Sistema de Informação de Observação de Água: Permitindo o Uso de Dados de Observação na Terra para a Gerenciamento Integrado de Recursos Hídricos na África

O Sistema de Informação de Observação de Água (WOIS) é uma ferramenta de software de código aberto para o acompanhamento, avaliação e inventário dos recursos hídricos de forma rentável utilizando os dados da Observação da Terra (EO). O WOIS foi desenvolvido no âmbito do projeto TIGER-NET, que é um componente importante da iniciativa TIGER da Agência Espacial Europeia (ESA) e cujo principal objetivo é apoiar a capacidade de observação da Terra Africana para a monitorização dos recursos hídricos. TIGER-NET ajuda a suportar a avaliação com base em satélites e monitoramento dos recursos hídricos de bacias hidrográficas a níveis de bacias transfronteiriças através do fornecimento de um potente pacote de software livre, com o reforço das capacidades associadas, para as autoridades africanas.

Descrição do Sistema

O WOIS pode ser visto como um sistema multiuso que consiste em um banco de dados espacial, instalações de extração e processamento de dados de EO, e ferramentas e modelos de integração destinada ao suporte da decisão, por exemplo, modelagem hidrológica e ferramentas de visualização e análise incluido no SIG. O WOIS é projetado em torno QGIS, que age como o front-end Graphical User-Interface (GUI). QGIS foi escolhido como a plataforma central de integração, devido a sua interface gráfica clara e acessível, forte comunidade de desenvolvimento, facilidade de implementação de funcionalidades adicionais através de plugins em Python e seu alto nível de interoperabilidade com os principais formatos de dados SIG através da utilização dos Biblioteca de Abrstração de Dados Geospacial, biblioteca (GDAL/OGR).

Além disso, a caixa de ferramentas de processamento integrado, conhecido formalmente como SEXTANTE, traz a capacidade de incorporar facilmente algoritmos de geoprocessamento a partir de várias aplicações em QGIS. Ele atua como um repositório comum para uma ampla gama de algoritmos, alguns nativos para o QGIS e outros importados a partir de aplicações externas, tais como GRASS GIS ou o Orfeo Toolbox. Suporte para algoritmos de ESA´s BEAM, NEST e Sentinel-1 software Toolbox e para a criação e execução de modelos hidrológicos baseado SWAT foi adicionado à caixa de ferramentas de processamento durante o desenvolvimento WOIS. A caixa de ferramentas também permite a fácil incorporação de custom R e scripts Python. As entradas e saídas dos algoritmos de processamento da caixa de ferramentas pode ser avaliadas com as capacidades do QGIS de dados de entrada / sáida, de renderização ou da criação do mapa.

Uma das principais vantagens da caixa de ferramentas de processamento é a habilidade de usar perfeitamente funcionalidades de diferentes provedores de algoritmos de processamento e análise de dados. Isso pode ser usado para criar modelos automáticos para processamento e, através de um plugin QGIS desenvolvido durante o projeto TIGER-NET, para combinar sequencialmente algoritmos de diferentes fornecedores em cadeias de processamento baseadas em assistentes. Esta funcionalidade foi usada para criar uma biblioteca de fluxos de trabalho padronizados (com instruções) para executar tarefas comuns, mas complexas, relacionados à análise de dados EO dentro do gerenciamento de recursos hídricos.

The WOIS graphical user interface

A interface gráfica do usuário WOIS, incluindo a biblioteca de fluxo de trabalho incorporado (centro) e fluxo de trabalho de processamento baseada em assistente (à direita)

O uso operacional e prático do WOIS para apoiar o gerenciamento integrado dos recursos hídricos na África tem sido demonstrada através de uma série de casos de demonstração específica de usuários, abrangendo uma vasta gama de temas e produtos de informação. Estes incluem: a qualidade da água do lago; monitoramento de inundações; degradação da terra e caracterização da cobertura da terra; mapeamento dos corpos de água e modelagem hidrológica. Os casos de demonstração tem várias etapas. Em primeiro lugar, fluxos de trabalho de processamento end-to-end personalizados são desenvolvidos para os produtos e aplicações solicitados. Esses fluxos de trabalho são posteriormente utilizados para a derivação de produtos em áreas significativas e períodos de tempo, tal como solicitado pelos usuários. Na etapa final, os fluxos de trabalho (ou seja, sua estabilidade / desempenho e facilidade de uso), bem como os resultados de produtos estão sendo avaliadas num diálogo estreito com os usuários.

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

Sentinel-1 Monitoramento de inundação na Planície Caprivi, na Namíbia.

Conclusão

O desenvolvimento do WOIS representa um exemplo bem-sucedido de um modelo orientado para o usuário e de desenvolvimento colaborativo, onde funcionalidades foram concebidas, desenvolvidas e avaliadas através de casos designados pelo usuário, a fim de demonstrar o real impacto do sistema na melhoria do gerenciamento da água e os planos de gerenciamento dos recursos hídricos integrados. O WOIS já está implementado em principais autoridades das bacias hidrográficas Africana, vários ministérios e agências africanas, bem como em pesquisa e organizações humanitárias. Portanto, continuará o desenvolvimento em razão da necessidade contínua dos usuários para novas funcionalidades e melhorias funcionais e devido a melhorias gerais de software, algoritmos e métodos.

Um foco particular será garantir o apoio e implementação da capacidade de processamento para o novo sistema de satélites Sentinela, integrando as ESA Sentinel toolboxes em WOIS e desenvolvimento de fluxos de trabalho de produção dedicados. A próxima versão do WOIS (feito na segunda quinzena de abril de 2015) já irá incorporar o Sentinel-1 Toolbox e uma série de fluxos de trabalho utilizando este novo conjunto de dados de radar para monitoramento de inundação, mapemanento corpo d’água, etc. Isso vai transformar WOIS em um sistema completo de monitorização operacional. Através disposição deste sistema de licença livre, poderoso e extensível, por meio de capacitação contínua e esforços de treinamento, o sucesso do projeto se desenvolve na construção básica de uma extensão, ou seja, roll-out para outros países e regiões da África e muito mais.

Referencias

  • Bauer-Gottwein, P., Jensen, IH, Guzinski, R., Bredtoft, GKT, Hansen, S., & Michailovsky, CI (2015). Previsão Operacional de vazão do riol nas bacias mal calibrados: estudo de caso da bacia do rio Kavango. Sistema de Ciência da Terra e Hidrologiacia, 19 (3), 1469-1485.
  • Guzinski, R .; Kass, S .; Huber, S .; Bauer-Gottwein, P .; Jensen, I.H .; Naeimi, V .; Doubkova, M .; Walli, A .; Tottrup, C. Permitindo o Uso de Dados de Observação da Terra para o Gerenciamento Integrado dos Recursos Hídricos na África com a observação de Água e Sistema de Informação. Remote Sens. 2014, 6, 7819-7839.
  • Walli, A., Tottrup, C., Naeimi, V., Bauer-Gottwein, P., Bila, M., Mufeti, P., Tumbulto, JW, Rajah, C., Moloele, LS & Koetz, B. “TIGER-NET—Permitindo o Uso de Dados de Observação da Terra para o Gerenciamento Integrado dos Recursos Hídricos na África apresentado na ESA Living Planet Symp. Edinburgh, Reino Unido, 11-13 setembro de 2013.