Partnering People with Deep Learning Systems: Human Cognitive Effects of Explanations

Advances in “deep learning” algorithms have led to intelligent systems that provide automated classifications of unstructured data. Until recently these systems could not provide the reasons behind a classification. This lack of “explainability” has led to resistance in applying these systems in some contexts. An intensive research and development effort to make such systems more transparent and interpretable has proposed and developed multiple types of explanation to address this challenge. Relatively little research has been conducted into how humans process these explanations. Theories and measures from areas of research in social cognition were selected to evaluate attribution of mental processes from intentional systems theory, measures of working memory demands from cognitive load theory, and self-efficacy from social cognition theory. Crowdsourced natural disaster damage assessment of aerial images was employed using a written assessment guideline as the task. The “Wizard of Oz” method was used to generate the damage assessment output of a simulated agent. The output and explanations contained errors consistent with transferring a deep learning system to a new disaster event. A between-subjects experiment was conducted where three types of natural language explanations were manipulated between conditions. Counterfactual explanations increased intrinsic cognitive load and made participants more aware of the challenges of the task. Explanations that described boundary conditions and failure modes (“hedging explanations”) decreased agreement with erroneous agent ratings without a detectable effect on cognitive load. However, these effects were not large enough to counteract decreases in self-efficacy and increases in erroneous agreement as a result of providing a causal explanation. The extraneous cognitive load generated by explanations had the strongest influence on self-efficacy in the task. Presenting all of the explanation types at the same time maximized cognitive load and agreement with erroneous simulated output. Perceived interdependence with the simulated agent was also associated with increases in self-efficacy; however, trust in the agent was not associated with differences in self-efficacy. These findings identify effects related to research areas which have developed methods to design tasks that may increase the effectiveness of explanations

Design principles for conversational agents to support Emergency Management Agencies

Widespread mis- and disinformation during the COVID-19 social media “infodemic” challenge the effective response of Emergency Management Agencies (EMAs). Conversational Agents (CAs) have the potential to amplify and distribute trustworthy information from EMAs to the general public in times of uncertainty. However, the structure and responsibilities of such EMAs are different in comparison to traditional commercial organizations. Consequently, Information Systems (IS) design approaches for CAs are not directly transferable to this different type of organization. Based on semi-structured interviews with practitioners from EMAs in Germany and Australia, twelve meta-requirements and five design principles for CAs for EMAs were developed. In contrast to the traditional view of CA design, social cues should be minimized. The study provides a basis to design robust CAs for EMAs

Geo-Information Harvesting from Social Media Data

As unconventional sources of geo-information, massive imagery and text messages from open platforms and social media form a temporally quasi-seamless, spatially multi-perspective stream, but with unknown and diverse quality. Due to its complementarity to remote sensing data, geo-information from these sources offers promising perspectives, but harvesting is not trivial due to its data characteristics. In this article, we address key aspects in the field, including data availability, analysis-ready data preparation and data management, geo-information extraction from social media text messages and images, and the fusion of social media and remote sensing data. We then showcase some exemplary geographic applications. In addition, we present the first extensive discussion of ethical considerations of social media data in the context of geo-information harvesting and geographic applications. With this effort, we wish to stimulate curiosity and lay the groundwork for researchers who intend to explore social media data for geo-applications. We encourage the community to join forces by sharing their code and data.Comment: Accepted for publication IEEE Geoscience and Remote Sensing Magazin

Barriers to Communicating Disaster Response Information to the Public during Disaster Situations

