BANDO TEMATICO N OSSERVAZIONE DELLA TERRA. Progetto VULSAR. Sistema per la generazione di mappe di VULnerabilità sismica mediante dati SAR

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1 BANDO TEMATICO N OSSERVAZIONE DELLA TERRA Progetto VULSAR Sistema per la generazione di mappe di VULnerabilità sismica mediante dati SAR Workshop di presentazione del 4 Bando riservato alle PMI ASI, 14 marzo 2014

2 Contesto «VULnerabilità sismica mediante dati SAR» Progetto cofinanziato da ASI, Secondo Bando PMI Tematica: Osservazione della Terra Coordinatore: Galileian Plus Partner industriale: Sistematica SpA Consulente scientifico: EUCENTRE Durata: 18 mesi, da Febbraio 2012 ad Agosto / 25

3 Obiettivi Generare curve di vulnerabilità di strutture e mappe di rischio secondo lo stato dell arte della relativa modellistica Ottenere le informazioni necessarie al modello operando una data fusion fra banche dati di varia natura e parametri derivabili dai dati SAR della costellazione COSMO-SkyMed 3 / 25

4 Galileian Plus E una PMI appartenente per il 100% al gruppo GKH (Geospatial Knowledge Holding) di cui fa parte anche Esri Italia Sviluppa soluzioni per la conoscenza geospaziale basate su tecnologie diverse, in particolare Remote Sensing e GNSS Commercializza prodotti proprietari di processamento dati GNSS Ha vinto come coordinatore due bandi (FP6: GeolocalNet; FP7: GAL Galileo for Gravity) emessi dal GSA - European GNSS Agency E proprietaria di un metodo innovativo per il filtraggio e l estrazione automatica di elementi da dati SAR, con brevetto europeo EP del / 25

5 Fondazione EUCENTRE EUCENTRE (European Centre for Training and Research in Earthquake Engineering). E una Fondazione senza scopo di lucro fondata dal Dipartimento di Protezione Civile, dall INGV, dall Università degli Studi di Pavia e dall Istituto Universitario di Studi Superiori di Pavia Ha l obiettivo di promuovere la ricerca applicata nel settore dell ingegneria sismica, per la valutazione e la riduzione della vulnerabilità e del rischio Svolge attività di consulenza scientifica e tecnologica, a livello nazionale ed internazionale, nel settore dell ingegneria sismica 5 / 25

6 Architettura 6 / 25

7 Dati di input: SAR I dati COSMO SkyMed necessari al processamento VULSAR sono: un dato StripMap (per classificazione a media risoluzione di aree urbane) una coppia interferometrica di dati SpotLight da stesso satellite (baseline temporale di 16 giorni per l analisi InSAR ad alta risoluzione e l estrazione degli edifici) Single data Multitemporal data 7 / 25

8 Dati di input: Dati ancillari Pericolosità sismica (INGV) Colore Intervallo di PGA 0 pga 0.025g 0.025g < pga 0.05g 0.05g < pga 0.15g 0.15g < pga 0.25g 0.25g < pga 0.35g Dati censuari (ISTAT) 8 / 25

9 Processori (1/3) Urban Classification Binary mask 9 / 25

10 Processori (2/3) Building Extraction Buildings shapefile 10 / 25

11 Processori (3/3) Calcolo Vulnerabilità Sismica Vulnerability curves and Risk maps 11 / 25

12 WebGIS 12 / 25

13 Prodotti, Risultati e Validazione o Quali sono i prodotti? 1. Banca dati degli edifici estratti dai dati SAR (più dati ancillari) 2. Curve di vulnerabilità e mappe di rischio o Come li abbiamo validati? 1. Database dell edificato nel Portale Cartografico Nazionale 2. M.S. Teramo, H. Crowley, G. Cultrera, A. Cirella, R. Pinho, Valutazione del rischio sismico per la città di Messina, un approccio ad albero logico, Progettazione Sismica n / 25

14 DB edifici estratti da SAR o Descrizione della banca dati degli edifici: Rappresentazione vettoriale GIS (formato Esri «shapefile») contenente la simbolizzazione di ogni edificio come un rettangolo Ogni rettangolo è georiferito ed ha associato il seguente insieme di attributi: coordinate geografiche del baricentro della pianta della struttura larghezza e lunghezza della struttura numero dei piani 14 / 25

15 Validazione DB edifici estratti da SAR o Strategia di validazione: 1. Individuazione del database WMS dell edificato nel PCN. ZONA 2 ZONA 1 2. Individuazione di due aree di test con caratteristiche di edificato variabili. 15 / 25

16 Validazione DB edifici estratti da SAR o Strategia di validazione: 3. Confronto manuale dei due datasets, in termini di superficie edificata e altezza. 16 / 25

17 Risultati o Risultati della validazione e commenti: Zona 1 Zona 2 Numero di edifici Superficie totale (m 2 ) Altezza media (m) Errore RMS in superficie (m 2 ) Errore RMS in quota (m) / 25

