Des outils avancés révèlent les connexions aux infrastructures essentielles pour atténuer les catastrophes

NRZ.Digital
0 0

Des outils avancés révèlent les connexions aux infrastructures essentielles pour atténuer les catastrophes
Crédits: Shutterstock / RaiPhoto

Une collaboration multiplateforme Argonne optimise un outil développé après l’ouragan Maria pour trouver les connexions essentielles entre les infrastructures critiques qui aideront les propriétaires et les opérateurs à planifier et à atténuer une variété de dangers potentiels.

Les catastrophes majeures, qu’elles soient naturelles ou causées par l’homme, ont le plus souvent un impact dévastateur sur les infrastructures locales qui peut entraîner l’interruption des efforts humanitaires et porter un coup économique aux communautés petites et grandes. Où que vous soyez dans le monde, ces infrastructures sont intimement liées, de sorte que la défaillance de l’une peut avoir un effet en cascade sur les autres.

Malheureusement, les détails de leur interconnexion ne sont pas toujours entièrement cartographiés, ce qui rend difficile pour les communautés de déterminer lequel mettre en ligne en premier après une catastrophe. Cependant, Argonne développe des ressources pour aider à établir les connexions entre le réseau électrique et d’autres infrastructures vitales – gaz naturel, eau potable, soins de santé, communications, etc. – et aider à prendre ces décisions critiques et opportunes.

Une catastrophe en particulier peut avoir donné l’impulsion à un tel outil.

Peu de temps après que l’ouragan Maria a ravagé Porto Rico en 2017, des chercheurs du Laboratoire national d’Argonne du Département américain de l’énergie (DOE) se sont joints à l’effort de relèvement pour aider à identifier et à hiérarchiser les systèmes d’infrastructure critiques qui bénéficieraient le plus des améliorations de la sécurité et de la résilience.

L’équipe a développé l’outil d’évaluation de l’interdépendance des infrastructures de Porto Rico (PRIIA) pour cartographier les connexions entre les infrastructures interdépendantes – tous les différents systèmes qui soutiennent fondamentalement la société, note Josh Bergerson, analyste principal des infrastructures dans la division des sciences de la décision et de l’infrastructure (DIS) d’Argonne et membre de l’équipe PRIIA.

Bergerson et d’autres membres de cette équipe continuent de faire progresser la technologie PRIIA par le biais du programme de recherche et de développement dirigé en laboratoire (LDRD) d’Argonne, mais cette fois, l’accent est mis sur l’infrastructure spécifique à l’électricité et l’ajout de composants d’optimisation et d’intelligence artificielle (IA) pour réduire complexité et temps de solution.

« Le but de la recherche est de reprendre le travail que nous avons commencé avec la FEMA (Agence fédérale de gestion des urgences) en utilisant l’outil PRIIA et de réfléchir aux moyens d’augmenter et d’optimiser notre approche de modélisation de toutes les connexions entre les infrastructures interdépendantes », a déclaré Lawrence Paul Lewis, responsable du programme DIS pour la mise en œuvre de la technologie.

Adoucir l’effet domino

Les systèmes d’infrastructure tels que l’énergie, l’eau, les communications et les transports sont interconnectés; dépendant d’un autre de sorte que le fonctionnement d’un système affecte le fonctionnement d’un autre.

Votre maison est un microcosme de grands systèmes d’infrastructure qui sont connectés d’une manière ou d’une autre, et toutes les choses qui peuvent mal tourner si l’une de ces dépendances – les services d’un service public, par exemple – est endommagée.

L’électricité est généralement la première à disparaître, et peut-être la plus importante. Sans cela, vous perdez les lumières, la réfrigération, la climatisation ou le chauffage, s’il est électrique. Vous pourriez perdre de l’eau si vous êtes sur un puits ou perdre l’accès à Internet et à la télévision.

Imaginez maintenant à quoi pourraient ressembler ces effets en cascade au niveau local ou régional. Demandez aux citoyens de Porto Rico, qui ont subi le plus gros de ces défaillances d’infrastructure en cascade pendant plus d’un an.

Alors que les travaux antérieurs se concentraient sur la remise en ligne des services publics et d’autres infrastructures critiques, la nouvelle collaboration Argonne examine comment les choses se cassent et élabore des plans avant les événements de perturbation.

Les perturbations ne sont pas uniquement causées par des risques naturels comme les tempêtes, les incendies de forêt ou les inondations. Les autres causes incluent les attaques physiques, lorsqu’une personne ou un groupe cible intentionnellement des composants d’infrastructure par la force physique, et les cyberattaques, qui sont devenues plus fréquentes et peuvent avoir de graves implications pour les infrastructures critiques.

L’outil PRIIA optimisé aidera à analyser un système et à mettre en évidence ses vulnérabilités, permettant aux parties prenantes d’y remédier et de réduire l’impact de tout événement futur, qu’il soit naturel ou d’origine humaine.

« Nous examinons divers aspects de tous ces systèmes d’infrastructure interconnectés pour essayer de comprendre les lacunes et les faiblesses qui limitent vraiment leur résilience », a déclaré Bergerson. «Et la résilience fait ici référence à votre capacité à planifier, anticiper, ajuster et rester opérationnel après un certain type de perturbation.

L’un des défis majeurs a été d’essayer de proposer un schéma précis des dépendances d’infrastructure d’une région. Bien qu’il existe de nombreuses données publiques sur les systèmes individuels, personne ne recueille d’informations sur les connexions réelles entre ces systèmes – par exemple, quelle sous-station électrique prend en charge un système d’eau particulier.

La seule façon d’obtenir ces informations est d’aller physiquement sur le terrain et d’observer le système physique lui-même, ce qui s’est avéré être un moyen extrêmement inefficace de recueillir des informations, admet Bergerson.

