NYU bouwt een ultrasoon overstromingssensornetwerk in de wijk Gowanus in New York

Pmensen hebben wat gemaakt Vorig jaar 760 miljoen reizen aan boord van het metrosysteem van New York. Toegegeven, dat is beneden van rond 1.7 biljoen reizen, pre-pandemie, maar nog steeds veel sneller dan de volgende twee grootste transitsystemen — DC's Metro en de Chicago Transit Authority - gecombineerd. Dus bij grote stormen, zoals de overblijfselen van orkaan Ida . van vorig jaar, nor'easters, zware stortbuien of aanzwellende getijden overspoelen de laaggelegen kustgebieden en infrastructuur van New York, het is een groot probleem.

En het is een deal die alleen maar groter wordt dankzij klimaatverandering. De zeespiegel rond de stad heeft al een voet gestegen in de vorige eeuw met nog een toename van 8 tot 30 inch verwacht tegen het midden van de eeuw, en tot 75 extra inch tegen 2100, volgens het New York City Panel on Climate Change. Om stadsplanners, hulpverleners en gewone burgers te helpen zich beter voor te bereiden op 100-jarige stormen die elk paar steeds vaker voorkomen, hebben onderzoekers van NYU's Urban Flooding Group hebben een sensorsysteem op straatniveau ontwikkeld dat het stijgende straatgetijde in realtime kan volgen.

De stad New York ligt bovenop een reeks laaggelegen eilanden en is onderworpen aan de woede van orkanen in het midden van de Atlantische Oceaan doorheen zijn geschiedenis. In 1821 zou een orkaan naar verluidt direct boven de stad hebben toegeslagen, waardoor straten en werven onder water kwamen te staan ​​met deining van 13 voet die in de loop van slechts een uur steeg; een volgende Cat I-storm in 1893 schuurde vervolgens alle tekenen van beschaving van Hog ​​Island af, en een Cat III passeerde Long Island, waarbij 200 doden vielen en grote overstromingen veroorzaakten. Dingen verbeterden niet met de komst van een stormnaamgevingsconventie. Carol in 1954 veroorzaakte ook overstromingen in de hele stad, Donna in '60 bracht een stormvloed van 11 meter met zich mee, en Ida zag in 2021 een ongekende hoeveelheid regen en daaropvolgende overstromingen in de regio, het doden van meer dan 100 mensen en het veroorzaken van bijna een miljard dollar aan schade.

Zoals de planningsafdeling van NYC uitlegt, werkt de stad als het gaat om het opstellen van bouwvoorschriften, bestemmingsplannen en planning uit van FEMA's Preliminary Flood Insurance Rate Maps (PFIRM's) om het overstromingsrisico van een gebied berekenen. PFIRM's bestrijk de gebieden waar, "Er wordt verwacht dat het overstromingswater zal stijgen tijdens een overstroming die een kans van 1 procent per jaar heeft", soms de 100-jarige overstromingsvlakte genoemd. Vanaf 2016 valt ongeveer 52 miljoen vierkante meter kustlijn van NYC binnen die categorie, met een impact op 400,000 inwoners - meer dan de hele bevolking van Cleveland, Tampa of St. Louis. Tegen 2050 zal dat effectgebied naar verwachting verdubbelen en zou de kans op overstromingen gedurende 100 jaar kunnen verdrievoudigen. bijna 30 procent tegen het midden van de eeuw.

Als zodanig is het reageren op de overstromingen van vandaag en het voorbereiden op verslechterende gebeurtenissen in de toekomst een cruciale taak voor de administratie van NYC, die coördinatie vereist tussen de overheid en NGO's op lokaal, staats- en federaal niveau. FloodNet, een programma dat eerst werd gelanceerd door NYU en werd uitgebreid met hulp van CUNY, werkt op hyperlokaal niveau om een ​​straat-voor-straat kijk te bieden op overstromingen in een bepaalde buurt. Het programma begon met de Urban Flooding Group van NYU.

