捜索救助最適計画システム

捜索救助最適計画システム (SAROPS)は、米国沿岸警備隊が米国およびカリブ海周辺でほぼすべての捜索救助 (SAR) ケースの計画と実行に使用している総合的な捜索救助(SAR) 計画システムです。SA​​ROPS には、グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI)、環境データ サーバー (EDS)、シミュレーター (SIM) の 3 つの主要コンポーネントがあります。商用共同マッピング ツール キット (C/JMTK) の政府ライセンスによる地理情報システム (GIS) を使用すると、SAROPS は沿岸環境と海洋環境の両方で使用できます。シミュレーターには、世界および地域の風と流れのデータセットにアクセスできる機能が組み込まれているため、SAROPS は海上 SAR プランナーにとって最も包括的で強力なツールとなっています。^[1]

SAROPS 以前は、米国沿岸警備隊の SAR コントローラーは、時代遅れの捜索計画手法とアルゴリズムを使用するコンピューター支援捜索計画 (CASP) と統合自動作業シート (JAWS) を使用していました。より具体的には、CASP は古いコンピューティング技術に基づいており、JAWS は沿岸環境での漂流期間が短いペンと鉛筆の手法から直接取得されました。環境データは、12 時間ごとに適用される低解像度 (緯度/経度 1 度グリッド) の風と流れの情報で構成されていました。ほとんどのエリアでは、CASP は月平均の流速値を使用し、JAWS は SAR ケース中に 1 つの風と流れの値を使用しました。^[2]どちらのシステムも、タイムリーな高解像度の風や流れのモデル出力にアクセスできませんでした。これは、漂流ソリューションの精度を決定する主な要素の 1 つが、特定の対象エリアの正確で正確な風と流れの情報の存在であるため、大きな欠点でした。^[3]

米国沿岸警備隊は、捜索救助活動に体系的なアプローチを採用しています。あらゆるケースに対して、認識、初期行動、計画、活動、結論という 5 つの SAR 段階があります。MAYDAY コールやその他の通信からケースを認識すると、SAR コントローラーはケースに関するデータを収集しますが、多くの場合、最初のレポートには多くの不確実性があります。コントローラーは、情報に基づいて捜索エリアを作成し、リソースの可用性と能力を見積もり、捜索計画を公布し、リソースを配置する必要があります。資産が捜索を行っている間、コントローラーは、追加情報を収集し、次の捜索を計画し、リソースを配置し、以前の捜索を評価するというプロセスを再度開始します。このプロセスは、生存者が発見され救助されるか、適切な当局が SAR ケースを中止するまで続きます。^[3]したがって、高速でシンプル、データ入力を最小限に抑え、エラーの可能性を最小限に抑え、高解像度の環境データにアクセスでき、成功の可能性を最大化する捜索行動計画を作成できるツールが必要です。さらに、米国の国家捜索救助計画（2007 年）では、次の一節で捜索救助コミュニティに課題を提起しています。

救助活動や類似の取り組みを成功させるには対応時間の短縮が極めて重要であることを認識し、以下の作業に必要な時間を短縮する手段の開発と実施に継続的に重点的に取り組みます。

a. 遭難状況に関連する警報および情報の受信。b
. 作戦の計画および調整。c
. 施設の移動および捜索。d
. 救助。

e. 必要に応じて医療援助などの即時援助を提供する。^[4]

もしこれが動機として十分でないなら、USCGの回転翼航空機は1時間あたり9～14,000ドル、USCGのカッターは1時間あたり3～15,000ドルの運航コストがかかります。^[5]航空機の飛行時間やカッターの捜索区域内での滞在時間を短縮することで、納税者の​​負担を大幅に削減できるだけでなく、人命や財産を守ることができます。米国沿岸警備隊は、ノースロップ・グラマン社、アプライド・サイエンス・アソシエイツ（ASA）、メトロン社と契約し、最新のグラフィカルな発散パラメータ、リーウェイ発散パラメータ、モンテカルロ法を含む包括的なシステムを開発し、捜索ケースの成功確率を改善しました。SAROPSは、計画と対応の時間枠を最小限に抑えることで、これらの期待に応え、それを上回ります。

