Le trot lent de l'ouragan Florence sur la Caroline du Nord et du Sud en septembre a entraîné des pluies torrentielles, enregistrer les ondes de tempête, et une autre catastrophe majeure à laquelle l'Agence fédérale de gestion des urgences (FEMA) doit faire face. Faisant face à des dommages sur des centaines de kilomètres carrés, La FEMA a de nouveau demandé au MIT Lincoln Laboratory d'utiliser son système lidar de pointe pour imager la destruction dans la région.

Installé sur un avion et survolé de nuit sur un site sinistré, lidar (qui signifie détection et télémétrie de la lumière) envoie des impulsions de lumière laser qui rebondissent sur le sol et les structures situées en dessous et sont à nouveau collectées par l'instrument. Le moment du retour de chaque impulsion lumineuse à l'instrument est utilisé pour construire ce que les chercheurs appellent une "carte de nuage de points, " un modèle 3D haute résolution de la zone numérisée qui représente les hauteurs des structures et des caractéristiques du paysage. Les analystes de laboratoire peuvent ensuite traiter ces données de nuage de points pour glaner des informations qui aident la FEMA à concentrer leurs efforts de récupération, par exemple, en estimant le nombre de maisons effondrées dans une zone, le volume des amas de débris, et la portée des eaux de crue.

Pourtant, envoyant rapidement les près de deux téraoctets de données à partir d'une seule analyse nocturne, ou sortie, au Laboratoire pour le traitement est un défi. Après une tempête, les connexions Internet locales peuvent être absentes ou inégales. Lorsque le Laboratoire a utilisé cette même plateforme lidar après l'ouragan Maria à Porto Rico, des réseaux en panne signifiaient avoir à renvoyer physiquement un disque dur au Massachusetts, ce qui représentait un délai de plus de deux jours pour remettre les données entre les mains des analystes. Lorsque l'équipe a commencé la campagne dans les Carolines à la mi-septembre, ils ont fait face au même obstacle.

Cette fois, l'obstacle a été franchi grâce à MCNC. L'organisation à but non lucratif anciennement connue sous le nom de Microelectronics Center of North Carolina est basée à Research Triangle Park près de Durham, Caroline du Nord, qui n'a pas été directement touché par l'ouragan Florence. MCNC a donné au laboratoire un accès gratuit à son réseau de recherche et d'éducation de Caroline du Nord (NCREN).

"Notre état a été durement touché par l'ouragan Florence, " dit Tommy Jacobson, chef de l'exploitation et vice-président de MCNC. "Pour la direction de MCNC, c'était une décision rapide et facile d'activer le MIT, qui était en état d'assister la FEMA, avec un accès aux ressources de notre réseau pour aider comme nous le pouvions à faire en sorte que les secours parviennent à ceux qui en avaient besoin. »

NCREN est l'épine dorsale à large bande de la Caroline du Nord, reliant plus de 750 établissements, y compris tous les districts scolaires publics de l'État, universités et collèges, lieux de sécurité publique, et d'autres institutions communautaires d'ancrage. L'accès pour le laboratoire signifiait un espace rack pour l'équipement à l'intérieur du centre de données MCNC. De là, MCNC a fourni une connexion IP de 10 gigabits du NCREN à Internet2, un ultrarapide, réseau avancé qui relie les centres de recherche du monde entier. Cette connexion a donné à l'équipe la possibilité de télécharger quotidiennement de gros volumes de données de leur équipement à l'intérieur du centre de données vers un centre de calcul sur le campus du MIT qui est également connecté à Internet2.

De là, une autre connexion de 10 gigabits a renvoyé les données du campus au Lincoln Laboratory Supercomputing Center à Holyoke, où les données ont été traitées.

"La liaison montante de 10 gigaoctets de MCNC nous a permis de transmettre les données à une vitesse tellement plus élevée que certains de nos téléchargements ont été effectués en six à sept heures environ, " dit Daniel Ribeirinha-Braga, un membre de l'équipe de gestion des données du Laboratoire dans cet effort d'ouragan. "Gardez à l'esprit qu'il s'agit de données lidar, dont nous obtenons environ 1,5 à 1,9 téraoctets par nuit, qui doit être copié à plusieurs endroits, comme d'autres disques durs, organisé en un seul SSD [disque à semi-conducteurs], puis téléchargé dans le laboratoire depuis MCNC. »

La collaboration entre le Laboratoire et MCNC s'est concrétisée par Matt Daggett, membre du personnel du Groupe des systèmes d'aide humanitaire et de secours en cas de catastrophe (HADR). Il avait travaillé chez MCNC il y a plus de dix ans.

