Orkansäsongen 2017 var en av de sämsta någonsin. 17 namngivna stormar orsakade mer än 100 direkta dödsfall, fick 265 miljarder dollar i skadestånd och störde miljontals liv.

Vi kanske inte kan förhindra att orkaner uppstår, men vi kan förbättra vår förmåga att förutsäga dem, flytta bort människor från skada, reagera snabbt på deras efterdyningar och bygga våra hem och infrastruktur på ett sätt som kan överleva den värsta naturen kan kasta på oss.

Ett nytt verktyg som heter DesignSafe hjälper till att göra det. En webbaserad forskningsplattform för nätverket NHERI (Natural Hazards Engineering Research Infrastructure), DesignSafe låter forskare hantera, analysera, och förstå kritisk information om naturfaror - från jordbävningar och tornados till orkaner och sjunkhål.

Stöds av bidrag från National Science Foundation (NSF) och utvecklas vid Texas Advanced Computing Center (TACC) i samarbete med partners vid University of Texas i Austin, Rice University, och Florida Institute of Technology, DesignSafe utvecklar forskning som ska förhindra att naturfaror inträffar från att bli samhällskatastrofer. Detta innebär att hjälpa ingenjörer att bygga säkrare strukturer i framtiden för att klara naturliga risker och göra det möjligt för räddningspersonal att bättre rikta sina insatser.

Drivande spaning efter storm

Orkansäsongen 2017 satte DesignSafe på prov och visade plattformens löfte, enligt David Roueche, en biträdande professor i civilingenjörer vid Auburn University. Roueche var i frontlinjen för säsongens orkansvar, deltar i spaningsuppdrag till kustnära Texas, Florida Keys, Puerto Rico och flera karibiska öar i kölvattnet av orkanerna Harvey, Irma och Maria.

Efter Harvey, Roueche och hans medarbetare riktade sig mot kluster av småhus som drabbats av en rad vindhastigheter. De inspekterade mer än 1, 000 enskilda hem och loggade mer än 5, 000 geotaggade fotografier tagna av markbaserade team och obemannade flygbilar. De deltog i liknande insatser efter Irma och Maria.

DesignSafe hjälpte dem på olika sätt. De samordnade sina distributioner via en virtuell gemenskapskanal på Slack (ett molnbaserat samarbetsverktyg) som upprättats av DesignSafe; de använde vindkartdata som utvecklats av andra forskare och delades på DesignSafe för att avgöra var de skulle fokusera sina ansträngningar; och när de började fånga data i fältet, de laddade upp det direkt till DesignSafe och använde kartläggnings- och visualiseringsprogram som HazMapper och QGIS för att generera kartor som syntetiserade deras och andras datasamlingar.

"Vi var intresserade av att fånga data om strukturer innan de förstörs, revs och byggdes om, "Roueche sa." Detta är förgängliga data - det är syftet med NSF RAPID -programmet - att fånga dessa förgängliga data innan de går förlorade. "

Roueche och hans team hittade exempel på hus sida vid sida, byggt ungefär samtidigt, där en förstördes helt och den andra var intakt. Vilka faktorer påverkade överlevnaden? Och hur kan återuppbyggnadsarbetet förbättras genom att förstå vilka funktioner som fick vissa strukturer att stå emot stormar?

DesignSafe's Reconnaissance Portal, som lanserades 2017, gav både de beräkningsmöjligheter som Roueche behövde för sina analyser och en plats för att dela mer än 200 gigabyte insamlad data. Portalen tillät också sitt team att omedelbart påbörja kvalitetskontroll och bedömningar av data och snabbt generera rapporter som andra som går in på fältet senare kan använda och bidra till.

Vanligtvis, det tar år för data som samlats in av forskare efter en storm att analyseras och rapporteras om, vilket innebär att ombyggnadsinsatser inte kan dra fördel av ingenjörers insikter. Med ett system som DesignSafe, dock, det finns hopp om att "resilienskurvan" kan påskyndas och att rekommendationer kan spridas på månader.

"Vi vill att städer ska kunna bygga upp mer motståndskraftigt, "Sa Roueche." Normalt sett det är ett till fem år innan produkter från data finns ute i litteraturen. Det tillåter oss inte att hjälpa samhällen att bygga om. Genom att ha ett mer strömlinjeformat arbetsflöde, standardiseringsprocesser, och publicera data tidigare, det gör att vi kan påverka återuppbyggnadsprocessen och få större inverkan. Det är därför jag är väldigt spänd på vart detta tar vägen. "

(Roueches medarbetare inkluderade:Frank Lombardo från University of Illinois at Urbana-Champaign, Rich Krupar från University of Maryland, Daniel Smith från Cyclone Testing Station vid James Cook University och Tracy Kijewski-Correa från Notre Dame University.)

Simuleringar på gatunivå av stormpåverkan

Förutom att möjliggöra spaning efter storm, att vara i frontlinjen för orkanen Harvey inspirerade DesignSafes utvecklare att skapa nya verktyg för att hjälpa första svarare i framtiden.

Dan Stanzione, TACCs verkställande direktör och huvudutredaren för DesignSafe, hjälpte beslutsfattare vid Texas State Operations Center under orkanen Harvey.

"Medan där, en första responder sa till mig:'Jag vill veta en lista med adresser i Houston som har översvämmats över deras eluttags höjd. Du har en superdator, kan du göra det rätt? '"minns Stanzione." Vi kunde inte ge den hjälpen i nuläget, men det inspirerade oss att skapa ett sådant verktyg. "

Komponenterna som krävs för en sådan analys - prognoser för stormflod, höjdkartor och huskonstruktioner - fanns redan. Men möjligheten att ansluta dessa datamängder och generera en lista över potentiellt skadade hem inom rimlig tid gjorde det inte.

Under månaderna som följde, forskare i DesignSafe -teamet sammanfogade verktyg för att integrera simuleringar och data över skalor, från hela Mexikanska golfen till en viss kuststräcka, och från enskilda stadsdelar till specifika hem.

Med hjälp av data från 2008 års orkan Ike och från en hypotetisk storm som FEMA använder för sin forskning, DesignSafe-teamet visade att det verkligen är möjligt att generera en lista över potentiellt skadade adresser i realtid. Faktiskt, alla aspekter av processen kan beräknas inom DesignSafe, använder TACC:s massiva superdatorer i bakgrunden.

"Vi kan gå från hela världen, storskalig HPC-simulering till, "Översvämmade det här huset eller inte?", Sade Stanzione. "Det är ett mål för länge som inte var tekniskt möjligt tidigare men som vi har kunnat nå. All data förblir i DesignSafe -miljön. Nästa steg är att bestämma hur vi kan automatisera dessa arbetsflöden så att de körs automatiskt. "

När nästa storm slår, tack vare DesignSafe, de första svararna kommer att ha den information de behöver för snabba åtgärder till hands.