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本案例由Ken Cobleigh、Dan Compton和Wiebe提供。
GEOSS的有关背景
在2005年2月16日，61个国家达成一致：在10年内，人类将把对地球的认识以及其运作原理进行革命化的推进。地球勘测组织在布鲁塞尔召开了第三次地球勘测峰会，会议决定实施为期10年的GEOSS计划。接近40个国际组织也参与了这项计划。在2004年印度洋海啸后，参与此项计划的国家数几乎翻了一倍。在未来的数月中，越来越多的国家参与到这项前无古人的历史性任务之中。GEOSS为每个国家带来巨大的利益，实现人与自然的和谐发展。这些利益被分为九大类(如图1.1所示)。
这些数据来自卫星、飞机、热气球、轮船雷达、水域的测量站、地面气象站、浮标以及用记录仪收集的区域数据和用铅笔和纸记录的数据。系统可以被分为以下三组：勘测系统和区域数据、GEOSS信息体系以及用户共同体(如图1.2和图1.3所示)。对这些系统的运用正如生物多样化那样重要，我们从而可以测度、捕捉、分析以及更好地预测诸如海啸、地震、火山喷发等灾难。这可以提供地球预警系统，从而挽救无数的生命。
图1.1 从地球观察中获得的社会福利
图1.2 GEOSS动态决策流程
图1.3 GEOSS端对端架构
目前，为了让长期的、高水平的GEOSS变为现实，几个棘手的问题亟待解决。研究人员对GEOSS共同体(其包括数个子共同体)做了一项评估。本书作者对体系的子共同体进行了咨询。主要的问题如下：
对多种数据进行支持并交互的能力。
对原始数据和被处理后的数据设定新的标准格式。
提供信息保证，以确保收到的数据不受破坏。
提供数据、信息安全以及对访问权限的控制(国家限制、机密数据等)。
确保数据和信息的易用性，包括培训、数据挖掘以及其他具有可用性的工具。
允许使用对决策和支持工具的创造和使用。
允许技术和评估结果相互配合(通过对多传感器和非传感器的融合实现高水平的结果处理)。
提供点对点的高输出量。
支持数据和信息的非电子转换。
提供较短的反应期。
正如我们所看见的那样，这些高难度的问题将在政治上和经济上得到解决。例如：经济利益是由一个国家的国民生产总值或财富决定，还是由最需要该项利益的国家决定?显然，在完成这项系统之前，必将经历许多的讨论和谈判。最可能的情况是，此项系统将分阶段完成。
当前存在的一个问题是，许多系统都是作为孤立的系统而建立的。这些系统的数据不能轻易被注册、使其相互关联或使其与来自其他系统的数据相互融合(尽管这在很多情况下并非事实，正如在一些海洋勘测和大气管制(NOAA)中的应用那样)。另一个关键问题是，许多国家不喜欢公开数据与其他国家共享(尽管共享数据可以带来许多优势)。它们或许认为国家安全或专属经济区(从一个国家的海岸线外推200海里)受到了威胁。在运行系统前，这些问题必须得到解决。一旦这些问题得到解决，那么这个系统将发挥巨大的威力。
系统动力学的背景
为了在GEOSS系统中运用策略分析，我们需要运用Monte Carlo模拟、实物期权分析以及系统动力模型。因此为了很快了解它，则应该简要地解释系统动力学。
尽管系统工程可以找出并具体化一些要求并构建系统，系统动力学可以使我们在给定环境下观察系统的行为。能够完成这项任务的模型之一是Ventana Vensim模型，它使我们可以对动力系统进行概念化、分类、模拟、分析以及最优化。系统动力学模型可以建立在临时回路、股票或流量图之上。当把词组与箭头相链接后，我们就在系统变量中构建了联系，并且记录为临时关系。这种信息需要用数学方程来刻画，从而完成模拟模型。通过建立过程、考察变量的原因与使用情况、涉及变量的回路，我们可以对模型进行分析。当我们建立了一个可以被模拟的模型后，系统动力学可以让我们深刻地洞察系统的行为。
一个简单的例子如图1.4所示，它显示的是兔子与狐狸群落的行为，以及在动力系统之中两个群落的相互关系。两个群落的出生率、初始种群数量、兔子与狐狸的平均寿命、狐狸对食物的需求以及兔子的携带能力之间都有“栅栏”。由于这些栅栏可以被调节、则剩余的变量可以改变出生数量(种群数量、兔子与狐狸的死亡数量、兔子的群居、狐狸对兔子的猎食以及狐狸对食物的可获得性)。变量可以用查询列表来表达。这样，我们就可以考察兔子与狐狸群落的行为以及它们的相互关系。
图1.4 狐狸—兔子种群系统动态模型(样本)
当然，一个模型的好与坏取决于它的构建者以及基本假设。然而，系统动力学具有内置工具，这可以是建模者评估模型是否合理以及单位是否正确。
创造GEOSS系统动力学模型
此外，创建GEOSS模型时，可以运用系统动力学的概念，并且这基于美国军方的武器转换模型中央运筹网络(NCO)(图1.5)。当把这提交给GEOSS专家时，我们可以注意到NCO的原则可以被稍微修改以适合于GEOSS模型(图1.6)。
图1.5 NCO模型
74个技术区需要被用于体系系统(SoS)从而进行运筹。最优化在判断系统效率时被用于判断最优影响力的技术，这需要很高的协作程度。此外，我们可以将其连接到实物期权分析，可以评估每一个技术区域的相对价值。
图1.6 GEOSS体系动态模型
实物期权价值融合与成本收益结果
在完整的GEOSS系统中，社会和经济利益非常重要。例如：根据美国环境保护协会(EPA)，潜在利益简要列表如下：
我们可以精确知道下一个冬天的严酷程度，这可以被运用于紧急情况管理、交通、能源以及医疗人员、农民、家庭、生产商以及商店店主等。对天气和气候敏感的产业占美国国民生产总值(GDP)的1/3(3万亿美元)。
我们可以把对天气的预测误差缩小到1华氏度之内，这可以每年节省一百万美元的电力成本。
海岸的风暴每年会对美国造成71%(七百万美元)的灾害损失，改进的预测可以为美国带来积极的影响。
在美国，因天气原因造成的交通延误会带来四百万美元的损失，如果有了改进的天气预报系统，就可以避免其中的2/3的延误(170万美元)。
更有效的空气质量实时监测使得我们可以提前数天得到精确的预测，借此，我们可以通过适当的交通和能源使用，从而减小恶劣空气质量的影响。
运用改进了的卫星地面勘测，我们可以革新对世界和区域气候的预测，从而使我们能够提前数年预知干旱。
通过对水质的实时监测与预测，我们可以实时反馈及预测农药和肥料的使用数量，从而最大化农产量、最小化成本、构建良性的生态系统、增大渔业产量以及海岸的旅游业收入。
从全球来看，每年有300(百万)至500(百万)的人感染疟疾，大约有100万人死于这种本来可以预防的疾病。运用国际上相互连接的系统，我们可以查明下次SARS、禽流感、西尼罗河病毒以及疟疾最有可能爆发的地点。
地震、火山、山体滑坡、洪水、森林火灾、极端天气、海岸灾难、海上浮冰、空间气象以及重大污染事件将会对社会带来严重的损害。在美国，每年的灾害将带来数以百万计的经济损失。这些灾害是造成生命以及财产损失的重要原因。GEOSS的预测、监控以及对自然和技术灾害的预测能力是减轻灾害影响的关键。
目前，数千项技术在对地球进行勘测。这些技术在估计农作物产量、监控水与空气的质量、提高飞行安全方面展示了它们的价值。例如：根据EPA，美国农民从每一美元的天气预测的投入中将获得15美元的收益。美国农民改变种植决策的价值被估计超过$250(百万)。美国对厄尔尼诺现象的海洋勘测的收益率是13%~26%。同时，在全世界的海洋上有数千个浮动数据收集站、超过50个环境卫星，它们提供数百万的数据集，但是它们当中的多数不能相互兼容。如果不能相互兼容，那么综合的GEOSS系统将总是存在盲区以及不确定性。如果科学家们不能监控地球上每一滴水、每一缕空气、每一块土地，那么他们就不知道地球上到底发生了什么事。因此，我们所面临的挑战就是如何将所有的技术集中起来，从而能够合理地做出决策。
策略期权的路径
由于此项目需要全球的协作，故本案例不能解释当前运用的策略性实物期权以及风险分析所涉及的数值分析。然而，为了阐述一些GEOSS所拥有的期权，此处提供了构建实物期权框架的策略树的示例。当然，整个策略树的所有路径比这个简单的策略树要复杂得多。对于产生策略树的更多具体细节，请参见本书作者的其他著作并且运用SLS软件(见Real Options Analysis: Tools and Teehinques, 2nd Edition.(Wiley，2005))对实物期权进行建模和限定。
为了展示GEOSS期权的基础，图1.7显示了全球对地观测系统的三条策略路径。
图1.7 GEOSS实物期权战略(样本)
策略A是对所需要的技术(the Course of Action Decision Support tools)进行大比例的投资。我们判断，Course of Action技术的发展将快于其他技术的发展，因为其在协同运作方面有巨大的影响力。在技术传播、建立情境认知能力以及建立全局观念方面需要进行协同运作。此项策略路径的主要好处在于可以快速达到协同运作的环境，它的潜在缺点在于没有将精力集中于其他的技术。
策略B投资于最重要的三项技术，即the Course of Action Support tools、Modeling and Simulation Decision Support tools以及Resource Allocation tools。将这些技术结合起来可以发展出某些发展期权。所以，Course of Action Support tools不适用，那么还有其他两项技术可以采用，这样就完成了对风险的套期保值机制。
策略C是投资于最重要的前11项技术，越重要的技术所占的权重越大。此策略的优势是所有的技术都将得到投资，这样实际上创造了一个投资组合，可以减小任何一项技术不能有效运作的风险。然而，此方法的缺点是由于资源的配置被分散了，全球的协同运作将会显著地滞后。
每一个策略路径都有数个分支，并且每一个分支都带有是否运用某种技术的期权，这就是嵌套期权(也被称为期权的期权)。
当然，我们正在付出更多的努力，并且这将面临巨大的挑战。然而，如果我们把模拟、实物期权模型、系统动力学以及最优化工具结合起来，那么我们的分析方法和结论都将更加有说服力。
