Optimální plánovací systém pro vyhledávání a záchranu - Search and Rescue Optimal Planning System

Výstup SAROPS

Search and Rescue Optimal Planning System (SAROPS) je komplexní plánovací systém pro vyhledávání a záchranu (SAR) používaný Pobřežní hlídkou Spojených států při plánování a provádění téměř všech případů SAR ve Spojených státech a v Karibiku a v jejich okolí. SAROPS má tři hlavní součásti: Grafické uživatelské rozhraní (GUI), Environmentální datový server (EDS) a Simulátor (SIM). Pomocí vládních licencí sady Commercial Joint Mapping Tool Kit (C / JMTK) pro geografický informační systém (GIS) lze SAROPS použít v pobřežním i oceánském prostředí. V simulátoru je zabudována schopnost přístupu ke globálním a regionálním větrným a aktuálním datovým souborům, díky nimž je SAROPS nejkomplexnějším a nejúčinnějším nástrojem dostupným pro námořní plánovače SAR.

Historické nástroje pro plánování vyhledávání

Před SAROPS používali řadiči SAR v Pobřežní stráži USA Plánování hledání pomocí počítače (CASP) a Společné automatické pracovní listy (JAWS), které používaly techniky a algoritmy plánování datování. Přesněji řečeno, CASP byl založen na staré výpočetní technologii a JAWS byl převzat přímo z technik pera a tužky pro kratší trvání driftu v pobřežních prostředích. Údaje o životním prostředí sestávaly z větru (1 stupeň zeměpisné šířky a délky) větru a aktuálních informací, které byly aplikovány každých 12 hodin. Pro většinu oblastí CASP používal průměrné měsíční hodnoty proudu, zatímco JAWS používal jednu hodnotu větru a proudu během případu SAR. Ani jeden z těchto systémů nebyl schopen přistupovat k včasnému výstupu větru a proudu aktuálního modelu s vysokým rozlišením, což byla významná nevýhoda, protože jednou z hlavních složek, které určují přesnost řešení driftu, je přítomnost přesných a přesných informací o větru a proudu pro danou oblast zájmu.

Motivace pro rozvoj SAROPS

Pobřežní stráž USA používá systematický přístup k pátracím a záchranným operacím. V každém případě existuje pět fází SAR: povědomí, počáteční akce, plánování, operace a závěry. Jakmile se kontrolní orgány SAR dozví o případu z volání „MÁJDA“ nebo jiné formy komunikace, usilují o shromáždění údajů o případu a v první zprávě je častěji nejistota. Řadič pak musí vyvinout oblast vyhledávání na základě informací, odhadnout dostupnost a schopnosti zdrojů, vyhlásit plán vyhledávání a nasadit zdroje. Zatímco aktiva provádějí vyhledávání, řadič zahájí proces znovu tím, že shromáždí další informace, vyvine následné hledání, nasadí prostředky a vyhodnotí předchozí hledání. Tento proces pokračuje, dokud nejsou přeživší nalezeni a zachráněni nebo než příslušné orgány případ SAR pozastaví. V důsledku toho existuje potřeba nástroje, který je rychlý, jednoduchý, minimalizuje zadávání dat, minimalizuje potenciál chyb, má přístup k datům prostředí ve vysokém rozlišení a vytváří akční plány vyhledávání, které maximalizují pravděpodobnost úspěchu. Kromě toho, Národní Search and Rescue plán Spojených států (2007) , napadá pátracích a záchranných komunity v následující pasáži:

Vzhledem k zásadnímu významu zkrácení doby odezvy při úspěšném záchranném a podobném úsilí se bude i nadále soustřeďovat pozornost na vývoj a implementaci prostředků ke zkrácení doby potřebné pro:

A. Přijímání výstrah a informací souvisejících s nouzovými situacemi;
b. Plánování a koordinace operací;
C. Transity a vyhledávání zařízení;
d. Záchrany; a

E. Poskytnutí okamžité pomoci, například lékařské pomoci, podle potřeby.

Pokud to není dostatečná motivace, stojí letoun s rotačními křídly USCG 9–14 000 USD za hodinu a řezačka USCG stojí 3–15 000 USD za hodinu. Zkrácení doby, po kterou je letadlo ve vzduchu, nebo se fréza nachází v oblasti vyhledávání, může výrazně snížit náklady daňových poplatníků i zachránit životy a majetek. Pobřežní stráž USA uzavřela smlouvu se společností Northrop Grumman Corporation, Applied Science Associates (ASA) a Metron Inc. na vývoj komplexního systému, který zahrnoval nejnovější grafické parametry divergence, Leewayovy divergenční parametry a metody Monte-Carlo pro zlepšení pravděpodobnosti úspěchu hledat případy. SAROPS splňuje a překračuje tato očekávání minimalizací časových rámců plánování a odezvy.

Komponenty SAROPS

SAROPS se skládá z grafického uživatelského rozhraní (GUI), environmentálního datového serveru (EDS) a simulátoru (SIM).

