Sistemul de Informații și Observare a Apelor: Utilizarea datelor de observare a Pământului în Managementul Integrat al Resurselor de Apă din Africa

Sistemul de Observare și Informare al Apei (WOIS) este un instrument software cu sursă gratuită, pentru monitorizarea, evaluarea și inventarierea resurselor de apă într-o manieră rentabilă, folosind datele de observare a Pământului (EO). WOIS a fost elaborat în cadrul proiectului TIGER-NET, care este o componentă majoră a inițiativei TIGER a Agenției Spațiale Europene (ESA), și al cărei scop principal este de a sprijini capacitatea de monitorizare a resurselor de apă de pe teritoriul african. TIGER-NET are drept scop evaluarea și monitorizarea cu ajutorul satelitului a resurselor de apă la nivel de bazin hidrografic și transfrontalier, prin furnizarea unui pachet software liber și puternic către autoritățile africane.

Descrierea Sistemului

WOIS poate fi privit ca un sistem multifuncțional constând într-o bază de date spațială, facilități pentru extragerea și prelucrarea datelor EO, ​​instrumente și modele integrate care vizează luarea deciziilor, cum ar fi instrumente de modelare, vizualizare și analiză hidrologică integrate în GIS. WOIS este conceput in jurul QGIS, care acționează ca interfață grafică frontală cu utilizatorul (GUI). QGIS a fost ales ca platformă centrală de integrare, datorită interfeței sale clare și accesibile, comunității puternic dezvoltate, usurinței de implementare a funcționalităților adiționale prin plugin-uri Python, și nivelul ridicat de interoperabilitate cu formatele majore de date GIS, prin utilizarea de date bibliotecii Geospatial Data Abstraction Library (GDAL/OGR).

Mai mult decât atât, trusa integrată de instrumente Processing, cunoscută anterior ca SEXTANTE, aduce capacitatea de a implementa cu ușurință a algoritmilor de geoprocesare din diverse aplicații în QGIS. Aceasta acționează ca un depozit comun pentru o gamă largă de algoritmi, unii nativi QGIS și alții importați din aplicații externe, cum ar fi GRASS GIS sau Orfeo Toolbox. În timpul dezvoltării WOIS s-a introdus suport pentru algoritmi ESA BEAM, NEST, Sentinel-1 și pentru stabilirea și executarea modelelor hidrologice bazate pe SWAT. Setul de instrumente permite, de asemenea, încorporarea ușoară a script-urilor personalizate R și Python. Intrările și ieșirile algoritmilor Processing pot fi evaluate cu capacitățile QGIS de citire/scriere a datelor, de randare sau de creare a hărților.

Un avantaj cheie al instrumentelor Processing este capacitatea de a folosi fără probleme funcționalități de la diferiți furnizori de algoritmi de prelucrare și analiză a datelor. Acest lucru poate fi util pentru a crea modele de automate de prelucrare și, printr-un plugin QGIS dezvoltat în cadrul proiectului TIGER-NET, pentru a combina secvențial algoritmi de la diverși furnizori în lanțurile de prelucrare asistată de calculator. Această funcționalitate a fost folosită pentru a crea o bibliotecă de fluxuri de lucru standardizate (cu instrucțiuni) pentru îndeplinirea unor sarcini comune, dar complexe, legate de analiza datelor EO în managementul resurselor de apă.

The WOIS graphical user interface

Interfața grafică cu utilizatorul, WOIS, incluzând biblioteca de flux(centru) și fluxul de lucru de prelucrare asistată (dreapta)

Utilizarea operațională și practică a WOIS la sprijinirea gestionării integrate a resurselor de apă în Africa a fost demonstrată printr-o serie de cazuri demonstrative de utilizare specifice, care acoperă o gamă largă de teme și produse informative. Acestea includ: calitatea apei lacului; monitorizarea riscului de inundații; caracterizarea degradării și acoperirii terenului; cartografierea și modelarea hidrologică a cursurilor de apă. Cazurile demonstrative au mai multe etape. În primul rând, sunt dezvoltate fluxurile de lucru end-to-end, de procesare personalizată, pentru produsele și aplicațiile solicitate. Aceste fluxuri de lucru sunt ulterior utilizate pentru derivarea produselor asupra unor zone semnificative și pe perioadele solicitate de utilizatori. În etapa finală, fluxurile de lucru (cum ar fi stabilitatea/performanța și ușurința în utilizare a acestora), precum și rezultatele produselor sunt evaluate în dialog strâns cu utilizatorii.

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

Monitorizarea Sentinel-1 a inundațiilor din câmpia Caprivi, Namibia.

Concluzii

Dezvoltarea WOIS reprezintă un exemplu de succes al unui model de dezvoltare colaborațional, condus de utilizator, în care funcționalitățile au fost proiectate, dezvoltate și evaluate prin cazuri stabilite de către utilizator, pentru a demonstra impactul real al sistemului la îmbunătățirea gestionării apei și a planurilor integrate de gestionare a resurselor de apă. WOIS se află deja în implementare la autoritățile din importante bazine hidrografice din Africa, la mai multe ministere și agenții din Africa, și la organizațiile umanitare și de cercetare. Prin urmare, va continua să se dezvolte, ca răspuns la cerințele continue ale utilizatorilor pentru noi funcționalități și îmbunătățiri și datorită îmbunătățirilor generale ale softurilor, algoritmilor și metodelor.

Un accent deosebit va fi pus pe asigurarea suportului și punerea în aplicare a capacității de procesare pentru noul sistem de satelit Sentinel, prin integrarea instrumentelor SEC Sentinel în WOIS și dezvoltarea fluxurilor de lucru dedicate producției. Următoara versiune de WOIS (programată în a doua jumătate a lunii aprilie 2015) va include deja Sentinel-1 Toolbox și un număr de fluxuri de lucru, folosind acest nou set de date radar pentru monitorizarea inundațiilor, cartografierea cursurilor de apă, etc. Acest lucru va transforma WOIS într-un sistem de monitorizare complet operațional. Prin furnizarea acestui sistem puternic și extensibil fără licență, și prin eforturile de formare continuă, proiectul prosperă, stând la baza extinderii în alte țări și regiuni din Africa și dincolo.

Referințe

  • Bauer-Gottwein, P., Jensen, I. H., Guzinski, R., Bredtoft, G. K. T., Hansen, S., & Michailovsky, C. I. (2015). Prognoză operațională de descărcare a râurilor în bazinele cu volum redus: studiu de caz pentru bazinul râului Kavango. Știința Sistemului Hidrologic și a Pământului, 19(3), 1469-1485.

  • Guzinski, R.; Kass, S.; Huber, S.; Bauer-Gottwein, P.; Jensen, I.H.; Naeimi, V.; Doubkova, M.; Walli, A.; Tottrup, C. Utilizarea datelor de observare a Pământului pentru Managementul Integrat al Resurselor de Apă din Africa cu ajutorul Sistemului de Informații și Observare a Apei. 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—Dezvoltarea unei capacități de observare a terestră, pentru gestionarea integrată a resurselor de apă în Africa”, prezentată la ESA Living Planet Symp., Edinburgh, U.K., Sep. 11–13, 2013.