及一系列环境与社会问题的政策作用效果等[2]。

中国在2010年由教育部主导，并由华中科技大学负责引进和建设电子决策剧场。该剧场是在吸收美国亚利桑那州立大学电子决策剧场技术的基础上，由华中科技大学和武汉维视德科技公司联合研发的[3]。该电子决策剧场可为决策者提供一个交互式立体化的直观决策环境，借助三维影像、决策模型和交互系统，决策者可以身临其境，获得最直观最真实的决策信息。该电子决策剧场包括八通道240度环幕系统[4]，可有效地展开基于虚拟现实技术的广泛运用[5]。此外，中国人民大学也建设了具有沉浸式、八通道、无缝拼接的三维环形背投显示的决策剧场[6]。华中科技大学在此基础上联合国内外名校共同成立了全球电子决策剧场联盟[7-8]，进一步推动了电子决策剧场在各领域的应用。

一、决策剧场组成与功能

(一)决策剧场的组成

决策剧场是一个虚拟现实的可视化决策支持平台，利用高性能计算机群和先进的图形技术处理系统构成交互的三维沉浸式交互环境，以数据和对象库作为公共资源，将仿真、可视化、协作群决策三大平台整合为一体，对复杂问题的决策过程和结果进行图形可视化呈现，决策剧场是一种面向复杂问题的合作决策辅助工具。决策剧场能够为决策问题分析、决策方案设计、决策过程监控、决策效果评估等多个决策环节提供宏观和微观兼有的可视化决策支持服务[9]。

决策剧场由物理空间、硬件设备、软件系统、专家研讨表决系统等组成。

(1)物理空间包括环屏展示室、研讨厅观众席、计算机机群、中控室及其他配套设施的摆放的物理空间。一般物理空间需要300～400平方米。

(2)硬件设备包括环幕大屏、主机、专家坐席、交互设备、中控操作设备、数据存储器、模拟计算集群、虚拟展示设备、可视化渲染图像处理工作站或集群、远程视频设备、网络设备、其他剧场设备。

(3)软件系统包括事实数据库、知识库、算法模型、多媒体素材库、方案库、多屏展示控制系统、云存储、云计算或集群等虚拟化管理系统、决策流程控制系统、远程视频会议控制系统办公自动化软件(office、WPS)、数据软件(SAS、R、SPSS)、可视化软件等基本软件、视频图形图像处理软件、其他配套软件。

(4)专家研讨所需设备包括语音对话系统、意见表达与讨论系统、虚拟现实体验系统、投票表决系统、信息发布系统等。

(二)建设决策剧场的功能

决策剧场能结合“云”计算的强大运算能力，实现视频与音频以及控制部分的完美统一，运用矢量可视化界面的集成系统,将传统AV系统的应用提升到一个全新的高度。具有以下基本功能包括：大屏幕切换、多分区音视频管理控制、预案切换、动态监视、无线触控切换视频信号、视频开窗、漫游以及环境控制等。

决策剧场作为一种先进的仿真方案和决策支持平台，具有交互性(interaction)、沉浸感(immersion)和构想性(imagination)(合称为“3I”特性)3个突出的特征[10]。决策剧场有别于普通的大屏展示系统。普通展示大屏一般只是用于企业宣传，简单展示，而决策剧场特点更显著，功能更强大，适用范围更广泛。其核心价值体现在：高保真音频，高清视频；无压缩基带传输；灵活多变的扩展能力；全通道可视化操作。决策剧场具有安全、保密、先进、模块化、人画合一、手指推送、自由分发等特点。决策剧场是一个新媒体全景式交互决策平台、一个采集分享以及各种图表分析平台，同时具有远程在线互动的发言表决的机制。

决策剧场利用高端信息处理设备，集成了音视频、虚拟现实、人工智能、系统工程等先进技术，实现对决策对象、决策内容、决策流程、决策结果决策周期的全过程管理，支撑了多专家协同科学决策。具体功能包括以下几个方面[11]。

