Decision support systems for participatory flood risk and disaster management

Abstract

This PhD thesis entitled ‘Decision Support Systems for Participatory Flood Risk and Disaster Management’ purports to critically review the existing knowledge and to identify and propose innovative solutions towards improving Situational Awareness (SA) for better supporting decisions for flood risk and disaster management. The thesis is consisted of two theoretical and two empirical studies. The first theoretical study (chapter 2) includes a literature review on multi-layered water safety and a theoretical systematization of this integrated flood risk management approach in a thorough, multidisciplinary and collaborative methodology for complex problems solving inspired by geodesign towards improving SA, cooperation and decision making. The second theoretical study (chapter 4) through an extensive literature survey across disciplines explores the contribution of a common operational picture in improving SA for emergency response operations. The first empirical study (chapter 3) investigates the information potential of virtual 3D city models and it exploits their capabilities by developing a virtual 3D city model for Heerhugowaard case study area in the Netherlands. Furthermore, it conceptualizes a 3D information system based on virtual 3D city models and extended by open international data standards towards defining a system framework capable to support SA for effective flood risk management and emergency preparedness. Finally, the second empirical study (chapter 5) organizes a field exercise with realistic flood scenarios and the participation of professionals for measuring the added value service of the network-centric support tools in achieving shared SA, based on a common operational picture for flood emergency response. The findings of this thesis form a step towards developing and adopting innovative information systems that can efficiently support information sharing, communication and cooperation among the safety agencies and professionals based on improved SA for efficient flood risk management, flood incident and large-scale flood disaster response operations. However, a system itself cannot be the panacea for all the underlying organizational problems. Moreover, SA is not something created by a system in a black box logic. SA is related to the psychological, mental and cognitive status of the end user of a system. In addition, previous experiences, individual educational backgrounds, organizational culture, goals and expectations can influence the achievement of shared SA. Therefore, there are many factors that can affect the development of SA. In order the introduction of novel information systems in safety agencies to be successful, it should be done carefully and in different stages with consideration of human factor and strong involvement of the management of these organizations.

