Il lento trotto dell'uragano Florence sulla Carolina del Nord e del Sud a settembre ha portato a piogge inondanti, record di mareggiate, e un altro grave disastro con cui deve fare i conti la Federal Emergency Management Agency (FEMA). Di fronte a danni per centinaia di miglia quadrate, La FEMA ha nuovamente chiesto al MIT Lincoln Laboratory di utilizzare il suo sistema lidar all'avanguardia per visualizzare la distruzione nella regione.

Installato su un aeroplano e sorvolato di notte su un luogo di disastro, lidar (che sta per light detection andranging) emette impulsi di luce laser che rimbalzano sul terreno e sulle strutture sottostanti e vengono nuovamente raccolti dallo strumento. La tempistica del ritorno di ogni impulso di luce allo strumento viene utilizzata per costruire quella che i ricercatori chiamano una "mappa della nuvola di punti, " un modello 3D ad alta risoluzione dell'area scansionata che rappresenta le altezze delle strutture e le caratteristiche del paesaggio. Gli analisti di laboratorio possono quindi elaborare questi dati della nuvola di punti per raccogliere informazioni che aiutano la FEMA a concentrare i propri sforzi di recupero, ad esempio, stimando il numero di case crollate in un'area, il volume dei cumuli di detriti, e la portata delle acque alluvionali.

Tuttavia, inviando rapidamente i quasi due terabyte di dati dalla scansione di una singola notte, o sortita, al Laboratorio per la lavorazione è una sfida. Dopo una tempesta, le connessioni Internet locali potrebbero essere andate via o imprevedibili. Quando il Laboratorio ha utilizzato questa stessa piattaforma lidar dopo l'uragano Maria a Porto Rico, le reti interrotte significavano dover spedire fisicamente un disco rigido nel Massachusetts, un ritardo di oltre due giorni nel portare i dati nelle mani degli analisti. Quando la squadra ha iniziato la campagna in Carolina a metà settembre, hanno affrontato lo stesso ostacolo.

Questa volta, l'ostacolo è stato superato grazie a MCNC. L'organizzazione senza scopo di lucro precedentemente nota come Microelectronics Center of North Carolina ha sede nel Research Triangle Park vicino a Durham, Carolina del Nord, che non fu direttamente colpita dall'uragano Florence. L'MCNC ha concesso al laboratorio l'accesso gratuito alla propria rete di ricerca e istruzione della Carolina del Nord (NCREN).

"Il nostro stato è stato duramente colpito dall'uragano Florence, "dice Tommy Jacobson, Direttore operativo e vicepresidente di MCNC. "Per la leadership di MCNC, è stata una decisione facile e veloce abilitare il MIT, che era nello stato per assistere la FEMA, con l'accesso alle nostre risorse di rete per aiutare comunque potremmo assicurarci che il sollievo arrivasse a coloro che ne avevano bisogno".

NCREN è la dorsale a banda larga della Carolina del Nord, collegando più di 750 istituzioni, inclusi tutti i distretti scolastici pubblici dello stato, università e college, luoghi di pubblica sicurezza, e altre istituzioni di ancoraggio della comunità. L'accesso per il laboratorio significava spazio su rack per le apparecchiature all'interno del data center MCNC. Da li, MCNC ha fornito una connessione IP a 10 gigabit da NCREN a Internet2, un ultraveloce, rete avanzata che collega centri di ricerca in tutto il mondo. Questa connessione ha dato al team la possibilità di caricare quotidianamente grandi volumi di dati dalle proprie apparecchiature all'interno del data center a un centro di calcolo nel campus del MIT, anch'esso connesso a Internet2.

Da li, un'altra connessione a 10 gigabit ha fatto rimbalzare i dati dal campus al Lincoln Laboratory Supercomputing Center di Holyoke, dove i dati sono stati trattati.

"L'uplink a 10 giga da MCNC ci ha permesso di trasmettere i dati a una velocità così elevata che alcuni dei nostri caricamenti sono stati eseguiti in circa sei-sette ore, " dice Daniel Ribeirinha-Braga, un membro del team di gestione dei dati del Laboratorio in questo sforzo di uragano. "Tieni presente che questi sono dati lidar, di cui otteniamo da 1,5 a 1,9 terabyte a notte, che deve essere copiato in più posti, come altri dischi rigidi, organizzato su un singolo SSD [unità a stato solido], e poi caricato nel Laboratorio da MCNC."

