Naukowiec z AGH rozwija inteligentny system wspomagania ratownictwa górskiego

Troje turystów wyrusza zimą na wycieczkę w góry. Początkowo wszyscy poruszają się równym tempem, jednak po kilku godzinach marszu jedna z osób słabnie i zaczyna pozostawać w tyle. Mgła ogranicza widoczność do kilku metrów, więc pozostali członkowie grupy nie mają ze sobą kontaktu wzrokowego i nie dostrzegają, że ich towarzysz opadł z sił. Zaczyna wiać mroźny wiatr i padać śnieg, który zasypuje ślady. Turysta idący w grupie jako ostatni zbacza z wyznaczonego szlaku i traci orientację w terenie. Dwójka pozostałych, która w końcu dostrzegła, że towarzysz nie podąża za nimi, wyrusza na poszukiwania. Wkrótce sami jednak gubią się w śnieżnej zamieci. Zapada zmrok, a nikt z grupy nie był przygotowany do biwakowania w górach. Wszystkim grozi śmierć z wychłodzenia, jednak system elektroniczny monitorujący ruch turystyczny już wcześniej alarmuje ratowników, że grupa porusza się w trudnych warunkach pogodowych i jedna z osób zeszła ze szlaku. Dyżurny zaczyna bacznie obserwować punkty symbolizujące lokalizację turystów na monitorze. Gdy orientuje się, że grupa utknęła w miejscu, podjęta zostaje decyzja o wysłaniu patrolu na skuterach śnieżnych. Ratownikom udaje się szybko odnaleźć feralnych turystów i bezpiecznie zwieźć ich do najbliższego schroniska. 

Tak mogłaby wyglądać rzeczywista akcja ratowników górskich w rejonach, gdzie udałoby się wdrożyć system zaprojektowany i rozwijany przy udziale studentów przez dr. hab. Radosława Klimka, profesora na Wydział Elektrotechniki, Automatyki, Informatyki i Inżynierii Biomedycznej. Jego prototypowa wersja została niedawno opisana przez naukowca w artykule na łamach prestiżowego czasopisma „Information Sciences”. Oprogramowanie potrafi w czasie rzeczywistym oceniać stopień narażenia danego turysty na niebezpieczeństwo w danej lokalizacji, w zależności od warunków atmosferycznych rejestrowanych przez najbliższą stację meteo, pory dnia czy stopnia trudności szlaku. Do ustalania położenia osób w terenie może wykorzystywać zarówno udostępnione przez turystów urządzenia GPS, jak też sieć stacji bazowych telefonii komórkowej (BTS). Obsługuje również informacje przesyłane przez obroże telemetryczne noszone przez dzikie zwierzęta, co umożliwia np. zapobieganie spotkaniom ludzi z dużymi drapieżnikami. Konfigurowalne środowisko pozwala na wprowadzanie danych na temat specyfiki dane terenu czy definiowanie sytuacji, kiedy system powinien generować alert o zagrożeniu. Całość dopełnia moduł wizualny, który pozwala śledzić obraz sytuacyjny nałożony na mapę terenu wyświetlaną na monitorze.

Kiedy pomoc w górach dociera za późno

– Wszystko zaczęło się od doniesień medialnych na temat Babiej Góry. Słuchałem ze zdumieniem, że co roku ginie tam kilku turystów, mimo że nie jest to góra typu alpejskiego. Do niebezpiecznych sytuacji dochodzi jednak, kiedy pogarszają się warunki pogodowe. Z informacji, które uzyskaliśmy od ratowników wynika, że wielu takim tragicznym zdarzeniom mogliby zapobiec, gdyby otrzymali wcześniej informację, że ktoś zboczył ze szlaku. Pojawił się wówczas pomysł, że dobrze byłoby mieć system, który monitoruje zachowanie osób znajdujących się w obszarze górskim i oceniający na bieżąco sytuację pod kątem potencjalnych zagrożeń. Chodzi o to, aby dyżurujący ratownicy, obserwując sytuację na monitorze, mogli w razie potrzeby wysłać na miejsce wsparcie – opisuje motywację do rozpoczęcia prac nad systemem prof. Radosław Klimek.

Poprawność działania aplikacji została przetestowana w trakcie symulacji komputerowych, które odpowiadały dobowemu monitoringowi obszaru Babiogórskiego Parku Narodowego. Scenariusze testów uwzględniały różne pory roku i warunki atmosferyczne, a także ruch turystyczny typowy dla symulowanego okresu. Podczas obsługi wszystkich możliwych strumieni danych (GPS, BTS, obroże telemetryczne, odczyty stacji meteo itd.) aplikacja działała w pełni wydajnie na standardowym komputerze przy jednoczesnym monitoringu 3000 turystów, co znacząco przewyższa szczyty notowane przez BPN w sezonie letnim. Co więcej, przeprowadzone później testy obciążeniowe pokazały, że jest w stanie działać wydajnie również przy ponad dwukrotnie większej liczbie turystów. Tam, gdzie udałoby się ją faktycznie wdrożyć, nie tylko mogłaby pomóc zwiększyć bezpieczeństwo osób przebywających w górach, ale również dostarczyć cennych danych na temat ich zachowania, które pozwoliłby gospodarzom danego terenu efektywniej zarządzać ruchem turystycznym. Według wiedzy prof. Radosława Klimka, zaprojektowana przez niego aplikacja jest pierwszym na świecie tego typu rozwiązaniem powstałym z myślą o środowisku górskim.

