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Fragilität und Vulnerabilität

 

Das Teilprojekt Fragilität und Vulnerabilität beschäftigt sich mit der Abschätzung der direkten Schäden an dem Gebäudebestand aufgrund einer seismischen Einwirkung. In Kooperation mit dem Deutschen Luft und Raumfahrtzentrum (DLR/DFD) sollen satellitenunterstützte Methoden entwickelt werden, die eine robuste quantitative Abschätzung der möglichen direkten Schäden semiautomatisiert bzw. automatisiert ermöglichen.

Projektbeschreibung

Motivation

Durch die anhaltende Immigration sowie die natürliche Zunahme der Bevölkerung sind urbane Gebiete besonders von rapiden Veränderungen betroffen. So gehen Erwartungen der Vereinten Nationen von einer annähernd vollständigen Absorption des Weltbevölkerungswachstums zwischen 2000 und 2030 durch urbane Siedlungsräume in Gebieten der dritten Welt aus. Jede zweite große Stadt in Entwicklungsländern ist durch Naturkatastrophen wie Hochwasser, Starkwind, Landrutschungen und Erdbeben gefährdet. Die Eigenschaft urbaner Räume, in Entwicklungsländern unkontrolliert zu wachsen, generiert besondere Probleme durch die mindere Aktualität und Vollständigkeit des Wissens um den Gebäudebestand. Als Folge daraus treten bei der Analyse des Risikos gegenüber verschiedensten Gefährdungen Schwierigkeiten in Bezug auf die Aktualität und Korrektheit auf. Das Bestreben, diese Probleme zu minimieren, soll durch dieses Projekt durch Verwendung modernster Fernerkundungsmethoden bestärkt werden. Insbesondere der Einsatz von Satellitenaufnahmen spielt eine bedeutende Rolle bei der Ermittlung der bebauten Fläche, sowie der direkten Schäden, hervorgerufen durch die physikalischen Vulnerabilität von Wohngebäuden. Das Projekt basiert auf einer interdisziplinären Zusammenarbeit mit dem Deutschen Luft- und Raumfahrtzentrum (DLR) und kombiniert Teilbereiche der Fernerkundung sowie des Bauingenieurwesens zur Ermittlung der Vulnerabilität in urbanen Gebieten. Die Entwicklung neuer Berechnungsmethoden steht dabei, zusammen mit der Schnittstellendefinition, an oberster Stelle um die Vorteile beider Wissenschaftsfelder optimal zu kombinieren. In dem Projekt wird die flächendeckende Analyse komplexer Stadtstrukturen basierend auf einer Klassifizierung der verschiedenen Gebäudetypen aufgrund hochauflösender Satellitenaufnahmen vorgestellt. Die klassifizierungsrelevanten Strukturinformationen werden anhand einer thematischen Landklassifizierung ermittelt. Gebäudeparameter wie Dachaufbau, Gebäudehöhe, Anzahl der Stockwerke, Alter, Dichte der Bebauung und Weitere werden zur Beurteilung der Vulnerabilität hinzugezogen. Resultat des Projekts ist die Quantifizierung des wahrscheinlichen Risikos als Interaktion zwischen physikalischer Gefährdung, Vulnerabilität und dem monetären Wert der betroffenen Elemente.

 

Vorgehen

Grundsätzlich lässt sich Risiko als Verknüpfung verschiedener Eingangsparameter wie folgt beschreiben:

R = H x E x V

mit:
H = Gefährdung
E = Element
V = Vulnerabilität
 

Dabei stellt die Gefährdung das Potential eines möglichen Ereignisses nebst der Auftretenswahrscheinlichkeit dar. Im Rahmen dieser Studie wurde sich auf die Gefährdung durch seismische Ereignisse beschränkt. Bei einer überregionalen Analyse großflächiger Stadtgebiete wie Istanbul, dem Objekt dieser Studie, heben sich die Vorteile der Analyse des Gebäudebestands durch Luftbilder, aufgenommen durch Satelliten oder Flugzeuge, hervor. Hierbei kann großflächig hochaktuell eine Abschätzung erfolgen.

