1114: Khairul Munadi dkk. TI-33

SIMULASI EVAKUASI TSUNAMI BERBASIS MULTIAGENT SEBAGAIMEDIA EDUKASI KEBENCANAAN

Khairul Munadi1,∗, Nasaruddin2, Yudha Nurdin3, dan M. Dirhamsyah4

1−3 Jurusan Teknik Elektro, Fakultas Teknik, Universitas Syiah Kuala4 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

Disajikan 29-30 Nop 2012

ABSTRAK

Dalam situasi darurat seperti kejadian tsunami berskala besar ataupun bencana lainnya, evakuasi dapat menyebabkanlebih banyak kematian bila dilakukan tanpa strategi yang tepat. Kemampuan untuk mengevakuasi banyak orang dalam waktusingkat sangatlah dibutuhkan. Karena itu, latihan atau drill evakuasi diperlukan untuk memperoleh strategi penyelamatanyang optimal. Namun, banyak tantangan dan keterbatasan —baik praktikal maupun finansial— yang harus dihadapi untukdapat melaksanakan drill secara regular dan bermanfaat. Salah satu solusi untuk mengatasi masalah tersebut adalah denganmembangun dan mengembangkan model simulasi evakuasi. Meskipun tidak sepenuhnya dapat meniru situasi nyata, simulasisecara praktis dapat meminimalkan berbagai konsekuensi negatif akibat pelaksanaan drill sekaligus memberikan masukan danwawasan untuk penguatan strategi penyelamatan. Pada makalah ini, akan dipaparkan upaya pembangunan dan pengembanganaplikasi simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis multiagent untuk Kecamatan Calang, daerah pesisir di wilayah KabupatenAceh Jaya, Provinsi Aceh. Pada tahap awal, SET tersebut mensimulasikan beberapa skenario evakuasi dengan luaran: perkiraanwaktu evakuasi atau waktu yang dibutuhkan masyarakat untuk meninggalkan daerah yang terkena terjangan tsunami; sertavisualisasi perkiraan titik-titik kemacetan.

Kata Kunci: pemodelan multiagent, pemodelan berbasis agent, simulasi evakuasi, tsunami.

I. PENDAHULUANEvakuasi secara sederhana dapat didefinisikan sebagai

pergerakan orang atau masyarakat dari suatu wilayah atausituasi yang terancam oleh terjadinya peristiwa bencana kewilayah yang lebih aman.[1] Tujuan utama evakuasi adalahmenyelamatkan nyawa masyarakat. Ketika hal ini tidak dapatdilakukan dengan baik maka evakuasi dapat menyebabkanlebih banyak kematian. Oleh karenanya, selama evakuasi,kemampuan untuk menggerakkan masyarakat dalam jumlahbesar dengan waktu yang sangat terbatas sangatlah penting.

Fumihiko Imamura et al.[2] mengidentifikasi tiga langkahefektif dalam upaya melakukan evakuasi yang aman setelahperistiwa gempa dan tsunami: mengumpulkan informasi danpermasalahan dalam suatu peringatan resmi; membuat suatukeputusan untuk mengevakuasi berdasarkan persepsi risikodan juga pengalaman terdahulu masyarakat di daerah terse-but; dan mengambil rute yang benar serta tempat yang amanbagi para pengungsi.

Dengan berfokus pada poin terakhir, salah satu cara un-tuk membekali masyarakat dengan pengetahuan tentang ruteevakuasi dan tempat yang aman adalah dengan melak-sanakan latihan atau drill evakuasi secara regular. Namundemikian, drill skala besar sangat mahal dan sulit mengajakmassa dalam jumlah besar untuk ikut berparsipasi.[3]

Untuk mengatasi tantangan praktikal dan finansial di atas,

salah satu solusi yang dapat ditempuh adalah dengan mem-bangun dan mengembangkan simulasi evakuasi. Meskipuntidak sepenuhnya dapat meniru situasi nyata, simulasi secarapraktis dapat meminimalkan berbagai konsekuensi negatifakibat pelaksanaan drill sekaligus memberikan masukan danwawasan untuk penguatan strategi penyelamatan.

Upaya-upaya sebelumnya telah memperlihatkan efektifi-tas simulasi evakuasi.[3, 4] Kedua upaya tersebut mengem-bangkan simulasi evakuasi tsunami (SET) berbasis mul-tiagent. Yozo Goto[3] menekankan pelaksanaan simulasievakuasi untuk pendidikan kebencanaan dan juga peren-canaan perkotaan di wilayah Banda Aceh. Sementara Er-ick Mas et al.[4] mengintegrasikan pemodelan tsunami danevakuasi untuk kejadian tsunami besar Jepang 2011 di Ara-hama, Sendai City, Jepang. Keluaran dari simulasi tersebutmencakup estimasi jumlah korban yang selamat dan mening-gal.

Pada makalah ini, akan dipaparkan upaya pembangunandan pengembangan aplikasi SET berbasis multiagent untukKecamatan Calang, di wilayah Kabupaten Aceh Jaya, ProvinsiAceh. Aplikasi SET difokuskan pada tiga skenario evakuasiekstrim dengan luaran: perkiraan waktu evakuasi (clear-ing time) atau waktu yang dibutuhkan oleh masyarkat un-tuk meninggalkan daerah yang terkena terjangan tsunami;serta visualisasi titik-titik yang berpotensi menimbulkan ke-

Prosiding InSINas 2012

TI-34 1114: Khairul Munadi dkk.

macetan.

Pemodelan Berbasis AgentPemodelan berbasis agent atau agent-based modeling

(ABM) merupakan simulasi komputasi atau komputer yangmemperluas kemampuan kecerdasan artifisial (artificial intel-ligence). ABM umumnya digunakan untuk model dan sim-ulasi permasalahan dalam ilmu teknik dan sosial. Pemod-elan dalam ilmu sosial bertujuan untuk mendapatkan suatumodel sederhana yang dapat mewakili peristiwa atau realitasosial semirip mungkin dengan kondisi riil. Model tersebutdiformulasikan kedalam program komputer, di mana terda-pat beberapa input dengan variabel-variabel independen danbeberapa output dengan variabel-variabel dependen. Pro-gram komputer akan memproses input tersebut ke dalamkondisi riil pada dunia sosial. Salah satu kondisi nyata dalamdunia sosial adalah manajemen darurat kebencanaan khusus-nya pada pemodelan evakuasi kebencanaan.[1]

ABM juga didefinisikan sebagai suatu model dimana indi-vidual atau agent digambarkan sebagai kesatuan yang unikdan otonom yang biasanya berinteraksi satu sama lain dandengan lingkungannya. Pada ABM, setiap agent diasumsikanberbeda satu sama lain; bahwa mereka berinteraksi hanya be-berapa, tidak dengan semua agent lainnya; bahwa merekadapat berubah dari waktu ke waktu; bahwa mereka dapatmemiliki siklus hidup yang berbeda atau tahap kemajuan-nya, mungkin termasuk kelahiran dan kematian; dan bahwamereka membuat keputusan adaptif otonom untuk mencapaitujuan-tujuannya. ABM dan simulasi yang disebut sebagaiABMS merupakan suatu model kombinasi untuk memperli-hatkan interaksi antara agen dan lingkungannya secara in-dependen. Pada ABMS, sebuah sistem dimodelkan sebagaisuatu set kesatuan pembuat keputusan otonom yang dike-nal sebagai agent. Secara individual, setiap agen merupakankondisi pemahaman bagi diri dan lingkungannya, dan berin-teraksi dengan agen-agen lainnya, yang kemudian membuatsuatu keputusan berdasarkan suatu ketentuan atau rule yangdiberikan. Agent yang lebih maju bahkan dapat mengubahperaturan aksi mereka berdasarkan pengalaman yang dida-patkan.

Kelebihan-kelebihan dari teknik ABMS adalah sangat flek-sibel, dapat menggambarkan fenomena kedaruratan danmendeskripsikan natur sebuah sistem.[1] Jadi, ABMS meru-pakan aplikasi yang ideal untuk simulasi evakuasi daruratkebencanaan dikarenakan dapat memberikan informasi yangberharga terhadap mekanisme dari prakondisi panik dan ke-macetan.

II. METODOLOGISecara umum, aplikasi SET berbasis multiagent dikem-

bangkan mengikuti tahapan berikut ini.

• Kajian literatur yang intensif berkenaan denganperistiwa-peristiwa kedaruratan, multi-agent basedsimulation, crowd behaviour dan crowd modeling.

• Mengidentifikasi kebutuhan-kebutuhan pengguna (userrequirements).

• Mendesain proses yang didasarkan kepada user require-ments. Deskripsi teknikal SET diformulasikan denganmenggunakan ODD Protocol.

• Mengembangkan model konseptual dan prototipe ap-likasi.

Menurut Yozo Goto,[3] pergerakan masyarakat saatevakuasi dapat dimodelkan sebagai aliran keramaian dandapat diimplementasikan dengan menggunakan multiagent.Makalah ini mengadopsi pendekatan yang sama dimanasetiap agen dimodelkan bergerak sepanjang peta digitaljaringan jalan dan berdasarkan pada aturan (rule) yang telahditetapkan, yaitu:[3] setiap agent mengikuti jalur terpendekyang menghubungkan tempat kediaman mereka menuju tem-pat evakuasi, baik dengan berjalan, manggunakan sepedamotor atau mobil; jika jalannya cukup lebar agent-agent yangbergerak lebih cepat mendahului mereka yang bergerak lam-bat.

III. HASIL DAN PEMBAHASANA. Model Simulasi

Untuk membangun aplikasi SET berbasis multiagent,penelitian ini mengumpulkan dua jenis data dari lapangan.

• Data lingkungan, yang berkaitan dengan wilayah yangaman dan terkena dampak, seperti: road network, lebarjalan, karakteristik persimpangan jalan, jalur evakuasi,tempat-tempat aman, wilayah yang diterjang tsunami,dan lain-lain.

• Data berkaitan dengan agent, yang menggambarkankarakteristik masyarakat, seperti: moda evakuasi (pe-jalan kaki/evakuasi dengan berjalan, atau menggunakankendaraan), kecepatan pergerakan, waktu yang dibutuh-kan oleh masyarakat untuk melakukan evakuasi, kepa-datan penduduk, usia, dan lain-lain.

Terdapat tiga tipe masyarakat pejalan kaki yang dipertim-bangkan dalam simulasi ini, para laki-laki dan wanita yang

TABEL 1: Tujuh unsur protokol ODD

Prosiding InSINas 2012

1114: Khairul Munadi dkk. TI-35

GAMBAR 1: Tampilan aplikasi SET skenario 1 untuk kota Calang

TABEL 2: Jenis dan Karakteristik Agent

lebih muda bergerak lebih cepat daripada dua tipe lainnyayaitu anak-anak dan orang tua, dan orang tua bergerak lebihlambat daripada anak-anak. Setiap agent ini akan berjalanberdasarkan kecepatan mereka dalam mencapai exit pointyang tersedia, misalnya bangunan penyelamatan atau tempatyang lebih tinggi guna menghindari terjangan tsunami. Di-asumsikan dua jenis kendaraan yang digunakan masyarakatuntuk evakuasi, yaitu sepeda motor dan mobil. Semua jalandianggap memiliki lebar yang sama.

B. Protokol ODDPada pemodelan berbasis agent, salah satu cara untuk

menggambarkan dan merumuskan model simulasi adalah de-

ngan menggunakan Protokol ODD (Overview, Design con-cepts, and Details).[5] Protokol ODD memungkinkan kita un-tuk menduplikasi model tersebut dan mereplikasi hasilnya.TABEL 1 menggambarkan tujuh unsur protokol ODD).[5] Tigaelemen pertama memberikan Overview, yang keempat me-nunjukkan Design concepts, dan tiga lainnya menjelaskan De-tails.

B-1. PurposeTujuan dari model SET ini yaitu untuk mengeksplorasi

dinamika masyarakat, skenario-skenario evakuasi dan kon-sekuensinya selama evakuasi tsunami. Pertanyaan utamayang ditujukan adalah: berapa lama waktu yang tepat atau

Prosiding InSINas 2012

TI-36 1114: Khairul Munadi dkk.

GAMBAR 2: Tampilan aplikasi SET dengan dua skenario (skenario 1 dan 2) berjalan

TABEL 3: Perbandingan jumlah penduduk yang berhasil melakukan evakuasi

waktu yang dibutuhkan oleh masyarakat untuk mening-galkan wilayah terjangan tsunami? Apakah ada hambatanpotensial atau lokasi kemacetan?

B-2. Entities, state varibles, dan scalesTiga jenis agent yang dipertimbangkan dalam model ini,

menggambarkan laju pergerakan dan perilaku sederhanapara pengungsi.

(i) Agent yang melakukan evakuasi menggunakan sepedamotor dan mobil, jenis agent ini terdiri dari 2-3 orang perkenderaan/agent.

(ii) Agent yang melakukan evakuasi berjalan kaki dengankecepatan normal, jenis agent ini biasanya seorang pe-jalan kaki yang masih muda dan sehat. Karakteristik se-tiap agent digambarkan pada TABEL 2.

