Progetto VULSAR

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
BANDO TEMATICO N. 02 - “OSSERVAZIONE DELLA TERRA”

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«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 2013
Contesto

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• Generare curve di vulnerabilità di strutture e mappe di rischio
secondo lo stato dell’arte della relativa modellistica
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Obiettivi
• 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

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• E’ una PMI appartenente per il 100% al gruppo GKH (Geospatial
Knowledge Holding) di cui fa parte anche Esri Italia
Galileian Plus
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• Sviluppa soluzioni per la conoscenza geospaziale basate sulla
integrazione di tecnologie diverse, tra cui quelle di 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 EP2146315
del 2010

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EUCENTRE (European Centre for Training and Research in
Earthquake Engineering).
Fondazione EUCENTRE
• 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
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• 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

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Architettura

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Single data Multitemporal data
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Dati di input: SAR
• 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)
I dati COSMO SkyMed necessari al processamento VULSAR sono:

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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
Pericolosità sismica (INGV)
Dati censuari (ISTAT)
Dati di input: Dati ancillari

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Urban Classification
Binary
mask
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Processori (1/3)

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Buildings
shapefile
Processori (2/3)
Building Extraction

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

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WebGIS

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Prodotti, Risultati e Validazione
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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.2-2010

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DB edifici estratti da SAR
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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

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

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Validazione DB edifici estratti da SAR
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3. Confronto manuale
dei due datasets, in
termini di superficie
edificata e altezza.
(a) ZONA 1 – database VULSAR (b) ZONA 1 – database PCN
(c) ZONA 2 – database VULSAR (d) ZONA 2 – database PCN
o Strategia di validazione:

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Risultati
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o Risultati della validazione e commenti:
Zona 1 Zona 2
Numero di edifici 109 116
Superficie totale (m2) 33.676 73.835
Altezza media (m) 9.2 12.5
Errore RMS in superficie (m2) 62 73
Errore RMS in quota (m) 3.5 5.5

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Risultati
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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.

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 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
Curve di vulnerabilità

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 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 67-100%
Mappa di rischio

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Mappa di rischio

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 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.2-2010
 Output dello studio benchmark:
• Mappe di rischio al livello di singola cella censuaria rispetto al censimento
ISTAT 2001. 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 1908.
Validazione

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 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
Validazione

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 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
3.7% 2.6% 48.1%
Risultati

Per ulteriori info contattare:
vulsar@galileianplus.it
Sito Web: http://vulsar.galileianplus.it/

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