Auf Basis hochauflösender Satellitenbilder wie Ikonos oder Quickbird werden in einer ersten Stufe die verschiedenen Landnutzungsarten klassifiziert:

Ausgehend von der Landnutzungsklassifizierung, in der die Bebauungsflächen eindeutig identifiziert werden, können weitere Eigenschaften der Gebäudestruktur erkannt werden. In der aktuellen Phase der Studie werden Parameter wie die Dichte und das Alter der Bebauung neben Parametern wie dem Grundriss und der Höhe des Gebäudes sowie dem Dachtyp ermittelt. Durch Begehungen und Auswertungen von Katasterinformationen ist es möglich Zusammenhänge zwischen den oben erwähnten Parametern und dem Gebäudetyp zu ermitteln. Eine Klassifizierung der Bebauung kann erfolgen. Die Gebäude werden in die folgenden Klassen differenziert:

Vulnerabilitätskurven, die die Verteilung der Konstruktionsmerkmale des Gebäudebestands berücksichtigen kommen zum Einsatz:

Die monetären Werte der Elemente können in einer ersten Näherung durch Studie zahlreicher Immobilienpreise, aufgeteilt nach den einzelnen Stadtvierteln, ermittelt werden. Die lokalen Unterschiede weisen hierbei zum Teil beträchtliche Differenzen auf. Die Berechnung des direkten Schadens wird möglich.



Die Validierung erfolgte auf Ebene der Satellitendaten aufgrund der Informationen die durch Begehung oder Katasteramt bereitgestellt waren. Das Modell wurde überprüft durch Vergleich mit bestehenden Studien sowie unter Ansatz detaillierter Gebäudekennwerte.

Ansprechpartner
Name Titel Tel. E-Mail
Prof. Dr. +49 721 608-42263 lothar stempniewskiMco3∂kit edu
Dipl.-Ing. +49 721 608-46077 christian muenichWry1∂ifmb uka de
Dr.    

Publikationen


Taubenböck, H., Münich, C., Roth, A., Stemniewski, L., Mehl, H. & Dech, S.   Preparation for an expected disaster - The contribution of remote sensing and civil engineering to support risk management at mega city Istanbul, Turkey.   CEDIM Workshop on Mega City Istanbul, 22nd October 2008, Istanbul. pp.6. (2008)

Taubenböck, H.   Vulnerabilitätsabschätzung der Megacity Istanbul mit Methoden der Fernerkundung.   Dissertation. Universität Würzburg; p. 178. ISBN-10: 3639083180. (2008) » Link

Taubenböck, H., Roth A., Zschau, J., Mehl, H. and Dech, S.   Risk and Disaster Management in Mega Cities utilizing Earth Observation Data.   Proceedings of the International Disaster and Risk Conference (IDRC), pp. 1033-1035, Extended Abstract, Davos, 2008. (2008)

Taubenböck, H., Post, J., Roth, A., Zosseder, K., Strunz, G. and Dech, S.   A conceptual vulnerability and risk framework as outline to identify capabilities of remote sensing.   Natural Hazards and Earth System Sciences. vol. 8, no. 3, pp. 409-420. (2008) » Link

Taubenböck, H., Roth, A., Dech, S.   Linking structural urban characteristics derived from high resolution satellite data to population distribution.   Urban and Regional Data Management. In: Coors, Rumor, Fendel & Zlatanova (Hrsg.). Taylor & Francis Group, London, ISBN 978-0-41544059-2. S. 35-45. (2007)

Johannes Christian Münich, Hannes Taubenböck, Lothar Stempniewski, Stefan Dech, Achim Roth   REMOTE SENSING AND ENGINEERING AN INTERDISCIPLINARY APPROACH   ECEES 2006, Genf, Tagungsband

Johannes Christian Münich   Erdbebengefährdung von Megacities - Satellitenunterstützte Methode zur Vulnerabilitätsabschätzung   DafStb 2006, Tagungsband

Hannes Taubenböck, T. Esch, Achim Roth   An urban classification approach based on an object- oriented analysis of high resolution satellite imagery for a spatial structuring within urban areas   In: The European Association of Remote Sensing Laboratories and the Humboldt-University zu Berlin [Hrsg.]: First Workshop of the EARSeL Special Interest Group on Urban Remote Sensing "Challenges and Solutions"

Links

German Aerospace Center (DLR)
http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10002/

Kandilli Observatory and Earthquake Research Centre
http://www.koeri.boun.edu.tr/sismo/map/en/index.html

Applied Technology Council
https://www.atcouncil.org/

Federal Emergency Management Agency (US)
http://www.fema.gov/

US Geological Survey
http://earthquake.usgs.gov/

Bundesanstalt für Geowissenschaften und Rohstoffe
http://www.bgr.bund.de/DE/Home/homepage_node.html