SAROPS は、グラフィカル ユーザー インターフェイス (GUI)、環境データ サーバー (EDS)、シミュレーター (SIM) で構成されています。

グラフィカル ユーザー インターフェイスは、環境システム研究所 (ESRI) の地理情報システム (ArcGIS) を使用し、SAR ツール拡張機能や SAROPS 拡張機能などの米国沿岸警備隊固有のアプリケーションを組み込むように変更されています。アプリケーションはウィザード ベースのインターフェイスを備え、ArcGIS の階層化環境内で動作します。ベクター チャートとラスター チャートのほか、検索計画、検索パターン、検索エリアの環境データ、確率マップも表示できます。最後に、GUI はすべての検索操作に関するレポートを提供します。^[1]

環境データ サーバー (EDS) は、SAROPS 内で使用する環境情報を収集して保存します。米国各地の SAROPS サーバーは、関心領域に基づいて EDS に環境情報を要求します。サーバーには、観測システムからモデリング製品まで、さまざまな環境製品がカタログ化されています。観測には、海面温度、気温、視程、波高、世界/地域の潮汐、海流などがあります。ハイブリッド座標海洋モデル (HYCOM) やグローバル NRL 沿岸海洋 (NCOM) などの運用予測モデルからの高解像度モデル出力は、時間的および空間的に変化する風と海流の情報を提供します。最後に、EDS は客観的な分析ツールと集計を提供することができます。海軍、地元の大学、研究センターの研究者が製品の精度と信頼性を継続的に向上させ、一貫して利用できるようにしているため、利用可能な製品のリストは常に変化しています。^[2]

• 封じ込め確率 (POC) : 検索対象が特定のエリアの境界内に収まる可能性。すべての可能性のある場所がカバーされるまでエリアを徐々に大きくすることで、100% POC を達成できます。
• 検出確率 (POD) : 物体を検出したり、捜索物体を認識したりする可能性。航空機、環境条件、捜索物体の種類によって、検出確率は異なります。一般的に、捜索物体からの距離が長くなるにつれて、検出確率は低下します。
• 成功確率（POS）：検索対象が見つかる確率。POSはPOCとPODに依存する。POS = POC x POD ^[6]

シミュレータ ウィザードは、ユーザーが入力した複数ページのシナリオ記述を使用して、考えられる遭難位置と時間、その後の捜索物体の漂流軌道、完了した捜索が捜索物体の確率に与える影響を計算します。シミュレータは、位置、時間環境入力、および余裕パラメータの不確実性を捕捉します。ケースに関連するすべての情報を受け取ると、シミュレータはマルコフのモンテ カルロ法を使用して、各シナリオで最大 10,000 個の粒子の漂流をシミュレートします。20 分間の漂流ごとに、シミュレータは水流、風の余裕、および余裕の発散の変化を考慮します。シミュレータは、漂流期間中にアニメーション化できる確率密度マップとして結果を表示します。図 1 は、このタイプのマップを示しています。^[1]アンサンブル軌道モデル、ランダム ウォーク、およびランダム フライト モデルの支配方程式については、Breivik と Allen (2008) および Spaulding ら (2010) で詳しく説明されています。 (2005)はO'Donnellら(2005)の中にあります。^{[7] [8]}つまり、シミュレータの目的は成功確率を最大化することです。

最適計画ウィザードは、確率マップ情報と、リソースの種類、現場の状況、スイープ幅の値などの別のユーザー入力セットを使用して、POS を最大化する検索領域を作成します。検索領域は、SAR コントローラーによって調整され、POS をさらに最大化できます。利用可能なリソースに基づいて最適な適合性を備えた SAR コントローラーは、検索パターンを検索資産に送信できます。検索対象が最初の検索で見つからない場合、最適計画ウィザードは、以降の検索を推奨する際に、以前の失敗した検索を考慮します。^[1]

SAROPS は、捜索救助以外の用途にも拡張される可能性があります。これらの用途には、漁業資源の予測や石油流出の予測などが含まれますが、これらに限定されません。

SAROPSはディープウォーター・ホライズンの爆発事故への対応に活用され、最終的に115人の救助に貢献した。^[9]

• GPX の SAR パターン用ソフトウェア - ナビゲーション アルゴリズム マニュアル