No início de maio de 2018, o vulcão Kilauea do Havaí entrou em erupção, abrindo mais de uma dúzia de novas fissuras de lava nas comunidades rurais vizinhas, enquanto a Grande Ilha tremia com o terremoto mais forte do estado desde 1975.

Prevenido de uma erupção potencial por relatórios do USGS e de atividades sísmicas incomuns, o Dr. Ryan Perroy da Universidade do Havaí em Hilo (UH Hilo) e sua equipe de estudantes e funcionários estavam prontos para mapear o fluxo de lava e ajudar a mitigar os efeitos do desastre se chamados.

Em um dia após uma fissura de lava aparecer na zona de fenda de Kilauea, a equipe tinha um drone no ar, fornecendo mapas e imagens para as equipes de resposta a emergências a pedido da Defesa Civil.

A equipe de gerenciamento de emergência

Um desastre que afeta tantas pessoas e tanta infra-estrutura requer uma equipe diversificada e agências e instituições envolvidas nos níveis federal, estadual e local. Quando a erupção entrou em seu segundo mês, Nathan Stephenson, da Frontier Precision, um engenheiro geo-espacial aplicado baseado no escritório da empresa em Denver, voou para apoiar o componente de mapeamento aéreo da UH Hilo neste esforço. Stephenson trabalhou em estreita colaboração com a equipe do Dr. Perroy UH Hilo, auxiliando o USGS e a Defesa Civil do Condado do Havaí.

Não foi a primeira visita de Stephenson à ilha - ou sua primeira vez mapeando fluxos de lava. Como estudante de pós-graduação na Universidade do Havaí, Stephenson coletou dados sobre uma erupção de 2014.

"Uma coisa que temos agora que não tínhamos em 2014 foi uma câmera radiométrica térmica que nos ajuda a mapear com mais precisão à noite e nos permite capturar grandes assinaturas de calor", diz Stephenson.

Prevendo o fluxo de lava com zangões

A lava que irrompe de uma fissura pode atingir 1.200 graus Celsius. Com uma câmera térmica, as assinaturas de calor da lava que se infiltra logo abaixo da terra podem ser detectadas, proporcionando uma visão da atividade futura.

O Dr. Perroy e seu laboratório de pesquisa UH Hilo Spatial Data Analysis & Visualization (SDAV) foram encarregados de mapear as fissuras de lava em relação à infra-estrutura, estradas e casas ao redor da comunidade rural de Leilani Estates, na zona do Lower East Rift Zone.

Uma seção chave da rodovia foi monitorada de perto: "Se tivessem que fechar esta única estrada, ela teria tornado a área de evacuação muito, muito maior", explicou Stephenson. "A cada noite, mais ou menos, voltaríamos, e a estrada estaria cada vez mais quente".

Fissuras e vapor apareceram na superfície da estrada, mas a comunidade teve sorte - apesar das previsões, uma fissura não irrompeu. A estrada permaneceu aberta ao tráfego, as fissuras acabaram por ser colmatadas por espessas placas de aço, embora a área tenha sido monitorada de perto.

Mapeamento térmico noturno usando zangões

"Eu só estive no Havaí por cerca de dois dias antes de começarmos a voar apenas à noite", diz Stephenson. "Assim que a lava apareceu, o espaço aéreo foi fechado ao tráfego não essencial - não havia embarcações de recreio ou turistas no espaço aéreo local - mas ainda havia muito tráfego aéreo".

A equipe UH Hilo recebeu permissão especial da FAA para voar à noite e acima do normal - 305 metros (1.000 pés) ao invés dos típicos 122 metros (400 pés). Isto estava bem acima da matéria que estava sendo disparada das fissuras do vulcão Kilauea. A maior altitude também significava que eram necessárias menos imagens para cobrir a mesma área, permitindo que as equipes capturassem dados mais rapidamente.

As luzes foram ligadas à frota de zangões DJI Inspire, tornando-os visíveis à noite por três milhas náuticas. Além de atender aos requisitos legais da FAA, isto também tornou os zangões visíveis para a equipe.

