Optimization on emergency materials dispatching considering the characteristics of integrated emergency response for large-scale marine oil spills

Many governments have been strengthening the construction of hardware facilities and equipment to prevent and control marine oil spills. However, in order to deal with large-scale marine oil spills more efficiently, emergency materials dispatching algorithm still needs further optimization. The present study presents a methodology for emergency materials dispatching optimization based on four steps, combined with the construction of Chinese oil spill response capacity. First, the present emergency response procedure for large-scale marine oil spills should be analyzed. Second, in accordance with different grade accidents, the demands of all kinds of emergency materials are replaced by an equivalent volume that can unify the units. Third, constraint conditions of the emergency materials dispatching optimization model should be presented, and the objective function of the model should be postulated with the purpose of minimizing the largest sailing time of all oil spill emergency disposal vessels, and the difference in sailing time among vessels that belong to the same emergency materials collection and distribution point. Finally, the present study applies a toolbox and optimization solver to optimize the emergency materials dispatching problem. A calculation example is presented, highlighting the sensibility of the results at different grades of oil spills. The present research would be helpful for emergency managers in tackling an efficient materials dispatching scheme, while considering the integrated emergency response procedure.Peer ReviewedPostprint (published version

Network Design Model with Evacuation Constraints Under Uncertainty

Abstract: Nepal earthquake, have shown the need for quick response evacuation and assistance routes. Evacuation routes are, mostly, based on the capacities of the roads network. However, in extreme cases, such as earthquakes, roads network infrastructure may adversely affected, and may not supply their required capacities. If for various situations, the potential damage for critical roads can be identify in advance, it is possible to develop an evacuation model, that can be used in various situations to plan the network structure in order to provide fast and safe evacuation. This paper focuses on the development of a model for the design of an optimal evacuation network which simultaneously minimizes construction costs and evacuation time. The model takes into consideration infrastructures vulnerability (as a stochastic function which is dependent on the event location and magnitude), road network, transportation demand and evacuation areas. The paper presents a mathematic model for the presented problem. However, since an optimal solution cannot be found within a reasonable timeframe, a heuristic model is presented as well. The heuristic model is based on evolutionary algorithms, which also provides a mechanism for solving the problem as a stochastic and multi-objective problem

Understanding The Decision-Making Process of Local Level Emergency Managers and Future Impacts of Social Data

During the course of a natural disaster, affected populations turn to different avenues to attempt to communicate their needs and locations while emergency managers are faced with the task of making quick decisions to aid in the response effort. The decisions that emergency managers face are affected by factors such as available resources, responder safety, and source of information. In this research, we interview emergency managers about the 2009 North American Ice Storm and a flooding event in late April of 2017 to understand the decisions made and the factors that affected these decisions. Using these interviews, a list of interview questions using the Critical Decision Method were created that could be used to more deeply understand the decisions and decision-making process of a local-level emergency manager during a disaster response event. Additionally, animations were created to illustrate the comparative effectiveness of disaster response routing plans developed with and without the consideration of social data based on data inspired by a real event

Detection of human vital signs in hazardous environments by means of video magnification

In cases of natural disasters, epidemics or even in dangerous situations like an act of terrorism, battle fields, a shooting or a mountain accident, finding survivors is a challenge. In these kind of situations it is sometimes critical to know if a person has vital signs or not, without the need to be in contact with the victim, thus avoiding jeopardizing the lives of the rescue workers. In this work, we propose the use of video magnification techniques to detect small movements in human bodies due to breathing that are invisible to the naked eye. Two different video magnification techniques, intensity-based and phase-based, were tested. The utility of these techniques to detect people who are alive but injured in risk situations was verified by simulating a scene with three people involved in an accident. Several factors such as camera stability, distance to the object, light conditions, magnification factor or computing time were analyzed. The results obtained were quite positive for both techniques, intensity-based method proving more adequate if the interest is in almost instant results whereas the phase-based method is more appropriate if processing time is not so relevant but the degree of magnification without excessive image noise

Developing a system for health and safety enhancement and automation in construction sites