Η διδακτορική διατριβή με τίτλο «Συστήματα Στήριξης Αποφάσεων για Συμμετοχική Διαχείριση της Πλημμυρικής Διακινδύνευσης και των Πλημμυρικών Καταστροφών», έχει ως στόχο να διερευνήσει κριτικά την υφιστάμενη γνώση και να εξεύρει και να προτείνει λύσεις προς την κατεύθυνση βελτίωσης της επίγνωσης μιας κατάστασης προκειμένου οι διαδικασίες λήψης αποφάσεων για διαχείριση της πλημμυρικής διακινδύνευσης και των πλημμυρικών καταστροφών να υποστηρίζονται με τρόπο αποτελεσματικό. Προς επίτευξη τούτου, η διατριβή πραγματοποιεί δύο θεωρητικές καθώς και δύο εμπειρικές μελέτες. Η πρώτη θεωρητική μελέτη αυτή της διατριβής (κεφάλαιο 2), επιχειρεί να εντάξει το πολυεπίπεδο Ολλανδικό σύστημα ασφαλείας απο πλημμύρες σε ένα συστηματικό, πολυεπιστημονικό και συνεργατικό μεθοδολογικό πλαίσιο επίλυσης σύνθετων προβλημάτων που ονομάζεται γεωσχεδιασμός. Η δεύτερη θεωρητική μελέτη αυτής της διατριβής (κεφάλαιο 4) μέσα από μια εκτεταμένη βιβλιογραφική έρευνα παραθέτει επισκόπηση καινοφανών πληροφοριακών εννοιών προς την κατεύθυνση βελτίωσης της επίγνωσης μιας κατάστασης. Επίσης, διερευνά πώς αυτές οι έννοιες μπορούν να αξιοποιηθούν σε περίπτωση απόκρισης σε έκτακτη ανάγκη. Η πρώτη εμπειρική μελέτη αυτής της διατριβής (κεφάλαιο 3) διενεργεί μια μελέτη περίπτωσης όσον αφορά στην περιοχή Heerhugowaard της Ολλανδίας προκειμένου να διερευνήσει τη χρησιμότητα των εικονικών τρισδιάστατων μοντέλων πόλης στην επικοινωνία και διαχείριση της πλημμυρικής διακινδύνευσης. Επιπλέον, εννοιολογικοποιεί ένα τρισδιάστατο πληροφοριακό σύστημα το οποίο βασίζεται στα εικονικά τρισδιάστατα μοντέλα πόλης ως βήμα προς την κατεύθυνση προσδιορισμού ενός πλαισίου για συστήματα ικανά να υποστηρίξουν τη διαχείριση της πλημμυρικής διακινδύνευσης και την ετοιμασία για πλημμυρικές περιπτώσεις έκτακτης ανάγκης. Τέλος, η δεύτερη εμπερική μελέτη αυτής της διατριβής (κεφάλαιο 5) μέσα από μια σειρά βημάτων τα οποία περιλαμβάνουν βιβλιογραφική ανασκόπηση, οργάνωση άσκησης πεδίου με ρεαλιστικά πλημμυρικά σενάρια και ερωτηματολόγια για καταγραφή της κρίσης των εμπειρογνωμόνων, αξιολογεί και παραθέτει τα αποτελέσματα μιας εμπειρικής ανάλυσης όσον αφορά στην προστιθέμενη αξία των δικτυοκεντρικών συστημάτων στην υποστήριξη της απόκρισης σε πλημμυρικές καταστάσεις έκτακτης ανάγκης. Τα ευρήματα αυτής της διατριβής αποτελούν βήμα προς την κατεύθυνση ανάπτυξης και υιοθέτησης καινοτόμων πληροφοριακών συστημάτων που υποστηρίζουν αποτελεσματικά την ανταλλαγή πληροφοριών, την επικοινωνία και τη συνεργασία μεταξύ των υπηρεσιών ασφαλείας και των επαγγελματιών τους, οι οποίοι βασισμένοι σε βελτιωμένη επίγνωση μιας κατάστασης δύνανται να διαχειριστούν αποδοτικότερα τη πλημμυρική διακινδύνευση σε μια περιοχή μελέτης ή να αντιμετωπίσουν τελέσφορα ένα περιστατικό πλημμύρας μικρής κλίμακας ή μια πλημμυρική κατάσταση μεγάλης κλίμακας. Ωστόσο ένα σύστημα από μόνο του δεν αρκεί για να λύσει όλα τα εν δυνάμει οργανωτικά προβλήματα των υπηρεσιών ασφαλείας ενός κράτους. Επιπλέον, η δημιουργία επίγνωσης όσον αφορά σε μια κατάσταση δεν αναπτύσσεται από ένα σύστημα με λογική μαύρου κουτιού. Η δημιουργία επίγνωσης μιας κατάστασης σχετίζεται με τη ψυχολογική, νοητική και γνωσιακή κατάσταση του τελικού χρήστη ενός συστήματος. Επιπρόσθετα, η επίτευξη επίγνωσης μιας κατάστασης μπορεί να επηρεαστεί από διάφορους παράγοντες όπως οι προηγούμενες εμπειρίες, το εκπαιδευτικό υπόβαθρο, η οργανωσιακή κουλτούρα, οι στόχοι καθώς και οι προσδοκίες των διαφόρων φορέων ασφαλείας. Προκειμένου η εισαγωγή και χρήση καινοτόμων πληροφοριακών συστημάτων από τους διάφορους φορείς ασφαλείας να στεφθεί με επιτυχία, πρέπει να γίνεται προσεκτικά και σε διαφορετικά στάδια με ενεργό συμμετοχή της διεύθυνσής τους, λαμβάνοντας υπόψη το θεσμικό πλαίσιο, τις οργανωτικές δομές, πρότυπα και κανόνες και κυρίως τον ανθρώπινο παράγοντα.