Agent-based model of maritime search operations:a validation using test-driven simulation modeling

Maritime search operations (and search operations in general) are one of the classic applications of Operational Research (OR). This paper presents a generic agent-based model for maritime search operations which can be used to analyse operations such as search and rescue and patrol. Agent-based simulation (ABS) is a relatively new addition to existing OR techniques. The key elements of an ABS model are agents, their behaviours and their interactions with other agents and the environment. A search operation involves at least two types of agent: a searcher and a target. The unique characteristic of ABS is that we model agents’ behaviours and their interactions at the individual level. Hence, ABS offers an alternative modelling approach to analyse search operations. The second objective of our work is to show how test-driven simulation modelling (TDSM) can be used to validate the agent-based maritime search-operation model

Responsibility modelling for civil emergency planning

This paper presents a new approach to analysing and understanding civil emergency planning based on the notion of responsibility modelling combined with HAZOPS-style analysis of information requirements. Our goal is to represent complex contingency plans so that they can be more readily understood, so that inconsistencies can be highlighted and vulnerabilities discovered. In this paper, we outline the framework for contingency planning in the United Kingdom and introduce the notion of responsibility models as a means of representing the key features of contingency plans. Using a case study of a flooding emergency, we illustrate our approach to responsibility modelling and suggest how it adds value to current textual contingency plans

Mixed Initiative Systems for Human-Swarm Interaction: Opportunities and Challenges

Human-swarm interaction (HSI) involves a number of human factors impacting human behaviour throughout the interaction. As the technologies used within HSI advance, it is more tempting to increase the level of swarm autonomy within the interaction to reduce the workload on humans. Yet, the prospective negative effects of high levels of autonomy on human situational awareness can hinder this process. Flexible autonomy aims at trading-off these effects by changing the level of autonomy within the interaction when required; with mixed-initiatives combining human preferences and automation's recommendations to select an appropriate level of autonomy at a certain point of time. However, the effective implementation of mixed-initiative systems raises fundamental questions on how to combine human preferences and automation recommendations, how to realise the selected level of autonomy, and what the future impacts on the cognitive states of a human are. We explore open challenges that hamper the process of developing effective flexible autonomy. We then highlight the potential benefits of using system modelling techniques in HSI by illustrating how they provide HSI designers with an opportunity to evaluate different strategies for assessing the state of the mission and for adapting the level of autonomy within the interaction to maximise mission success metrics.Comment: Author version, accepted at the 2018 IEEE Annual Systems Modelling Conference, Canberra, Australi

A generic operational simulation for early design civil unmanned aerial vehicles

Contemporary aerospace programmes often suffer from large cost overruns, delivery delays and inferior product quality. This is caused in part by poor predictive quality of the early design phase processes with regards to the operational environment of a product. This paper develops the idea of a generic operational simulation that can help designers to rigorously analyse and test their early product concepts. The simulation focusses on civil Unmanned Air Vehicle products and missions to keep the scope of work tractable. The research agenda is introduced along with ideas, initial results and future work. Designers specify details about their product, its environment and anticipated operational procedures. The simulation returns information that can help to estimate the value of the product using the value-driven design approach. Information will include recurring and non-recurring mission cost items. The research aim is to show that an operational simulation can improve early design concepts, thereby reducing delays and cost overruns. Moreover, a trade-off between mission fidelity and model generality is sought along with a generic ontology of civil Unmanned Air Vehicle missions and guidelines about capturing operational informatio

A Study on the Parallelization of Terrain-Covering Ant Robots Simulations

Agent-based simulation is used as a tool for supporting (time-critical) decision making in differentiated contexts. Hence, techniques for speeding up the execution of agent-based models, such as Parallel Discrete Event Simulation (PDES), are of great relevance/benefit. On the other hand, parallelism entails that the final output provided by the simulator should closely match the one provided by a traditional sequential run. This is not obvious given that, for performance and efficiency reasons, parallel simulation engines do not allow the evaluation of global predicates on the simulation model evolution with arbitrary time-granularity along the simulation time-Axis. In this article we present a study on the effects of parallelization of agent-based simulations, focusing on complementary aspects such as performance and reliability of the provided simulation output. We target Terrain Covering Ant Robots (TCAR) simulations, which are useful in rescue scenarios to determine how many agents (i.e., robots) should be used to completely explore a certain terrain for possible victims within a given time. © 2014 Springer-Verlag Berlin Heidelberg