Grafické uživatelské rozhraní (GUI)

Grafické uživatelské rozhraní využívá Geografický informační systém ESRI (Environmental Systems Research Institute) (ArcGIS) a bylo změněno tak, aby zahrnovalo specifické aplikace pobřežní stráže USA, jako jsou rozšíření SAR Tools Extension a SAROPS Extension. Aplikace mají rozhraní založené na průvodcích a fungují v prostředí vrstev ArcGIS. Pro zobrazení jsou k dispozici vektorové a rastrové grafy, jakož i plány vyhledávání, vzory vyhledávání, environmentální data oblasti hledání a mapy pravděpodobnosti. Nakonec GUI poskytuje zprávy o všech vyhledávacích operacích.

Environmentální datový server (EDS)

Environmentální datový server (EDS) shromažďuje a ukládá informace o životním prostředí pro použití v rámci SAROPS. Místní servery SAROPS po celých Spojených státech požadují informace o životním prostředí od EDS na základě oblasti zájmu. Na serveru jsou katalogizovány různé produkty životního prostředí, od pozorovacích systémů po modelové produkty. Mezi pozorování patří teplota povrchu moře, teplota vzduchu, viditelnost, výška vln, globální přílivy a odlivy a proudy. Výstup modelu s vysokým rozlišením z provozních předpovědních modelů, jako je hybridní oceánský souřadnicový model (HYCOM) a globální pobřežní oceán NRL (NCOM), poskytují časově a prostorově proměnlivé informace o větru a proudu. A konečně, EDS je schopen poskytovat objektivní analytické nástroje a agregaci. Seznam dostupných produktů se neustále mění, protože vědci z námořnictva, místních univerzit a výzkumných středisek neustále zlepšují přesnost a spolehlivost produktů a trvale je zpřístupňují.

Simulátor SAROPS (SIM)

Definice

  • Pravděpodobnost zadržení (POC) : Pravděpodobnost, že objekt hledání bude obsažen v hranicích určité oblasti. Je možné dosáhnout 100% POC zvětšením a zvětšením oblasti, dokud nebudou pokryty všechny možné lokality.
  • Pravděpodobnost detekce (POD) : Pravděpodobnost detekce objektu nebo rozpoznání vyhledávaného objektu. Rozdílná pravděpodobnost detekce může být u různých letadel, podmínek prostředí a typů objektů hledání. Pravděpodobnost detekce obecně klesá s rostoucí vzdáleností od hledaného objektu.
  • Pravděpodobnost úspěchu (POS) : Pravděpodobnost, že bude nalezen hledaný objekt. POS závisí na POC a POD. POS = POC x POD

Průvodce simulátorem

Průvodce simulátorem využívá několik stránek popisů scénářů, které zadává uživatel, aby vypočítal možné polohy a časy tísně, následné trajektorie posunu hledaného objektu a účinek dokončeného hledání na pravděpodobnost vyhledávaného objektu. Simulátor zachycuje nejistotu v polohách, časových vstupech prostředí a parametrech volnosti. Po obdržení všech informací vztahujících se k případu simulátor pomocí Markovovy metody Monte Carlo simuluje drift až 10 000 částic pro každý scénář. Každých 20 minut driftu simulátor zohledňuje změny ve vodním proudu, větrné a divergenční odchylce. Simulátor zobrazuje výsledky jako mapu hustoty pravděpodobnosti, kterou lze animovat po dobu trvání driftu. Obrázek 1 zobrazuje tento typ mapy. Model trajektorie souboru, náhodná chůze a náhodný letový model řídící rovnice jsou plně vysvětleny v Breivik a Allen (2008) a Spaulding, et al. (2005), který je umístěn v O'Donnell, et al. (2005). Stručně řečeno, cílem simulátoru je maximalizovat pravděpodobnost úspěchu.

Průvodce optimálním plánováním

Průvodce optimálním plánováním převezme informace z mapy pravděpodobnosti a další sadu uživatelských vstupů, jako je typ zdrojů, podmínky scény a hodnoty šířky tažení, aby vytvořil oblasti hledání, které maximalizují POS. Řídicí jednotky SAR mohou oblasti vyhledávání upravit tak, aby dále maximalizovaly POS. Řídicí jednotka SAR, vyzbrojená nejlepším možným přizpůsobením daným dostupným zdrojům, může poté přenést vyhledávací vzorec do vyhledávacích aktiv. Pokud hledaný objekt není nalezen při prvním hledání, průvodce optimálním plánováním zohlední předchozí neúspěšná vyhledávání při doporučování následných vyhledávání.

Aplikace mimo pátrání a záchranu

SAROPS lze rozšířit tak, aby zahrnoval i další aplikace mimo pátrací a záchranné operace. Mezi tyto aplikace patří mimo jiné projekce populací ryb a projekce úniku ropy.

Skutečné použití

SAROPS byl použit v reakci na výbuch Deepwater Horizon a pomohl při konečném zotavení 115 osob.

Reference

externí odkazy