Effektive Kommunikation von Gefahrenabwehrinformationen vor, während und nach einer Katastrophe kann Leben retten und dazu beitragen, dass Betroffene Zugang zu Rettungsmaßnahmen erhalten. In dieser Hinsicht dienen Meldungen dazu, die Allgemeinheit zu informieren und deren Handlungen zu beeinflussen. Dennoch bleiben gewünschte Reaktionen in vielen Fällen aus, oder erweisen sich als unzureichend um den Folgen von Katastrophen entgegenzuwirken. Somit wird trotz der Veröffentlichung von Warnungen eine große Zahl an Menschen von Katastrophen beeinträchtigt oder kommt sogar zu Tode. Außerdem leiden viele Menschen im Anschluss an Katastrophen weiter, obwohl Hilfe zur Verfügung steht. Die Absicht dieser Forschungsarbeit besteht darin festzustellen, welche Faktoren effektive Kommunikation innerhalb einer Katastrophensituation erschweren. Obwohl die jeweiligen Akteure im Katastrophenkommunikationssystem darauf abzielen die Allgemeinheit zu informieren, berücksichtigen sie Kommunikationsprobleme oft nicht angemessen. Allerdings können Kommunikationsprobleme der Grund dafür sein, dass Meldungen die Allgemeinheit entweder nicht erreichen, oder nicht vollständig verstanden werden. Je weniger Informationen der Öffentlichkeit zur Verfügung stehen, desto größer ist die Wahrscheinlichkeit, dass Menschen Entscheidungen fällen, die ihr Leben gefährden. Meine Herangehensweise an dieses Problem erfolgte von der Systemperspektive. Ziel eines jeden Katastrophenkommunikationssystem besteht darin, die öffentliche Sicherheit in Bezug auf eine Katastrophensituation zu gewährleisten. Dieses Ziel wird durch den Kommunikationsvorgang erreicht. In aller Regel umfasst ein Katastrophenkommunikationssystem ein komplexes Netzwerk aus Menschen, Organisationen und Kommunikationskanälen. Hierbei fungiert das Katastrophenkommunikationssystem im Rahmen einer Katastrophenumgebung, die sich fortlaufend ändert. Die Kombination aus einem komplexen Kommunikationssystem zum Einen und einer dynamischen Katastrophenumgebung zum Anderen verschärft Kommunikationsprobleme. Mit Hilfe von drei Fallstudien wurde ein tiefgreifendes Verständnis erlangt, wie Gefahrenabwehrinformationen die Allgemeinheit während einer Katastrophensituation tatsächlich erreichen. In diesem Zusammenhang wurden Typhoon Haiyan und Hagupit auf den Philippinen sowie das Gorkha Erdbeben in Nepal untersucht. Quantitative Umfragen mit Individuen und lokalen Amtsträgern aus Katastrophengebieten wurden durchgeführt. Mit Schlüsselpersonen aus verschiedenen Regierungs- und Nichtregierungsorganisationen wurden qualitative Befragungen absolviert. Die Ergebnisse der Fallstudien erläutern wie Individuen und Regierungsvertreter in beiden Ländern im Verlauf einer Katastrophensituation einerseits Informationen ersuchen und andererseits miteinander kommunizieren. Ebenso zeigen die Ergebnisse, dass Verhaltensweisen hinsichtlich Beschaffung und Kommunikation von Informationen von Geschlecht, Standort und Alter abhängen. Zugleich haben die Fallstudien dazu beigetragen, die verschiedenen Akteure innerhalb des Katastrophenkommunikationssystems zu benennen und ihre Beziehungen untereinander zu verdeutlichen. Des Weiteren wurden thematische Analysen ausgearbeitet, um fundierte Kenntnisse über charakteristische Inhalte der Gefahrenabwehrmeldungen zu gewinnen. Dazu wurden für insgesamt 21 Katastrophenereignisse die dazugehörigen Meldungen bezüglich der Sachlage ausgewertet. Die thematischen Analysen führten zur Entwicklung von Klassifikationsschemen. Diese unterteilen den Inhalt einer Gefahrenabwehrmeldung in bestimmte Kategorien um weiterführende Untersuchungen unternehmen zu können. Vor diesem Hintergrund wird eine Methodik zur Analyse der Gefahrenabwehrmeldungen in Echtzeit vorgestellt. Durch das Zusammenführen der Fallstudienergebnisse, der thematischen Analysen sowie der Literatur ist ein konzeptionelles Modell für ein typisches Katastrophenkommunikationssystem entstanden. Der Zweck des Modells liegt darin, die Diskussion bezüglich Katastrophenkommunikationsplänen und Problemlösungsvorschlägen zu verbessern. Im Hinblick auf die ermittelten Hindernisfaktoren gegenüber effektiver Kommunikation findet dieses Modell Anwendung bei der Frage, wie es Akteure dabei unterstützen kann eben solche Hindernisfaktoren zu beheben. Schlussendlich haben die Ergebnisse Auswirkungen auf alle Individuen und Organisationen, die bestrebt sind mit der Öffentlichkeit im Verlauf einer Katastrophe zu kommunizieren

