Snelle reactie op natuurrampen

Motivatie:

De ervaring bij KeckCAVES heeft aangetoond dat immersieve 3D-visualisatie een krachtig instrument is voor wetenschappelijk onderzoek. De toepassing van de ontwikkelde software en methoden, en de daaruit getrokken lessen, op tijdgevoelige problemen die de samenleving als geheel rechtstreeks raken, biedt grote mogelijkheden. Dit subdoel van het algemene CI-TEAM-project is specifiek gericht op de toepassing van immersieve visualisatiesoftware om tijdig te kunnen reageren op natuurrampen zoals aardbevingen, aardverschuivingen, bosbranden, dambreuken, enz.

Het gemeenschappelijke element van de meeste van deze soorten rampen is dat zij mensen op het aardoppervlak treffen, in tegenstelling tot de korst of de mantel eronder, of de atmosfeer erboven. Dit betekent dat de soorten gegevens die het vaakst worden aangetroffen bij, en het nuttigst zijn voor, reacties op deze rampen 2,5D-gegevensreeksen zijn, zoals hogeresolutiescans van een omgeving die een rampzalige snelle verandering ondergaat, zoals opwaartse druk of schudden als gevolg van een aardbeving.

Belangrijke activiteiten:

De ontwikkeling in dit projectgebied was gericht op de verbetering van immersieve visualisatiesoftware die toepasbaar is op de soorten gegevens die vaak voorkomen bij rampenbestrijding, namelijk 3D-geometrieën op of dicht boven het aardoppervlak, en op de opleiding van gebruikers, met name in scenario’s voor snelle respons. Studenten en post-docs die door dit project werden ondersteund, reisden naar gebieden die door natuurrampen waren getroffen, zoals Baja California na de aardbeving El Mayor-Cucapah in 2010 en Napa Valley na de aardbeving in South Napa in 2014, en verzamelden grote hoeveelheden 3D-gegevens met behulp van terrestrische laserscanners met hoge resolutie en met behulp van een nieuwe techniek die “structuur uit beweging” wordt genoemd, waarbij een digitale camera wordt gebruikt om overlappende beelden te maken waaruit een 3D-scan wordt afgeleid. De studenten maakten vervolgens gedetailleerde kaarten van de verplaatsing op en van de betrokken breuklijnen met behulp van KeckCAVES-software, waaronder Crusta en LiDAR Viewer.

Ter ondersteuning van hun analysewerk werd een nieuw point-based computing framework ontwikkeld op basis van LiDAR Viewer’s hiërarchische multi-resolutie en out-of-core point cloud opslagformaat, waardoor niet-computerwetenschappelijke gebruikers hun eigen filter- en statistische analyse-instrumenten kunnen ontwikkelen met behulp van de populaire programmeertaal Python. De virtuele wereldbolapplicatie Crusta werd uitgebreid met een module voor het interactief vervormen, en het ongedaan maken van vervorming ten gevolge van aardbevingen, van 3D-topografische datasets met hoge resolutie, gebaseerd op modellen van 3D-geometrie van onderliggende breuken.

Specifieke doelstellingen:

De doelstellingen waren het opzetten van RSR op basis van VR, het tot stand brengen van de voor RSR benodigde cyber0infrastructuur door de ontwikkeling van nieuwe software-instrumenten, en het opleiden van studenten in de workflow van RSR met behulp van CI-instrumenten.

Significante resultaten:

De softwareontwikkeling in dit projectgebied heeft geleid tot nieuwe releases van de KeckCAVES-softwarepakketten LiDAR Viewer, inclusief de nieuwe point-based computing programming interface, en Crusta. Het team ontwikkelde nieuwe methoden voor het extraheren van structuur uit beweging met behulp van overlappende foto’s om 3D-structuren te ontwikkelen.

De primaire casestudy was de aardbeving van 6,0 magnitude in 2014 in het zuiden van Napa, die zich voordeed op slechts een uur rijden van Davis en een oppervlaktebreuk vertoonde, waardoor het een uitstekend doel was voor RSR-instrumenten van de CI-TEAM-groep. Binnen enkele uren na de aardbeving werd een team samengesteld dat studenten het veld in stuurde om gegevens te verzamelen. Dit team bleef enkele maanden aan het werk en resulteerde in het verzamelen van gegevens, de ontwikkeling van nieuwe technieken en door studenten geleide publicaties met collegiale toetsing waarbij de KeckCAVES-technologie werd gebruikt. Het werk werd zowel in het openbaar gedaan, met observaties die onmiddellijk na het evenement op Twitter werden geplaatst, als met behulp van zakelijke samenwerkingstools zoals Evernote en Slack om de workflow te organiseren. Het team ontwikkelde een KMZ-schrift met locatiespecifieke foto’s voor gebruik in Google Earth. Er is een door studenten geleide publicatie in voorbereiding met een handleiding voor het gebruik van structure-from-motion technieken voor RSR.

Belangrijkste resultaten of andere verwezenlijkingen:

Naast de RSR-gebeurtenisreactie heeft het team instrumenten ontwikkeld voor gebruik in de geologieles: zie Immersieve visualisatie in de klas voor meer informatie.