Ευφυής Ανάλυση της Θαλάσσιας Κίνησης

Πανεπιστήμιο Αιγαίου Σχολή Θετικών Επιστημών Τμήμα Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων Πτυχιακή Εργασία Ευφυής Ανάλυση της Θαλάσσιας Κίνησης και Μεταφοράς για Περιβαλλοντικά Ασφαλή Ναυτιλία Του φοιτητή Σελημίδη Δημήτρη Επιβλέπων Καθηγητής Μαραγκουδάκης Μανώλης Αρ. Μητρώου: 323Μ/11025 Σάμος 2013

Πρόλογος Η αύξηση στην κυκλοφορία πλοίων στο Αιγαίου, μαζί με την έλλειψη πολιτικής παρακολούθησης του, συμβάλουν στην αύξηση των πιθανοτήτων ατυχημάτων πλοίων, θέτοντας σε περιβαλλοντικό και οικολογικό κίνδυνο το Αιγαίο πέλαγος ενώ ταυτόχρονα προκαλούν οικονομικές επιβαρύνσεις στο Ελληνικό κράτος. Στόχος της παρούσας διπλωματικής είναι η συμβολή στην μείωση των πιθανοτήτων ατυχημάτων και η παρακολούθηση των παραγόντων κινδύνου με την ανάπτυξη μιας πύλης πληροφόρησης για περιβαλλοντικά βέλτιστες διαδρομές σε πλοία, ειδοποίηση για πιθανότητα ατυχήματος και υποστήριξη χάραξης πολιτικής. Για την παρακολούθηση των παραγόντων κινδύνου και την εξαγωγή πορισμάτων για ασφαλή ή μη ταξίδια, αναπτύχθηκε μια διαδικτυακή εφαρμογή που αξιολογεί την επικινδυνότητα ανά περιοχές της θαλάσσιας επιφάνειας του Αιγαίου ανάλογα με τις παραμέτρους του χρήστη, στηριζόμενη σε δύο τομείς της Πληροφορικής που γνώρισαν ανάπτυξη τον τελευταίο καιρό, στις χωρικές βάσεις δεδομένων και την εξόρυξη πληροφορίας. Η παρούσα διπλωματική εργασία εκπονήθηκε στο πλαίσιο του μεταπτυχιακού προγράμματος σπουδών, του τμήματος Μηχανικών Πληροφοριακών και Επικοινωνιακών Συστημάτων, της σχολής Θετικών Επιστημών του Πανεπιστημίου Αιγαίου, υπό την επίβλεψη του κ. Μανώλη Μαραγκουδάκη, επίκουρου Καθηγητή. Ιδιαίτερες ευχαριστίες στον επιβλέποντα καθηγητή κύριο Μαραγκουδάκη Μανώλη για την καθοδήγηση του σε όλη την διάρκεια της διπλωματικής, για την αμεσότητα του και την επεξηγηματικότατα του σε όσες απορίες είχαν δημιουργηθεί καθώς και στην παροχή πηγών. Ευχαριστίες στους κυρίους Ridley Windland και Μάριο Βόντα για την παροχή δεδομένων και διευκρινίσεων για την κίνηση των πλοίων. 3

Περίληψη Ο στόχος της διπλωματικής εργασίας είναι η συμβολή στην παρακολούθηση και ανάλυση της θαλάσσιας κίνησης και των κινδύνων σε κάθε περιοχή του Αιγαίου. Αντικείμενο της διπλωματικής εργασίας είναι η ανάπτυξη μιας διαδικτυακής πύλης όπου πρόσβαση θα έχουν πλοιοκτήτες, φορείς χάραξης πολιτικής και η επιστημονική κοινότητα. Η πύλη αυτή θα χρησιμοποιείται για να προτείνει περιβαλλοντικά βέλτιστες διαδρομές σε πλοία και να παρέχει υποστήριξη για χάραξη πολιτικής βάσει αναλύσεων δεδομένων και εξόρυξης ω- φέλιμης γνώσης με αλγόριθμους ανάλυσης κοινών γνωρισμάτων και εξόρυξης πληροφοριών. Η πύλη βασίζεται σε ιστορικά και πραγματικού χρόνου θαλάσσια δεδομένα, συμπεριλαμβανομένων πληροφοριών θέσης και ταχύτητας πλοίων, μετεωρολογικές προβλέψεις και πληροφορίες χάρτη. Όλα τα δεδομένα αποθηκεύονται σε μια βάση δεδομένων, όπου κατάλληλο σύστημα διαχείρισης της παρέχει αξιόπιστη αναπαράσταση τους και ταχύτητα απόκρισης ενώ κατάλληλες υπηρεσίες ιστού αναλαμβάνουν την τροφοδοσία της πύλης με πληροφορίες. Μέσω της πύλης, το έργο στοχεύει άμεσα στο να μειωθεί ο κίνδυνος ατυχήματος πλοίων και κατά συνέπεια να συμβάλλει στην προστασία του Αιγαίου. Παράλληλα, η πύλη στοχεύει να προσκομίσει κέρδος στις επιχειρήσεις που συμμετέχουν, κυρίως μέσω των υπηρεσιών μείωσης κινδύνου ατυχήματος προς πλοιοκτήτες. Στους φορείς έρευνας θα δοθεί μοναδική ευκαιρία για α- νάπτυξη μεθοδολογιών διαχείρισης και ανάλυσης τεράστιων ποσοτήτων ετερογενών χωρο-χρονικών δεδομένων συνεχούς ροής και εκτίμησης κινδύνων σε πραγματικό χρόνο. Τέλος, τα συμπεράσματα της μελέτης στο Αιγαίο θα είναι χρήσιμα σε φορείς και ενδιαφερόμενους σε παγκόσμιο επίπεδο. 5

