Sistema de observación e información hídrica: habilitando el uso de datos de observación terrestre para la administración de recursos hídricos en Africa

El sistema de observación e información hídrica (WOIS, Water Observation and Information System) es una herramienta de código abierto que permite el monitoreo, valoración e inventariado de recursos hídricos de una forma económica usando datos de observación terrestre (EO data, Earth Observation data). El sistema WOIS ha sido desarrollado bajo el proyecto TIGER-NET, el cual es un componente primordial de la iniciativa TIGER de la Agencia Espacial Europea (ESA), cuyo objetivo central es el de dar soporte a la capacidad de monitoreo de recursos hídricos en Africa. El proyecto TIGER-NET tiene como propósito

Descripción del sistema

El WOIS puede ser visto como un sistema de usos múltiples que consiste en una base de datos espaciales, utilidades para la extracción y procesado los datos EO, y herramientas y modelos de integración dirigidos a la toma de decisiones por ejemplo, generación de modelos hidrológicos y herramientas de visualización SIG y análisis. El WOIS está diseñado alrededor de QGIS , que actúa como la gráfica de usuario- interfaz para el usuario ( GUI ) . QGIS fue elegido como la plataforma de integración central, debido a su interfaz gráfica de usuario clara y accesible , fuerte comunidad de desarrollo, la facilidad de implementación de funcionalidades adicionales a través de plugins de Python y su alto nivel de interoperabilidad con los principales formatos de datos SIG a través del uso de la información de la biblioteca de abstracción Geoespacial (GDAL / OGR ).

Por otra parte, la Caja de Herramientas de Procesamiento integrada, anteriormente conocido como SEXTANTE, ofrece la posibilidad de incorporar fácilmente algoritmos de geoprocesamiento de diversas aplicaciones en QGIS. Actúa como un repositorio para una amplia gama de algoritmos, algunos nativos de QGIS y otros importados desde aplicaciones externas, tales como GRASS GIS o las herramientas Orfeo . El apoyo a los algoritmos de la ESA BEAM, NEST y las herramientas software Sentinel-1 y para la creación y ejecución de modelos hidrológicos basados SWAT se añadió a las herramientas de procesamiento durante el desarrollo WOIS. La caja de herramientas también permite la fácil incorporación de Scripts personalizados en R y Python. Las entradas y salidas de los algoritmos de procesamiento de la Caja de Herramientas se pueden evaluar con las capacidades de QGIS de datos de E / S, representación o la creación de mapas.

Una ventaja clave de la caja de herramientas de procesamiento es la capacidad de utilizar a la perfección las funcionalidades de diferentes proveedores de algoritmos para el procesamiento y análisis de datos. Esto se puede utilizar para crear modelos de tratamiento automático y, a través de un plugin de QGIS desarrollado durante el proyecto TIGER-NET, para combinar secuencialmente algoritmos de los diferentes proveedores en las cadenas de procesamiento basadas en asistentes. Se utiliza esta funcionalidad para crear una biblioteca de flujos de trabajo estandarizados (con instrucciones) para realizar tareas comunes, pero complejas, relacionadas con el análisis de datos EO dentro de la gestión de los recursos hídricos.

The WOIS graphical user interface

El interfaz gráfico WOIS, incluyendo la librería de flujo embebida (centro) y el procesamiento de flujo asistido (derecha)

El uso práctico y operacional de WOIS para apoyar la gestión integrada de los recursos hídricos en África ha sido demostrado a través de una serie de casos de uso demostrativos específicos que cubren una amplio rango de temas y productos de información. Estos incluyen: calidad de agua lacustre, monitoreo de inundaciones, caracterización de la cobertura terrestre y su degradación, mapeo de cuerpos de agua y modelación hidrológica. Estos casos demostrativos tienen varias etapas. Primero, se desarrollan flujos de procesamiento de principio a fin personalizados para los productos y aplicaciones requeridos. Estos flujos son posteriormente usados para generar productos sobre áreas y periodos de tiempo significativos según lo requerido por los usuarios. En la etapa final, los flujos (por ejemplo, estabilidad/rendimiento y facilidad de uso) así como los productos resultantes son evaluados en un dialogo cercano con los usuarios.

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

Monitoreo de inundación Sentinel-1 de la planicie de inundación Caprivi, Namibia.

Conclusión

El desarrollo de WOIS representa un ejemplo exitoso de desarrollo colaborativo impulsado por los usuarios, donde funcionalidades han sido diseñadas, desarrolladas y evaluadas a través de casos elegidos por lo usuarios con la intención de demostrar el impacto real del sistema para mejorar la gestión del agua y los planes de gestión integral de recursos hídricos. El WOIS ya ha sido implementado en las autoridades de algunas grandes cuencas de ríos africanos, varios ministerios y agencias africanos, así como en agencias humanitarias y de investigación. Por lo tanto continuará su desarrollo en respuesta a los requerimientos por parte de los usuarios de nuevas funcionalidades y mejoras funcionales y debido a la mejora en general, del software, los algoritmos y los métodos.

Una punto concreto en el que enfocarse será asegurar el soporte e implementación de capacidades de procesamiento para el nuevo sistema de satélites Sentinel mediante la integración de las herramientas de la ESA para Sentinel en WOIS y generando flujos de trabajo de producción dedicados. El próximo lanzamiento de WOIS (durante la segunda mitad de abril de 2015) ya incorporará las herramientas para Sentinel-1 y algunos flujos de trabajo que utilizaran los datos de este nuevo satélite radar para el monitoreo de inundaciones, el mapeo de cuerpos de agua, etc. Este convertirá a WOIS en un sistema de monitoreo completamente operacional. A través de la provisión de este sistema sin licencia, potente y extensible, y mediante esfuerzos continuados de construcción de capacidades y capacitación, el proyecto intenta crear la base de una extensión, es decir, expandirse a otros países y regiones en África y más allá.

Referencias

  • 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,” presented at the ESA Living Planet Symp., Edinburgh, U.K., Sep. 11–13, 2013.