Earth observation-based disaggregation of exposure data for earthquake loss modelling

We use TanDEM-X and Sentinel-2 observations to disaggregate earthquake risk-related exposure data. We use the refined exposure data and model earthquake loss. Results for the city of Santiago de Chile show that earthquake risk has been underestimated before due to aggregated exposure data

Earth observation-based disaggregation of exposure data for earthquake loss modeling

We use TanDEM-X and Sentinel-2 observations to disaggregate earthquake risk-related exposure data. We use the refined exposure data and model earthquake loss. Results for the city of Santiago de Chile show that earthquake risk has been underestimated before due to aggregated exposure data

Benefits of global earth observation missions for disaggregation of exposure data and earthquake loss modeling: evidence from Santiago de Chile

Exposure is an essential component of risk models and describes elements that are endangered by a hazard and susceptible to damage. The associated vulnerability characterizes the likelihood of experiencing damage (which can translate into losses) at a certain level of hazard intensity. Frequently, the compilation of exposure information is the costliest component (in terms of time and labor) of risk assessment procedures. Existing models often describe exposure in an aggregated manner, e.g., by relying on statistical/census data for given administrative entities. Nowadays, earth observation techniques allow the collection of spatially continuous information for large geographic areas while enabling a high geometric and temporal resolution. Consequently, we exploit measurements from the earth observation missions TanDEM-X and Sentinel-2, which collect data on a global scale, to characterize the built environment in terms of constituting morphologic properties, namely built-up density and height. Subsequently, we use this information to constrain existing exposure data in a spatial disaggregation approach. Thereby, we establish dasymetric methods for disaggregation. The results are presented for the city of Santiago de Chile, which is prone to natural hazards such as earthquakes. We present loss estimations due to seismic ground shaking and corresponding sensitivity as a function of the resolution properties of the exposure data used in the model. The experimental results underline the benefits of deploying modern earth observation technologies for refined exposure mapping and related earthquake loss estimation with enhanced accuracy properties

Datendisaggregationstechniken für die Expositionsmodellierung - Vorzüge von Erdbeobachtungsdaten für die Analyse des Erdbebenrisikos in Santiago de Chile, Chile

Die Zahl der weltweit von Naturkatastrophen betroffenen Menschen unterliegt genauso wie die Höhe der daraus hervorgehenden Schäden einem aufsteigenden Trend (GuhaSapir et al. 2017; FitzGerald et al. 2017; Boccard 2018). Als Antwort auf diese negative Entwicklung bedarf es umfassende Forschung zu den Auswirkungen von Naturgefahren auf bewohnte Gebiete. Diese Arbeit trägt ihren Teil dazu bei, indem Methoden zur Optimierung von Expositionsmodellen entwickelt werden. Dazu werden fortschrittliche Erdbeobachtungsdaten genutzt, um die räumliche Auflösung der Expositionsdaten durch unterschiedliche Disaggregationstechniken zu verbessern. Das Ergebnis dieser Arbeit ist ein automatisiertes Modell, dass für das Untersuchungsgebiet Santiago de Chile die Auflösung eines bestehenden Gebäudeexpositionsmodelles von der Stadtteilebene auf 500 x 500 Meter-Gridzellen disaggregiert und darauf basierend das Erdbebenrisiko berechnet. Überprüfungen der Genauigkeit ergeben hohe Übereinstimmungen der Expositionsdaten mit der Realität. Tests zur Anwendung des Modells auf andere Regionen verlaufen positiv. Die Ergebnisse der Risikoanalyse ermöglichen wesentlich detailliertere Erkenntnisse über die Verteilung des Erdbebenrisikos in Santiago de Chile, die zuvor nicht möglich gewesen wären. Damit stellt diese Arbeit ein weiteres Mal die Vorzüge von Erdbeobachtungsdaten für die Modellierung von Expositionsdaten und das dadurch gewonnene Potenzial für Risikoanalysen dar

Cross-Border Urban Change Detection and Growth Assessment for Mexican-USA Twin Cities

Remote sensing applications of change detection are increasingly in demand for many areas of land use and urbanization, and disaster risk reduction. The Sendai Framework for Disaster Risk Reduction and the New Urban Agenda by the United Nations call for risk monitoring. This study maps and assesses the urban area changes of 23 Mexican-USA border cities with a remote sensing-based approach. A literature study on existing studies on hazard mapping and social vulnerability in those cities reveals a need for further studies on urban growth. Using a multi-modal combination of aerial, declassified (CORONA, GAMBIT, HEXAGON programs), and recent (Sentinel-2) satellite imagery, this study expands existing land cover change assessments by capturing urban growth back to the 1940s. A Geographic Information System and census data assessment results reveal that massive urban growth has occurred on both sides of the national border. On the Mexican side, population and area growth exceeds the US cities in many cases. In addition, flood hazard exposure has grown along with growing city sizes, despite structural river training. These findings indicate a need for more risk monitoring that includes remote sensing data. It has socio-economic implications, too, as the social vulnerability on Mexican and US sides differ. This study calls for the maintenance and expansion of open data repositories to enable such transboundary risk comparisons. Common vulnerability variable sets could be helpful to enable better comparisons as well as comparable flood zonation mapping techniques. To enable risk monitoring, basic data such as urban boundaries should be mapped per decade and provided on open data platforms in GIS formats and not just in map viewers

