Nagroda za sposób lokalizowania miejsc uwolnień niebezpiecznych substancji

Badania zaprezentowane w Roskilde przez mgr Kopkę dotyczyły scenariusza potencjalnego wycieku gazu w mieście, które jest szczególnie narażone na terrorystyczne lub awaryjne uwolnienia niebezpiecznych substancji. Szybkie wykrycie i lokalizacja takiego zdarzenie są niezwykle istotne dla zdrowia i życia mieszkańców. Dlatego poważnie rozważana jest koncepcja, by w zagrożonych miejscach – szczególnie w gęsto zaludnionych aglomeracjach – tworzyć sieci czujników rejestrujących stężenie wybranych gazów lub poziom promieniowania. Niestety, szczególnie w przypadku dużych obszarów ryzyka, nie jest możliwe zbudowanie bardzo gęstej sieci pomiarowej. Potrzebne są metody pozwalające na odtworzenie informacji o miejscu i przebiegu niebezpiecznego zdarzenia na podstawie odczytów jedynie z ograniczonej liczby rozproszonych punktów kontrolnych.

Wychodząc naprzeciw problemowi szybkiego odtworzenia scenariusza uwolnień na podstawie fragmentarycznych danych mgr Piotr Kopka zaimplementował znany wcześniej algorytm ABC (od angielskiej frazy „approximate bayesian computation”), który do tej pory nie był stosowany do podobnych zagadnień. „Zastosowanie algorytmu było możliwe dzięki odpowiedniemu wymodelowaniu zarówno samego zjawiska rozprzestrzeniania się substancji, jak i warunków otoczenia oraz warunków pogodowych mających wpływ na przebieg procesu” – wyjaśnia mgr Kopka. „Otrzymane narzędzie pozwala w szybkim czasie – a przy odpowiednich mocach obliczeniowych niemal w czasie rzeczywistym – ustalić fakt uwolnienia niebezpiecznej substancji, precyzyjną mapę prawdopodobieństwa wskazującą miejsce uwolnienia, moment uwolnienia, długość jego trwania oraz ilość uwolnionej substancji. Wszystko to oczywiście pod warunkiem, że będą dostępne dane z sieci detektorów. ”

Narzędzie przygotowane w Centrum MANHAZ zostało sprawdzone na rzeczywistych danych uzyskanych kilkanaście lat temu w serii eksperymentów przeprowadzonych w Londynie w ramach projektu DAPPLE (http: //www. dapple. org. uk/index. html). Eksperymenty te polegały na kontrolnym uwolnieniu gazu technicznego (nieszkodliwego dla ludzi i środowiska) w centralnej części miasta, w której rozlokowano także sieć 18 detektorów. Wyniki otrzymane przez Piotra Kopkę bardzo dobrze zgadzają się z rzeczywistym przebiegiem uwolnienia i jego dalszej propagacji.

„Centrum Analiz i Zagrożeń MANHAZ działające jako zespół badawczy w NCBJ, specjalizuje się w analizie i prognozowaniu przebiegu zdarzeń niebezpiecznych – zarówno radiacyjnych jak i chemicznych” – mówi dr Sławomir Potempski, kierownik zespołu. „Pan Piotr Kopka przymierza się obecnie do analizy podobnych zagadnień w skali kontynentalnej. Chodzi m.in. o głośne przed kilku laty doniesienia o zarejestrowaniu śladowych ilości radioaktywnego izotopu rutenu, o czym informowały niemal wszystkie stacje pomiarowe na terenie Europy. Do tej pory nie ma oficjalnego potwierdzenia skąd wziął się ten izotop w atmosferze. Mamy nadzieję, że prezentowana metoda pozwoli na rzucenie pewnego nowego światła na to pytanie”.

Opracowane narzędzie, po jego uzupełnieniu, może być w przyszłości użyte nie tylko do lokalizacji i oceny zagrożenia, ale również do prognozowania rozwoju sytuacji. Jest to szczególnie ważne dla podjęcia właściwych działań zabezpieczających i ratunkowych. Do efektywnej analizy potrzebna jest nie tylko sieć detektorów, ale także odpowiednie moce obliczeniowe wykorzystywane w chwili zaistnienia takiej potrzeby. Wykorzystanie odpowiednich zasobów obliczeniowych pozwala na bardzo szybkie uzyskanie cennych informacji. Obliczenia mgr Kopki były wykonywane w Centrum Informatycznym Świerk (CIŚ), które m.in. specjalizuje się w tego typu zagadnieniach.

Zaprezentowane wyniki zostały opublikowane w prestiżowym czasopiśmie Atmospheric Environment, a mgr Piotr Kopka już w maju będzie bronił swoją rozprawę doktorską.