Systemy wspomagania decyzji w akcjach ratowniczych na wodzie

Transkrypt

1 ABRAMOWICZ-GERIGK Teresa 1 BURCIU Zbigniew 1 Systemy wspomagania decyzji w akcjach ratowniczych na wodzie WSTĘP Akcja ratownicza na morzu są to działania mające na celu redukcję zagrożeń i ograniczenie szkód w ratowaniu życia, mienia i środowiska morskiego. System wspomagania decyzji koordynatora akcji ratowniczej na wodzie jest to system dostarczający informacji i wiedzy, wykorzystywany przy podejmowaniu decyzji, głównie przez koordynatora akcji podczas przygotowywania i realizacji akcji ratowniczej. Ogólnie system wspomagania decyzji (SWD) jest systemem, który pomaga człowiekowi w podjęciu lepszej decyzji [1]. SWD stosowane są w sytuacji, gdy podjęcie decyzji jest zadaniem skomplikowanym i gdy mamy do czynienia z problemami słabo ustrukturalizowanymi. Celem systemu jest wspomaganie decyzji a nie jej automatyzacja - podnoszenie skuteczności a nie sprawności zarządzania [4]. System wspomagania decyzji wspiera przede wszystkim pojedynczych decydentów i niewielkie grupy, a dopiero w dalszej kolejności całą organizację. Inteligentne systemy wsparcia decyzyjnego są wykorzystywane w działalności związanej z ryzykiem oraz do zarządzania zagrożeniami. W czasie realizacji akcji SAR o jej powodzeniu decydują dwa podstawowe elementy: czas oraz ryzyko. Wspomaganie decyzji w zarządzaniu ryzykiem jest oparte na ocenie opcji kontroli ryzyka, umożliwia zapobieganie wystąpieniu zagrożenia oraz zmniejszenie jego skutków. Realizacja akcji ratowniczej przez koordynatora akcji ratowniczej i jego decyzje mogą być powiązane ze stanem psychofizycznym, który może oddziaływać na proces poszukiwania. Przy wykorzystaniu komputerowych systemów wspomagających proces decyzyjny, wpływu elementów psychofizycznych na decyzje koordynatora mogą może być częściowo ograniczony. 1. ZARZĄDZANIE BEZPIECZEŃSTWEM W AKCJI SAR NA MORZU Zarządzanie akcją ratowniczą definiowane jest, jako ogół działań zmierzających do efektywnego wykorzystania zespołów ratowniczych, zasobów ludzkich i technicznych, w celu osiągnięcia wcześniej sformułowanych założeń, odnalezienia i uratowania ludzi będących w zagrożeniu życia na morzu. Zarządzanie bezpieczeństwem z wykorzystaniem SWD polega na zapewnieniu akceptowalnego poziomu ryzyka lub zarządzania bezpieczeństwem, dla przyjmowanego akceptowalnego poziomu ryzyka poprzez minimalizację: prawdopodobieństwa wystąpienia niepożądanych zdarzeń, potencjalnych strat ludzkich i materialnych, będących konsekwencją zdarzeń. Podjęcie decyzji przez koordynatora akcji wiąże się z trudnościami związanymi z niepewnością i niepełnością informacji, w tym: ze skomplikowaną sytuacją decyzyjną, możliwością wystąpienia strat w wyniku podjęcia niewłaściwej decyzji, wagą problemu decyzyjnego. W informatycznym systemie zarządzania (rysunek 1) algorytm zarządzania akcją ratowniczą realizowany jest przez komputer. Wymaga to opracowania algorytmu w odpowiedniej postaci programu komputerowego: sformułowanie problemu opracowanie algorytmu opracowanie programu. 1 Akademia Morska w Gdyni, Wydział Nawigacyjny, ul. Morska 83, Gdynia 7175

2 Dane zewnętrzne Pozycje jednostki nawodne i powietrzne Informatyczny system zarządzania w akcji SAR Parametry hydrometeorologiczne Charakterystyka obiektu oczekującego na udzielenie pomocy Pozycja awarii Przetwarzanie informacji wstępnej Zbiór informacji uzyskanych do chwili obecnej Wyznaczenie: - dynamicznych obszarów poszukiwania - zarekwirowanie statków - przydzielenie wzorów przeszukania dla jednostek, - funkcji ryzyka dla poszukiwanych obiektów KOORDYNATOR AKCJI SAR Decyzje AKTUALIZACJA Obiekt zarządzania Akcja SAR Rys. 1. Struktura informatycznego systemu zarządzania w akcji SAR [3] Koordynator akcji SAR podejmuje złożone decyzje, które nie mogą być zautomatyzowane [3]. Decyzje takie wymagają realizacji procesu decyzyjnego, z wykorzystaniem komputerowego wspomagania decyzji również w zakresie decyzji operacyjnych, o pewnych cechach niepowtarzalności. Zastosowanie całkowicie automatycznego modelu decyzyjnego, który mógłby ograniczyć źródła ryzyka, nie jest możliwe, gdyż wymagałoby ono pełnych i pewnych danych Wybrane systemy wspomagające proces wyznaczania obszaru poszukiwania Obszar poszukiwań (A 0 ) jest to część akwenu wodnego ograniczona kołem, wyznaczonym ze środka z pozycji odniesienia (P 0 ) optymalnym promieniem poszukiwania (R 0 ). Obszar poszukiwania może być określony dla założonego prawdopodobieństwa znajdowania się obiektu w wyznaczonym obszarze poszukiwania POC (ang. Probability of Containment) lub wysiłku jednostki poszukującej. Problem oszacowania obszarów poszukiwania na morzu jest nie do rozwiązania z powodu powiązania z niepewnymi parametrami ruchu dryfującego obiektu [2]. W przypadku znajomości pozycji początkowej, czasu wypadku, prędkości dryfu obiektu i jego prędkości oraz prawidłowego modelowania, obszar poszukiwania zredukuje się do pojedynczej trajektorii obiektu poszukiwanego. Ważniejsze programy komputerowe, wspomagające akcje ratownicze na morzu, wykorzystują teorie prawdopodobieństwa i metody symulacyjne. Na świecie używanych jest kilka programów wspomagających proces planowania akcji SAR, programów wspomagających decyzje koordynatora akcji SAR. Computer-Aided Search and Rescue Planning CASP Program komputerowy CASP został opracowany i był rozwijany w celu planowania i podejmowania decyzji przez koordynatora akcji SAR. System CASP 2.0 wykorzystywany jest przez U.S. Coast Guard. Program CASP między innymi modeluje dryf obiektu poszukiwanego, jako proces stochastyczny a więc taki, w którym występuje wiele niezależnych zmiennych losowych. Jedną z zastosowanych w programie metod symulacji jest metoda Monte Carlo (rysunek 2). 7176

3 Rys. 2. Obszar poszukiwania wygenerowany w systemie CASP [2] Program CASP [2] symuluje dryf obiektu poszukiwanego, jako proces stochastyczny, w którym występuje wiele niezależnych zmiennych losowych. Użytkownik ma do wyboru trzy główne sposoby symulowania rozkładu: wokół pozycji, wzdłuż linii, wewnątrz obszaru o zdefiniowanych przed użytkownika granicach. Metoda Monte Carlo zakłada losowy rozrzut wartości danej zmiennej w wyznaczonych granicach. JAWS, SAR i SAROPS Program JAWS (ang. Joint Automated WorkSheets) jest to program, bazujący na metodzie opisanej w IAMSAR (Międzynarodowy lotniczy i morski poradnik poszukiwania i ratowania życia na morzu) i wykorzystuje metodę Monte Carlo przy wyznaczaniu obszarów poszukiwania. Zastosowanie symulacji komputerowej, w której występuje wiele niezależnych zmiennych losowych przyspiesza proces wyznaczania obszarów poszukiwania. Norweski SAR model stosuje empiryczne współczynniki znosu obiektu opracowane przez US Coast Guard we współpracy z Canadian Coast Guard. W kombinacji z wysoką rozdzielczością obszarów prądów przypowierzchniowych i obszarem wiatrowym stanowi nową generację modeli wyznaczania obszaru poszukiwania. Nieokreśloność jest bardzo duża, lecz lepsza od starszej metody. Wymagania dotyczące obliczeń są zamieszczone w przygotowanej mapie prądów i wiatrów. Pole prądów przypowierzchniowych może być otrzymane z radarów HF. Obraz pola prądów oraz wygenerowany obszar poszukiwań przedstawiono na rysunkach 3 i

