SISTEMI INFORMATICI DI SUPPORTO ALLE DECISIONI PER LA GESTIONE DELLE EMERGENZE: ESPERIENZA ENEA E LE NUOVE SFIDE Sandro Bologna ENEA-CAMO bologna@casaccia.enea.it Seminario CAMO – 28.10.2003

SISTEMI EMERGENZA CIVILE SISTEMI EMERGENZA INDUSTRIALE PROTEZIONI FISICHE SISTEMI DI ALLARME E DI INTERVENTO MANUALE SISTEMI DI CONTROLLO E DI SUPERVISIONE BUONA PROGETTAZIONE SISTEMI DI INTERVENTO AUTOMATICO TIPICHE BARRIERE DI PROTEZIONE USATE NELL’INDUSTRIA DI PROCESSO E INFRASTRUTTURE CHE COMPORTANO RISCHI PER L’UOMO E PER L’AMBIENTE. LE BARRIERE DI PROTEZIONE SONO MOSTRATE NELL’ORDINE DI ATTIVAZIONE AL PRESENTARSI DI UNA CONDIZIONE INCIDENTALE

Analisi del problema e modellizzazione della conoscenza Livelli di Propagazione dell’Emergenza 1 2 3 4 Impianto Provincia Regione Stato Livelli Decisionali di Gestione delle Emergenze Sala di Centro Centro Centro Nazionale Controllo Provinciale Regionale Protezione Civile Problemi - Vincoli legislativi - Comunicazione decisionali - Piani di emergenza - Disponibilità dei mezzi - Domini di competenza - Cooperazione Livelli d’intervento ENEA Analisi del problema e modellizzazione della conoscenza Sviluppo di prototipi per il Supporto Decisionale Attivo con tecnologie di Intelligenza Artificiale

Ciclo di gestione dell’emergenza Esperienze ENEA nello sviluppo di Sistemi di Addestramento e Supporto Decisionale Predizione Mitigazione Gestione del rischio Gestione della crisi Preparazione Prevenzione dell’emergenza Emergenza Simulatore di Addestramento Gestione dell’emergenza Valutazione conseguenze Ricostruzione Sistema Intelligente di Supporto alle Decisioni e e alle Procedure di Intervento Ripristino Intervento

Gestione delle Emergenze Fattore umano Dominio di Emergenza Organizzazione Problema: Riduzione degli Errori Umani Soluzione: Sistemi intelligenti per l’addestramento ed il supporto decisionale

Flussi di informazioni tra i centri decisionali Dati Impianto Dati Territoriali Dati Regionali Dati Nazionali Gestione Impianto Centro tecnico di supporto Centro di emergenza regionale Centro Nazionale Protezione civile

DECISION SUPPORT SYSTEM Collegamento alla rete informativa Sistema Intelligente di Supporto alle Decisioni in caso di incidente Valutazione della situazione & Supporto Decisionale Basati su: Informazione: Stato del Dominio dell’Emergenza, Conoscenza: regole, procedure, istruzioni, Preferenze: criteri di rischio, di ruolo, di gestione risorse,... Monitoraggio Continuo IDSS INTELLIGENT DECISION SUPPORT SYSTEM Azioni Monitoraggio Continuo Compiti Sensori & Attuatori MIND Collegamento alla rete informativa Gestori delle Emergenze

TIPICO SCENARIO EMERGENZA Decisori “remoti” Risorse gestione emergenza Decisori “sul campo” Infrastruttura di comunicazione

Progetto MUSTER Decisori “remoti” Team di addestramento supervisore Data logging SCENARIO SIMULATO Team di addestramento Infrastruttura di comunicazione Decisori “sul campo”

Progetto MUSTER Tutor VR Engineer Trainee 1 Trainee 2 Riconoscimento degli errori e spiegazione Comunicazione VR Engineer Addestramento Cooperativo Modelli VR del dominio dell’emergenza Scenari di intervento Strategie di gestione -------------------------------------------- Modelli del ruolo degli agenti Modelli cooperativi --------------------------------------------- Strategie di addestramento Ruolo B Assenza di comunicazione Trainee 1 Trainee 2

Progetto MUSTER Modelli di Simulazione MUSTER Kernel - dominio Propagazione incendio Dispersione nubi tossiche Modelli di Simulazione Variazioni meteo MUSTER Kernel Eventi Risorse Aree a rischio Sito - dominio - risorse - eventi SCENARIO DOMINIO DB CENTRALE LOG / REPLAY Addestrandi Supervisore

Connessione in rete Progetto MUSTER Stazione del Supervisore Vista fisica sullo scenario Vista logica sullo scenario Connessione in rete Vista del Responsabile risorse Vista del Responsabile pontile Stazioni degli Addestrandi

Progetto GEO Deposito di Ferrera

Progetto GEO Strumento Antincendio Lo strumento utilizza simulatori di irraggiamento termico, e valuta il consumo di risorse antincendio nel tempo.