Além de ser mais seguro, a equipe descobriu que, utilizando imagens térmicas, seus resultados eram mais precisos. Para criar mapas e modelos precisos a partir de imagens, o software de mapeamento Pix4D depende de encontrar pontos comuns entre as imagens - o mesmo ponto em mais de uma imagem. Imagens que contêm grandes quantidades de preto, por exemplo, fotos tiradas à noite, ou fotos de lava resfriada, são difíceis para o software reconstruir, enquanto as assinaturas de calor aparecem claramente.

A vigília noturna

Stephenson e a equipe UH Hilo eram freqüentemente os únicos a observar a lava do ar durante as horas noturnas.

"Havia sempre equipes de vigia para garantir que a lava não se esgueirava em uma comunidade durante a noite", diz Stephenson, "mas em termos de monitoramento da lava do ar - em que direção está se movendo, a que velocidade está se movendo - inicialmente isso não estava sendo monitorado à noite por ninguém além de nós". Eventualmente, o USGS e o Departamento do Interior trouxeram à tona suas próprias equipes de zangões e também voaram em missões à noite.

Estas equipes de zangões foram um recurso chave, e as informações coletadas foram utilizadas pelas autoridades para decidir se deveriam mover bloqueios de estradas ou fechar estradas.

Mapeando a infra-estrutura vital ameaçada pelo desastre

O Puna Geothermal Venture, ou PGV, gerou 25% da energia do Havaí. Também ficou diretamente no caminho da lava, que fluía em linha reta, diretamente em direção à usina elétrica.

Como os funcionários da PGV desligaram o equipamento e transferiram o estoque de pentano altamente inflamável para um local seguro, a equipe da UH Hilo tinha drones no ar.

Detalhes do projeto

Localização	Puna, Hawaii, Estados Unidos
Hardware	DJI Matrice 200, Inspire 1, e Inspire 2 drones DJI Zenmuse XT e XT2 câmeras térmicas DJI Zenmuse X5S e X4 câmeras visíveis Trimble R10 e Trimble R8 GNSS Systems
Software	Software de fotogrametria PIX4Dmapper, ESRI ArcMap
Tempo de vôo	10-30 minutos por vôo
Tempo de processamento	15 a 20 minutos com modo de processamento rápido

"Voaríamos todos os dias", diz Stephenson. "Um vôo normal levaria apenas de dez a vinte minutos, e no tempo de inatividade nos deslocaríamos para o próximo local e processaríamos os dados em um laptop de jogo no campo".

Usando o modo de processamento rápido do Pix4Dmapper, a equipe obteve resultados em menos de vinte minutos. O modo de processamento rápido é menos preciso, mas tinha muitos detalhes para a equipe: "Neste caso, não importava se estávamos a alguns metros de distância. Podíamos ver para onde a lava estava se movendo, e quanto ela estava se movendo", disse Stephenson. "Pudemos ver se a lava estava se expandindo na frente, por exemplo, o que normalmente indica que ela estava diminuindo de velocidade. Ou, podíamos ver se estava se canalizando, o que significa que estava prestes a se mover realmente rápido".

Os pontos de controle terrestres são uma das melhores ferramentas para garantir uma reconstrução de alta qualidade. No entanto, a equipe descobriu que nem sempre podia confiar neles.

"A fim de estabelecer pontos úteis de controle do solo, tivemos que prever para que lado a lava iria - o que algumas vezes funcionava e outras não", explica Stephenson. Se a equipe acertasse, os pontos de controle do solo muitas vezes seriam engolidos pela lava que eles estavam tentando medir.

"A outra grande questão era o próprio chão", continuou Stephenson. "Houve tantos terremotos, e isso significou que toda a paisagem se moveu". Assim, mesmo que os pontos de controle do solo sobrevivessem, voltaríamos a verificar suas coordenadas, e descobriríamos que as próprias coordenadas tinham mudado".

Usando um hotspot wifi, a equipe carregaria os resultados para uma caixa de entrega compartilhada, onde poderia ser acessada por equipes de gerenciamento de emergência, incluindo USGS, Defesa Civil, Departamento de Bombeiros e a prefeitura.

Enquanto a lava rastejava em direção ao PGV - às vezes movendo-se até 30 metros em uma hora - a equipe voava dia e noite, calculando e recalculando quando a lava chegaria à estação de energia.

"Sobreporíamos os orthomosaicos sobre os mapas de base da ESRI e sobre os mapas rodoviários do condado. Nós os empilhávamos ao longo das horas e mostrávamos a posição da lava às 10h, 11h, 12h", diz Stephenson.

"Demorou muito mais do que esperávamos, mas a lava acabou tocando a usina, destruindo talvez 10% dela". Stephenson continuou. "Então, curiosamente, ela se dividiu para a esquerda, depois para a direita e foi em torno dela". Ela cercou totalmente a usina e criou um rio do outro lado".

Na zona de lava

o evento da erupção rolou em seu quarto e último mês, manter a equipe segura foi uma preocupação constante. Depois de trabalhar sete dias por semana durante meses, a equipe corria o risco de ficar exausta. As estradas haviam sido destruídas, tornando a zona de desastre difícil de navegar. Anteriormente as áreas anteriormente seguras podiam se tornar perigosas em um piscar de olhos.

E a lava pode se mover mais rápido do que uma pessoa pode correr.

Para mitigar alguns dos perigos da zona de lava, a equipe contava com bom equipamento e boa comunicação.

A equipe estava equipada com detectores de dióxido de enxofre que os advertiam a colocar suas máscaras de gás se os gases tóxicos atingissem níveis perigosos. Eles carregavam rádios de incêndio que (quando o sinal era permitido) os deixavam se comunicar com o corpo de bombeiros. Os bombeiros coordenaram a entrada e saída na zona de lava, assegurando que todo o pessoal fosse contabilizado, e uma rede informal de pessoas "botas no chão" de diferentes agências compartilhou informações.

Stephenson e a equipe UH Hilo tinham uma grande vantagem: os zangões.

"Usamos muito os UAVs para decidir onde era seguro entrar". A Lava pode cortar uma saída rapidamente, então enviávamos um drone para decidir se uma estrada era segura ou não, ou se precisávamos fazer um back up e encontrar uma nova estrada".

A equipe voou em modo manual, rastreando a lava através da alimentação ao vivo.

"Ser cortado pela lava sempre foi uma preocupação, mas nunca se tornou uma realidade", diz Stephenson. "Estávamos sempre cientes de onde estava a lava, tínhamos sempre um olho no céu com zangões e também estávamos constantemente conversando com as pessoas que estavam no chão para garantir que a lava não se esgueirava atrás de nós".

Protegendo as comunidades de desastres

Um mês após o evento da erupção, duas dúzias de fissuras de lava tinham irrompido em quase uma linha perfeita ao longo da zona de fendas da parte baixa do Havaí. Algumas fissuras causaram uma quantidade mínima de danos, derramando lava suficiente para cobrir dois campos de futebol antes do resfriamento. Mas as fissuras 8 começaram a furar a fonte, cuspindo rocha derretida até 90 metros de altura no ar e eventualmente criando um fluxo de lava grande e de movimento rápido.

Para minimizar o risco para pessoas e propriedades, Stephenson e a equipe UH Hilo freqüentemente se dirigiam para o que as equipes de resposta de emergência chamavam de "a zona de lava".

Dependendo do nível de infra-estrutura de comunicação ainda existente, a equipe pode ter que enviar as coordenadas XYZ do movimento de lava para o Corpo de Bombeiros através de redes muito fracas. Em alguns lugares, "Era uma zona morta por rádio, uma zona morta por telefone celular - é muito rural e a lava tinha derrubado algumas torres de telefones celulares".

As coordenadas foram transferidas para mapas digitais e em papel e as informações foram disseminadas para a equipe mais ampla de gerenciamento de emergência.

Após noites de trabalho e fissuras 8 não mostrando sinais de desaceleração, as fazendas Leilani foram evacuadas. A área onde Stephenson e a equipe UH Hilo haviam trabalhado acabou sendo coberta com lava.

O rescaldo do desastre

A lava proveniente da erupção do vulcão Kilauea impactou centenas de casas. O que não foi queimado foi envolto em rocha rapidamente endurecedora. Antes da erupção ter terminado oficialmente em 5 de dezembro de 2018, tinha destruído 716 casas, causado pelo menos 800 milhões de dólares de danos e enchido completamente o maior lago natural de água doce do Havaí.

Os mapas criados por Stephenson e o resto da equipe da UH Hilo não conseguiram evitar o desastre, mas ajudaram a mitigar alguns de seus efeitos, fornecendo informações atualizadas à medida que a situação se desenrolava.