NYU bygger et ultrasonisk flomsensornettverk i Gowanus-området i New York

Pfolk laget noen 760 millioner turer ombord i New Yorks T-banesystem i fjor. Riktignok er det nede fra rundt 1.7 billioner turer, pre-pandemi, men fortsatt langt forbi de neste to største transittsystemene — DCs Metro og Chicago Transit Authority — kombinert. Så når store stormer, som fjorårets rester av orkanen Ida, nor'easters, kraftige regnskyll eller svulmende tidevann oversvømmer New Yorks lavtliggende kystområder og infrastruktur, det er en stor sak.

Og det er en avtale som bare blir større takket være klimaendringene. Havnivå rundt byen har allerede steget en fot i forrige århundre med en annen 8- til 30-tommers økning forventet ved midten av århundret, og opptil 75 ekstra tommer innen 2100, ifølge New York City Panel on Climate Change. For å hjelpe byplanleggere, beredskapspersonell og vanlige innbyggere bedre å forberede seg på 100-års stormer som i økende grad skjer hvert par, har forskere fra NYUs Urban Flooding Group har utviklet et sensorsystem på gatenivå som kan spore stigende gatevann i sanntid.

Byen New York ligger på toppen av en rekke lavtliggende øyer og har vært det utsatt for raseri fra midt-atlantiske orkaner gjennom hele sin historie. I 1821 traff det angivelig en orkan rett over byen, og oversvømmet gater og brygger med 13 fots dønninger som steg opp i løpet av bare én time; en påfølgende Cat I-storm i 1893 gjennomsøkte deretter alle tegn på sivilisasjon fra Hog Island, og en Cat III passerte over Long Island, drepte 200 og forårsaket store flom. Ting ble ikke bedre med ankomsten av en stormnavnekonvensjon. Carol i 1954 forårsaket også byomfattende flom, Donna i '60 tok med seg en 11 fots stormflo, og Ida i 2021 så en enestående mengde nedbør og påfølgende flom i regionen, drepte mer enn 100 mennesker og forårsaket nesten en milliard dollar i skader.

Som NYC Planning Department forklarer, når det kommer til å sette byggekoder, sonering og planlegging, arbeider byen ut fra FEMAs Preliminary Flood Insurance Rate Maps (PFIRMs) for å beregne et områdes flomrisiko. PFIRMs dekke områdene hvor, "flomvann forventes å stige under en flomhendelse som har 1 prosent årlig sjanse for å inntreffe," noen ganger kalt 100-års flomsletten. Fra 2016 faller rundt 52 ​​millioner kvadratfot av NYC kystlinje innenfor denne kategorien, og påvirker 400,000 2050 innbyggere - mer enn hele befolkningen i Cleveland, Tampa eller St. Louis. Innen 100 forventes dette effektområdet å dobles, og sannsynligheten for at 30-års flom kan tredobles, noe som betyr at sjansene for at hjemmet ditt vil møte betydelig oversvømmelse i løpet av et 26-års boliglån vil hoppe fra rundt 80 prosent i dag til nesten XNUMX prosent ved midten av århundret.

Som sådan er det å svare på dagens flom mens man forbereder seg på forverrede hendelser i fremtiden en kritisk oppgave for NYCs administrasjon, som krever koordinering mellom statlige og frivillige organisasjoner på lokalt, statlig og føderalt nivå. FloodNet, et program som først ble lansert av NYU og utvidet med hjelp fra CUNY, opererer på hyperlokalt nivå for å gi et gate-for-gate-blikk på flom i et gitt nabolag. Programmet begynte med NYUs Urban Flooding Group.

"Vi designer, bygger og distribuerer lavprissensorer for å måle flom på gatenivå," Dr. Andrea Silverman, miljøingeniør og førsteamanuensis ved NYU's Institutt for bygg- og byteknikk, Fortalte Engadget. "Ideen er at det kan gi sårt nødvendige kvantitative data. Før FloodNet var det ingen kvantitative data om oversvømmelser på gatenivå, så folk hadde egentlig ikke en full oppfatning av hvor ofte visse steder ble oversvømmet – for eksempel varigheten av flommene, dybden, utbruddet og dreneringen.»

"Og dette er alle deler av informasjon som er nyttig for infrastrukturplanlegging, for én, men også for beredskapshåndtering," fortsatte hun. "Så vi har dataene våre tilgjengelige, de sender varsler for å se folk som er interessert, som National Weather Service og beredskapsledelse, for å hjelpe med å informere deres svar."

FloodNet er for tiden i tidlig utvikling med bare 23 sensorenheter reist på 8 fot høye stolper i hele Gowanus-området i Brooklyn, selv om teamet håper å utvide nettverket til mer enn 500 enheter i hele byen innen det neste halve tiåret. Hver FloodNet-sensor er et selvstendig, solcelledrevet system som bruker ultralyd som en usynlig avstandsmåler - ettersom flomvannet stiger, krymper avstanden mellom gateoverflaten og sensoren, og beregner forskjellen mellom det og grunnlinjeavlesningene, viser hvor mye vannet nivået har steget. NYU-teamet valgte en ultralydbasert løsning i stedet for, for eksempel LiDAR eller RADAR, på grunn av at ultralydteknologi er litt rimeligere og gir mer fokuserte returdata, i tillegg til at den er mer nøyaktig og krever mindre vedlikehold enn en grunnleggende kontaktvannsensor.

Dataene hver sensor produserer overføres trådløst ved hjelp av en LoRa-sender/mottaker til en gateway-hub, som kan trekke fra en hvilken som helst sensor innenfor en radius på XNUMX km og skyve den gjennom internett til FloodNet-serverne. Dataene vises deretter i sanntid på FloodNets hjemmeside.

"Byen har investert mye i prediktive modeller [estimerer] hvor det ville flomme med en viss mengde regn, eller øke i tidevann," sa Silverman. Sensorer trenger ikke å være installert på hvert hjørne for å være mest effektive, påpekte hun. Det er "visse steder som er mer sannsynlig å være utsatt for flom på grunn av topologi eller på grunn av kloakknettet eller på grunn av nærhet til kysten, for eksempel. Og derfor bruker vi disse modellene for å prøve å få en følelse av steder der det kan være mest flomutsatt, i tillegg til å nå ut til lokale innbyggere med førstehåndskunnskap om sannsynlige flomområder.

For å videreutvikle programmet, må sensorene gjennomgå en liten redesign, bemerket Silverman. "Den neste versjonen av sensoren, vi tar det vi har lært fra vår nåværende versjon og gjør den litt mer produksjonsbar," sa hun. "Vi er i ferd med å teste det, og så håper vi å starte vår første produksjonsrunde, og det er det som vil tillate oss å ekspandere".

FloodNet er en åpen kildekode-satsing, så alle sensorskjemaer, firmware, vedlikeholdsveiledninger og data er fritt tilgjengelig på lagets GitHub-side. "Selvfølgelig må du ha en slags teknisk kunnskap for å kunne bygge dem - det er kanskje ikke akkurat nå hvor hvem som helst kan bygge en sensor, distribuere den og være online umiddelbart, i form av å bare kunne generere dataene, men vi prøver å komme dit,” innrømmet Silverman. "Til slutt vil vi gjerne komme til et sted hvor vi kan få designene skrevet opp på en måte som alle kan nærme seg."