(1)决策剧场能够提供直观可视化的决策环境。传统的决策方式多依赖专家，或者基于多专家的德尔菲法，专家看到的支持信息也多是文字描述，简单静态图片等。这将导致不同专家之间的了解有所偏差，也不能及时沟通，造成决策结果相差较大。决策剧场能实现几十位专家在同一个现场，同时利用动态、可交互的可视化展示方式表达研究内容，专家可在现场及时沟通，相互启发，这能极大提高决策的效率和质量。

(2)决策剧场有助于对决策对象发展历史清晰把握。对决策对象进行科学决策，需要对其历史发展有清晰的了解。基于决策剧场的环形长幕，可以把决策对象基于时间维度的历史变化在长幕上铺开，对其历史发展一目了然。此外，针对决策对象的空间属性，如空间分布、集聚特性、空间关联等，则可以通过固定时间维度，在空间结合地理信息进行展示。通过对决策对象的时间维度的历史发展和空间维度的迁徙演变进行观察，更容易发现其发展演变规律，支撑当前的决策。

(3)决策剧场有助于对决策方案做出有效对比。决策过程中，经常需要对各种方案或方案中的不同对象进行各参数对比，基于决策剧场的大屏可以同时罗列多个对比对象，可以实现不同对象同一特定维度的叠加比较，通过可视化交互功能随时切换比较对象，进而发现不同对象、不同方案的优势，便于专家和决策者选择正确的方案。

(4)决策剧场可以实现对决策效果的预测。通过对决策对象在时间和空间两个维度的演变分析，发现其规律，通过对不同对象的比较选择最优的方案。最后为了最大程度的保证决策的正确性和有效性，需要对选择的决策方案进行效果预测。可以基于现有的多种预测模型，不断地调参优化，基于决策剧场强大的计算能力，对模型快速计算，模拟效果，从而实现以较小时间成本和资金成本选择最优的决策方案。

二、决策剧场的应用场景

决策剧场是支撑决策服务，为决策服务提供一站式综合分析，并能提供适应快速迭代、高频决策、应急响应、预案统筹等要求的针对性决策支持工具[12]。决策剧场主要服务场景是复杂问题的多专家决策场景。能满足各个领域的类似决策需求。例如：政府公共决策、教育服务于监管、城市规划建设和虚拟交通建模等。具体应用场景举例如下[11]。

(一)政府公共决策

政府的政策决策关系广大人民群众的福祉，需要考虑的因素也更多，这就导致决策问题越来越复杂，规模越来越庞大，已经远远超出了单个领导或专家个人决策的能力，往往需要利用群体决策理论组织决策理论进行决策。决策剧场为政府公共决策提供了多专家协同决策物理环境和软件系统支持。以科技决策为例，“创新驱动发展”的战略要求我们充分考虑影响创新的各个要素(企业、大学、院所、孵化器、创新工场、创新园区、创新资金投入等)、创新的各类成果(论文、专利、产品等)、他们之间的关联关系以及创新要素与经济指标的关联关系。充分的利用决策剧场展示各种信息的关联协作关系可以有效地促进产学研融合创新、军民融合创新[13]。

(二)教育服务与监管

决策剧场在教育领域可以为高校评估、信息分析和交流工作提供保障，决策剧场通过整合全国高校基本信息数据库、录取信息数据库和高校地理信息，对社会大众展示高校基本信息，为高中学生报考高等学校提供信息服务，服务于社会公众的咨询，为国家高等教育的发展规划提供预测和决策支持。

(三)城市规划、建设、监管及交通建模[14]

决策剧场在城市建设方面的应用主要在于对城市的整体规划、建设、交通设计进行模拟展示。由于城市规划的关联性和前瞻性要求较高，因此它一直是对全新的可视化技术和虚拟现实技术需求最为迫切的领域之一。通过虚拟现实技术实现“城市仿真”。专家通过3D眼镜或虚拟现实设备，身临其境地感受某种设计方案实施后，在城市中生活的体验。通过对多种交通方式综合设计，并对乘客流量在各种交通工具上进行建模，及早发现城市交通瓶颈，解决拥堵等问题，把现代信息技术充分运用在“智慧城市”[15]的建设中。

