2009-03-15A Data Gathering and Sharing Proposal for Disaster Relief based on DTN

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The information gathering and sharing are difficult in a disaster area where the communication infrastructures are destroyed due to the large-scale disaster. As a result, the rescue operation will be interfered. In this paper, we propose an efficient method for gathering disaster related information to a server at the headquarters in a disaster area, taking into account the mobility of rescue parties based on DTN (Delay tolerant Network).

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  • 21 世紀になった今、世界はまだまだ平和とはいえませんが、戦争よりも、大規模災害、とりわけ大地震が、 もっとも人類の安全を無差別に脅かしている。 たとえば、 20 世紀ですが、 95 年阪神大震災、 99 年トルコ大地震、そして今世紀の 2004 インドネシア大地震、 2008 年ミャンマーサイクロン、四川省大地震 これは 2005 年だったかな、日本の一ヶ月間で発生した地震です。 こういった災害の共通点として、人的被害のほか、通信インフラの壊滅があげられます。 これによって、災害情報の収集と共有が極めて困難となります。 情報に基づいた傷病者の救助活動に直撃して大きな支障をきたします。 ですから、情報疎通の困難さが原因で被害拡大や、 2 次災害の発生がしばしばあります。
  • 災害が突然に襲ってきます。日ごろの防災対策はある程度被害を軽減できるが、基本的に、 1 次災害は防げない。 という前提の下で、情報収集が有効に行えば、 現場レベル: 戦略、すなわち救助活動の最高レベルでは、 社会レベル  といったメリットがあります。
  • 4 時 A: a1,a2**,b1*; B:a2**,b1*,b2,b3; C:g1,g2*,c1,c2*; 市役所 :g1,g2*,c1,c2* 5 時 A: a1,a2**,b1*,h2**,c2*; B:b1*,b2,b3,g2*,c2* ; 病院 :a2**,b1*,h1,h2**,h3,h4*,g2*; C:h2**,a2**,b1*,g1,g2*,c1,c2*; 市役所 :g1,g2*,c1,c2*,b1*,b2 6 時 本部 : a1,a2**,b1*,h2**,c2*; B:b1*,b2,b3,g2*,c2*,a2**,h2**;  病院 :a2**,b1*,h1,h2**,h4*,g2*,c2*,b2; C:h2**,a2**,b1*,b2,g1,g2*,c1,c2*; 市役所 :g1, g2*, c1, c2*, b1* b2 7 時 本部 : b2, b3, g2*, c2*; … 8 時 c1, h1, h3, h4*, g1; 4 時 A: a1,a2**,b1*,b2; B:b3; C:c1, c2*, g1; 病院 :h1,h2**,h3,h4**; 市役所 : g2* 5 時 A: a1,a2**,b1*,b2,c1, c2*, h1, h2**; B: b3, g2*; C:g1; 病院 : h3, h4**; 市役所 : なし 6 時 本部 :a1,a2**,b1*,b2,c1, c2*, h1, h2**; B: b3, g2*, g1, h3, h4**, C: なし ; 病院 : なし 7 時 本部 : b3, g2*, g1, h3, h4**
  • 4 時 A: a1, a2**, b1*, b2; B 変わらない ; C:c1, c2*, g2* 5 時 A: a1, a2**, b1*, b2, h2**, h4*, c2*, g2*; B: g1,b3; C: c1; 病院 : h1, h3; 市役所:なし 6 時 本部: a1, a2**, b1*, b2, h2**, h4*, c2*, g2* ; B: g1, b3, c1, h1, h3;  病院:なし、C:なし 7 時 本部:
  • 2009-03-15A Data Gathering and Sharing Proposal for Disaster Relief based on DTN

