Het orkaanseizoen 2017 was een van de slechtste ooit. 17 benoemde storm veroorzaakte meer dan 100 directe doden, 265 miljard dollar aan schade opgelopen en miljoenen levens ontwricht.

We kunnen orkanen misschien niet voorkomen, maar we kunnen ons vermogen om ze te voorspellen verbeteren, mensen uit de gevarenzone halen, reageren snel op hun nasleep en bouwen onze huizen en infrastructuur op een manier die het ergste kan overleven dat de natuur ons kan bezorgen.

Een nieuwe tool genaamd DesignSafe helpt daarbij. Een webgebaseerd onderzoeksplatform voor het NHERI-netwerk (Natural Hazards Engineering Research Infrastructure), DesignSafe stelt onderzoekers in staat om te beheren, analyseren, en essentiële informatie over natuurlijke gevaren begrijpen, van aardbevingen en tornado's tot orkanen en zinkgaten.

Ondersteund door subsidies van de National Science Foundation (NSF) en ontwikkeld in het Texas Advanced Computing Center (TACC) in samenwerking met partners van de Universiteit van Texas in Austin, Rijst Universiteit, en het Florida Institute of Technology, DesignSafe bevordert onderzoek dat zal voorkomen dat natuurrampen maatschappelijke rampen worden. Dit betekent dat ingenieurs moeten worden geholpen om in de toekomst veiligere constructies te bouwen om natuurlijke gevaren te weerstaan, en hulpdiensten in staat te stellen hun inspanningen beter te richten.

Verkenning na storm mogelijk maken

Het orkaanseizoen 2017 stelde DesignSafe op de proef en toonde de belofte van het platform, volgens David Roueche, een assistent-professor Civiele Techniek aan de Auburn University. Roueche stond in de frontlinie van de orkaanrespons van het seizoen, deelnemen aan verkenningsmissies naar de kust van Texas, de Florida Keys, Puerto Rico en verschillende Caribische eilanden in de nasleep van de orkanen Harvey, Irma en Maria.

Na Harvey, Roueche en zijn medewerkers richtten zich op clusters van eengezinswoningen die werden beïnvloed door een reeks windsnelheden. Ze inspecteerden meer dan 1 000 individuele woningen en meer dan 5 geregistreerd, 000 foto's met geotags gemaakt door grondteams en onbemande luchtvaartuigen. Ze namen deel aan soortgelijke inspanningen na Irma en Maria.

DesignSafe heeft hen op verschillende manieren geholpen. Ze coördineerden hun implementaties via een virtueel gemeenschapskanaal op Slack (een cloudgebaseerde samenwerkingstool) opgericht door DesignSafe; ze gebruikten windkaartgegevens die door andere onderzoekers waren ontwikkeld en op DesignSafe werden gedeeld om te bepalen waar ze hun inspanningen op zouden richten; en toen ze eenmaal begonnen met het vastleggen van gegevens in het veld, ze uploadden het onmiddellijk naar DesignSafe en gebruikten kaart- en visualisatiesoftware zoals HazMapper en QGIS om kaarten te genereren die hun gegevensverzamelingen en die van anderen synthetiseerden.

"We waren geïnteresseerd in het vastleggen van gegevens over structuren voordat ze worden vernietigd, afgebroken en herbouwd, "Zei Roueche. "Dit zijn bederfelijke gegevens - dat is het doel van het NSF RAPID-programma - om deze bederfelijke gegevens vast te leggen voordat ze verloren gaan."

Roueche en zijn team vonden voorbeelden van huizen naast elkaar, gebouwd rond dezelfde tijd, waar de ene volledig was verwoest en de andere intact was. Welke factoren hebben de overleving beïnvloed? En hoe kunnen de wederopbouwinspanningen worden verbeterd door te begrijpen welke kenmerken ertoe hebben geleid dat sommige structuren bestand zijn tegen stormen?

DesignSafe's verkenningsportal, die in 2017 werd gelanceerd, bood zowel de computermogelijkheden die Roueche nodig had voor zijn analyses als een plek om meer dan 200 gigabyte aan verzamelde gegevens te delen. Het portaal stelde zijn team ook in staat om onmiddellijk te beginnen met kwaliteitscontrole en beoordelingen van de gegevens en snel rapporten te genereren die anderen die later het veld in gaan, kunnen gebruiken en waaraan ze kunnen bijdragen.

Typisch, het duurt jaren voordat de door onderzoekers verzamelde gegevens na een storm worden geanalyseerd en gerapporteerd, wat betekent dat wederopbouwinspanningen niet kunnen profiteren van de inzichten van ingenieurs. Met een systeem als DesignSafe, echter, er is hoop dat de "veerkrachtcurve" kan worden versneld en dat aanbevelingen binnen enkele maanden kunnen worden verspreid.

"We willen dat steden veerkrachtiger kunnen herbouwen, " zei Roueche. "Typisch, het duurt één tot vijf jaar voordat producten uit data in de literatuur verschijnen. Dat staat ons niet toe om gemeenschappen te helpen bij de wederopbouw. Door een meer gestroomlijnde workflow, standaardiseren van processen, en gegevens eerder publiceren, het stelt ons in staat om het wederopbouwproces te beïnvloeden en een grotere impact te hebben. Daarom ben ik super enthousiast over waar dit naartoe gaat."

(Roueche's medewerkers waren onder meer:​​Frank Lombardo van de Universiteit van Illinois in Urbana-Champaign, Rich Krupar van de Universiteit van Maryland, Daniel Smith van het cycloonteststation aan de James Cook University en Tracy Kijewski-Correa van de Notre Dame University.)

Simulaties op straatniveau van stormeffecten

Naast het mogelijk maken van verkenningen na een storm, in de frontlinie staan ​​van orkaan Harvey inspireerde de ontwikkelaars van DesignSafe om nieuwe tools te creëren om eerstehulpverleners in de toekomst te helpen.

Dan Stanzione, uitvoerend directeur van TACC en hoofdonderzoeker voor DesignSafe, ondersteunde besluitvormers in het Texas State Operations Center tijdens orkaan Harvey.

"Terwijl daar, een eerstehulpverlener zei tegen mij:'Ik wil een lijst weten van adressen in Houston die boven hun stopcontacthoogte zijn overstroomd. Je hebt een supercomputer, je kunt dat toch?'" herinnerde Stanzione zich. "We waren op dat moment niet in staat om die hulp te bieden, maar het inspireerde ons om zo'n tool te maken."

De componenten die nodig zijn voor een dergelijke analyse:voorspellingen voor stormvloeden, hoogtekaarten en records voor woningbouw - bestonden al. Maar de mogelijkheid om deze datasets met elkaar te verbinden en binnen een redelijke tijd een lijst met mogelijk beschadigde huizen te genereren, deed dat niet.

In de maanden die volgden, onderzoekers van het DesignSafe-team hebben tools samengevoegd om simulaties en gegevens op verschillende schalen te integreren, van de hele Golf van Mexico tot een bepaald stuk kustlijn, en van individuele buurten tot specifieke woningen.

Met behulp van gegevens van de orkaan Ike uit 2008 en van een hypothetische storm die FEMA gebruikt voor hun onderzoek, het DesignSafe-team toonde aan dat het inderdaad mogelijk is om in realtime een lijst met mogelijk beschadigde adressen te genereren. In feite, alle aspecten van het proces kunnen worden berekend binnen DesignSafe, met behulp van de enorme supercomputers van TACC op de achtergrond.

"We kunnen van de Golf gaan, grootschalige HPC-simulatie naar, 'Is dit huis overstroomd of niet?'" zei Stanzione. "Het is een lang doel dat voorheen technologisch niet mogelijk was, maar dat hebben we kunnen bereiken. Alle gegevens blijven in de DesignSafe-omgeving. De volgende stap is bepalen hoe we deze workflows kunnen automatiseren zodat ze automatisch worden uitgevoerd."

Als de volgende storm losbarst, dankzij DesignSafe, eerstehulpverleners hebben de informatie die ze nodig hebben voor snelle actie binnen handbereik.