NYU bygger et ultralydsnetværk for oversvømmelsessensorer i New Yorks Gowanus-kvarter

Pfolk lavede nogle 760 millioner ture ombord på New Yorks metrosystem sidste år. Indrømmet, det er nede fra omkring 1.7 billioner ture, præ-pandemi, men stadig langt overgået de næste to største transitsystemer — DC's Metro , Chicago Transit Authority - kombineret. Så når store storme, ligesom sidste års rester af orkanen Ida, nor'easters, kraftige regnskyl eller svulmende tidevand oversvømmer New Yorks lavtliggende kystområder og infrastruktur, det er en stor sag.

Og det er en aftale, der kun bliver større takket være klimaforandringerne. Havniveauet omkring byen har allerede steget en fod i det sidste århundrede med endnu en stigning på 8 til 30 tommer, der forventes i midten af ​​århundredet, og op til 75 yderligere tommer inden 2100, ifølge New York City Panel on Climate Change. For at hjælpe både byplanlæggere, beredskabspersonale og almindelige borgere bedre med at forberede sig på 100-års storme, der i stigende grad sker hvert par, har forskere fra NYU's Urban Flooding Group har udviklet et sensorsystem på gadeniveau, der kan spore stigende gadevande i realtid.

Byen New York ligger på toppen af ​​en række lavtliggende øer og har været det underlagt raserierne fra orkaner i midten af ​​Atlanterhavet gennem hele sin historie. I 1821 ramte en orkan efter sigende direkte over byen og oversvømmede gader og kajer med 13-fods dønninger, der steg i løbet af blot en time; en efterfølgende Cat I-storm i 1893 gennemsøgte derefter alle tegn på civilisation fra Hog Island, og en Cat III passerede over Long Island og dræbte 200 og forårsagede store oversvømmelser. Tingene blev ikke bedre med fremkomsten af ​​en stormnavnekonvention. Carol i 1954 forårsagede også bydækkende oversvømmelser, Donna i '60 bragte en 11-fods stormflod med sig, og Ida så i 2021 en hidtil uset mængde nedbør og efterfølgende oversvømmelser i regionen, dræbte mere end 100 mennesker og forårsagede næsten en milliard dollars i skader.

Som NYC Planning Department forklarer, når det kommer til at fastsætte byggekoder, zoneinddeling og planlægning, arbejder byen ud fra FEMA's Preliminary Flood Insurance Rate Maps (PFIRMs) til at beregne et områdes oversvømmelsesrisiko. PFIRMs dække de områder, hvor, "oversvømmelsesvand forventes at stige under en oversvømmelseshændelse, der har en 1 procent årlig chance for at forekomme," nogle gange kaldet den 100-årige flodslette. Fra 2016 falder omkring 52 millioner kvadratfod af NYC kystlinje inden for denne kategorisering, hvilket påvirker 400,000 indbyggere - mere end hele befolkningen i Cleveland, Tampa eller St. Louis. I 2050 forventes dette effektområde at blive fordoblet, og sandsynligheden for, at 100-års oversvømmelser opstår kan tredobles, hvilket betyder, at chancerne for, at dit hjem vil stå over for betydelige oversvømmelser i løbet af et 30-årigt realkreditlån, vil springe fra omkring 26 procent i dag til næsten 80 procent i midten af ​​århundredet.

Som sådan er det at reagere på nutidens oversvømmelser, mens man forbereder sig på forværrede begivenheder i fremtiden, en kritisk opgave for NYC's administration, der kræver koordinering mellem statslige og ngo'er på lokalt, statsligt og føderalt niveau. FloodNet, et program, der først blev lanceret af NYU og udvidet med hjælp fra CUNY, fungerer på det hyperlokale niveau for at give et gade-for-gade-kig på oversvømmelser i et givet kvarter. Programmet begyndte med NYU's Urban Flooding Group.

