긴급상황 전, 중, 후에 긴급상황 관리자에 대한 우선 순위는 안전하고 효율적인 교통 경로를 제공하는 것임. 만 지역(Gulf)과 대서양 해안(Atlantic coasts)을 따라 남동부 주의 대다수에서는, 이러한 우선 순위가 여러 가지 요소에 의해 복잡해짐. 게다가, 이러한 지역에서 극한적인 열대성 사건은 항구(높은 파도), 교량(바람) 또는 도로(범람)를 사용할 수 없게 만듦. 이러한 인프라 이슈와 인간 행동의 불예측성은 극한의 사건 중에 해안가에 있는 지역사회에서 다중 운송수단의 혼잡 완화(multimodal congestion mitigation)에 대한 연구에서 상당한 어려움을 야기시킴.

이러한 어려움을 해결하기 위해, 학계의 여러 연구집단은 이전에 자금을 지원받은 “혼잡 완화를 위한 다중 운송수단의 해결책 센터(Center for Multimodal Solutions for Congestion Mitigation, CMS)” 프로젝트의 일환으로 이 문제에 달려지기 시작했음. 한 집단에서, 해안 과학자들은 폭풍이 발생한 동안 자연 환경을 시뮬레이션을 하기 위해 첨단의 대기 및 어귀 모델(atmospheric and estuary models)을 개발하고 있음. 또다른 집단에서, 교통 공학자들과 최적화 전문가들은 가장 효율적인 교통 경로를 계획하기 위해 혼잡 완화 모델을 개발하고 있음.

이 연구의 목적은 공공적으로 가용한 다중 운송수단의 교통 교육 버추얼 어플라이언스(Multimodal Transportation Educational Virtual Appliance, MTEVA) ？ 다학제적인 연구 및 교육을 위한 모형적 버추얼 환경 ？ 을 개선하기 위해 이들 집단간에 협력을 지속시키는 것임. 현재, 이러한 버추얼 환경에서 폭풍 해일과 대피 모델(storm surge and evacuation models)이 결합되고 제시됨.

이 연구에서 폭풍 해일과 대피 모델을 미국 플로리다 주(State of Florida) ？ 특히, 플로리다 북동쪽의 잭슨빌(Jacksonville) 지역 ？ 에 매우 중요한 실제의 물리적 시스템에 적용하기 위해 MTEVA가 개발되었음. 상대적으로 단순한 가설적 영역에서 훨씬 더 복잡한 이 지역으로 MTEVA를 확장하는 것은 폭풍 해일과 범람의 시뮬레이션과 교통 네트워크의 최적화 모두에 어려움을 부여함. 이 노력의 일환으로, 현재의 데이타 상태뿐만 아니라 미래의 상태 하에서 역사적인 기후학적 데이타에 근거하여 이 지역에 대하여 폭풍, 범람 및 교통 인프라 위험지도(risk maps)이 개발될 것임.

기존의 MTEVA와 같이, 긴급상태에 대해 폭풍 및 범람 모델과 혼잡 모델을 결합하는 모델링 시스템에서 사용자들에게 그래픽 사용자 인터페이스(graphic user interfaces)가 제공됨. 그러나, 개선된 MTEVA에서는, 이러한 인터페이스가 표준 웹 서비스로 만들어지고 쓰레즈 데이타 서버(THREDDS Data Server, TDS)에서 호스팅됨.

플로리다 북동 지역은 고해상도의 LiDar 데이타를 사용하여 개발되며 교통 네트워크는 플로리다 북동 지역의 계획모델(Northeast Florida Regionally Planning Model, NERPM)에 기반함. MTEVA 자체도 개선되어, 거의 모든 컴퓨팅 환경에서 적용가능성을 최대화하기 위해 USB 장치에서 직접 부팅이 될 수 있음.
 

허리케인, 지진, 산업 재해, 핵 사고, 테러리스트 공격과 다른 긴급상황은 인간의 삶에 큰 위험을 야기시킴. 이러한 상황에서 효율적인 대피는 안전을 높히고 손상의 증가를 막는 한 방법임. 허리케인 카트리나(Hurricane Katrina)가 초래한 손상은 막대하였음. 이 허리케인은 150만 명을 대피시켰고 400억-1,200억 달러의 경제적 손해를 일으켰음. 이와 같은 재해는 잘 문서화되어 있어 미래의 극한적인 사고에 대해 더 나은 대비를 가능케 함. 지난 십년 간, 대피 문제는 주목을 끌었고 대피 전략에 대한 많은 연구가 나와있음.

