Disaster Impacts on Critical Infrastructures

This project is a collaborative work between OASIS and the Freight and Disaster Response Logistics Labs at SUNY Buffalo. This work looks at the cascading effects of critical infrastructure failures on recovery efforts in Puerto Rico following Hurricane Fiona. Funding is provided by NSF Rapid Grant No. 2308524.This material is based upon work supported by the National Science Foundation under Grant Number No. 2308524. Any opinions, findings, and conclusions or recommendations expressed in this material are those of the author(s) and do not necessarily reflect the views of the National Science Foundation.

Impactos del Desastre en Infraestructuras Crítica

Este proyecto es un trabajo colaborativo entre OASIS y el Laboratorio de Logística de Carga y Respuesta ante Desastres de SUNY Buffalo. Este trabajo analiza los efectos en cascada de las fallas en la infraestructura crítica en los esfuerzos de recuperación en Puerto Rico tras el Huracán Fiona. La financiación es proporcionada por la Subvención Rápida de la NSF No. 2308524.Este material está basado en trabajo apoyado por la National Science Foundation bajo el Número de Subvención 2308524. Cualquier opinión, hallazgo, conclusión o recomendación expresada en este material son responsabilidad de los autores y no necesariamente reflejan las opiniones de la National Science Foundation.

Project Summary

This project began as an NSF RAPID proposal that sought to understand: (1) the roles of critical infrastructure (CI) interdependencies on the impact of cascading failure of CIs and, (2) the restoration interdependencies of the CI and its impact on the recovery process of the socially vulnerable Puerto Rican communities in the aftermath of Hurricane Fiona. The research provided unique data about Puerto Rico’s situational awareness that could better inform decision makers to anticipate disruptions in key infrastructure systems and plan for an efficient restoration and reconstruction plan to minimize the detrimental effects of disasters on the most socially vulnerable populations. The findings from this grant can be found at: Community Focus Group Interviews and In-depth interviews with Stakeholders.

The project evolved to the development of a framework for rapid response that accounts for the impacts of the event on vulnerable communities. This framework is based on community participatory research and focuses on analyzing relevant data found through web scrapping, public data sets, and fieldwork data to address the underlying research questions. This work is unique in its use of an integrated database composed of qualitative and quantitative data. The aim of the framework is to help identify community impacts such as locations of highest social vulnerabilities, restoration progress, and infrastructure impacts as well as understanding stakeholders’ perspectives, such as infrastructure failures and restoration timelines.

Resumen del Proyecto

Esta propuesta RAPID de la NSF busca comprender: (1) los roles de las interdependencias de las Infraestructuras Críticas (IC) en el impacto de las fallas en cascada entre ellas y, (2) cómo las interdependencias, durante la restauración de la IC, influyen en el proceso de recuperación de las comunidades puertorriqueñas más vulnerables después del Huracán Fiona. La investigación proporciona datos únicos sobre la situación actual de Puerto Rico que permitiría a los tomadores de decisiones anticipar interrupciones en los sistemas clave de la infraestructura y elaborar planes de restauración y reconstrucción eficientes para minimizar los efectos perjudiciales de los desastres en las poblaciones más vulnerables socialmente.Para cumplir con este objetivo, este proyecto recopiló información relevante sobre las diversas interdependencias entre los sistemas de red eléctrica y de transporte, así como su relación con los impactos de las fallas en cascada. Esta información ayudó a comprender mejor las actividades de recuperación y reconstrucción dirigidas a las comunidades puertorriqueñas que enfrentan situaciones de vulnerabilidad social después del Huracán Fiona. Los datos se obtuvieron a través de métodos cualitativos y cuantitativos, incluyendo entrevistas, encuestas y grupos focales con estas comunidades, además de la revisión de artículos de noticias y otras fuentes de información de acceso público.Estos datos recolectados a través de nuestro trabajo de campo están siendo subidos actualmente a NHERI DesignSafe y estarán disponibles para uso público. Para ver las actualizaciones que estaremos haciendo a los datos, por favor visite la página de Recursos. También estamos en proceso de escribir un artículo para informar sobre nuestra metodología y el desarrollo de un marco de trabajo para recolectar datos cuantitativos y cualitativos después de un desastre natural. Por favor, estén atentos para actualizaciones sobre este artículo.

Galería

Interviews

The following are selected impactful quotes collected during our fieldwork focus groups, surveys, and interviews.

  • "The government promised us help, but we're still waiting for it. We feel abandoned and forgotten."

  • "The pain and suffering of our community is real. We've lost homes, businesses, and loved ones. The impact of the disaster will stay with us for a long time."

  • "Transportation is crucial for our community, but the roads are in terrible condition. During a disaster, they become even worse, making it hard to get help and supplies."

  • "Electricity is essential for our daily lives, but it's often unreliable. After a disaster, it can take weeks or even months to restore power, leaving us in the dark and unable to function normally."