Systemy dostrzegają kontekst w danych

Opracowane na AGH rozwiązanie należy do kategorii tzw. context-aware services (pol. usługi kontekstowe), czyli rozwiązań informatycznych zdolnych do czerpania danych o użytkowniku i jego otoczeniu z różnego rodzaju sensorów oraz dopasowywania swojego działania w zależności od koincydencji między tymi danymi. Żadna informacja nie jest traktowana w takim przypadku jako autonomiczny byt, ale występuje w określonym kontekście, który nadają jej pozostałe informacje. Przykładem takich rozwiązań są na przykład popularne aplikacje do nawigacji samochodowej, które w oparciu o lokalizację użytkownika nie tylko są w stanie wskazać najkrótszą drogę i czas dotarcia do celu, ale również na bieżąco korygować trasę przejazdu w zależności od aktualizowanych na bieżąco informacji o utrudnieniach na drogach. W coraz większej liczbie miast wdrażane są również rozwiązania z zakresu smart city, których zadaniem jest ułatwienie poruszania się komunikacją publiczną. Wykorzystując lokalizację użytkownika oraz dane o położeniu przesyłane przez autobusy czy tramwaje są w stanie w czasie rzeczywistym podawać opóźnienia i wskazywać dogodne przesiadki. Inteligentne rozwiązania są również wykorzystywane do zarządzania sygnalizacją świetlną czy oświetleniem ulicznym.

– Skoro mówimy o smart city, dlaczego mielibyśmy nie mówić o smart mountain environment? – mówi prof. Radosław Klimek. – Co prawda w miastach łatwiej wdrażać takie pomysły z uwagi na duże wysycenie terenu różnymi sensorami, ale również obszary górskie bardzo dobrze się do tego nadają. Tymczasem z tego, co mi wiadomo, nasz system jest pierwszym opracowanym dla tego środowiska i nigdzie na świecie podobne rozwiązania dotąd nie funkcjonują – deklaruje naukowiec z AGH.

Amerykański wizjoner i proliferacja liczących maszyn

Choć systemy wykorzystujące komunikujące się ze sobą urządzenia w celu dostarczania różnego rodzaju usług pojawiają się dopiero od kilkunastu lat, to sama idea ma nieco dłuższą historię.

Prof. Radosław Klimek przywołuje tutaj postać amerykańskiego prof. Marka Weisera:

– Ten wizjoner informatyki, który pracował w prestiżowym Palo Alto Research Center w Kalifornii, już w latach 90. pisał w artykule w „Scientific American” o głębokich technologiach, które przenikają do życia codziennego do tego stopnia, że ludzie przestają je dostrzegać. Weiser głosił, ze również w przypadku informatyki celem jest dojście do sytuacji, kiedy komputery będą przeprowadzać dla nas różne obliczenia, a my nawet nie będziemy tego świadomi. Wprowadził pojęcie obliczeń wszechobecnych [ang. ubiquitous computing; współcześnie częściej używa się w tym kontekście sformułowania pervasive computing], które będą zwiększać komfort i bezpieczeństwo naszego życia. Należy podkreślić, że napisał to w czasach, kiedy komputery stały przede wszystkim na biurkach. Od tego czasu musiało dokonać się wiele rzeczy, żeby ta idea mogła się urzeczywistnić.

– Warto zwrócić w tym kontekście uwagę na tzw. fale obliczeniowe – mówi uczony z AGH. –Podczas pierwszej fali mieliśmy do czynienia z sytuacją, gdy na jeden komputer przypadało wielu użytkowników – ludzie musieli rywalizować o dostęp do nich, podobnie jak jest współcześnie w przypadku superkomputerów, które wykonują superszybkie obliczenia. W trakcie kolejnej fali każdy miał już komputer osobisty, a w czasie ostatniej na jedną osobę przypada już wiele komputerów – PC-ty, smartfony oraz różne inne urządzenia. Wszystkie te urządzenie mogą się ze sobą łączyć – również w tej dziedzinie nastąpił bardzo duży postęp, nie tylko w zakresie samych technologii komunikacyjnych, ale również protokołów przesyłowych. Mimo iż korzystamy na co dzień z urządzeń różnych producentów, mogą one bez problemu wymieniać informacje między sobą. Wszystko to sprawia, że wizja zaprezentowana w latach 90. przez Marka Weisera nie tylko się urzeczywistnia, ale też zmienia nasz sposób myślenia o programowaniu – wcześniej z góry zakładaliśmy, w jaki sposób dane wejściowe powinny być sortowane, natomiast obecnie to systemy powinny być świadome kontekstu i dopiero w zależności od niego realizować swoje obliczenia.

Oprócz opisanego systemu wspomagania ratownictwa górskiego, prof. Radosław Klimek jest również autorem innych prac poświęconych rozwiązaniom z kategorii smart city, dotyczących między innym zarządzania ruchem turystycznym, automobilnością czy oświetleniem ulicznym.

opublikowano: 15.04.2024 /grafika: AGH w Krakowie