Βέλτιστη δρομολόγηση διαφυγής απο φυσικές καταστροφές με την χρήση δεδομένων ετερογενών αισθητήρων

Abstract

Η διπλωματική εργασία με τίτλο “Βέλτιστη δρομολόγηση διαφυγής από φυσικές καταστροφές με την χρήση δεδομένων ετερογενών αισθητήρων” εκπονήθηκε στο πλαίσιο του Προγράμματος Προπτυχιακών Σπουδών του Τμήματος Μηχανικών Τοπογραφίας και Γεωπληρο- φορικής του Πανεπιστημίου Δυτικής Αττικής. Η εν λόγω εργασία, είχε ως στόχο την αξιοποίηση βιβλιογραφικής μελέτης συνδυαστικά με την εφαρμογή πρακτικής ανάλυσης και έρευνας σε θέματα που αφορούν την άμεση και ουσιώδης αντιμετώπιση περιβαλλοντικών κρίσεων με την βοήθεια συστήματος πολλαπλών αισθητήρων και σύγχρονων τεχνολογιών που αφορούν τόσο την ασφαλέστερη προσέγγιση όσο και την εύρεση των αποτελεσματικότερων λύσεων στο πρόβλημα της βέλτιστης δρομολόγησης από και προς την εκάστοτε περιοχή ενδιαφέροντος. Αναλυτικά, η παρούσα εργασία ασχολείται με τη βέλτιστη δρομολόγηση διαφυγής από φυσικές καταστροφές, αναλύοντας τεχνολογικές λύσεις που δύναται να ενισχύσουν την αποτελεσματικότητα της απόκρισης σε κρίσιμες καταστάσεις. Στην αρχή, εξετάστηκαν οι τρόποι με τους οποίους παρέχετε η ασφαλής προσέγγισης μιας φυσικής καταστροφής μέσω μη επανδρωμένων οχημάτων, οχήματα δηλαδή τα οποία δεν προϋποθέτουν από τους χειριστές τους να έχουν άμεση επαφή με αυτά και κάνουν μεγάλα άλματα στην ασφαλέστερη προσέγγιση ζητημάτων που αφορούν τις φυσικές καταστροφές. Πιο συγκεκριμένα αντλήθηκαν πληροφορίες για τις πιο διαδεδομένες μεθόδους κίνησης στον αέρα στην επιφάνεια αλλά και στη θάλασσα όπως είναι τα UAV's (Unmanned Aerial Vehicles), UGV's (Unmanned Ground Vehicles) και ROV's (Remotely Operated Vehicles) ή αλλιώς (Unmanned Underwater Vehicle UUV’s) και έχουν την δυνατότητα πλοήγησης τόσο αυτόνομα όσο και μέσω της τηλεκατευθυνόμενης κίνησης (Remote Piloted Vehicles) με κύριο γνώμονα την ασφάλεια. Ιδιαίτερη έμφαση δόθηκε στα εναέρια μέσα (UAVs), καθώς εί- ναι ο πιο διαδεδομένος και προσιτός τρόπος προσέγγισης ενώ παράλληλα προσφέρουν υψίστη ασφάλεια, αυξημένη ευελιξία, κάλυψη μεγάλων περιοχών και φαίνεται ότι η χρήση τους είναι απαραίτητη σε κάθε είδους καταστροφή ανεξάρτητος μορφής είτε για πρόβλεψη, είτε για την αποκατάσταση των ζημιών σε πραγματικό χρόνο. Παρουσιάστηκαν οι βασικοί τύποι των UAVs, τα χαρακτηριστικά τους και τα πλεονεκτήματα που προσφέρουν στη διαχείριση κρίσεων. Στη συνέχεια, αναλύθηκαν οι ετερογενείς αισθητήρες που συμβάλλουν στη βέλτιστη δρομολόγηση τόσο όταν είναι ενσωματωμένοι στα μη επανδρωμένα οχήματα (σύστημα αισθητήρων) όσο και όταν βρίσκονται σε σταθερές θέσεις. Σε αυτό το σκέλος της εργασίας διερευνήθηκαν σε βάθος οι τρόποι λειτουργίας, οι μηχανισμοί και οι δομές του κάθε αισθητήρα που θεωρήσαμε αναγκαίο για την επιτυχημένη υλοποίηση της έρευνας. Αυτοί οι αισθητήρες παρέχουν πολύτιμες πληροφορίες και δεδομένα για την κατάσταση του περιβάλλοντος καθώς και απαραίτητες πληροφορίες όσον άφορα την πλοήγησή μας σε αυτό, διευκολύνοντας τη λήψη αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο. Ένα