SIMULASI EVAKUASI TSUNAMI BERBASIS MULTIAGENT SEBAGAI
MEDIA EDUKASI KEBENCANAAN
Khairul Munadi1,∗, Nasaruddin2, Yudha Nurdin3, dan M. Dirhamsyah4 1−3Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
4Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala
1,2,4Tsunami and Disaster Mitigation Research Center (TDMRC), Univesitas Syiah Kuala ∗
e-Mail: munadi@elektro.unsyiah.ac.id Disajikan 29-30 Nop 2012
ABSTRAK
Dalam situasi darurat seperti kejadian tsunami berskala besar ataupun bencana lainnya, evakuasi dapat menyebabkan lebih banyak kematian bila dilakukan tanpa strategi yang tepat. Kemampuan untuk mengevakuasi banyak orang dalam waktu singkat sangatlah dibutuhkan. Karena itu, latihan atau drill evakuasi diperlukan untuk memperoleh strategi penyelamatan yang optimal. Namun, banyak tantangan dan keterbatasan —baik praktikal maupun finansial— yang harus dihadapi untuk dapat melaksanakan drill secara regular dan bermanfaat. Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah dengan membangun dan mengembangkan model simulasi evakuasi. Meskipun tidak sepenuhnya dapat meniru situasi nyata, simulasi secara praktis dapat meminimalkan berbagai konsekuensi negatif akibat pelaksanaan drill sekaligus memberikan masukan dan wawasan untuk penguatan strategi penyelamatan. Pada makalah ini, akan dipaparkan upaya pembangunan dan pengembangan aplikasi simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis multiagent untuk Kecamatan Calang, daerah pesisir di wilayah Kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh. Pada tahap awal, SET tersebut mensimulasikan beberapa skenario evakuasi dengan luaran: perkiraan waktu evakuasi atau waktu yang dibutuhkan masyarakat untuk meninggalkan daerah yang terkena terjangan tsunami; serta visualisasi perkiraan titik-titik kemacetan.
Kata Kunci: pemodelan multiagent, pemodelan berbasis agent, simulasi evakuasi, tsunami.
I.
PENDAHULUAN
Evakuasi secara sederhana dapat didefinisikan sebagai pergerakan orang atau masyarakat dari suatu wilayah atau situasi yang terancam oleh terjadinya peristiwa bencana ke wilayah yang lebih aman.[1] Tujuan utama evakuasi adalah menyelamatkan nyawa masyarakat. Ketika hal ini tidak dapat dilakukan dengan baik maka evakuasi dapat menyebabkan lebih banyak kematian. Oleh karenanya, selama evakuasi, kemampuan untuk menggerakkan masyarakat dalam jumlah besar dengan waktu yang sangat terbatas sangatlah penting.
Fumihiko Imamura et al.[2] mengidentifikasi tiga langkah efektif dalam upaya melakukan evakuasi yang aman setelah peristiwa gempa dan tsunami: mengumpulkan informasi dan permasalahan dalam suatu peringatan resmi; membuat suatu keputusan untuk mengevakuasi berdasarkan persepsi risiko dan juga pengalaman terdahulu masyarakat di daerah terse-but; dan mengambil rute yang benar serta tempat yang aman bagi para pengungsi.
Dengan berfokus pada poin terakhir, salah satu cara un-tuk membekali masyarakat dengan pengetahuan tentang rute evakuasi dan tempat yang aman adalah dengan melak-sanakan latihan atau drill evakuasi secara regular. Namun demikian, drill skala besar sangat mahal dan sulit mengajak massa dalam jumlah besar untuk ikut berparsipasi.[3]
Untuk mengatasi tantangan praktikal dan finansial di atas,
salah satu solusi yang dapat ditempuh adalah dengan mem-bangun dan mengembangkan simulasi evakuasi. Meskipun tidak sepenuhnya dapat meniru situasi nyata, simulasi secara praktis dapat meminimalkan berbagai konsekuensi negatif akibat pelaksanaan drill sekaligus memberikan masukan dan wawasan untuk penguatan strategi penyelamatan.