18 Risultati o Risultati della validazione e commenti: 1. Il modello VULSAR/SP-BELA prevede geometria rettangolare; è una semplificazione forzata che causa un aumento dell errore RMS, sia in altezza che soprattutto in superficie. E il motivo principale dell errore nella zona 2, con presenza più fitta di edifici angolari o con chiostro interno; invece, l errore RMS della zona 1 è sovrastimato a causa di discrepanze in edifici grandi, mentre gli edifici di dimensione medio-piccola sono più regolari e vengono rilevati correttamente. 2. Per le altezze degli edifici, il SW confronta i risultati di insar con il DB dell ISTAT sul numero dei piani. E uno step determinante per diminuire l incertezza dovuta al canyoning e incoerenza della fase interferometrica in area urbana fitta. Nonostante ciò, il calcolo dell altezza di edifici irregolari è affetto in maniera particolare da errori: nella zona 2, infatti, l errore RMS in quota (poco meno di due piani) è superiore rispetto alla zona 1 (circa un piano), dove i risultati sono più accurati anche in quota. 3. Poiché i dati statistici si fermano al livello della cella di censimento, sono state introdotte arbitrarietà nel processore per associare le informazioni agli edifici rilevati con il SAR. 18 / 25

19 Curve di vulnerabilità Definizione di Curva di vulnerabilità: insieme di valori tabellari che indicano la fragilità di un edificio rispetto ad uno stato limite di danno prefissato fra danno lieve, danno severo e collasso, al variare della PGA di riferimento (espressa in frazioni di g). i valori di vulnerabilità di un edificio vengono calcolati attraverso l algoritmo semplificato SP-BELA (Simplified Pushover-Based Earthquake Loss Assessment) sviluppato da EUCENTRE 19 / 25

20 Mappa di rischio Definizione di Mappa di rischio sismico: è la rappresentazione vettoriale georiferita degli edifici di un area urbana, a ciascuno dei quali viene associata, per ciascuno stato limite, la relativa curva di vulnerabilità incrociata con i dati INGV di pericolosità sismica Per ognuno dei tre stati limite viene generato uno strato informativo e viene applicata una simbolizzazione in scala di colore, a seconda del relativo valore di vulnerabilità Colore Valore di vulnerabilità (0 100%) Verde 0 33% Giallo 34 66% Rosso % 20 / 25

21 Mappa di rischio 21 / 25

22 Validazione Strategia di validazione: Confronto fra i risultati VULSAR ottenuti sull area di test di Messina e le analoghe mappe di rischio ottenute con metodi diversi (empirici, analitici e ibridi) in studi presenti in letteratura. Studio benchmark: M.S. Teramo, H. Crowley, G. Cultrera, A. Cirella, R. Pinho, Valutazione del rischio sismico per la città di Messina, un approccio ad albero logico, Progettazione Sismica n Output dello studio benchmark: Mappe di rischio al livello di singola cella censuaria rispetto al censimento ISTAT In esse viene usato un codice colore per simbolizzare la percentuale di edifici per cella censuaria che verrebbero danneggiati da un sisma di intensità comparabile a quello che distrusse Messina nel / 25

23 Validazione Differenze tra i risultati VULSAR e lo studio benchmark: 1. Scala geografica dell analisi - VULSAR esamina il singolo edificio, mentre lo studio benchmark aggrega i risultati a livello di cella censuaria soluzione : media dei risultati VULSAR su tutti gli edifici appartenenti ad una cella censuaria 2. Valore di vulnerabilità associato gli edifici - VULSAR assegna ad ogni edificio la probabilità di superare un determinato stato limite di danno, mentre nello studio benchmark si assegna ad ogni cella censuaria la percentuale di edifici danneggiati rispetto agli stessi stati limite. soluzione : applicazione di formule di base (probabilità di insiemi disgiunti) in modo da rapportare la probabilità di danneggiamento del singolo edificio alla percentuale di edifici danneggiati per cella censuaria 23 / 25

24 Risultati o Risultati della validazione e commenti: I risultati VULSAR sono estremamente aderenti (RMS < 5%) a quelli di benchmark nei casi degli stati limite «collasso» e «danno severo». La notevole sovrastima della vulnerabilità per il «danno lieve» è verosimilmente causata dall approssimativa conoscenza delle caratteristiche strutturali di dettaglio degli edifici di Messina. Per i livelli di danno critici e di maggiore rilevanza operativa, il sistema VULSAR fornisce risultati attendibili. Nel caso di «danno lieve», la vulnerabilità sismica viene sovrastimata se vengono utilizzati parametri strutturali generici, ma si può arrivare al risultato corretto se si dispone di parametri strutturali più dettagliati. Collasso Danno Severo Danno Lieve Media RMS μ 3.7% 2.6% 48.1% 24 / 25

25 Sito Web: Per ulteriori info contattare: