Les villes connectées utilisent l'analytique et l'IoT pour prédire et gérer les inondations

La ville de Cary, en Caroline du Nord, s'est associée à SAS et Microsoft pour protéger ses citoyens des inondations, sécuriser les bassins hydrologiques et soutenir un développement urbain préservant l'environnement

Les beaux quartiers, les écoles renommées et les nombreux parcs de la ville de Cary, NC, attirent de plus en plus de monde. Ces 25 dernières années, Cary a vu sa population tripler, s'élevant aujourd'hui à plus de 175 000 habitants. Cette arrivée en masse de nouveaux résidents a conduit à une explosion des constructions résidentielles, commerciales et de loisirs.

Alors que la population de Cary continue de croître, cette ville connectée, à taille humaine, a formé une équipe dédiée à l'utilisation de technologies de pointe pour le bien de sa communauté. Parmi elles, on compte l'Internet des Objets (ou IoT) pour mieux protéger les citoyens en cas de montée des eaux, ou de nouveaux projets de développement scrupuleusement examinés pour qu'ils ne contribuent pas aux inondations, ou encore la sécurisation des bassins hydrologiques locaux.

« Notre souhait est que Cary soit une ville où tout le monde puisse vivre, travailler et de divertir », déclare Nicole Raimundo Coughlin, directrice des systèmes d'information de Cary. « Les villes connectées et les technologies IoT seront les moteurs de notre gestion municipale à l'avenir, et je suis ravie de faire partie d'une communauté qui appuie sa gestion sur les données ».

D'un modèle réactif à proactif, puis prédictif

Les eaux pluviales, qui s'écoulent des surfaces imperméables telles que les routes, les parkings, les trottoirs et les bâtiments, sont un enjeu clé pour la ville. « Cary a la particularité d'être située au-dessus de deux bassins versants », précise Terry Yates, chef de projet Ville connectée et informatique. « Ces eaux ont également une influence sur les autres communautés de la région. Cela signifie que nos initiatives liées aux eaux de pluie concernent aussi bien les citoyens de Cary que les municipalités environnantes. »

Traditionnellement, la ville de Cary gérait les montées des eaux de façon manuelle et réactive. « Avant que la ville ne fasse installer des capteurs IoT, c'étaient les citoyens qui faisaient office de capteurs », explique Yates. « Mais une ville se doit de savoir ce qu'il se passe avant que les citoyens ne lancent l'alerte. »

« En cas de fortes intempéries, nous n'avions aucune visibilité sur le niveau ou la rapidité de la montée des eaux, nous ne disposions pas des technologies permettant d'observer ces éléments », ajoute Raimundo Coughlin. « En règle générale, nous recevions des appels de nos citoyens nous informant d'un sinistre. » Les équipes municipales contactaient ensuite le personnel des travaux publics et ou de la sécurité, en les déployant sur place pour installer des barrages, fermer les routes, réorienter le trafic et répondre aux situations d'urgence. »

Raimundo Coughlin savait qu'il devait exister un meilleur moyen de servir les communautés résidant dans des zones inondables. « Cary est perçue comme une ville à l'avant-garde de l'innovation urbaine. Nous nous engageons à utiliser les technologies connectées et les données pour améliorer la gestion et la qualité de vie de notre ville. Il était grand temps de les appliquer à la prédiction et à la gestion des inondations. »

L'un des objectifs de la ville était d'obtenir une visibilité accrue de la situation grâce à l'analytique et à l'IoT. Avant la mise en place de cette solution de prédiction des inondations, les données de la ville étaient éparpillées dans plusieurs systèmes disparates. « Nous avions peu de visibilité », se souvient Yates. « Nous devions nous déplacer à plusieurs endroits et coordonner notre gestion de crise manuellement. Rien n'était automatisé. »

La ville de Cary voulait se débarrasser des silos de données pour que tous les services et leurs décideurs puissent disposer d'une vue d'ensemble de la situation, auparavant inaccessible.

« Nous avions besoin d'une solution évolutive pour passer d'un modèle réactif à un modèle proactif, puis prédictif », poursuit Raimundo Coughlin. « En cas d'inondation, le temps est un facteur essentiel. Imaginons qu'une voiture avec un passager soit balayée par l'eau, chaque seconde compte. Au final, le système de prédiction des inondations de Cary s'articule autour de la sécurité de nos concitoyens. »

La collaboration de SAS et Microsoft pour une solution optimale

Les dirigeants de Cary ont rencontré les représentants de SAS et Microsoft pour planifier l'implémentation de la nouvelle solution de prédiction des inondations. « Nous avons pris contact avec nos partenaires technologiques et utilisé les locaux de l'équipe municipale comme un laboratoire pour réfléchir à tous les aspects du projet : sécurité, processus, intégration ou capture des données », raconte Raimundo Coughlin. « Tout le monde a été gagnant dans cette collaboration d'envergure où nous avons tout prévu ensemble, et c'est l'une des meilleures décisions que nous ayons jamais prises. »

Stimulée par ces sessions, la ville de Cary s'est forgée une vision claire de l'avenir et a adopté la solution de prédiction et de préparation aux inondations de SAS, alimentée par Microsoft Azure IoT.

« La vision holistique dont nous disposons grâce à cet accès unique à plusieurs systèmes de données est un progrès majeur pour nous », déclare Terry Yates. « Nous ne nous retrouverons plus dans une situation où nous nous dirons "Tiens, cette information se trouve dans un fichier Excel, celle-ci dans un système de sécurité publique et celle-là dans nos capteurs d'eaux pluviales." Notre capacité à extraire les données d'un seul et même endroit, mais aussi de les visualiser et de les analyser, est un vrai bénéfice pour notre ville. »

Cette solution repose sur la stratégie cloud-first de la ville. « Le cloud permet aux personnes sur le terrain d'avoir les informations dont ils ont besoin dès qu'ils en ont besoin », explique Terry Yates. « Et nous pouvons en modifier l'architecture rapidement et facilement, ce qui ne serait pas le cas avec une installation sur site. »

« Nous avons la chance d'entretenir une relation étroite avec SAS et Microsoft, qui ne sont pas simplement des prestataires. Ce sont de véritables partenaires qui s'intéressent aux projets que nous menons, et qui comprennent notre vision et l'impact qu'elle a sur Cary et au-delà », déclare Raimundo Coughlin. « Ce partenariat est une opportunité rêvée pour nous. »

L'analytique et l'IoT en action

Le département des eaux pluviales est l'un des services de la ville de Cary qui s'appuie sur SAS Analytics for IoT. L'équipe reçoit les données des capteurs cellulaires à énergie solaire qui mesurent la hauteur et la profondeur de l'eau, le flux à un instant donné et les précipitations. Les données de nos capteurs sont transférées vers le cloud et croisées avec les données météorologiques. Le département des eaux pluviales peut ensuite analyser les données et partager ces informations avec les autres services, comme les travaux publics, la sécurité publique et l'informatique.

« Notre premier projet d'IoT a concerné le bassin hydrologique de Walnut Creek situé dans le centre-ville de Cary », raconte Matt Flynn, responsable de développement du service des eaux pluviales. « Nous avons placé des jauges pluviales et des détecteurs de courant dans de multiples zones du bassin hydrologique, et nous pouvons maintenant voir ce qui se passe réellement sur le terrain à partir de ce que nous modélisons et simulons ».

À partir des capteurs, des données de prédiction d'Azure Maps Weather et de SAS Event Stream Processing, la ville aura une meilleure vision de la situation lors de montées des eaux, une meilleure prédiction des zones inondables, et une capacité accrue à alerter et à gérer les situations d'urgence grâce à cette automatisation.

« Les jauges pluviales nous donnent une idée du degré de variabilité en cas d'orages », explique Flynn. « Nous pouvons voir s'il pleut beaucoup à un endroit et peu à un autre. Les capteurs de courant nous donnent quant à eux des informations sur le débit d'eau. L'accès aux informations du terrain nous permet de revenir à notre modèle et de nous demander : "cette situation correspond-t-elle à ce que le modèle avait prévu à l'origine ou y a-t-il des informations nouvelles qui conduiraient à des résultats différents?" »

Ces modèles sont dynamiques : ils reçoivent de nouvelles informations en continu, ce qui aide la ville à comprendre ce qui se passe réellement sur le terrain et comment apporter une solution. Les membres du personnel sont en mesure de localiser précisément les zones où il faut intervenir.

Grâce à l'analyse prédictive, la ville de Cary ne se contente plus d'apprendre du passé, elle acquiert des connaissances pour mieux se préparer aux futures situations de montée des eaux. Les équipes peuvent utiliser les données, les algorithmes statistiques et les techniques de machine learning pour identifier la probabilité de certains scénarios et déclencher l'alerte à l'avance.

De plus, SAS Visual Analytics fournit à la ville un tableau de bord interactif, des rapports, des informations et des analyses qui combinent les données traditionnelles aux données de localisation pour une analyse dans une dimension géographique. Les utilisateurs sur le terrain ont aussi la possibilité d'accéder au tableau de bord connecté à partir d'un terminal mobile. Les informations dont ils besoin sont à portée de main, même en dehors du bureau.

« La présentation visuelle des données est particulièrement importante car nous pouvons facilement les appréhender », confirme Raimundo Coughlin. « Pas besoin d'être un data scientist pour comprendre les résultats. Nous n'avons plus à fouiller dans de grands volumes de données pour trouver quelque chose. Au lieu de cela, nous disposons d'images qui nous montrent vraiment l'état d'un phénomène.  »

Grâce au Microsoft Azure IoT Hub, Cary récupère les données des capteurs et les connecte aux solutions de SAS sur SAS Viya. « Avec ces éléments en place, nous pouvons voir les flux de données dans les systèmes en temps réel, et nous identifions où des ajustements sont nécessaires, par exemple le déplacement de certains capteurs vers des zones plus stables », précise Raimundo Coughlin. « L'extensibilité de la plate-forme IoT d'Azure est devenue une composante essentielle de notre architecture, et SAS nous a fourni des outils analytiques qui délivrent des informations en temps réel ainsi que des données historiques. »

Grâce à ce flux de données fiable, la ville de Cary peut mieux prédire l'impact réel des inondations. Alors que le volume des précipitations varie d'une zone à l'autre, la ville peut savoir à quel moment les maisons, entreprises, routes et autres infrastructures seront touchées. La modélisation peut aider le personnel à mieux se préparer et à définir un plan d'action.

Surveillance du débit d'eau grâce au machine learning

Si la ville de Cary ne fait que commencer à explorer le rôle que l'intelligence artificielle (IA) peut jouer dans la prédiction et la gestion des inondations, ses équipes voient déjà des potentiels de développement encourageants.

« Pour l'instant, nous n'en sommes qu'aux débuts de notre utilisation de l'IA, et nous avons hâte de la renforcer », explique Yates. « Un exemple de l'utilisation du machine learning est que, lorsque la ville connaît un épisode pluvieux, les capteurs détectent un changement de condition et commencent à envoyer des données plus rapidement, sans aucune intervention humaine. »

L'IA joue également un rôle essentiel dans la détection des anomalies à partir des capteurs. « Nous avons une boucle de feedback qui contrôle les niveaux des batteries et les niveaux de puissance, et le système apprend constamment », explique Yates. « Lorsqu'une anomalie est détectée, nous pouvons l'envoyer à notre système de gestion des interventions pour que quelqu'un l'examine. Cela illustre pourquoi il est si important pour nous d'avoir la capacité de visualiser le débit d'eau et de voir ce qu'il se passe vraiment.  »

Des conséquences positives pour les citoyens et l'environnement

Les eaux pluviales n'affectent pas seulement les habitants, les bâtiments et les routes, elles ont également un impact important sur l'environnement. Non traitées, les eaux de pluies entrent dans les égouts et les fossés, en charriant souvent des débris, des sédiments, des bactéries et des produits chimiques qui finissent par entrer dans les ruisseaux, rivières et lacs des environs. La qualité de l'eau se dégrade et la vie aquatique est mise en danger.

« La gestion des eaux pluviales est un mix de différentes pratiques dont des pratiques d'ingénierie », explique Flynn. « Il s'agit de choisir de développer certaines zones qui n'aggraveront pas les problèmes de qualité des eaux, et de ne pas toucher à des zones qui pourraient créer ou amplifier des inondations. »

Le département des eaux pluviales prévoit de répliquer ce qu'il a mis en place à Walnut Creek dans d'autres bassins de Cary. La phase suivante du projet consiste à placer des jauges pluviales et des capteurs de courant à Swift Creek. « Nous savons que Swift Creek va nous raconter une toute autre histoire et nous avons hâte de voir ce que les données auront à nous montrer », poursuit Flynn.

La ville de Cary met un point d'honneur à prendre soin de ses habitants et de l'environnement, et elle est maintenant dans une meilleure position pour protéger les deux des risques d'inondations.

« L'avantage de SAS Analytics for IoT est qu'il aide le conseil municipal à prendre des décisions pour le bien de la communauté, tout en montrant la logique qui justifie ces décisions », affirme Flynn.

« Les données nous aident à valider les raisons pour lesquelles nous choisissons de développer de nouveaux quartiers et de nouvelles entreprises à certains endroits tout en évitant d'autres, ou pourquoi nous décidons d'acquérir des propriétés dans certaines zones pour créer des corridors naturels.  » En définitive, SAS nous donne également de la crédibilité, et pour une municipalité, c'est extrêmement précieux. »

Veiller au bien-être de chacun

Danna Widmar, chef de projet dans l'équipe de direction municipale est responsable du département des eaux pluviales, aux côtés d'autres équipes dédiées à l'aide aux habitants. Ces équipes s'appuient sur l'analytique pour examiner, réévaluer et déterminer ce que la ville pourrait faire différemment pour avoir l'impact le plus positif possible. Ces données fournissent aux habitants des informations fiables qui leur permettent de prendre des décisions éclairées sur leurs maisons, leurs propriétés et leur bien-être.

« La ville a beau ne pas pouvoir contrôler la nature, nous ferons tout ce qui est en notre pouvoir pour aider les citoyens face aux conditions sur le terrain », assure Widmar. « Les inondations créent de l'incertitude et cette incertitude est un facteur de stress pour la population. Nous sommes là pour lutter contre. »

Grâce à un mélange d'analyse des données, d'empathie et d'action, l'équipe des Projets Spéciaux travaille à comprendre les difficultés auxquels font face les habitants en cas d'inondations et de fortes intempéries.

« La mise au point de modèles dynamiques et l'utilisation de l'IoT sur le terrain nous offre plus de certitudes à l'heure de prévoir ce qui va réellement se dérouler, et c'est important à la fois pour nous et pour les habitants de Cary », poursuit Widmar. « La réalité est qu'il n'existe aucun moyen d'éradiquer les inondations. Nous travaillons à en réduire l'impact. C'est parfois une tâche très difficile, et il est essentiel de prendre en compte les points de vue de nos concitoyens. En travaillant ensemble, nous avons bien plus de chance de trouver des solutions dans lesquelles la ville et ses habitants trouvent leur compte. »

L'impact des inondations dépasse le nettoyage des débris et les réparations. Elles représentent une expérience émotionnellement très forte. « Si votre maison ou votre propriété est sinistrée lors d'une inondation, il y a beaucoup d'éléments à considérer », explique Widmar. « Vous devez gérer les conséquences physiques du désastre, mais aussi le stress et la tristesse liée à la perte de certaines choses précieuses ou d'une grande valeur sentimentale.

« Notre travail repose sur l'analytique, ce qui nous permet de prendre des décisions objectives et non-émotionnelles. Nous avons beau savoir que nous ne pourrons jamais complètement résoudre le problème des inondations, nous pouvons utiliser les données pour améliorer la qualité de vie des membres de notre communauté. Lorsqu'une décision ou une action est guidée par les données et validée par l'utilisation de l'analytique, elles prennent tout leur sens aux yeux du conseil municipal et de nos concitoyens. »

Un avenir plus sûr pour Cary et les environs

La portée des analyses menées par la ville dépasse la circonscription de Cary. La ville partage les données de ses capteurs avec des partenaires régionaux, dont le service de gestion des situations d'urgence de la Caroline du Nord, le comté de Wake, la ville de Raleigh ainsi qu'Apex, Morrisville et Holly Springs.

« Les inondations dues aux intempéries ne concernent pas simplement Cary ou la Caroline du Nord, c'est un enjeu mondial », affirme Raimundo Coughlin. « Nous avons examiné et planifié en détails la façon dont nous traitons les inondations, et la ville a une occasion incroyable de partager son travail et ses constats avec d'autres municipalités et États, en démontrant comment les collectivités peuvent utiliser l'analytique et l'IoT pour mieux se préparer et répondre aux inondations. »

Quels que soient les responsabilités de chacun, le personnel de la ville de Cary travaille à un objectif commun, la sécurité et le bien-être de tous. « Grâce à la solution intégrée de SAS et de Microsoft IoT, nous disposons de données et d'outils fiables et faciles à interpréter », affirme Raimundo Coughlin. « Cela permet à la ville de prendre les meilleures décisions possibles en matière d'inondations, ce qui nous aide à mieux protéger nos concitoyens. » Nous ne faisons pas qu'analyser des chiffres, nous prenons soin de nos familles, amis et voisins. »