현재 문헌에서 가용한 모델은 주로 특정 지역의 대피에 맞추어져 있음. 이러한 모델은 상대적인 장단점을 가지고 있으나, 그들의 특정 니즈에 맞춰져 있음. 모든 상황에서 사용될 수 있는 통합 모델을 만드는 것은 다소 어려울 수 있음. 여러 특징(또는 기능, features)을 포함하는 것은 모델의 복잡성 및 컴퓨터의 속도에 영향을 미침. 다른 한편으로, 모델을 단순화하는 것은 모델의 정확성을 떨어뜨릴 수 있음. 이러한 특징에 대한 고려 없이 모델을 만드는 것은 즉시 실행될 수 없음. 일부 특징은 대부분의 모델에서 고려되고 일반적인 대피 환경에서 적용가능함.

문헌에서 가용한 기존의 기법들을 파악하고 평가하기 위해 종합적인 설문조사가 수행되었음. 다중 운송수단의 교통에서 적당한 수준의 불충분성, 사고 및 혼잡의 상황에서 대체적인 대피 경로, 그리고 어려운 최적화 문제의 휴리스틱 탐색(heuristic exploration)을 인지하면서, 이 설문조사는 현재의 기법에서 부족함을 설명하는데 도움이 되었고 대피 효율성에 상당히 영향을 미치는 핵심적인 특징을 파악할 수 있도록 하였음.

이전의 CMS 이니셔티브의 일환으로, 파달로스 박사(Dr. Pardalos)는 대피 모델링에서 이러한 특징의 일부를 언급하였음. 앞에서 언급된 설문조사에서, 모델은 분석적 또는 시뮬레이션 기반으로 분류되었고, 개별 기법의 장단점이 논의되었음. 시뮬레이션 기반의 모델은 그 실용적 장점과 동적인 요소에 적응가능한 유연성 때문에 실제에서 종종 사용됨. 최적화 모델은 정확한 장점이 있지만 많은 경우에 계산의 복잡성 때문에 실시간으로 적용될 때 시뮬레이션 기반의 모델보다 뒤떨어지는 면이 있음.

최근에는 분석적 기법과 시뮬레이션 기법을 결합한 하이브리드 모델을 사용하여 이들의 상대적인 장점을 취하여 정확하고 정밀한 결과를 도출하는 경향이 있음. 파달로스 박사는 시뮬레이션을 통하여 실험적으로 증명된 병렬 컴퓨팅 능력(parallel computing capability)을 가진 정수 프래그래밍 공식(integer programming formulation)을 개발하였음.

다양한 대피 및 해안/대기 계산 모델이 존재하지만, 이러한 모델을 결합할 필요가 있을 때 여러 어려움이 발생함. 따라서 이 연구의 목적은, 모델의 결합을 용이하게 하는 일관되고 실행가능한 팩키지 소프트웨어를 제공하는 것임.

여러 다른 모델이 연구자에 따라, 과학 영역에 따라, 프로그램 언어와 소프트웨어 팩키지에 따라 다르게 개발됨. 따라서, 소스 코드 단계에서 통합하거나 처음부터 모델을 결합하는 것은 높은 소프트웨어 개발 비용 때문에 종종 가능하지 않음. 대신에 우리의 접근방법은, 수정되지 않은 모델의 이진 프로그램(unmodified model binary programs)이 구성될 수 있는 버추얼 환경을 제공함으로써 모델의 결합을 용이하게 하는 것임. 이러한 환경은 현대의 버추얼라이제이션 기술 ？ 예를 들어, VMware (Player/Server), Citrix (Xen), Microsoft (Hyper-V) ？ 상에서 구축됨.
 

MTEVA는 높은 바람, 폭풍 해일 및 범람에 종속되는 시스템에 가상과 실제의 물리적 영역에서 교통 네트워크의 반응을 시뮬레이션할 수 있는 결합된 모델링 시스템을 구축함으로써 해안과학, 교통 및 사이버인프라 연구 및 교육에서 도움이 될 수 있도록 하였음. MTEVA이 버추얼 머신(Virtual Machine, VM)을 사용함으로써 개별 과학의 요소들이 사용하기 쉬운 환경에서 결합될 수 있도록 하였음.