«À Porto Rico, nous avons passé six mois et avons obtenu quelques centaines de connexions de dépendance sur des dizaines de milliers qui existent», se souvient-il.

En l’absence de base de données officielle ou faisant autorité pour les dépendances d’infrastructure, l’équipe a commencé à normaliser et à organiser les données d’infrastructure dont elle disposait – une grande partie de Porto Rico, certaines d’ensembles de données, tels que Homeland Infrastructure Foundation-Level Data, une agrégation du Département de la sécurité intérieure (DHS) de tous les ensembles de données d’infrastructure critiques qui sont accessibles au public.

L’un des principaux résultats du projet est le développement de ce que l’équipe appelle un hypergraphe, un sur-ensemble générique de toutes les connexions ou configurations raisonnables d’actifs d’infrastructure, accompagné d’une caractérisation de haut niveau de chaque actif.

«Vous présentez en quelque sorte ce plan générique ressemblant à SimCity des caractéristiques des actifs et de la manière dont ils se connectent les uns aux autres», a déclaré Lewis. « Ensuite, alors que nous abordons un problème du monde réel, nous alimentons des données du monde réel via cet hypergraphe et c’est ainsi que nous pouvons commencer à peupler notre modèle. »

« C’est donc l’une des choses difficiles, mais aussi l’une des victoires qui en résultera. »

Créer des ressources pour prendre en charge les applications d’IA

Dans son effort pour identifier plus précisément l’impact des échecs en cascade, l’équipe a commencé à collaborer avec des collègues de la division Mathématiques et informatique (MCS) d’Argonne pour améliorer encore le processus de modélisation global.

En incorporant des modèles et des algorithmes complexes à plusieurs étapes dans l’outil PRIIA, ils espèrent réduire l’intensité de travail du suivi d’un nombre exponentiel de dépendances; réduire les incertitudes associées aux systèmes d’infrastructure à grande échelle; et aborder les complexités informatiques des interdépendances des infrastructures grâce à des modèles motivés par la théorie des jeux. Ces améliorations permettront à l’équipe d’appliquer ce nouvel outil bien au-delà de Porto Rico, pour lequel il a été développé à l’origine.

«L’équipe utilisait un outil qui leur permettait de simuler ce qui se passait si quelque chose avait un impact sur certains éléments de l’infrastructure», a déclaré Sven Leyffer, mathématicien senior en informatique chez MCS. « Ce qu’ils ne pouvaient pas faire était de répondre à la question: » Est-ce le pire des cas qui puisse arriver à mon infrastructure? « 

« Pour répondre à cela, ils auraient dû passer par un nombre exponentiel de combinaisons consacrées à la recherche du pire des cas. Nous pouvons le faire en résolvant simplement un seul problème d’optimisation à grande échelle. »

L’objectif du travail de SCS est d’identifier où une cascade pourrait commencer dans un système particulier et quel actif ou combinaison d’actifs créerait la pire cascade en cas de défaillance. Le but de cette analyse est donc d’améliorer la résilience de ces dépendances spécifiques, que ce soit en fournissant des sauvegardes, en introduisant des redondances ou en augmentant la sécurité.

La prochaine étape du projet consiste à intégrer une application d’IA appelée apprentissage automatique (ML) pour accélérer le processus. Cependant, les modèles ML nécessitent souvent beaucoup de données d’entraînement, qui ne sont pas facilement disponibles pour les échecs en cascade. En appliquant leur expertise en techniques d’optimisation et de simulation, Leyffer et son groupe aident à trouver directement les cascades les plus percutantes, des informations qui pourront ensuite être utilisées pour générer des données d’entraînement pour les modèles ML dans le futur.

«Une application d’intelligence artificielle nous aidera à mieux simuler la façon dont une perturbation ou une dégradation du fonctionnement d’une infrastructure en amont, comme une sous-station de transmission très importante, se répercuterait sur toutes les autres infrastructures», a suggéré Lewis.

«C’est une question à laquelle répondre très complexe sur le plan du calcul, mais c’est une question clé que les propriétaires ou exploitants de services publics doivent affronter.

Les outils et méthodes combinés visent à créer une approche que les équipes peuvent appliquer pendant les processus de planification et d’atténuation des risques, ou dans les phases de réponse et de récupération pour aider à hiérarchiser les nombreuses actions nécessaires pour restaurer les systèmes aussi efficacement et correctement que possible.


L’équipe élargit la planification du réseau électrique pour améliorer la résilience du système

Fourni par le Laboratoire National d’Argonne

Citation: Des outils avancés révèlent des connexions d’infrastructure critique pour atténuer les catastrophes (2021, 12 janvier) récupéré le 12 janvier 2021 sur https://techxplore.com/news/2021-01-advanced-tools-reveal-critical-infrastructure.html

Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans l’autorisation écrite. Le contenu est fourni seulement pour information.


Happy
Happy
0
Sad
Sad
0
Excited
Excited
0
Sleppy
Sleppy
0
Angry
Angry
0
Surprise
Surprise
0

Average Rating

5 Star
0%
4 Star
0%
3 Star
0%
2 Star
0%
1 Star
0%

Laisser un commentaire

Next Post

Il est peu probable que l'électricité africaine devienne verte cette décennie

Crédit: Unsplash / CC0 Public Domain Une nouvelle recherche menée aujourd’hui par l’Université d’Oxford prédit que la production totale d’électricité sur le continent africain doublera d’ici 2030, les combustibles fossiles continuant de dominer le mix énergétique, posant un risque potentiel pour les engagements mondiaux en matière de changement climatique. L’étude, […]

Abonnez-vous maintenant