Intelligent Data Analytics using Deep Learning for Data Science

Nowadays, data science stimulates the interest of academics and practitioners because it can assist in the extraction of significant insights from massive amounts of data. From the years 2018 through 2025, the Global Datasphere is expected to rise from 33 Zettabytes to 175 Zettabytes, according to the International Data Corporation. This dissertation proposes an intelligent data analytics framework that uses deep learning to tackle several difficulties when implementing a data science application. These difficulties include dealing with high inter-class similarity, the availability and quality of hand-labeled data, and designing a feasible approach for modeling significant correlations in features gathered from various data sources. The proposed intelligent data analytics framework employs a novel strategy for improving data representation learning by incorporating supplemental data from various sources and structures. First, the research presents a multi-source fusion approach that utilizes confident learning techniques to improve the data quality from many noisy sources. Meta-learning methods based on advanced techniques such as the mixture of experts and differential evolution combine the predictive capacity of individual learners with a gating mechanism, ensuring that only the most trustworthy features or predictions are integrated to train the model. Then, a Multi-Level Convolutional Fusion is presented to train a model on the correspondence between local-global deep feature interactions to identify easily confused samples of different classes. The convolutional fusion is further enhanced with the power of Graph Transformers, aggregating the relevant neighboring features in graph-based input data structures and achieving state-of-the-art performance on a large-scale building damage dataset. Finally, weakly-supervised strategies, noise regularization, and label propagation are proposed to train a model on sparse input labeled data, ensuring the model\u27s robustness to errors and supporting the automatic expansion of the training set. The suggested approaches outperformed competing strategies in effectively training a model on a large-scale dataset of 500k photos, with just about 7% of the images annotated by a human. The proposed framework\u27s capabilities have benefited various data science applications, including fluid dynamics, geometric morphometrics, building damage classification from satellite pictures, disaster scene description, and storm-surge visualization

Collaborative damage mapping for emergency response : the role of Cognitive Systems Engineering

Remote sensing is increasingly used to assess disaster damage, traditionally by professional image analysts. A recent alternative is crowdsourcing by volunteers experienced in remote sensing, using internet-based mapping portals. We identify a range of problems in current approaches, including how volunteers can best be instructed for the task, ensuring that instructions are accurately understood and translate into valid results, or how the mapping scheme must be adapted for different map user needs. The volunteers, the mapping organizers, and the map users all perform complex cognitive tasks, yet little is known about the actual information needs of the users. We also identify problematic assumptions about the capabilities of the volunteers, principally related to the ability to perform the mapping, and to understand mapping instructions unambiguously. We propose that any robust scheme for collaborative damage mapping must rely on Cognitive Systems Engineering and its principal method, Cognitive Task Analysis (CTA), to understand the information and decision requirements of the map and image users, and how the volunteers can be optimally instructed and their mapping contributions merged into suitable map products. We recommend an iterative approach involving map users, remote sensing specialists, cognitive systems engineers and instructional designers, as well as experimental psychologists

Methodology for high resolution spatial analysis of the physical flood susceptibility of buildings in large river floodplains

