A computational reference model to support decision-making for emergency management based on visual analytics

Abstract

Contexto: Gestão de Emergência (GE) refere-se à capacidade de lidar com tarefas relacionadas a emergência em diferentes fases e iterações. Quem trabalha em uma emergência geralmente está sob estresse para tomar a decisão certa no momento correto. Essa pessoa precisa processar uma quantidade muito grande de dados e assimilar as informações recebidas de forma intuitiva e visual. A sobrecarga de informação, assim como a falta de certos tipos de informação, são problemas na GE. Visual Analytics (VA) é potencialmente útil em GE, contudo o seu potencial não está sendo aproveitado. Objetivo: Este trabalho desenvolveu um modelo de referência computacional para o uso de VA na fase de preparação da GE. Este modelo incorpora temas atualmente pouco explorados na área, para melhor apoiar a tomada de decisões em EM. O modelo visa ajudar os designers de VA a criar interfaces mais eficazes que, por sua vez, ajudarão os gerentes de emergência a tomar decisões mais rápidas e assertivas no seu dia a dia. Métodos: Esta pesquisa conduziu um longo estudo in-vivo com vários métodos. Primeiramente, foi realizado um mapeamento sistemático para conhecer as ferramentas de visualização de informação disponíveis e suas aplicações em GE. Para complementar este esforço, foram estudados documentos oficiais e foram realizados estudos etnográficos, questionários e grupo focais durante grandes eventos sediados no Brasil nos últimos anos. Em seguida, foram comparadas ferramentas atuais que visualizam informações da emergência e foram entrevistados profissionais experientes em GE. Por fim, esses dados de pesquisa foram cruzados e analisados qualitativamente. Foi possível identificar as relações entre necessidades visuais e fatores-chave em GE. Com essas descobertas alinhadas aos conceitos de VA foi desenvolvido um modelo para aprimorar visualizações na GE. Resultados: O modelo foi avaliado em um estudo exploratório comparando visualizações de GE projetadas com e sem o suporte do modelo, em um Centro de Comando e Controle. As visualizações desenvolvidas com o suporte do modelo obtiveram 73,4% das pontuações maiores que as visualizações desenvolvidas sem o modelo, 25% foram iguais e apenas 1,6% menor. A principal contribuição deste trabalho é o modelo para conceber e avaliar a eficácia de visualizações em cenários reais de GE. O resultado da disseminação deste modelo permitirá a evolução da pesquisa sobre a utilização de VA e melhoria das tarefas em GE. Há também impactos econômicos e sociais claros. Espera-se que Centros incorporem o modelo em suas rotinas; se as interfaces desenvolvidas auxiliarem à tomada de decisão rápida e assertiva, a qualidade do serviço prestado à sociedade deve aumentar. A contribuição deste trabalho a longo termo é, portanto, a redução das perdas financeiras e, sobretudo, das perdas de vidas em emergências.

Background: Emergency Management (EM) refers to the activity of dealing with emergency tasks in different phases and iterations. People working in an emergency are generally under stress to make the right decision at the right time. They have to process large amounts of data and to assimilate the received information in an intuitive and visual way. We found that information overload as well as missing information are problems in EM. Visual Analytics (VA) is potentially useful to analyze and understand the huge amount of data produced in an emergency. However, we found that the full potential of VA is not being exploited in EM. Objective: We seek to develop a computational reference model for using VA in EM preparedness. This model incorporates themes that are currently under-exploited, to better support decision-making in EM. The model aims to help visualization designers to create effective VA interfaces that in turn help emergency managers to make quick and assertive decisions with these interfaces. Methods: We performed a long-term multi-method in-vivo study. First, we carried out a Systematic Mapping Study to analyze the available visualization tools and their applications in EM. To complement this information, we carried out appraisal of official documents, ethnographic studies, questionnaires and focus groups during large events held in Brazil. Then, we analyzed actual tools that produces emergency information visualization and interviewed professionals experienced in EM. We crosschecked and analyzed this data qualitatively. We identi ed the relationships between the visual needs and other major themes of in uence for EM.We used our ndings aligned with VA concepts to develop our model for EM visualization. Results: We evaluated our proposal using an exploratory study in a Brazilian Command and Control Center, comparing EM visualizations designed with and without the support of the model. The visualizations that were designed with the support of the model had 73.4% higher scores, 25% equal scores and only 1.6% lower scores than the ones designed without it. We believe that the main contribution of this work is to introduce the model to conceive and evaluate the effectiveness of VA in EM scenarios. The results of the dissemination of this model will foment the research on the use of VA in EM. We hope that C2 Centers incorporate the use of the proposed model in their routine; if it helps in timely and assertive decision-making, the quality of the service provided to society will improve. The ultimate contribution of our work is the potential reduction of nancial and, above all, human losses in emergencies.