Towards safer mining: the role of modelling software to find missing persons after a mine collapse

Purpose. The purpose of the study is to apply science and technology to determine the most likely location of a container in which three miners were trapped after the Lily mine disaster. Following the collapse of the Crown Pillar at Lily Mine in South Africa on the 5th of February 2016, there was a national outcry to find the three miners who were trapped in a surface container lamp room that disappeared in the sinkhole that formed during the surface col-lapse. Methods. At a visit to Lily Mine on the 9th of March, the Witwatersrand Mining Institute suggested a two-way strategy going forward to find the container in which the miners are trapped and buried. The first approach, which is the subject of this paper, is to test temporal 3D modeling software technology to locate the container, and second, to use scientific measurement and testing technologies. The overall methodology used was to first, request academia and research entities within the University to supply the WMI with ideas, which ideas list was compiled as responses came in. These were scrutinized and literature gathered for a conceptual study on which these ideas are likely to work. The software screening and preliminary testing of such software are discussed in this article. Findings. The findings are that software modeling is likely to locate the present position of the container, but accurate data and a combination of different advanced software packages will be required, but at tremendous cost. Originality. This paper presents original work on how software technology can be used to locate missing miners. Practical implications. The two approaches were not likely to recover the miners alive because of the considerable time interval, but will alert the rescue team and mine workers when they come in close proximity to them.Мета. Визначення можливого місця локалізації лампового приміщення контейнера, в якому опинилися три шахтаря після аварії на шахті Лілі (Барбертон, Мпумаланга) методом комп’ютерного моделювання. Після обвалення стельового цілика на шахті Лілі 5 лютого 2016 року почалася національна кампанія з порятунку трьох шахтарів, які залишилися у ламповому приміщенні поверхневого транспортного контейнера, що провалився в утворену після вибуху воронку. Методика. Співробітниками Гірничого Інституту (Уітуотерс) запропонована двостадійна стратегія пошуку контейнера, в якому існує ймовірність знаходження шахтарів. В рамках першого підходу (який розглядається у даній статті) для виявлення контейнера здійснювалось випробування комп’ютерної технології 3D-моделювання в часі. Другий підхід передбачав технологію проведення наукового вимірювання та експерименту. В цілому, методологія включала, насамперед, підключення викладацького та наукового складу університету до вирішення проблеми шляхом комплексної генерації ідей, які були об’єднані в загальний список, вивчені із залученням відповідних літературних джерел, і найбільш реалістичні ідеї були виділені із загального переліку. Дана стаття розглядає результати комп’ютерної експертизи цих ідей та перевірки надійності відповідного програмного забезпечення. Результати. Для зручності моделювання процес обвалення був розділений на три окремі фази: руйнування воронки, руйнування західного схилу та небезпека ковзання на південних схилах. Ідентифіковано програмні технології, які можуть імітувати рух контейнера у перших двох фазах обвалення. В результаті моделювання у програмному забезпеченні ParaView виявлено місце розташування даного контейнера. Виконано аналіз південного схилу за допомогою ArcGIS і складені карти небезпеки схилу для району, а також підземні карти порятунку з маршрутами евакуації. Встановлено, що комп’ютерне моделювання може визначити місцезнаходження контейнера, але для цього потрібні точні вихідні дані й комплекс дорогих високоефективних програмних пакетів. Наукова новизна. Вперше застосовано комплекс комп’ютерних технологій та програмного забезпечення для пошуку зниклих шахтарів після аварійних ситуацій у підземному просторі шахт. Практична значимість. При застосуванні двостадійної стратегії пошуку шахтарів, що опинилися під завалом порід, команда рятувальників отримає сигнал про наближення до їх місцезнаходження.Цель. Определение возможного места локализации лампового помещения контейнера, в котором оказались три шахтера после аварии на шахте Лили (Барбертон, Мпумаланга) методом компьютерного моделирования. После обрушения потолочного целика на шахте Лили 5 февраля 2016 года началась национальная кампания по спасению трех шахтеров, оставшихся в ламповом помещении поверхностного транспортного контейнера, который провалился в воронку, образовавшуюся после взрыва. Методика. Сотрудниками Горного Института (Уитуотерс) предложена двухстадийная стратегия поиска контейнера, в котором существует вероятность нахождения шахтеров. В рамках первого подхода (который рассматривается в данной статье) для обнаружения контейнера производилось испытание компьютерной технологии 3D-моделирования во времени. Второй подход предполагал технологию проведения научного измерения и эксперимента. В целом, методология включала, прежде всего, подключение преподавательского и научного состава университета к решению проблемы путем комплексной генерации идей, которые были объединены в общий список, изучены с привлечением соответствующих литературных источников, и наиболее реалистичные идеи были выделены из общего списка. Настоящая статья рассматривает результаты компьютерной экспертизы данных идей и проверки надежности соответствующего программного обеспечения. Результаты. Для удобства моделирования процесс обрушения был разделен на три отдельные фазы: разрушение воронки, разрушение западного склона и опасность скольжения на южных склонах. Идентифицированы программные технологии, которые могут имитировать движение контейнера в первых двух фазах обрушения. В результате моделирования в программном обеспечении ParaView выявлено местоположение данного контейнера. Выполнен анализа южного склона с помощью ArcGIS и составлены карты опасности склона для района, а также подземные карты спасения с маршрутами эвакуации. Установлено, что компьютерное моделирование может определить местонахождение контейнера, но для этого нужны точные исходные данные и комплекс дорогостоящих высокоэффективных программных пакетов. Научная новизна. Впервые применен комплекс компьютерных технологий и программного обеспечения для поиска пропавших шахтеров после аварийных ситуаций в подземном пространстве шахт. Практическая значимость. При применении двухстадийной стратегии поиска шахтеров, оказавшихся под завалом пород, команда горноспасателей получит сигнал о приближении к их местонахождению.The results of the article were obtained without the support of any of the projects or funding