4 Rys. 3. Pole prądów z radaru o krótkim i dalekim zasięgu [5] Rys. 4. Wygenerowany obszar poszukiwania [5] 7178

5 Głównym elementem programu SAROPS jest moduł symulatora wykorzystujący metodę Monte Carlo. Na rysunku 5 przedstawiono interfejs graficzny temu SAROPS, używanego przez United States Coast Guard. Rys. 5. Interfejs graficzny SAROPS, system używany przez United States Coast Guard [2] SARIS Search and Rescue Information System SARIS to program opracowany przez BMT Marine Information System Limited of Southampton. Program zbliżony jest do mapy elektronicznej, posiada bazy danych o parametrach prądu wodnego. Program SARIS został opracowany dla Wielkiej Brytanii Maritime and Coastguard Agency przez BMT Marine Information System Ltd. w 1998 roku. Służy on między innymi do wyznaczania obszaru poszukiwania ludzi będących w zagrożeniu życia, statków i innych obiektów. Interfejs użytkownika temu SARIS przedstawiono na rysunku

6 Rys. 6. Interfejs użytkownika SARIS [2] SARCAS Program komputerowy SARCAS zbudowany został w Akademii Morskiej w Gdyni oraz zaimplementowany w Morskiej Służbie Poszukiwania i Ratownictwa w Gdyni. Celem programu jest wyznaczenie obszarów poszukiwania dla tratew 6, 10, 20 osobowej z dryfkotwą i bez dryfkotwy, obsadzonej przez rozbitków w 10%, 100% lub dla nieznanej liczby rozbitków. Do wyznaczenia obszaru poszukiwania wykorzystywane są modele deterministyczne, modele probabilistyczne oraz metoda Monte Carlo. Na rysunku 7 przedstawiono zmiany pozycji wyznaczonych obszarów w czasie 4 godz., 2 godz. dojście na miejsce akcji oraz poszukiwania 2 godz. Obszary wyznaczone zostały dla tratwy 6 osobowej z dryfkotwą oraz bez dryfkotwy, z nieznanym obsadzeniem oraz rozbitka w wodzie. Rys. 7. Obszary poszukiwania wyznaczone deterministycznie za pomocą programu SARCAS [3] Na rysunku 8 przedstawiono obszary poszukiwania w zależności od typu obiektu i czasu rozpoczęcia akcji poszukiwawczej [3]. 7180

7 Rys. 8. Obszary poszukiwania w zależności od typu obiektu i czasu rozpoczęcia akcji poszukiwawczej [3] 1.2. Teoria Dempstera-Shafera w podejmowaniu decyzji przez koordynatora akcji SAR Zastosowanie teorii Dempstera Shafera, która pozwala na powiązanie/integrację informacji pochodzących z różnych źródeł, dotyczących identyfikacji zagrożenia życia na morzu, może być wykorzystana do planowania i zarządzania akcją SAR. Jednym z najbardziej istotnych zagadnień w przetwarzaniu niepewności jest rozróżnienie pomiędzy niepewnością a niewiedzą. Zastosowanie teorii Dempstera Shafera pozwala np. określić priorytety kolejności przeszukania wyznaczonych obszarów przy występującej ograniczoności informacji. Przykładowy scenariusz zastosowania metody Dempstera Shafera, pozwalający uwzględniać informacje napływające do koordynatora akcji SAR przesłanki (ang. pieces of evidence) wiadomości. Aktualizację wiedzy przedstawiono na podstawie wyników opracowanego programu komputerowego. Przykład : 1. Informacja o odebraniu sygnału wzywania pomocy. 2. Dodatkowe informacje: o obiekcie wzywającym pomocy, o środkach ratunkowych (przepisy, wiedza, praktyka, doświadczenie koordynatora). Rama różnicująca (rysunek 9) wynik: Rodzaj obiektu będącego w zagrożeniu na morzu: a) statek handlowy, 7181