三、决策剧场建设与应用实践

建设中国科技高端智库需要基于科技信息大数据和特色资源库，利用科技决策所需专有的研究方法、模型与工具，开展更加客观、科学、系统的战略决策咨询研究，实现以科学咨询支撑科学决策。

中国科学技术信息研究所(以下简称“中信所”)建设决策剧场用于支撑基于科技信息大数据的科技决策，为决策问题分析、决策方案设计、决策过程监控、决策效果评估等多个决策环节提供宏观和微观兼有的可视化决策支持服务。中信所决策剧场的建设初步定为是服务于国家科技管理信息系统(以下简称“国科管”)的应用需求。国科管系统是由国务院发文建设的重大项目工程，承担全国科技信息及项目的管理工作。国科管系统在运行中会涉及科技评估、项目立项、项目评审、方案决策等需求。同时，国科管系统本身拥有多源多类科技信息，包括项目信息、项目资金、研究人员、研究领域等。基于这些信息和其他科技创新信息，利用决策剧场的硬件平台和决策机制，引导专家可视化思维，可以深入分析国家各类科技项目的申请现状，各类科技创新主体创新情况，加强对科技发展现状的了解，加强对科技发展规律和趋势的研判、分析、应对、处置及引导能力，实现大数据时代的科技决策科学化、民主化。

中信所决策剧场建设目标、剧场任务具体设想包括：国科管系统运行中的重大项目科技决策；关键领域、技术的评估和发展预测；项目可行性论证；项目的评估、评价和鉴定；(领域、技术、项目等)专家咨询会等。同时，未来面向科技部其他项目及社会第三方提供科技方面的决策服务。

中信所建设的决策剧场主要由4个子系统组成。

(1)物理空间子系统。主要为环境和支撑硬件，包括环幕大屏、专家坐席、交互设备、支持硬件和通讯设备等，该子系统主要用于形成决策剧场的物理空间，为决策交互提供硬件支持；营造恰当的决策氛围。

(2)软件子系统。软件层是决策剧场的用好的基础，主要包括：①数据层，这部分包括中信所自建的事实数据库、知识库、论文库、专利库等科技大数据；②决策模型，该部分包括常见的计量统计模型、主题模型、生命周期模型、系统动力学模型等，既包括常见的数据分析模型，也有中信所自主研发的特色模型；③支持系统，主要为增强剧场使用灵活性和丰富功能的软件系统，有多屏展示系统、远程会议控制系统、决策流程控制系统、可视化软件等；④研讨系统，用于专家沟通讨论投票表决，包括语音对话系统、意见表达与讨论系统、投票表决系统、信息发布系统。软件子系统的主要功能是管理、维护决策剧场和决策任务产生的智力资产，为展示、交互和决策提供软件系统支持；为科技决策提供信息分析的理论和研究成果支持。

(3)人员子系统。是决策剧场的灵魂，是专家智慧的来源。该子系统包括主持人、甲方代表、信息分析专家、领域专家、联络组。该子系统是在明确的分工和高效的写作基础上建立起来的决策机构。由特定委托方委托、并由联络方召集，由专家群策群议。

(4)决策任务子系统。主要是决策剧场应用的任务和场景，有科技决策、技术评估、发展预测、项目论证、专家咨询等。决策任务一般是由特定委托方提出的，交由决策剧场联络组具体实施。完成任务是决策剧场的目标，历史任务积累又进一步推动决策剧场发展。

决策剧场是舞台，作为舞台上演出的“剧本”设计同样重要。中信所决策剧场建设目前已经完成了软硬件一体化环境建设。根据中信所承担项目的需求，已经设计了相应的几个应用场景“剧本”，有效地促进了相关项目的研究工作，提高了分析决策效率。

(1)创新城市评价[16]。针对中国地级以上289个城市，进行城市创新分析。通过综合创新指数排名，研究国内城市创新态势，评价城市创新潜力；通过不同城市的多维度对比，发现不同城市的优劣势；通过基于可缩放地图的创新资源不同层次展示，可发现创新资源的聚集和辐射规律；通过对城市创新投入和产出的分析，评价不同城市的创新效率。

