Christoph Mertz, de belangrijkste projectwetenschapper aan het Robotics Institute van Carnegie Mellon University, begon foto's te maken van de heuvels met uitzicht op West End in Pittsburgh op zijn smartphone.

"Elke dag, maandenlang, Ik verzamelde beelden van deze heuvels, "Zei Mertz. "Ik wilde zien of ik deze foto's kon gebruiken om de volgende aardverschuiving te voorspellen."

Aardverschuivingen zijn natuurlijke fenomenen, maar veel van de omstandigheden die hun kans kunnen vergroten, worden veroorzaakt door menselijke activiteit, zoals het richten van oppervlaktewater naar een gebied of het veranderen van natuurlijke hellingen voor de aanleg van gebouwen en wegen. Gecombineerd met verhoogde regenval in verband met klimaatverandering, aardverschuivingen in de Verenigde Staten komen vaker voor en zijn ernstiger. De United States Geological Survey schat dat elk jaar tussen de 25 en 50 doden te wijten zijn aan aardverschuivingen, evenals tussen $ 2 miljard en $ 4 miljard aan jaarlijkse verliezen als gevolg van materiële schade. Naarmate deze omstandigheden verslechteren, deze cijfers zullen naar verwachting toenemen.

Voor Mertz, Pittsburgh was een uitstekende locatie voor dit werk. in 2018, Allegheny County kende een ongekend aantal aardverschuivingen, met schade aan minimaal 131 panden tot gevolg. Aan het eind van het jaar, PennDOT schatte dat de kosten om alle aardverschuivingen van de provincie te herstellen ongeveer $ 40 miljoen bedroegen. Dit bedrag ziet er niet alleen ontmoedigend uit, het lijkt totaal onvoorzien. Vorig jaar, de stad Pittsburgh overschreed het toegewezen jaarlijkse budget voor aardverschuivingen van $ 1 miljoen in slechts een paar maanden. Echter, volgens Karen Lightman, uitvoerend directeur van Metro21:Smart Cities Institute, 2018 was geen uitbijter, het is het nieuwe normaal.

"Het probleem is dat veel gebieden natter worden, " zei Lightman. "Dit probleem zal in de loop van de tijd alleen maar erger worden."

Pittsburgh is niet de enige stad die deze effecten voelt. Neem het geval van Big Sur. In mei 2017, een aardverschuiving begroef een kwart mijl stuk van de schilderachtige Highway 1 in Californië onder zes miljoen ton vuil. Hoewel niemand gewond raakte, de aardverschuiving sneed de enige noordelijke route naar Big Sur af. Gebeurt net voor Memorial Day Weekend, die aardverschuiving had een aanzienlijke impact op de lokale economie.

Vier maanden later, het California Department of Transportation kondigde een plan aan om een ​​vervangende weg over de aardverschuiving te bouwen. Na $ 54 miljoen en 14 maanden bouw om de weg te herbouwen, een ander deel van Highway 1 werd in maart afgesloten door een nieuwe aardverschuiving.

Mertz is geen onbekende in het vinden van innovatieve manieren om te anticiperen op infrastructureel verval. Naast zijn rol bij het Robotics Institute, Mertz is de mede-oprichter van RoadBotics, waar hij deep learning-analyse van smartphonebeelden gebruikt om zich in realtime ontwikkelende kuilen en andere problemen met de weginfrastructuur te identificeren. Meer dan 100 regeringen over de hele wereld gebruiken nu het RoadBotics beoordelingssysteem voor bestrating.

Gezien het werk dat hij met RoadBotics had gedaan, Mertz vroeg zich af of hij niet dezelfde diepgaande leermethode kon gebruiken om tekenen van dreigende aardverschuivingen te detecteren. zoals snel ontwikkelende scheuren in de weg, misvormde vangrails, puin op de weg, vervorming van hellingen of kantelende bomen.

