Von der Gefährdungsbeurteilung von Einzelrisiken zur Multi-Risiko-Bewertung, einschließlich Exposition und dynamischer Vulnerabilität zur Analyse kaskadierender Effekte

Die Gefährdung der Menschheit durch Naturkatastrophen nimmt in den letzten Jahrzehnten weltweit zu. Um diesem Trend entgegenzuwirken, ist ein effizientes Risikomanagement erforderlich, für welches verlässliche Informationen unerlässlich sind. Die bestehenden Gefahren- und Risikoinformationssysteme adressieren meist in der Regel nur einzelne Komponenten einer komplexen Risikobewertungskette. Komplexe Wechselwirkungen (z. B. kaskadierende Effekte) werden oft nicht berücksichtigt, ebensowenig wie zugrundeliegende Quellen von Unsicherheiten. Dies kann zu suboptimalen Risikobewertungsstrategien führen, die effiziente Präventions- und Minderungsmaßnahmen behindern und letztlich die Widerstandsfähigkeit von Gesellschaften verringern.

Im Verbundprojekt RIESGOS arbeiten deshalb Experten verschiedener Disziplinen zusammen und entwickeln innovative wissenschaftliche Methoden zur Bewertung von komplexen Multi-Risiko Situationen mit dem Ziel die Ergebnisse in Form von Webdiensten in einen Demonstrator für ein Multi-Risiko-Informationssystem zu überführen.

RIESGOS wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Fördermaßnahme „BMBF CLIENT II - Internationale Partnerschaften für nachhaltige Innovationen“ des Rahmenprogramms „Forschung für Nachhaltige Entwicklung (FONA3)“ gefördert.

Das Vorhaben wird vom Projektträger Jülich (PtJ) betreut.

Die Koordination übernimmt das Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR).

Laufzeit: 01.11.2017 bis 28.02.2021

Förderkennzeichen: 03G0876

Das Forschungsprojekt RIESGOS

Ziele

Ziel von RIESGOS (Multi-Risiko Analyse und Informationssystemkomponenten für die Andenregion) ist die Entwicklung innovativer Forschungsmethoden zur Analyse komplexer Multi-Risiko Situationen und damit verbundenen kaskadierenden Effekte in ausgewählten Regionen in Chile, Ecuador und Peru.

Die wissenschaftlichen Erkenntnisse und Ergebnisse werden durch die Entwicklung von entsprechenden Webservices in einen Demonstrator überführt, welcher modular und flexibel aufgebaut als Multi-Risiko-Informationssystem dienen sollen. Dadurch können die Ergebnisse mit den Mitwirkenden in den spezifischen südamerikanischen Andenländern zielgerichtet ausgetauscht werden. Darüber hinaus können auch deren eigenen Dienste dank der Nutzung anerkannter Standards in den Demonstrator integriert werden.

Die Ergebnisse und Entwicklungen sollen Behörden im Bereich des Katastrophenrisikomanagements und des Zivilschutzes zugänglich gemacht werden und ihnen ermöglichen, komplexe Multi-Risiko-Szenarien zu analysieren und dadurch Risiken zu reduzieren und das Katastrophenmanagement zu verbessern.

Methodik

RIESGOS ist in fünf Arbeitsbereiche gegliedert: (1) Naturgefahren und Szenarienentwicklung, (2) Multi-Risiko-Bewertung, (3) Entwurf und Implementierung von Multi-Risiko Informationssystemkomponenten und eines entsprechenden Demonstrators, (4) Integration der Nutzerperspektive in den gesamten Entwicklungsprozess unter besonderer Berücksichtigung von Anwendungsmöglichkeiten in der Raumplanung sowie der Risikokommunikation und (5) Anwendungspotentialanalysen zur Abschätzung einer wirtschaftlichen Nutzung.