Upaya-upaya sebelumnya telah memperlihatkan efektifi-tas simulasi evakuasi.[3, 4] Kedua upaya tersebut mengem-bangkan simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis mul-tiagent. Yozo Goto[3] menekankan pelaksanaan simulasi evakuasi untuk pendidikan kebencanaan dan juga peren-canaan perkotaan di wilayah Banda Aceh. Sementara Er-ick Mas et al.[4] mengintegrasikan pemodelan tsunami dan evakuasi untuk kejadian tsunami besar Jepang 2011 di Ara-hama, Sendai City, Jepang. Keluaran dari simulasi tersebut mencakup estimasi jumlah korban yang selamat dan mening-gal.
Pada makalah ini, akan dipaparkan upaya pembangunan dan pengembangan aplikasi SET berbasis multiagent untuk Kecamatan Calang, di wilayah Kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh. Aplikasi SET difokuskan pada tiga skenario evakuasi ekstrim dengan luaran: perkiraan waktu evakuasi (clear-ing time) atau waktu yang dibutuhkan oleh masyarkat un-tuk meninggalkan daerah yang terkena terjangan tsunami; serta visualisasi titik-titik yang berpotensi menimbulkan
ke-(ABM) merupakan simulasi komputasi atau komputer yang memperluas kemampuan kecerdasan artifisial (artificial intel-ligence). ABM umumnya digunakan untuk model dan sim-ulasi permasalahan dalam ilmu teknik dan sosial. Pemod-elan dalam ilmu sosial bertujuan untuk mendapatkan suatu model sederhana yang dapat mewakili peristiwa atau realita sosial semirip mungkin dengan kondisi riil. Model tersebut diformulasikan kedalam program komputer, di mana terda-pat beberapa input dengan variabel-variabel independen dan beberapa output dengan variabel-variabel dependen. Pro-gram komputer akan memproses input tersebut ke dalam kondisi riil pada dunia sosial. Salah satu kondisi nyata dalam dunia sosial adalah manajemen darurat kebencanaan khusus-nya pada pemodelan evakuasi kebencanaan.[1]
ABM juga didefinisikan sebagai suatu model dimana indi-vidual atau agent digambarkan sebagai kesatuan yang unik dan otonom yang biasanya berinteraksi satu sama lain dan dengan lingkungannya. Pada ABM, setiap agent diasumsikan berbeda satu sama lain; bahwa mereka berinteraksi hanya be-berapa, tidak dengan semua agent lainnya; bahwa mereka dapat berubah dari waktu ke waktu; bahwa mereka dapat memiliki siklus hidup yang berbeda atau tahap kemajuan-nya, mungkin termasuk kelahiran dan kematian; dan bahwa mereka membuat keputusan adaptif otonom untuk mencapai tujuan-tujuannya. ABM dan simulasi yang disebut sebagai ABMS merupakan suatu model kombinasi untuk memperli-hatkan interaksi antara agen dan lingkungannya secara in-dependen. Pada ABMS, sebuah sistem dimodelkan sebagai suatu set kesatuan pembuat keputusan otonom yang dike-nal sebagai agent. Secara individual, setiap agen merupakan kondisi pemahaman bagi diri dan lingkungannya, dan berin-teraksi dengan agen-agen lainnya, yang kemudian membuat suatu keputusan berdasarkan suatu ketentuan atau rule yang diberikan. Agent yang lebih maju bahkan dapat mengubah peraturan aksi mereka berdasarkan pengalaman yang dida-patkan.
Kelebihan-kelebihan dari teknik ABMS adalah sangat flek-sibel, dapat menggambarkan fenomena kedaruratan dan mendeskripsikan natur sebuah sistem.[1] Jadi, ABMS meru-pakan aplikasi yang ideal untuk simulasi evakuasi darurat kebencanaan dikarenakan dapat memberikan informasi yang berharga terhadap mekanisme dari prakondisi panik dan ke-macetan.
II.
METODOLOGI
Secara umum, aplikasi SET berbasis multiagent dikem-bangkan mengikuti tahapan berikut ini.
• Kajian literatur yang intensif berkenaan dengan peristiwa-peristiwa kedaruratan, multi-agent based simulation, crowd behaviour dan crowd modeling. • Mengidentifikasi kebutuhan-kebutuhan pengguna (user
requirements).
