عنوان :

مقاله بررسی و کاربرد هوش ازدحامی در مسئله مدیریت بحران

تعداد صفحات : ۶۴

نوع فایل : ورد و قابل ویرایش

چکیده

هوش ازدحامی یک تکنیک هوش محاسباتی است که رفتار جمعی در سیستم توزیع شده را شامل می شود؛ مثل سیستم های ساخته شده از جمعیتی شامل عامل های فردی ساده که به طور محلی با یکدیگر و با محیط شان در تعامل هستند .

با وجود این که هیچ کنترل تمرکز یافته ای چگونگی رفتار عامل ها را به آن ها تحمیل نمی کند، تعاملات محلی آنها به پیدایش رفتار عمومی می انجامد و در نهایت الگو های سراسری تابعی منسجمی پدیدار می شود.

هوش ازدحامی سیستمی است که با سیستم های مصنوعی و طبیعی متشکل از تعداد زیادی افراد که با یک کنترل نا متمرکز و خودسامانده متعادل و هماهنگ می شوند، و این پایه ای است برای امکان جستجوی جمعی (یا توزیع شده) حل مشکل بدون کنترل مرکزی یا تهیه مدل .

سیستم مدیریت گردش کار + هوش ازدحامی = تخصیص کار پویا برای کاربردهای مدیریت بحران

 تخصیص کارها به مجریان انسانی ، عنصری مهم در سیستم های مدیریت فرآیند کاری بشری است . در این مقاله اجرای مجموعه ای از ۶ مکانیزم تخصیص کار برای کاربرد های گردش کار با بکارگیری روندی از حوزه مدیریت اورژانسی ارزیابی میشود. به طور خاص راهبردهای تخصیص الهام گرفته از مدل های تحریک/واکنش مبتنی بر هوش ازدحامی ، ایجاد و شبیه سازی میشود ، و این راهبردها با راهبردهای تخصیص کار مرسوم مقایسه میشود. یافته ها نشان می دهد که روش های مبتنی بر هوش ازدحامی از تخصیص سنتی کارها در سازمان های ویژه پا را فراتر گذاشته است و سیستم های مدیریت اورژانسی مبتنی بر گردش کار به طور قابل توجهی می توانند از این راهبردهای تخصیص کار جدید استفاده کنند.

هوش ازدحامی ، منبع الهامی جهت توسعه سیاست های تخصیص گردش کار است. هوش ازدحامی مبتنی بر رفتار جمعی گروههای حشرات اجتماعی است . حشرات اجتماعی مانند مورچه ها و زنبورهای عسل کار را بین منابع تقسیم میکنند به این روش که کارگران در واکنش به اختلالات داخلی یا چالش های خارجی ، می توانند کارهای مختلفی را که انجام میدهند ، تغییر دهند ( کارها را عوض کنند ) الگوریتم هایی که از این رفتار الهام میگیرند به طور موفقیت آمیزی جهت کاهش زمان های تنظیم شده و زمان های عملکرد در تولید زمان بندی صنعتی به کار میرود .

در این پروژه روشهایی برای بهینه سازی تخصیص منابع به وقایع بحرانی مختلف با توجه به محدودیتهایی همچون دسترس پذیری منابع ، وضعیت بحرانی وقایع، تعداد منابع خواسته شده و غیره ارائه شده است. روش پیشنهادی به سمت مدیریت رخداد وقایع بحرانی به طور همزمان در یک محیط از پیش تعریف شده خاص با مراکز تخصیص منبع تعیین شده در همان محل پیش می رود. هدف افزایش بهره وری واحدهای واکنش اضطراری به همراه کاهش زمانهای واکنش است. هدف اصلی از تخصیص خدمات اورژانسی ، بیشینه سازی کارایی واحدهای واکنش اضطراری در دسترس و موجود و کمینه سازی زمان واکنش برای کاهش آثار یک یا چند واقعه است.