Funzioni Previsionali (What-If) e di Supporto Attivo Progetto GEO Funzioni Previsionali (What-If) e di Supporto Attivo Modelli Numerici di Irraggiamento e Spandimento Algoritmi di ottimizzazione della evacuazione dei prodotti di rischio Regole qualitative per la gestione delle risorse antincendio Basate sulla Logia Fuzzy Basati sulle tecniche evolutive Simulazione dell’evento Esecuzione simulata della Procedura Sistema di supporto alla Gestione Emergenza Pannello Strumenti Operativi Scelta della Procedura Allarme Telefono Avviso Prodotti Antincendio Personale Base di Dati Relazionale Configurazione dello Scenario Progettazione e modifica Procedure Connessione automatica ai dati di processo Procedure di Emergenza Dati Strutturali di Impianto Cartografia Elettronica Deposito e Linee Banca Dati Sostanze Scenari Incidentali Personale Reperibile Risorse Antincendio

Progetto CIPRODS

Progetto CIPRODS Azioni Sintomi Databases di Sostanze Tossiche e Industrie a rischio Algoritmi di Analisi delle conseguenze Procedure di intervento EVENTO CONSEGUENZE Modulo Diagnostico Modulo Predittivo Modulo Decisionale Azioni Sintomi DATABASES GEOGRAFICI Che cosa succede Che cosa succederà o potrebbe succedere Che cosa fare ARCHITETTURA DEL SISTEMA DI SUPPORTO ALLE DECISIONI

LE NUOVE SFIDE

Three Layers Model for the Electrical Infrastructure Progetto SAFEGUARD Three Layers Model for the Electrical Infrastructure Electrical Components generators, transformers, breakers, connecting cables etc Control and supervisory hardware/software components (Scada/EMS systems) Electrical Power Operators Independent System Operator for electricity planning and transmission Intra-dependency National Electrical Power Transmission Infrastructure Telecomunication Infrastructure Oil/Gas Transport System Infrastructure Foreign Electrical Transmission Infrastructure Inter-dependency

National Control Centre Regional CC1 Regional CC2 Regional CC3 Regional CC8 Remote Terminal Units SOURCE GRTN

MULTI-LAYER NETWORK MANAGEMENT Human Interface Actions National Control Management Correlation Correlation Actions Regional Control Local Control Anomaly Sensor 1 Wrapper 1 Logger 1 Anomaly Sensor 2 Wrapper 2 Logger 2 Actuator Actuator Physical Layer

Progetto SAFEGUARD SELF-HEALING ARCHITECTURE Network global protection Cyber Layer of Electricity Network Home LCCIs Topology agent Negotiation agent MMI agent Other LCCIs Foreign Electricity Networks Telecommunication Networks ------------------- Correlation agent Action agent Low-level agents High-level agents Diagnostis wrappers Intrusion Detection wrappers Anomaly detector agents Actuators Safeguard agent Architecture for Large Complex Critical Infrastructures (LCCIs) Commands and information Information only Network global protection Local nodes protection

LE NUOVE SFIDE

Human Errors & Socio-Cognitive Engineering Applications Copy rights: High-Intelligence & Decision Research Group, CAMO, ENEA, http://erg4146.casaccia.enea.it Author: Adam Maria Gadomski, 8/10/2003 Technological Grid Human Errors Organisation In Multi-grid Large Complex Critical System/ Infrastructure (LCCI) Human component Production/Transmission /Control component of Physical &Technological Layers Artificial Highly-Autonomous (Intelligent Agent) component

Human Factors Human Errors Social Consequences SOCIO-COGNITIVE ENGINEERING contributes to the Vulnerability Analysis and to the Improvement of Robustness of Large Complex Critical Systems (Humans-Technology Systems). Key Intervention Domains Users Modelling and Simulation Organization Structures and Decision-Making Modelling and Simulation Assessment of Social Risk and Impacts Intrusions and Mismanagement Development of Autonomous Artificial Intelligent Organizations Embedded in Complex Software Systems Copy rights: High-Intelligence & Decision Research Group, CAMO,ENEA, http://erg4146.casaccia.enea.it Adam M. Gadomski, 7/10/2003

LE NUOVE SFIDE Fonte: Corriere della Sera 30.09.03

The World is a Network of Networks… LE NUOVE SFIDE The World is a Network of Networks… Any Geographical Area, Any Network, Any Functional Area Is a Place of Vulnerability Oil and Gas Electric Banking and Finance Water Internet Core Transportation Government Services Telecommunications Emergency Services 27

La nuova sfida dei Sistemi di Sistemi System of Systems Level SOS Energy Tele- Interdependent LCCIs Level comunic. Services VHS Trans- Banking & F.. portation To model the SoS level, it is appropriate to model the CI level and the system level in combination, in a resolution which is sufficient for the decision making at the SoS level. If the same principle is applied across the hierarchical structure, combining the systems and subsystem level to model the CIS level, combining the subsystem and unit level to model the system level, and finally combining the unit and part level to model the subsystem model, we will get three addition model complexes, a Critical Infrastructure model complex, a system enterprise model complex and a technical model complex. The input for the SoS level Model is generated by the CI structure models or by expert guess, as long as the enterprise models and the technical model do not exist. The underlying principles of the four model complexes are identical: network models, consisting of elements and connections between the elements, each of both described by a set of properties, qualifying efficiency, time behaviour, geographic locations, dimensions, flow rates and coupled by input-output relations based upon a detailed process analysis. Individual LCCI Level

Example of Interdependencies Among Physical and Cyber Assets Within the Energy Industry Private Microwave Network Generating Plant Transmission Substation Distribution Substation Commercial Loads Industrial Loads Control Center Public Networks Compressor Station City Gate Natural Gas Storage Facilities Gas Pipeline Repair Crews Types of failures: Cascading Escalating Common corridor DELAY Source Office of Critical Infrastructure Protection

FaMoS – Fast Modelling and Simulation Environment for Critical Infrastructure Analysis. Interdependency Model all the links with the other nets Foreign Electrical Transmission Infrastructure Electrical Model generators, transformers, breakers, connecting cables etc State Machine Model processes and arcs in the net Telecomunication Infrastructure Topology Model nodes and arcs in the net National Electrical Power Transmission Infrastructure Oil/Gas Transport System Infrastructure