    1. 1. 被災地における DTN に基づいた情報収集・共有方式の提案 孫為華(奈良先端大 ) 木谷友哉(静岡大) 柴田直樹(滋賀大) 安本慶一(奈良先端大) 独立行政法人 科学技術振興機構 , CREST
    2. 2. <ul><li>   本研究は、科学技術振興機構 CREST の先進的統合センシング技術プロジェクト </li></ul><ul><li>災害時救命救急支援を目指した人間情報センシングシステム </li></ul><ul><li>(研究代表者:大阪大学東野輝夫教授) </li></ul><ul><li> の一環として進められている </li></ul>
    3. 3. 21 世紀人類最大な脅威 <ul><li>大規模災害、とりわけ大地震 </li></ul><ul><ul><li>阪神大震災 (日本 1995 年) </li></ul></ul><ul><ul><li>トルコ大地震 (トルコ 1999 年) </li></ul></ul><ul><ul><li>スマトラ大地震&津波 (インドネシア 2004 年) </li></ul></ul><ul><ul><li>ミャンマーサイクロン (ミャンマー 2008 年) </li></ul></ul><ul><ul><li>四川省大地震 (中国 2008 年) </li></ul></ul><ul><ul><li>頻繁に発生 </li></ul></ul><ul><li>人的被害のほか、通信インフラの壊滅 </li></ul><ul><ul><li>災害情報の収集と共有が困難 </li></ul></ul><ul><ul><li>傷病者の救助活動に支障 </li></ul></ul>被害拡大、 2 次災害の発生 日本一ヶ月間発生した地震 四川省地震 ミャンマー サイクロン
    4. 4. 情報収集による被害軽減 <ul><li>1 次災害は防げない </li></ul><ul><li>情報収集が有効にできれば </li></ul><ul><ul><li>現場 level : 救助活動中の 2 次災害を防ぐ </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>火災、有毒ガス、余震等、救助者に対する危険 </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>戦略 level : 人的、物的資源を最適に調達 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>被害規模を正確に見積もれれば、救助の初期段階で資源の最適化が行える -> 救助効率 UP </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>社会 level : デマ防止、社会的混乱を回避 </li></ul></ul>
    5. 5. 情報収集活動の現状 <ul><li>被災地の通信インフラ </li></ul><ul><ul><li>電力供給の中断、通信路の切断 </li></ul></ul><ul><ul><li>交換局の被害、通信路の切断 </li></ul></ul><ul><ul><li>基地局の被害、問い合わせの殺到 </li></ul></ul><ul><ul><li>結論:通信インフラ壊滅 </li></ul></ul><ul><li>救助隊の通信手段 </li></ul><ul><ul><li>携帯電話:被災地では一般市民の携帯電話同様、 使用できなくなる </li></ul></ul><ul><ul><li>トランシーバ:災害時電波干渉を防ぐため、 アナログ通信を使用 。基本的に 本部としか通話できない 。 </li></ul></ul><ul><ul><li>結論:最低限の通話はできるが、 </li></ul></ul><ul><ul><li>  有効な情報伝送手段はない </li></ul></ul><ul><li>ただでさえ劣悪な環境で作業する救助隊員に、重装備や操作のわずらわしい機器を強いることはできない! </li></ul>Internet X X X X ▲ 遅延耐性ネットワークに基づいた情報収集・共有方式を提案
    6. 6. Disruption/Delay Tolerant Network <ul><li>遅延耐性ネットワーク </li></ul><ul><ul><li>広大な領域で、時間制約の低い大量なデータ運搬に有効 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>アドホックネットワークだけでは、ホップ数増によるデータ到達率が低下 </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>ノード間のマルチホップ無線通信によるデータ伝播 </li></ul></ul><ul><ul><li>ノード自体のモビリティによるデータの運搬 </li></ul></ul><ul><li>長所:ネットワークが分断する環境においても大容量データ通信が可能 </li></ul><ul><li>短所:データが宛先ノードに到達する保障がなく、到達しても遅延時間が大きくなるため、緊急性の高い情報の通信手段としては難しい </li></ul><ul><li>DTN で扱われるデータの性格が本研究で用いるデータと一致 </li></ul><ul><ul><li>インフラの機能しない広大な被災地で、動画・音声を含む大容量なデータ </li></ul></ul><ul><ul><li>統計的意味が大きく、データ一つ一つの重要度が低い </li></ul></ul>DTN に関する詳しい研究は論文の第 2 章をご参照願います
