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加州大學伯克利大學 | CITRIS研究人員通過動態(tài)建模和嚴肅游戲幫助北加州社區(qū)降低野火風險

指南者留學 2023-01-19 14:59:22 閱讀量：1431

2018年的營火造成85人死亡，燒毀了北加州比特縣240多平方英里的土地，是該州歷史上最致命、最具破壞性的野火。   基于社會利益信息技術(shù)研究中心和巴納濤研究所(CITRIS)的種子基金項目，在國家科學基金會(NSF)的大量支持下，來自加州大學(UC)的研究人員正在從篝火和其他災(zāi)難中吸取教訓，并應(yīng)用他們在復(fù)雜系統(tǒng)建模、風險管理和人機交互方面的專業(yè)知識，以減輕災(zāi)害易發(fā)社區(qū)未來的悲劇。   美國國家科學基金會已經(jīng)向加州大學伯克利分校、戴維斯分校和圣克魯茲分校的工程師、政策學者和設(shè)計專家團隊提供了250萬美元的資金，由其智能與互聯(lián)社區(qū)和推進非正式STEM學習項目共同資助。   由Donald H. McLaughlin礦物工程主席、加州大學伯克利分校校長教授Kenichi Soga領(lǐng)導(dǎo)，研究人員將在三年內(nèi)利用這筆贈款開發(fā)一個跨學科框架，以模擬灣區(qū)兩個社區(qū)(馬林縣和阿拉米達縣奧克蘭市)的野火疏散方法，并教育社區(qū)成員如何安全逃離野火。   研究人員將與12個合作伙伴機構(gòu)合作，包括馬林縣的馬林消防安全管理局和馬林野火保護局(MWPA)，迪亞波羅消防安全委員會，東灣市政公用事業(yè)區(qū)(EBMUD)，奧克蘭消防局，奧克蘭消防安全委員會，北山社區(qū)協(xié)會，勞倫斯伯克利國家實驗室(伯克利實驗室)消防部門和阿拉米達縣的奧克蘭港。加州科技部和森尼維爾消防部門也將參與其中，商業(yè)和家庭安全保險協(xié)會也將參與其中，這是一家由財產(chǎn)保險公司、再保險公司和附屬公司支持的獨立非營利性研究機構(gòu)。   當我們獲得CITRIS資助時，我知道我們正在探索一些有意義的事情。令人興奮的是，我們正在以更大的規(guī)模解決這個重要的想法。   Thomas maiorana，加州大學戴維斯分校設(shè)計助理教授 該項目的框架涉及兩個主要工具:一個是物理基礎(chǔ)設(shè)施、通信網(wǎng)絡(luò)和緊急服務(wù)的分層虛擬模型，稱為“數(shù)字雙胞胎”，以模擬每個市政當局如何應(yīng)對火災(zāi);另一個是交互式數(shù)字學習體驗或嚴肅游戲，供消防管理專業(yè)人員、社區(qū)利益相關(guān)者和普通市民用于準備采取行動。   “我們需要考慮決策的相互作用，組織和公眾之間的溝通，以及野火期間的交通模式，這樣我們就可以了解問題是什么，以及我們?nèi)绾卧谖磥砀纳剖枭ⅲ?amp;rdquo;Soga說，他同時擔任加州大學伯克利分校智能基礎(chǔ)設(shè)施中心主任，CITRIS首席研究員(PI)和勞倫斯伯克利國家實驗室的教師科學家。   該項目的基本目標之一是幫助人們轉(zhuǎn)變觀點，從在極端事件發(fā)生時做出反應(yīng)，轉(zhuǎn)變?yōu)轭A(yù)測緊急情況，并在災(zāi)難發(fā)生前尋找降低風險的方法。   匯集多學科專業(yè)知識 加入Soga項目的有加州大學伯克利分校的同事Louise Comfort，名譽教授，CITRIS PI研究員和匹茲堡大學災(zāi)害管理中心前主任;斯蒂芬·科利爾，城市和區(qū)域規(guī)劃教授;森林經(jīng)濟學名譽教授J. Keith Gilless;以及機械工程副教授Michael Gollner?？缧@的合作者包括三名來自加州大學圣克魯茲分校計算媒體系的教師，他們都是CITRIS的pi:杰克·巴斯金工程教授兼捐贈主席Katherine Isbister，嚴肅游戲助理教授兼副主席Edward Melcer，以及教授兼系主任Magy Seif El-Nasr。CITRIS PI和加州大學戴維斯分校設(shè)計助理教授Thomas Maiorana也將發(fā)揮關(guān)鍵作用。   <img src="https://citris-uc.org/wp-content/uploads/2022/12/banner-soga-marin-county-researcher-portraits-1540x200px-1024x133.png" alt="Collage of photos of the faces of the nine researchers." width="808" height="105" />  該項目的研究人員包括來自加州大學伯克利分校的Stephen Collier、Louise Comfort、J. Keith Gilless、Michael Gollner和Kenichi Soga;加州大學戴維斯分校的Thomas Maiorana;以及加州大學圣克魯茲分校的凱瑟琳·伊斯比斯特、愛德華·梅爾瑟和馬吉·賽夫·納斯爾。 Maiorana、Soga和Comfort此前曾在2019年CITRIS種子獎項目上合作，推動了目前的工作。   “當我們獲得CITRIS資助時，我知道我們正在探索一些有趣而有意義的東西，”Maiorana說。“我們在更大的范圍內(nèi)解決這個重要的想法，這讓我很興奮。”   由種子基金項目推動的跨學科工作是CITRIS為社會最大挑戰(zhàn)創(chuàng)造信息技術(shù)解決方案的使命的核心。   CITRIS幫助整合了整個UC系統(tǒng)的能力，這應(yīng)該對加州人有很大的實際利益。   凱瑟琳·伊斯比斯特，加州大學圣克魯茲分校教授和杰克·巴斯金工程講座教授 伊斯比斯特說:“CITRIS網(wǎng)絡(luò)確實加強了我們的合作。“索加博士組成的核心團隊做了出色的基礎(chǔ)工作。   “CITRIS幫助整合了整個UC系統(tǒng)的能力，這應(yīng)該會給加州人帶來巨大的實際利益。”   從悲劇中吸取教訓，建立韌性 營地大火發(fā)生后，加州大學伯克利分校的一組研究人員，包括Soga和Comfort，在美國國家科學基金會(NSF)通過科羅拉多大學博爾德分校提供的快速反應(yīng)研究基金的支持下，前往天堂鎮(zhèn)(95%以上被大火燒毀)。Soga是一名土木工程師，對智能基礎(chǔ)設(shè)施和城市規(guī)模模擬有著濃厚的興趣，Comfort是一名公共政策學者，在危機決策研究方面有30多年的經(jīng)驗，他們試圖探索是什么因素導(dǎo)致了這場極端的破壞。   由于它位于荒野-城市界面(WUI)，一個無人居住的荒野和人類定居點之間的過渡區(qū)域，天堂已經(jīng)處于更高的風險之中。   在采訪了緊急救援人員和鎮(zhèn)官員后，研究人員發(fā)現(xiàn)了幾個加劇悲劇的問題:天堂和附近的奇科之間缺乏溝通，導(dǎo)致交通信號無法改變以適應(yīng)疏散路線上增加的交通流量，手機服務(wù)的中斷使撤離人員無法及時獲取信息，野火本身前所未有的速度使得分階段疏散不可能。   <img src="https://citris-uc.org/wp-content/uploads/2022/12/soga-bolinas-traffic-patterns-1540x526px-1024x350.png" alt="Four street maps of Bolinas, California, with similar arrays of purple lines indicating traffic and varying red blotches indicating wildfire spread." width="808" height="276" />  加利福尼亞州波利納斯的疏散交通模擬，來自研究團隊的社會技術(shù)數(shù)字雙胞胎，通過游戲測試中出現(xiàn)的社區(qū)成員的信息進行增強。趙冰玉提供 第二年，波利納斯鎮(zhèn)聯(lián)系了康福特，當時康福特是CITRIS政策實驗室的訪問學者，討論研究團隊是否可以幫助制定其野火疏散計劃。Bolinas是馬林縣的一個未合并地區(qū)，人口不到2000人，與Paradise有一些共同的風險因素，包括人口結(jié)構(gòu)、進出困難、資源有限以及位于荒地-城市界面。   它的規(guī)模要小得多，居民數(shù)量也比火災(zāi)前的天堂少得多，這也使博利納斯成為詳細建模和社區(qū)參與的一個有前途的前景。   加州大學交通研究所(ITS)支持該團隊的強大模擬工作，該工作集成了火災(zāi)進展、交通模式、通信過程和管理它們的系統(tǒng)細節(jié)。這個社會技術(shù)的數(shù)字孿生體，以整合關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)和組織結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)而聞名，它顯示了信息流，以確定技術(shù)系統(tǒng)中的故障(比如被野火破壞的手機信號塔)將在哪些方面影響到依賴它們來保護人們安全的組織。   Maiorana是一名設(shè)計師和藝術(shù)家，她對原型設(shè)計和政策的交叉感興趣，在與Comfort交談后，她為項目添加了另一個層面。他、Soga和Comfort申請了2019年CITRIS種子獎，旨在資助進一步建模，并解決防災(zāi)準備中一個重要但極具挑戰(zhàn)性的方面:教育公眾。   在CITRIS的支持下，研究人員與波利納斯消防區(qū)舉行了研討會，并在社區(qū)的參與下設(shè)計了一款棋盤游戲，復(fù)制了疏散經(jīng)驗，并配有通配符。   <img src="https://citris-uc.org/wp-content/uploads/2022/12/soga-bolinas-board-game-1540x1025px-1024x682.jpg" alt="A board game on a conference room table. The game space, a map of Bolinas, California, is printed on a large piece of paper. Cardboard game pieces are placed around the map, with squares labeled to indicate individual vehicles and flame shapes indicating wildfire. Scattered on the table around the board are notebooks, pens and game cards. At the top and right edges are three people with only their hands visible. They appear to be writing notes, flipping through notebooks and looking at game pieces." width="808" height="538" />  來自加州博利納斯的社區(qū)成員正在玩一款由加州大學戴維斯分校教授Thomas Maiorana制作的模擬疏散棋盤游戲。Thomas Maiorana提供 關(guān)于他們工作的消息傳開了，馬林縣和奧克蘭的消防部門和社區(qū)領(lǐng)導(dǎo)的委員會聯(lián)系他們，看看他們能否將這項技術(shù)應(yīng)用到自己的轄區(qū)。隨著越來越多的組織和市政當局參與其中，該團隊越來越多地涉及到加州大學伯克利分校和加州大學圣克魯斯分校的研究人員。   “我立刻對這個項目產(chǎn)生了興趣，”Isbister說，他是加州大學圣克魯斯分校社交情感技術(shù)實驗室的主任，該實驗室設(shè)計和研究增強身體、社交和情感體驗的嚴肅游戲。“這是一個非常及時的問題，也是一種幫助社區(qū)建立抵御野火的創(chuàng)新方法。”   影響的機會隨著專業(yè)知識的擴大而增加，包括人類學和城市規(guī)劃、森林管理、火災(zāi)科學和燃燒、具體計算學習和交替現(xiàn)實游戲。   Maiorana說:“隨著團隊開始壯大，我們在社區(qū)、火災(zāi)和政策的交叉點上所能做的事情的潛力也越來越大。”   用一個模擬城市來轉(zhuǎn)換視角 美國國家科學基金會授予的項目有許多跨學科的目標，涵蓋了研究人員的專業(yè)領(lǐng)域:確定與野火疏散最相關(guān)的個人和組織，擴大數(shù)字雙胞胎，包括大灣區(qū)，為消防安全委員會創(chuàng)建嚴肅的游戲，與他們的選民分享，并提出長期政策建議，以改善對未來自然災(zāi)害的反應(yīng)。   康福特和伊斯比斯特將負責確定最負責緩解野火的當?shù)亟M織，以及可能在災(zāi)難期間充當主要傳播者的社區(qū)團體。然后，他們的團隊將從這些利益相關(guān)者中挑選一個具有代表性的樣本，從消防部門到社區(qū)監(jiān)督組織，以探索他們的風險意識，并收集他們對嚴肅游戲的反饋。   <img src="https://citris-uc.org/wp-content/uploads/2022/12/soga-maiorana-bolinas-game-map-1095x600px-1024x561.jpg" alt="A screen capture of a simulated aerial map of Bolinas, California, on a peninsula in the Pacific Ocean. White blotches appear at center to indicate wildfire smoke. At the top right is what appears to be a controller to change views at the X and Z axes." width="808" height="443" />  由Thomas Maiorana創(chuàng)建的博利納斯疏散視頻游戲原型的屏幕截圖，顯示了馬林縣地圖上的一縷野火煙霧。Paola Lorusso提供 康弗還將與科利爾合作，繪制國家當局、公用事業(yè)公司以及學校、醫(yī)院和銀行等社會和文化機構(gòu)之間的關(guān)系。他們計劃評估自2017年以來有關(guān)野火計劃的任何變化的組織程序的子集，然后他們將用于預(yù)測2022-26年的變化。   “一旦道路和橋梁建好了，它們就固定了，”康弗說。“我們能改變的是人們的學習方式，這取決于他們在緊急響應(yīng)期間在短時間內(nèi)獲得有效信息的途徑。   “如果我們能建立知識庫，并提前教育管理人員，他們就能更準確、更快速地使用現(xiàn)有的技術(shù)。”   Soga將與Gollner和Gilless一起進一步研究數(shù)字雙胞胎。完成Bolinas模型后，該團隊將擴大模擬范圍，包括馬林縣的全部范圍，然后將注意力轉(zhuǎn)向奧克蘭和大灣區(qū)。   Soga說:“在我們的模擬中，我們模擬了個別汽車，以及它們?nèi)绾卧诮值郎弦苿?，疏散到安全的地方?amp;rdquo;“如果馬林縣突然發(fā)生野火，在白天來自舊金山和其他地方的背景交通下，人們?nèi)绾问枭?”   該項目的這部分內(nèi)容已經(jīng)在商業(yè)化方面取得了進展。Soga與他的實驗室小組成員和其他合作者一起成立了一家名為WUI-GO的初創(chuàng)公司!