Die NYU baut im New Yorker Stadtteil Gowanus ein Ultraschall-Überschwemmungssensor-Netzwerk auf

PMenschen haben im vergangenen Jahr rund 760 Millionen Fahrten mit der New Yorker U-Bahn unternommen. Zugegeben, das ist ein Rückgang von etwa 1,7 Billion Reisen, vor der Pandemie, aber immer noch weit hinter den beiden nächstgrößten Transitsystemen zurück – der Metro von DC und der Chicago Transit Authority – zusammengenommen. Wenn also große Stürme, wie die Überreste des Hurrikans Ida im letzten Jahr, Nor’easter, schwere Regengüsse oder anschwellende Fluten die tief liegenden Küstengebiete und die Infrastruktur von New York überschwemmen, ist das eine große Sache.

Jonathan Oatis / reuters

Und es ist ein Geschäft, das dank des Klimawandels nur noch größer wird. Der Meeresspiegel rund um die Stadt ist im letzten Jahrhundert bereits um einen Fuß gestiegen, wobei ein weiterer Anstieg um 8 bis 30 Zoll bis Mitte des Jahrhunderts und bis zu 75 zusätzliche Zoll bis 2100 erwartet wird, so das New York City Panel on Climate Change. Um Stadtplanern, Rettungskräften und normalen Bürgern gleichermaßen dabei zu helfen, sich besser auf 100-jährige Stürme vorzubereiten, die jedes Paar zunehmend erlebt, haben Forscher der Urban Flooding Group der NYU ein Straßensensorsystem entwickelt, das steigende Straßenfluten in Echtzeit verfolgen kann.

Die Stadt New York liegt auf einer Reihe tiefliegender Inseln und war im Laufe ihrer Geschichte den Wutausbrüchen mittelatlantischer Hurrikane ausgesetzt. Berichten zufolge traf 1821 ein Hurrikan direkt über der Stadt ein und überschwemmte Straßen und Kais mit 13 Fuß hohen Wellen im Laufe von nur einer Stunde; Ein nachfolgender Cat I-Sturm im Jahr 1893 vernichtete dann alle Anzeichen von Zivilisation auf Hog Island, und ein Cat III zog über Long Island hinweg, tötete 200 Menschen und verursachte große Überschwemmungen. Die Dinge verbesserten sich nicht mit dem Aufkommen einer Sturm-Namenskonvention. Carol im Jahr 1954 verursachte auch stadtweite Überschwemmungen, Donna brachte 1960 eine 11-Fuß-Sturmflut mit sich und Ida erlebte 2021 eine beispiellose Menge an Regenfällen und anschließenden Überschwemmungen in der Region, die mehr als 100 Menschen töteten und fast eine Milliarde Dollar verursachten bei Schäden.

New Yorker Überschwemmungsgebiete

NOAA

Wie die NYC-Planungsabteilung erklärt, arbeitet die Stadt bei der Festlegung von Bauvorschriften, Zoneneinteilung und Planung mit den vorläufigen Hochwasserversicherungsratenkarten (PFIRMs) der FEMA, um das Hochwasserrisiko eines Gebiets zu berechnen. PFIRMs decken die Gebiete ab, in denen “Hochwasser während eines Hochwasserereignisses mit einer jährlichen Wahrscheinlichkeit von 1 Prozent ansteigen”, manchmal auch als 100-jährige Überschwemmungsgebiete bezeichnet. Seit 2016 fallen etwa 52 Millionen Quadratfuß der Küste von NYC in diese Kategorie, was 400.000 Einwohner betrifft – mehr als die gesamte Bevölkerung von Cleveland, Tampa oder St. Ludwig. Bis 2050 wird sich dieser Wirkungsbereich voraussichtlich verdoppeln und die Wahrscheinlichkeit von 100-jährigen Überschwemmungen könnte sich verdreifachen, was bedeutet, dass die Wahrscheinlichkeit, dass Ihr Haus im Laufe einer 30-jährigen Hypothek mit erheblichen Überschwemmungen konfrontiert wird, von etwa 26 Prozent steigen würde heute bis Mitte des Jahrhunderts auf fast 80 Prozent.

NYC 500 Jahre Überschwemmungsgebiet

NOAA

Daher ist die Reaktion auf die heutigen Überschwemmungen bei gleichzeitiger Vorbereitung auf sich verschlechternde Ereignisse in der Zukunft eine entscheidende Aufgabe für die Verwaltung von NYC, die eine Koordination zwischen Regierung und NGOs auf lokaler, staatlicher und föderaler Ebene erfordert. FloodNet, ein Programm, das zuerst von der NYU gestartet und mit Hilfe von CUNY erweitert wurde, arbeitet auf hyperlokaler Ebene, um einen straßenweisen Überblick über Überschwemmungen in einem bestimmten Viertel zu bieten. Das Programm begann mit der Urban Flooding Group der NYU.

