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Vulnerability analysis of urban areas, assessment of disruptive events based on 3D city models to increase resilience

Verwundbarkeitsanalyse urbaner Gebiete - Bewertung von disruptiven Ereignissen und die Schnittstelle zu 3D-Stadtmodellen zur Steigerung der Resilienz
 
: Fischer, Kai; Trometer, Stefan

GIS.Science (2019), Nr.4, S.152-160
ISSN: 1869-9391
ISSN: 1430-3663
Englisch
Zeitschriftenaufsatz
Fraunhofer EMI ()
resilience quantification; identification of weak spots; vulnerability analysis; 3D city model; CityGML; Charakterisierung der Resilienz; Schwachstellenidentifizierung; Verwundbarkeitsanalyse; 3D-Stadtmodell

Abstract
Growing urbanization, increasing complexity of critical infrastructures and the occurrence of disruptive events are new challenges for urban planners and decision makers. Natural or man-made disasters often result in chaotic, difficult and stressful working conditions for urban search and rescue teams. The crews must make quick decisions to respond and recover quickly. Within this paper, a software demonstrator is presented which is able to evaluate complete urban environments subjected to disruptive events, like earthquakes or terroristic activities, for example. The approach can use optional statistical data and physical or engineering models to derive expected damage effects as basis for resilience quantification at an early stage. The methodology evaluates complete urban environments and identifies weaknesses. The concept of resilience deals with the phases preparation, prevention, protection, response and recover, and the approach is able to compare the effectiveness of single phases. To give quick decision support, an interface to 3D city models is developed and presented in this paper. First examples show how the integrated approach can be coupled with semantic 3D city models for an intuitive application and user-friendly visualization. Current trends show an increasing availability of 3D city models on a municipality level and motivate the integration of the introduced approach to increase the coping capacity for communities. An application example investigates the data exchange between the 3D format CityGML combined with a CESIUM based UI and the introduced software demonstrator to evaluate an earthquake event. The results are compared with a real event to give information concerning the quality of the predicted results.

 

Wachsende Urbanisierung, steigende Komplexität kritischer Infrastruktur sowie das Auftreten von disruptiven Ereignissen stellen neue Herausforderungen für Stadtplaner und Entscheidungsträger dar. Natur- oder von Mensch erzeugte Katastrophen können in chaotischen und schwierigen Arbeitsbedingungen für Personen im Notfall- und Rettungswesen enden. Um schnellst möglich zu reagieren, müssen entsprechende Entscheidungen schnell getroffen werden. In diesem Beitrag wird ein Softwaredemonstrator vorgestellt, der eine ganzheitliche Bewertung von städtischen Gebieten unter Einwirkung eines disruptiven Ereignisses, wie beispielsweise einem Erdbeben oder einem terroristischen Anschlag ermöglicht. Der Ansatz verwendetet statistische Daten und physikalische oder Ingenieurmodelle um zu erwartende Schäden abzuleiten, was eine Grundlage zur Quantifizierung von Resilienz ermöglicht. Die Bewertung kompletter Stadtgebiete ermöglicht die Identifizierung von Schwachstellen. Das Konzept der Resilienz beinhaltet die Phasen der Vorbereitung, Prävention, Schutz, Reaktionsschnelligkeit und der Wiederherstellung und der vorgestellte Ansatz ermöglicht die Bewertung der Effizienz einzelner Phasen. Um schnelle Entscheidungsunterstützung zu liefern, wurde eine Schnittstelle zu 3D Stadtmodellen entwickelt und in diesem Artikel vorgestellt. Erste Beispiele zeigen, wie dieser Ansatz mit semantischen 3D Stadtmodellen verknüpft werden kann, was eine intuitive Anwendung und eine benutzerfreundliche Visualisierung ermöglicht. Gegenwärtige Trends zeigen ein vermehrtes Aufkommen und Verfügbarkeit von 3D Stadtmodellen und motivieren die Integration des eingeführten Ansatzes zur Steigerung der Bewältigungskapazität von Kommunen und Städten. Ein Anwendungsbeispiel in diesem Artikel untersucht den Datenaustausch zwischen dem 3D Format CityGML (mit CESIUM basiertem User-Interface) und dem eingeführten Softwaredemonstrator. Die Resultate sind mit Schäden eines Realereignisses verglichen, um die Qualität der Prognosefähigkeit zu unterstreichen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-569348.html