(2)中文科技信息资源用户需求感知。基于中文科技信息资源库和用户日志库，分析全国中文科技信息资源的产出和区域分布，研究资源生态、研究热点，并感知研究人员对资源的动态需求；对学术机构、研究团体和个人进行学术画像，支持领域核心研究人员的发现。

(3)上市公司企业评价。综合分析上市公司财务数据库和基于上市年报抽取的非财务信息库，如企业产品、技术、上下游供应商等信息，并结合互联网抓取信息对上市公司进行综合评价，支撑对上市公司未来发展前景的预判，提高投资收益。

中信所建设的决策剧场是一个新媒体全景式交互决策平台。其主要特色体现在：一是基于科技信息大数据的支持，包括事实数据、工具算法、交互可视化和虚拟现实；二是实现群体科学化民主决策，由决策者、领域专家和信息技术专家共同参与。

近年来，科技发展日新月异，不断涌现出的新技术对决策剧场的建设与应用也产生了重要影响。物联网和在线社交网络使得针对物理对象的数据采集和社会信息获取变得更加快捷方便，使得决策过程中信息感知更加快速及时。特别是人工智能技术发展使得人机协同更加密切。利用机器学习技术，计算机在“听”“说”“读”“写”“算”等方面都有了显著进步，从文本阅读翻译、到语音识别与生成、图像识别、视频处理、推理推断等各个应用领域的处理速度与准确率都有了很大的提高，实用化程度不断提升。决策剧场作为软硬件集成环境，通过采用不断更新的人工智能研究与技术成果，使得决策过程中数据更加全面且及时、分析处理更加快速准确、分析结果呈现更加多样且直观，进而起到更好的决策支撑效果。

四、总结与建议

决策剧场是大数据时代进行科学决策的一种有效工具，决策剧场利用信息技术、通过交互展示、集成研讨系统以期促进科学和民主决策。中信所基于科技信息大数据的决策剧场作为智能化、交互式的科技政策决策空间，是以事实型数据为素材，通过智能化的大数据分析、学习模型的加工，向参与决策的专家提供可视化、直观的集成展示空间。决策专家可以通过可视化和人机交互等手段，在智能模型输出的基础上进行沙盘推演，智能模型及仿真预测、模拟决策效果。最终，在决策剧场中真正达到专家智慧与机器智能，人脑经验与数据支撑的有机结合，使得科技政策决策更有事实依据，通过在决策剧场中预估决策效果，降低错误决策带来的损失。

当然，也需要看到由于软硬件基础设施、数据量及数据维度和分析模型的限制，决策剧场在建设与应用过程中可能存在的一些不足和挑战，这包括：①决策剧场建设需要投入较高的费用，软硬件系统结合而且系统复杂性较高，系统长时间运行维护对硬件系统、软件系统的健壮性和可靠性都有较高的要求。②决策剧场应用方面，需要持续投入研发与运维人员，决策问题的多样化以及个性化导致决策剧本开发复杂，从需求分析到剧本研发调试到实际应用，需要一定的周期，并可能需要多次迭代。但是，随着决策剧本库的不断建设与应用反馈，决策剧本的系统模块及数据复用有助于加快后续决策剧本开发。

总之，决策剧场在决策过程中所起的作用毋庸置疑，但决策剧场的建设费用和要求也相对较高，一个机构是否需要建设决策剧场，还要根据其硬件条件、资金支持、实际需求等要素等进行综合考虑。已经建成的决策剧场可以通过合适的共享机制服务更多用户，进而提高其利用率，在利用中不断积累经验。有效利用决策剧场还要建立对应的使用管理规范体系，配备技术和决策支撑团队。最后，也是最重要的，决策剧场上演的“剧本”设计是在决策剧场中成功决策的关键，需要管理决策者、剧本开发人员、领域专家、运行维护人员的共同努力才能充分发挥科学决策支撑的作用。