κρίσιμο κομμάτι της εργασίας αφορά την δημιουργία μοντέλων ανάλυσης πλημμύρας, τα οποία χρησιμοποιήθηκαν για την παροχή πληροφοριών που αφορούν άμεσα την ασφαλή δρομολόγηση των διασωστικών δυνάμεων. Τα μοντέλα αυτά σχεδιάστηκαν ώστε να προβλέπουν την άνοδο της στάθμης του νερού σε χρονική ακολουθία και να προτείνουν τις ασφαλέστερες διαδρομές εκκένωσης. Για την υλοποίηση αυτής της ανάλυσης αξιοποιήθηκαν σύγχρονες ψηφιακές φωτογραμμετρικές μέθοδοι μέσω του λογισμικού Metashape και εργαλεία οπτικοποίησης GIS. Επιπλέον, μέσω κώδικα που αναπτύχθηκε σε MATLAB και Python, αξιοποιήθηκαν ιστορικά και βιβλιογραφικά δεδομένα εκτεταμένων βροχοπτώσεων του Ελλαδικού χώρου, πλημμυρικά δεδομένα από ιστορικά τσουνάμι παγκόσμιας κλίμακας καθώς και σεισμολογικά δεδομένα πραγματικού χρόνου, στην προσπάθεια κατανόησης των μηχανισμών δημιουργίας και εξάπλωσης των πλημμυρικών φαινομένων. Δημιουργήθηκαν γραφήματα που αποτυπώνουν τη συμπεριφορά αυτών των φαινομένων στον χώρο και στον χρόνο, ενισχύοντας την καλύτερη αντίληψη και την πρόβλεψη της εξέλιξής τους. Συνδυάζοντας τα αποτελέσματα της έρευνας, αποσκοπείτε η δημιουργία ενός πλήρους και αποτελεσματικού μοντέλου ανάλυσης πλημμυρικών φαινομένων τόσο λόγω εκτεταμένης βροχόπτωσης και έντονων καιρικών συνθηκών όσο και πλημμυρικά φαινόμενα που αποδίδονται σε τσουνάμι, τροφοδοτώντας έτσι τους αρμόδιους με αποδοτικά και χρήσιμα δεδομένα. Ένα άλλο σημαντικό σκέλος της έρευνας αφορούσε τους ευρετικούς αλγορίθμους A* (Astar) και Dijkstra, οι οποίοι χρησιμοποιήθηκαν για την εύρεση των βέλτιστων διαδρομών διαφυγής. Στην ανάγκη για βαθύτερη σύλληψη ως προς την εκτέλεση των αλγορίθμων, πραγμα- τοποιήθηκε μια περιληπτική επεξήγηση της αρχής λειτουργίας τους ώστε να εφαρμοστούν αποτελεσματικά παρέχοντάς μας ουσιαστικές και παραγωγικές λύσεις. Για την εφαρμογή τους, αξιοποιήσαμε δορυφορικά δεδομένα και εικόνες από τη NASA μέσω της ιστοσελίδας FIRMS, καταγράφοντας βέλτιστες δρομολογήσεις εντός και εκτός περιοχών που επηρεάστηκαν από πυρκαγιές. Πιο συγκεκριμένα, αναλύθηκε η περίπτωση της πυρκαγιάς που ξέσπασε στην ευρύτερη περιοχή της Πεντέλης και του Βαρνάβα τον Αύγουστο του 2024 στην Αττική. Οι δρομολογήσεις οπτικοποιήθηκαν, παρουσιάζοντας τον τρόπο με τον οποίο οι αλγόριθμοι μπορούν να βελτιστοποιήσουν τη διαδικασία εκκένωσης ή και προσέγγισης υποστηρίζοντας αποδοτικά το έργο των διασωστικών δυνάμεων. Συμπερασματικά, η εργασία αυτή ανέδειξε τη σημασία των τεχνολογικών εργαλείων στη διαχείριση φυσικών καταστροφών. Μέσω της χρήσης μη επανδρωμένων οχημάτων, συστημάτων αισθητήρων, φωτογραμμετρικών μεθόδων, προσομοιώσεων πλημμύρας και αλγορίθμων δρομολόγησης, καταφέραμε να προτείνουμε λύσεις για τη βελτίωση της ασφάλειας και της αποτελεσματικότητας των επιχειρήσεων διάσωσης. Η έρευνα αυτή αποτελεί μια βάση για μελλοντικές εξελίξεις στη δυναμική χαρτογράφηση καταστροφών και τη δημιουργία μοντέλων πρόβλεψης σε μεγαλύτερη κλίμακα, ενσωματώνοντας νέες τεχνολογίες και δεδομένα σε πραγματικό χρόνο.