SIMULASI EVAKUASI TSUNAMI BERBASIS MULTIAGENT

SEBAGAI MEDIA EDUKASI KEBENCANAAN

 

Khairul Munadi 1)

Nasaruddin 2)

Yudha Nurdin 3)

M. Dirhamsyah 4)

 

 

1-3) Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala

4) Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala

1,2,4) Tsunami and Disaster Mitigation Research Center (TDMRC), Univesitas Syiah Kuala

e-Mail : munadi@elektro.unsyiah.ac.id

 

 

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.

 


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 tersebut; dan mengambil rute yang benar serta tempat yang aman bagi para pengungsi.

            Dengan berfokus pada poin terakhir, salah satu cara untuk membekali masyarakat dengan pengetahuan tentang rute evakuasi dan tempat yang aman adalah dengan melaksanakan 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 membangun 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 efektifitas simulasi evakuasi [3,4]. Kedua upaya tersebut mengembangkan simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis multiagent. Yozo Goto [3] menekankan pelaksanaan simulasi evakuasi untuk pendidikan kebencanaan dan juga perencanaan perkotaan di wilayah Banda Aceh. Sementara Erick Mas et.al [4] mengintegrasikan pemodelan tsunami dan evakuasi untuk kejadian tsunami besar Jepang 2011 di Arahama, Sendai City, Jepang. Keluaran dari simulasi tersebut mencakup estimasi jumlah korban yang selamat dan meninggal.

            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 (clearing time) atau waktu yang dibutuhkan oleh masyarkat untuk meninggalkan daerah yang terkena terjangan tsunami; serta visualisasi titik-titik yang berpotensi menimbulkan kemacetan.

 

Pemodelan Berbasis Agent

Pemodelan berbasis agent atau agent-based modeling (ABM)  merupakan simulasi komputasi atau komputer yang memperluas kemampuan kecerdasan artifisial (artificial intelligence). ABM umumnya digunakan untuk model dan simulasi permasalahan dalam ilmu teknik dan sosial. Pemodelan 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 terdapat beberapa input dengan variabel-variabel independen dan beberapa output dengan variabel-variabel dependen. Program komputer akan memproses input tersebut ke dalam kondisi riil pada dunia sosial. Salah satu kondisi nyata dalam dunia sosial adalah manajemen darurat kebencanaan khususnya pada pemodelan evakuasi kebencanaan [1].     ABM juga didefinisikan sebagai suatu model dimana individual 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 beberapa, tidak dengan semua agent lainnya; bahwa mereka dapat berubah dari waktu ke waktu; bahwa mereka dapat memiliki siklus hidup yang berbeda atau tahap kemajuannya, 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 memperlihatkan interaksi antara agen dan lingkungannya secara independen. Pada ABMS, sebuah sistem dimodelkan sebagai suatu set kesatuan pembuat keputusan otonom yang dikenal sebagai agent. Secara individual, setiap agen merupakan kondisi pemahaman bagi diri dan lingkungannya, dan berinteraksi 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 didapatkan.

            Kelebihan-kelebihan dari teknik ABMS adalah sangat fleksibel, dapat menggambarkan fenomena kedaruratan dan mendeskripsikan natur sebuah sistem [1]. Jadi, ABMS merupakan aplikasi yang ideal untuk simulasi evakuasi darurat kebencanaan dikarenakan dapat memberikan informasi yang berharga terhadap mekanisme dari prakondisi panik dan kemacetan.

 

Metode Penelitian

Secara umum, aplikasi SET berbasis multiagent dikembangkan 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 requirements. Deskripsi teknikal SET diformulasikan dengan menggunakan ODD Protocol.

·      Mengembangkan model konseptual dan prototipe aplikasi.

            Menurut Yozo Goto [3], pergerakan masyarakat saat 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 tempat evakuasi, baik dengan berjalan, manggunakan sepeda motor atau mobil; jika jalannya cukup lebar agent-agent yang bergerak lebih cepat mendahului mereka yang bergerak lambat.

 

 

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 (pejalan kaki/evakuasi dengan berjalan, atau menggunakan kendaraan), kecepatan pergerakan, waktu yang dibutuhkan oleh masyarakat untuk melakukan evakuasi, kepadatan penduduk, usia, dan lain-lain.

            Terdapat tiga tipe masyarakat pejalan kaki yang dipertimbangkan dalam simulasi ini, para laki-laki dan wanita yang 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. Diasumsikan 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 dengan menggunakan Protokol ODD (Overview, Design concepts, and Details) [5]. Protokol ODD memungkinkan kita untuk menduplikasi model tersebut dan mereplikasi hasilnya. Tabel 1 menggambarkan tujuh unsur protokol ODD [5]. Tiga elemen pertama memberikan Overview, yang keempat menunjukkan Design concepts, dan tiga lainnya menjelaskan Details.

Table 1. Tujuh unsur protokol ODD.

Unsur Protokol ODD

Overview

1. Purpose

2. Entities, state variables, and scales

3. Process overview and scheduling

Design Concepts

4. Design concepts

  • Basic principles
  • Emergence
  • Adaptation
  • Objectives
  • Learning
  • Prediction
  • Sensing
  • Interaction
  • Stochasticity
  • Collectives
  • Observation

Details

5. Initialization

6. Input data

7. Submodels

 

1.  Pupose

Tujuan dari model SET ini yaitu untuk mengeksplorasi dinamika masyarakat, skenario-skenario evakuasi dan konsekuensinya selama evakuasi tsunami. Pertanyaan utama yang ditujukan adalah: berapa lama waktu yang tepat atau waktu yang dibutuhkan oleh masyarakat untuk meninggalkan wilayah terjangan tsunami? Apakah ada hambatan potensial atau lokasi kemacetan?