MTEVA를 활용할 수 있는 여러 가능성이 있지만, 그 중에서 세가지가 여기에서 강조됨. 첫째, 폭풍의 전, 중, 후에서 실제적인 상태 시나리오과 교통 네트워크 상태를 개발할 필요가 있는 긴급상황 대비 훈련에 대한 계획자 및 관리자에 의해 MTEVA는 잘 사용될 수 있을 것임. 둘째, MTEVA는 특정 교통 인프라를 예측하는데 있어 최초의 응답자를 돕기 위해 긴급상황 운영센터(Emergency Operations Center, EOC)에서 실시간으로 사용될 수 있을 것임. 마지막으로, MTEVA는 모든 기술 수준의 학생들이 폭풍 해일과 범람, 교통 공항 및 최적화에 대한 체험활동을 통해 배울 수 있는 교육 환경에서 잘 사용될 것임.

요약하자면, MTEVA는:

？ 차선 전도(lane reversal)를 시뮬레이션할 수 있는 교통 네트워크 최적화 모델과 결합된 폭풍 해일 및 범람 모델링 시스템을 포함함. 이렇게 결합된 모델링 시스템은 가상 및 실제의 물리적 해안 영역과 교통 네트워크에 적용됨.

？ 초보자 및 전문가용 모두의 사용자 인터페이스를 포함하고 결과의 공유 및 시각화를 위한 쓰레즈 데이타 서버의 사용을 통하여 상호호환성(interoperability)을 가지고 있음. 대부분의 기초 단계에서, 사용자는 웹 기반의 그래픽 사용자 인터페이스를 통하여 MTEVA에 접근가능함. 그러나, 전문적인 사용자들을 위해 시뮬레이션의 직접적인 셋업 및 수행에 사용될 수 있는 터미널 접근(terminal access)도 사용가능함.

？ 완벽하게 환경설정이 가능하고 맞춤형으로 만들 수 있으며 확장가능함. 도구 덕분에 스크립트, 웹 인터페이스 등이 MTEVA에 위치함. 개별 사용자의 니즈를 맞추기 위해 모든 개별 요소가 수정될 수 있음. 예를 들어, 노드(nodes)의 위치가 수정되고, 추가적인 노드가 추가될 수 있고, 요구사항 및 능력이 변화될 수 있음.

？ 대중에게 가용한 기술을 사용하여 개발됨. MTEVA에서 사용된 모든 기술은 무료이고 대중의 영역에 있음. 따라서 MTEVA의 사용은 무제한적이고 가능한 모든 청중들에게 가용함.

？ 글로벌 계산 자원(global computational resources)에 대한 접근을 제공함. 인터넷에 접근하기만 하면, 그리드 장치(Grid Appliances, GAs)는 자동적으로 전세계에 있는 다른 장치와 자원에 연결하기 위해 노력함. 따라서 사용자들에게 손쉽게 일련의 시뮬레이션을 돌릴 수 있는 능력을 제공함. 그러나 사용자들은 또한 그들 자신의 버추얼 클러스터(virtual clusters)를 구성할 수 있음. 예를 들어, 그들 자신의 LAN에 있는 자원은 보안이 되어 있는 버추얼 민간 네트워크를 통하여 더 큰 자원의 공간으로 연결될 수 있음.

？ 해안 과학, 사이버인프라 및 교통 공학을 공부하는 학생들에게 유용한 교육 환경을 제공함. 예를 들어, 해안 과학 학생들은 폭풍 해일이 주어진 폭풍의 강도, 지역의 특성에 따라 그 지역에 어떻게 영향을 미치는지 더 잘 이해할 수 있음. 사이버인프라 학생들은 MTEVA의 웹 인터페이스, 데이타베이스 및 스크립팅 기술과 함께 GA 그 자체의 기술적 내용에 중점을 둘 수 있음. 교통 공학 학생들은 차선 전도의 사용이 폭풍이 발생하였을 때 어떻게 최적화될 수 있는지 연구할 수 있음. 마지막으로 플로리다 북동부의 교통 실무자들은 그들의 지역이 여러 다른 가설적 열대성 폭풍에 어떻게 반응하는지를 연구하는데 MTEVA를 사용할 수 있음.