RIESGOS nutzt dabei Ansätze aus verschiedenen Disziplinen wie zum Beispiel der Geophysik, Hydrologie, Geologie, Geographie, Geostatistik und Fernerkundung sowie bestehende Initiativen und Dienste der südamerikanischen Mitwirkenden. Für insgesamt fünf verschiedene Naturgefahren werden unterschiedliche Szenarien entwickelt: Erdbeben, Hangrutschungen, Vulkane, Hochwasser und Tsunamis sowie deren mögliche Wechselwirkungen. Die Forschungsarbeiten im Themenfeld der Exposition in Bezug zu multiplen Naturgefahren reichen von der Analyse von Erdbeobachtungsdaten bis hin zum Einsatz von innovativen Techniken der in-situ-Datenerfassung mit dem Ziel integrierte Expositionsmodelle zu entwickeln.

Darüber hinaus soll die Analyse der dynamischen Vulnerabilität im Kontext multipler Naturgefahren, einschließlich struktureller, sozialer und systemischer Aspekte, zu neuen Modellen mit Raum-Zeit-abhängigen Komponenten führen. Dabei werden kaskadierende Effekte, die das Risiko deutlich erhöhen, identifiziert und probabilistisch modelliert.

Die Entwicklung eines Demonstrators für ein Multi-Risiko-Informationssystem ist eines der Hauptziele des Projekts. In Abstimmung und enger Zusammenarbeit mit unseren südamerikanischen Mitwirkenden wird dafür ein modulares und skalierbares Systemkonzept erstellt und entwickelt.

Zentrale Elemente des RIESGOS Informationssystemkonzeptes sind dabei die webbasierten Dienste, die einen offenen und flexiblen Zugriff auf dezentrale Daten- und Rechendienste ermöglichen. Der Demonstrator soll dabei die Fähigkeit besitzen, die einzelnen Webdienste zielgerichtet zu kombinieren und zu verwalten, so dass ein zukünftiger Nutzer des Demonstrators selbständig verschiedene Multi-Risiko Szenarien erkunden und auswerten kann. Ein entscheidender Mehrwert dieses modularen und interoperablen Ansatzes ist die Möglichkeit unterschiedliche Webdienste in bestehende Systemumgebungen zu integrieren.

Für eine praktische Anwendung

Der RIESGOS Ansatz orientiert sich an den Bedürfnissen der potentiellen Nutzer und der praktischen Anwendbarkeit. Während der gesamten Projektlaufzeit wird ein enger Kontakt mit den Nutzern gehalten, um sicherzustellen, dass sowohl die Anforderungen der Nutzer als auch das Feedback zu einzelnen Zwischenergebnissen im Laufe des Entwicklungsprozesses gezielt erfasst und bestmöglich integriert werden.

Ergänzt wird die Entwicklung des Demonstrators durch Initiativen des deutschen Teams und der südamerikanischen Mitwirkenden, die die Anwendbarkeit für die Risikokommunikation mit Akteuren aus Wissenschaft, Politik, Verwaltung, Wirtschaft und Zivilgesellschaft sowie für die Raumplanung bewerten und testen.

Im Laufe von RIESGOS wird außerdem das Potential für eine mögliche wirtschaftliche Nutzung der entwickelten Dienste analysiert.

Pilotregionen

Um Multi-Risiko-Situationen besser verstehen, beschreiben und quantifizieren zu können, arbeitet RIESGOS mit sogenannten „Stories“ (spezifischen Fallstudien) in ausgewählten Pilotregionen in Chile, Ecuador und Peru. Diese „Stories“ stellen realistische Multi-Risiko-Situationen inklusive kaskadierender Effekte dar. Für jede „Story“ wurde ein Drehbuch entwickelt, welches eine allgemeine Beschreibung der Situation beinhaltet sowie spezifische Gefahren und die damit verbundenen Schwachstellen und Auswirkungen der Ereignisse definiert. Die daraus resultierenden „Stories“ bieten eine ausgezeichnete Lernumgebung und leiten das RIESGOS Team bei der Entwicklung von Webkomponenten und -dienste, die die Grundlage für den Demonstrator bilden.

Küstengebiet des Großraums Valparaíso: Erdbeben, Tsunami und kritische Infrastruktur

Metropole Lima und Callao: Erdbeben, Tsunami und kritische Infrastruktur

Vulkan Cotopaxi und Umgebung: Vulkanische Aktivität, Lahare, Hangrutschungen, Hochwasser und kritische Infrastruktur

Demonstrator

Der Demonstrator für ein Multi-Risiko Informationssystem basiert auf einem modularen und skalierbaren Konzept. Er besteht aus einer Reihe von unabhängigen, verteilten Webdiensten sowie einer Nutzeroberfläche, die auf diese Services zugreift. Diese Webdienste können wie Legosteine kombiniert und verwaltet werden, so dass ein potentieller Nutzer des Demonstrators selbständig verschiedene Multi-Risiko Szenarien analysieren und auswerten kann. Ein wichtiger Mehrwert dieses modularen und interoperablen Ansatzes ist die Möglichkeit unterschiedliche Webdienste in bereits bestehende Systemumgebungen zu integrieren.

System Konzept

Der RIESGOS Demonstrator für ein Multi-Risiko Informationssystems ermöglicht Nutzern komplexe Situationen zu erforschen, zu beschreiben und zu quantifizieren. Die Hauptfunktionalitäten umfassen:

  • Darstellung und Untersuchung von Multi-Risiko Analyseprodukten und Informationen
  • Konfiguration von Eingabeparametern (dislozierter) Datenprozesse, Simulationen und Modelle
  • Orchestrierung verteilter Webdienste

Benutzeroberfläche

Die graphische Benutzeroberfläche des Demonstrators kann über einen Webbrowser aufgerufen werden. Der Hauptbildschirm ist in drei Darstellungsbereiche unterteilt: das zentrale Kartenfenster, links der Konfigurationsassistent für die Steuerung der einzelnen Webdienste und rechts die Liste der Ergebnisse. In diesem Bereich hat der Nutzer die Möglichkeit, die generierten Ergebnisse auszuwählen, anzuzeigen und weiterführende Informationen zu erhalten.

Screenshot des RIESGOS Demonstrators (Bildrechte: DLR)
Abbildung: Screenshot des RIESGOS Demonstrators

Der Quelltext der RIESGOS Benutzeroberfläche (RIESGOS frontend) ist auf GitHub publiziert unter: https://github.com/riesgos/dlr-riesgos-frontend

Webdienste

Die Verwendung von standardisierten Webdiensten wie denen vom Open Geospatial Consortium (OGC) definierten Geo-Webdiensten ermöglicht den Nutzern einen offenen und flexiblen Zugang zu Multi-Risiko-Informationen und Datenprodukten. Der Zugriff auf Webdienste und Datenressourcen kann über eine Vielzahl von Clients erfolgen: von einem einfachen Editor zur Befehlszeileneingabe über einen Webbrowser bis hin zu bestehenden grafischen Benutzeroberflächen von Behörden und Unternehmen, die mit einem Kartenclient ausgestattet sind. OGC-Webdienste ermöglichen alle Arten von Geofunktionalität, einschließlich Datenzugriff, Datenanzeige, Styling und Verarbeitung.

Webdienste lassen sich leicht in bestehende Clienten einbinden. Die Anbieter von Webdiensten definieren ihre Produkte, Anzeigeoptionen und Konfigurationselemente. Die Benutzeroberfläche ermöglicht es dann dem Nutzer das Produkt entsprechend seinen Bedürfnissen flexibel zu visualisieren. Durch die klare Trennung der Kompetenzen von Webdiensten und Nutzeroberfläche werden Modularität und Skalierbarkeit erhöht. Diese Flexibilität ermöglicht die Wiederverwendung der entwickelten RIESGOS Komponenten in anderen Kontexten, z.B. in Systemumgebungen südamerikanischer Institutionen. Die Institutionen wiederum können ihre Werkzeuge als Webdienste anbieten, auf die die Nutzeroberfläche zugreifen kann. Die Nutzeroberfläche erlaubt dabei auch die Auswahl zwischen alternativen Webdiensten mit ähnlichen Produkten, z.B. zwischen verschiedenen Erdbeben- oder Tsunamiereigniskatalogen.