• Mendesain proses yang didasarkan kepada user require-ments. Deskripsi teknikal SET diformulasikan dengan menggunakan ODD Protocol.
evakuasi dapat dimodelkan sebagai aliran keramaian dan dapat diimplementasikan dengan menggunakan multiagent. Makalah ini mengadopsi pendekatan yang sama dimana setiap agen dimodelkan bergerak sepanjang peta digital jaringan jalan dan berdasarkan pada aturan (rule) yang telah ditetapkan, yaitu:[3] setiap agent mengikuti jalur terpendek yang menghubungkan tempat kediaman mereka menuju tem-pat evakuasi, baik dengan berjalan, manggunakan sepeda motor atau mobil; jika jalannya cukup lebar agent-agent yang bergerak lebih cepat mendahului mereka yang bergerak lam-bat.
III.
HASIL DAN PEMBAHASAN
A. Model Simulasi
Untuk membangun aplikasi SET berbasis multiagent, penelitian ini mengumpulkan dua jenis data dari lapangan.
• Data lingkungan, yang berkaitan dengan wilayah yang aman dan terkena dampak, seperti: road network, lebar jalan, karakteristik persimpangan jalan, jalur evakuasi, tempat-tempat aman, wilayah yang diterjang tsunami, dan lain-lain.
• Data berkaitan dengan agent, yang menggambarkan karakteristik masyarakat, seperti: moda evakuasi (pe-jalan kaki/evakuasi dengan ber(pe-jalan, atau menggunakan kendaraan), kecepatan pergerakan, waktu yang dibutuh-kan oleh masyarakat untuk melakudibutuh-kan evakuasi, kepa-datan penduduk, usia, dan lain-lain.
Terdapat tiga tipe masyarakat pejalan kaki yang dipertim-bangkan dalam simulasi ini, para laki-laki dan wanita yang
GAMBAR1: Tampilan aplikasi SET skenario 1 untuk kota Calang
TABEL2: Jenis dan Karakteristik Agent
lebih muda bergerak lebih cepat daripada dua tipe lainnya yaitu anak-anak dan orang tua, dan orang tua bergerak lebih lambat daripada anak-anak. Setiap agent ini akan berjalan berdasarkan kecepatan mereka dalam mencapai exit point yang tersedia, misalnya bangunan penyelamatan atau tempat yang lebih tinggi guna menghindari terjangan tsunami. Di-asumsikan dua jenis kendaraan yang digunakan masyarakat untuk evakuasi, yaitu sepeda motor dan mobil. Semua jalan dianggap memiliki lebar yang sama.
B. Protokol ODD
Pada pemodelan berbasis agent, salah satu cara untuk menggambarkan dan merumuskan model simulasi adalah
de-ngan menggunakan Protokol ODD (Overview, Design con-cepts, and Details).[5] Protokol ODD memungkinkan kita un-tuk menduplikasi model tersebut dan mereplikasi hasilnya.
TABEL1menggambarkan tujuh unsur protokol ODD).[5]Tiga elemen pertama memberikan Overview, yang keempat me-nunjukkan Design concepts, dan tiga lainnya menjelaskan De-tails.
B-1. Purpose
Tujuan dari model SET ini yaitu untuk mengeksplorasi dinamika masyarakat, skenario-skenario evakuasi dan kon-sekuensinya selama evakuasi tsunami. Pertanyaan utama yang ditujukan adalah: berapa lama waktu yang tepat atau
GAMBAR2: Tampilan aplikasi SET dengan dua skenario (skenario 1 dan 2) berjalan
TABEL3: Perbandingan jumlah penduduk yang berhasil melakukan evakuasi
waktu yang dibutuhkan oleh masyarakat untuk mening-galkan wilayah terjangan tsunami? Apakah ada hambatan potensial atau lokasi kemacetan?
B-2. Entities, state varibles, dan scales
Tiga jenis agent yang dipertimbangkan dalam model ini, menggambarkan laju pergerakan dan perilaku sederhana para pengungsi.
(i) Agent yang melakukan evakuasi menggunakan sepeda motor dan mobil, jenis agent ini terdiri dari 2-3 orang per kenderaan/agent.
