Forebyggelse af naturrisici i at blive samfundskatastrofer

Orkansæsonen 2017 var en af ​​de værste nogensinde. 17 navngivne storme forårsagede mere end 100 direkte dødsfald, pådraget sig 265 milliarder dollars i skader og forstyrrede millioner af liv.

Vi er muligvis ikke i stand til at forhindre orkaner i at opstå, men vi kan forbedre vores evne til at forudsige dem, flytte folk ud af fare, reagere hurtigt på deres eftervirkninger og bygge vores hjem og infrastruktur på en måde, der kan overleve det værste, naturen kan kaste på os.

Et nyt værktøj kaldet DesignSafe hjælper med at gøre det. En webbaseret forskningsplatform til NHERI (Natural Hazards Engineering Research Infrastructure) -netværket, DesignSafe giver forskere mulighed for at administrere, analysere, og forstå kritisk information om naturlige farer – fra jordskælv og tornadoer til orkaner og synkehuller.

Støttet af tilskud fra National Science Foundation (NSF) og udviklet ved Texas Advanced Computing Center (TACC) i samarbejde med partnere ved The University of Texas i Austin, Rice University, og Florida Institute of Technology, DesignSafe fremmer forskning, der vil forhindre naturkatastrofer i at blive samfundskatastrofer. Det betyder at hjælpe ingeniører med at bygge sikrere strukturer i fremtiden for at modstå naturlige farer og gøre det muligt for beredskabspersonale bedre at målrette deres indsats.

Styrker rekognoscering efter storm

Orkansæsonen 2017 satte DesignSafe på prøve og viste løftet om platformen, ifølge David Roueche, en assisterende professor i Civil Engineering ved Auburn University. Roueche var i frontlinjen af ​​sæsonens orkanrespons, deltagelse i rekognosceringsmissioner til kystnære Texas, Florida Keys, Puerto Rico og flere caribiske øer i kølvandet på orkanerne Harvey, Irma og Maria.

Efter Harvey, Roueche og hans samarbejdspartnere målrettede klynger af enfamiliehuse påvirket af en række vindhastigheder. De inspicerede mere end 1, 000 individuelle boliger og logget mere end 5, 000 geotagged fotografier taget af jordbaserede teams og ubemandede luftfartøjer. De deltog i lignende indsatser efter Irma og Maria.

DesignSafe hjalp dem på en række forskellige måder. De koordinerede deres implementeringer via en virtuel fællesskabskanal på Slack (et cloud-baseret samarbejdsværktøj) etableret af DesignSafe; de brugte vindkortdata udviklet af andre forskere og delt på DesignSafe for at bestemme, hvor de ville fokusere deres indsats; og da de begyndte at fange data i marken, de uploadede det med det samme til DesignSafe og brugte kortlægnings- og visualiseringssoftware som HazMapper og QGIS til at generere kort, der syntetiserede deres og andres datasamlinger.

"Vi var interesserede i at indfange data om strukturer, før de bliver ødelagt, revet ned og genopbygget, "Roueche sagde." Dette er letfordærvelige data - det er formålet med NSF RAPID -programmet - at fange disse letfordærvelige data, før de går tabt. "

Roueche og hans team fandt eksempler på huse side om side, bygget omkring samme tid, hvor den ene blev fuldstændig ødelagt, og den anden var intakt. Hvilke faktorer påvirkede overlevelsen? Og hvordan kunne genopbygningsindsatsen forbedres ved at forstå, hvilke træk der fik nogle strukturer til at modstå storme?

DesignSafe's Reconnaissance Portal, som blev lanceret i 2017, leverede både de computeregenskaber, Roueche havde brug for til sine analyser, og et sted at dele mere end 200 gigabyte af indsamlede data. Portalen tillod også sit team straks at begynde kvalitetskontrol og vurderinger af dataene og hurtigt generere rapporter, som andre, der gik ind i feltet senere, kunne bruge og bidrage til.

Typisk, det tager år for data indsamlet af forskere efter en storm at blive analyseret og rapporteret om, hvilket betyder, at genopbygningsindsatsen ikke kan udnytte ingeniørernes indsigt. Med et system som DesignSafe, imidlertid, der er håb om, at "resilienskurven" kan fremskyndes, og at anbefalinger kan udbredes om måneder.

"Vi ønsker, at byer skal kunne genopbygge mere modstandsdygtigt, " sagde Roueche. "Typisk, der går et til fem år, før produkter fra data er ude i litteraturen. Det giver os ikke mulighed for at hjælpe lokalsamfund med at genopbygge. Ved at have en mere strømlinet arbejdsgang, standardisering af processer, og offentliggøre data hurtigere, det giver os mulighed for at påvirke genopbygningsprocessen og få en større effekt. Derfor er jeg super spændt på, hvor det går hen."

(Roueches samarbejdspartnere inkluderede:Frank Lombardo fra University of Illinois i Urbana-Champaign, Rich Krupar fra University of Maryland, Daniel Smith fra Cyclone Testing Station ved James Cook University og Tracy Kijewski-Correa fra Notre Dame University.)

Simuleringer på gadeplan af stormpåvirkninger

Ud over at muliggøre post-storm rekognoscering, At være i frontlinjen af ​​orkanen Harvey inspirerede DesignSafes udviklere til at skabe nye værktøjer til at hjælpe førstehjælpere i fremtiden.

Dan Stanzione, TACCs administrerende direktør og hovedefterforskeren for DesignSafe, assisterede beslutningstagere ved Texas State Operations Center under orkanen Harvey.

"Mens der, en førstehjælper sagde til mig:'Jeg vil gerne vide en liste over adresser i Houston, der er blevet oversvømmet over deres stikkontakt. Du har en supercomputer, kan du gøre det rigtigt? '"huskede Stanzione." Vi var ikke i stand til at yde den hjælp i øjeblikket, men det inspirerede os til at skabe sådan et værktøj."

De komponenter, der kræves til en sådan analyse - stormflodsprognoser, højdekort og optegnelser om boligbyggerier - eksisterede allerede. Men evnen til at forbinde disse datasæt og generere en liste over potentielt beskadigede hjem inden for en rimelig tid gjorde det ikke.

I månederne efter, forskere fra DesignSafe-teamet har sat værktøjer sammen til at integrere simuleringer og data på tværs af skalaer, fra hele den Mexicanske Golf til en bestemt kyststrækning, og fra enkelte kvarterer til specifikke boliger.

Ved at bruge data fra 2008's orkanen Ike og fra en hypotetisk storm, som FEMA bruger til deres forskning, DesignSafe-teamet viste, at det faktisk er muligt at generere en liste over potentielt beskadigede adresser i realtid. Faktisk, alle aspekter af processen kan beregnes i DesignSafe, ved hjælp af TACCs massive supercomputere i baggrunden.

"Vi kan gå fra kløften, storskala HPC-simulering til, 'Blev dette hus oversvømmet eller ej?'" sagde Stanzione. "Det er et langtidsmål, som ikke var teknologisk muligt før, men som vi har kunnet nå. Alle data forbliver i DesignSafe -miljøet. Det næste trin er at bestemme, hvordan vi kan automatisere disse arbejdsgange, så de kører automatisk."

Når den næste storm rammer, takket være DesignSafe, første respondenter vil have de oplysninger, de har brug for til hurtig handling, lige ved hånden.