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Descrizione
commessa
Pianificazione di interventi in situazioni di emergenza: strumenti software e robotici


Tematiche di ricerca:
Questa commessa si occupa di progettare strumenti software e robotici per la gestione di interventi in situazioni di crisi. Le tematiche di ricerca sono variegate: -- algoritmi per sintesi di piani d'azione e loro validazione, -- algoritmi di gestione di risorse e scheduling, -- ciclo integrato pianificazione-esecuzione in robotica autonoma -- architetture software per supporto a decisioni complesse -- progettazione e valutazione di strumenti interattivi di supporto alla pianificazione -- algoritmi di coordinamento di sistemi intelligenti eterogenei -- robotica autonoma per task critici A questo nucleo di competenza si affiancheranno ricerche in collaborazione su specifici temi che permetteranno un approccio complessivo al problema. Si creeranno ontologie rappresentazionali per supportare le attivita' di pianificazione in domini critici. Si studiera' il problema della affidabilita' delle fonti di informazione in presenza di scenari critici. Si svilupperanno competenze sull'integrazione di strumenti robotici e sensori avanzati per uso in operazioni critiche. Dal 2009 e' inoltre connesso alla commessa un modulo che si occupa di simulazione di scenari.
Obiettivi:
Questa commessa si pone l'obiettivo di creare una piattaforma avanzata di supporto all'intero ciclo di vita dei piani di intervento (il ciclo "Pianificazione ==> Verifica dello stato corrente ==> Revisione del piano" descritto nel preliminare di Progetto). I temi affrontati si estenderanno anche a tecnologie avanzate di robotica autonoma per esecuzione di piani in situazioni di crisi. In particolare si pensa all'utilizzo dei robot in situazioni estreme in cui l'utilizzare umani crea un rischio eccessivo. L'intervento di basa sulle competenze patrimonio del gruppo proponente (http://pst.istc.cnr.it) e si estendera' ad includere interazioni con altre attivita' che in vario modo sviluppano tecnologia ICT utile alla pianificazione di intervento. Si prefigurano utili sinergie con le competenze, interne e/o esterne, su reti di sensori, software robusto e tollerante ai guasti, tecnologie di robotica autonoma e visione artificiale, problemi di unificazione terminologica e ontologie per la sicurezza, valutazione della affidabilita' delle fonti di informazione.
Stato dell'Arte:
Le attivita' di questa commessa si basano su un nucleo solido di ricerca in pianificazione automatica cui si integrano una serie di attivita' tese a creare un approccio complessivo al problema del supporto agli scenari di crisi. L'area di pianificazione e scheduling ha notevole maturita' ed ha applicazioni crescenti in strumenti sia software che robotici. Per alcune definizioni di base e dei puntatori iniziali alla letteratura relativa si puo' vedere l'articolo "Cesta, A. and Milani, A. Planning and Scheduling. In Intelligenza Artificiale (Italian Journal of Artificial Intelligence), Special Issue for the 50th AI Anniversary, 3(1-2):35-41, 2006". Un aspetto molto rilevante nelle applicazioni alla gestione di emergenza e' legato alla dinamicita' dello scenario e alla incertezza della informazione per cui c'e' estrema necessita' di adattare dinamicamente piani di azione a seconda dell'evolvere della situazione. Rispetto a tali aspetti lo scenario di ricerca e' piu' aperto. Si veda ad esesempio Policella, N., and cesta, A., Uncertainty: an Open Issue in Project Scheduling, Tech. Rep. ISTC-CNR, Novembre 2006.
Potenziale Impiego:
per processi produttivi:
Le tecniche di pianificazione di intervento sintetizzate in questa commessa possono avere ricadute immediate in sistemi software per il supporto alle emergenze e tendono ad integrare agli strumenti esistemti dei moduli per il supporto intelligente alla presa di decisione. In questa direzione i risultati ottenuti possono essere di interesse per PMI che sviluppano sia applicazioni embedded in campo civile e militare, che specificamente strumenti di supporto alla pianificazione. Mentre la tecnologia tradizionale e' basata essenzialmente sull'immagazzinamento di informazione questa commessa tende a sintetizzare un approccio pro-attivo al processo decisionale.
per risposte a bisogni individuali e collettivi:
La efficacia dell'intervento in situazione di crisi crea immediate ricadute utili per il tessuto sociale del paese. Basti bensare ai problemi molto spesso sottolineati della mancanza di coordinamento negli interventi in caso di situazione di crisi (ad es. in terremoti, allagamenti, frane ma anche in semplici operazioni di pronto soccorso). In generale si vuole arrivare a disegnare nuove generazioni di sistemi per supportare nel momento in cui si devono prendere decisioni rapide ed efficaci nelle centrali operative. In tutti questi casi il problema e' non solo quello di connettere fonti di informazione eterogenee, ma anche quello di supportare con strumenti piu' evoluti la presa di decisione. Questo puo' far risparmiare tempo, pur preservano l'importanza della decisione umana nelle decisioni particolarmente critiche.