“Wir entwerfen, bauen und implementieren im Wesentlichen kostengünstige Sensoren zur Messung von Überschwemmungen auf Straßenebene”, sagte Dr. Andrea Silverman, Umweltingenieurin und außerordentliche Professorin am Department of Civil and Urban Engineering der NYU, erzählt Engadget. „Die Idee ist, dass es dringend benötigte quantitative Daten liefern kann. Vor FloodNet gab es keine quantitativen Daten zu Überschwemmungen auf Straßenebene, sodass die Menschen nicht wirklich wussten, wie oft bestimmte Orte überschwemmt wurden – zum Beispiel die Dauer der Überschwemmungen, die Tiefe, die Häufigkeit des Einsetzens und des Abflusses.“

FloodNet Innenleben

Urban Flooding Group, NYU

„Und das sind alles Informationen, die einerseits für die Infrastrukturplanung, aber auch für das Notfallmanagement hilfreich sind“, so die Sprecherin weiter. „Wir haben also unsere Daten zur Verfügung, sie senden Benachrichtigungen an interessierte Personen, wie den Nationalen Wetterdienst und das Notfallmanagement, um ihre Reaktion zu informieren.“

FloodNet befindet sich derzeit in der frühen Entwicklungsphase mit nur 23 Sensoreinheiten, die auf 8 Fuß hohen Pfosten im gesamten Gowanus-Viertel in Brooklyn errichtet wurden, obwohl das Team hofft, dieses Netzwerk innerhalb des nächsten halben Jahrzehnts auf mehr als 500 Einheiten in der ganzen Stadt auszudehnen. Jeder FloodNet-Sensor ist ein in sich geschlossenes, solarbetriebenes System, das Ultraschall als unsichtbaren Entfernungsmesser verwendet – wenn das Hochwasser steigt, schrumpft der Abstand zwischen der Straßenoberfläche und dem Sensor, die Berechnung der Differenz zwischen dieser und den Basismesswerten zeigt, wie viel Wasser vorhanden ist Niveau ist gestiegen. Das NYU-Team entschied sich für eine ultraschallbasierte Lösung und nicht für, sagen wir, LiDAR oder RADAR, da die Ultraschalltechnologie etwas kostengünstiger ist und fokussiertere Rückgabedaten liefert, sowie genauer ist und weniger Wartung erfordert als ein einfacher Kontaktwassersensor.

Die von jedem Sensor erzeugten Daten werden drahtlos mit einem LoRa-Transceiver an einen Gateway-Hub übertragen, der von jedem Sensor innerhalb eines Umkreises von einer Meile abrufen und über das Internet an die FloodNet-Server senden kann. Die Daten werden dann in Echtzeit auf der FloodNet-Homepage angezeigt.

Floodnet-Karte von NYC

STÄDTISCHE ÜBERSCHWEMMUNGSGRUPPE, NYU

„Die Stadt hat viel in Vorhersagemodelle investiert [estimating] wo es mit einer bestimmten Regenmenge überfluten oder die Flut zunehmen würde”, sagte Silverman. Sensoren müssen nicht an jeder Ecke installiert werden, um am effektivsten zu sein, betonte sie. Es gebe „bestimmte Standorte, die beispielsweise aufgrund der Topologie oder wegen des Kanalnetzes oder wegen der Nähe zur Küste eher hochwassergefährdet sind. Und so verwenden wir diese Modelle, um zu versuchen, ein Gefühl für Orte zu bekommen, an denen es am anfälligsten für Überschwemmungen sein könnte“, und um die Anwohner mit Informationen aus erster Hand über wahrscheinliche Überschwemmungsgebiete zu erreichen.

Um das Programm weiter ausrollen zu können, müssen die Sensoren leicht umgestaltet werden, stellte Silverman fest. „Bei der nächsten Version des Sensors nehmen wir das, was wir aus unserer aktuellen Version gelernt haben, und machen es etwas besser herstellbar“, sagte sie. „Wir sind dabei, das zu testen, und dann hoffen wir, unsere erste Fertigungsrunde zu starten, und das wird es uns ermöglichen, zu expandieren.“

FloodNet ist ein Open-Source-Projekt, daher sind alle Sensorschemata, Firmware, Wartungsanleitungen und Daten auf der GitHub-Seite des Teams frei verfügbar. „Natürlich muss man über ein gewisses technisches Know-how verfügen, um sie bauen zu können – es ist vielleicht nicht gerade jetzt so, dass jeder einen Sensor bauen, einsetzen und sofort online sein könnte, um einfach zu generieren die Daten, aber wir versuchen, dorthin zu gelangen”, räumte Silverman ein. „Irgendwann würden wir gerne an einen Ort kommen, an dem wir die Entwürfe so aufschreiben können, dass sich jeder damit befassen kann.“

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