洪水通常伴隨著各種惡劣的天氣條件，如烏云、大雨和狂風(fēng)。

基于GPU的數(shù)據(jù)科學(xué)系統(tǒng)現(xiàn)在可以幫助研究人員和水災(zāi)應(yīng)急團(tuán)隊“看透”這一切。

利物浦大學(xué)地理數(shù)據(jù)科學(xué)實驗室客座教授John Murray開發(fā)了cuSAR，該平臺可以利用歐洲航天局的雷達(dá)數(shù)據(jù)來監(jiān)測地面狀況。

cuSAR使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)創(chuàng)建圖像，以此描繪惡劣天氣條件下地面狀況的準(zhǔn)確地理信息。

為創(chuàng)建雷達(dá)視覺平臺，Murray使用了NVIDIA RAPIDS軟件庫套件和CUDA并行計算平臺以及NVIDIA GPU。

水災(zāi)應(yīng)急響應(yīng)

該平臺最初是針對財產(chǎn)保險領(lǐng)域設(shè)計的，因為抵押貸款和保險供應(yīng)商需要評估包括水災(zāi)之內(nèi)影響財產(chǎn)的風(fēng)險因素。

要想以這種方式使用衛(wèi)星數(shù)據(jù)，就需要清晰的地面視覺效果，但要想獲得可分析的圖像，就意味著可能要在英國烏云密布的天氣中等待數(shù)周。借助cuSAR，用戶就能近乎實時地進(jìn)行洞察。

雷達(dá)視覺平臺的應(yīng)用案例現(xiàn)已擴(kuò)展至安全領(lǐng)域。

幾年前，北威爾士地區(qū)應(yīng)急規(guī)劃局首先聯(lián)系了地理數(shù)據(jù)科學(xué)實驗室，請求解決迪河谷發(fā)生的嚴(yán)重洪災(zāi)。低矮、濃密的云層籠罩著山谷，該團(tuán)隊無法駕駛直升機(jī)，無人機(jī)也無法充分了解沿河洪泛區(qū)的整體狀況。

利用基于NVIDIA GPU的圖像分析平臺，Murray能實時提供受災(zāi)地區(qū)的高質(zhì)量渲染圖。應(yīng)急規(guī)劃局可利用這些信息，將有限的資源分配到關(guān)鍵地區(qū)，并隨洪災(zāi)的發(fā)展變化調(diào)整工作。

去年，該實驗室提供雷達(dá)數(shù)據(jù)來監(jiān)測一個受到水位上升威脅的疫苗工廠。應(yīng)急團(tuán)隊得以在天氣條件允許的情況下，將直升機(jī)送到抗擊洪水的最佳位置。

糾正扭曲的視圖

從雷達(dá)數(shù)據(jù)中創(chuàng)建可分析的圖像并非易事。

地球的曲率、衛(wèi)星圖像的透視失真要求使用“橡皮拉伸”技術(shù)，用數(shù)學(xué)方法矯正，并與位置數(shù)據(jù)疊加，以實現(xiàn)精確的地理定位。

一個典型的雷達(dá)清單包含數(shù)十億個數(shù)據(jù)點，以網(wǎng)格形式呈現(xiàn)。

雷達(dá)圖像失真與其所對應(yīng)位置的對比示例

Murray說道："我們無法僅通過雷達(dá)數(shù)據(jù)來成像。這其中涉及大量的處理和數(shù)學(xué)運(yùn)算，也正是GPU的用武之地。"

Murray使用NVIDIA RAPIDS和Python Numba CUDA編寫了cuSAR的代碼，與雷達(dá)和位置數(shù)據(jù)無縫匹配。

傳統(tǒng)的Java或Python代碼通常需要40分鐘左右才能輸出。而在NVIDIA GPU的加持下，僅需4秒鐘。

數(shù)據(jù)得以處理之后，該平臺就會輸出帶有精確地理信息的圖像，該圖像與英國陸軍測量局的網(wǎng)格坐標(biāo)相一致。

在收到衛(wèi)星數(shù)據(jù)的15分鐘內(nèi)，就可以將其交給緊急救援隊，讓他們能夠掌握信息，迅速應(yīng)對當(dāng)?shù)匮杆僮兓那闆r。

未來的防洪

在過去十年中，英國經(jīng)歷了有記錄以來最潮濕的幾個月。值得注意的是，2020年是有記錄以來第一年在所有三個關(guān)鍵天氣排名中都進(jìn)入前十名——最暖、最潮濕和最晴朗。氣象局預(yù)測，50年后，發(fā)生嚴(yán)重山洪的可能性會增加近五倍。

像cuSAR這樣的技術(shù)使研究人員和應(yīng)急人員能夠及時監(jiān)測和應(yīng)對災(zāi)害，保護(hù)最易受惡劣天氣條件影響的家庭和企業(yè)。

原文標(biāo)題：無論風(fēng)云如何變幻，雷達(dá)視覺都能穿透云層，應(yīng)急救援水災(zāi)

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審核編輯：湯梓紅