واژه های کلیدی: هوش ازدحامی، مدیریت بحران، حوزه مدیریت اورژانسی، تخصیص کار

فهرست مطالب

فصل اول – مقدمه    ۱
فصل دوم-مدیریت بحران    ۳
۲-۱-مقدمه    ۳
۲-۲-مدیریت بحران    ۴
۲-۳-آژانسهای مدیریت بحران    ۷
۲-۳-۱- آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA)    ۷
۲-۳-۲-اینفوسفر-  سیستم دریافت و پاسخ    ۹
۲-۳-۳-سیستم مدیریت بحران (CMS)    ۱۰
۲-۴-انواع روشهای الگوریتمی تخصیص منابع    ۱۲
۲-۴-۱-برنامه نویسی پویا:    ۱۳
۲-۴-۲-برنامه نویسی عدد صحیح    ۱۴
۲-۴-۳-روش ضرب کننده لاگرانژ:    ۱۵
۲-۴-۴-باز پخت شبیه سازی شده    ۱۶
۲-۴-۵-الگوریتم ژنتیک    ۱۸
۲-۴-۶- انشعاب و کران    ۲۰
۲-۴-۷- الگوریتم حریص    ۲۰
۲-۴-۸- جستجوی تابو    ۲۱
۲-۴-۹- تئوری بازیها    ۲۲
۲-۵-عملیات نجات روبوکاپ[۲]    ۲۲
۲-۵-۱-ساختار سیستم:    ۲۴
۲-۵-۲-ساختار عاملها:    ۲۴
۲-۵-۳-تشکیل تیم    ۲۶
فصل۳ -هوش ازدحامی    ۲۸
۳-۱- مقدمه    ۲۸
۳-۲-الگوریتم بهینه سازی کلونی مورچه ها(ACO)    ۳۰
۳-۲-۱-مورچه ها چگونه می توانند کوتاهترین مسیر را پیدا کنند؟    ۳۱
۳-۲-۲-کاربردهای ACO    ۳۲
۳-۳- الگوریتم بهینه سازی انبوه ذرات (PSO)    ۳۳
۳-۳-۱-الگوریتم pso    ۳۴
۳-۳-۲ کاربردهای pso    ۳۶
۳-۴-الگوریتم ژنتیکGA      ۳۶
۳-۴-۱- الگوریتم GA    ۳۷
۳-۴-۲-کاربردهای GA    ۳۷
فصل چهارم : استفاده از هوش ازدحامی در مدیریت بحران    ۳۹
۴-۱-مقدمه    ۳۹
۴-۲-هوش ازدحامی     ۴۱
۴-۳-حوزه مدیریت اورژانسی    ۴۳
۴-۴-روش شناسی    ۴۴
۴-۵-مکانیزم های تخصیص کار مرسوم    ۴۴
۴-۶-روند واکنش اورژانسی    ۴۶
۴-۷-ساخت و ارزیابی مدل    ۴۸
۴-۸-روش شبیه سازی    ۴۹
۴-۹-طراحی آزمایشات:    ۵۱
۴-۱۰-روش مقایسه مکانیزم    ۵۳
۴-۱۱-رتبه بندی    ۵۳
فصل پنجم-نتیجه گیری و پیشنهادات    ۵۷
منابع و مراجع    ۵۹

منابع و مراجع

[۱] Rashmi S, Shetty,   An Event Driven Single Game Solution For Resource Allocation In A Multi-   Crisis Environment

[۲] Balaji Viswanathan and Marie desJardins,       A model for Large-scale Team Formation for a Disaster Rescue Problem

[۳] Hajo A. Reijers, Monique H. Jansen-Vullers, Michael zur Muehlen,

and Winfried Appl Workflow Management Systems + Swarm Intelligence =Dynamic Task

Assignment for Emergency Management Applications

[۴]   Silvia Andrea Suárez Barón  Resource and Task Allocation in  Distributed  Environments. A Multi-Agent

