FIM UHK se tvorbou modelů podílela na výzkumu fenoménu tsunami
Autor: Zuzana Dostálová, Vladimír Bureš
Od června roku 2020 do letošního března se profesor Vladimír Bureš a docent Pavel Čech z Katedry informačních technologií Fakulty informatiky a managementu UHK (KIT FIM UHK) jako zástupci České republiky podíleli na evropské COST akci, která měla za cíl sdružit výzkumníky v oblasti tsunami napříč zeměmi a výzkumnými obory. Díky tomu vznikl národní projekt, který měl za cíl vytvořit modely sloužící k simulování a následnému pochopení chování vybraných systémů a jejich proměnných v otázce vzniku a následků vln tsunami.
Do projektu bylo zapojeno 26 evropských států reprezentovaných různými výzkumnými, vládními a vzdělávacími institucemi. K těmto státům se pak připojilo několik výzkumných organizací působících mimo evropské území. Nejintenzivnější spolupráce probíhala s německým a norským vedením COST akce. V rámci výzkumné práce český tým komunikoval hlavně se slovenskými, řeckými a anglickými partnery. Na závěr řešení projektu se přidali také zástupci indické vládní instituce, která má řešení přírodních katastrof ve své gesci.
Formálně byla spolupráce s evropskou COST akcí zahájena účastí na zasedání Management committee na Maltě. V rámci tohoto setkání vznikl výchozí dokument, který definoval přes 40 výzkumných problémů, kterými se buď dosud nikdo uspokojivě nezabýval, anebo se na jejich řešení pracuje, ale nejsou dosud dostatečně rozklíčované. Z těchto problémů si výzkumný tým vybral deset, u kterých byl potenciál největšího přínosu. „Jelikož existuje velké množství oborů a disciplín, které se výzkumem tsunami zabývají, byla hlavním tématem projektu unifikace výzkumu v této oblasti. Na první pohled se může zdát, že se výzkum tsunami týká například oceánografie, hydrodynamiky, meteorologie nebo hydrologie. Nicméně výzkum je v této oblasti mnohem bohatší. Nejde totiž jenom o šíření samotné vlny, ale také o její vznik nebo posléze dopad na pobřeží a vypořádání se s následky,“ konstatuje Vladimír Bureš, vedoucí KIT FIM UHK.
Výzkumem komplexního fenoménu tsunami se proto zabývají nejen přírodní vědy jako geologie, seismologie nebo environmentalistika, ale současně i technické vědy jako je stavební inženýrství, informatika, energetika nebo dopravní inženýrství, nebo vědy společenské, např. psychologie nebo veřejná správa.
„Většina lidí vnímá tsunami jako vlnu, která se v moři vytvoří, běží po hladině, rozlije po pobřeží a postupuje dále do vnitrozemí. Nicméně je také nutné chápat, jakým způsobem lidé reagují, jakým způsobem v dané situaci funguje jejich rozhodování, jaká zdravotní rizika jsou s tím spojena nebo jakým způsobem stanovit, co mají v kritickém okamžiku dělat a jakým způsobem jim pomoci. Náš projekt zaměřil pozornost na provázání některých disciplín, zdůraznění souvislostí a nabídku dílčích řešení,“ objasňuje profesor Bureš. Projektový tým sestavený z pracovníků KIT FIM UHK vytvořil několik ucelených modelů. Jedním z nich je model založený na systémové dynamice, který propojuje právě různé a celkem odlišné disciplíny jako je šíření vlny tsunami s ohledem na vzniklé škody, ztráty infrastruktury nebo postižení životního prostředí na pobřeží. Dalším výsledkem je pak ontologický model, který významně přispívá k unifikaci výzkumu, protože analyzuje terminologii používanou různými výzkumnými týmy v různých oblastech a nabízí model vztahů mezi jednotlivými koncepty a pojmy. Vznikl také agentový model ukazující šíření vlny na pevnině a možnosti evakuace lidí směrem do bezpečných oblastí.
Ultimátním výstupem je pak webová aplikace, která nabízí podporu rozhodování pro uživatele, kteří se problematikou tsunami zabývají z praktického úhlu pohledu, například v rámci komunit, měst nebo obcí. „Aplikace umožňuje analýzu dat prostřednictvím vybraných technik strojového učení. Uživatel si zvolí mapový podklad a nastaví si oblast zájmu, kde si vytvoří simulaci a analýzu dat, což mu umožní přípravu a tvorbu preventivních opatření,“ dodává Vladimír Bureš. „Výzkumný projekt tak přispěl nejenom k teoretickým poznatkům díky provázání různých disciplín, ale také k praktickým účelům. Uživatelům aplikace umožňuje sofistikovanější a snadnější rozhodování při plánování nebo řešení problémů spojených s příchodem vlny tsunami,“ shrnuje výsledky projektu docent Čech, další z členů týmu za KIT FIM UHK.
Výzkumný tým se musel během řešení vypořádat s různými problémy a úskalími. Zásadním negativním faktorem byl vliv koronaviru na mezinárodní síťování ve formě výjezdů na konference nebo jednání s partnery. To se mimo jiné promítalo do obtížného čerpání finančních prostředků a tvorbu výstupů. Dalším problémem byla pochopitelně obsahová správnost modelů. Tvorba a unifikace témat vyžadovala práci s obrovským množstvím zdrojů. Při výběru témat museli členové projektového týmu zpracovat přes 2000 různých dokumentů a příspěvků v odborných časopisech a projít stovky publikací. „Naštěstí jsme zvládli vše dokončit podle plánu a vytvořit výstupní aplikaci a všech devět časopiseckých publikací, ke kterým jsme se v návrhu projektu zavázali,“ podotýká docent Čech.
„Výstupy projektu jsou využitelné hned pro tři skupiny lidí. Předně se jedná o odborníky na tsunami, kteří mohou dále rozvíjet vytvořené modely, mohou na nich ověřovat své nápady nebo hypotézy a mohou je aplikovat do jim příbuzných témat. Druhou skupinou jsou uživatelé finální aplikace, to znamená lidé z praxe, kteří v rámci veřejného zájmu ochraňují obyvatele a jejich majetek. Poslední skupinou jsou informatici, včetně nás, kterým byly představeny možnosti využití nástrojů systémové dynamiky, agentových modelů, ontologického modelování nebo strojového učení v další netradiční doméně. Jsme tak stoprocentně přesvědčeni, že celý projekt dával smysl a zároveň je přínosem pro vědeckou a odbornou komunitu,“ uzavírá Vladimír Bureš.