Competenze, strumentazione, tecniche di indagine e tecnologie :
Competenze (conoscenze possedute dai partecipanti alla commessa rilevanti ai fini del suo svolgimento):
Il gruppo proponente ha solida esperienza sia sui temi di ricerca che nello sviluppo di soluzioni tecnologiche di punta in contesti applicativi. Si avvale inoltre della collaborazione dei colleghi del Laboratorio di Ontologie Applicate per i vari aspetti di modellazione di sorgenti di conoscenza. La ricerca in risoluzione di problemi complessi di planning e scheduling svolta con tecniche di intelligenza artificiale ed in particolare tramite tecniche basate su vincoli (si vedano alcuni riferimenti a partire dal link "http://pst.istc.cnr.it/list.php"). Le ricadute applicative hanno riguardato principalmente lo sviluppo di strumenti software per il supporto continuo al ciclo di vita di un piano d'azione. Questa e' una attivita' quasi decennale che ha trovato riscontri reali in alcune applicazioni per supportare la pianificazione di missioni spaziali. In particolare il gruppo ha sviluppato un tool MEXAR2 in uso giornaliero dal 2005 nella missione ESA Mars Express (si veda "http://mexar.istc.cnr.it/" per ulteriori informazioni).
Strumentazione (dispositivi, apparecchiature o impianti utilizzati per lo svolgimento delle attivitą):
Questa proposta ha a disposizione il know-how tecnico del gruppo proponente e le varie piattaforme software sviluppate come architetture aperte. In particolare si dispone di: -- O-OSCAR per lo scheduling -- OMPS per planning e scheduling integrato -- SeAM ambiente sperimentale per il test di algoritmi di scheduling in situazione di incertezza. Per i test robotici si utilizzera' il robot messo a punto per il progetto RoboCare terminato nel 2006. In particolare si tratta del robot Pioneer 2 dotato di laser-scanner Sick per la localizzazione. Per le attivita' dimostrative si potra' utilizzare lo spazio del laboratorio robotico/domotico messo in opera per il progetto RoboCare.
Tecniche d'indagine (metodologie per la comprensione di fenomeni o strutture attraverso l'impiego combinato di competenze e strumentazione):
La prima attivita' comprende una ricognizione delle modalita' di lavoro in alcune centrali operative per le emergenze. Obiettivo e' raccogliere dei casi di studio da usare come riferimento nello stendere requisiti per la fase di progettazione architetturale. L'architettura software per il supporto alle decisioni si basa su ciclo [Modellazione ==> Soluzione ==> Presentazione Utente] Attivita' specifiche sono legate a ciascuna delle fasi. Si studiera' anche l'ulteriore fase [Monitoraggio dell'esecuzione] e le modalita' di integrazione nella architattura software per una completezza del ciclo di supporto. Per l'architettura software per il prototipo robotico si' perseguira' un approccio molto innovativo basato sulla integrazione di uno strato di esecuzione alla architettura del planner OMPS sviluppato dal gruppo. Questo per creare qualcosa di simile a quanto perseguito nell'architettura IDEA sviluppata a NASA Ames.
Tecnologie (Metodologie di modellazione o di intervento su oggetti e sistemi):
Si studiano architetture per il supporto al problem solving che seguono l'approccio "model-based". Questo consiste nell'avere descrizioni strutturali che fanno riferimento alle possibili evoluzioni temporali delle componenti rilevanti per una particolare applicazione. In tale modello vengono sintetizzate attivita' distribuite lungo la dimensione temporale grazie alla struttura denominata a "variabili di stato". A questo nucleo di rappresentazione vengono interfacciati un modulo algoritmico per la risoluzione automatica ed un modulo di interazione che ha il doppio scopo di permettere all'utente di capire lo stato della situazione e di permettergli di intervenire nel processo decisionale (architettura ad iniziativa mista). E' infatti fondamentale garantire che il livello decisionale sia preservato. Per l'accettazione di questi strumenti di supporto in ambienti reali e' infatti importante che le decisioni critiche siano prese dal decisore umano secondo il modello decisionale nella struttura lavorativa in cui lo strumento e' inserito.
 
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