Systemy Wspomagania Decyzji W Zarządzaniu Kryzysowym

Transkrypt

1 Systemy Wspomagania Decyzji W Zarządzaniu Kryzysowym Zespół Badawczy Modelowania, Symulacji i Informatycznego Wspomagania Decyzji w Sytuacjach Konfliktowych i Kryzysowych Kierownik Zespołu: prof. WAT, dr hab. inż. Andrzej Najgebauer

2 Definicje Zarządzanie kryzysowe Działalność organów administracji publicznej będąca elementem kierowania bezpieczeństwem narodowym: zapobieganie sytuacjom kryzysowym, gotowość do ich wystąpienia, reagowanie w przypadku wystąpienia, kontrolowanie ich w drodze planowych działań, usuwanie skutków, odtwarzanie zasobów i infrastruktury krytycznej: zaopatrzenia w energię i paliwa, łączności i sieci teleinformatycznych, finansów, zaopatrzenia w żywność i wodę, ochrony zdrowia, transportowych i komunikacyjnych, Informatyczny system ratowniczych, zarządzania kryzysowego zapewniających ciągłość działania administracji publicznej, produkcji, składowania, przechowywania i stosowania substancji chemicznych i promieniotwórczych, w tym rurociągi substancji niebezpiecznych; 2

3 Informatyczny system zarządzania kryzysowego Informatyczny system zarządzania kryzysowego W odniesieniu do systemu informatycznego to potrzeba: monitorowania otoczenia i obiektów infrastruktury; gromadzenia danych o stanie: otoczenia, infrastruktury, sił i środków oraz źródeł zagrożeń; przetwarzania dużej ilości danych przez: selekcję, weryfikację i analizę danych, wykrywanie zmian progowych (krytycznych) oraz ocenę zagrożenia dla czasu (prognozowanie); zobrazowanie użytkownikowi stanu aglomeracji oraz oceny zagrożenia, w tym mapy: zagrożeń i ryzyka; wspomagania procedur reagowania poprzez: symulację rozwoju zjawisk oraz wspomaganie decyzji ciągłe i bieżące informowanie oraz zapewnienie przepływu informacji (zakres informacji zależny od szczebla oraz roli) sterowanie przepływem czynności i obiegiem dokumentów w 3 proceduralnych działaniach zgodnie z podjętymi decyzjami

4 Informatyczny system zarządzania kryzysowego Architektura systemu wspomagania zarządzania kryzysowego Modele i metody wspomagania decyzji - Przetwarzanie danych semantycznych - Sieci złożone - Analiza regresji - Optymalizacja - Symulacja komputerowa 4 4 4

5 Informatyczny system zarządzania kryzysowego Jak powstaje system adekwatny do potrzeb: Analiza procesów i czynności wynikiem jest m.in. opis procedur działania, identyfikacja ról i zakresów odpowiedzialności użytkownika oraz specyfikacja obszarów wspomaganych narzędziami informatycznymi; Modelowanie systemu celem jest zrozumienie zasad działania systemu oraz opracowanie formalnych modeli i algorytmów na potrzeby katalogu zagrożeń, rozpoznawania zagrożeń, oceny poziomu zagrożenia, symulacji zjawisk oraz prognozowania skutków; Specyfikacja wymagań funkcjonalnych i dodatkowych w postaci zdefiniowanych przypadków użycia systemu, scenariuszy interakcji z systemem oraz kluczowych zdarzeń; Projekt architektury i składowych systemu (podsystemy, usługi, składnice danych, systemy spadkowe, szyny komunikacyjne) w perspektywach: logicznej, procesów, komponentów i konstrukcyjnej; Implementacja, adaptacja, dostosowanie, testowanie posiadanych, gotowych i dedykowanych składowych systemu informatycznego; Wdrożenie, użytkowanie, podążanie za zmianami cykliczne iteracje; 5