    7. 7. 研究目的 <ul><li>被災情報を集約・表示する地図システムの開発 </li></ul><ul><ul><li>地図システムにデータを重ねて表示する機能 </li></ul></ul><ul><ul><li>本研究で被災地情報を災害対策本部に対し、 </li></ul></ul><ul><ul><li> 伝送する手法を提案 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>携帯端末を携えた救急隊員が救助活動を行いなが </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>ら、災害状況に関するデータ(写真・動画・音声)を収集 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>救急隊の行動特性を考慮し、 DTN 技術を用いてデ </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>ータを救助拠点に集約 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>複数ある救助拠点から DTN 技術を用いてデータを災害対策本部に伝送 </li></ul></ul></ul>救助隊員 救助拠点 広域インフラ 本部 救急車 データ共有 移動して運搬 移動して運搬 広域インフラを介して送信 広域インフラ 広域インフラ X X 災害救助における有用性、現実への実現可能性を重視
    8. 8.
    9. 9. 研究目的 <ul><li>被災情報を集約・表示する地図システムの開発 </li></ul><ul><ul><li>地図システムにデータを重ねて表示する機能 </li></ul></ul><ul><ul><li>本研究で被災地情報を災害対策本部に対し、 </li></ul></ul><ul><ul><li> 伝送する手法を提案 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>携帯端末を携えた救急隊員が救助活動を行いなが </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>ら、災害状況に関するデータ(写真・動画・音声)を収集 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>救急隊の行動特性を考慮し、 DTN 技術を用いてデ </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>ータを救助拠点に集約 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>複数ある救助拠点から DTN 技術を用いてデータを災害対策本部に伝送 </li></ul></ul></ul>救助隊員 救助拠点 広域インフラ 本部 救急車 データ共有 移動して運搬 移動して運搬 広域インフラを介して送信 広域インフラ 広域インフラ X X 災害救助における有用性、現実への実現可能性を重視
    10. 10. 想定環境 <ul><li>被災地 </li></ul><ul><ul><li>通信インフラ壊滅 </li></ul></ul><ul><ul><li>救助隊員間はアドホック通信 </li></ul></ul><ul><ul><li>救助隊から救助拠点へ移動してデータ運搬 </li></ul></ul><ul><li>被災地の外 </li></ul><ul><ul><li>インフラ使用可能 </li></ul></ul><ul><ul><li>災害対策本部設置 </li></ul></ul><ul><li>被災地と本部間通信 </li></ul><ul><ul><li>車両、救助隊員がデータを携え、被災地エリアを出てインフラで送信 </li></ul></ul>