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 pejalan kaki yang masih muda dan sehat. Karakteristik setiap agent digambarkan pada Table 2.

 

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.

 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 dilakukan:

  1. Menentukan jumlah agent yang menunjukkan populasi wilayah tersebut.
  2. Agent-agent dikelompokkan sesuai dengan karakteristiknya pada Table 2.
  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 ditentukan.
  6. Mencatat titik-titik kemacetan.

 

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 aturan yag ditetapkan. Pada setiap skenario, model akan memunculkan 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 dipertimbangkan, dan tidak ada pembelajaran dalam model. Penginderaan itu penting, agent diasumsikan mampu mengidentifikasi jarak terpendek dari titik keluar dan mengikuti peta jaringan jalan digital. Model hanya mencakup interaksi sederhana antara agent, anggota keluarga cenderung bergerak secara kolektif. Proses stokastik digunakan untuk menginisialisasi gerakan agen dan arah mereka. Namun, secara empiris probabilitas yang ditentukan tidak dianggap. Aspek kolektif digunakan untuk menentukan kemacetan pada titik-titik tertentu. Sejumlah besar agen di lokasi bertindak sebagai indikator kemacetan atau hambatan. Untuk memungkinkan pengamatan waktu evakuasi dan titik kemacetan, waktu dan jumlah agent dicatat.

5. Initialization

Suatu jaringan jalan digital daerah diinisialisasi ketika model dimulai, termasuk jumlah dan lokasi dari daerah evakuasi.

6. Data Input

Wilayah yang terkena tsunami dan titik-titik evakuasi dianggap konstan, sehingga tidak membutuhkan input data.

7. Submodels

SET tidak memiliki submodel.

 

C.           Prototipe

Dengan mempertimbangkan protokol ODD yang digambarkan sebelumnya, aplikasi SET dibangun menggunakan NetMAS, suatu perangkat lunak multiagent.

            Penelitian ini memilih wilayah kota Calang, di kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh, yang merupakan wilayah berisiko tinggi terhadap tsunami. Luas area sekitar 4 Km x 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 bergerak mengikuti rute evakuasi dengan tujuan akhirnya adalah wilayah/bangunan evakuasi terdekat.

·      Skenario 2: masyarakat diasumsikan tidak memiliki pengetahuan awal tentang rencana atau strategi evakuasi. Mereka bergerak secara acak untuk menghindari wilayah bencana. Selain itu, titik-titik evakuasi tidak diketahui oleh para agent.

·      Skenario 3: masyarakat diasumsikan tidak memiliki pengetahuan awal tentang rencana atau strategi evakuasi. Mereka bergerak secara acak untuk menghindari wilayah bencana. Selain itu, titik-titik evakuasi tidak diketahui oleh para agent dan sebagian agent menggunakan mobil.

Berdasarkan skenario di atas dan juga kondisi yang digambarkan dalam protokol ODD, SET Calang dikembangkan. Seperti ditunjukkan pada Gambar 1, SET dilengkapi dengan interface yang user-friendly untuk membantu pengguna menggunakan aplikasi. Selain itu, prototipe SET juga menyediakan interface dua layar, seperti ditunjukkan Gambar 2, di mana dua skenario yang dipilih dapat dijalankan secara bersamaan. Fitur ini berguna ketika seseorang perlu memahami konsekuensi dari dua skenario evakuasi yang berbeda.

Estimasi waktu evakuasi dan jumlah pengungsi untuk setiap skenario ditampilkan pada Tabel 3. Hal ini jelas bahwa rencana evakuasi bermanfaat dalam mengurangi jumlah korban 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 menginternalisasi 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 terhadap bencana tsunami penting untuk dilakukan.



Table 2. Jenis dan Karakteristik Agent.

Type

Metode Evakuasi

Kecepatan (rata-rata)

Waktu dimulainya Evakuasi

Persentase

1

Menggunakan sepeda motor

25,2 Km/jam

100 menit setelah gempa

75%

2

Menggunakan mobil

15 Km/jam

100 menit setelah gempa

10%

3

Jalan Kaki (Kecepatan Normal)

5 Km/jam

Segera

25%


Text Box:  
Gambar 1 Tampilan aplikasi SET skenarion 1 untuk kota Calang

 




Text Box:  
Gambar 2 Tampilan aplikasi SET dengan dua skenario (skenario 1 dan 2) berjalan.

Tabel 3  Perbandingan jumlah penduduk yang berhasil melakukan evakuasi

Menit ke-

Jumlah Penduduk Evakuasi

(Skenario 1)

Jumlah Penduduk Evakuasi

(Skenario 2)

Jumlah Penduduk Evakuasi

(Skenario 3)

5

2.797

2.032

2.131

10

5.218

3.852

4.019

15

5.748

4.375

4.563

20

5.976

4.598

4.801

25

6.072

4.778

4.905

30

6.212

4.902

5.014

35

6.311

4.990

5.125

Tidak berhasil Evakuasi

12

1.333

1.198



Kesimpulan

Makalah ini menjelaskan aplikasi simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis multiagent  untuk wilayah Calang, di Kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh. Model ini diformulasikan 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 Teknologi, 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 evacuation. Complex 2009, Part II, LNICST 5, pp. 1451-1461.

[2]    Fumihiko Imamura. 2009. Dissemination of information and evacuation procedures in the 2004-2007 tsunamis, including 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 evacuation simulation for disaster education and city planning. 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 International 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.