  • "Infrastructure is the backbone of any community, but it's often neglected until a disaster strikes. We need better roads, bridges, and utilities to withstand future emergencies."

Entrevistas

  • "El gobierno nos prometió ayuda, pero aún estamos esperándola. Nos sentimos abandonados y olvidados."

  • "El dolor y el sufrimiento de nuestra comunidad son reales. Hemos perdido casas, negocios y seres queridos. El impacto del desastre permanecerá con nosotros por mucho tiempo."

  • "El transporte es crucial para nuestra comunidad, pero las carreteras están en condiciones terribles. Durante un desastre, se vuelven aún peores, dificultando la obtención de ayuda y suministros."

  • "La electricidad es esencial para nuestra vida diaria, pero a menudo es poco confiable. Después de un desastre, puede llevar semanas o incluso meses restablecer el suministro eléctrico, dejándonos en la oscuridad e incapaces de funcionar normalmente."

  • "La infraestructura de transporte es la columna vertebral de cualquier comunidad, pero a menudo se descuida hasta que ocurre un desastre. Necesitamos mejores carreteras, puentes y servicios públicos para resistir futuras emergencias."

Conoce el Equipo

La Dra. Diana Ramírez-Ríos es profesora asistente en la Universidad de Buffalo con un doctorado en Ingeniería de Transporte del Rensselaer Polytechnic Institute, es profesional y master en Ingeniería Industrial. Su trabajo se enfoca en logística de respuesta humanitaria/desastres, resiliencia comunitaria, cadenas de suministro y transporte de carga. Actualmente se desempeña como VP de las Américas en POMS, representante de Fora en INFORMS y Coordinadora de Revisión de Documentos del Comité de Datos de Carga en la Junta de Investigación de Transporte. Es becaria de los Futuros Líderes en Transporte de ENO, exalumna de MIT-CEE Rising Stars y becaria graduada Helene Overly / Leonard Braun de WTS

La investigación de la Dra. Mukherjee se enfoca en desarrollar modelos matemáticos informados por las ciencias sociales para examinar los impactos sistémicos/estocásticos del cambio climático y eventos de peligros naturales en sistemas socio-técnicos interdependientes, desarrollar modelos de decisión informados por el riesgo e investigar medidas de adaptación rentables para avanzar en la resiliencia y sostenibilidad de nuestras comunidades y sistemas de infraestructura crítica. Sus principales contribuciones de investigación pueden categorizarse en tres dominios amplios y principales: 1) avanzar en la resiliencia de sistemas de infraestructura crítica ante eventos de cambio climático y peligros naturales; 2) estudiar disparidades socioeconómicas a nivel comunitario bajo eventos climáticos extremos; e 3) investigar desigualdades en salud y temas de justicia social. La Fundación Nacional de Ciencias financia su investigación. Más detalles sobre su trabajo se pueden encontrar en (http://oasis.eng.buffalo.edu).

Ángelo J. Soto-Vergel es un investigador que abarca los campos de Ingeniería Electrónica e Industrial. Actualmente cursa su doctorado en la Universidad de Buffalo en Ingeniería Industrial como estudiante de primer año enfocado en investigación de operaciones. Originario de Colombia, su expedición académica comenzó con Ingeniería Eléctrica y Electrónica, donde desarrolló habilidades en tecnologías de vanguardia como Tiny Machine Learning y el Internet de las Cosas para estrategias de respuesta a desastres. Con una sólida base en Ingeniería Electrónica y educación matemática, ha ocupado diferentes posiciones, desde profesor hasta investigador, incluyendo roles administrativos. Su enfoque interdisciplinario busca fusionar avances tecnológicos con investigación en logística de carga y respuesta a desastres, con el objetivo de desplegar innovaciones de manera efectiva en operaciones de búsqueda y rescate.

Judith Brennan es estudiante de doctorado y becaria Schomburg en el departamento de Ingeniería Industrial y de Sistemas en la Universidad de Buffalo. Obtuvo su licenciatura en Ingeniería Industrial y Matemáticas Discretas en el Instituto de Tecnología de Georgia y su maestría en Ingeniería Industrial en Investigación de Operaciones en la Universidad Estatal de Ohio, donde fue becaria graduada. Sus principales áreas de interés de investigación incluyen logística de desastres, recuperación de desastres y diseño de instalaciones. Se apasiona por el trabajo interdisciplinario que combina ciencias sociales con ingeniería para promover una mejor resiliencia comunitaria frente a peligros naturales.

Huize está cursando su carrera profesional en Ingeniería Industrial en la Universidad de Buffalo (SUNY) y se transfirió desde la Universidad de Sichuan. Planea continuar su educación obteniendo una maestría en un campo relacionado con la Investigación de Operaciones. Sus intereses de investigación se centran en resolver problemas del mundo real basados en análisis de datos, algoritmos de aprendizaje automático, modelado estadístico y técnicas de investigación de operaciones.