    11. 11. 想定被災情報 <ul><li>救助隊で収集される情報 </li></ul><ul><ul><li>被災者情報  重要度:高 送信先:救助拠点、本部 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>まだ救助されていない要救助者の位置・生体情報 </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>被災地形情報  重要度:低  送信先:救助拠点、一部が本部 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>建物の倒壊や土砂崩れなど地理情報、水道や電気の施設情報、食料資源情報 </li></ul></ul></ul><ul><ul><li>救助隊情報  重要度:中  送信先:救助拠点、隣接救助拠点、本部 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>救助隊の移動履歴、予定経路、医療従事者の編成、保持資源 </li></ul></ul></ul><ul><li>救助拠点(トリアージテント)で収集される情報 </li></ul><ul><ul><li>拠点情報  重要度:低  送信先:隣接救助拠点、本部 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>位置、施設情報、収容者数、傷病者生体情報、医療従事者数、医療資源 </li></ul></ul></ul><ul><li>テキスト、写真、音声、録画により表現 ->データ容量大 </li></ul>
    12. 12. 装備機器に対する仮定 <ul><li>救助隊員・車両 </li></ul><ul><ul><li>データ取得と保存装置 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>カメラ、マイク、タッチパネル、 GPS </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>IEEE802.11b 無線通信機能 </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>広域無線通信機能 </li></ul></ul></ul><ul><li>救助拠点 </li></ul><ul><ul><li>無線アクセスポイント&ストレージ </li></ul></ul><ul><ul><li>データ取得と保存装置 </li></ul></ul><ul><li>災害対策本部 </li></ul><ul><ul><li>通信インフラと接続された情報収容設備 </li></ul></ul> アドホックモードとインフラモード(アクセスポイント)がともに有効で、交信する必要のある相手と交信範囲にあれば、自動的にデータ伝送行う 通信機能 <ul><li>救助隊員が既定の行動モデルで動けば、データ交信が勝手に行われる </li></ul><ul><li>余計な作業や判断を強いない </li></ul>
    13. 13. 救助隊の行動モデル <ul><li>救助テントを中心にある半径の区域内で行動 </li></ul><ul><ul><li>負傷者を助け出す作業を実行する隊 </li></ul></ul><ul><ul><li>現場で被災情報を取得し、救助拠点に運ぶ </li></ul></ul><ul><li>一定時間間隔で複数のテント間を移動 </li></ul><ul><ul><li>拠点間応援に出向く隊 </li></ul></ul><ul><ul><li>救助拠点間で被災情報を同期 </li></ul></ul><ul><li>定期的に災害対策本部とテント間を往復 </li></ul><ul><ul><li>傷病者・資材を運ぶ輸送隊 </li></ul></ul><ul><ul><li>救助拠点からデータをインフラ使用可能エリアに運び出し、本部に伝送 </li></ul></ul>
    14. 14. 問題設定 <ul><li>救助隊の移動モデルを利用し、 データをなるべく早く宛先(本部)に届ける </li></ul><ul><li>オラクル:救助隊の遭遇履歴 </li></ul><ul><ul><li>各救助隊の遭遇履歴をあらかじめわかるとする </li></ul></ul><ul><ul><li>現実では、各救助隊は命令に従い行動するため、本部及び救助拠点の命令をあらかじめ取得すれば、このオラクルは実現可能 </li></ul></ul><ul><li>制約 </li></ul><ul><ul><li>帯域制限、遭遇時間内に全データを交換できない </li></ul></ul><ul><ul><li>重要度の高いデータを優先的に伝送 </li></ul></ul><ul><li>出力 </li></ul><ul><ul><li>各救助隊員の通信端末に、交信先端末+タイミング+送信するデータ </li></ul></ul>