Abstract The goal of this thesis is a contribution to monitoring and analyzing of the marine traffic and risks in Aegean Sea. The main objective about this thesis is to develop a web portal where ship owners, policy makers and scientific community can be informed about the marine traffic and risks. This web portal will be used to suggest environmentally optimal routes for shipping and provide support for policy development based on data analysis and data mining research. The portal is based on historical and real-time marine data, including location information, speed and hazard level of ships, weather conditions and map information. All ship data is stored in a database, where appropriate management system provides reliable data representation and speed, while appropriate web services undertake to supply the portal with weather information. Through the web portal, this project aims to directly reduce the risk of vessel accidents and thus helps protect the Aegean from all its aspects. At the same time, the web portal aims to provide a profit to the companies involved, particularly through reducing accident risk to ship owners. Policy makers will be given a unique research opportunity to develop methodologies for the analysis of vast amounts of heterogeneous spatio-temporal data streaming and risk assessment in real time. Finally, the conclusions of the study in the Aegean will be useful to stakeholders and interested parties worldwide. 7

Περιεχόμενα Πρόλογος...3 Περίληψη...5 Abstract...7 1 Εισαγωγή... 11 1.1 Θαλάσσια κίνηση... 11 1.2 Κίνδυνοι ατυχήματος... 12 1.3 Επιπτώσεις θαλάσσιων ατυχημάτων... 15 1.4 Τεχνολογίες πληροφορικής και θαλάσσια δεδομένα... 18 1.5 Συστήματα παρακολούθησης της θαλάσσιας κίνησης... 19 2 Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα... 23 2.1 Τι είναι ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα... 23 2.2 Περιγραφικά Δεδομένα... 24 2.3 Χωρικά Δεδομένα... 26 2.4 Χωρικά Ερωτήματα... 27 2.4.1 Ορθογώνιο Ελάχιστης Οριοθέτησης... 29 2.5 Χωρικές Βάσεις Δεδομένων... 30 2.5.1 Συστήματα διαχείρισης χωρικών βάσεων δεδομένων... 30 2.5.2 Χωρικά ευρετήρια... 33 2.6 Βασικές Εννοείς... 36 2.6.1 Δομές δεδομένων... 38 2.6.2 Τοπολογικές σχέσεις... 39 2.7 Τεχνολογίες και τεχνικές... 39 2.8 Διαδικτυακή Χαρτογράφηση... 40 9

3 Εξόρυξη Δεδομένων... 45 3.1 Τι είναι η εξόρυξη δεδομένων... 45 3.2 Κατηγοριοποίηση (Classification)... 48 3.3 Παλινδρόμηση (Regression)... 50 3.4 Συσχέτιση (Association)... 51 3.5 Συδταδιοποίηση (Clustering)... 52 4 Αλγόριθμοι συσταδοποίησης... 55 4.1 Ιεραρχικοί Αλγόριθμοι... 55 4.2 Διαμεριστικοί αλγόριθμοι... 57 4.2.1 k-means... 57 4.3 Αλγόριθμοι με βάση την κατανομή... 61 4.3.1 EM... 62 4.4 Αλγόριθμοι με βάση την πυκνότητα... 66 4.4.1 DBSCAN... 66 5 Πειράματα... 73 6 Ευφυής Ανάλυση της Θαλάσσιας Κίνησης... 77 6.1 Συγκέντρωση δεδομένων... 78 6.2 Ανάλυση δεδομένων... 81 6.3 Προγραμματιστική ανάλυση... 85 7 Συμπεράσματα... 91 8 Βιβλιογραφία... 95 10

1 Εισαγωγή Η ανάπτυξη της ναυτιλίας, οι διεθνείς εμπορικές και τουριστικές σχέσεις καθώς και η γεωγραφική θέση του Αιγαίου συμβάλουν στην αύξηση της κίνησης των πλοίων στην περιοχή του. Καθημερινά, εκατοντάδες πλοία χρησιμοποιούν τα θαλάσσια ύδατα του Αιγαίου ώστε να μεταφέρουν ανθρώπους, προϊόντα, υλικά και καύσιμα από και προς της περιοχές της Ελλάδας, της Τουρκίας και της Μέσης Ανατολής, πλέοντας σε ελληνικά ύδατα. 1.1 Θαλάσσια κίνηση Η θαλάσσια κίνηση στην Μεσόγειο Θάλασσα έχει αυξηθεί δραματικά τα τελευταία χρόνια λόγω της τεχνολογικής προόδου στα πλοία, τα οποία έχουν βελτιωθεί σημαντικά στην ταχύτητα, την χωρητικότητα και το μέγεθος τους. Ιδιαίτερα η κίνηση αυξάνεται στην ανατολική Μεσόγειο, η οποία αποτελεί την θαλάσσια πύλη μεταφοράς καυσίμων μεταξύ της Μέσης Ανατολής και της Δυτικής Ευρώπης. Επίσης, τουριστικά κρουαζιερόπλοια επιλέγουν περιοχές της ανατολικής μεσογείου για την διεξαγωγή των κρουαζιέρων, προσφέροντας οικονομική και τουριστική άνθιση στην περιοχή. Παρόλα αυτά, η ναυτιλία της περιοχής γίνεται χωρίς έλεγχο σε μεγάλο βαθμό και επιφυλάσσει κινδύνους. Πάρα το μικρό μέγεθος της Μεσογείου σε σχέση με την επιφάνεια που καλύπτει τη Γη, η Μεσόγειος φιλοξενεί το 4 με 18% των θαλάσσιων ειδών παγκοσμίως και περίπου το ¼ των οργανισμών θεωρούνται ενδημικά. Χαρακτηρίζεται από ένα μεγάλο πλήθος μικρών νησιών και στενά κανάλια, όπου βρίσκουν κατάλληλες συνθήκες για να επιβιώσουν πολλά προστατευόμενα είδη, όπως θαλάσσιες χελώνες και καρχαρίες. Κατά συνέπεια, θεωρείται σημαντικό να προστατευτεί η ανατολική Μεσόγειος από τις καταστροφικές επιπτώσεις της ναυτιλίας. 11