8 b) statek rybacki, c) jacht jednostka sportowa, d) prom. Rys. 9. Rama różnicująca dla wybranego rodzaju obiektu będącego w zagrożeniu na morzu [2] Prawdopodobieństwo największe dla: statek handlowy P m (SH) = 0,9760 Rama różnicująca, wynik: Katastrofa na morzu (statek handlowy), rozbitkowie oraz tratwy ratunkowe na wodzie: tratwa 6-osobowa tratwa 10-osobowa tratwa 20-osobowa rozbitek w wodzie PIW Rys. 10. Rama różnicująca dla katastrofy rozbitkowie i tratwy na wodzie [2] Prawdopodobieństwo największe dla tratwa ratunkowa 20-osobowa Pm(tr 20) = 0,4240, Pm(PIW) = 0,4240 Rama różnicująca, wynik: Rozbitkowie oraz 20-osobowe tratwy ratunkowe na wodzie: tratwa 20-osobowa z dryfkotwą 20 osób, tratwa 20-osobowa z dryfkotwą 2 osoby, tratwa 20-osobowa bez dryfkotwy 20 osób, tratwa 20-osobowa bez dryfkotwy 2 osoby rozbitek w wodzie PIW 7182

9 Rys. 11. Rama różnicująca dla tratwy 20-osobowej i rozbitków w wodzie [2] Zastosowanie teorii Dempstera-Shafera umożliwia podjęcie decyzji o wyznaczeniu najbardziej prawdopodobnego obszaru dla tratwy 20 osobowej oraz rozbitków w wodzie. WNIOSKI Zaproponowane wybrane systemy wspomagania decyzji (SWD) umożliwiają koordynatorowi akcji SAR podejmowanie decyzji w sytuacjach zagrożenia życia na morzu. Systemy te umożliwiają szybką interpretację napływających informacji i rozwiązanie problemów. Streszczenie Realizacja akcji ratowniczej przez koordynatora akcji oraz jego decyzje mogą być powiązane ze stanem psychofizycznym, który może oddziaływać na proces poszukiwania. Zastosowanie systemów wspomagania decyzji ogranicza wpływ subiektywnej oceny koordynatora na podejmowane działania ratownicze. W artykule przedstawiono wybrane systemy wspomagania decyzji w działaniach ratowniczych na morzu. Przedstawiono przykłady ich zastosowań do wyznaczania obszarów poszukiwania i podejmowania decyzji w sytuacji niepewności. Słowa kluczowe: system wspomagania decyzji, obszar poszukiwania, środki ratunkowe Decision support systems for search and rescue operations at sea Abstract Execution of SAR action by SAR Mission Coordinator and his decisions can be influenced by his psychophysical condition and they can influence the process of search and rescue. The implementation of decision support systems can decrease the influence of the subjective coordinator's judgment of the emergency situation on the undertaken rescue actions. The paper presents the selected decision support systems used in search and rescue at sea. The examples of applications for the search area determination and decision making process in uncertainty are presented. Keywords: decision support system, search area, life saving appliances BIBLIOGRAFIA 1. Bartkiewicz W., Systemy Wspomagania Decyzji. www. ki.uni.lodz.pl/ ~witek/si/08sysinf_ systemy _DSS. pp 2. Burciu Z., Modelowanie Obszarów Poszukiwania w Aspekcie Bezpieczeństwa Transportu Ludzi na Morzu. Prace Naukowe Transport z.50, Oficyna Wydawnicza Politechniki Warszawskiej, s.128, Warszawa

10 3. Burciu Z., Informatyczny system wspomagający akcję ratowania życia ludzkiego na morzu (Search and Recue Computer Aided System - SARCAS 2000). Projekt celowy nr 2288/C.T12-9/98 dofinansowany przez KBN. 4. Granat J., System wspomagania decyzji i projektowanie. Politechnika Warszawska