(ii) Agent yang melakukan evakuasi berjalan kaki dengan kecepatan normal, jenis agent ini biasanya seorang pe-jalan kaki yang masih muda dan sehat. Karakteristik se-tiap agent digambarkan pada TABEL2.
Keramaian agent diasumsikan ideal dengan 1 agent/m2. Keadaan mobilitasnya tidak bergerak ataupun benar-benar berhenti. Setiap agent bergerak mengikuti jalan kota, dengan lebar 6 meter, hingga mereka mencapai titik tujuan.
B-3. Process overview dan scheduling
Proses evakuasi dimulai ketika adanya peringatan potensi tsunami. Bisa berupa gempa yang kuat, sirine dari sistem peringatan dini, atau pesan evakuasi dari masyarakat atau yang berwenang. Mekanisme transmisi pesan peringatan tersebut tidak dipertimbangkan. Berikut ini proses yang di-lakukan:
1. Menentukan jumlah agent yang menunjukkan populasi wilayah tersebut.
2. Agent-agent dikelompokkan sesuai dengan karakteris-tiknya pada TABEL2.
3. Menentukan titik-titik evakusi, dapat berupa bukit, gedung penyelamatan, dsb.
4. Menentukan rute-rute evakuasi dan keterhubungannya dengan titik-titik evakuasi tersebut.
5. Agent akan bergerak menuju titik-titik evakuasi yang di-tentukan.
6. Mencatat titik-titik kemacetan. B-4. Design Concepts
Prinsip dasar yang ditujukan oleh SET adalah pergerakan setiap agent (yang mewakili masyarakat) menuju titik-titik evakuasi yang telah ditentukan. Agent secara acak bergerak sepanjang peta jaringan jalan digital berdasarkan pada atu-ran yag ditetapkan. Pada setiap skenario, model akan memu-nculkan dua variabel, waktu yang tepat atau waktu yang dibutuhkan oleh orang-orang untuk meninggalkan wilayah yang terkena dampak, dan juga titik-titik kemacetan. Salah satu perilaku adaptif dimunculkan dengan kemampuan agent dalam memilih tujuan terpendek.
Tujuan dan prediksi tidak secara eksplisit dipertim-bangkan, dan tidak ada pembelajaran dalam model. Pengin-deraan itu penting, agent diasumsikan mampu mengidenti-fikasi jarak terpendek dari titik keluar dan mengikuti peta jaringan jalan digital. Model hanya mencakup interaksi seder-hana antara agent, anggota keluarga cenderung bergerak se-cara kolektif. Proses stokastik digunakan untuk menginisial-isasi gerakan agen dan arah mereka. Namun, secara empiris probabilitas yang ditentukan tidak dianggap. Aspek kolektif digunakan untuk menentukan kemacetan pada titik-titik ter-tentu. Sejumlah besar agen di lokasi bertindak sebagai indika-tor kemacetan atau hambatan. Untuk memungkinkan penga-matan waktu evakuasi dan titik kemacetan, waktu dan jumlah agent dicatat.
B-5. Initialization
Suatu jaringan jalan digital daerah diinisialisasi ketika model dimulai, termasuk jumlah dan lokasi dari daerah evakuasi.
B-6. Data Input
Wilayah yang terkena tsunami dan titik-titik evakuasi di-anggap konstan, sehingga tidak membutuhkan input data.
B-7. Submodels
SET tidak memiliki submodel. C. Prototipe
Dengan mempertimbangkan protokol ODD yang digam-barkan sebelumnya, aplikasi SET dibangun menggunakan NetMAS, suatu perangkat lunak multiagent.
Penelitian ini memilih wilayah kota Calang, di kabu-paten Aceh Jaya, Provinsi Aceh, yang merupakan wilayah berisiko tinggi terhadap tsunami. Luas area sekitar 4 Km× 2 Km, atau 8 Km2, yang terdiri atas 6 desa dengan populasi 6.323 jiwa. Tiga skenario utama diimplementasikan dalam prototipe yang menunjukkan situasi-situasi ekstrim selama berlangsungnya evakuasi.
• Skenario 1: masyarakat diasumsikan telah memiliki pengetahuan tentang rencana evakuasi. Mereka berg-erak mengikuti rute evakuasi dengan tujuan akhirnya adalah wilayah/bangunan evakuasi terdekat.