Λαμβάνοντας υπόψη τη οικολογική σημασία της περιοχής και την οικονομική σημασία της προς την Ελλάδα και τις παγκόσμιες οικονομίες, θα έπρεπε να υπάρχουν στρατηγικές για την διαχείριση και την εποπτεία της ναυτιλίας, όπως συμβαίνει σε αντίστοιχες θάλασσες παγκοσμίως. 1.2 Κίνδυνοι ατυχήματος Η συνεχής αύξηση της θαλάσσιας κίνησης επιφυλάσσει κινδύνους με βαριές καταστροφές που θα επηρεάσουν μακροχρόνια το περιβαλλοντολογικό και το κοινωνικο-οικονομικό κομμάτι της Μεσογείου. Το Αιγαίο έχει το υψηλότερο ποσοστό ατυχημάτων στην περιοχή της Μεσογείου. Σύμφωνα με μετρήσεις που έχουν γίνει από το «Αρχιπέλαγος» 1, σε τρία κομβικά περάσματα του Αιγαίου, παρατηρήθηκε ότι περίπου εκατό πλοία διέρχονται καθημερινά. Από αυτά, το 65% ήταν φορτηγά πλοία, το 21% ήταν δεξαμενόπλοια, και μόνο το 5% ήταν τα επιβατηγά πλοία. Παρατηρείται ότι το μεγαλύτερο μέρος των πλοίων που πλέουν στο Αιγαίο αποτελούν κίνδυνο στην περιοχή. Μάλιστα, περίπου τα μισά πλοία πλέουν με «Σημαία ευκαιρίας» 2, αυξάνοντας τις πιθανότητες ατυχήματος. Έλλειψη θαλάσσιων οδών Λόγω της ιδιαίτερης χαρακτηριστικής μορφής του Αιγαίου και την χρήση του από κατηγορίες πλοίων εμπορικά, μεταγωγικά, αλιευτικά, επιβατικά για την πρόληψη ατυχημάτων θα έπρεπε να υπάρχουν λωρίδες πλεύσης, όπου επικίνδυνα πλοία δεν θα συναντιούνται ποτέ με τα υπόλοιπα. Με την έλλειψη 1 Μετρήσεις περιόδου Νοέμβριος 2009 - Νοέμβριο 2011 σε τρία περάσματα του Αιγαίου (Εύβοια-Άνδρος, Μύκονος-Ικαρία, Ικαρία-Σάμο) 2 Ως «Σημαία ευκαιρίας» ή σημαία ευκολίας, σύμφωνα με τον ορισμό που έδωσε ο ΟΟΣΑ το 1959 χαρακτηρίζονται οι σημαίες κάποιων Χωρών όπως της Λιβερίας, του Παναμά, της Ονδούρας και της Κόστα Ρίκα, των οποίων οι νόμοι επιτρέπουν και επί της ουσίας διευκολύνουν τα νηολογημένα υπό την σημαία τους πλοία ξένης πλοιοκτησίας, αντίθετα απ ότι ισχύουν στις υπόλοιπες Χώρες όπου το δικαίωμα χρησιμοποίησης της σημαίας τους παρέχεται με αυστηρούς περιορισμούς που συνεπάγουν βαριές υποχρεώσεις. 12

θαλάσσιων οδών τα πλοία κινούνται κατά βούληση, χωρίς έλεγχο και επιλογή ασφαλούς διαδρομής, όπως απεικονίζεται στην εικόνα 1, απειλώντας την πλεύση των υπόλοιπων πλοίων που βρίσκονται στο Αιγαίο. Εικόνα 1 - Η κίνηση στο Αιγαίο χωρίς θαλάσσιες οδούς από τις μετρήσεις του «Αρχιπέλαγος» Η χρήση καθορισμένων γραμμών πλεύσης έχει αποδειχθεί ότι ελάττωσε τον αριθμό ατυχημάτων σε άλλες θάλασσες παγκοσμίως, μειώνοντας την πιθανότητα οικολογικών και κοινωνικο-οικονομικών καταστροφών. Έλλειψη εποπτείας και ελέγχου Εκτός από την έλλειψη θαλάσσιων οδών, δεν υπάρχει επαρκής παρακολούθηση των πλοίων που διέρχονται από το Αιγαίο Πέλαγος. Η Ελληνική Κυβέρνηση υποτίθεται ότι εποπτεύει τα ελληνικά ύδατα, όμως οι λιμενικές αρχές δεν διαθέτουν τον κατάλληλο εξοπλισμό ούτε καταρτισμένο προσωπικό για να παρακολουθούν την θαλάσσια κίνηση. 13

Ένα ανεκτικό περιβάλλον, διευκολύνει τους επιτήδειους να αλιεύουν παράνομα ή μεταφέρουν επικίνδυνα φορτία χωρίς την τήρηση κανονισμών ασφαλείας. Τα πλοία που παρανομούν δεν ανησυχούν αν συλληφθούν, διότι γνωρίζουν ότι οι Ελληνικές Αρχές δεν μπορούν να τους εντοπίσουν. Αυτές οι παράνομες και ανεξέλεγκτες δραστηριότητες συμβάλλουν στην υποβάθμιση του περιβάλλοντος, που απειλεί την επιβίωση των θαλασσών, καθώς και τις εθνικές και διεθνείς οικονομίες. «Σημαίες ευκαιρίας» Όπως αναφέρθηκε στην 1 η υποσημείωση της σελίδας 12, η «Σημαία ευκαιρίας» δίνεται από χώρες, όπως η Λιβερία, στις οποίες δεν εφαρμόζονται οι διεθνείς νόμοι και συμβάσεις, δεν επιβαρύνουν φορολογικά τους πλοιοκτήτες, δίνουν χαμηλό μισθό στους εργάτες και δεν απαιτούν σωστή συντήρηση των πλοίων. Οι «Σημαίες ευκαιρίας» χρησιμοποιούνται ολοένα και περισσότερο από τις ναυτιλιακές εταιρείες να μειώσουν τις δαπάνες για την διατήρηση της κατάλληλης υποδομής για την πρόληψη της ρύπανσης καθώς και την μείωση δαπανών συντήρησης. Είναι σαφές ότι τα πλοία που είναι νηολογημένα και φέρουν σημαίες από αυτές τις χώρες, θεωρούνται επικίνδυνα και έχουν αυξημένες πιθανότητες πρόκλησης ατυχήματος, λόγω των υποβαθμισμένων συνθηκών των πλοίων. Επιπλέον, η χρήση τέτοιας σημαίας «βοηθά» τα πλοία που εμπλέκονται σε α- τυχήματα να κρυφτούν, αφού μπορούν να μεταφέρουν τα δικαιώματα του πλοίου σε άλλη χώρα, περιπλέκοντας τις νομικές διαδικασίες. Για παράδειγμα, αν ένα πλοίο ανήκει στην Λιβερία και προκαλέσει ατύχημα, υπάγεται νομικά στους νόμους της Λιβερίας, οι οποίοι δεν έχουν θεσπιστεί ακόμη. Ο πλοιοκτήτης μπορεί να μεταφέρει τα δικαιώματα του στον Παναμά, και το νομικό ζήτημα περιπλέκεται. 14

Ακατάλληλες διαδρομές από πλοία με επικίνδυνα φορτία Λόγω της φύσης του Αρχιπελάγους, υπάρχουν κανάλια με διαφορετικά χαρακτηριστικά μεταξύ των νησιών και την ηπειρωτική Ελλάδα. Τα κανάλια αυτά ποικίλουν σε βάθος, μήκος, πλάτος, βιοποικιλότητα - και ως εκ τούτου διαφέρουν ως προς την καταλληλότητά τους για τη ναυσιπλοΐα. Η έλλειψη θαλάσσιων οδών, εποπτείας και ελέγχου της θαλάσσιας κίνησης επιτρέπει σε όλα τα είδη του πλοίου να ταξιδέψουν κατά βούληση τους. Αυτή η χαοτική κατάσταση περιλαμβάνει, φυσικά, και πλοία που μεταφέρουν επικίνδυνες ουσίες. Τα πλοία που μεταφέρουν επικίνδυνα φορτία μεταφέρουν πρόσθετο κίνδυνο, και η χρήση ακατάλληλων καναλιών, όπως στενά ή ρηχά κανάλια με υψηλή πυκνότητα διέλευσης μεγαλώνει τους κινδύνους πρόκλησης ατυχήματος. Έλλειψη σχεδίων έκτακτης ανάγκης Εκτός από τους παραπάνω κινδύνους που επιφυλάσσει η ναυσιπλοΐα στο Αιγαίο, στην Ελλάδα δεν υπάρχει σχέδιο έκτακτης ανάγκης σε περίπτωση που συμβεί ένα ατύχημα στη θάλασσα. Τα σχέδια έκτακτης ανάγκης είναι απαραίτητες ενέργειες που πρέπει να γίνουν σε περίπτωση ατυχήματος, ώστε περιοριστούν οι καταστροφές στο οικοσύστημα και να ελαχιστοποιηθούν οι κοινωνικο-οικονομικές επιπτώσεις. Όλοι οι παραπάνω παράγοντες επηρεάζουν την επικινδυνότητα της ναυσιπλοΐας στο Αιγαίο και θα πρέπει να ληφθούν υπόψη από τις αρμόδιες ελληνικές και ευρωπαϊκές αρχές. Η παρούσα διπλωματική εργασία προσπαθεί να βελτιώσει την εποπτεία στο Αιγαίο με την δημιουργία μια διαδικτυακής πύλης πληροφοριών για ασφαλή ναυτιλία. 1.3 Επιπτώσεις θαλάσσιων ατυχημάτων Η έλλειψη παρακολούθησης της πορείας και των χαρακτηριστικών των πλοίων που πλέουν καθημερινά στο Αιγαίο, αυξάνουν τις πιθανότητες πρό- 15

κλησης ενός θαλάσσιου ατυχήματος. Ένα θαλάσσιο ατύχημα προκαλεί ανεπανόρθωτες ζημιές στο οικοσύστημα του Αιγαίου καθώς και κοινωνικόοικονομικές ζημιές στην Ελλάδα και την Τουρκία. Στο Αιγαίο πέλαγος έχουν συμβεί κατά καιρούς σοβαρά ατυχήματα που προκάλεσαν ανεπανόρθωτες ζημιές στο περιβάλλον, με μεγαλύτερη την βύθιση του πετρελαιοφόρου «Irene Serenade», που άδειασε 120 χιλιάδες τόνους αργό πετρέλαιο κοντά στην Πύλο. Για την καλύτερη κατανόηση του προβλήματος και κυρίως των επιπτώσεων που προκαλεί ένα θαλάσσιο ατύχημα, θα χρησιμοποιηθεί μια πιο πρόσφατη περίπτωση ατυχήματος, του πλοίου «Sea Diamond» στην Σαντορίνη το 2007, ένα θαλάσσιο ατύχημα που κόστιζε περίπου 7,2 εκατομμύρια ευρώ στο ελληνικό κράτος και προκάλεσε μεγάλες οικολογικές καταστροφείς στο Αιγαίο. Το ναυάγιο του Sea Diamond Το «Sea Diamond» είναι ένα κρουαζιερόπλοιο της εταιρείας «Louis Hellenic Cruises» που βυθίστηκε στις 7 Απριλίου το 2007, στα ανοικτά των ακτών της Σαντορίνης, δεκατέσσερις ώρες μετά την πρόσκρουση του σε ύφαλο. Το πλοίο μετέφερε 1.195 επιβάτες και 352 Εικόνα 2 Τοξικές ουσίες από το Sea Diamond άτομα πλήρωμα. Η πρόσκρουση του πλοίου και η βύθιση του προκάλεσε το θάνατο δύο ατόμων. Μετά την εκκένωση του πλοίου, το πλοίο ρυμουλκήθηκε έξω από την θάλασσα, όπου βρίσκεται μέχρι και σήμερα στην Καλντέρα, γαντζωμένο από την προπέλα σε βράχο, από όπου εκτιμάται πως αναπόφευκτα θα κυλήσει πολύ βαθύτερα, συντελώντας πιθανώς σε αύξηση της ρύπανσης αν τραυματιστεί το κουφάρι του. 16