Die im Rahmen von RIESGOS entwickelten Webdienste sind auf GitHub, einer Plattform zur Erstellung und Verwaltung kollaborativer und freier Software, verfügbar unter: https://github.com/riesgos/

Mitwirkende

Das RIESGOS Projekt setzt sich aus folgenden akademischen / Forschungseinrichtungen und KMUs zusammen:

Die deutschen Auslandshandelskammern (AHK) in Chile, Ecuador und Peru unterstützen das Projekt im Bereich Anwendungspotentialanalysen und sind in diesem Zusammenhang insbesondere mit den in RIESGOS beteiligten KMUs in Austausch.

Assoziierte Partner von RIESGOS sind: GIZ, UNOOSA / UN-SPIDER, UNESCO und MunichRE.

Südamerikanische Akteure

RIESGOS kooperiert bereits mit einer großen Anzahl von Forschungsinstitutionen und Behörden in Chile, Ecuador und Peru.

Publikationen

Broschüre


Broschüre „Das RIESGOS Projekt“
Sprache Englisch

FactSheets


FactSheet Erdbeben
Sprache Englisch


FactSheet Lahare
Sprache Englisch


FactSheet Vulkane
Sprache Englisch


FactSheet Hochwasser
Sprache Englisch


FactSheet Hochwasserschaden
Sprache Englisch


FactSheet Tsunamis
Sprache Englisch


FactSheet Exposition
Sprache Englisch


FactSheet Vulnerabilität
Sprache Englisch


FactSheet Kritische Infrastruktur
Sprache Englisch


FactSheet Demonstrator
Sprache Englisch


FactSheet Nutzerfeedbackprozess
Sprache Englisch

Artikel

2020

  • Brill F., Passuni Pineda, S., Espichán Cuya, B., Kreibich, H. (2020): A data-mining approach towards damage modelling for El Niño events in Peru, Geomatics, Natural Hazards and Risk, 11:1, 1966-1990. https://doi.org/10.1080/19475705.2020.1818636
  • Brinckmann N., Pittore M., Rüster M., Proß B., Gomez-Zapata J.C. (2020): Put your models in the web - less painful. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2020-8671. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-8671
  • Frimberger, T., Andrade, D., Weber & Krautblatter, M. (2020): Modelling future lahars controlled by different volcanic eruption scenarios at Cotopaxi (Ecuador) calibrated with the massively destructive 1877 lahar. @ revision at Earth Surface Processes and Landforms.
  • Frimberger, T., Petry, F., Krautblatter, M. (2020): Assessing lahar hazards at Cotopaxi volcano (Ecuador) controlled by volcanic eruptions and glacier retreat. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2020-18219. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-18219
  • Geiß, C., Aravena Pelizari, P., Bauer, S., Schmitt, A., Taubenböck, H. (2020): Automatic Training Set Compilation with Multisource Geodata for DTM Generation from the TanDEM-X DSM. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, in press.
  • Gomez-Zapata J.C., Pittore M., Brinckmann N., Shinde S. (2020): Dynamic physical vulnerability: a Multi-risk Scenario approach from building- single- hazard fragility- models. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2020-18379. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-18379
  • Harig, S., Zamora, N., Gubler, A., and Rakowsky, N. (2020): Systematic comparison of different numerical approaches for tsunami simulations at the Chilean coast as part of the RIESGOS project, EGU General Assembly 2020, Online, 4–8 May 2020, EGU2020-6764. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-6764
  • Langbein M., Gomez- Zapata J.C., Frumberger T., Brinckmann N., Torres-Corredor R., Andrade D., Zapata-Tapia C., Pittore M., Schoepfer E. (2020): Scenario- based multi- risk assessment on exposed buildings to volcanic cascading hazard. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2020-19861. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-19861
  • Pittore, M., Gomez-Zapata J.C., Brinckmann N., Weatherill G., Babeyko A., Harig S., Mahdavi A., Rosero H., Straub D., Porss B., Frumberger T., Krautblatter M., Langbein M., Schoefer E. (2020): Towards an integrated framework for distributed, modular multi-risk scenario assessment. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2018-14801. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-19097
  • Shinde S., Gomez-Zapata J.C., Pittore M., Arroyo O., Merino- Pena Y., Aguirre P, Santa-Maria H. (2020): Development of multi-hazard exposure models from individual building observations for multi-risk assessment purpose. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2020-11719. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-11719
  • Zafrir R., Pittore M., Gomez- Zapata J.C., Aravena P., Geiss, C. (2020). Bayesian downscaling of building exposure models with remote sensing and ancillary informatio. EGU General Assembly 2020, Vienna, Austria. EGU2020-18240. https://doi.org/10.5194/egusphere-egu2020-18240
  • Zafrir, R. (2020): Downscaling building exposure models: a probabilistic approach using remote sensing products and open source auxiliary information. (Unpublished master’s thesis). Stuttgart Technology University of Applied Sciences, Stuttgart, Germany.