System Approach

 فصل اول – مقدمه

مسئله مدیریت بحران در سالهای اخیر اهمیت شایانی یافته است . با توسعه محیطهای شهری ،هنگام وقوع یک بحران خطرات جانی و مالی زیادی افراد شهر را تهدید می کند .به این دلیل ایجاد سیستم مدیریت بحران مؤثر و سازمان یافته بسیار ضروری است. هر بحران شامل چندین حادثه با درخواست تعداد معینی واحد اورژانسی است .وضعیت نابهنجار زمانی به وجود می آید که مسئله کمبود منابع و رقابت برای منابع مطرح می شود.با اینکه هر بحران درجه شدت متفاوتی دارد، اما واکنش مناسب به درخواست هر بحران بسیار ضروری است. با تخصیص واحدهای اورژانسی به حوادث به طور خودکار ، گام بلندی در جهت حذف خطاهای بشری برداشته شده است .

در این پروژه روشهای هوش ازدحامی برای تخصیص تعداد بهینه از منابع در محیطی با چند بحران پیشنهاد شده است. این روشها تکنیکهای جدیدی در مدل کردن روند بحرانی با جمعیتی از عاملها و تخصیص منابع است به طوری که همه بحرانها بتوانند از منابع موردنظرشان استفاده کنند. هوش ازدحامی سیستمی است متشکل از تعداد زیادی افراد که با یک کنترل نا متمرکز و خودسامانده متعادل و هماهنگ می شوند . هوش ازدحامی ، منبع الهامی جهت توسعه سیاست های تخصیص گردش کار است. الگوریتم هایی که از این رفتار الهام میگیرند به طور موفقیت آمیزی جهت کاهش زمان های تنظیم شده و زمان های عملکرد در تولید زمان بندی صنعتی به کار میرود .

در این پروژه روشهایی برای بهینه سازی تخصیص منابع به وقایع بحرانی مختلف با توجه به محدودیتهایی همچون دسترس پذیری منابع ، وضعیت بحرانی وقایع، تعداد منابع خواسته شده و غیره ارائه شده است. روش پیشنهادی به سمت مدیریت رخداد وقایع بحرانی به طور همزمان در یک محیط از پیش تعریف شده خاص با مراکز تخصیص منبع تعیین شده در همان محل پیش می رود. هدف افزایش بهره وری واحدهای واکنش اضطراری به همراه کاهش زمانهای واکنش است. هدف اصلی از تخصیص خدمات اورژانسی ، بیشینه سازی کارایی واحدهای واکنش اضطراری در دسترس و موجود و کمینه سازی زمان واکنش برای کاهش آثار یک یا چند واقعه است.

آژانس های مختلفی در این زمینه تاسیس شده است از آن جمله آژانس مدیریت اورژانسی فدرال(FEMA)[1] است. همچنین سیستمهایی برای نظارت و تخفیف آثار حوادث طراحی شده است مانند سیستم دریافت و پاسخ (اینفوسفر)[۲] و سیستم مدیریت بحران (CMS)[3].

 الگوریتم های زیادی به همراه تعمیمشان برای رسیدن به راه حل های بهینه مسئله تخصیص منبع پیشنهاد شده است. الگوریتم ژنتیک ، تئوری بازیها ، الگوریتم های پویا و… از آن دسته اند.

عملیات نجات روبوکاپ موضوع تعدادی از پیاده سازی های عملی و سودمند است. عملیات نجات روبوکاپ یک محیط شبیه سازی شده برای برنامه ریزی حادثه شامل عاملهای متعدد است.در فصل های بعد به مسائل گفته شده پرداخته می شود.

فصل دوم-مدیریت بحران

۲-۱-مقدمه

در طی چند دهه اخیر مدیریت بحران به یک مسئله چندوجهی و پیچیده تبدیل شده است. ماهیت یک بحران یا حادثه از حوادث طبیعی مثل طوفانها و زمین لرزه ها تا حوادث ساخت بشر مانند سقوط هواپیماها، حوادث تروریستی، اعمال عمدی، تخریب انبوه، حوادث صنعتی و غیره متغیر است.

