Snabba insatser vid naturkatastrofer

Motivation:

Erfarenheterna från KeckCAVES har visat att uppslukande 3D-visualisering är ett kraftfullt verktyg för vetenskaplig forskning. Det finns stora möjligheter att tillämpa den programvara och de metoder som utvecklats och de lärdomar som dragits av detta på tidskänsliga problem som direkt påverkar samhället i stort. Detta delmål av det övergripande CI-TEAM-projektet syftar särskilt till att tillämpa mjukvara för immersiv visualisering för att snabbt kunna reagera på naturkatastrofer som jordbävningar, jordskred, skogsbränder, dammbrott osv.

Gemensamt för de flesta av dessa typer av katastrofer är att de drabbar människor på jordens yta, i motsats till jordskorpan eller manteln under den, eller atmosfären ovanför den. Detta innebär att de datatyper som oftast förekommer i och är mest användbara vid dessa katastrofer är 2,5-dimensionella datamängder, t.ex. högupplösta skanningar av en miljö som genomgår en katastrofal snabb förändring, t.ex. upphöjning eller skakningar till följd av en jordbävning.

Viktiga verksamheter:

Utvecklingen inom detta projektområde fokuserade på att förbättra programvaran för uppslukande visualisering som kan användas för de typer av data som ofta förekommer vid katastrofinsatser, nämligen 3D-geometrier på eller nära ovanför jordytan, och på utbildning av användare som är särskilt lämpade för snabba insatser. Studenter och postdoktorer som fick stöd från detta projekt reste till områden som drabbats av naturkatastrofer, t.ex. Baja California efter jordbävningen i El Mayor-Cucapah 2010 och Napa Valley efter jordbävningen i South Napa 2014, och samlade in stora mängder 3D-data med hjälp av högupplösta laserskannrar och med hjälp av en ny teknik som kallas ”struktur från rörelse”, där en digitalkamera används för att skapa överlappande bilder som sedan används för att ta fram en 3D-skanning. Eleverna skapade sedan detaljerade kartor över förskjutningar på och från de berörda förkastningslinjerna med hjälp av KeckCAVES-programvaran, inklusive Crusta och LiDAR Viewer.

För att stödja deras analysarbete utvecklades ett nytt ramverk för punktbaserad databehandling baserat på LiDAR Viewer’s hierarkiska multiupplösningsformat och lagringsformat för punktmoln utanför kärnan, vilket gör det möjligt för användare som inte är datorvetare att utveckla sina egna verktyg för filtrering och statistisk analys med hjälp av det populära programmeringsspråket Python. Programmet Crusta för virtuella glober utökades med en modul för att interaktivt deformera och återställa deformationer på grund av jordbävningar, högupplösta 3D-topografiska datamängder i 3D baserade på modeller av 3D-förkastningsgeometri under ytan.

Specifika mål:

Målen var att engagera sig i VR-baserade RSR-insatser, skapa den cyberinfrastruktur som behövs för RSR genom utveckling av nya programvaruverktyg och utbilda studenter i RSR-arbetsflödet med hjälp av CI-verktyg.

Betydande resultat:

Den programvaruutveckling som utfördes inom detta projektområde ledde till nya versioner av KeckCAVES-programvarupaketen LiDAR Viewer, inklusive dess nya programgränssnitt för punktbaserad beräkning, och Crusta. Teamet har utvecklat nya metoder för att extrahera struktur från rörelse med hjälp av överlappande fotografier för att utveckla 3D-strukturer.

Den primära fallstudien var jordbävningen i South Napa 2014 med magnitud 6,0, som inträffade bara en timmes bilresa från Davis och som uppvisade ytbrott, vilket gjorde den till ett utmärkt mål för RSR-verktyg av CI-TEAM-gruppen. Ett team bildades som skickade ut studenterna på fältet för datainsamling inom några timmar efter jordbävningen och fortsatte att arbeta i flera månader, vilket resulterade i insamling av data, utveckling av ny teknik och studentledda publikationer med peer-review som använder KeckCAVES-teknik. Arbetet utfördes både öppet, med observationer som publicerades på Twitter omedelbart efter evenemanget, och med hjälp av samarbetsverktyg som Evernote och Slack för att organisera arbetsflödet. Teamet utvecklade en KMZ-notebook med platsspecifika foton för användning i Google Earth. En studentledd publikation håller på att utarbetas för att ge en handbok för användning av struktur-av-motion-tekniker för RSR.

Viktiga resultat eller andra prestationer:

Förutom RSR-händelsen har teamet utvecklat verktyg som kan användas i geologiklassrummet: se Uppslukande visualisering i klassrummet för mer information.