2019

  • Averdunk, S. (2019): Multi-hazard Volcano Analysis and its cascading Effects in Power Networks in Ecuador. (Unpublished master’s thesis). Technical University of Munich, Germany, with collaboration from the Instituto Geofísico de la Escuela Politécnica Nacional (IGEPN), Ecuador. Summary: https://www.bgu.tum.de/fileadmin/w00blj/era/Thesis_Summary/2019_MSc_Thesis_Summary_Sebastian_Averdunk.pdf
  • Frimberger, T., Petry, F. & Krautblatter, M. (2019): Modeling Syneruptive Lahars at Cotopaxi Volcano, Ecuador: Advantages and Uncertainties. American Geophysical Union Fall Meeting, San Francisco, USA. https://ui.adsabs.harvard.edu/abs/2019EGUGA…2117123R/abstract
  • Frimberger, T., Petry, F. & Krautblatter, M. (2019): Constraining mechanical parameters for modelling syneruptive lahars at Cotopaxi volcano, Ecuador. Conference on Early warning systems for debris flows, Bozen, Italy.
  • Geiß C., Leichtle T., Wurm M., Aravena Pelizari P., Standfuß I., Zhu XX., So E., Siedentop S., Esch T., Taubenböck H. (2019): Large-Area Characterization of Urban Morphology – Mapping Built-Up Height and Density with the TanDEM-X Mission and Sentinel-2. IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observation and Remote Sensing.
  • Plank, S., Martinis, S., Richter, R. (2019): Thermal remote sensing of volcanoes by means of DLR’s FireBIRD mission – a case study of the 2015 Villarrica Volcano eruption, Chile. – In: ESA Living Planet Symposium 2019, Milan, Italy, 13-17 May 2019.
  • Plank, S., Martinis, S. (2019): Space-based monitoring of the 2015 eruption of Villarrica Volcano, Chile. – In: Physics of Volcanoes Workshop 2019, 28 February-1 March 2019, Mendig, Germany.
  • Proß, B., Babeyko, A., Pittore, M., Lauterjung, J., Jirka, S., Rieke, M., Mandery, N., Friedemann, M., Riedlinger, T., Geiß, C., Spahn, S., Schoepfer, E. (2019): Simulating extreme multi-hazard events with decentralized Web-processing services: Towards a better understanding of cascading impact. EGU General Assembly 2019, Vienna, Austria.
  • Raab, T. and Krautblatter, M. (2019): Syneruptive and climatically induced lahars at Cotopaxi volcano, Ecuador. European Geosciences Union General Assembly, Vienna, Austria. https://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2019/EGU2019-17123.pdf
  • Rosero-Velásquez, H., Straub, D. (2019): Selecting representative scenarios for contingency analysis of infrastructure systems with dependent component failures. In: Proceedings of the 13th International Conference on Applications of Statistics and Probability in Civil Engineering (ICASP13). Seoul, South Korea.
  • Rosero-Velásquez, H., Straub, D. (2019): Representative Natural Hazard Scenarios for Risk Assessment of Spatially Distributed Infrastructure Systems. In: Proceedings of the 29th European Safety and Reliability Conference (ESREL 2019). Hannover, Germany.
  • Schöpfer, E., Aravena Pelizari, P., Geiß, C., Riedlinger, T., Taubenböck, H. (2019): Was passiert, wenn… Exposition und Vulnerabilität urbaner Räume gegenüber Naturgefahren. Transforming Cities, 2, 38-42. Trialog Publishers. ISSN 2366-7281.
  • Wieland, M., Li, Y. Martinis, S. (2019): Multi-sensor cloud and cloud shadow segmentation with a convolutional neural network. Remote Sensing of Environment, 230, 111203
  • Wieland, M., Martinis, S., and Li, Y. (2019): Semantic segmentation of water bodies in mulit-spectral satellite images for situational awareness in emergency response. Int. Arch. Photogramm. Remote Sens. Spatial Inf. Sci., XLII-2/W16, 273–277.
  • Wieland, M., Martinis, S. (2019): A Modular Processing Chain for Automated Flood Monitoring from Multi-Spectral Satellite Data (https://doi.org/10.3390/rs11192330). Remote Sensing, 11, 2330.

