NYU bygger ett ultraljudsnätverk för översvämningssensorer i stadsdelen Gowanus i New York

Pfolk gjorde några 760 miljoner resor ombord på New Yorks tunnelbanesystem förra året. Visst, det är nere från omkring 1.7 biljoner resor, pre-pandemi, men överträffade fortfarande de två näst största transitsystemen — DC:s Metro och Chicago Transit Authority — kombinerat. Så när stora stormar, som förra årets rester av orkanen Ida, nor'easters, kraftiga skyfall eller svällande tidvatten träsk över New Yorks lågt belägna kustområden och infrastruktur, det är en stor sak.

Och det är en affär som bara blir större tack vare klimatförändringarna. Havsnivån runt staden har redan stigit en fot under det senaste århundradet med ytterligare en ökning på 8 till 30 tum som förväntas i mitten av århundradet, och upp till 75 ytterligare tum år 2100, enligt New York City Panel on Climate Change. För att hjälpa stadsplanerare, räddningspersonal och vanliga medborgare bättre förbereda sig för 100-årsstormar som i allt högre grad inträffar för varje par, har forskare från NYU:s Urban Flooding Group har utvecklat ett sensorsystem på gatunivå som kan spåra stigande gatuvatten i realtid.

Staden New York ligger på toppen av en rad lågt belägna öar och har varit det utsatt för raserierna från orkaner i mitten av Atlanten genom hela dess historia. År 1821, enligt uppgift träffade en orkan direkt över staden, och översvämmade gator och kajer med 13-fots dyningar som stiger under loppet av bara en timme; en efterföljande Cat I-storm 1893 tog sedan bort alla tecken på civilisation från Hog ​​Island, och en Cat III passerade över Long Island, dödade 200 och orsakade stora översvämningar. Saker och ting förbättrades inte med tillkomsten av en stormnamnkonvention. Carol 1954 orsakade också översvämningar i staden, Donna år 60 tog med sig en 11-fots stormflod och Ida 2021 såg en aldrig tidigare skådad mängd nederbörd och efterföljande översvämningar i regionen, dödade mer än 100 människor och orsakade nästan en miljard dollar i skadestånd.

Som NYC Planning Department förklarar, när det kommer till att sätta byggnormer, zonindelning och planering, arbetar staden utifrån FEMA:s preliminära översvämningsförsäkringskartor (PFIRMs) för att beräkna ett områdes översvämningsrisk. PFIRMs täcka de områden där, "översvämningsvattnet förväntas stiga under en översvämningshändelse som har en 1 procents årlig chans att inträffa", ibland kallad 100-åriga översvämningsslätten. Från och med 2016 faller cirka 52 miljoner kvadratfot av NYCs kustlinje inom den kategorin, vilket påverkar 400,000 2050 invånare - mer än hela befolkningen i Cleveland, Tampa eller St. Louis. År 100 förväntas detta effektområde fördubblas och sannolikheten för att 30-års översvämningar inträffar kan tredubblas, vilket innebär att chansen att ditt hem kommer att utsättas för betydande översvämningar under loppet av ett 26-årigt bolån skulle hoppa från cirka 80 procent idag till nästan XNUMX procent i mitten av seklet.

Som sådan är att svara på dagens översvämningar samtidigt som man förbereder sig för förvärrade händelser i framtiden en kritisk uppgift för NYC:s administration, som kräver samordning mellan statliga och icke-statliga organisationer på lokal, statlig och federal nivå. FloodNet, ett program som först lanserades av NYU och utökades med hjälp av CUNY, verkar på hyperlokal nivå för att ge en gata-för-gata-bild av översvämningar i ett visst område. Programmet började med NYU:s Urban Flooding Group.

"Vi designar, bygger och distribuerar lågkostnadssensorer för att mäta översvämningar på gatunivå," Dr Andrea Silverman, miljöingenjör och docent vid NYU:s Institutionen för samhällsbyggnad, Berättade Engadget. "Tanken är att det kan ge välbehövlig kvantitativ data. Innan FloodNet fanns det inga kvantitativa uppgifter om översvämningar på gatunivå, så folk hade inte riktigt en fullständig uppfattning om hur ofta vissa platser översvämmades – till exempel översvämningarnas varaktighet, djupet, debuttakten och dräneringen.”

"Och det här är alla delar av information som är till hjälp för infrastrukturplanering, för en, men också för krishantering," fortsatte hon. "Så vi har vår data tillgänglig, de skickar varningar för att se folk som är intresserade, som National Weather Service och räddningstjänst, för att hjälpa till att informera deras svar."

FloodNet är för närvarande i tidig utveckling med bara 23 sensorenheter uppsatta på 8-fot höga stolpar i hela Gowanus-kvarteret i Brooklyn, även om teamet hoppas kunna utöka nätverket till mer än 500 enheter över hela staden inom det kommande halva decenniet. Varje FloodNet-sensor är ett fristående, soldrivet system som använder ultraljud som en osynlig avståndsmätare - när översvämningsvattnet stiger, krymper avståndet mellan gatuytan och sensorn, och beräkning av skillnaden mellan det och baslinjeavläsningarna visar hur mycket vattnet nivån har stigit. NYU-teamet valde en ultraljudsbaserad lösning snarare än, säg LiDAR eller RADAR, på grund av att ultraljudstekniken är något billigare och ger mer fokuserad returdata, samt är mer exakt och kräver mindre underhåll än en grundläggande kontaktvattensensor.

Data som varje sensor producerar överförs trådlöst med hjälp av en LoRa-sändtagare till en gateway-hub, som kan dra från vilken sensor som helst inom en radie på en mil och skicka den via internet till FloodNet-servrarna. Data visas sedan i realtid på FloodNets hemsida.

"Staden har investerat mycket i prediktiva modeller [uppskattning] var det skulle svämma över med en viss mängd regn, eller öka i tidvattnet," sa Silverman. Sensorer behöver inte installeras i varje hörn för att vara mest effektiva, påpekade hon. Det finns "vissa platser som är mer benägna att vara översvämningsbenägna på grund av topologi eller på grund av avloppsnätet eller på grund av närhet till kusten, till exempel. Och så vi använder dessa modeller för att försöka få en känsla av platser där det kan vara mest översvämningsbenäget”, samt nå ut till lokala invånare med förstahandskännedom om troliga översvämningsområden.

För att ytterligare rulla ut programmet måste sensorerna genomgå en liten omdesign, noterade Silverman. "Nästa version av sensorn, vi tar vad vi har lärt oss från vår nuvarande version och gör den lite mer tillverkningsbar," sa hon. "Vi håller på att testa det och sedan hoppas vi kunna starta vår första tillverkningsrunda, och det är det som kommer att tillåta oss att expandera".

FloodNet är ett företag med öppen källkod, så alla sensorscheman, firmware, underhållsguider och data är fritt tillgängliga på lagets GitHub-sida. "Självklart måste du ha någon form av teknisk kunskap för att kunna bygga dem - det kanske inte är just nu där vem som helst kan bygga en sensor, distribuera den och vara online direkt, när det gäller att bara kunna generera uppgifterna, men vi försöker komma dit”, medgav Silverman. "Så småningom skulle vi älska att komma till en plats där vi kan ha designen skrivna på ett sätt så att alla kan närma sig det."