• Skenario 2: masyarakat diasumsikan tidak memi-liki pengetahuan awal tentang rencana atau strategi evakuasi. Mereka bergerak secara acak untuk menghin-dari wilayah bencana. Selain itu, titik-titik evakuasi tidak diketahui oleh para agent.
• Skenario 3: masyarakat diasumsikan tidak memi-liki pengetahuan awal tentang rencana atau strategi evakuasi. Mereka bergerak secara acak untuk menghin-dari wilayah bencana. Selain itu, titik-titik evakuasi tidak diketahui oleh para agent dan sebagian agent menggu-nakan mobil.
Berdasarkan skenario di atas dan juga kondisi yang digam-barkan dalam protokol ODD, SET Calang dikembangkan. Seperti ditunjukkan pada GAMBAR1, SET dilengkapi de-ngan interface yang user-friendly untuk membantu pengguna menggunakan aplikasi. Selain itu, prototipe SET juga menye-diakan interface dua layar, seperti ditunjukkan GAMBAR2, di mana dua skenario yang dipilih dapat dijalankan secara bersamaan. Fitur ini berguna ketika seseorang perlu mema-hami konsekuensi dari dua skenario evakuasi yang berbeda.
Estimasi waktu evakuasi dan jumlah pengungsi untuk se-tiap skenario ditampilkan pada TABEL3. Hal ini jelas bahwa rencana evakuasi bermanfaat dalam mengurangi jumlah kor-ban selama kondisi darurat, seperti tsunami.
Aspek pemanfaatan prototipe sebagai media edukasi kebencanaan telah dilakukan melalui sosialisasi aplikasi kepada para staf BPBD Kabupaten Aceh Jaya dan para guru untuk tingkat SD, SMP dan SMU yang ada di kota Calang. Hasil sosialisasi menunjukkan bahwa aplikasi SET penting dan sangat layak sebagai media edukasi untuk menginternal-isasi pengetahuan masyarakat tentang rencana evakuasi; dan meningkatkan pemahaman masyarakat tentang pentingnya rencana evakuasi tsunami. Oleh karena itu, pengembangan aplikasi evakuasi tsunami untuk daerah lain yang rentan ter-hadap bencana tsunami penting untuk dilakukan.
IV.
KESIMPULAN
Makalah ini menjelaskan aplikasi simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis multiagent untuk wilayah Calang, di Kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh. Model ini difor-mulasikan menggunakan protokol ODD (Overview, Design concepts, and Details), yang merupakan protokol standar yang banyak digunakan oleh pemodel berbasis agent. SET menawarkan dua luaran utama: estimasi waktu evakuasi di wilayah terkena dampak; dan titik-titik kemacetan potensial. Berdasarkan hasil simulasi, dapat ditegaskan bahwa rencana evakuasi yang diimplementasikan saat terjadi bencana sangat berperan dalam mengurangi jumlah korban selama proses evakuasi.
UCAPAN TERIMA KASIH
Penelitian ini didukung oleh Kementerian Riset dan Tek-nologi, Republik Indonesia, melalui skim Riset Insentif SINas 2012 dengan nomor ID RT-2012-1114.
DAFTAR PUSTAKA
[1] Chuanjun Ren, Chenghui Yang, and Shiyao Jin, (2009), Agent-based modeling and simulation on emergency
cluding the 2004 Indian ocean. Journal of Earthquake and Tsunami, vol. 3, No. 2, pp. 59–65.
[3] Yozo Goto, Muzaillin Affan, Agussabti, Yudha Nurdin, Diyah K. Yuliana, and Ardiansyah, (2012), Tsunami evac-uation simulation for disaster education and city plan-ning. Journal of Disaster Research, vol. 7, no. 1, pp. 1-10. [4] Erick Mas, Fumihiko Imamura, and Shunichi Koshimura, (2012), An agent based model for the tsunami evacuation simulation. A case study of the 2011 great east Japan tsunami in Arahama town. 9th Inter-national Conference on Urban Earthquake Engineering, pp. 1957-1964.
[5] Steven F. Railsback and Volker Grimm. Agent-Based and Individual-Based Modeling: A Practical Introduction. Princeton University Press. 2011.
