Operaatiotutkija Anton von Schantz tutkii väkijoukkojen evakuointia vaaratilanteissa

”Kaupungistumisen myötä entistä suurempia määriä ihmisiä kokoontuu samanaikaisesti julkisiin tiloihin, kuten ostoskeskuksiin, kaduille ja metroasemille. Esimerkiksi Tokion metrojärjestelmää käyttää 8,7 miljoonaa ihmistä päivittäin. Tämä asettaa kovia vaatimuksia tilojen palvelutasolle, eli liikkumisen sujuvuudelle, sekä turvajärjestelyille. Vaatimusten saavuttamiseksi on ymmärrettävä ja pystyttävä simuloimaan, miten väkijoukot liikkuvat sekä normaali- että evakuointiolosuhteissa.

Evakuointitutkimus on erittäin poikkitieteellinen ala. Tyypillisesti väkijoukon liikettä ovat mallintaneet sosiologit. Kun tietokoneiden laskentateho on kasvanut, mallinnuksia ovat ryhtyneet tekemään myös fyysikot. Tiheät väkijoukot muistuttavat fysikaalisesti rakeisen aineen virtausta.

Olen diplomi-insinööri, ja opiskelin pääaineenani operaatiotutkimusta. Operaatiotutkimus syntyi toisessa maailmansodassa brittien sodankäynnin strategisen päätöksenteon tueksi. Nykyään alalla kehitetään ja sovelletaan matemaattisia malleja liikkeenjohdon, teollisuuden ja julkisen hallinnon päätöksenteon tueksi. Tutkimusalan menetelmiä ovat muun muassa peliteoria, investointiteoria, optimointi, simulointi ja koneoppiminen.

Teen väitöskirjaani Aalto-yliopiston Systeemianalyysin laboratoriossa, jossa on paljon osaamista väkijoukkojen liikkeen mallintamisesta. Väitöskirjaani ohjaavan professorin Harri Ehtamon tutkimusryhmä on yhdessä VTT:n paloturvallisuusryhmän kanssa rakentanut evakuointisimulaattorin, jota on käytetty esimerkiksi Musiikkitalon evakuointisuunnittelussa. Ryhmä on myös rakentanut Koneen kanssa hissejä ohjaavaa tekoälyä, joka hyödyntää rakennuksissa ihmisten liikkeestä saatavaa dataa. Tällöin hissit esimerkiksi saapuvat ajallaan niihin kerroksiin, joissa on paljon ihmisiä.

“Tutkin, mikä ihmisten päätöksenteossa aiheuttaa evakuoinnin katastrofaaliset ilmiöt.”

Opiskelutaustani takia sovellan väitöskirjassani operaatiotutkimuksen menetelmiä evakuointiin. Peliteorian avulla tutkin, mikä ihmisten päätöksenteossa aiheuttaa evakuoinnin katastrofaaliset ilmiöt. Evakuoituvan väkijoukon dynamiikan mallintaminen on erityisen haastavaa, sillä joukon liikkuminen pullonkaulan, eli esimerkiksi uloskäynnin, läpi saa aikaan useita poikkeuksellisia ilmiöitä.

Yleensä asiat alkavat mennä evakuointitilanteessa pieleen, kun ihminen huomaa, että joku hänen lähellään ryntää kohti uloskäyntiä. Tällöin ihminen saattaa ajatella, että hänen on toimittava samoin, jotta hän ei jää muista jälkeen. Kun kaikki suuren väkijoukon takaosassa olevat toimivat näin, fysikaalinen paine voi kasvaa vaarallisen suureksi väkijoukon etuosassa. Lisäksi uloskäynnin eteen syntyy mekaanisia holvirakenteita, jotka estävät ihmisten liikkumisen.

Sen lisäksi, että ymmärrämme, miten ilmiöt syntyvät, tarvitsemme konkreettisia ratkaisuja esimerkiksi siihen, miten väkijoukko ohjataan evakuointitilanteessa mahdollisimman nopeasti ulos. Tutkin, miten pienen todennäköisyyden ääritilanteisiin voi varautua. Lisäksi ratkaisen optimoinnin ja koneoppimisen avulla evakuointisuunnitelmia, jotka mahdollistavat nopean poistumisen. Koska väkijoukkojen liikkeet ovat monimutkaisia ja vaikeasti ennustettavia, niiden realistinen simulointi on laskennallisesti hyvin raskasta. Tämän takia olen käyttänyt tutkimuksessani Aalto-yliopiston supertietokoneita. Tulevaisuudessa olisi hienoa, että simulointien ratkaisuaika saataisiin niin pieneksi, että evakuointisuunnitelman voisi rakentaa reaaliaikaisesti.”
 

 

Mitä alallasi pitäisi tutkia seuraavaksi? Miksi?

“Väkijoukoista sensoreilla ja turvakameroilla kerättävää dataa pitäisi pystyä yhdistämään nopeasti liikkeen simulointimalliin. Tämän ansiosta riskitilanteita voisi ennustaa ja evakuointisuunnitelmia ratkaista ja pistää käytäntöön reaaliaikaisesti.”
 

Mikä tai kuka on viimeksi avartanut mieltäsi tutkimuksen saralla?

“Opetan operaatiotutkimukseen liittyviä aiheita Aalto-yliopistossa perusopiskelijoille. Opettaminen iskostaa teoriat mieleeni syvemmin ja avaa niihin välillä myös uusia näkökulmia. Ratkoin hiljattain erään konserttitalon evakuointisuunnitelmaa. Opettamisen myötä tajusin, että yhden optimointiin liittyvän perustavanlaatuisen teoreeman avulla saan pudotettua evakuointisuunnitelman laskenta-ajan kahdesta viikosta puoleen päivään.”
 

Minkä villin unelman tahtoisit tutkimustyössä toteuttaa, jos raha ei olisi este?

“Haluaisin nähdä mallini käytännön sovelluksissa, eli tehdä niiden avulla esimerkiksi joukkotapahtumien turvallisuussuunnitelmia. Tämä vaatisi muutaman etevän ohjelmoijan palkkaamisen, jotta tutkimuskoodini saataisiin tuotteistettuun muotoon. Lisäksi yhteistyöstä kokeneen turvallisuuskonsultin kanssa olisi hyötyä unelmani toteutuksessa.”
 

Avarra mieltäsi aiheesta lisää:

“Koronaviruksen myötä monet tutkimusryhmät ja yritykset ovat ryhtyneet mallintamaan viruksen leviämistä ihmisjoukoissa. Tutkimusryhmä Utrechtin yliopistosta yhdessä paikallisen startupin kanssa rakensi väkijoukon liikkeitä simuloivaan työkaluun sosiaalista etäisyyttä mallintavan ominaisuuden. Se näyttää, miten väkijoukkojen pitäisi liikkua suurissa tapahtumissa, jotta riski tartuttaa muita ihmisiä olisi mahdollisimman pieni. Aihetta käsittelevän uutisen voi lukea The Conversationin sivuilta.”
 
Tutustu Avartajaan verkossa: antonvonschantz.com
 
KAUTEn Avartajat-juttusarjassa esitellään säätiön rahoittamien tutkijoiden uusia ja mielenkiintoisia tutkimusavauksia. Sarjan jutut tarjoavat tuoreita näkökulmia ajankohtaisiin ja nouseviin ilmiöihin kaupallisten ja teknillisten tieteiden aloilta.