System Criticality of Road Network Areas for Emergency Management Services—Spatial Assessment Using a Tessellation Approach

Emergency management services, such as firefighting, rescue teams and ambulances,are all heavily reliant on road networks. However, even for highly industrialised countries such asGermany, and even for large cities, spatial planning tools are lacking for road network interruptionsof emergency services. Moreover, dependencies of emergency management expand not only onroads but on many other systemic interrelations, such as blockages of bridges. The first challenge thispaper addresses is the development of a novel assessment that captures systemic interrelations ofcritical services and their dependencies explicitly designed to the needs of the emergency services.This aligns with a second challenge: capturing system nodes and areas around road networksand their geographical interrelation. System nodes, road links and city areas are integrated into aspatial grid of tessellated hexagons (also referred to as tiles) with geographical information systems.The hexagonal grid is designed to provide a simple map visualisation for emergency planners andfire brigades. Travel time planning is then optimised for accessing city areas in need by weighingimpaired areas of past events based on operational incidents. The model is developed and testedwith official incident data for the city of Cologne, Germany, and will help emergency managers tobetter device planning of resources based on this novel identification method of critical areas

Earth Observation Techniques for Spatial Disaggregation of Exposure Data

Exposure describes elements which are imperiled by natural hazards and susceptible to damage. The affiliated vulnerability characterizes the likelihood to experience damage regarding a given level of hazard intensity. Frequently, the compilation of exposure information is the costliest component (in terms of time and labor) in risk assessment. Existing data sets and models often describe exposure in an aggregated manner, e.g., by relying on statistical/census data for given administrative entities. Nowadays, earth observation techniques allow to collect spatially continuous information for large geographic areas while enabling a high geometric and temporal resolution. In parallel, modern data interpretation tools based on Artificial Intelligence concepts enable the extraction of thematic information from such data with a high accuracy and detail. Consequently, we exploit measurements from the earth observation missions TanDEM-X and Sentinel-2, which collect data on a global scale, to characterize the built environment in terms of fundamental morphologic properties, namely built-up density and height. Subsequently, we use this information to constrain existing exposure data in a spatial disaggregation approach. Thereby, we compare different methods for disaggregation and evaluate how different resolution properties of the earth observation data affect the risk assessment result. Results are presented for the city of Santiago de Chile, Chile, which is prone to natural hazards such as earthquakes. We present loss estimations and corresponding sensivity with respect to the resolution properties of the exposure data used in the model. Thereby, it can be noted how loss estimations vary substantially and that aggregated exposure information underestimates losses in our scenarios. As such, this study underlines the benefits of deploying modern earth observation technologies for refined exposure estimation and related loss estimation

Benefits of global earth observation missions for disaggregation of exposure data and earthquake loss modeling: evidence from Santiago de Chile

Funder: Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V. (DLR) (4202)AbstractExposure is an essential component of risk models and describes elements that are endangered by a hazard and susceptible to damage. The associated vulnerability characterizes the likelihood of experiencing damage (which can translate into losses) at a certain level of hazard intensity. Frequently, the compilation of exposure information is the costliest component (in terms of time and labor) of risk assessment procedures. Existing models often describe exposure in an aggregated manner, e.g., by relying on statistical/census data for given administrative entities. Nowadays, earth observation techniques allow the collection of spatially continuous information for large geographic areas while enabling a high geometric and temporal resolution. Consequently, we exploit measurements from the earth observation missions TanDEM-X and Sentinel-2, which collect data on a global scale, to characterize the built environment in terms of constituting morphologic properties, namely built-up density and height. Subsequently, we use this information to constrain existing exposure data in a spatial disaggregation approach. Thereby, we establish dasymetric methods for disaggregation. The results are presented for the city of Santiago de Chile, which is prone to natural hazards such as earthquakes. We present loss estimations due to seismic ground shaking and corresponding sensitivity as a function of the resolution properties of the exposure data used in the model. The experimental results underline the benefits of deploying modern earth observation technologies for refined exposure mapping and related earthquake loss estimation with enhanced accuracy properties.</jats:p

Die Flut im Juli 2021. Erfahrungen und Perspektiven aus dem Rettungsingenieurwesen und Katastrophenrisikomanagement

