| J a n E v e r i n k S i t e | Home |
Fuzzy logic en kustbescherming (2)Fuzzy logic: de natuurlijke logica voor praktische besluitvorming
door ing. Jan Everink
oktober 2010
Tweede artikel in een serie van 4 over de toepassing van fuzzy logic bij het beheer van de zeewering. In het eerste artikel heb ik gesteld dat het systeem van statistische veiligheidsnormen dat tegenwoordig wordt toegepast leidt tot een tekortschietende kustbescherming.
Een veel beter systeem om te zorgen dat de kustbescherming voldoende veiligheid biedt is fuzzy logic. Door de natuur gegeven gevaarsignalen kunnen in fuzzy logic beslissingsregels worden verwerkt en zo invloed op de besluitvorming hebben.
BesluitvormingslogicaProfessor Lotfi A. Zadeh van de Universiteit van Californië te Berkeley stelde vast dat naarmate de complexiteit van een systeem toeneemt het moeilijker wordt om het gedrag van dit systeem te voorspellen en te besturen. De enige manier om het gedrag van een zeer complex systeem te sturen is door middel van een bijzondere denkwijze die door levende organismen, en in het bijzonder de mens, in veel situaties intuïtief wordt toegepast. Zadeh ontwikkelde op basis van de praktische menselijke intelligentie een operationele logica waarmee zowel bij eenvoudige als zeer complexe systemen een storingvrije werking bereikt en gehandhaafd kan worden.
De toepassing bij de zeewering van statistische veiligheidsnormen leidt onvermijdelijk tot een falend kustbeleid, want daarmee kan niet voldoende rekening worden gehouden met de onduidelijkheid en de onzekerheid van het overstromingsrisico. Met fuzzy logic kan dat wel. Daarmee is het mogelijk om op basis van onzekere gegevens beslissingen te nemen die leiden tot optimale veiligheid en zekerheid.
Fuzzy logic komt overeen met de praktische menselijke intelligentie. Iemand die rationeel denkt en handelt past in feite fuzzy logic toe. Toch gebeurt dat in de dagelijkse praktijk lang niet altijd, want mensen laten zich bij hun beslissingen vaak onbewust leiden door irrationele gevoelens en overwegingen.
Zadeh verwerkte de principes van het succesvolle praktische denken in een methode die systematisch kan worden toegepast. Deze methode, fuzzy logic, is bij uitstek geschikt voor praktische besluitvorming op vele gebieden.
Fuzzy logic principesFuzzy logic is een operationele logica, gebaseerd op het principe dat het vaak nodig, en ook mogelijk, is om beslissingen te nemen op grond van niet-exact gekwantificeerde informatie. Men hoeft niet te wachten met maatregelen tot men een gesignaleerd gevaar heel precies kent.
Een ander belangrijk uitgangspunt van deze operationele logica is dat men goed moet weten waar het om gaat. De gewenste en als ideaal beschouwde toestand of werking moet duidelijk vast staan. Als het gaat om veiligheid tegen overstromingen dan bieden statistische veiligheidsnormen onvoldoende duidelijkheid wat betreft de doelstelling. Dat is wel het geval als wordt gesteld dat de kustbescherming zekerheid moet bieden dat er geen overstromingen zullen plaatsvinden. Dan kan fuzzy logic worden toegepast om dat ideaal zo dicht mogelijk te benaderen.Verder is bij praktische besluitvorming en dus ook bij fuzzy logic de waarneming van het systeem en de omgeving altijd bijzonder belangrijk. Er is voortdurend registratie nodig van alle condities die op de een of andere wijze verband houden met het te besturen systeem. Het is dan ook niet verwonderlijk dat in de vele technische toepassingen van fuzzy logic vaak ook geavanceerde sensortechniek wordt gebruikt. Ook in verband met de kustbescherming is voortdurende perceptie nodig van alle relevante fenomenen en informatiegebieden.
Beslissingsrelevant waarnemenEssentieel in fuzzy logic is dat waarnemingen niet per se zeer gedetailleerd en precies hoeven te zijn om van doorslaggevende betekenis te zijn voor het nemen van beslissingen. Met name dit kenmerk vertoont opvallende overeenkomst met de praktische menselijke intelligentie. Een mens is vaak genoodzaakt om op basis van niet-exacte informatie een beslissing te nemen en dat is dankzij het menselijke denkvermogen ook goed mogelijk.
