研究& Innovation

转向新的,具有成本效益的技术和方法的研究,使沿海城市地区更具弹性

用无人机海滩调查和机器学习,AG体育研究人员正在监测输沙和下水道,准备下暴

Small boat entering waater
图片来源:乔·科拉多摄影

当桑迪飓风在2012年撞上东海岸,它强调的痛点,大小城市都需要地址为未来的风暴:确保海滩均达到保护沿海社区,并评估和修复老化的下水道,其中许多任务中沙溢出。

更好地了解这些影响,在AG体育在民间,环境和海洋工程研究(CEOE)部门正在部署新的和具有成本效益的技术和方法的阵列,以使城市沿海地区更有弹性的最终目标。

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图片来源:乔·科拉多摄影

•米勒,在CEOE副教授 戴维森的实验室和他的研究小组一直在使用无人机来监控沿着泽西岸海滩地形变化的各种项目。

“我们帮助社区计划,并帮助确定在岸边脆弱地区,并点出事情可以做,为自己更加适应,”米勒说。

沿着岸边沙是海岸防护的关键因素。沙作为抵御风暴冲击的屏障,但随着风沙转移浪潮,使得它的关键监控任何高度的变化。

通常的方法来衡量海滩海拔为研究人员利用全球定位系统(GPS)技术,但这个过程非常耗时,繁琐,而且容易对某些类型的错误。调查人员携带,而他们步行或陷入沙中,影响测量接收机能低迷的全球定位系统。

相比之下,使用无人驾驶飞机的是更便宜的,更有效的和精确的,并能捕获更多的细节。传统的GPS沙滩调查可能需要几个小时来捕获几百个数据点,而无人机海滩调查可以在短短一个多小时捕捉几百万个数据点。

从米勒的实验室一项研究中,研究人员使用无人驾驶飞机监控的几个月中从四个飞越2018图像的跨度内的公共海滩上的交易,新泽西州的1.5英里长导致创建三个高程图。

他们看着这个特殊的海滩,因为美国工程兵部队桑迪飓风之后补充的面积多风沙。工人还在2017年实现腹股沟腹股沟切口项目那里,垂直于岸边建造人造岩石结构,用来减少风沙侵蚀和保护社区。这将停止泥沙的运动也进一步饿死的海滩下来至关重要沙海岸。开槽-除去岩石中的部分腹股沟-允许沉积物运动,而且保持了腹股沟的保护质量。

该无人机的研究表明,腹股沟切口,正在按原计划,也显示概念无人机海拔监测的证明。

除了米勒的无人驾驶飞机的研究,他的实验室已开发出 风暴侵蚀指数。这种新方法,它计算风暴的侵蚀影响,一直被认为是比旧方法更准确。 2018的飓风中描述风暴侵蚀指数和海滩和海岸结构损害之间的关系的文章迈克尔最近 发表在科学期刊 海岸和海滩.

使用机器学习来预测老化的下水道故障点

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图片来源:瓦伦蒂娜prigiobbe

另一种相对较新的方法,研究人员已经部署先进 机器学习 技术复杂的工程系统进行建模。如果是 瓦伦蒂娜prigiobbe,CEOE助理教授,她和她的团队一直在关注城市下水道,尤其是霍博肯陷入困境和老化的系统,其中大部分可以追溯到维多利亚时代。

“现在机器学习是土木工程的一个新趋势,如其他工程学科。例如,它被用于结构监测,在许多情况下,使用机器学习的是仍处于研究和试验阶段,”说prigiobbe,他的实验室专注于运输和流经多孔介质,无论是在能源,水,或城市水文部门。

看着下水道系统是至关重要的,因为霍博肯与不只是风暴的水域,而且期间沙排未经处理的废水进入街道和纽约港的下水道溢出淹没。下水道系统由砖,混凝土,粘土和木材;其历史可以追溯到19世纪70年代。

城市和国家一直在忙于修复下水道系统,但它仍然是一个具有挑战性的和昂贵的任务。注重系统的最脆弱的地区是最重要的,但有时并不清楚,直到风暴和洪水发生哪些领域最需要注意。市领导怎么能做出这么多钱和时间就行了正确的决定?

在一个正在进行的项目,prigiobbe的实验室已经开发出一种方法,结合机器学习和统计模型来模拟地下水涌入城市下水道和预测系统的最大麻烦点。 prigiobbe的统计模型需要在下水管道材料,土壤,水台和管道尺寸的变量,并在街道水平使得计算。她的团队,然后使用机器学习技术和现场测量,校准和优化模型并测试其有效性。

“在城市水文,我们不知道使用机器学习,以确定污水管网条件的其他群体。所以,我们在做什么是很独特的,”说prigiobbe。

该模型已经成功,它击中了80%的准确率在地下水洪水发生时预测的下水道系统的故障点,根据prigiobbe。它是相对于识别恶化下水道管,使用绑小,远程控制的机器人(也称为CCTV调查)通过排水爬行相机其中涉及的其他方法也符合成本效益。

在一个相关的项目,prigiobbe的团队观察在不同天气条件下的地下水和沿海城市地区的下水道之间的相互作用,详见去年发表在期刊上的两篇论文  环境科学与污染研究。在后一公报中,的耦合下水道地下水系统显示了研究地下水溢流的存在到下水道系统可轻微沉淀之后或甚至在干燥的气候条件将触发未经处理的污水(组合下水道溢流,或CSO)的排出。作为老化的下水道修好,CSO事件可能会减少,但地下水的水位可能上升,最终,新兴城市的低洼部分。

prigiobbe还探讨了如何在城市地区沿海含水层内的土壤可以通过病毒和细菌被污染,民间社会组织排入地表水体或老化的下水道进入地下水泄漏。这种污染可以潜在地导致的水传播疾病的爆发。一个数学模型,在详细 在该杂志发表的论文去年5月 在水资源的进步,介绍了如何可能会发生这种污染,并与沿海城市地区的地下水盐度和潮流发展。

的紧迫性来解决所有的感受到在东海岸及以后的气候变化的影响,这些问题只会增加。这将是更严格的控制,例如,城市和城镇的洪水和污水溢出,当海平面上升;水传播疾病可能增殖更多,如果天气模式更改差;在沿海社区的海滩将不得不更好的准备和设计。

米勒说,关于AG体育的沿海研究,“沙后,我们的工作已经得到了更多的关注。我们始终专注于沿海弹性和随着时间的推移只会越来越重要。”