Système d’observation et d’information sur l’eau : Favoriser l’utilisation des données d’observation de la terre pour la gestion intégrée des ressources en eau en Afrique

Le Système d’Information et d’Observation de l’Eau (WOIS) est un outil de logiciel libre pour le contrôle, l’évaluation et l’inventaire des ressources en eau, utilisant de la donnée d’observation de la terre (EO), dans un but de recherche du moindre coût. Le WOIS a été développé dans le cadre du projet TIGER-NET, qui est un composant majeur de l’initiative TIGER de l’Agence spatiale européenne (ESA) dont le but principal est de soutenir la capacité d’observation africaine pour le contrôle de la ressource en eau. TIGER-NET a pour but de soutenir l’évaluation par voie satellitaire et le contrôle de ressources en eau de la ligne de partage des eaux aux niveaux des bassins transfrontaliers par la dispositiond’un progiciel libre et puissant, avec le renforcement des capacités associées, aux autorités africaines.

Description du système

On peut voir le WOIS comme un système polyvalent consistant en une base de données spatiale, des installations pour extraire et traiter des données d’observation de la terre et des outils intégrateurs et des modèles visés au support de décision pour la modélisation hydrologique et la visualisation embarquée de type SIG, ainsi que des outils d’analyse. Le WOIS est conçu autour de QGIS, qui agit comme interface graphique utilisateur (GUI). QGIS a été choisi comme la plate-forme d’intégration centrale, en raison de son interface graphique utilisateur clair et accessible, la communauté de développement forte, la facilitéde mettre en œuvre des fonctionnalités supplémentaires par des plug-ins Python et son haut niveau d’interopérabilité avec des formats de données SIG majeurs via l’utilisation de la Bibliothèque d’Abstraction de Données Géospatiale (GDAL/OGR).

De plus, la Boîte à outils de Traitement intégrée, autrefois connue comme SEXTANTE, apporte la capacité de facilement incorporer des algorithmes de géotraitement depuis diverses application à l’intérieur de QGIS. Il agit comme un dépôt commun pour une vaste gamme d’algorithmes, certaines natives à QGIS et d’autres importées d’applications externes, comme GRASS GIS ou la Boîte à outils Orfeo. Le support pour des algorithmes tels que BEAM de l’ESA, NEST ou le logiciel Sentinel-1 ToolBox, et le support pour paramétrer et exécuter les modèles hydrologiques basés sur SWAT ont été ajoutés à la Boîte à outils de Traitement pendant le développement de WOIS. La boîte à outils permet également l’incorporation facile du client R et des scripts Python. Les données en entrée et en sortie des algorithmes de la Boîte à outils de Traitement peuvent être évalués avec les capacités de QGIS, avec le rendu ou la production cartographique.

Un avantage clé de la Boîte à outils de Traitement est la capacité d’homogéneisation de l’utilisation des fonctionnalités de fournisseurs d’algorithme différents pour le traitement de données et l’analyse. Ceci peut être utilisé pour créer des modèles de traitement automatiques et, au travers d’un plug-in QGIS développé pendant le projet TIGER-NET, pour combiner par étapes des algorithmes de différents fournisseurs dans des chaînes de traitement assistées. Cette fonctionnalité a été utilisée pour créer une bibliothèque de gestion de commandes normalisées (avec des instructions) pour exécuter des tâches communes mais complexes liées à l’analyse de données EO en matière de gestion de la ressource en eau.

The WOIS graphical user interface

L’interface utilisateur graphique WOIS, y compris la bibliothèque de workflow incorporée (centre) et le workflow de traitement assistée (droit)

L’utilisation opérationnelle et pratique du WOIS pour soutenir la gestion de la ressource en eau intégrée en Afrique a été démontrée via une série de cas précis de démonstration, couvrant une vaste gamme de thèmes et de produits de l’information. Ceux-ci incluent : qualité de l’eau de lac; surveillance d’inondation; la dégradation des sols et la caractérisation de l’occupation des sols; la cartographie des plans d’eau et la modélisation hydrologique. Les cas de démonstration ont plusieurs étapes. D’abord, les workflows personnalisés de traitement sont développés pour les produits et applications demandées. Ces workflows sont par la suite utilisés pour la dérivation de produit sur des zonesreprésentatives et des périodes demandées par les utilisateurs. Dans une étape finale, les workflows (c’est-à-dire leur stabilité/performance et facilité d’emploi) aussi bien que les résultats produits sont évalués d’un commun accord avec les utilisateurs.

Sentinel-1 flood monitoring of Caprivi flood plain, Namibia.

Surveillance des inondations Sentinel-1 de la plaine d’inondation de Caprivi en Namibie.

Conclusion

Le développement du WOIS représente un exemple réussi d’un modèle de développement axé sur l’utilisateur et l’aspect collaboratif, où les fonctionnalités ont été conçues, développées et évaluées par des cas concrets d’utilisateur, afin de démontrer l’impact réel d’un système amélioré et de plans de gestion de la ressource en eau. Le WOIS est déjà mis en œuvre dans des autorités de gestion de bassins fluviaux majeurs en Afrique, plusieurs ministères africains et agences nationales, aussi bien que dans la Recherche et au sein d’organisations humanitaires. Il continuera donc à se développer en réponse aux exigences régulières d’utilisateurs pour de nouvelles fonctionnalités et en réponse aux améliorations fonctionnelles du logiciel en général, de l’algorithme et des améliorations méthodologiques.

Un soin particulier sera d’ assurer le support et l’implémentation de la capacité de traitement pour le nouveau système de satellite Sentinel en intégrant les progiciels de l’ESA dans WOIS et et en développant des workflows de production dédiés. La prochaine sortie de WOIS (censée être dans la deuxième moitié d’avril 2015) incorporera déjà la Boite à outils Sentinel-1 et un certain nombre de workflows utilisant ce nouvel ensemble de données de radar pour la surveillances d’inondations, la cartographie des plans d’eau, etc. Ceci placera WOIS dans un système de contrôle entièrement opérationnel. Par la fourniture d’un licence libre, d’un système puissant et extensible, et au travers d’efforts de création et de formation, le projet tente de jetter les bases d’une diffusion à d’autres pays, d’autres régions en Afrique et au-delà.

Références

  • Bauer-Gottwein, P., Jensen, I. H., Guzinski, R., Bredtoft, G. K. T., Hansen, S., & Michailovsky, C. I. (2015). Operational river discharge forecasting in poorly gauged basins: the Kavango River basin case study. Hydrology and Earth System Sciences, 19(3), 1469-1485.
  • Guzinski, R.; Kass, S.; Huber, S.; Bauer-Gottwein, P.; Jensen, I.H.; Naeimi, V.; Doubkova, M.; Walli, A.; Tottrup, C. Enabling the Use of Earth Observation Data for Integrated Water Resource Management in Africa with the Water Observation and Information System. Remote Sens. 2014, 6, 7819-7839.
  • Walli, A., Tottrup, C., Naeimi, V., Bauer-Gottwein, P., Bila, M., Mufeti, P., Tumbulto, J.W., Rajah, C., Moloele, L.S. & Koetz, B. “TIGER-NET—Enabling an earth observation capacity for integrated water resource management in Africa,” présenté à l’ESA Living Planet Symp., Edinburgh, U.K., Sep. 11–13, 2013.