La collaborazione tra il Laboratorio e MCNC è nata attraverso Matt Daggett, un membro dello staff del gruppo di sistemi di assistenza umanitaria e soccorso in caso di catastrofe (HADR). Aveva lavorato alla MCNC più di dieci anni fa.

"Ero a conoscenza della dorsale NCREN e del data center nel campus MCNC, " dice Daggett. "Quando è diventato chiaro che le nostre operazioni di volo si sarebbero basate sull'aeroporto RDU [Raleigh–Durham International], Sapevo che MCNC sarebbe stato il luogo perfetto per trasferire i nostri dati su Internet2".

Aggiunge Jacobson:"Siamo stati grati che il MIT ci abbia cercato per fornire quell'aiuto, "

Con il trattamento dei dati in corso, il Laboratorio ha iniziato a consegnare i report alla FEMA. Le immagini lidar rivelano cose che sarebbe impossibile per la FEMA sapere guardando solo le immagini satellitari. "La differenza più importante tra un'immagine satellitare e l'immagine lidar è che puoi eseguire misurazioni 3D su di essa, " afferma Anthony Lapadula del gruppo HADR Systems. "Quindi, perché sono dati 3D, possiamo fare cose come dirti quanto è grande un buco in una strada, o dirti quanto è grande un dislivello dovuto a una frana."

Uno dei maggiori vantaggi del lavoro lidar è stato il tempo risparmiato per FEMA. Quando qualcuno ha segnalato un danno in un luogo specifico, La FEMA ha potuto valutare rapidamente il danno chiedendo agli analisti del laboratorio di visitare virtualmente la posizione nella mappa della nuvola di punti e riportare ciò che hanno trovato.

Ad esempio, La FEMA ha chiesto loro di ingrandire una piccola città sul fiume Lumber nella Carolina del Nord che era stata inondata dalle acque alluvionali. L'analisi dei dati ha rivelato alla FEMA l'entità dell'inondazione, il volume dei cumuli di detriti in città, e cambiamenti nel percorso del fiume. C'erano anche domande sull'ambiente a cui rispondere, ad esempio qual era il volume di un mucchio di cenere di carbone per determinare quanto, se del caso, spazzato via dalle acque del diluvio. Potrebbero anche controllare le infrastrutture pubbliche, come una chiusa e una diga lungo il fiume Cape Fear che i dati hanno mostrato essere completamente allagata.

Il completamento delle 40 sortite richieste sulle Carolina ha richiesto alla squadra diverse settimane per essere completato, fino al Giorno del Ringraziamento. Le sortite coprivano aree lungo la costa dalla Cape Lookout National Seashore a Myrtle Beach e attraverso bande che si estendevano nell'entroterra. Queste centinaia di miglia di dati lidar sono state elaborate con una risoluzione di circa 25 centimetri. Per mettere tale risoluzione in prospettiva, Lapadula dice che se le aree scansionate fossero coperte completamente con palloni da basket, sarebbero in grado di misurare con precisione la posizione di ogni palla.

Ma con solo uno di questi sistemi estremamente avanzati disponibile per l'uso, Il personale del Lincoln Laboratory è limitato nell'area che può coprire e al numero di disastri a cui può rispondere con la tecnologia. Il sistema lidar è stato originariamente sviluppato da Active Optical Systems Group, che ha assistito il gruppo HADR Systems con la raccolta dei dati, in lavorazione, e sviluppo di algoritmi.

Anche diversi collaboratori del settore hanno partecipato a questo sforzo. Dipendenti della piccola impresa 3DEO, specializzata nella tecnologia lidar in modalità Geiger, assistito nella raccolta dei dati. La piccola impresa LEEP ha aiutato con l'analisi dei dati e ha fornito formazione agli analisti FEMA per facilitare l'uso dei dati. Un altro compagno, Conversioni Turbo Basler, ha supportato gli aspetti ingegneristici dell'installazione del lidar sull'aereo BT-67, che viene affittato dalla società AIRtec.

Mentre il laboratorio è stato coinvolto nel ripristino di emergenza dal terremoto di Haiti del 2010, non è mai stato così attivo in questi sforzi come nell'ultimo anno dopo gli uragani Harvey, Irma, e Maria nel 2017.

"Siamo passati un decennio senza che un grande uragano colpisse gli Stati Uniti continentali, " rifletté Lapadula. "Ora, è come se continuassero ad arrivare."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.