Die Hochwasser- oder Flutereignisse aufgrund von Starkregen im Juli 2021 haben in Deutschland und angrenzenden Ländern ein bis dato nicht bekanntes Ausmaß an Todesopfern und Verlusten hinterlassen. Es ist wichtig aus solchen Ereignissen zu lernen, um künftig besser auf solche Situationen vorbereitet zu sein. Dieser Sammelband beinhaltet Erfahrungsberichte und Betrachtungen von Studierenden und Mitarbeiter:innen des Instituts für Rettungsingenieurwesen und Gefahrenabwehr (IRG), der TH Köln, sowie weiteren Personen, die im Bereich Gefahrenabwehr, Bevölkerungs- Katastrophen-, Zivilschutz tätig sind, oder sich mit Themen wie Naturgefahren und Katastrophenrisikomanagement befassen. Viele Studierende sind gleichzeitig in Organisationen der Feuerwehr, des Rettungsdiensts oder anderer Hilfsorganisationen neben dem Studium tätig, wie auch viele Alumni des IRG. Aber auch jene, die nicht operativ tätig sind, haben wichtige Beobachtungen durch Kontakte oder sogar eigene Schäden machen können. In einem ersten Austausch unter Studierenden des IRG Anfang August 2021 wurde festgestellt, wie wertvoll ein neutraler Austausch ist, und eine Offenlegung von Erfahrungen, Kritik und Lösungsideen, ohne Personen oder einzelne Organisationen allein dabei zu kritisieren. Da es mitunter an solchen Austauschmöglichkeiten zwischen den Organisationen der Gefahrenabwehr fehlt, soll dieser Sammelband eine solche Möglichkeit bieten. Um der Bandbreite an unterschiedlichen Hintergründen gerecht zu werden und vor allem im Sinne der Sache, um möglichst viele auch verschiedene Erfahrungen und Perspektiven zu sammeln, oder diese zu bestätigen, finden sich in diesem Sammelband Beiträge unterschiedlicher Länge und Sprache. Eine offene Bewertung auch aus unterschiedlichen Sichtweisen ist sehr wertvoll, um ein ganzheitlicheres Bild der ganzen Lage zu erhalten. Zum damaligen Zeitpunkt in den ersten Monaten nach dem Hochwasser beherrschten Themen wie Koordination der Einsatzkräfte, Verfügbarkeit und Ausfall technischer Ausrüstung aber auch Verpflegung, kritische Infrastruktur, Alarmierung und Warnung den Austausch. Inhaltlich ist dieser Sammelband ebenfalls bewusst nicht eingegrenzt, damit eine große Bandbreite an Aspekten dokumentiert werden kann. Aufgrund der inhaltlichen Auslegung der Lehre und Forschung am IRG werden bestimmte Themenbereiche wie etwa Einsatzorganisationen, Stabsarbeit, Frühwarnung, kritische Infrastruktur, verwundbare Personengruppen etc. häufiger behandelt als andere Themen. Es werden auch Beiträge aus laufenden Forschungsprojekten u.a. zu kritischer Infrastruktur, Notwasserversorgung, Integration von Einsatzkräften eingebunden. Die Ergebnisse einer Umfrage zur Zufriedenheit der Einsatzkräfte werden dargestellt und diskutiert. Für alle diese Themen dient jedoch hauptsächlich die Grundidee eine Klammer; was kann man im relativ neutralen Rahmen einer Hochschule äußern, und der Gesellschaft durch solch eine Dokumentation an die Hand geben, um die Erfahrungen zu dokumentieren und eine Diskussion anzuregen, was man daraus lernen könnte. Eine Hochschule kann nur einen Rahmen z.B. für Ideen, Wissenstransfer oder Technologien bieten. Aber alle, die daran mitarbeiten, als Studierende, Mitarbeiter:innen oder kooperierende Partner:innen, sind gleichzeitig Teil der Gesellschaft, die sich nicht alltäglich mit Krisen und Katastrophen dieses Ausmaßes befassen muss. Laut einer Definition von Katastrophen zeichnen sich diese durch ihren Überraschungseffekt, oder durch die Über-wältigung der Fähigkeiten Einzelner oder ganzer Gemeinden aus. Es gibt wenige, die sich damit langfristig planerisch befassen, weil solche Ereignisse zum Glück relativ selten lokal vorkommen. Oft steht man vor einem Rechtfertigungsproblem, weil in unserer Hochleistungsgesellschaft im Alltag wie auch in Katastrophen alles perfekt funktionieren soll. Aber es gibt den Spruch „There is no glory in prevention“ auch deswegen, weil tägliche Unfälle und Beinahestörfälle nahezu unbemerkt von ehrenamtlichen sowie hauptberuflichen Einsatzkräften bewältigt werden. Hier hat leider wieder eine Flutkatastrophe gezeigt, wo die Grenzen der Vorbereitung und in der Bewältigung liegen. Für den Wiederaufbau und das Lernen für die Vorbereitung auf andere Ereignisse und Katastrophen ist es daher wichtig, Lehren zu ziehen, diese zu dokumentieren und der Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen