Search and Rescue Optimal Planning System
Search and Rescue Optimal Planning System (SAROPS) är ett omfattande planeringssystem för sök och räddning (SAR) som används av USA:s kustbevakning vid planering och genomförande av nästan alla SAR-fall i och runt USA och Karibien. SAROPS har tre huvudkomponenter: det grafiska användargränssnittet (GUI), miljödataservern (EDS) och simulatorn (SIM). Genom att använda Commercial Joint Mapping Tool Kits (C/JMTK) statliga licensiering av det geografiska informationssystemet (GIS) kan SAROPS användas i både en kust- och havsmiljö. Inbyggd i simulatorn är möjligheten att komma åt globala och regionala vind- och strömdatauppsättningar, vilket gör SAROPS till det mest omfattande och kraftfulla verktyget som finns tillgängligt för maritima SAR-planerare.
Historiska sökplaneringsverktyg
Före SAROPS använde SAR-kontrollanter i den amerikanska kustbevakningen Computer Assisted Search Planning (CASP) och Joint Automated Work Sheets (JAWS), som använde daterade sökplaneringstekniker och algoritmer. Mer specifikt baserades CASP på gammal datorteknik och JAWS togs direkt från penna och penna tekniker för kortare varaktighet av drift i kustnära miljöer. Miljödata bestod av lågupplöst (1-graders latitud/longitud-rutnät) vind- och ströminformation som tillämpades var 12:e timme. För de flesta områden använde CASP månadsmedelvärden för ström medan JAWS använde ett vind- och strömvärde under SAR-fallet. Inget av systemen kunde få tillgång till högupplöst vind- eller strömmodell i rätt tid, vilket var en betydande nackdel eftersom en av huvudkomponenterna som bestämmer driftlösningens noggrannhet är närvaron av exakt och exakt vind- och ströminformation för det givna området av intresse.
Motivation för utvecklingen av SAROPS
Den amerikanska kustbevakningen använder ett systematiskt tillvägagångssätt för sök- och räddningsinsatser. Det finns fem SAR-stadier för alla fall: Medvetenhet, inledande åtgärder, planering, operationer och slutsatser. När de får kännedom om ett fall från ett "MAYDAY"-samtal eller annan form av kommunikation, arbetar SAR-kontrollanter med att samla in data om ärendet och oftare än inte finns det många osäkerheter i den första rapporten. Styrenheten måste då utveckla ett sökområde baserat på informationen, uppskatta resurstillgänglighet och kapacitet, promulgera sökplanen och distribuera resurserna. Medan tillgångarna gör en sökning, börjar kontrollanten processen igen genom att samla in ytterligare information, utveckla en efterföljande sökning, distribuera resurser och utvärdera tidigare sökningar. Denna process fortsätter tills de överlevande hittas och räddas eller tills behöriga myndigheter avbryter SAR-ärendet. Följaktligen finns det ett behov av ett verktyg som är snabbt, enkelt, minimerar datainmatning, minimerar risken för fel, kan komma åt högupplöst miljödata och skapa sökhandlingsplaner som maximerar sannolikheten för framgång. Dessutom USA:s nationella sök- och räddningsplan (2007) sök- och räddningssamhällen i följande avsnitt:
Genom att inse den avgörande betydelsen av minskad responstid vid framgångsrika räddningsinsatser och liknande insatser kommer ett kontinuerligt fokus att upprätthållas på att utveckla och implementera metoder för att minska den tid som krävs för:
a. Ta emot varningar och information i samband med nödsituationer; b. Planera och samordna verksamheten; c. Anläggningstransfer och sökningar; d. Räddningar; och
e. Tillhandahålla omedelbar hjälp, såsom medicinsk hjälp, efter behov.
Om detta inte är tillräckligt med motivation kostar ett USCG-flygplan med roterande vingar $9–14K per timme och en USCG-skärare kostar $3–15K per timme att köra. Att minska tiden ett flygplan är luftburet eller en kutter är i ett sökområde kan avsevärt minska skattebetalarnas kostnader och rädda liv och egendom. Den amerikanska kustbevakningen anlitade Northrop Grumman Corporation, Applied Science Associates (ASA) och Metron Inc. för att utveckla ett heltäckande system som inkluderade de senaste grafiska divergensparametrarna, utrymmesavvikelseparametrar och Monte Carlo-metoder för att förbättra sannolikheten för att sökningen lyckas fall. SAROPS uppfyller och överträffar dessa förväntningar genom att minimera planering och svarstid.
SAROPS komponenter
SAROPS består av det grafiska användargränssnittet (GUI), Environmental Data Server (EDS) och simulatorn (SIM).
Grafiskt användargränssnitt (GUI)
Det grafiska användargränssnittet använder Environmental Systems Research Institute (ESRI) Geographic Information System (ArcGIS) och har ändrats för att inkludera US Coast Guard-specifika applikationer som SAR Tools Extension och SAROPS Extension. Applikationerna har ett wizardbaserat gränssnitt och fungerar inom ArcGIS-miljön. Vektor- och rasterdiagram är tillgängliga för visning såväl som sökplaner, sökmönster, miljödata för sökområde och sannolikhetskartor. Slutligen tillhandahåller det grafiska användargränssnittet rapporter om alla sökoperationer.
Environmental Data Server (EDS)
Environmental Data Server (EDS) samlar in och lagrar miljöinformation för användning inom SAROPS. Lokala SAROPS-servrar runt om i USA begär miljöinformation från EDS baserat på intresseområdet. Olika miljöprodukter katalogiseras på servern, allt från observationssystem till modelleringsprodukter. Observationer inkluderar havsytans temperatur, lufttemperatur, sikt, våghöjd, globala/regionala tidvatten och strömmar för att nämna några. Högupplöst modellutdata från operationella prognosmodeller som hybridkoordinathavsmodellen (HYCOM) och Global NRL Coastal Ocean (NCOM) ger temporärt och rumsligt varierande vind- och ströminformation. Slutligen kan EDS tillhandahålla objektiva analysverktyg och aggregering. Listan över tillgängliga produkter förändras alltid eftersom forskare inom marinen, lokala universitet och forskningscentra ständigt förbättrar produkternas noggrannhet och tillförlitlighet och gör dem tillgängliga på en konsekvent basis.
SAROPS Simulator (SIM)
Definitioner
- Sannolikhet för inneslutning (POC) : Sannolikheten för att sökobjektet finns inom gränserna för något område. Det är möjligt att uppnå 100 % POC genom att göra området större och större tills alla möjliga platser är täckta.
- Sannolikhet för upptäckt (POD) : Sannolikheten att upptäcka ett objekt eller känna igen sökobjektet. Olika flygplan, miljöförhållanden och sökobjekttyper kan ge olika sannolikhet för upptäckt. I allmänhet minskar sannolikheten för upptäckt med ökande avstånd från sökobjektet.
- Probability of Success (POS) : Sannolikheten att ett sökobjekt kommer att hittas. POS beror på POC och POD. POS = POC x POD
Simulatorguiden
Simulatorguiden använder flera sidor med scenariobeskrivningar som skrivs in av användaren för att beräkna möjliga nödpositioner och tider, efterföljande sökobjektsdriftbanor och effekten av genomförda sökningar på sökobjektets sannolikheter. Simulatorn fångar osäkerhet i positioner, tidsmiljöindata och spelrumsparametrar. Efter att ha tagit emot all information som är relevant för fallet simulerar simulatorn, med Markovs Monte Carlo-metod , driften av upp till 10 000 partiklar för varje scenario. För varje 20 minuters drift tar simulatorn hänsyn till förändringar i vattenström, vindspel och avvikelse. Simulatorn visar resultaten som en sannolikhetstäthetskarta som kan animeras under drifttiden. Figur 1 visar denna typ av karta. Ensemblebanamodellen, random walk och random flight-modellen som styr ekvationer förklaras fullständigt i Breivik och Allen (2008) och Spaulding, et al. (2005) som ligger inom O'Donnell, et al. (2005). Kort sagt, målet med simulatorn är att maximera sannolikheten för framgång.
Optimal Planning Wizard
Den optimala planeringsguiden tar information om sannolikhetskartan såväl som en annan uppsättning användarinmatningar såsom typen av resurser, förhållanden på scen och svepbreddsvärden för att utveckla sökområden som maximerar POS. Sökområdena kan justeras av SAR-kontrollenheten för att ytterligare maximera POS. Beväpnad med bästa möjliga passform givet tillgängliga resurser kan SAR-styrenheten sedan överföra sökmönstret till söktillgångarna. Om sökobjektet inte hittas vid den första sökningen, kommer den optimala planeringsguiden att ta hänsyn till tidigare misslyckade sökningar när den rekommenderar efterföljande sökningar.
Applikationer utanför sök och räddning
SAROPS kan utökas till att inkludera andra applikationer utanför sök och räddning. Dessa tillämpningar kan inkludera, men är inte begränsade till, prognoser av fiskebestånd och prognoser för oljeutsläpp.
Verklig användning
SAROPS användes som svar på Deepwater Horizon-explosionen och hjälpte till den ultimata återhämtningen av 115 personer.