Designing a flood forecasting system based on orchestra architecture

Dünya’da depremden sonra yıkıcı etkisi en fazla olan afet “taşkın”dır. Literatürde, taşkın tahmin ve erken uyarı sistemlerinin geliştirilmesinde ve taşkın risk haritalarının üretilmesinde karmaşık sistemlere ve modellere ihtiyaç duyulduğu, bu uygulamaların gerçekleştirilmesinde büyük miktarda konumsal ve zamansal veri setine gereksinim olduğu ve ihtiyaç duyulan verilerin farklı kurumlar tarafından toplandığı belirtilmektedir. Ayrıca, gerçek zamanlı taşkın tahmin ve risk yönetimi uygulamalarının gerçekleştirilebilmesi için ilgili tüm kurumlar arasında konumsal veri ve servis paylaşımına olanak sağlayan Konumsal Veri Altyapılarının hayati önem taşıdığı vurgulanmaktadır. Bu noktadan hareketle, çalışmamızda ilk olarak Dünya’da ve Türkiye’de geliştirilmiş olan taşkın tahmin ve erken uyarı sistemleri incelenmiş, ilgili kamu kurumları ile görüşmeler yapılarak gerçekleştirilen projeler hakkında bilgiler toplanmıştır. Daha sonra, taşkınların meydana gelmesinde etkili olan hidrolojik, meteorolojik ve fizyolojik faktörler tespit edilmiştir. Söz konusu faktörler, taşkın risk yönetimi için ihtiyaç duyulan veriler olarak dikkate alınmış ve bu verileri üreten kamu kurumları belirlenmiştir. Son olarak, ORCHESTRA (Open Architecture and Spatial Data Infrastructure for Risk Management) mimarisi dikkate alınarak ORCHESTRA web servislerine dayalı bir taşkın tahmin sistemi tasarlanmıştır.The most destructive disaster after earthquake is flood. Both the development of flood forecasting and early warning systems and production of flood risk maps complex systems and models are needed. The realization of these applications requires large amounts of spatial and temporal data sets collected by different agencies. It is emphasized that the Spatial Data Infrastructures which allow spatial data and service sharing between all related agencies are vital to achieve real-time flood forecasting and risk management applications. Within the scope of this study, flood forecasting and early warning systems developed in the World and in Turkey have been analyzed; the information has been collected about the relevant projects through the interviews made by the government institutions. Then, the hydrologic, meteorological and physiological factors which are effective in the origination of the flood have been identified. These factors have been considered as necessary data layers for the flood risk management and the state institutions producing these data have been determined. Lastly, the ORCHESTRA (Open Architecture and Spatial Data Infrastructure for Risk Management) architecture has been taken as a basis to design a flood forecasting system based on ORCHESTRA web services

Geographic ontology for major disasters: methodology and implementation

During a catastrophic event, the International Charter1 "Space and Major Disasters" is regularly activated and provides the rescue teams damage maps prepared by a photo-interpreter team basing on pre and post-disaster satellite images. A satellite image manual processing must be accomplished in most cases to build these maps, a complex and demanding process. Given the importance of time in such critical situations, automatic or semiautomatic tools are highly recommended. Despite the quick treatment presented by automatic processing, it usually presents a semantic gap issue. Our aim is to express expert knowledge using a well-defined knowledge representation method: ontologies and make semantics explicit in geographic and remote sensing applications by taking the ontology advantages in knowledge representation, expression, and knowledge discovery. This research focuses on the design and implementation of a comprehensive geographic ontology in the case of major disasters, that we named GEO-MD, and illustrates its application in the case of Haiti 2010 earthquake. Results show how the ontology integration reduces the semantic gap and improves the automatic classification accuracy

A Human-Centric Approach to Data Fusion in Post-Disaster Managment: The Development of a Fuzzy Set Theory Based Model