Keramaian agent diasumsikan ideal dengan 1 agent/m2.Keadaan mobilitasnya tidak bergerak ataupun benar-benarberhenti. Setiap agent bergerak mengikuti jalan kota, denganlebar 6 meter, hingga mereka mencapai titik tujuan.

B-3. Process overview dan schedulingProses evakuasi dimulai ketika adanya peringatan potensi

tsunami. Bisa berupa gempa yang kuat, sirine dari sistemperingatan dini, atau pesan evakuasi dari masyarakat atauyang berwenang. Mekanisme transmisi pesan peringatantersebut tidak dipertimbangkan. Berikut ini proses yang di-lakukan:

1. Menentukan jumlah agent yang menunjukkan populasiwilayah tersebut.

2. Agent-agent dikelompokkan sesuai dengan karakteris-tiknya pada TABEL 2.

Prosiding InSINas 2012

1114: Khairul Munadi dkk. TI-37

3. Menentukan titik-titik evakusi, dapat berupa bukit,gedung penyelamatan, dsb.

4. Menentukan rute-rute evakuasi dan keterhubungannyadengan titik-titik evakuasi tersebut.

5. Agent akan bergerak menuju titik-titik evakuasi yang di-tentukan.

6. Mencatat titik-titik kemacetan.

B-4. Design ConceptsPrinsip dasar yang ditujukan oleh SET adalah pergerakan

setiap agent (yang mewakili masyarakat) menuju titik-titikevakuasi yang telah ditentukan. Agent secara acak bergeraksepanjang peta jaringan jalan digital berdasarkan pada atu-ran yag ditetapkan. Pada setiap skenario, model akan memu-nculkan dua variabel, waktu yang tepat atau waktu yangdibutuhkan oleh orang-orang untuk meninggalkan wilayahyang terkena dampak, dan juga titik-titik kemacetan. Salahsatu perilaku adaptif dimunculkan dengan kemampuan agentdalam memilih tujuan terpendek.

Tujuan dan prediksi tidak secara eksplisit dipertim-bangkan, dan tidak ada pembelajaran dalam model. Pengin-deraan itu penting, agent diasumsikan mampu mengidenti-fikasi jarak terpendek dari titik keluar dan mengikuti petajaringan jalan digital. Model hanya mencakup interaksi seder-hana antara agent, anggota keluarga cenderung bergerak se-cara kolektif. Proses stokastik digunakan untuk menginisial-isasi gerakan agen dan arah mereka. Namun, secara empirisprobabilitas yang ditentukan tidak dianggap. Aspek kolektifdigunakan untuk menentukan kemacetan pada titik-titik ter-tentu. Sejumlah besar agen di lokasi bertindak sebagai indika-tor kemacetan atau hambatan. Untuk memungkinkan penga-matan waktu evakuasi dan titik kemacetan, waktu dan jumlahagent dicatat.

B-5. InitializationSuatu jaringan jalan digital daerah diinisialisasi ketika

model dimulai, termasuk jumlah dan lokasi dari daerahevakuasi.

B-6. Data InputWilayah yang terkena tsunami dan titik-titik evakuasi di-

anggap konstan, sehingga tidak membutuhkan input data.

B-7. SubmodelsSET tidak memiliki submodel.

C. PrototipeDengan mempertimbangkan protokol ODD yang digam-

barkan sebelumnya, aplikasi SET dibangun menggunakanNetMAS, suatu perangkat lunak multiagent.

Penelitian ini memilih wilayah kota Calang, di kabu-paten Aceh Jaya, Provinsi Aceh, yang merupakan wilayahberisiko tinggi terhadap tsunami. Luas area sekitar 4 Km×2 Km, atau 8 Km2, yang terdiri atas 6 desa dengan populasi6.323 jiwa. Tiga skenario utama diimplementasikan dalamprototipe yang menunjukkan situasi-situasi ekstrim selamaberlangsungnya evakuasi.

• Skenario 1: masyarakat diasumsikan telah memilikipengetahuan tentang rencana evakuasi. Mereka berg-erak mengikuti rute evakuasi dengan tujuan akhirnyaadalah wilayah/bangunan evakuasi terdekat.

• Skenario 2: masyarakat diasumsikan tidak memi-liki pengetahuan awal tentang rencana atau strategievakuasi. Mereka bergerak secara acak untuk menghin-dari wilayah bencana. Selain itu, titik-titik evakuasi tidakdiketahui oleh para agent.

• Skenario 3: masyarakat diasumsikan tidak memi-liki pengetahuan awal tentang rencana atau strategievakuasi. Mereka bergerak secara acak untuk menghin-dari wilayah bencana. Selain itu, titik-titik evakuasi tidakdiketahui oleh para agent dan sebagian agent menggu-nakan mobil.

Berdasarkan skenario di atas dan juga kondisi yang digam-barkan dalam protokol ODD, SET Calang dikembangkan.Seperti ditunjukkan pada GAMBAR 1, SET dilengkapi de-ngan interface yang user-friendly untuk membantu penggunamenggunakan aplikasi. Selain itu, prototipe SET juga menye-diakan interface dua layar, seperti ditunjukkan GAMBAR 2,di mana dua skenario yang dipilih dapat dijalankan secarabersamaan. Fitur ini berguna ketika seseorang perlu mema-hami konsekuensi dari dua skenario evakuasi yang berbeda.

Estimasi waktu evakuasi dan jumlah pengungsi untuk se-tiap skenario ditampilkan pada TABEL 3. Hal ini jelas bahwarencana evakuasi bermanfaat dalam mengurangi jumlah kor-ban selama kondisi darurat, seperti tsunami.

Aspek pemanfaatan prototipe sebagai media edukasikebencanaan telah dilakukan melalui sosialisasi aplikasikepada para staf BPBD Kabupaten Aceh Jaya dan para guruuntuk tingkat SD, SMP dan SMU yang ada di kota Calang.Hasil sosialisasi menunjukkan bahwa aplikasi SET pentingdan sangat layak sebagai media edukasi untuk menginternal-isasi pengetahuan masyarakat tentang rencana evakuasi; danmeningkatkan pemahaman masyarakat tentang pentingnyarencana evakuasi tsunami. Oleh karena itu, pengembanganaplikasi evakuasi tsunami untuk daerah lain yang rentan ter-hadap bencana tsunami penting untuk dilakukan.

IV. KESIMPULANMakalah ini menjelaskan aplikasi simulasi evakuasi

tsunami (SET) berbasis multiagent untuk wilayah Calang,di Kabupaten Aceh Jaya, Provinsi Aceh. Model ini difor-mulasikan menggunakan protokol ODD (Overview, Designconcepts, and Details), yang merupakan protokol standaryang banyak digunakan oleh pemodel berbasis agent. SETmenawarkan dua luaran utama: estimasi waktu evakuasi diwilayah terkena dampak; dan titik-titik kemacetan potensial.Berdasarkan hasil simulasi, dapat ditegaskan bahwa rencanaevakuasi yang diimplementasikan saat terjadi bencana sangatberperan dalam mengurangi jumlah korban selama prosesevakuasi.

UCAPAN TERIMA KASIHPenelitian ini didukung oleh Kementerian Riset dan Tek-

nologi, Republik Indonesia, melalui skim Riset Insentif SINas2012 dengan nomor ID RT-2012-1114.

DAFTAR PUSTAKA[1] Chuanjun Ren, Chenghui Yang, and Shiyao Jin, (2009),

Agent-based modeling and simulation on emergency

Prosiding InSINas 2012

TI-38 1114: Khairul Munadi dkk.

evacuation. Complex 2009, Part II, LNICST 5, pp. 1451-1461.

[2] Fumihiko Imamura. 2009. Dissemination of informationand evacuation procedures in the 2004-2007 tsunamis, in-cluding the 2004 Indian ocean. Journal of Earthquake andTsunami, vol. 3, No. 2, pp. 59–65.

[3] Yozo Goto, Muzaillin Affan, Agussabti, Yudha Nurdin,Diyah K. Yuliana, and Ardiansyah, (2012), Tsunami evac-uation simulation for disaster education and city plan-ning. Journal of Disaster Research, vol. 7, no. 1, pp. 1-10.

[4] Erick Mas, Fumihiko Imamura, and ShunichiKoshimura, (2012), An agent based model for thetsunami evacuation simulation. A case study of the 2011great east Japan tsunami in Arahama town. 9th Inter-national Conference on Urban Earthquake Engineering,pp. 1957-1964.

[5] Steven F. Railsback and Volker Grimm. Agent-Based andIndividual-Based Modeling: A Practical Introduction.Princeton University Press. 2011.

Prosiding InSINas 2012