6 Etap: Modelowanie rzeczywistego systemu Formalne modele i algorytmy na potrzeby katalogu zagrożeń, rozpoznawania zagrożeń, oceny poziomu zagrożenia, symulacji zjawisk oraz prognozowania skutków podstawa dla adekwatnej struktury zasobów informacyjnych (dane i relacje) i opracowanie algorytmów usług systemu na założonym w modelu poziomie szczegółowości; Modele Teren Aglomeracja Sieć drogowo-kolejowa Katalog zagrożeń Zagrożenia Ubywanie zasobów Zmiany stanów w czasie 6 Metody Przeszukiwanie semantyczne Sieci złożone Symulacja komputerowa Optymalizacja Analiza regresji Systemy ekspertowe Sieci neuronowe

7 Model bezpieczeństwa aglomeracji MBA(t) = (Aglomeracja(t), Model_zagrożeń, Zagrożenia(t)) Aglomeracja(t) = (Teren(t), Infrastruktura_komunalna(t), Firmy_komunalne(t), Obiekty_chronione(t), Służby_ochrony(t)) Model_zagrożeń = ((Źródło(k), Zdarzenie(k), Czynnik(k), Medium(k), Skutki(k), Chrakterystyki_ilościowe(k)) k=1,..,k K liczba różnych typów zagrożeń Zagrożenia(t) = (Zagrożenie(t,r) r=1,..,r(t) ) R(t) liczba zagrożeń, które już wystąpiły lub prawdopodobieństwo ich wystąpienia przekroczyło minimalny próg Zagrożenie(t,r) = (Typ(t,r), Źródło(t,r), Zdarzenie(t,r), Czynnik(t,r), Medium(t,r), 7 Ocena_ilościowa_skutków(t,r))

8 Katalog_zagrożeń = ((Źródło(k), Zdarzenie(k), Czynnik(k), Medium(k), Skutki(k), Chrakterystyki_ilościowe(k)) k=1,..,k Źródło byt (zjawisko, obiekt lub zgromadzenie ludzkie), którego zmiana stanu może zwiększyć p-stwo wystąpienia sytuacji kryzysowej, a jego stan możemy monitorować (badać): obiekt naturalny; obiekt techniczny; populacja (ludzka, zwierzęca); Zdarzenie (tzw. inicjujące) zmiana stanu źródła zagrożenia, powodująca wzrost p-stwa wystąpienia sytuacji kryzysowej; Czynnik wywołuje lub powoduje skutki: czynnik niszczący (np. ogień, substancja toksyczna, promieniowanie); krytyczny niedobór (np. energii elektrycznej, lekarstw, wody); Medium nośnik czynnika (np. powietrze, woda, sieci); Skutki={( obiekt zagrożony, zdarzenie) } negatywne zmiany stanu obiektu zagrożonego, w tym: obiektów technicznych (np. uszkodzenie); obszaru (np. zalanie, skażenie chemiczne); populacji ludzkiej (np. zachorowanie, uszkodzenie ciała, panika); 8

9 Katalog rozpatrywanych zagrożeń obejmuje: Siły natury (klęski żywiołowe); Pożary; Skażenia: biologiczne, chemiczne, promieniotwórcze; Systemy: ciepłowniczy, wodociągowy, kanalizacyjny, energetyczny oraz gazowniczy; Infrastruktury: telekomunikacyjna i teleinformatyczna; Awarie techniczne; Transport drogowy, kolejowy oraz metro; Zakłócenia porządku i bezpieczeństwa publicznego; Działania terrorystyczne; Wybuchy lub atak rakietowy; Obiekty infrastruktury krytycznej; 9

10 Wiki baza wiedzy o zagrożeniach 10

11 Model ontologiczny katalogu zagrożeń 11

12 Przetwarzanie danych semantycznych model zagrożeń 12

13 Przetwarzanie danych semantycznych model zagrożeń 13

14 Przetwarzanie danych semantycznych - mechanizmy wnioskowania 14

15 Analiza sieci złożonych - Modele sieci złożonych Sieci o bardzo dużej liczbie węzłów i powiązań pomiędzy nimi: najczęściej powstają spontanicznie posiadają specyficzne cechy Random Graph Small World Scale Free 15