It is critical to provide an efficient and accurate information system in the post-disaster phase for individuals\u27 in order to access and obtain the necessary resources in a timely manner; but current map based post-disaster management systems provide all emergency resource lists without filtering them which usually leads to high levels of energy consumed in calculation. Also an effective post-disaster management system (PDMS) will result in distribution of all emergency resources such as, hospital, storage and transportation much more reasonably and be more beneficial to the individuals in the post disaster period. In this Dissertation, firstly, semi-supervised learning (SSL) based graph systems was constructed for PDMS. A Graph-based PDMS\u27 resource map was converted to a directed graph that presented by adjacent matrix and then the decision information will be conducted from the PDMS by two ways, one is clustering operation, and another is graph-based semi-supervised optimization process. In this study, PDMS was applied for emergency resource distribution in post-disaster (responses phase), a path optimization algorithm based ant colony optimization (ACO) was used for minimizing the cost in post-disaster, simulation results show the effectiveness of the proposed methodology. This analysis was done by comparing it with clustering based algorithms under improvement ACO of tour improvement algorithm (TIA) and Min-Max Ant System (MMAS) and the results also show that the SSL based graph will be more effective for calculating the optimization path in PDMS. This research improved the map by combining the disaster map with the initial GIS based map which located the target area considering the influence of disaster. First, all initial map and disaster map will be under Gaussian transformation while we acquired the histogram of all map pictures. And then all pictures will be under discrete wavelet transform (DWT), a Gaussian fusion algorithm was applied in the DWT pictures. Second, inverse DWT (iDWT) was applied to generate a new map for a post-disaster management system. Finally, simulation works were proposed and the results showed the effectiveness of the proposed method by comparing it to other fusion algorithms, such as mean-mean fusion and max-UD fusion through the evaluation indices including entropy, spatial frequency (SF) and image quality index (IQI). Fuzzy set model were proposed to improve the presentation capacity of nodes in this GIS based PDMS

Search improvement within the geospatial web in the context of spatial data infrastructures

El trabajo desarrollado en esta tesis doctoral demuestra que es posible mejorar la búsqueda en el contexto de las Infraestructuras de Datos Espaciales mediante la aplicación de técnicas y buenas prácticas de otras comunidades científicas, especialmente de las comunidades de la Web y de la Web Semántica (por ejemplo, Linked Data). El uso de las descripciones semánticas y las aproximaciones basadas en el contenido publicado por la comunidad geoespacial pueden ayudar en la búsqueda de información sobre los fenómenos geográficos, y en la búsqueda de recursos geoespaciales en general. El trabajo comienza con un análisis de una aproximación para mejorar la búsqueda de las entidades geoespaciales desde la perspectiva de geocodificación tradicional. La arquitectura de geocodificación compuesta propuesta en este trabajo asegura una mejora de los resultados de geocodificación gracias a la utilización de diferentes proveedores de información geográfica. En este enfoque, el uso de patrones estructurales de diseño y ontologías en esta aproximación permite una arquitectura avanzada en términos de extensibilidad, flexibilidad y adaptabilidad. Además, una arquitectura basada en la selección de servicio de geocodificación permite el desarrollo de una metodología de la georreferenciación de diversos tipos de información geográfica (por ejemplo, direcciones o puntos de interés). A continuación, se presentan dos aplicaciones representativas que requieren una caracterización semántica adicional de los recursos geoespaciales. El enfoque propuesto en este trabajo utiliza contenidos basados en heurísticas para el muestreo de un conjunto de recursos geopesaciales. La primera parte se dedica a la idea de la abstracción de un fenómeno geográfico de su definición espacial. La investigación muestra que las buenas prácticas de la Web Semántica se puede reutilizar en el ámbito de una Infraestructura de Datos Espaciales para describir los servicios geoespaciales estandarizados por Open Geospatial Consortium por medio de geoidentificadores (es decir, por medio de las entidades de una ontología geográfica). La segunda parte de este capítulo desglosa la aquitectura y componentes de un servicio de geoprocesamiento para la identificación automática de ortoimágenes ofrecidas a través de un servicio estándar de publicación de mapas (es decir, los servicios que siguen la especificación OGC Web Map Service). Como resultado de este trabajo se ha propuesto un método para la identificación de los mapas ofrecidos por un Web Map Service que son ortoimágenes. A continuación, el trabajo se dedica al análisis de cuestiones relacionadas con la creación de los metadatos de recursos de la Web en el contexto del dominio geográfico. Este trabajo propone una arquitectura para la generación automática de conocimiento geográfico de los recursos Web. Ha sido necesario desarrollar un método para la estimación de la cobertura geográfica de las páginas Web. Las heurísticas propuestas están basadas en el contenido publicado por os proveedores de información geográfica. El prototipo desarrollado es capaz de generar metadatos. El modelo generado contiene el conjunto mínimo recomendado de elementos requeridos por un catálogo que sigue especificación OGC Catalogue Service for the Web, el estandar recomendado por deiferentes Infraestructuras de Datos Espaciales (por ejemplo, the Infrastructure for Spatial Information in the European Community (INSPIRE)). Además, este estudio determina algunas características de la Web Geoespacial actual. En primer lugar, ofrece algunas características del mercado de los proveedores de los recursos Web de la información geográfica. Este estudio revela algunas prácticas de la comunidad geoespacial en la producción de metadatos de las páginas Web, en particular, la falta de metadatos geográficos. Todo lo anterior es la base del estudio de la cuestión del apoyo a los usuarios no expertos en la búsqueda de recursos de la Web Geoespacial. El motor de búsqueda dedicado a la Web Geoespacial propuesto en este trabajo es capaz de usar como base un motor de búsqueda existente. Por otro lado, da soporte a la búsqueda exploratoria de los recursos geoespaciales descubiertos en la Web. El experimento sobre la precisión y la recuperación ha demostrado que el prototipo desarrollado en este trabajo es al menos tan bueno como el motor de búsqueda remoto. Un estudio dedicado a la utilidad del sistema indica que incluso los no expertos pueden realizar una tarea de búsqueda con resultados satisfactorios

