El lento trote del huracán Florence sobre Carolina del Norte y del Sur en septiembre provocó lluvias torrenciales, récord de marejadas ciclónicas, y otro desastre importante con el que debe lidiar la Agencia Federal para el Manejo de Emergencias (FEMA). Enfrentando daños en cientos de millas cuadradas, FEMA nuevamente pidió al Laboratorio Lincoln del MIT que use su sistema lidar de última generación para obtener imágenes de la destrucción en la región.

Instalado en un avión y volado por la noche sobre un lugar de desastre, lidar (que significa detección de luz y rango) envía pulsos de luz láser que rebotan en la tierra y las estructuras debajo y son recogidos nuevamente por el instrumento. El tiempo del retorno de cada pulso de luz al instrumento se utiliza para construir lo que los investigadores llaman un "mapa de nubes de puntos". "un modelo tridimensional de alta resolución del área escaneada que representa las alturas de las estructuras y las características del paisaje. Los analistas de laboratorio pueden luego procesar estos datos de la nube de puntos para recopilar información que ayude a FEMA a enfocar sus esfuerzos de recuperación; por ejemplo, estimando el número de casas derrumbadas en un área, el volumen de las pilas de escombros, y el alcance de las inundaciones.

Sin embargo, enviando rápidamente los casi dos terabytes de datos de un escaneo de una sola noche, o salida, al Laboratorio para su procesamiento es un desafío. Después de una tormenta Es posible que las conexiones locales a Internet no estén disponibles o sean irregulares. Cuando el Laboratorio usó esta misma plataforma lidar después del huracán María en Puerto Rico, Las redes caídas significaban tener que enviar físicamente un disco duro de regreso a Massachusetts, una demora de más de dos días para que los datos llegaran a las manos de los analistas. Cuando el equipo inició la campaña en las Carolinas a mediados de septiembre, se enfrentaron al mismo obstáculo.

Esta vez, el obstáculo fue superado gracias a MCNC. La organización sin fines de lucro anteriormente conocida como Microelectronics Center of North Carolina tiene su sede en Research Triangle Park, cerca de Durham, Carolina del Norte, que no fue afectado directamente por el huracán Florence. MCNC le dio al Laboratorio acceso gratuito a su Red de Educación e Investigación de Carolina del Norte (NCREN).

"Nuestro estado se vio muy afectado por el huracán Florence, "dice Tommy Jacobson, Director de operaciones y vicepresidente de MCNC. "Para el liderazgo de MCNC, habilitar el MIT fue una decisión rápida y sencilla, que estaba en el estado para ayudar a FEMA, con acceso a los recursos de nuestra red para ayudar de cualquier manera que podamos a asegurarnos de que el alivio llegue a quienes lo necesitan ".

NCREN es la red troncal de banda ancha de Carolina del Norte, conectando más de 750 instituciones, incluidos todos los distritos escolares públicos del estado, universidades y colegios, ubicaciones de seguridad pública, y otras instituciones de anclaje de la comunidad. El acceso para el laboratorio significó espacio en rack para los equipos dentro del centro de datos de MCNC. Desde allí, MCNC suministró una conexión IP de 10 gigabits desde NCREN a Internet2, un ultrarrápido, red avanzada que conecta centros de investigación de todo el mundo. Esta conexión le dio al equipo la capacidad de cargar grandes volúmenes de datos diariamente desde su equipo dentro del centro de datos a un centro de computación en el campus del MIT que también está conectado a Internet2.

Desde allí, otra conexión de 10 gigabits rebotó los datos del campus al Centro de Supercomputación del Laboratorio Lincoln en Holyoke, donde se procesaron los datos.

"El enlace ascendente de 10 gigas de MCNC nos permitió transmitir los datos a una velocidad tan alta que algunas de nuestras cargas se realizaron en aproximadamente seis a siete horas, "dice Daniel Ribeirinha-Braga, miembro del equipo de gestión de datos del Laboratorio en este esfuerzo por huracanes. "Tenga en cuenta que se trata de datos LIDAR, que obtenemos entre 1,5 y 1,9 terabytes por noche, que debe copiarse en varios lugares, como otros discos duros, organizado en una única SSD [unidad de estado sólido], y luego subido al laboratorio desde MCNC ".