    15. 15. ケーススタディ・想定環境 <ul><li>地震状況 </li></ul><ul><ul><li>2009 年 2 月 2 日午後 3 時 </li></ul></ul><ul><ul><li>XX 県 YY 市役所 5km 範囲に地震 </li></ul></ul><ul><ul><li>震度 M7 </li></ul></ul><ul><li>通信インフラ </li></ul><ul><ul><li>通信設備の故障や回線の輻輳のため、 一般加入電話・携帯電話ほとんど使えなくなった </li></ul></ul><ul><ul><li>停電の影響 でインターネットが停止 </li></ul></ul><ul><ul><li>発電設備の障害のため、 衛星通信ネットワークシステムも停止 </li></ul></ul><ul><li>災害対策 </li></ul><ul><ul><li>午後 5 時 災害対策本部設置 </li></ul></ul><ul><ul><li>午後 8 時 救助拠点 2 箇所設置 </li></ul></ul><ul><ul><li>翌午前 2 時 救助隊が被災地に進入 </li></ul></ul>病院、市役所 A, B, C 隊
    16. 16. ケーススタディ <ul><li>データ重要度 </li></ul><ul><ul><li>高 **   中 *   低 </li></ul></ul><ul><li>遭遇時帯域制限 </li></ul><ul><ul><li>アドホックモード(隊:隊)  2 データ </li></ul></ul><ul><ul><li>インフラモード(拠点)  4 データ </li></ul></ul><ul><li>被災エリア外:インフラ使用可能 </li></ul><ul><li>目的:災害対策本部にデータを伝送 </li></ul>救助隊・拠点 データ A a1, a2** B b1*, b2, b3 C c1, c2* 病院拠点 h1, h2**, h3, h4* 市役所拠点 g1, g2* 救助隊・拠点 遭遇履歴(オラクル) 4 時 5 時 6 時 7 時 8 時 A B C, 病院 エリア外 B A 市役所 病院 , C エリア外 C 市役所 病院 病院 , B 市役所 エリア外 病院拠点 A, C B インフラ復旧 市役所拠点 C B C インフラ復旧
    17. 17. ケーススタディ <ul><li>提案手法(遭遇履歴、重要度考慮) </li></ul><ul><ul><li>4 時 A: a1,a2**, b1*, b2; B: b3; C:c1, c2*, g2*; 市役所 : g1 </li></ul></ul><ul><ul><li>5 時 A: a1,a2**, b1*, b2, h2**, h4*, c2*, g2*; B: g1,b3; C: c1; 病院 : h1, h3; 市役所:なし </li></ul></ul><ul><ul><li>6 時 本部: a1,a2**,b1*, b2,h2**,h4*,c2*, g2* ( A 隊より) ; B:g1,b3,c1,h1,h3;  病院:なし ; C :なし </li></ul></ul><ul><ul><li>7 時 本部: g1, b3, c1, h1, h3 ( B 隊より)   </li></ul></ul><ul><li>遭遇履歴のみ考慮(全データを本部に届けるよう、重要度を無視してデータ伝送) </li></ul><ul><ul><li>4 時 A: a1,a2**,b1*,b2; B:b3; C:c1, c2*, g1; 病院 :h1,h2**,h3,h4**; 市役所 : g2* </li></ul></ul><ul><ul><li>5 時 A: a1,a2**,b1*,b2,c1, c2*, h1, h2**; B: b3, g2*; C:g1; 病院 : h3, h4**; 市役所 : なし </li></ul></ul><ul><ul><li>6 時 本部 :a1,a2**,b1*,b2,c1, c2*, h1, h2** ( A 隊より) ; B: b3, g2*, g1, h3, h4**, C: なし ; 病院 : なし </li></ul></ul><ul><ul><li>7 時 本部 : b3, g2*, g1, h3, h4** (B 隊より ) </li></ul></ul><ul><li>重要度のみ考慮(重要度の高いデータを優先的に共有) </li></ul><ul><ul><li>4 時 A: a1,a2**,b1*; B:a2**,b1*,b2,b3; C:g1,g2*,c1,c2*; 市役所 :g1,g2*,c1,c2* </li></ul></ul><ul><ul><li>5 時 A: a1,a2**,b1*,h2**,c2*; B:b1*,b2,b3,g2*,c2* ; 病院 :a2**,b1*,h1,h2**,h3,h4*,g2*; C:h2**,a2**,b1*,g1,g2*,c1, c2*; 市役所 :g1,g2*,c1,c2*,b1*,b2 </li></ul></ul><ul><ul><li>6 時 本部 : a1,a2**,b1*,h2**,c2* (A 隊より ); B:b1*,b2,b3,g2*,c2*,a2**,h2**;  病院 :a2**,b1*,h1,h2**,h4*,g2*, c2*,b2; C:h2**, a2**,b1*,b2,g1,g2*,c1,c2*; 市役所 :g1,g2*,c1,c2*,b1*, b2 </li></ul></ul><ul><ul><li>7 時 本部 : b2, b3, g2*, c2* (B 隊より ); … </li></ul></ul><ul><ul><li>8 時 本部 : c1, h1, h3, h4*, g1 (C 隊、救助拠点 ) </li></ul></ul>