"Je connaissais le backbone NCREN et le centre de données sur le campus MCNC, " dit Daggett. " Quand il est devenu clair que nos opérations de vol seraient basées à l'aéroport RDU [Raleigh-Durham International], Je savais que MCNC serait l'endroit idéal pour mettre nos données sur Internet2."

Jacobson ajoute : « Nous étions reconnaissants que le MIT nous ait demandé de fournir cette aide, "

Le traitement des données étant en cours, le laboratoire a commencé à fournir des rapports à la FEMA. L'imagerie lidar révèle des choses qu'il serait impossible à la FEMA de savoir en ne regardant que les images satellite. "La différence la plus importante entre une image satellite et l'image lidar est que vous pouvez y faire des mesures en 3D, " déclare Anthony Lapadula du groupe HADR Systems. " Alors, parce qu'il s'agit de données 3D, nous pouvons faire des choses comme vous dire quelle est la taille d'un trou dans une route, ou vous dire quelle est l'ampleur d'une chute d'altitude à la suite d'un glissement de terrain. »

L'un des plus grands avantages du travail lidar a été le gain de temps pour la FEMA. Lorsque quelqu'un a signalé des dommages à un endroit spécifique, La FEMA a pu évaluer rapidement les dommages en demandant aux analystes du laboratoire de visiter virtuellement l'emplacement sur la carte du nuage de points et de rapporter ce qu'ils ont trouvé.

Par exemple, La FEMA leur a demandé de zoomer sur une petite ville de la rivière Lumber en Caroline du Nord qui avait été inondée par les eaux de crue. L'analyse des données a indiqué à la FEMA l'étendue de l'inondation, le volume de tas de débris dans la ville, et des changements dans le tracé de la rivière. Il y avait aussi des questions environnementales auxquelles il fallait répondre, comme le volume d'un tas de cendres de charbon pour déterminer combien, si seulement, emporté par les eaux de crue. Ils pourraient également vérifier les infrastructures publiques, comme une écluse et un barrage le long de la rivière Cape Fear dont les données ont montré qu'elles étaient complètement inondées.

L'achèvement des 40 sorties demandées au-dessus des Carolines a pris plusieurs semaines à l'équipe, jusqu'à Thanksgiving. Les sorties couvraient des zones le long de la côte, de Cape Lookout National Seashore à Myrtle Beach et à travers des bandes s'étendant à l'intérieur des terres. Ces centaines de kilomètres de données lidar ont été traitées à une résolution d'environ 25 centimètres. Pour mettre cette résolution en perspective, Lapadula dit que si les zones scannées étaient complètement recouvertes de ballons de basket, ils seraient capables de mesurer avec précision l'emplacement de chaque balle.

Mais avec un seul de ces systèmes extrêmement avancés disponibles, Le personnel du Lincoln Laboratory est limité quant à la zone qu'il peut couvrir et au nombre de catastrophes auxquelles il peut répondre avec la technologie. Le système lidar a été développé à l'origine par Active Optical Systems Group, qui a aidé le groupe HADR Systems avec la collecte de données, En traitement, et le développement d'algorithmes.

Plusieurs collaborateurs de l'industrie ont également participé à cet effort. Employés de la PME 3DEO, spécialisée dans la technologie lidar en mode Geiger, aidé à la collecte des données. La petite entreprise LEEP a contribué à l'analyse des données et à la formation des analystes de la FEMA pour faciliter l'utilisation des données. Un autre partenaire, Conversions Basler Turbo, pris en charge les aspects techniques de l'installation du lidar sur l'avion BT-67, qui est loué à la société AIRtec.

Alors que le laboratoire est impliqué dans la reprise après sinistre depuis le séisme de 2010 en Haïti, elle n'a jamais été aussi active dans ces efforts que l'année dernière depuis les ouragans Harvey, Irma, et Maria en 2017.

"Nous avons passé une décennie sans qu'un ouragan majeur frappe la zone continentale des États-Unis, " Lapadula réfléchit. " Maintenant, c'est comme s'ils continuaient à venir."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.