Anatomie van een aardverschuiving

Mertz leerde al vroeg dat de omschakeling van kuilen naar aardverschuivingen niet alleen een kwestie was van horizontaal versus verticaal.

Aardverschuivingen hebben een breed scala aan oorzaken en, door verlenging, een grote verscheidenheid aan bijdragende factoren. Een heuvel bestaande uit rode klei stort anders in dan een heuvel gemaakt van leisteen. De helling van het omringende gebladerte kan een even geldige indicator zijn als de voortgang van de heuvel zelf, net als het uitpuilen van nabijgelegen keermuren. En niet alle scheuren en vervormingen zijn gelijk:de locatie van een scheur in de bodem kan de implicaties van een latere geologische gebeurtenis radicaal veranderen.

Aanvullend, er waren factoren die foto's van de heuvel zelf niet effectief konden vastleggen. Een scheur in de wegeninfrastructuur kan wijzen op een naderende aardverschuiving, evenals een verstopte regenafvoer die water naar een nabijgelegen heuvel leidt.

Om patronen te vinden en uitkomsten te voorspellen, deep learning-algoritmen vereisen grote hoeveelheden bestaande gegevens. Zonder duizenden foto's van kruispunten te zien, deep learning zou een autonoom voertuig niet kunnen helpen om een ​​stopbord te onderscheiden van een opbrengstbord. Zonder taalkundige gegevens, het kon Google Translate niet helpen om onmiddellijk vast te stellen dat een passage in het Spaans is en niet in het Italiaans. Door verlenging, om de trends en patronen achter de aardverschuivingen in de regio te begrijpen, deep learning heeft een aanzienlijke hoeveelheid historische en geologische gegevens nodig.

Dus, om zijn model te trainen en een meer holistisch beeld te krijgen van de anatomie van een aardverschuiving, Mertz moest buiten zijn discipline treden.

"Het is een heel ingewikkelde zaak, "Zei Mertz. "Je hebt het soort interdisciplinaire samenwerking nodig dat hier aan de Carnegie Mellon University is - niet alleen experts in computerwetenschap en machine learning, maar experts in geologie, op het gebied van infrastructuur, in water en riolering - om samen te komen en het probleem aan te pakken."

In een samenwerking met Allegheny County, Mertz analyseert vijf locaties met mogelijke aardverschuivingen om de levensvatbaarheid van zijn systeem te evalueren.

uiteindelijk, Het project van Mertz gaat niet alleen over het kunnen voorspellen en voorkomen van aardverschuivingen. Hij is ook van plan dit werk te gebruiken om de infrastructurele verandering die nodig is om dit soort voorspelling en preventie te ondersteunen, rechtvaardiger te sturen.

"Ik weet niet zeker of aardverschuivingspreventie drie jaar geleden in de volksmond was, " zei Lightman. "Maar nu, Ik hoor het vaker in gesprekken over toekomstige investeringen in de infrastructuur."

In zijn meest recente Infrastructure Report Card, de American Society of Civil Engineers gaf de Amerikaanse infrastructuur een algemene D+-graad. Vooral, een aantal van de elementen van de infrastructuur die centraal stonden bij de vorming van aardverschuivingen, zoals wegen, dijken en afvalwater, ontving ook D-range cijfers.

Echter, de middelen die nodig zijn om deze lacunes in de infrastructuur aan te pakken, zijn soms ongelijk verdeeld over buurten en veel infrastructurele beslissingen ontlasten vaak de behoeften van gebieden met gemarginaliseerde bevolkingsgroepen.

"Gebaseerd op ons model, er zijn veel indicatoren voor aardverschuivingen die kunnen helpen bij het informeren van beleid en budgettoewijzing, "Zei Mertz. "Soms, deze beslissingen worden beïnvloed door vooringenomenheid. Maar door een objectieve weergave te geven van het infrastructurele verval, we hopen een eerlijker middel te steunen om deze middelen toe te wijzen."