    18. 18. まとめと今後の課題 <ul><li>まとめ </li></ul><ul><ul><li>本研究は、大規模災害発生時の情報収集手段に着目し、劣悪な通信環境における遅延耐性ネットワークを用いた情報収集手法を提案 </li></ul></ul><ul><ul><ul><li>実現可能性を高めるために、救助隊員に余計な手間をかけさせない </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>大容量データをなるべく早く宛先に届ける </li></ul></ul></ul><ul><ul><ul><li>提案手法で情報伝達最適化をケーススタディで表現 </li></ul></ul></ul><ul><li>今後の課題 </li></ul><ul><ul><li>救助隊員の意思決定を補助する機能を提供し、行動パターンの最適化を試みる </li></ul></ul><ul><ul><li>提案手法の有効性を計算機シミュレーションおよび実機実験を用いて検証する予定 </li></ul></ul><ul><ul><li>地図表示システムの実装および評価 </li></ul></ul>
    19. 19. <ul><li>ご清聴ありがとうございました </li></ul>
    20. 20. 提案手法による救助活動 スケジュールの変化 3 時 4 時 5 時 6 時 A 隊 被災者発見、病院に送信 救出作業 救出作業 救出作業 B 隊 B 隊エリア B 隊エリア 被災者発見、病院に送信 救出作業 C 隊 C 隊エリア C 隊エリア 被災者発見、病院に送信 救出作業 その他病院隊 各自エリア 病院で A 隊情報受信 A 隊応援 A 隊応援 病院救助所 A 隊よりデータ受信 B,C 隊よりデータ受信 市役所救急車 市役所データを載せ、病院に出向く 病院に患者搬送、薬品取得、データ受信 市役所に帰還 市役所救助所 病院データ取得、薬品到着 市役所隊 各自エリア 各自エリア 各自エリア 市役所で病院情報受信、応援に出向く 本部輸送車 市役所に到達、情報受信 本部 帰着中の運送車よりデータ受信
    21. 21. 提案手法による救助活動の効率化 <ul><li>A 小隊が生存者を発見、救助拠点に連絡を取らない場合、応援隊の到達が遅れ、死者数が増える可能性がある </li></ul><ul><ul><li>負傷者を運ぶ傍ら、データを病院救助拠点に届けた。それを受信した隊が応援 </li></ul></ul><ul><li>過剰に A 小隊の応援をすれば、他所の救助作業に支障 </li></ul><ul><ul><li>病院救助拠点に各小隊の情報が記録され、過剰に応援に行かない </li></ul></ul><ul><li>市役所慢性的薬品不足により、助けられない負傷者が増える可能性がある </li></ul><ul><ul><li>市役所のデータを病院救助拠点が解析し、あらかじめ薬品を支援 </li></ul></ul><ul><li>市役所の余剰人員が情報不足により病院の応援に行かず、病院エリアで人手不足に陥って死者数が増える可能性がある </li></ul><ul><ul><li>市役所の余剰人員が病院救助拠点のデータを受信したため、病院救助エリアを応援 </li></ul></ul>
    22. 22. 問題設定と定式化 <ul><li>提案手法の目的は、いかに早くデータを宛先(救助拠点・本部)に届けること </li></ul><ul><ul><li>データの重要度が高いほど、早く届けられる </li></ul></ul><ul><li>ただし </li></ul><ul><li>     E = 通信イベントの集合 </li></ul><ul><li>     D = 宛先の集合(全救助拠点、災害対策本部) </li></ul><ul><li>     p = データの重要度 </li></ul><ul><li>     t’ ij = データ i が宛先 j に到達する時刻 </li></ul><ul><li>     t i = データ i の通信イベントの発生時刻 </li></ul><ul><li>出力:各救助隊員の通信端末に、交信先端末およびタイミング </li></ul>( 目的関数 )

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