The construction industry forms an important element within the economic activities and is known to be challenging and dangerous. Erroneously construction site accidents were accepted as unavoidable. The existing work health and safety protocols goals were not to cut risk but to provide risk assessment by understanding the types of risks associated with various activities and setting out rules and procedures to manage them and cut their impact. This study attempts a proactive approach to construction site health and safety by anticipating the hazards associated with a planned daily work activity and providing on site the relevant training and safety instructions. This was achieved by integrating the project’s digital design with site images processing and analysis. Digital image processing applies signal processing algorithms to images and videos resulting in extracting useful information from them. An essential and critical issue in the field of computer vision is the object’s recognition methods which should be capable of finding the partial occlusion of objects. Knowledge management systems archive and locate the required information and make it available to the relevant destination quickly and efficiently. It can also provide access to information in other construction sites and to the design team. This management system helps to save the gained experience and make it available to the project or other similar projects. The Building Information System was introduced as a system in which the objectives of this study can be incorporated leaving the door open to incorporate other project management activities. The possible solutions for the identified health and safety business problem were analysed in order to arrive at the best solution suitable to the objectives of the study. The end users ‘needs obtained from the distributed questionnaire and the project’s functional requirements were considered in order to create a model that will achieve their goals in an efficient manner. An activity diagram and a user case diagram based on the UML language were generated. Based on them a computerized model (CONSTRUCTION AUTOMATA) was developed to identify risks associated with specific work activities and provide the relevant safety instructions and training to mitigate them. The model automatically produces safety reports to record and serve as a knowledge management base for future reference thus eliminating possible human errors. The computer program was tested with available site images from an existing project and it proved to deliver its outputs according to its design. The developed model was then demonstrated to a selected group of relevant professionals and was seen to score well with ease of use mark of (6.17) and effectiveness as a health and safety tool mark of (6.37) out of a total mark of (10)