"We zijn in wezen bezig met het ontwerpen, bouwen en implementeren van goedkope sensoren om overstromingen op straatniveau te meten," Dr. Andrea Silverman, milieu-ingenieur en universitair hoofddocent aan de NYU's Afdeling Civiele en Stedenbouwkunde, Vertelde Engadget. “Het idee is dat het de broodnodige kwantitatieve gegevens kan opleveren. Vóór FloodNet waren er geen kwantitatieve gegevens over overstromingen op straatniveau, dus mensen hadden niet echt een volledig idee van hoe vaak bepaalde locaties overstroomden - bijvoorbeeld de duur van de overstromingen, de diepte, het begintempo en de afvoer."

"En dit zijn allemaal stukjes informatie die nuttig zijn voor infrastructuurplanning, bijvoorbeeld, maar ook voor noodbeheer", vervolgde ze. "Dus we hebben onze gegevens beschikbaar, ze sturen waarschuwingen om mensen te zien die geïnteresseerd zijn, zoals de National Weather Service en het noodbeheer, om hun reactie te helpen informeren."

FloodNet bevindt zich momenteel in een vroege ontwikkeling met slechts 23 sensorunits die zijn opgesteld op 8 meter hoge palen in de Gowanus-buurt in Brooklyn, hoewel het team hoopt dat netwerk binnen het komende half decennium uit te breiden tot meer dan 500 units in de hele stad. Elke FloodNet-sensor is een op zichzelf staand systeem op zonne-energie dat ultrasone golven gebruikt als onzichtbare afstandsmeter - naarmate het water stijgt, wordt de afstand tussen het straatoppervlak en de sensor kleiner. Berekening van het verschil daartussen en de basislijnmetingen laten zien hoeveel het water niveau is gestegen. Het NYU-team koos voor een op echografie gebaseerde oplossing in plaats van, zeg maar LiDAR of RADAR, omdat ultrasone technologie iets goedkoper is en meer gerichte retourgegevens oplevert, maar ook nauwkeuriger is en minder onderhoud vereist dan een standaard contactwatersensor.

De gegevens die elke sensor produceert, worden draadloos verzonden met behulp van een LoRa-transceiver naar een gateway-hub, die van elke sensor binnen een straal van een mijl kan trekken en deze via internet naar de FloodNet-servers kan sturen. De gegevens worden vervolgens in realtime weergegeven op de FloodNet-startpagina.

"De stad heeft veel geïnvesteerd in voorspellende modellen [schatten] waar het zou overstromen bij een bepaalde hoeveelheid regen of toename van het getij," zei Silverman. Sensoren hoeven niet op elke hoek te worden geïnstalleerd om het meest effectief te zijn, benadrukte ze. Er zijn “bepaalde locaties die meer overstromingsgevoelig zijn vanwege bijvoorbeeld topologie of vanwege het rioleringsnetwerk of vanwege de nabijheid van de kust. En dus gebruiken we die modellen om te proberen een idee te krijgen van locaties waar het het meest overstromingsgevoelig is', en om lokale bewoners te bereiken met uit eerste hand kennis van waarschijnlijke overstromingsgebieden.

Om het programma verder uit te rollen, zullen de sensoren een klein herontwerp moeten ondergaan, merkte Silverman op. "De volgende versie van de sensor, we nemen wat we hebben geleerd van onze huidige versie en maken het een beetje meer produceerbaar," zei ze. "We zijn dat aan het testen en dan hopen we onze eerste productieronde te starten, en dat zal ons in staat stellen om uit te breiden".

FloodNet is een open source-onderneming, dus alle sensorschema's, firmware, onderhoudshandleidingen en gegevens zijn vrij beschikbaar op de GitHub-pagina van het team. “Natuurlijk moet je een soort technische knowhow hebben om ze te kunnen bouwen - het is misschien niet nu waar iedereen zomaar een sensor zou kunnen gaan bouwen, implementeren en onmiddellijk online zijn, in termen van het kunnen genereren van de gegevens, maar we proberen er te komen,' gaf Silverman toe. "Uiteindelijk zouden we graag een plek vinden waar we de ontwerpen kunnen laten schrijven op een manier dat iedereen het kan benaderen."