Οι περιβαλλοντικές επιπτώσεις του ατυχήματος ήταν καταστροφικές, καθώς από το πλοίο διέρρευσαν 250 λίτρα πετρελαίου, τα οποία έπνιξαν την ακτή και κατέστρεψαν όλη την θαλάσσια ζωή της περιοχής. Σήμερα, το πλοίο συνεχίζει να μολύνει την περιοχή, από τη συνεχή διαρροή πετρελαίου και από μια σειρά τοξικών ρύπων, όπως αμίαντος και υδράργυρος, καθώς το σκαρί του πλοίου αποσυντίθεται. Μελέτες έχουν δείξει ότι αυτοί οι μολυσματικοί παράγοντες μπορούν να περάσουν στην ανθρώπινη τροφική αλυσίδα, αφού ψάρια της περιοχής αλιεύονται για κατανάλωση. Στην εικόνα 2 απεικονίζεται ένα στιγμιότυπο όπου οι ρίποι του πλοίου μολύνουν την περιοχή χρόνια μετά το ατύχημα. Το θαλάσσιο ατύχημα κόστισε στο Ελληνικό κράτος πάνω από 7 εκατομμύρια ευρώ για τον καθαρισμό των αποβολών του πλοίου και της περιοχής, χωρίς να απομακρυνθεί το πλοίο από την Καλντέρα, αφήνοντας το ενδεχόμενο πιθανής μόλυνσης στο μέλλον. Στον απόηχο του ατυχήματος, το ελληνικό Υ- πουργείο Θαλασσίων Υποθέσεων επέβαλε πρόστιμο στην εταιρία Louis Cruises και τον καπετάνιο του πλοίου, ύψους 1,57 εκατομμυρίων δολαρίων για περιβαλλοντικές ζημίες. Το Ελληνικό Κέντρο Θαλασσίων Ερευνών (ΕΛΚΕ- ΘΕ) εκτίμησε ότι οι επιπτώσεις της βύθισης του πλοίου δεν επηρέασε το υδάτινο περιβάλλον. Ωστόσο, υπάρχει ανησυχία ότι η μελέτη αυτή δεν ήταν πλήρης και υποστηρίζεται ότι το βυθισμένο πλοίο περικλείει κινδύνους. Μελετώντας την παραπάνω έκθεση για το ναυάγιο του «Sea Diamond», παρατηρείται η μεγάλη οικολογική καταστροφή που προκλήθηκε από ένα θαλάσσιο ατύχημα στην ευρύτερη περιοχή της Σαντορίνης και η κοινωνικόοικονομική επιβάρυνση της Ελλάδας. Το ελληνικό κράτος έδωσε 7 εκατομμύρια ευρώ για να καθαρίσει την περιοχή και σημειώθηκε μείωση στην τουριστική προσέλκυση της περιοχής. Το κόστος των ναυτιλιακών ατυχημάτων είναι πολλές φορές μεγαλύτερο από την περίπτωση που μελετήθηκε πιο πάνω. Το μεγαλύτερο θαλάσσιο ατύχημα 17

προκλήθηκε από την ημι-υποβρύχια κινητή μονάδα γεώτρησης «Deep Water Horizon» με κόστος ατυχήματος τα 11.8 δισεκατομμύρια δολάρια. 1.4 Τεχνολογίες πληροφορικής και θαλάσσια δεδομένα Ορισμένοι λόγοι που προκαλούν θαλάσσια ατυχημάτων δεν μπορούσαν να αποφθεχθούν στο παρελθόν, διότι δεν υπήρχαν τα κατάλληλα μέσα καταγραφής των κινήσεων ενός πλοίου, ούτε τρόποι αξιολόγησης και πρόβλεψης των συνθηκών και επικρατούν σε κάθε περιοχή του Αιγαίου. Ακόμη και όταν τα δεδομένα έγιναν γνωστά, δεν υπήρχαν τρόποι πρόσβασης από όλους τους ενδιαφερόμενους σε αυτές. Με την πάροδο των χρόνων και την τεχνολογική πρόοδο τα πλοία είναι ικανά να εκπέμπουν ανά πάσα στιγμή πληροφορίες σχετικά με τα χαρακτηριστικά τους και την πορεία τους. Η ύπαρξη ενός συστήματος αποθήκευσης και διαχείρισης δεδομένων είναι απαραίτητο ώστε αν κάποιος φορέας ή ένα υ- πολογιστικό σύστημα χρειάζεται πληροφορίες, το σύστημα να είναι ικανό να τις προσφέρει άμεσα. Για την αποθήκευση και διαχείριση των δεδομένων έγιναν σύγχρονα συστήματα διαχείρισης πληροφοριών, ικανά να χειρίζονται και να απεικονίζουν τον πραγματικό χώρο σε ψηφιακά δεδομένα, γνωστά ως Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα. Με την χρήση κατάλληλου γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων γίνεται η κατάλληλη παρακολούθηση του στίγματος και της πορείας ενός πλοίου. Ένας ακόμη παράγοντας μείζονος σημασίας για την θαλάσσια κίνηση είναι η γνώση των συνθηκών που επικρατούν σε κάθε περιοχή και η αξιολόγηση τους ως προς την επικινδυνότητα ή την καταλληλότητα πλεύσης. Η γνώση των δεδομένων σχετικά με την θαλάσσια κίνηση σε μια περιοχή μπορεί να α- ξιολογηθεί από έναν άνθρωπο, αφού μελετήσει όλες τις συνθήκες που επικρατούν στις γύρω περιοχές και τα πλοία που έπλευσαν σε αυτή καθώς και τις μετεωρολογικές μετρήσεις. Γίνεται αντιληπτό, ότι η μελέτη ενός μεγάλου 18

