Σχεδιασμός και ανάλυση μεθόδου εκκένωσης πληθυσμού από δασικές πυρκαγιές με τη χρήση γεωγραφικών συστημάτων πληροφοριών

Abstract

The doctoral dissertation focuses on optimizing the evacuation procedures of human settlements threatened by natural disasters, with particular emphasis on forest fires. The central focus of the research is the use of Geographic Information Systems (GIS) and spatial analysis methods to develop effective evacuation strategies, aiming for safer and faster relocation of the population. The dissertation investigates the evacuation of pedestrians in settlements where some residents lack access to transportation for their relocation, utilizing spatial network analysis through Geographic Information Systems (GIS). Each area’s demographic and topographic characteristics play a crucial role in selecting appropriate assembly points and evacuation routes, as discussed in the chapter on pedestrian evacuation. A key aspect of this process is the mapping of evacuation routes. These maps are produced using GIS tools, optimizing evacuation plans and improving the management of relocation time for faster and safer evacuations. Particular eEmphasis is placed on the protection of facilities that host vulnerable groups of society, such as the elderly and people with disabilities. Using the Analytic Hierarchy Process (AHP) and GIS, the research develops models tailored to the needs of these groups, enhancing safety and evacuation speed. The AHP method prioritizes criteria affecting evacuation, such as routes and assembly points. The study highlights the importance of an individualized approach to effectively protect vulnerable groups in cases of emergency. The dissertation also examines evacuation decision-making based on fire behavior and the geographical breakdown of the area. The chapter on fire spread analyzes the significance of the fire growth rate (Sf) and its impact on calculating evacuation time and the placement of trigger points. The use of fire propagation models, such as WUIVAC, provides valuable information for the early calculation of evacuation trigger zones, thereby enhancing real-time decision-making. A final and critical part of the research focuses on the classification of settlements based on their operational evacuation vulnerability. The methodological approach was based on the use of Principal Component Analysis (PCA) to select the variables that most influence the evacuation process, and on the application of the K-means clustering method to group settlements into categories of operational difficulty. The results enabled the identification of geographic and functional differences that affect evacuation time and strategic planning. This approach proved appropriate for assessing areas with limited data availability and offers a valuable decision-support tool for prioritizing actions under crisis conditions.

Η διδακτορική διατριβή επικεντρώνεται στη βελτιστοποίηση των διαδικασιών εκκένωσης οικισμών που απειλούνται από φυσικές καταστροφές, με ιδιαίτερη έμφαση στις δασικές πυρκαγιές. Κεντρικό σημείο της έρευνας είναι η χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (Geographic Information System, GIS) και μεθόδων χωρικής ανάλυσης για την ανάπτυξη αποτελεσματικών στρατηγικών εκκένωσης, με στόχο την ασφαλέστερη και ταχύτερη απομάκρυνση του πληθυσμού. Η διατριβή ερευνά την εκκένωση πεζών κατοίκων σε οικισμούς όπου ποσοστό των κατοίκων δεν διαθέτει μεταφορικό μέσο για την απομάκρυνσή τους, αξιοποιώντας την ανάλυση χωρικών δικτύων με τη χρήση Γεωγραφικών Συστημάτων Πληροφοριών (ΓΣΠ). Τα δημογραφικά και τοπογραφικά χαρακτηριστικά της εκάστοτε περιοχής διαδραματίζουν καθοριστικό ρόλο στην επιλογή κατάλληλων σημείων συγκέντρωσης και στις διαδρομές εκκένωσης, όπως εξετάζεται στο κεφάλαιο για την εκκένωση πεζών. Ένας σημαντικός παράγοντας για τη διαδικασία αυτή είναι η δημιουργία χαρτών που απεικονίζουν τις διαδρομές εκκένωσης. Αυτοί οι χάρτες παράγονται μέσω των εργαλείων που προσφέρουν τα ΓΣΠ, επιτρέποντας τη βελτιστοποίηση των σχεδίων εκκένωσης και την καλύτερη διαχείριση του χρόνου απομάκρυνσης των κατοίκων, με σκοπό την ταχύτερη και ασφαλέστερη εκκένωση. Ιδιαίτερη έμφαση δίνεται στην προστασία των εγκαταστάσεων που φιλοξενούν ευπαθείς κοινωνικές ομάδες, όπως ηλικιωμένους και άτομα με αναπηρίες. Μέσω της Αναλυτικής Ιεραρχικής Διαδικασίας (Analytic Hierarchy Process, AHP) και των ΓΣΠ, η έρευνα διαμορφώνει μοντέλα προσαρμοσμένα στις ανάγκες αυτών των ομάδων, βελτιώνοντας την ασφάλεια και την ταχύτητα εκκένωσης. Η μέθοδος AHP ιεραρχεί τα κριτήρια που επηρεάζουν την εκκένωση, όπως οι διαδρομές και τα σημεία συγκέντρωσης. Η έρευνα καταδεικνύει τη σημασία της εξατομικευμένης προσέγγισης για την αποτελεσματική προστασία των ευπαθών ομάδων σε κρίσιμες καταστάσεις. Η παρούσα έρευνα εξετάζει, επίσης, τον σχεδιασμό των αποφάσεων εκκένωσης με βάση τη συμπεριφορά της φωτιάς και τη γεωγραφική κατανομή της περιοχής. Το κεφάλαιο για την εξάπλωση της φωτιάς αναλύει τη σημασία του ρυθμού εξάπλωσης της πυρκαγιάς (Sf) και της επίδρασής του στον υπολογισμό του χρόνου εκκένωσης και την τοποθέτηση σημείων ενεργοποίησης. Η χρήση μοντέλων διάδοσης πυρκαγιάς όπως το WUIVAC (Wildland-Urban Interface Evacuation), προσφέρει πολύτιμες πληροφορίες για τον έγκαιρο υπολογισμό των ζωνών ενεργοποίησης εκκένωσης, ενισχύοντας τη λήψη αποφάσεων σε πραγματικό χρόνο. Ένα τελικό και κρίσιμο μέρος της έρευνας αφορά τη διαβάθμιση της επιχειρησιακής ευαλωτότητας οικισμών. Η μεθοδολογική προσέγγιση βασίστηκε στη χρήση της Ανάλυσης Κύριων Συνιστωσών (PCA) για την επιλογή των μεταβλητών που επηρεάζουν περισσότερο τη διαδικασία εκκένωσης, και στην εφαρμογή της μεθόδου ομαδοποίησης K-means για την ταξινόμηση των οικισμών σε κατηγορίες επιχειρησιακής δυσκολίας. Τα αποτελέσματα επέτρεψαν την αναγνώριση γεωγραφικών και λειτουργικών διαφορών, οι οποίες επηρεάζουν τον χρόνο εκκένωσης και τον επιχειρησιακό σχεδιασμό. Η προσέγγιση αυτή αποδείχθηκε κατάλληλη για την αξιολόγηση περιοχών με περιορισμένα δεδομένα και προσφέρει ένα χρήσιμο εργαλείο υποστήριξης αποφάσεων για την προτεραιοποίηση ενεργειών σε συνθήκες κρίσης.