A Simulation and Visualization Environment for Spatiotemporal Disaster Risk Assessments of Network Infrastructures

Emerging methodologies for risk assessments of civil infrastructure networks require the coupling of several spatiotemporal models that need to be executed multiple times with varying parametrizations to account for model uncertainty and to investigate "what-if" scenarios. These requirements led to the development of a software environment to support the simulation process and the visual analysis of its results. The simulation engine component of the environment makes it possible to define, couple, and execute models. An embedded infrastructure model facilitates the development of functionality to estimate and aggregate capacity measures of single objects affected by multiple hazards. The simulation manager component can be used to execute multiple instances of the simulation engine conveniently with varying parametrizations. The included visualization tool provides two complementary views. The ensemble view can be used to analyze the data at a highly aggregated level with information visualization techniques and the simulation view can be used to investigate simulations in greater detail via an interactive map window and a state dependency graph. The software environment is used in a risk assessment for the region of Chur, Switzerland, which comprises the simulation of multiple natural hazard scenarios that lead to impaired transport infrastructure capacities and thus to disrupted traffic flows.

RÉSUMÉ:

Les méthodologies en émergence au chapitre de l'évaluation des risques associés aux réseaux d'infrastructures civiles exigent la conjugaison de plusieurs modèles spatiotemporels qui doivent être exécutésà de multiples reprises, selon divers paramétrages visant la prise en compte de l'incertitude des modèles et l'analyse par simulation de divers scénarios. Ces exigences ont conduit à l'élaboration d'un environnement de programmation étayant le processus de simulation et l'analyse visuelle de ses résultats. Le moteur de simulation de cet environnement permet de définir, de réunir et d'exécuter les modèles. Un modèle intégré d'infrastructure facilite l'élaboration d'une fonctionnalité d'estimation et d'agrégation des mesures de capacité d'objets particuliers donnésà des risques multiples. Le gestionnaire de simulation peut être utilisé pour exécuter commodément de multiples exercices de simulation, selon divers paramétrages. L'outil de visualisation intégré produit deux représentations complémentaires. La représentation globale permet l'analyse des données à un niveau trèsgénéral à l'aide de techniques de visualisation de l'information, et la représentation de la simulation permet une analyse plus approfondie des simulations au moyen d'une fenêtre de carte interactive et d'un graphe de dépendances des états. Les auteurs utilisent l'environnement de programmation proposé dans une évaluation des risques auxquels est exposéela région de Chur, en Suisse, comportant la simulation de multiples scénarios de risques naturels entraıˆnant une déficience des capacités des infrastructures de transport et perturbant, par conséquent, les flux de circulation.