Maritime Safety in the Gulf of Finland. Review on Policy Instruments

Suomenlahden lisääntynyt meriliikenne on herättänyt huolta meriliikenteen turvallisuuden tasosta, ja erityisesti Venäjän öljyviennin kasvu on lisännyt öljyonnettomuuden todennäköisyyttä Suomenlahdella. Erilaiset kansainväliset, alueelliset ja kansalliset ohjauskeinot pyrkivät vähentämään merionnettomuuden riskiä ja meriliikenteen muita haittavaikutuksia. Tämä raportti käsittelee meriturvallisuuden yhteiskunnallisia ohjauskeinoja: ohjauskeinoja yleisellä tasolla, meriturvallisuuden keskeisimpiä säätelijöitä, meriturvallisuuden ohjauskeinoja ja meriturvallisuuspolitiikan tulevaisuuden näkymiä, ohjauskeinojen tehokkuutta ja nykyisen meriturvallisuuden ohjausjärjestelmän heikkouksia. Raportti on kirjallisuuskatsaus meriturvallisuuden yhteiskunnalliseen sääntelyn rakenteeseen ja tilaan erityisesti Suomenlahden meriliikenteen näkökulmasta. Raportti on osa tutkimusprojektia ”SAFGOF - Suomenlahden meriliikenteen kasvunäkymät 2007 - 2015 ja kasvun vaikutukset ympäristölle ja kuljetusketjujen toimintaan” ja sen työpakettia 6 ”Keskeisimmät riskit ja yhteiskunnalliset vaikutuskeinot”. Yhteiskunnalliset ohjauskeinot voidaan ryhmitellä hallinnollisiin, taloudellisiin ja tietoohjaukseen perustuviin ohjauskeinoihin. Meriturvallisuuden edistämisessä käytetään kaikkia näitä, mutta hallinnolliset ohjauskeinot ovat tärkeimmässä asemassa. Merenkulun kansainvälisen luonteen vuoksi meriturvallisuuden sääntely tapahtuu pääosin kansainvälisellä tasolla YK:n ja erityisesti Kansainvälisen merenkulkujärjestön (IMO) toimesta. Lisäksi myös Euroopan Unionilla on omaa meriturvallisuuteen liittyvää sääntelyä ja on myös olemassa muita alueellisia meriturvallisuuden edistämiseen liittyviä elimiä kuten HELCOM. Joitakin meriturvallisuuden osa-alueita säädellään myös kansallisella tasolla. Hallinnolliset meriturvallisuuden ohjauskeinot sisältävät aluksen rakenteisiin ja varustukseen, alusten kunnon valvontaan, merimiehiin ja merityön tekemiseen sekä navigointiin liittyviä ohjauskeinoja. Taloudellisiin ohjauskeinoihin kuuluvat esimerkiksi väylä- ja satamamaksut, merivakuutukset, P&I klubit, vastuullisuus- ja korvauskysymykset sekä taloudelliset kannustimet. Taloudellisten ohjauskeinojen käyttö meriturvallisuuden edistämiseen on melko vähäistä verrattuna hallinnollisten ohjauskeinojen käyttöön, mutta niitä voitaisiin varmasti käyttää enemmänkin. Ongelmana taloudellisten ohjauskeinojen käytössä on se, että ne kuuluvat pitkälti kansallisen sääntelyn piiriin, joten alueellisten tai kansainvälisten intressien edistäminen taloudellisilla ohjauskeinoilla voi olla hankalaa. Tieto-ohjaus perustuu toimijoiden vapaaehtoisuuteen ja yleisen tiedotuksen lisäksi tieto-ohjaukseen sisältyy esimerkiksi vapaaehtoinen koulutus, sertifiointi tai meriturvallisuuden edistämiseen tähtäävät palkinnot. Poliittisella tasolla meriliikenteen aiheuttamat turvallisuusriskit Suomenlahdella on otettu vakavasti ja paljon työtä tehdään eri tahoilla riskien minimoimiseksi. Uutta sääntelyä on odotettavissa etenkin liittyen meriliikenteen ympäristövaikutuksiin ja meriliikenteen ohjaukseen kuten meriliikenteen sähköisiin seurantajärjestelmiin. Myös inhimilliseen tekijän merkitykseen meriturvallisuuden kehittämisessä on kiinnitetty lisääntyvissä määrin huomiota, mutta inhimilliseen tekijän osalta tehokkaiden ohjauskeinojen kehittäminen näyttää olevan haasteellista. Yleisimmin lääkkeeksi esitetään koulutuksen kehittämistä. Kirjallisuudessa esitettyjen kriteereiden mukaan tehokkaiden ohjauskeinojen tulisi täyttää seuraavat vaatimukset: 1) tarkoituksenmukaisuus – ohjauskeinojen täytyy olla sopivia asetetun tavoitteen saavuttamiseen, 2) taloudellinen tehokkuus – ohjauskeinon hyödyt vs. kustannukset tulisi olla tasapainossa, 3) hyväksyttävyys – ohjauskeinon täytyy olla hyväksyttävä asianosaisten ja myös laajemman yhteiskunnan näkökulmasta katsottuna, 4) toimeenpano – ohjauskeinon toimeenpanon pitää olla mahdollista ja sen noudattamista täytyy pystyä valvomaan, 5) lateraaliset vaikutukset – hyvällä ohjauskeinolla on positiivisia seurannaisvaikutuksia muutoinkin kuin vain ohjauskeinon ensisijaisten tavoitteiden saavuttaminen, 6) kannustin ja uuden luominen – hyvä ohjauskeino kannustaa kokeilemaan uusia ratkaisuja ja kehittämään toimintaa. Meriturvallisuutta koskevaa sääntelyä on paljon ja yleisesti ottaen merionnettomuuksien lukumäärä on ollut laskeva viime vuosikymmenien aikana. Suuri osa sääntelystä on ollut tehokasta ja parantanut turvallisuuden tasoa maailman merillä. Silti merionnettomuuksia ja muita vaarallisia tapahtumia sattuu edelleen. Nykyistä sääntelyjärjestelmää voidaan kritisoida monen asian suhteen. Kansainvälisen sääntelyn aikaansaaminen ei ole helppoa: prosessi on yleensä hidas ja tuloksena voi olla kompromissien kompromissi. Kansainvälinen sääntely on yleensä reaktiivista eli ongelmakohtiin puututaan vasta kun jokin onnettomuus tapahtuu sen sijaan että se olisi proaktiivista ja pyrkisi puuttumaan ongelmakohtiin jo ennen kuin jotain tapahtuu. IMO:n työskentely perustuu kansallisvaltioiden osallistumiseen ja sääntelyn toimeenpano tapahtuu lippuvaltioiden toimesta. Kansallisvaltiot ajavat IMO:ssa pääasiallisesti omia intressejään ja sääntelyn toimeenpanossa on suuria eroja lippuvaltioiden