16 Analiza sieci złożonych - Przykłady sieci 16

17 1 n k Center i Degree i V j ij V j ij Closeness i d n n d Center ) ( 1) ( ), ( ),, ( n n v v v v v Center V v V v v y x y i x Load i x x y e A e A e e e A e const N j j ij i max Radius i ij Center d 17 Ocena istotności węzłów

18 Analiza sieci złożonych - analiza zmian charakterystyk 18

19 Analiza sieci złożonych - analiza zmian charakterystyk Zastosowanie modeli: Ochrona kluczowych węzłów informacyjnych i łączności; Identyfikacja osób będących przywódcami organizacji; Modelowanie epidemii (CARE2): Symulacja rozprzestrzeniania się dowolnej choroby zakaźnej w populacji (sieci społecznej) o dowolnej topologii; Identyfikacja osobników istotnych z punktu widzenia walki z epidemią ( super-spreaders ); Ocena skuteczności proponowanych strategii szczepień, wybór strategii efektywnej; Szacowanie środków medycznych niezbędnych do hamowania epidemii. 19

20 Model sieci komunikacyjnej uwarunkowanej czasowo Sieć uwarunkowana czasowo (TDN) i, k U S( t) G,, D( t) D( t) d t : i, k U ik d : T T, T=[0, ) ik zbiór funkcji kosztu czasowego funkcja kosztu czasowego G W, U W zbiór wierzchołków grafu, W={1,2,...,NG}, U zbiór łuków grafu, U u, u ' : u, u ' W d ik (t) - czas potrzebny na pokonanie łuku pomiędzy i oraz k dla chwili wystartowania z wierzchołka i równej t

21 Modelowanie grup ludzi (tłumu) - ewakuacja symulacyjny model odwzorowujący zachowanie dużej grupy ludzi (nazywanej tłumem) w sytuacjach braku zagrożenia (opuszczanie stadionu, kina) oraz w sytuacjach występującego zagrożenia (np.: ewakuacja z budynku w sytuacji pożaru lub zagrożenia bombowego) wyniki: wizualizacja przebiegu symulacji, czas ewakuacyjny: całkowity, średni, czas opuszczenia terenu, czas osiągnięcia celu, intensywność ewakuacji w liczbie jednostek poza obszarem objętym ewakuacją, intensywność ewakuacji w liczbie jednostek w obszarze objętym ewakuacją, zagęszczenie jednostek w otoczeniu charakterystyka zmieniająca się w czasie, średnie zagęszczenie jednostek w otoczeniu, miejsca powstawania zatorów, średnie czasy oczekiwania (na zwolnienie się przejścia) jednostek, całkowity czas reakcji odwzorowuje dużą liczbę zdarzeń w otoczeniu. 21

22 Mapy zagrożeń Obrazują obszar geograficzny objęty zasięgiem zagrożenia, z uwzględnieniem różnych scenariuszy zdarzeń oraz skojarzone z nimi mapy ryzyka w zakresie: Prawdopodobieństwo wystąpienia zagrożenia w określonym rejonie i określonym czasie; Rozkład (wartość oczekiwana) liczby ofiar i poszkodowanych w różnym stopniu; Rozkład (wartość oczekiwana) strat materialnych (sumarycznie i w podziale na typy zagrożeń); Oszacowanie wskaźników wypadkowości na danych odcinkach dróg; Liczba i typ sił i środków koniecznych do likwidacji źródła zagrożenia; Liczba i typ sił i środków koniecznych do likwidacji skutków wystąpienia zagrożenia; Oczekiwany czas likwidacji źródła zagrożenia; Oczekiwany czas likwidacji skutków wystawienia zagrożenia; 22