Poulomee Roy es originaria de India, donde se graduó en NIT Durgapur con un título en Ingeniería Civil y actualmente está cursando su maestría en la Universidad de Buffalo. Tiene experiencia como Consultora Asociada en Análisis de Decisiones en ZS ASSOCIATES, donde ayudó a impulsar el crecimiento de las ventas integrando investigación de mercado con modelos predictivos de aprendizaje automático. Es experta en Python, R, ciencia de datos y cuenta con certificaciones en R, Python y Tableau. En su tiempo libre, Poulomee es una apasionada bailarina clásica, entrenada en Bharatnatyam. Sus intereses de investigación incluyen aprendizaje automático, procesamiento de lenguaje natural, manejo de incendios forestales y atención médica.

Meet the Team

Dr. Diana Ramirez-Rios is an assistant professor at the University at Buffalo with a Ph.D. in Transportation Engineering from Rensselaer Polytechnic Institute and a B.S.-M.S. in Industrial Engineering. Her work focuses on humanitarian/disaster response logistics, community resilience, supply chains, and freight transportation. She currently serves as the VP of the Americas at POMS, Fora representative at INFORMS, and Paper Review Coordinator of the Freight Data Committee at the Transportation Research Board. She is a fellow of the ENO Future Leaders in Transportation, MIT-CEE Rising Stars alumni, and the WTS Helene Overly / Leonard Braun Graduate Scholar.

Dr. Mukherjee’s research focuses on developing social-science-informed mathematical models to examine systemic/stochastic impacts of climatic change and natural hazard events on interdependent socio-technical systems, develop risk-informed decision models, and investigate cost-effective adaptation measures to advance the resilience and sustainability of our communities and critical infrastructure systems. Her major research contributions can be categorized into three broad overarching domains: 1) advancing resilience of critical infrastructure systems under climate change and natural hazard events; 2) studying community-level socioeconomic disparities under extreme climatic events; and 3) investigating health inequities and social justice issues. The National Science Foundation funds her research. More details on her work can be found @ http://oasis.eng.buffalo.edu.

Angelo J. Soto-Vergel is a passionate and dedicated researcher who covers the fields of Electronics and Industrial Engineering. Currently pursuing my Ph.D. at the University at Buffalo in Industrial Engineering, I am a first-year student embarking on an exciting academic journey in operations research. Originating from Colombia, my academic expedition began with Electrical and Electronics Engineering, where I delved into cutting-edge technologies like Tiny Machine Learning and the Internet of Things for disaster response strategies. With a robust foundation in Electronics Engineering and mathematical education, I have held different positions—from professor to researcher, including administrative roles. My interdisciplinary approach seeks to fuse technological advancements with freight and disaster response logistics research, aiming to deploy innovations effectively in search and rescue operations.

Judith Brennan is a PhD student and Schomburg Fellow in the Industrial and Systems Engineering department at University at Buffalo. She received her B.S. in Industrial Engineering and Discrete Mathematics from the Georgia Institute of Technology and her M.S. in Industrial Engineering Operations Research from The Ohio State University, where she was a Graduate Fellow. Her primary areas of research interest include disaster logistics, disaster recovery, and facility design. She is passionate about interdisciplinary work that combines social sciences with engineering to promote better community resilience in the face of natural hazards.

Huize is pursuing a Bachelor’s Degree in Industrial Engineering from the University at Buffalo (SUNY), and transferred from Sichuan University. He plans to continue his education by pursuing a Master’s Degree in a field related to Operations Research after graduation. His research interests lie in solving real-world problems based on data analytics, machine learning algorithms, statistical modeling and operation research techniques.

Poulomee Roy is originally from India where she graduated from NIT Durgapur with a civil engineering degree and is currently pursuing her MS at University at Buffalo. She has experience as a Decision Analytics Associate Consultant at ZS ASSOCIATES where she helped to drive sales growth by integrating market research with predictive machine learning models. She is proficient in Python, R, data science, and with certifications in R, Python, and Tableau. In her free time, Poulomee is a passionate classical dancer, trained in Bharatnatyam. Her research interests include machine learning, natural language processing, wildfire management, and healthcare.

Collaborators

We would like to extend a special thank you to our collaborators below and their contributions to this project. Thank you!

  • Carmen Villanueva: Carmen is one of our local partners in Puerto Rico. She helped with connecting our team with community groups and key stakeholders.

  • Astrid Diaz: Astrid is one of our local partners in Puerto Rico. She helped with connecting our team to key stakeholders.

  • C.P. Smith: C.P. Smith helped us coordinate focus groups in the communities of Jayuya, Utuado, Mayaguez, and Adjuntas.

Resources

A highlight of this project is the accessibility of data and use of publicly available data sources. Below is an ongoing collection of publicly available data sets that is related to this work, in no particular order.

Recursos

Un aspecto destacado de este proyecto es la accesibilidad de los datos y el uso de fuentes de datos públicamente disponibles. A continuación, se muestra un conjunto de datos públicamente disponibles, en el que estamos trabajando, que están relacionados con este trabajo. El orden es arbitrario.