將他們的疏散規(guī)劃工具——旨在幫助消防機構(gòu)協(xié)助弱勢群體制定應(yīng)急準備計劃——推向市場。   該公司是2021年春季CITRIS鑄造孵化器隊列的一部分，然后獲得了2022年NSF創(chuàng)新軍團(I-Corps)獎。兩位創(chuàng)始人計劃尋求小企業(yè)創(chuàng)新研究(SBIR)的資助，以幫助他們開發(fā)低成本、互動平臺的市場。   危機情況不僅僅是智力練習;這是一種情緒反應(yīng)。當我們更好地處理這些危機時，練習用情緒來應(yīng)對是很重要的。   Thomas maiorana，加州大學戴維斯分校設(shè)計助理教授 隨著項目的進行，Isbister、Maiorana、Melcer和Seif El-Nasr將從數(shù)字雙胞胎中獲取關(guān)于通信網(wǎng)絡(luò)的信息和數(shù)據(jù)，創(chuàng)建兩個基于網(wǎng)絡(luò)的嚴肅游戲，以幫助利益相關(guān)者和公民。研究人員將得到外部專家Raph Koster的建議，他是一名商業(yè)游戲設(shè)計師和企業(yè)家，因其對屢獲殊榮的大型多人在線角色扮演游戲(MMORPG)《網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)世紀》的貢獻而聞名。   他們的第一款游戲?qū)袽aiorana之前關(guān)于疏散演習的工作帶入數(shù)字領(lǐng)域，而第二款游戲?qū)⒔鉀Q社區(qū)的長期風險管理活動，比如防火加固住宅建筑，甚至是重新劃分社區(qū)。   Maiorana說道:“嚴肅游戲能夠帶給玩家發(fā)自內(nèi)心的體驗。“突然間，我有點緊張，有點爭強好強——我投入了一種讓我作為一名球員的體驗更真實的方式。   “危機情況遠不止是智力練習;這是一種情緒反應(yīng)。當我們試圖更好地處理這些危機時，練習用情緒來應(yīng)對很重要。”   Maiorana還將在合適的情況下在團隊中提供他的原型設(shè)計專業(yè)知識。此外，他還將設(shè)計一個社區(qū)活動，旨在促進不同群體之間的對話和聯(lián)系。 <img src="https://citris-uc.org/wp-content/uploads/2022/12/soga-maiorana-bolinas-game-fire-view-1073x600px-1024x573.jpg" alt="A screen capture of a video game. At the center of the screen is a view out the front windshield of a car, showing another vehicle on the street ahead. Pixelated trees and rocks appear on both sides of the street. Large plumes of wildfire appear across the view, with an intense blaze on the street ahead. At the bottom of the image are three inset images showing the different views the player can select: the front view, a side-mirror view and a rear view. The side view also shows trees and flames, and the rear view shows trees, a line of cars on the street behind the player vehicle and a hazy sky, but no flames." width="808" height="452" />  來自Thomas Maiorana創(chuàng)造的Bolinas疏散視頻游戲原型的屏幕截圖，展示了玩家在一輛被火焰包圍的汽車中逃離野火的第一人稱視角。王陽蘭提供 科利爾和戈爾納將領(lǐng)導(dǎo)長期規(guī)劃工作，利用整個項目中收集的數(shù)據(jù)，描繪出社區(qū)如何利用團隊開發(fā)的模擬和培訓工具，為未來20-50年制定有效的野火恢復(fù)計劃。他們的分析還將研究更廣泛的政策變化——如保險監(jiān)管和定價的變化——將如何影響當?shù)乩嫦嚓P(guān)者的決策。   康弗說:“這個項目從系統(tǒng)的角度來構(gòu)建可持續(xù)的、有彈性的、能抵御野火的社區(qū)。”“如果我們可以這樣做來預(yù)防野火，我們就可以將這些技術(shù)應(yīng)用于加州人面臨的其他危險，比如地震、海平面上升和氣候變化帶來的更大的問題。”   <blockquote> 注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學態(tài)度觀點。 </blockquote>

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