Métodos eficientes de simulação e optimização em problemas de segurança portuária

Tese de doutoramento, Estatística e Investigação Operacional (Análise de Sistemas), Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2017O presente trabalho apresenta o SecurePort, uma ferramenta de apoio à decisão militar de níveis estratégico, operacional e tático, para efeitos de planeamento de missões de proteção portuária contra possíveis ameaças terroristas. A ferramenta possibilita que o nível político conheça o balanço entre despesa e risco de segurança assumido; o comando operacional conheça as necessidades otimizadas de recursos (humanos e materiais) para um dado risco assumido; e o comando tático conheça o melhor uso a dar aos recursos que entretanto sejam atribuídos. Foram analisadas diversas facetas dos problemas de segurança portuária e, com o objetivo de controlar e reduzir, até certo ponto, a enorme complexidade potencial desses problemas, recorreu-se a uma metodologia de estruturação de problemas, a General Morphological Analysis. Tal permitiu a identificação das variáveis mais relevantes para a elaboração de cenários operacionais, que foram objeto de estudo posterior. São propostos alguns métodos heurísticos para o dimensionamento e afetação de recursos. Em particular, estudou-se quer o problema da cobertura da área a proteger por sensores fixos, quer o problema de dispatching de unidades móveis, tripuladas ou não, para deteção ou interceção de potenciais ameaças. Um levantamento exaustivo e atomizado de custos e a experimentação com diversas regras heurísticas permitiram a estimação de uma relação funcional entre, por um lado, a quantidade e tipologia de recursos e os seus modos de operação e, por outro, os indicadores de desempenho considerados mais relevantes: o risco de segurança e o custo financeiro. O SecurePort assenta fundamentalmente num complexo simulador baseado em agentes, desenvolvido de raiz em MATLAB. Este simulador é alimentado por informação geográfica e por informação realista sobre as atividades de uma zona portuária objeto de análise. O simulador foi testado, em particular, com informação relativa ao porto de Lisboa, antevendo a possibilidade de ataques terroristas realizados à superfície (embarcações) ou subsuperfície (mergulhadores).The present work presents SecurePort, a military decision support tool aimed to support mission planning for the protection of ports against possible terrorist threats. The tool provides instrumental knowledge at different levels: at the strategic level, an estimate of the trade-off relation between budget and assumed security risk; at the operational level, the identification of the optimized number and type of resources (personnel and equipment) for a given assumed risk; and, at the tactical level, how to make the best use of those resources. We have explored different aspects of the problem of increasing security on the waterside of a port and, with the aim to control and, to some extent, reduce the enormous potential complexity of the problem, we used a well-known problem structuring methodology, General Morphological Analysis. This enabled the identification of the most relevant variables for the design of operational scenarios, that were studied afterwards. We propose several heuristic methods for deciding upon the number, type and location of sensors and efectors. In particular, we have studied both the problem of covering the area of interest by fixed sensors, and the problem of dispatching mobile units, manned or autonomous, for the detection or the interception of potential threats. A thorough, atomized evaluation of costs, and the experimentation with several heuristic tactical rules, together allowed th estimation of a functional relationship between, on the one hand, the number and type of resources and their operation modes, and, on the other hand, the measures of merit considered to be most relevant: security risk and financial costs. SecurePort mainly consists of a complex agent-based simulator, developed from scratch in MATLAB. This simulator is fed by geographical information as well as by realistic information about the activities in the port area under analysis. It was tested, in particular, with the port of Lisbon, foreseeing the possibility of terrorist attacks at the sea surface (by vessels) or underwater (by divers)