Nemen we het voorbeeld van een autorijder die een veilige maar niet te lange afstand tot de voorligger wil bewaren. Daartoe hoeft deze persoon niet in staat te zijn om de afstand tot de auto vóór hem steeds weer in meters nauwkeurig vast te stellen. Een ervaren autobestuurder gebruikt bij de waarneming van de afstand slechts drie categorieën: veilig, te kort of te lang.
Als de afstand veilig is dan kan de snelheid ongewijzigd blijven; is de afstand te kort dan moet vaart worden geminderd; bij te lange afstand kan de snelheid worden verhoogd. De waarneming wordt steeds onmiddellijk in verband gebracht met de doelstelling van het houden van een veilige afstand. De waargenomen situatie wordt meteen ingedeeld bij een categorie die relevant is voor de te nemen beslissing.
Maar dat is niet altijd zonder meer mogelijk. De bestuurder kan bijvoorbeeld vinden dat de afstand te kort is maar dat toch niet helemaal zeker weten. Dan is het dus maar beperkt waar dat de afstand te kort is. Er zijn met betrekking tot waargenomen situaties dus meerdere gradaties van waarheid mogelijk. Daarom worden waarheidsgehaltes toegekend, toevoegingen waardoor de mate van waarheid tot uitdrukking komt.
De betreffende autorijder kan bijvoorbeeld denken "de afstand is misschien te kort". Het woord "misschien" geeft aan dat deze waarneming een laag waarheidsgehalte heeft. In de beslissingsregels die bij fuzzy logic worden toegepast spelen zulke waarheidsgehaltes een belangrijke rol.
GevaarsignalenWaarnemingen die als gevaarsignalen worden beschouwd hebben ook bij een laag waarheidsgehalte al invloed op de beslissing. Een bekwame autorijder zal ook bij de perceptie "afstand is misschien te kort" al vaart minderen. Als het gaat om een gevaarsignaal dan kan ook een laag waarheidsgehalte al aanleiding zijn tot veiligheid verhogende maatregelen.
Er moet dus voortdurend aandacht zijn voor informatie die van belang kan zijn in verband met de veiligheid, want zulke informatie vormt vaak een gevaarsignaal. Als dit principe wordt toegepast bij de kustbeveiliging dan moeten uiteenlopende waarnemingen en onderzoekresultaten zodanig worden geëvalueerd dat ze eventueel kunnen worden gekenmerkt als gevaarsignalen.
Fuzzy logic en kustbeschermingToen Zadeh zijn operationele logica ontwikkelde voorzag hij dat deze manier van redeneren een ommekeer teweeg zou brengen op vele gebieden in de samenleving. Dat dit nog niet is gebeurd komt mogelijk doordat de aanduiding fuzzy logic voor het brede publieke geen vertrouwenwekkende klank blijkt te hebben. Toch wordt de Zadeh-logica al geruime tijd met succes toegepast in onder meer videocamera's, stofzuigers, wasmachines, magnetron-ovens, robots en industriële processen. Producten en systemen functioneren met fuzzy logic storingsvrijer en veiliger. Met op Zadeh-logica gebaseerde computersoftware blijkt het mogelijk te zijn om een bijzonder stabiele werking van een product of proces gaande te houden. Ongetwijfeld zal deze logica van de rationele besluitvorming uiteindelijk op veel maatschappelijke terreinen toepassing vinden.
Fuzzy logic is bij uitstek geschikt voor de besluitvorming in verband met de kustbescherming, omdat de natuur bij onvoldoende bescherming verschillende gevaarsignalen afgeeft. De faalmechanismen die bij extreme condities tot een rampzalige overstroming kunnen leiden doen zich al veel eerder op beperkte schaal voor. Als een dijk te laag is dan is dat bijvoorbeeld al bij een flinke storm zichtbaar door golfoverslag.
Als fuzzy logic wordt toegepast in verband met veiligheid dan moet het treffen van maatregelen altijd prioriteit hebben boven verdere research. Het primaire doel moet steeds zijn de veiligheid te handhaven of te herstellen. Bij het tegenwoordige systeem worden uiteenlopende gevaarsignalen echter niet als zodanig geïnterpreteerd maar slechts gezien als afzonderlijke problemen waarvoor oplossingen bedacht moeten worden. Er wordt wel veel onderzoek gedaan maar de noodzakelijke onmiddellijke veiligheidsmaatregelen blijven vaak uit.
In de volgende 2 artikelen in deze serie wordt nader toegelicht waarom fuzzy logic bij uitstek geschikt is als besluitvormingslogica in verband met de kustbescherming. Verder wordt ingegaan op de thans waarneembare gevaarsignalen volgens welke de huidige zeewering onvoldoende veiligheid biedt.