välillä. IMO:n kyvyttömyys puuttua havaittuihin ongelmiin nopeasti ja ottaa sääntelyssä huomioon paikallisia olosuhteita on johtanut siihen, että esimerkiksi Euroopan Unioni on alkanut itse säädellä meriturvallisuutta ja että on olemassa sellaisia alueellisia erityisjärjestelyjä kuin PSSA (particularly sensitive sea area – erityisen herkkä merialue). Merenkulkualalla toimii monenlaisia yrityksiä: toisaalta yrityksiä, jotka pyrkivät toimimaan turvallisesti ja kehittämään turvallisuutta vielä korkeammalle tasolle, ja toisaalta yrityksiä, jotka toimivat niin halvalla kuin mahdollista, eivät välitä turvallisuusseikoista, ja joilla usein on monimutkaiset ja epämääräiset omistusolosuhteet ja joita vahingon sattuessa on vaikea saada vastuuseen. Ongelma on, että kansainvälisellä merenkulkualalla kaikkien yritysten on toimittava samoilla markkinoilla. Vastuuttomien yritysten toiminnan mahdollistavat laivaajat ja muut alan toimijat, jotka suostuvat tekemään yhteistyötä niiden kanssa. Välinpitämätön suhtautuminen turvallisuuteen johtuu osaksi myös merenkulun vanhoillisesta turvallisuuskulttuurista. Verrattaessa meriturvallisuuden sääntelyjärjestelmää kokonaisuutena tehokkaiden ohjauskeinoihin kriteereihin, voidaan todeta, että monien kriteerien osalta nykyistä järjestelmää voidaan pitää tehokkaana ja onnistuneena. Suurimmat ongelmat lienevät sääntelyn toimeenpanossa ja ohjauskeinojen kustannustehokkuudessa. Lippuvaltioiden toimeenpanoon perustuva järjestelmä ei toimi toivotulla tavalla, josta mukavuuslippujen olemassa olo on selvin merkki. Ohjauskeinojen, sekä yksittäisten ohjauskeinojen että vertailtaessa eri ohjauskeinoja keskenään, kustannustehokkuutta on usein vaikea arvioida, minkä seurauksena ohjauskeinojen kustannustehokkuudesta ei ole saatavissa luotettavaa tietoa ja tuloksena voi olla, että ohjauskeino on käytännössä pienen riskin eliminoimista korkealla kustannuksella. Kansainvälisen tason meriturvallisuus- (ja merenkulku-) politiikan menettelytavoiksi on ehdotettu myös muita vaihtoehtoja kuin nykyinen järjestelmä, esimerkiksi monitasoista tai polysentristä hallintojärjestelmää. Monitasoisella hallintojärjestelmällä tarkoitetaan järjestelmää, jossa keskushallinto on hajautettu sekä vertikaalisesti alueellisille tasoille että horisontaalisesti ei-valtiollisille toimijoille. Polysentrinen hallintojärjestelmä menee vielä askeleen pidemmälle. Polysentrinen hallintojärjestelmä on hallintotapa, jonka puitteissa kaikentyyppiset toimijat, sekä yksityiset että julkiset, voivat osallistua hallintoon, siis esimerkiksi hallitukset, edunvalvontajärjestöt, kaupalliset yritykset jne. Kansainvälinen lainsäädäntö määrittelee yleiset tasot, mutta konkreettiset toimenpiteet voidaan päättää paikallisella tasolla eri toimijoiden välisessä yhteistyössä. Tämän tyyppisissä hallintojärjestelmissä merenkulkualan todellinen, kansainvälinen mutta toisaalta paikallinen, toimintaympäristö tulisi otetuksi paremmin huomioon kuin järjestelmässä, joka perustuu kansallisvaltioiden keskenään yhteistyössä tekemään sääntelyyn. Tällainen muutos meriturvallisuuden hallinnassa vaatisi kuitenkin suurta periaatteellista suunnanmuutosta, jollaisen toteutumista ei voi pitää kovin todennäköisenä ainakaan lyhyellä tähtäimellä.The increasing shipping activity in the Gulf of Finland has raised concerns about the safety of maritime traffic, especially about the possibility of a large oil accident due to the increasing oil export activity of Russia in the area. Various international, supranational, regional and national policy instruments aim at minimizing the risks of accidents and other harmful effects of shipping. This report is concerned with maritime safety policy instruments: policy instruments in general; the central regulatory bodies of maritime safety; the maritime safety policy instruments and the future prospects of maritime policy; the effectiveness of policy instruments; and the critique of the current maritime safety policy system. The purpose of the report is to review the structure and state of the maritime safety policy system with focus on the Gulf of Finland. The report is a part of the EU-funded research project “SAFGOF - Evaluation of the Traffic Increase in the Gulf of Finland During the years 2007-2015 and the Effect of the Increase on the Environment and Traffic Chain Activities” and the Work Package 6: “Political and social instruments, guidelines and economic incentives”. Policy instruments can be grouped to regulatory, economic and information guidance instruments. Maritime safety is enhanced with all these instrument types, although most prominently with regulatory instruments. Due to the international character of the shipping industry, the regulation of maritime safety is mostly done at international level, in the framework of the United Nations and the International Maritime Organization IMO. However, the European Union also has maritime safety regulations of its own, there are regional arrangements such as HELCOM, and some maritime safety related issues are regulated at the national level. Regulatory maritime safety instruments include regulations on mariners, navigation, the surveillance of ship conditions and the construction and equipment of ships. Economic instruments include waterway and port dues, marine