Framework de integração para o modelo estratégico de colaboração e mineração de dados espaciais na WEB

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil, Florianópolis, 2011Após o levantamento da situação de alguns municípios brasileiros com relação a produção e ao tratamento de dados espaciais, ficou detectada a carência de infraestruturas, de informações e por consequência, a falta de mecanismos colaborativos com suporte a mineração de dados para análise espacial. As dificuldades aumentam com a disseminação de diferentes estruturas de dados espaciais a exemplo de padrões CAD/GIS produzidas através do rápido avanço das tecnologias de informação, sendo reais os desafios para implementação de uma infraestrutura interoperável e foco de várias discussões. Entretanto o acesso a esses dados via internet e os problemas ocasionados na troca dos mesmos estão relacionados diretamente a natureza particular de cada padrão adotado, por isso devem ser analisados e adequados para colaboração. Inicialmente a hipótese do trabalho visa intensificar a interoperabilidade entre dados espaciais e a integração de sistemas, tornando possível estabelecer canais de comunicação para um ambiente colaborativo visando ações potenciais e cooperativas. A partir disso, a pesquisa apresenta uma investigação sobre os aspectos relevantes que influenciam na engenharia de projetos, originando o desenvolvimento do protótipo denominado OpenCGFW (Collaborative Geospatial Framework Web), visando o reconhecimento de estruturas, integração, manipulação e colaboração, em sintonia com esforços da INDE, OGC e W3C. Inicialmente são realizados estudos e revisões sobre os assuntos diretamente relacionados à interoperabilidade. Também são abordados temas relacionados ao armazenamento, tratamento e colaboração computacional especificamente entre os dados geográficos produzidos por diferentes instituições públicas. Para construção do framework foi aplicado o método MCDA-C (Multicritério de Apoio à Decisão - Construtivista) para identificação dos aspectos fundamentais e elementares. A partir disso o trabalho também descreve os resultados obtidos na implementação das etapas de um padrão de projeto para apoiar nas atividades e na avaliação de geosoluções livres. Durante a discussão, são apresentados os resultados através experimentos e aplicações para mapas digitais na web visando a integração de várias bases de dados distribuídas ao cadastro técnico multifinalitário para uso das principais técnicas de mineração de dados espaciais. Ao final, o trabalho discute a hipótese e a contribuição da pesquisa, visando atender principalmente às características regionais, buscando contribuir para o avanço tecnológico do país ao intensificar o uso de padrões abertos e geotecnologias livres na colaboração e gestão do conhecimentoAfter surveying the situation in some municipals Brazilian with respect to production and processing of spatial data, it was detected the lack of infrastructure, of information, and therefore the lack of mechanisms to support collaborative for data mining and spatial analysis. The difficulties increase with the spread of different structures of spatial data standards like ie: CAD / GIS produced by the rapid advancement of information technology, and real challenges to implementation of an interoperable infrastructure and it focus of several discussions. However access to this data via the Internet and the problems caused in the same exchange are directly related to the particular nature of each standard adopted, so it they should must be analyzed and appropriate for collaboration. Initially, the hypothesis of the study aims to enhance interoperability between spatial data and systems integration, making it possible to establish communication channels for a collaborative environment aimed at potential and cooperative actions. From this, the study presents an investigation into the relevant aspects that influence the projects engineering, resulting in the development of the prototype called OpenCGFW (Collaborative Geospatial Framework Web), to the recognition of structures, integration, manipulation and collaboration, in tuning with efforts GSDI-INDE, OGC and W3C. Initially, studies and reviews on subjects directly related to interoperability. Are also discussed issues related to storage, processing between collaboration computational and specifically geographic data produced by different public institutions. For construction of the framework was applied MCDA-C method (Multicriteria Decision Aid - Constructivist) to identify the fundamental and elementary. From this work also describes the results obtained in implementing the steps of a design pattern to support the activities and evaluating free geo-solutions. During the discussion, are present the results through experiments and applications of the web mapping for digital maps to integrate multiple databases distributed of the multipurpose cadaster and use of the main techniques of spatial data mining. At the end, the work discusses the hypothesis and the contribution of research, mainly to meet the regional characteristics, seeking to contribute to the technological advancement of the country intensifying the use of open standards, the free geo-solutions collaboration and knowledge managemen