όγκου δεδομένων και η αξιολόγηση ολόκληρης της περιοχής του Αιγαίου με ανθρώπινη μελέτη αποτελεί πολύ χρονοβόρα διαδικασία. Την μείωση του χρόνου ανάλυσης θαλάσσιων δεδομένων και την αξιολόγηση κάθε περιοχής προσφέρουν κατάλληλοι αλγόριθμοι εξόρυξης πληροφορίας, οι οποίοι μελετούν τα δεδομένα, ξεχωρίζουν διάφορα χαρακτηριστικά και εξάγουν ωφέλιμες πληροφορίες για τα ζητήματα που τέθηκαν. Τέλος, η πρόσβαση σε συγκεντρωμένα δεδομένα και η απεικόνιση τους σε υπολογιστές ενός φορέα δυσκολεύει το έργο του στην πληροφόρηση κάθε ενδιαφερόμενου. Η χρήση βάσεων δεδομένων και γεωγραφικών πληροφοριακών συστημάτων σε έναν υπολογιστή αποτελεί κακή πρακτική διότι ο φορέας δεν μπορεί να ανταπεξέλθει στα διαφορετικά αιτήματα μελέτης χαρακτηριστικών και η αναπαραγωγή του συστήματος σε άλλους υπολογιστές μπορεί να προκαλέσει διαφοροποίηση στα δεδομένα, όπως απώλεια ενημέρωσης ενός υπολογιστή. Στη λύση του προβλήματος βοηθά η διαδικτυακή χαρτογράφηση και τα σύγχρονα συστήματα διαχείρισης βάσεων δεδομένων, τα οποία επιτρέπουν έναν φορέα να προβάλει όλες τις πληροφορίες διαδικτυακά και ο κάθε ενδιαφερόμενος να τις αναλύει όπως επιθυμεί. 1.5 Συστήματα παρακολούθησης της θαλάσσιας κίνησης Όπως αναφέρθηκε προηγουμένως, αποτελεί επιτακτική ανάγκη η χρήση ενός συστήματος παρακολούθησης της θαλάσσιας κίνησης στο Αιγαίο για την α- ποφυγή οικολογικών και κοινωνικο-οικονομικών καταστροφών. Παρά την τεχνολογική πρόοδο που βοηθά αρκετά στην παρακολούθηση της θαλάσσιας κίνησης και την αναγκαιότητα μιας εφαρμογής ανάλυσης και παρακολούθησης του Αιγαίου, δεν έχει γίνει κάποια ολοκληρωμένη προσπάθεια. Για την παρακολούθηση της θαλάσσιας κίνησης παγκοσμίως έχει δημιουργηθεί η ιστοσελίδα MarineTraffic.com, όπου απεικονίζεται η τρέχουσα θέση κάθε πλοίου σε παγκόσμιο χάρτη, συνοδευόμενη από πληροφορίες, όπως η κατεύ- 19

θυνση, η ταχύτητα, η σημαία και λοιπές. Η διαδικτυακή πύλη είναι διαθέσιμη στην διεύθυνση http://www.marinetraffic.com/. Παρά την πληρότητα της διαδικτυακής πύλης όσο αφορά την ρεαλιστική παρακολούθηση των πλοίων, δεν προσφέρεται καμία δυνατότητα απεικόνισης παρελθοντικών καταστάσεων. Επίσης, δεν προσφέρονται τρόποι ευφυής α- νάλυση των πληροφοριών, ώστε να εξαχθεί αυτόματα γνώση από τα δεδομένα, παρά την καταγραφή τους. Οι πληροφορίες της διαδικτυακής πύλης αφορούν μόνο την πληροφόρηση και απεικόνιση των δεδομένων. Έχουν αναπτυχθεί ορισμένες εφαρμογές παρακολούθησης της θαλάσσιας κίνησης, βασισμένες σε λογισμικά Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων με ενσωματωμένες τεχνικές ανάλυσης της επικινδυνότητας της περιοχής, αλλά δεν αφορούν περιοχές της Ελλάδας. Μια πλήρη μελέτη για την ανάλυση της θαλάσσιας κίνησης έχει δημοσιευθεί το 2003 από το λιμενικό σώα του Χόνγκ Κόνγκ, με ονομασία Marine Traffic Risk Assessment For Hong Kong Waters (Mara Study). Η μελέτη πρότεινε και σχεδίασε ένα μοντέλο, όπου βάσει τις καταγραφής των χαρακτηριστικών και του ιστορικού πλεύσης κάθε πλοίου και των καιρικών συνθηκών αξιολογούσε την επικινδυνότητα κάθε περιοχής για ορισμένα χρόνια και πρότεινε μέτρα ασφάλειας και κατά πόσο αυτά θα μειώσουν τους κινδύνους επικινδυνότητας. Για την μελέτη χρησιμοποιήθηκε ένας εξομοιωτής πλεύσης πλοίων. Το μοντέλο που αναπτύχθηκε στο Χονγκ Κονγκ ενώ αξιολογούσε κατάλληλα την επικινδυνότητα κάθε περιοχής της θάλασσας, στηρίχθηκε μόνο σε ανάλυση συνολικών δεδομένων δύο ετών και προέβλεπε τα επόμενα. Επίσης, το σύστημα δεν ήταν προσβάσιμο με κάποια εφαρμογή, ούτε είναι δυνατή η προσαρμογή των κριτηρίων αξιολόγησης κινδύνων ανάλογα της επιθυμίες του χρήστη. 20

Μια παρόμοια μελέτη για την ανάλυση της κίνησης των πλοίων και τον περιορισμό της επικινδυνότητας έχει γίνει από το Κέντρο Μηχανικών του Λιμενικού του Στετίν στην Πολωνία. Η μελέτη επικεντρώθηκε κυρίως στην μελέτη κίνησης των πλοίων μέσα σε ένα λιμάνι, ώστε να αποφευχθούν ατυχήματα σε τυχόν μανούβρες. Για την λειτουργία του συστήματος αναπτύχθηκε ένας εξομοιωτής πλοίων, όπου σχεδιάζονται τα πλοία προς εξομοίωση και με την χρήση της φυσικής και των εξωτερικών επιρροών γίνεται η μελέτη κίνησης τους. Η εφαρμογή που αναπτύχθηκε βοήθησε να μειωθούν τα ατυχήματα στο πολυσύχναστο λιμάνι της Πολωνίας. 21

2 Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα Τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα είναι ένα από τα μεγαλύτερα επιτεύγματα της πληροφορικής που έφερε σαρωτικές αλλαγές στον τρόπο διαχείρισης και απεικόνισης χωρικών δεδομένων στους ηλεκτρονικούς υπολογιστές και γνώρισε μεγάλη άνθιση, κυρίως το 2007 και έπειτα. 2.1 Τι είναι ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα Ως Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα χαρακτηρίζεται ένα σύστημα διαχείρισης χωρικών δεδομένων και συσχετισμένων ιδιοτήτων. Ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα είναι ένα σύστημα έξυπνου χάρτη, το οποίο επιτρέπει στους χρήστες να αποτυπώσουν μια περίληψη του πραγματικού κόσμου, χρησιμοποιώντας γεωμετρικά σχήματα και να δημιουργήσουν ερωτήσεις χωρικού ή περιγραφικού χαρακτήρα, να αναλύσουν χωρικά δεδομένα, να τα προσαρμόσουν και να τα αποδώσουν σε αναλογικά ή ψηφιακά μέσα. Τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα παρέχουν δυνατότητες συσχέτισης μεταξύ αναγκών και πληροφοριών για την κάλυψη οργανωτικών και διαχειριστικών λειτουργιών. Με βάση τα μοντέλα συσχετίσεων που περιέχονται στη βάση πληροφοριών, τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα δίνουν δυνατότητα πρόβλεψης φαινομένων και δημιουργία υποθετικών καταστάσεων για τον έλεγχο και την αύξηση της ετοιμότητας κυρίως των κρατικών μηχανισμών. Τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα, όπως και τα συστήματα CAD, α- ποτυπώνουν χωρικά δεδομένα σε γεωγραφικό ή χαρτογραφικό ή καρτεσιανό σύστημα συντεταγμένων. Βασικό χαρακτηριστικό των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων είναι ότι τα χωρικά δεδομένα συνδέονται με περιγραφικά δεδομένα και οι χρήστες μπορούν να πάρουν όχι μόνο πληροφορίες 23

που αφορούν την θέση του αντικειμένου, αλλά και πληροφορίες όπως το που αναφέρεται, πως ονομάζεται και λοιπά. Η σύνδεση μεταξύ τω χωρικών και περιγραφικών δεδομένων γίνεται είτε με σχεσιακό μοντέλο αναφοράς, όπου τα περιγραφικά δεδομένα υπάρχουν σε πίνακες και συσχετίζονται με μοναδικές αριθμητικές τιμές που χαρακτηρίζουν τα χωρικά δεδομένα, είτε με αντικειμενοστραφείς αναπαραστάσεις δεδομένων, όπου τα αντικείμενα μοντελοποιούν κάποια αντικείμενα ή περιοχές και ταυτόχρονα φέρουν όλη την περιγραφική πληροφορία. Η εναλλαγή μεταξύ των βάσεων χωρικών και περιγραφικών δεδομένων δίνει τη δυνατότητα όχι μόνον της εύρεσης κάποιου στοιχείου ή κάποιας πληροφορίας, αλλά και της χρησιμοποίησης πολλαπλών δεδομένων αποθηκευμένων σε μεγάλο αριθμό αρχείων. Οι δυνατότητες συνδυασμένης χρησιμοποίησης των χωρικών και των περιγραφικών πληροφοριών καθιστούν τα Γεωγραφικά Πληροφοριακά Συστήματα ισχυρότατα βοηθήματα για το σχεδιασμό ενεργειών και τη λήψη αποφάσεων. Αυτό ισχύει τόσο για αποφάσεις που βασίζονται σε αντικειμενικά στοιχεία, στατιστικές αξιολογήσεις και πραγματικούς αριθμούς, όσο και για αποφάσεις που βασίζονται σε αρχές πολιτικής. Οι αποφάσεις αυτής της κατηγορίας ακολουθούν διαφορετική λογική, όπου όμως ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα και πάλι μπορεί να δώσει τα υπάρχοντα στοιχεία και να προδιαγράψει τις επιπτώσεις των αποφάσεων σε θεωρητικό επίπεδο. 2.2 Περιγραφικά Δεδομένα Τα περιγραφικά δεδομένα είναι δεδομένα που περιγράφουν κάποια χαρακτηριστικά ενός στοιχείου του χώρου χωρίς να σχετίζονται άμεσα με τον εντοπισμό και την γεωμετρική δραστηριότητα του. Πρόκειται για δεδομένα που αφορούν την περιγραφή του αντικειμένου, όπως το όνομα του, το χρώμα του και λοιπά. 24

Οι εφαρμογές και τα πληροφοριακά συστήματα που αναπτύχθηκαν πριν ορισμένα χρόνια χρησιμοποιούσαν περιγραφικά δεδομένα για την απεικόνιση ενός αντικειμένου στον χώρο, περιγράφοντας τις διαστάσεις, το εμβαδό και άλλα χαρακτηριστικά. Οι απαντήσεις σε ερωτήματα των χρηστών στηρίζοντας σε σχεσιακούς πίνακες και αναφορές μεταξύ των αντικειμένων, προκαλώντας προβλήματα λόγω πολυπλοκότητας και όγκου πληροφοριών. Ένα τετράγωνο για να αποτυπωθεί ως περιγραφικό δεδομένο θα πρέπει να καταχωρηθεί κάθε πλευρά του ως εγγραφή σε ένα πίνακα και για κάθε σχέση του στο χώρο, όπως κοντινά τετράγωνα, πρέπει να καταχωρηθεί σε αντίστοιχο σχεσιακό πίνακα. Η προσθήκη ενός δεύτερου τετραγώνου σημαίνει τροποποίηση και προσθήκη όλων των σχέσεων που έχει με τα υπόλοιπα του χώρου. Παρά την αυξανόμενη χρήση των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων και τον όγκο των δεδομένων, πολλά πληροφοριακά συστήματα χρησιμοποιούν περιγραφικά δεδομένα. Για την σωστή λειτουργία των πληροφοριακών συστημάτων χρησιμοποιούνται ρουτίνες και βιβλιοθήκες δημιουργίας και τυποποίησης χωρικών αντικειμένων στην μνήμη του υπολογιστή, πριν και μετά την επεξεργασία. Στην εικόνα 3 απεικονίζεται η περιγραφική δήλωση ενός δήμου με μοναδιαία ακτίνα. Για τον σχεδιασμό μιας τετραγωνικής περιοχής, απαιτείται η χρήση τεσσάρων πινάκων, όπου περιγράφονται τα δομικά της στοιχεία. Για την δημιουργία περισσοτέρων δήμων και συσχέτιση μεταξύ τους, όπως γειτονικές περιοχές, θα πρέπει να δημιουργηθούν πολλοί πίνακες όπως ο παρακάτω. 25

ΣΤΟΙΧΕΙΑ ΤΕΤΡΑΓΩΝΟΥ Όνομα_Περιοχής Κωδ_Περιοχής Πληθυσμός Όρια-ID Δήμος_Καρλοβάσσου 22730 11210 AD1EF4 ΠΟΛΥΓΩΝΑ ΑΚΜΕΣ Όρια-ID Όνομα_Ακμής Όνομα_Ακμής Σημείο_Τερματισμού AD1EF4 Α Α 1 AD1EF4 Β Α 2 AD1EF4 Γ Β 2 AD1EF4 Δ Β 3 Γ 3 Γ 4 Δ 4 Δ 1 ΣΗΜΕΙΑ Σημείο_Τερματισμού Συντεταγμένη_Χ Συντεταγμένη_Υ 1 0 1 2 0 0 3 1 0 4 1 1 Εικόνα 3) Περιγραφική δήλωση περιοχής Με την χρήση περιγραφικών δεδομένων γίνεται απαγορευτική η ανάπτυξη εφαρμογών που βασίζεται πάνω σε αυτά, λόγω του όγκου και της δυσχρηστίας στη διαχείριση των δεδομένων. Οι ανάγκες οδήγησαν στην δημιουργία ενός νέου τύπου δεδομένου, εύκολο στη διαχείριση. 2.3 Χωρικά Δεδομένα Τα χωρικά δεδομένα είναι δεδομένα που περιγράφουν και απεικονίζουν κάθε στοιχείο του χώρου με γεωμετρικά σχήματα. Προσδιορίζουν τα γεωμετρικά χαρακτηριστικά του στοιχείου, όπως η θέση, οι διαστάσεις, το σχήμα που το περιγράφει και άλλα. Ορίζονται από μαθηματικώς ορισμένα χαρακτηριστικά που περιλαμβάνουν την δυνατότητα εντοπισμού του αντικειμένου και απεικονίζονται εύκολα σε καρτεσιανό επίπεδο με προβολικές συντεταγμένες x, y. Τα χωρικά δεδομένα αναλαμβάνουν την μοντελοποίηση του χώρου με την χρήση διανυσμάτων ως βασική δομή και αναπαριστούν τα αντικείμενα με 26

σημεία, γραμμές και πολύγωνα. Τα σημεία αντιπροσωπεύουν την περίπτωση όπου µόνο η θέση στο χώρο είναι απαραίτητη για το αντικείμενο και όχι η έκταση της. Οι γραμμές αποτελούν το τρόπο σύνδεσης αντικειμένων ή αντικείμενα που μόνο το μήκος και η θέση έχουν σημασία. Τέλος, τα πολύγωνα αναπαριστούν αντικείμενα όπου έχει σημασία ο χώρος, η θέση και η έκταση που καλύπτουν. Τα χωρικά δεδομένα αποτελούνται από συγκεκριμένες ιδιότητες που βοηθούν τους χρήστες των Γεωγραφικών Πληροφοριακών Συστημάτων να υποβάλουν ερωτήματα σχετικά με την σχέση μεταξύ δύο ή περισσότερων χωρικών αντικειμένων, χωρίς να είναι καθορισμένη η σχέση από την αρχή. Το Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα αναλαμβάνει να εξετάσει όλες τις ιδιότητες ενός χωρικού αντικειμένου και την θέση του στο χώρο, ώστε να απαντήσει στο ερώτημα του χρήστη. 2.4 Χωρικά Ερωτήματα Τα χωρικά δεδομένα μοντελοποιούν τα στοιχεία ενός χώρου με γεωμετρικά σχήματα. Η υποβολή ενός ερωτήματος εξετάζει τα αντικείμενα που αναφέρονται μαζί με τις ιδιότητες τους, όπως η θέση, το εμβαδό καθώς και την σχέση που έχει το αντικείμενο στον χώρο. Τα ερωτήματα, σε ψευδογλώσσα, που μπορεί να χρησιμοποιήσει ο χρήστης σε ένα Γεωγραφικό Πληροφοριακό Σύστημα είναι Length (Αντικείμενο Α) Το ερώτημα επιστρέφει την τιμή του μήκους του αντικειμένου Α αν πρόκειται για γραμμή ή το μήκος της περιμέτρου του αντικειμένου αν πρόκειται για πολύγωνο. Area (Αντικείμενο Α) Το ερώτημα επιστρέφει την τιμή του εμβαδού του αντικειμένου. 27