2018

  • Hoffmann, A. (2018): Propagation of Multi-hazard Damages in Interdependent Lifeline Systems in the Valparaíso Region, Chile. (Unpublished master’s thesis). Technical University of Munich, Munich, Germany. ([siehe Zusammenfassung](https://www.bgu.tum.de/fileadmin/w00blj/era/Thesis_Summary/2018_Thesis_Summary_AmelieHoffmann.pdf" t "_blank)).
  • Plank, S., Nolde, M., Richter, R., Fischer, C., Martinis, S., Riedlinger, T., Schoepfer, E., Klein, D. (2018): Monitoring of the 2015 Villarrica Volcano Eruption by Means of DLR’s Experimental TET-1 Satellite. Remote Sens. 2018, 10, 1379.
  • Raab, T. and Krautblatter, M. (2018): Syneruptive and climatically induced lahars at Cotopaxi volcano, Ecuador. Central European Conference on Geomorphology and Quaternary Sciences, Giessen, Germany.
  • Schoepfer, E., Lauterjung, J., Kreibich, H., Rakowsky, N., Krautblatter, M., Straub, D., Stasch, C., Jäger, S., Knauer, K., Greiving, S., León, C., Spahn, H., Riedlinger, T. (2018): Research towards improved management of natural disasters including strategies to reduce cascading effects. EGU General Assembly 2018, Vol. 20, EGU2018-14801.
  • Schoepfer, E., Geiß, C., Lauterjung, J., Rakowsky, N., Krautblatter, M., Straub, D., Stasch, C., Jäger, S., Knauer, K., Greiving, S., León, C., Spahn, H., Riedlinger, T. (2018): From single-hazard to multi-hazard risk assessment including the analysis of dynamic exposure and vulnerability aimed at the modelling of cascading effects. Paper presented to the International Conference on Natural Hazards and Risks in a Changing World, Potsdam, 5 Oct 2018.

Kontakt

Für weitere Fragen zum Projekt kontaktieren Sie bitte:

Dr. Elisabeth Schöpfer
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V.
Earth Observation Center
Münchener Straße 20
82234 Weßling
Deutschland
e-Mail: elisabeth.schoepfer [at] dlr.de