23 Modele zagrożeń aglomeracji miejskiej Modele zagrożeń aglomeracji miejskiej wraz z systemem zarządzania kryzysowego na przykładzie m. st. Warszawy Zaawansowany prototyp rozproszonego informatycznego systemu wspomagania zarządzania kryzysowego: programowe procedury wspomagania decyzji, symulatory rozprzestrzeniania się zagrożeń, narzędzia wizualizacji, baza danych rozszerzająca zasoby informacyjne systemu zainstalowanego w BBiZK; Opracowania analityczne: modele zagrożeń, ekspertyzy dot. procedur reagowania, dane historyczne, prognozy zagrożeń m.st. W-wy; 23

24 Przykłady systemów Modele zagrożeń aglomeracji miejskiej wraz z systemem zarządzania kryzysowego na przykładzie m. st. Warszawy Stan stabilności atmosfery Rodzaj uwolnienia Natężenie wypływu Stężenie dla odległości 100m Odległość do występowania stężenia w kierunku wiatru Powierzchnia strefy zagrożenia Czas trwania uwolnienia Prognozowana liczba ofiar z podziałem na stopień rażenia (np. Poparzenia) oraz strefy obiekty objęte zagrożeniem 24

25 Przykłady systemów Modele zagrożeń aglomeracji miejskiej wraz z systemem zarządzania kryzysowego na przykładzie m. st. Warszawy Symulacja rozprzestrzeniania się dowolnej choroby zakaźnej w populacji (sieci społecznej) o dowolnej topologii; Identyfikacja osobników istotnych z punktu widzenia walki z epidemią ( super-spreaders ); Ocena skuteczności proponowanych strategii szczepień, wybór strategii efektywnej; Szacowanie środków medycznych niezbędnych do hamowania epidemii. 25

26 Przykłady systemów Modele zagrożeń aglomeracji miejskiej wraz z systemem zarządzania kryzysowego na przykładzie m. st. Warszawy Ryzyko (np. Prawdopodobieństwo) wystąpienia wypadku drogowego lub kolejowego dla środka transportu przewożącego niebezpieczne materiały; Maksymalne skutki wypadku drogowego (kolejowego) z udziałem pojazdu przewożącego niebezpieczne materiały, np. Wielkość populacji ludności objętej skutkami wypadku (np. Skażeniem) w najgorszym przypadku; Minimalny czas dojazdu służb ratowniczych do miejsca wypadku (w najgorszym przypadku); PRZED PO 26 Średni przepływ Żoliborz-Wilanów i Wilanów-Żoliborz (godz. 16:15-17:15)

27 Przykłady systemów System symulacyjnego wspomagania szkolenia operacyjnego Złocień System umożliwiający szkolenie dowództw na szczeblu brygady, dywizji i korpusu: wspomagania procesu planowania i kierowania wojskami realizowanego przez sztaby symulowanie działania podległych wojsk zgodnie z zadaniami postawionymi przez sztaby i uwzględniające przy tym możliwości tych wojsk oraz warunki działania, narzędzie badawcze w celu optymalizacji struktur wojsk oraz sposobu ich użycia w operacjach 27

28 Definicje Rządowe Centrum Bezpieczeństwa Wojewódzkie Centra Zarządzania Kryzysowego Powiatowe Centra Zarządzania Kryzysowego Użytkownicy: Pracownicy centrów (kraj)/wydziałów (województwo)/biur (miasto)/zespołów (powiat, gmina) Dyspozytorzy CPR, PSP, Pogotowia

29 Przykład systemu - SARNA

30 Zasadnicza formatka placówki zdrowotnej Przykład systemu - SARNA

31 Przykład systemu - SARNA

32 Liczba osób Raport XII Liczba hospitalizowanych Dzieci (do 14 lat) Dorośli (od 15 lat) Łącznie

33 Dane po sezonie 2009/2010 (XI III)