The impacts of floods on buildings in urban areas are increasing due to the intensification of extreme weather events, unplanned or uncontrolled settlements and the rising vulnerability of assets. There are some approaches available for assessing the flood damage to buildings and critical infrastructure. To this point, however, it is extremely difficult to adapt these methods widely, due to the lack of high resolution classification and characterisation approaches for built structures. To overcome this obstacle, this work presents: first, a conceptual framework for understanding the physical flood vulnerability and the physical flood susceptibility of buildings, second, a methodological framework for the combination of methods and tools for a large-scale and high-resolution analysis and third, the testing of the methodology in three pilot sites with different development conditions. The conceptual framework narrows down an understanding of flood vulnerability, physical flood vulnerability and physical flood susceptibility and its relation to social and economic vulnerabilities. It describes the key features causing the physical flood susceptibility of buildings as a component of the vulnerability. The methodological framework comprises three modules: (i) methods for setting up a building topology, (ii) methods for assessing the susceptibility of representative buildings of each building type and (iii) the integration of the two modules with technological tools. The first module on the building typology is based on a classification of remote sensing data and GIS analysis involving seven building parameters, which appeared to be relevant for a classification of buildings regarding potential flood impacts. The outcome is a building taxonomic approach. A subsequent identification of representative buildings is based on statistical analyses and membership functions. The second module on the building susceptibility for representative buildings bears on the derivation of depth-physical impact functions. It relates the principal building components, including their heights, dimensions and materials, to the damage from different water levels. The material’s susceptibility is estimated based on international studies on the resistance of building materials and a fuzzy expert analysis. Then depth-physical impact functions are calculated referring to the principal components of the buildings which can be affected by different water levels. Hereby, depth-physical impact functions are seen as a means for the interrelation between the water level and the physical impacts. The third module provides the tools for implementing the methodology. This tool compresses the architecture for feeding the required data on the buildings with their relations to the building typology and the building-type specific depth-physical impact function supporting the automatic process. The methodology is tested in three flood plains pilot sites: (i) in the settlement of the Barrio Sur in Magangué and (ii) in the settlement of La Peña in Cicuco located on the flood plain of Magdalena River, Colombia and (iii) in a settlement of the city of Dresden, located on the Elbe River, Germany. The testing of the methodology covers the description of data availability and accuracy, the steps for deriving the depth-physical impact functions of representative buildings and the final display of the spatial distribution of the physical flood susceptibility. The discussion analyses what are the contributions of this work evaluating the findings of the methodology’s testing with the dissertation goals. The conclusions of the work show the contributions and limitations of the research in terms of methodological and empirical advancements and the general applicability in flood risk management.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203In vielen Städten nehmen die Auswirkungen von Hochwasser auf Gebäude aufgrund immer extremerer Wetterereignisse, unkontrollierbarer Siedlungsbauten und der steigenden Vulnerabilität von Besitztümern stetig zu. Es existieren zwar bereits Ansätze zur Beurteilung von Wasserschäden an Gebäuden und Infrastrukturknotenpunkten. Doch ist es bisher schwierig, diese Methoden großräumig anzuwenden, da es an einer präzisen Klassifizierung und Charakterisierung von Gebäuden und anderen baulichen Anlagen fehlt. Zu diesem Zweck sollen in dieser Arbeit erstens ein Konzept für ein genaueres Verständnis der physischen Vulnerabilität von Gebäuden gegenüber Hochwasser dargelegt, zweitens ein methodisches Verfahren zur Kombination der bestehenden Methoden und Hilfsmittel mit dem Ziel einer großräumigen und hochauflösenden Analyse erarbeitet und drittens diese Methode an drei Pilotstandorten mit unterschiedlichem Ausbauzustand erprobt werden. Die Rahmenbedingungen des Konzepts grenzen die Begriffe der Vulnerabilität, der physischen Vulnerabilität und der physischen Anfälligkeit gegenüber Hochwasser ein und erörtern deren Beziehung zur sozialen und ökonomischen Vulnerabilität. Es werden die Merkmale der physischen Anfälligkeit von Gebäuden gegenüber Hochwasser als Bestandteil der Vulnerabilität definiert. Das methodische Verfahren umfasst drei Module: (i) Methoden zur Erstellung einer Gebäudetypologie, (ii) Methoden zur Bewertung der Anfälligkeit repräsentativer Gebäude jedes Gebäudetyps und (iii) die Kombination der beiden Module mit Hilfe technologischer Hilfsmittel. Das erste Modul zur Gebäudetypologie basiert auf der Klassifizierung von Fernerkundungsdaten und GIS-Analysen anhand von sieben Gebäudeparametern, die sich für die Klassifizierung von Gebäuden bezüglich ihres Risikopotenzials bei Hochwasser als wichtig erweisen. Daraus ergibt sich ein Ansatz zur Gebäudeklassifizierung. Die anschließende Ermittlung repräsentativer Gebäude beruht auf statistischen Analysen und Zugehörigkeitsfunktionen. Das zweite Modul zur Anfälligkeit repräsentativer Gebäude beruht auf der Ableitung von Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung. Es setzt die relevanten Gebäudemerkmale, darunter Höhe, Maße und Materialien, in Beziehung zum erwartbaren Schaden bei unterschiedlichen Wasserständen. Die Materialanfälligkeit wird aufgrund internationaler Studien zur Festigkeit von Baustoffen sowie durch Anwendung eines Fuzzy-Logic-Expertensystems eingeschätzt. Anschließend werden Wasserstand-Schaden-Funktionen unter Einbeziehung der Hauptgebäudekomponenten berechnet, die durch unterschiedliche Wasserstände in Mitleidenschaft gezogen werden können. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung dienen hier dazu, den jeweiligen Wasserstand und die physischen Auswirkung in Beziehung zueinander zu setzen. Das dritte Modul stellt die zur Umsetzung der Methoden notwendigen Hilfsmittel vor. Zur Unterstützung des automatisierten Verfahrens dienen Hilfsmittel, die die Gebäudetypologie mit der Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung für Gebäude in Hochwassergebieten kombinieren. Die Methoden wurden anschließend in drei hochwassergefährdeten Pilotstandorten getestet: (i) in den Siedlungsgebieten von Barrio Sur in Magangué und (ii) von La Pena in Cicuco, zwei Überschwemmungsgebiete des Magdalenas in Kolumbien, und (iii) im Stadtgebiet von Dresden, das an der Elbe liegt. Das Testverfahren umfasst die Beschreibung der Datenverfügbarkeit und genauigkeit, die einzelnen Schritte zur Analyse der. Funktion von Wasserstand und physischer Einwirkung repräsentativer Gebäude sowie die Darstellung der räumlichen Verteilung der physischen Anfälligkeit für Hochwasser. In der Diskussion wird der Beitrag dieser Arbeit zur Beurteilung der Erkenntnisse der getesteten Methoden anhand der Ziele dieser Dissertation analysiert. Die Folgerungen beleuchten abschließend die Fortschritte und auch Grenzen der Forschung hinsichtlich methodischer und empirischer Entwicklungen sowie deren allgemeine Anwendbarkeit im Bereich des Hochwasserschutzes.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 203El impacto de las inundaciones sobre los edificios en zonas urbanas es cada vez mayor debido a la intensificación de los fenómenos meteorológicos extremos, asentamientos no controlados o no planificados y su creciente vulnerabilidad. Hay métodos disponibles para evaluar los daños por inundación en edificios e infraestructuras críticas. Sin embargo, es muy difícil implementar estos métodos sistemáticamente en grandes áreas debido a la falta de clasificación y caracterización de estructuras construidas en resoluciones detalladas. Para superar este obstáculo, este trabajo se enfoca, en primer lugar, en desarrollar un marco conceptual para comprender la vulnerabilidad y susceptibilidad física de edificios por inudaciones, en segundo lugar, en desarrollar un marco metodológico para la combinación de los métodos y herramientas para una análisis de alta resolución y en tercer lugar, la prueba de la metodología en tres sitios experimentales, con distintas condiciones de desarrollo. El marco conceptual se enfoca en comprender la vulnerabilidad y susceptibility de las edificaciones frente a inundaciones, y su relación con la vulnerabilidad social y económica. En él se describen las principales características físicas de la susceptibilidad de edificicaiones como un componente de la vulnerabilidad. El marco metodológico consta de tres módulos: (i) métodos para la derivación de topología de construcciones, (ii) métodos para evaluar la susceptibilidad de edificios representativos y (iii) la integración de los dos módulos a través herramientas tecnológicas. El primer módulo