Forces on Obstacles in Rotor Wake – A GARTEUR Action Group

The paper describes the objectives and the structure of the GARTEUR Action Group HC/AG-22 project which deals with the basic research about the forces acting on obstacles when immersed in rotor wakes. The motivation started from the observation that there was a lack of experimental databases including the evaluation of the forces on obstacles in rotor wakes; and of both numerical and experimental investigations of the rotor downwash effects at medium-to-high separation distances from the rotor, in presence or without sling load. The four research centres: CIRA (I); DLR (D); NLR (NL); ONERA (F); and three universities: NTUA (GR); Politecnico di Milano (I); University of Glasgow (UK) created a team for the promotion of activities that could contribute to fill these gaps. In particular, both numerical and experimental investigations were proposed by the team to study, primarily, the effects of the confined area geometry on a hovering helicopter rotor, and, secondarily, the downwash and its influence on the forces acting on a load, loose or slung, at low to high separation distances from the rotor disc. The following activities were planned: a) application and possible improvement of computational tools for the study of helicopter rotor wake interactions with obstacles; b) set-up and performance of four cost-effective wind tunnel test campaigns aimed at producing a valuable experimental database for the validation of the numerical methodologies applied; c) final validation of the numerical methodologies. The project started in November 2014 and has a duration of three years

A conceptual model of service exchange in service-dominant logic

The service system is the basic abstraction of Service Science. This paper proposes the Resource-Service-System model as a conceptual model of service systems interacting in service exchanges, assuming a service-dominant logic economic worldview. The paper explains how the model was developed starting from the Resource-Event-Agent business model ontology, taking into account insights gained from studying Service Science literature and existing service ontologies. The paper also explains how different model views can contribute to study various aspects of service systems and exchanges