水の観察と情報システム：アフリカにおける統合水資源管理のために地球観測データの使用を可能にする

水観測情報システム（WOIS）とは地球観測（EO）データを使用して、費用対効果の高い方法で水資源を評価し、インベントリ、監視のためのオープンソースのソフトウェアツールです。WOISはTIGER-NETプロジェクトの下で開発されてきました。これは欧州宇宙機関（ESA）のTIGERイニシアチブの主要な構成要素で、その主な目標は水資源のモニタリングのためのアフリカの地球観測能力をサポートすることです。TIGER-NETは、アフリカの当局に、関連するキャパシティ・ビルディングで、無料で強力なソフトウェアパッケージの提供を通じて、国境を越えた流域レベルに流域から衛星ベースの評価と水資源の監視をサポートすることを目指しています。

システム説明

WOISは、空間データベース、EOデータを抽出して処理するための施設、および意思決定支援などの水文モデリングやGIS-埋め込まれた可視化および分析ツールを目指した統合的なツールやモデルからなる多目的システムとして見ることができます。WOISは、フロントエンドグラフィカルユーザインタフェース（GUI）として機能QGIS、中心に設計されています。QGISは、その明確かつアクセス可能GUI、強力な開発コミュニティ、Pythonのプラグインや地理空間データ抽象化ライブラリを使用して、主要なGISデータ形式との相互運用性の高いレベルを通じて追加機能を実装の容易性（に、中央の統合プラットフォームとして選ばれましたGDAL / OGR）ライブラリ。

また、以前SEXTANTEとして知られていた統合処理ツールボックスは、容易にQGISに様々なアプリケーションからジオプロセシングアルゴリズムを組み込む能力をもたらします。これは、アルゴリズムの広い範囲、例えばGRASSのGISまたはオルフェオツールボックスなどの外部アプリケーションからインポートQGIS、他のいくつかのネイティブの共同リポジトリとして機能します。ESAのBEAM、NEST及びセンチネル-1 ToolboxソフトウェアからアルゴリズムのとSWATベースの水文モデルを設定し、実行するためのサポートはWOISの開発中Processing Toolboxのに追加されました。ツールボックスは、カスタムRおよびPythonスクリプトを簡単に組み込むことが可能になります。処理Toolboxアルゴリズムの入力と出力は、レンダリングや地図作成、データI / OのQGIS能力で評価できます。

処理ツールボックスの重要な利点は、シームレスにデータ処理および分析のための別のアルゴリズムプロバイダからの機能を使用する能力です。これは、自動処理のモデルを作成し、TIGER-NETプロジェクトで開発されたQGISプラグインを通じて、順次ウィザードベースの処理チェーンに異なるプロバイダからアルゴリズムを組み合わせるために使用することができます。この機能は、水資源管理の中EOデータ分析に関連する共通だが複雑なタスクを実行するための（説明書付き）標準化されたワークフローのライブラリーを作成するために使用されました。

WOISグラフィカルユーザーインタフェース

埋め込まれたワークフローライブラリ（中心）を含むWOISグラフィカル・ユーザ・インターフェース、およびウィザードベースの処理ワークフロー（右）

アフリカにおける統合的水資源管理をサポートするためのWOISの運用や実用は、テーマと情報製品の広い範囲をカバーし、ユーザー固有のデモンストレーション例シリーズを経て実証されています。これらの中にあるのは：湖沼水質；洪水の監視； 土地の劣化と土地被覆特性評価；水域マッピングおよび水文モデリング。デモの例は、いくつかの段階があります。まず、カスタマイズされたエンドツーエンドの処理のワークフローは、要求された製品やアプリケーション用に開発されています。これらのワークフローは、その後、ユーザーの要求に応じて重要な領域と時間の期間にわたって、製品の導出のために使用されています。最終工程において、ワークフロー（すなわち、それらの安定性/性能と使いやすさ）、ならびに製品の成果は、ユーザーとの緊密な対話で評価されています。

ナミビアのカプリブリ氾濫原のSentinel-1洪水監視。

ナミビアのカプリブリ氾濫原のSentinel-1洪水監視。

結論

WOISの開発はユーザー主導と共同開発モデルの成功例を表します。そこでは水管理と統合水資源管理計画を高める上でのシステムの実際の影響を実証するために、機能がユーザー指定の場合を介して、設計、開発、評価されてきました。WOISはすでに主要なアフリカの河川流域当局やいくつかのアフリカの省庁だけでなく、研究や人道組織で実装されています。したがって、新機能や機能改善のための継続的なユーザー要件に対応し、一般的なソフトウェア、アルゴリズムとメソッドの機能拡張を原因に、開発を続けていきます。

焦点は特に、WOISにESAのSentinelツールボックスを統合し、専用の生産ワークフローを開発することによって、新しいセンチネル衛星システムの処理能力の支援と実施を確実にすることになるでしょう。WOISの次のリリース（2015年4月の後半に起因する）は、すでにセンチネル-1ツールボックス洪水の監視や水ボディマッピングなどのために、この新しいレーダーデータセットを利用したワークフローの数々が組み込まれてます。これはWOISを完全運用監視システムに変えるでしょう。このライセンスフリー、強力かつ拡張システムの提供を通じて、および継続的な能力開発や研修活動を通じて、プロジェクトは、アフリカの他の国と地域に及び越えて延長、すなわちロールアウトのための基盤を構築するために繁栄します。

参考文献

  • 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.