La colaboración entre el Laboratorio y MCNC se produjo a través de Matt Daggett, miembro del personal del Grupo de sistemas de asistencia humanitaria y socorro en casos de desastre (HADR). Había trabajado en MCNC hace más de una década.

"Conocía la red troncal de NCREN y el centro de datos en el campus de MCNC, "Dice Daggett." Cuando quedó claro que nuestras operaciones de vuelo se basarían en el aeropuerto RDU [Raleigh-Durham International], Sabía que MCNC sería el lugar perfecto para enviar nuestros datos a Internet2 ".

Jacobson agrega:"Estábamos agradecidos de que el MIT nos buscara para brindar esa ayuda, "

Con el procesamiento de datos en curso, el Laboratorio ha comenzado a entregar informes a FEMA. Las imágenes de LIDAR revelan cosas que serían imposibles de saber para FEMA mirando solo imágenes de satélite. "La diferencia más importante entre una imagen de satélite y la imagen LIDAR es que puede realizar mediciones en 3D en ella, "dice Anthony Lapadula del Grupo de Sistemas HADR." Entonces, porque son datos en 3-D, podemos hacer cosas como decirte qué tan grande es un agujero en una carretera, o decirle qué tan grande es una caída de altura como resultado de un deslizamiento de tierra ".

Una de las mayores ventajas del trabajo LIDAR ha sido el tiempo que se ahorra a FEMA. Cuando alguien reportó daños en un lugar específico, FEMA podría evaluar el daño rápidamente pidiendo a los analistas de laboratorio que visiten virtualmente la ubicación en el mapa de nubes de puntos y reporten lo que encontraron.

Por ejemplo, FEMA les pidió que se acercaran a un pequeño pueblo en el río Lumber en Carolina del Norte que había sido inundado por las inundaciones. El análisis de los datos le dijo a FEMA el alcance de la inundación, el volumen de pilas de escombros en la ciudad, y cambios en el camino del río. También había preguntas sobre el medio ambiente que debían responderse, como cuál era el volumen de una pila de cenizas de carbón para determinar cuánto, Si alguna, arrastrado por las aguas de la inundación. También podrían controlar la infraestructura pública, como una esclusa y una presa a lo largo del río Cape Fear que, según los datos, estaba completamente inundada.

El equipo tardó varias semanas en completar las 40 salidas solicitadas sobre las Carolinas, hasta el Día de Acción de Gracias. Las incursiones cubrieron áreas a lo largo de la costa desde Cape Lookout National Seashore hasta Myrtle Beach y a través de bandas que se extendían tierra adentro. Estos cientos de millas de datos lidar se procesaron a una resolución de aproximadamente 25 centímetros. Para poner esa resolución en perspectiva, Lapadula dice que si las áreas escaneadas estuvieran completamente cubiertas con pelotas de baloncesto, podrían medir con precisión la ubicación de cada bola.

Pero con solo uno de estos sistemas extremadamente avanzados disponible para su uso, El personal del Laboratorio Lincoln está limitado en cuanto a la cantidad de área que pueden cubrir y a la cantidad de desastres a los que pueden responder con la tecnología. El sistema lidar fue desarrollado originalmente por Active Optical Systems Group, quién ha estado ayudando al Grupo de Sistemas HADR con la recopilación de datos, Procesando, y desarrollo de algoritmos.

Varios colaboradores de la industria también participaron en este esfuerzo. Empleados de la pequeña empresa 3DEO, que se especializa en tecnología lidar en modo Geiger, asistido con la recopilación de datos. El LEEP para pequeñas empresas ha estado ayudando con el análisis de datos y brindando capacitación a los analistas de FEMA para facilitar el uso de los datos. Otro socio, Conversiones Basler Turbo, apoyó los aspectos de ingeniería de la instalación del lidar en la aeronave BT-67, que se alquila a la empresa AIRtec.

Si bien el laboratorio ha estado involucrado en la recuperación de desastres desde el terremoto de Haití de 2010, nunca ha estado tan activo en estos esfuerzos como el año pasado desde los huracanes Harvey, Irma y María en 2017.

"Pasamos una década sin que un gran huracán azotara el territorio continental de Estados Unidos, "Lapadula reflexionó." Ahora, es como si siguieran viniendo ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.