"Vi designer, bygger og implementerer i bund og grund billige sensorer til at måle oversvømmelser på gadeniveau," Dr. Andrea Silverman, miljøingeniør og lektor ved NYU's Institut for Bygnings- og Byteknik, Fortalte Engadget. "Ideen er, at det kan give hårdt tiltrængte kvantitative data. Før FloodNet var der ingen kvantitative data om oversvømmelser på gadeniveau, så folk havde ikke rigtig en fuld fornemmelse af, hvor ofte bestemte steder oversvømmede - f.eks. varigheden af ​​oversvømmelserne, dybden, debuthastigheder og dræning."

"Og disse er alle stykker information, der er nyttige til infrastrukturplanlægning, for én, men også for beredskabsstyring," fortsatte hun. "Så vi har vores data tilgængelige, de sender advarsler for at se folk, der er interesserede, såsom National Weather Service og beredskabsledelse, for at hjælpe med at informere deres svar."

FloodNet er i øjeblikket i tidlig udvikling med kun 23 sensorenheder opstillet på 8-fod høje stolper i hele Gowanus-kvarteret i Brooklyn, selvom holdet håber at udvide dette netværk til mere end 500 enheder i hele byen inden for det næste halve årti. Hver FloodNet-sensor er et selvstændigt, solcelledrevet system, der bruger ultralyd som en usynlig afstandsmåler - efterhånden som oversvømmelsesvandet stiger, mindskes afstanden mellem gadeoverfladen og sensoren, og beregning af forskellen mellem dette og basislinjeaflæsninger viser, hvor meget vandet niveauet er steget. NYU-teamet valgte en ultralydsbaseret løsning i stedet for, f.eks. LiDAR eller RADAR, på grund af, at ultralydsteknologi er lidt billigere og giver mere fokuserede returdata, samt at den er mere nøjagtig og kræver mindre vedligeholdelse end en grundlæggende kontaktvandsensor.

De data, som hver sensor producerer, transmitteres trådløst ved hjælp af en LoRa-transceiver til en gateway-hub, som kan trække fra enhver sensor inden for en radius på én mile og skubbe den gennem internettet til FloodNet-serverne. Dataene vises derefter i realtid på FloodNets hjemmeside.

"Byen har investeret meget i prædiktive modeller [estimering], hvor det ville oversvømme med en vis mængde regn eller stige i tidevandet," sagde Silverman. Sensorer skal ikke installeres på hvert hjørne for at være mest effektive, påpegede hun. Der er "visse steder, der er mere tilbøjelige til at være udsat for oversvømmelse på grund af topologi eller på grund af kloaknettet eller på grund af nærhed til kysten, for eksempel. Og så bruger vi disse modeller til at forsøge at få en fornemmelse af steder, hvor det kan være mest oversvømmelsestruet,” samt nå ud til lokale beboere med førstehåndskendskab til sandsynlige oversvømmelsesområder.

For yderligere at udrulle programmet, skal sensorerne gennemgå et lille redesign, bemærkede Silverman. "Den næste version af sensoren, vi tager, hvad vi har lært fra vores nuværende version og gør den lidt mere fremstillingsdygtig," sagde hun. "Vi er i gang med at teste det, og så håber vi at starte vores første produktionsrunde, og det er det, der vil give os mulighed for at ekspandere".

FloodNet er et open source-projekt, så alle sensorskemaer, firmware, vedligeholdelsesvejledninger og data er frit tilgængelige på holdets GitHub-side. "Selvfølgelig skal du have en form for teknisk knowhow for at kunne bygge dem - det er måske ikke lige nu, hvor hvem som helst kan bygge en sensor, implementere den og være online med det samme, i form af bare at kunne generere dataene, men vi prøver at nå dertil,” indrømmede Silverman. "Til sidst ville vi elske at komme til et sted, hvor vi kan få designerne skrevet op på en måde, så alle kan nærme sig det."