Vandens stebėjimo informacijos sistema: žemės stebėjimo duomenų naudojimas integruotame vandens resursų valdyme afrikoje

Vandens stebėjimo ir informacijos sistema (WOIS) - tai atviro kodo vandens resursų stebėjimo, įvertinimo ir inventorizacijos efektyvios kainos įrankis naudojantis žemės stebėjimo (EO) duomenis. WOIS sukurta TIGER-NET projekto ribose, kuris yra Europos Erdvės Agentūros (ESA) TIGER iniciatyvos pagrindinis komponentas ir kurio pagrindinis tikslas yra palaikyti Afrikos žemės stebėjimo galimybes vandens resursų stebėsenai. TIGER-NET taipogi siekia palaikyti palydovais paremtą vandens resursų nuo vandens šaltinių iki sienas kertančių telkinių lygio įvertinimą ir stebėjimą teikiant Afrikos valdžiai nemokamą ir galingą programinę įrangą auginant reikiamas galimybes.

Sistemos aprašymas

WOIS yra daugiatikslė sistema, susidedanti iš erdvinės duomenų bazės, EO duomenų ištraukimo ir apdorojimo įrangos ir integruotų įrankių bei modelių, skirtų priėmimui sprendimų, tokių kaip hidrologinio modeliavimo ir GIS vaizdavimo ir analizės įrankių. WOIS sukurta QGIS pagrindu, kuris veikia kaip grafinė naudotojo sąsaja (GUI). QGIS buvo parinkta kaip centrinė integracinė platforma dėl aiškaus ir prieinamo GUI, stiprios vystytojų bendruomenės, papildomo funkcionalumo įgyvendinimu naudojant Python priedus paprastumo bei dėl jo aukšto lygio sąveikos su pagrindiniais GIS duomenų formatais naudojant Erdvinių Duomenų Abstrakcijos Biblioteką (GDAL/OGR).

Dar daugiau, integruota apdorojimo įrankinė, anksčiau žinoma kaip SEXTANTE, leidžia lengvai įdiegti geoapdorojimo algoritmus iš įvairių programų į QGIS. Ji veikia kaip jungtinė repozitorija plačiai algoritmų aibei, kai kurie iš jų sukurti QGIS, kiti importuoti iš išorinių aplikacijų, tokių kaip GRASS GIS arba Orfeo Įrankinė. Į apdorojimo įrankinę WOIS kūrimo metu buvo pridėtas palaikymas algoritmų iš ESA BEAM, nEST ir Sentinel-1 įrankinių programinės įrangos. Jie skirti SWAT paremtų hirdologinių modelių nustatymui ir vykdymui. Įrankinė taip pat leidžia lengvai įdiegti savo R ir Python skriptus. Apdorojimo įrankinės įvestis ir išvestis gali būti įvertinta naudojant QGIS duomenų įvesties ir išvesties galimybes braižant arba kuriant žemėlapius.

Pagrindinis apdorojimo įrankinės pranašumas yra galimybė be papildomų sunkumų naudoti skirtingų algoritmų tiekėjų funkcionalumą duomenų apdorojimui ir analizei. Tai gali būti panaudota kuriant automatinius apdorojimo modelius ir per QGIS priedą, sukurtą TIGER-NET projekte, kombinuoti algoritmus iš skirtingų tiekėjų į vedlio tipo apdorojimo sekas. Šis funkcionalumas buvo panaudotas kuriant standartizuotų darbo eigų biblioteką (su instrukcijomis), skirtą vykdyti bendras bet sudėtingas užduotis, susijusias su EO duomenų analizę vandens resursų valdyme.

WOIS grafinė naudotojo sąsaja

WOIS grafinė naudotojo sąsaja, įskaitant įdėtą darbo eigos biblioteką (centre) ir vedlio tipo apdorojimo eiga (dešinėje)

Veiklos ir praktinis WOIS naudojimas integruotam vandens resursų valdymui Afrikoje buvo pademonstruotas eilėje konkrečių naudotojų demonstracijomis su įvairiomis temomis ir informaciniais produktais. Tarp jų: ežerų vandens kokybės, potvynių stebėjimo, žemės degradacijos ir žemėnaudos charakteristikos, vandens telkinių žymėjimas ir hidrologinis modeliavimas. Demonstracijos turi kelis etapus. Visų pirma reikiamiems produktams ir aplikacijoms sukuriamos savos nuo-iki apdorojimo darbų sekos. Šios sekos vėliau naudojamos produkto išvedimui į didelius ploto ir laiko periodus pagal naudotojų užklausas. Paskutiniame žingsnyje darbų eigos (pvz. jų stabilumo/našumo ir naudojimo paprastumo) ir produkto rezultatai įvertinami artimo dialogo su naudotojais metu.

Sentinel-1 potvynių stebėjimas Caprivi potvynio lygumoje, Namibijoje.

Sentinel-1 potvynių stebėjimas Caprivi potvynio lygumoje, Namibijoje.

Išvada

WOIS kūrimas - puikus naudotojų valdomo bendradarbiavimo modelio pavyzdys, kur funkcionalumas buvo suprojektuotas, sukurtas ir įvertintas naudojant naudotojų sukurtus naudojimo atvejus, kad būtų galima parodyti tikrą sistemos įtaką gerinant vandens valdymo ir integruotų vandens resursų valdymo planus. WOIS jau įdiegta pagrindinių Afrikos vandens baseinų valdžios įstaigose, keliose Afrikos ministerijose ir agentūrose, o taipogi ir tyrimo ir humanitarinėse organizacijose. Todėl sistema ir toliau bus vystoma atsižvelgiant į naudotojų naujo funkcionalumo pridėjimo ir esamo tobulinimo poreikius ir siekiant bendro programinės įrangos, algoritmų ir metodų gerinimo.

Ypatingas dėmesys bus skiriamas užtikrinant naujo Sentinel palydovo sistemos apdorojimo galimybių diegimui ir palaikymui integruojant ESA Sentinel įrankines į WOIS ir kuriant tam skirtas gamybos darbo sekas. Kita WOIS laida (turi pasirodyti 2015 balandžio antroje pusėje) jau turės įdiegtą Sentinel-1 įrankinę ir eilę darbo sekų, naudojančių naują radaro duomenų rinkinį potvynių stebėjimui, vandens telkinių žymėjimui ir pan. Tai pavers WOIS į pilnai veikiančią stebėjimo sistemą. Teikiant šią laisvą, galingą ir plečiamą sistemą ir pastoviai didinant galimybes bei skiriant didelį dėmesį mokymams, projektas gyvuoja tam, kad sukurtų dar didesnio plėtimosi bazę, pavyzdžiui diegimui į kitas šalis ir regionus, Afrikoje ir už jos ribų.

Šaltiniai

  • 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,” pristatyta ESA Living Planet Symp., Edinburge, J.K., 2013 Rugsėjo 11–13.