An integrated decision support system using satellite and in-situ data for coastal area hazard mitigation and resilience to natural disasters

Author(s):  
Christos Kontopoulos ◽  
Nikos Grammalidis ◽  
Dimitra Kitsiou ◽  
Vasiliki Charalampopoulou ◽  
Anastasios Tzepkenlis ◽  
...  

<p>Nowadays, the importance of coastal areas is greater than ever, with approximately 10% of the global population living in these areas. These zones are an intermediate space between sea and land and are exposed to a variety of natural (e.g. ground deformation, coastal erosion, flooding, tornados, sea level rise, etc.) and anthropogenic (e.g. excessive urbanisation) hazards. Therefore, their conservation and proper sustainable management is deemed crucial both for economic and environmental purposes. The main goal of the Greece-China bilateral research project “EPIPELAGIC: ExPert Integrated suPport systEm for coastaL mixed urbAn – industrial – critical infrastructure monitorinG usIng Combined technologies” is the design and deployment of an integrated Decision Support System (DSS) for hazard mitigation and resilience. The system exploits near-real time data from both satellite and in-situ sources to efficiently identify and produce alerts for important risks (e.g. coastal flooding, soil erosion, degradation, subsidence), as well as to monitor other important changes (e.g. urbanization, coastline). To this end, a robust methodology has been defined by fusing satellite data (Optical/multispectral, SAR, High Resolution imagery, DEMs etc.) and in situ real-time measurements (tide gauges, GPS/GNSS etc.). For the satellite data pre-processing chain, image composite/mosaic generation techniques will be implemented via Google Earth Engine (GEE) platform in order to access Sentinel 1, Sentinel 2, Landsat 5 and Landsat 8 imagery for the studied time period (1991-2021). These optical and SAR composites will be stored into the main database of the EPIPELAGIC server, after all necessary harmonization and correction techniques, along with other products that are not yet available in GEE (e.g. ERS or Sentinel-1 SLC products) and will have to be locally processed. A Machine Learning (ML) module, using data from this main database will be trained to extract additional high-level information (e.g. coastlines, surface water, urban areas, etc.). Both conventional (e.g. Otsu thresholding, Random Forest, Simple Non-Iterative Clustering (SNIC) algorithm, etc.) and deep learning approaches (e.g. U-NET convolutional networks) will be deployed to address problems such as surface water detection and land cover/use classification. Additionally, in-situ or auxiliary/cadastral datasets will be used as ground truth data. Finally, a Decision Support System (DSS), will be developed to periodically monitor the evolution of these measurements, detect significant changes that may indicate impending risks and hazards, and issue alarms along with suggestions for appropriate actions to mitigate the detected risks. Through the project, the extensive use of Explainable Artificial Intelligence (xAI) techniques will also be investigated in order to provide “explainable recommendations” that will significantly facilitate the users to choose the optimal mitigation approach. The proposed integrated monitoring solutions is currently under development and will be applied in two Areas of Interest, namely Thermaic Gulf in Thessaloniki, Greece, and the Yellow River Delta in China. They are expected to provide valuable knowledge, methodologies and modern techniques for exploring the relevant physical mechanisms and offer an innovative decision support tool. Additionally, all project related research activities will provide ongoing support to the local culture, society, economy and environment in both involved countries, Greece and China.</p>

2012 ◽  
Vol 35 (7) ◽  
pp. 827-840 ◽  
Author(s):  
Wen-Yi Chang ◽  
Whey-Fone Tsai ◽  
Jihn-Sung Lai ◽  
Jyh-Horng Wu ◽  
Ho-Cheng Lien ◽  
...  

2019 ◽  
Vol 21 (1) ◽  
pp. 1
Author(s):  
Arif Yuniarto ◽  
Moh. Cecep Cepi Hikmat

G.A. Siwabessy Multipurpose Reactor (RSG-GAS) is a research reactor with thermal power of 30 MW located in the Serpong Nuclear Area (KNS), South Tangerang, Banten, Indonesia. Nuclear emergency preparedness of RSG-GAS needs to be improved by developing a decision support system for emergency response. This system covers three important aspects: accident source terms estimation, radioactive materials dispersion model into the atmosphere and radiological impact visualization. In this paper, radioactive materials dispersion during design basis accident (DBA) is modeled using HotSpot, by utilizing site-specific meteorological data. Based on the modelling, maximum effective dose and thyroid equivalent dose of 1.030 mSv and 26 mSv for the first 7 days of exposure are reached at distance of 1 km from the release point. These values are below IAEA generic criteria related to risk reduction of stochastic effects. The results of radioactive dispersion modeling and radiation dose calculations are integrated with Google Earth Pro to visualize radiological impact caused by a nuclear accident. Digital maps of demographic and land use data are overlayed on Google Earth Pro for more accurate impact estimation to take optimal emergency responses.Keywords: G.A. Siwabessy research reactor, Nuclear emergency, Atmospheric dispersion model, Decision support system, HotSpot codes