de topología de construcciones se basa en una clasificación de datos de sensoramiento rémoto y procesamiento SIG para la extracción de siete parámetros de las edficaciones. Este módulo parece ser aplicable para una clasificación de los edificios en relación con los posibles impactos de las inundaciones. El resultado es una taxonomía de las edificaciones y una posterior identificación de edificios representativos que se basa en análisis estadísticos y funciones de pertenencia. El segundo módulo consiste en el análisis de susceptibilidad de las construcciones representativas a través de funciones de profundidad del impacto físico. Las cuales relacionan los principales componentes de la construcción, incluyendo sus alturas, dimensiones y materiales con los impactos físicos a diferentes niveles de agua. La susceptibilidad del material se calcula con base a estudios internacionales sobre la resistencia de los materiales y un análisis a través de sistemas expertos difusos. Aquí, las funciones de profundidad de impacto físico son considerados como un medio para la interrelación entre el nivel del agua y los impactos físicos. El tercer módulo proporciona las herramientas necesarias para la aplicación de la metodología. Estas herramientas tecnológicas consisten en la arquitectura para la alimentación de los datos relacionados a la tipología de construcciones con las funciones de profundidad del impacto físico apoyado en procesos automáticos. La metodología es probada en tres sitios piloto: (i) en el Barrio Sur en Magangué y (ii) en la barrio de La Peña en Cicuco situado en la llanura inundable del Río Magdalena, Colombia y (iii) en barrio Kleinzschachwitz de la ciudad de Dresden, situado a orillas del río Elba, en Alemania. Las pruebas de la metodología abarca la descripción de la disponibilidad de los datos y la precisión, los pasos a seguir para obtener las funciones profundidad de impacto físico de edificios representativos y la presentación final de la distribución espacial de la susceptibilidad física frente inundaciones El discusión analiza las aportaciones de este trabajo y evalua los resultados de la metodología con relación a los objetivos. Las conclusiones del trabajo, muestran los aportes y limitaciones de la investigación en términos de avances metodológicos y empíricos y la aplicabilidad general de gestión del riesgo de inundaciones.:1 INTRODUCTION 1 1.1 Background 1 1.2 State of the art 2 1.3 Problem statement 6 1.4 Objectives 6 1.5 Approach and outline 6 2 CONCEPTUAL FRAMEWORK 9 2.1 Flood vulnerability 10 2.2 Physical flood vulnerability 12 2.3 Physical flood susceptibility 14 3 METHODOLOGICAL FRAMEWORK 23 3.1 Module 1: Building taxonomy for settlements 24 3.1.1 Extraction of building features 24 3.1.2 Derivation of building parameters for setting up a building taxonomy 38 3.1.3 Selection of representative buildings for a building susceptibility assessment 51 3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings 57 3.2.1 Identification of building components 57 3.2.2 Qualification of building material susceptibility 62 3.2.3 Derivation of a depth-physical impact function 71 3.3 Module 3: Technological integration 77 3.3.1 Combination of the depth-physical impact function with the building taxonomic code 77 3.3.2 Tools supporting the physical susceptibility analysis 78 3.3.3 The users and their requirements 79 4 RESULTS OF THE METHODOLOGY TESTING 83 4.1 Pilot site “Kleinzschachwitz” – Dresden, Germany – Elbe River 83 4.1.1 Module 1: Building taxonomy – “Kleinzschachwitz” 85 4.1.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Kleinzschachwitz” 97 4.1.3 Module 3: Technological integration – “Kleinzschachwitz” 103 4.2 Pilot site “La Peña” – Cicuco, Colombia – Magdalena River 107 4.2.1 Module 1: Building taxonomy – “La Peña” 108 4.2.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “La Peña” 121 4.2.3 Module 3: Technological integration– “La Peña” 129 4.3 Pilot site “Barrio Sur” – Magangué, Colombia – Magdalena River 133 4.3.1 Module 1: Building taxonomy – “Barrio Sur” 133 4.3.2 Module 2: Physical susceptibility of representative buildings – “Barrio Sur” 141 4.3.3 Module 3: Technological integration – “Barrio Sur” 147 4.4 Empirical findings 151 4.4.1 Empirical findings of Module 1 151 4.4.2 Empirical findings of Module 2 155 4.4.3 Empirical findings of Module 3 157 4.4.4 Guidance of the methodology 157 5 DISCUSSION 161 5.1 Discussion on the conceptual framework 161 5.2 Discussion on the methodological framework 161 5.2.1 Discussion on Module 1: the building taxonomic approach 162 5.2.2 Discussion on Module 2: the depth-physical impact function 164 6 CONCLUSIONS AND OUTLOOK 167 6.1 Conclusions 167 6.2 Outlook 168 REFERENCES 171 INDEX OF FIGURES 199 INDEX OF TABLES 201 APPENDICES 20