با توسعه و گسترش جوامع شهری ، هنگام وقوع یک بحران خطرات جانی و مالی زیادی افراد شهر را تهدید می کند .به این دلیل ایجاد سیستم مدیریت بحران مؤثر و سازمان یافته بسیار ضروری است.

 پروسه مدیریت بحران شامل مراحل تحلیل خطر، دریافت ، واکنش ، نظارت و تخفیف آثار یک بحران می باشد.

در صورت وقوع حوادث متعدد در یک محیط شهری با مسئله مدیریت و تخصیص منابع مواجه خواهیم شد . در این فصل روشهایی برای بهینه سازی تخصیص منابع به وقایع بحرانی مختلف با توجه به محدودیتهایی همچون دسترس پذیری منابع ، وضعیت بحرانی وقایع، تعداد منابع خواسته شده و غیره ارائه شده است. روش پیشنهادی به سمت مدیریت رخداد وقایع بحرانی به طور همزمان در یک محیط از پیش تعریف شده خاص با مراکز تخصیص منبع تعیین شده در همان محل پیش می رود. هدف از مدیریت بحران افزایش بهره وری واحدهای اورژانسی و نیز کاهش زمانهای واکنش است.

۲-۲-مدیریت بحران

هر جامعه به یک آرایش از واحدهای واکنش اضطراری برای رسیدگی به وقایع بحرانی گوناگون نیاز دارد. مدیریت بحران یعنی ارسال به موقع منابع مورد نیاز به مناطق بحران زده[۱].

پیچیدگی این کار از ناهماهنگی واحدهای واکنش اضطراری مانند ماشینهای آتش نشانی ، آمبولانسها و ماشینهای پلیس ناشی می شود.

بعلاوه این واحدها در یک ناحیه وسیع و کنترل شده توسط سازمانهای متعدد توزیع شده است. هر بحران در شدت، درخواست تعداد و نوع منابع و موقعیت منحصر بفرد است. در صورت وقوع حوادث همزمان متعدد ، تعیین شدت هر بحران و تخصیص تعداد بهینه و نوع مناسب واحدهای اورژانسی به هر موقعیت مهم و حیاتی است. بسته به مکان و ماهیت بحران ممکن است درخواستهای اضافی برای واحدهای اضطراری جهت جلوگیری از بدتر شدن یک وضعیت وجود داشته باشد. اگرچه بعضی وقایع ممکن است بحرانی تر از بقیه باشد اما همه آنها نیاز دارند برای جلوگیری از وقوع حوادث و خسارت بیشتر فوراً کمک شوند. هدف اصلی از تخصیص خدمات اورژانسی ، بیشینه سازی کارایی واحدهای واکنش اضطراری در دسترس و موجود و کمینه سازی زمان واکنش برای کاهش آثار یک یا چند واقعه است. شکل ۱روند مساعدت با درک بهتر موقعیت را نشان می دهد.

فرض کنید یک روند بحران فرضی در یک شهر در حال وقوع است:

ü  یک هواپیما در هنگام فرود در فرودگاه سقوط می کند، هواپیمای مسافربری کوچک با ۳۰ تا ۳۵ نفر شامل کارکنان هواپیما. حادثه سقوط بر ۲ تا ۳ هواپیمای مستقر در فرودگاه نیز تأثیر می گذارد.

ü   آپارتمانی در طبقه ششم یک برج بلند آتش می گیردو افرادی در آپارتمان گرفتار می شوند. آتش سوزی کم کم در دیگر آپارتمانهای همان طبقه و طبقه بالایی منتشر می شود.

ü  یک تظاهرات در جلوی ساختمان شهر به شورش تبدیل شده است. چند نفر از شورشگران خشمگین شده اند و اشیاء شعله ور به اطراف پرتاب می کنند.

هر کدام از وقایع بالا به عنوان یک بحران تلقی می شوند ، اگرچه هریک در شدت وضعیت بحرانی و تعداد منابع مورد نیازش متفاوت است. سقوط هواپیما بیشترین اولویت را دارد. چون سوخت هواپیماها بسیار آتشگیر است و سایر هواپیماها نیز در معرض خطر هستند بنابراین در حادثه هواپیماها احتمال تلفات و وخامت اوضاع بیشتر است. باید انفجار قبل از اینکه به دیگر هواپیماها سرایت کند و سبب خسارت بیشتری شود کنترل شود. آتش سوزی در اولویت بعدی است و باید قبل از اینکه همه ساختمان را از بین ببرد و سبب خسارت جانی و مالی بیشتری شود کنترل شود. شورش در اولویت آخر قرار دارد. در این وضعیت سه نوع از منابع ملاحظه می شود. آمبولانسها از بیمارستانها و ماشینهای پلیس از ایستگاه پلیس و ماشینهای آتش نشانی از ساختمان آتش نشانی. سقوط هواپیما و صحنه آتش سوزی به ماشینهای آتش نشانی و آمبولانسها نیاز دارند. هر دو موقعیت ممکن است به تعدادی ماشین پلیس برای کنترل شلوغی و برقراری قانون و نظم و جلوگیری از فرار شورشگران نیز احتیاج داشته باشند. همچنین به تعدادی آمبولانس برای تلفات شورش و تعدادی ماشین آتش نشانی برای کنترل آتش سوزی توسط شورشگران نیاز است و عاملهای زیادی مانند دسترس پذیری، فاصله، شرایط ترافیکی و غیره تعیین می کند چه تعداد منابع و از کدام مرکز منبع به مکانهای بحرانی فرستاده شود. به طور قطع به تعداد کافی آمبولانس و ماشین آتش نشانی در مقایسه با درخواستهایی که از طرف موقعیتهای بحرانی، به مرکز رسیده وجود ندارد. بنابراین بسیار مهم است که یک تخصیص بهینه از منابع انجام شودزیرا که بهره برداری کمتر یا بیشتر از منابع می تواند در حفظ جان مردم تاثیرگذار باشد. تخصیص باید با عامل هایی مانند شرایط بحرانی حوادث، درخواست و دسترس پذیری منابع، فاصله و تعداد مراکز منبع سنجیده شود.

۲-۳-آژانسهای مدیریت بحران

چندین آژانس تاسیس شده است و سیستمهایی برای نظارت و تخفیف آثار حوادث طراحی شده است. بعضی از ویژگیهای برجسته این آژانسها و سیستم ها مورد بررسی قرار می گیرد.

۲-۳-۱- آژانس مدیریت اضطراری فدرال (FEMA)

این آژانس، که پیش از این مستقل بوده و در مارچ ۲۰۰۳ بخشی از سازمان جدید امنیت سرزمین ملی شد وظیفه پاسخگویی، برنامه ریزی ، بازیابی و تخفیف حوادث را دارد. نقطه آغاز FEMA در تصویب نامه کنگره ای ۱۸۰۳ است که یک بخش از قانون مدیریت حوادث جهت مساعدت به یک شهر را به دنبال یک آتش سوزی وسیع فراهم کرد. در قرن اخیر قانون موقت بیشتر از صد بار در واکنش به طوفانها زمین لرزه ها سیلها و دیگر حوادث طبیعی تصویب شده بود. در طی چند سال گذشته تاسیسات نیروی هسته ای، انتقال مواد پرخطر و وظایف دفاع داخلی نیز بر ترکیب پیچیدگی مدیریت اضطراری این آژانس افزوده شده است.

شکل ۲ یک قطعه از راهنمایی محلی و وضعیتی ۱۰۱ را نشان می دهد: راهنمایی برنامه ریزی عملیاتهای اورژانسی چند بحران . اینها رهنمودهایی برای آمادگی اورژانسی است. بخش تحقیق وظایف مربوط به تخصیص منبع را نشان می دهد. هر راه حل پیشنهادی به اطلاعات کاملی درباره پایگاه منبع، نقشه برداری، حوزه قضایی و طبقه بندی اولویت نیاز دارد.