2015 ◽  
Author(s):  
Νικόλαος Κατσιώτης

Στην παρούσα Διδακτορική Διατριβή παρουσιάζεται η διερεύνηση των δυνατοτήτων συμβολής μεθόδων μη-καταστρεπτικού ελέγχου στη διάγνωση και στον έλεγχο ποιότητας δομικών υλικών με έμφαση στην Αειφόρο Κατασκευή. Ως προς το παραπάνω σκοπό, πραγματοποιήθηκε εκτενής μελέτη των υπό έρευνα δομικών υλικών (δοκιμίων σκυροδεμάτων 5 συνθέσεων, έκαστη σύνθεση αποτελούμενη από διαφορετικό τύπο, ποιότητα και κατηγορία αντοχών του περιεχόμενου τσιμέντου) μέσω τόσο συμβατικών/παραδοσιακών (καταστρεπτικών) τεχνικών ανάλυσης όσο και καινοτόμων μη-καταστρεπτικών τεχνικών χαρακτηρισμού.Η μέθοδος που αναπτύχθηκε στα πλαίσια της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής αφορά την συνδυαστική και συνεργατική εφαρμογή των μη-καταστρεπτικών τεχνικών της Μικροσκοπίας Οπτικών Ινών και της Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας. Περισσότερο συγκεκριμένα, παρασκευάσθηκαν δοκίμια σκυροδεμάτων στον ξυλότυπο (“καλούπι”) των οποίων είχε προσαρμοστεί κατάλληλο πλαίσιο (“παράθυρο”) παρατήρησης και λήψης εικόνων μέσω του οποίου εφαρμόστηκε Μικροσκοπία Οπτικών Ινών σε τακτά διαστήματα πραγματικού χρόνου (“real-time”) κατά την διάρκεια της τοποθέτησης/σκυροδέτησης αυτών. Εν συνεχεία, οι εικόνες υφής αυτές επεξεργάστηκαν κατάλληλα μέσω αλγορίθμου Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας (ο οποίος αναπτύχθηκε και αριστοποιήθηκε για τις ανάγκες της συγκεκριμένης Έρευνας και εφαρμογής) σε υπολογιστικό περιβάλλον MatLab®, και εξήχθησαν ποσοτικές πληροφορίες χαρακτηρισμού της δεδομένης εικόνας ανά χρονική στιγμή λήψης αυτής.Τα πειραματικά αποτελέσματα αυτά τροφοδοτήθηκαν αυτομάτως (και σε πραγματικό χρόνο - “real-time”) σε κατάλληλη πληροφοριακή γνωσιακή βάση δεδομένων, η οποία αποτέλεσε το έναυσμα για περαιτέρω αξιοποίηση των περιεχόμενων πληροφοριών, υπό την μορφή εύρεσης και έκφρασης κατάλληλου μαθηματικού συσχετισμού (“correlation”). Εν συνεχεία και βάσει του αναπτυχθέντος ημιεμπειρικού μαθηματικού μοντέλου, έλαβε χώρα μετάβαση σε έμπειρο σύστημα υποστήριξης απόφασης (“expert system”), ικανό να ανταποκρίνεται στις ανάγκες της Κατασκευής (σε πραγματικό τόπο, χρόνο και κλίμακα).Στα Συμπεράσματα της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής συμπεριλαμβάνεται η επιτυχής συνδυαστική αξιοποίηση μη-καταστρεπτικών τεχνικών Μικροσκοπίας Οπτικών Ινών και Ψηφιακής Επεξεργασίας Εικόνας ως προς την λήψη αντιπροσωπευτικών επιφανειακών εικόνων υφής/μικροδομής (“image patterns”) σε ορισμένες χρονικές στιγμές αμέσως μετά την έναρξη της σκυροδέτησης (αρχή,+ 5, +10, +15, +20, +25, +30, +40, +50, 60λεπτά). Οι ληφθείσες ψηφιακά επεξεργασμένες εικόνες μικροδομής συσχετίστηκαν (μέσω εκτεταμένου προγράμματος γραμμικών παλινδρομήσεων) με τις τελικές μηχανικές αντοχές των παραχθέντων σκυροδεμάτων και συμπεραίνεται η εντονότερη βαρύτητα/σχέση των μορφολογικών παραμέτρων του “κεντροειδούς” και του “αριθμού Euler” (καθόλες τις χρονικές στιγμές), σε μεγέθυνση 25x και όριο κατωφλίωσης/threshold 110. Πέραν αυτών, η αποτίμηση της μικροδομής από τα ληφθέντα image pattern ενσωματώνεται επιτυχώς σε εξειδικευμένη γνωσιολογική βάση δεδομένων και η Γνώση αυτή μετατρέπεται (μέσω τεχνητής νοημοσύνης και εφαρμογής γενετικών αλγορίθμων σε περιβάλλον MatLab®) σε έμπειρο σύστημα (“expert system”) υποβοήθησης/υποστήριξης αποφάσεων (“decision support system”) Αειφορίας στην Κατασκευή.


Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document