insurance, P&I clubs, liability and compensation questions and incentives. The use of economic instruments to promote public maritime safety goals is still in a minor position, but there are some examples that have potential for wider use. The problem with economic instruments is that, in many cases, they belong to the domain of national regulation, and their implementation at regional or international level can be difficult. Information guidance is based on voluntary actions and, in addition to the dissemination of information, it can include subjects like voluntary training, certification or awards. It seems that the risks of maritime traffic in the Gulf of Finland and in the Baltic Sea are taken seriously, and new ways to decrease these risks are developed. New regulations are planned or are going to be implemented, especially in the areas of the environmental effects of shipping (emissions, anti-fouling substances, alien species etc.) and navigational issues (AIS-based systems, electronic charts etc.). It is also often noticed that the human factor in maritime safety risks needs more attention, but it seems to be difficult to find policies effective in minimizing the effects of the human factor in maritime accidents and incidents. Training is most often offered as a solution. According to literature, effective maritime policy instruments should fulfil at least the following criteria: 1) effectiveness – the policy instrument must be suitable for achieving a desired goal, 2) economic efficiency – the benefits versus the costs of implementing the policy instrument should be in balance, 3) acceptability – the policy instrument must be accepted by the stakeholders and the community, 4) enforcement – the policy instrument can be implemented effectively, 5) lateral effects – the positive spill-over effects of the policy instrument in other sectors, 6) incentive and innovation – a good policy instrument encourages experimentation and gives incentives for improvement. Due to the increasing number of regulations on maritime safety, the number of maritime accidents has decreased during past decades. Most of the regulations have been effective in preventing accidents and incidents. Still, accidents and incidents happen at sea, and the current regulation system can be criticized on several points. The international regulation process is not easy; it tends to be slow and the result can become a compromise of compromises. Regulation is mostly reactive instead of proactive. The work of IMO is based on the participation of nation states and the implementation of regulation by flag states. Nation states are primarily promoting their own interests in IMO, and all flag states do not have the same implementation standards. The failure of IMO to provide fast responses and to take local circumstances into consideration in regulation has led to a situation where, for example, the European Union regulates maritime safety, and there are such arrangements as Particularly Sensitive Sea Areas. Many kinds of companies operate in the shipping industry: companies that take safety matters seriously and act responsibly, and companies that aim to operate as cheaply as possible, not caring about safety measures. The latter often have very obscure owner arrangements and are thus difficult to bring to account if something happens. The operation of irresponsible shipping companies is enabled by shippers who take the cheapest transport at the expense of safety and by other actors who play ball with such companies. The careless attitude to safety can also partly be attributed to the oldfashioned safety culture of the shipping industry. When comparing the current maritime safety policy system as a whole with the criteria for successful policies, it can be concluded that, in many respects, the current system is effective with the greatest problems being in implementation and in cost-effectiveness. The nation state based implementation system is not functioning properly, and the existence of flags of convenience is the clearest sign of that. The cost-effectiveness of policies is hard to calculate, both of single policies and of the policies in comparison with each other, which can result in a situation where a policy decreases little risk with high costs. New approaches to shipping policy at the international level, such as multi-level governance or polycentric governance systems, have been proposed. Multi-level governance means that central government authority is dispersed both vertically, to locate at other territorial levels, and horizontally, to non-state actors. Polycentric governance systems go one step further; they create a more complex policy-making framework, encompassing a variety of policy-generating origins across all types of institutions, both private and public (governments, interest groups, political parties, commercial companies etc.). International jurisdiction determines the levels, but the concrete measures can be decided locally in co-operation with different actors. These governance systems may offer a mechanism to reflect the actual activities within the maritime sector and the priorities of the stakeholders involved. However, such a change in international legislation seems remote.Siirretty Doriast