Designing a Flood Forecasting System Based on ORCHESTRA Architecture

Abstract

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.

Keywords

• -

ORCHESTRA Mimarisine Dayalı Bir Taşkın Tahmin Sisteminin Tasarlanması

Abstract

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.

Keywords

• Taşkın, Taşkın Tahmin Sistemleri, Konumsal Veri Altyapısı, ORCHESTRA Mimarisi

References

1. Vos, F., Rodriguez, J., Below, R., Guha-Sapir, D., 2010. Annual Disaster Statistical Review 2009: The Numbers and Trends, Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (CRED), Université catholique de Louvain, Brussels, Belgium.
2. Guha-Sapir, D., Vos, F., Below, R., Ponserre, S., 2011. Annual Disaster Statistical Review 2010: The Numbers and Trends, Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (CRED), Université catholique de Louvain, Brussels, Belgium.
3. Akıncı, H., Doğan, S., Kılıçoğlu, C., Keçeci, S.B., 2010. Samsun İl Merkezinin Heyelan Duyarlılık Haritasının Üretilmesi, Harita Teknolojileri Elektronik Dergisi, 2(3), 13-27.
4. Bacanlı, H., Özgüler, H., Lenk, O., 2003. Türkiye Ulusal Jeodezi ve Jeofizik Birliği, Türkiye Ulusal Meteorolojik ve Hidrolojik Afetler Programı (TUMEHAP) Ulusal Raporu, Ankara. http://www.hgk.msb.gov.tr/uyekurulus/tujjb/tujjb/tumehap_ulusal_rapor.pdf
5. Bacanlı, H., 2011. Meteorolojik Karakterli Doğal Afetler ve Erken Uyarı Sistemleri, Doğu Karadeniz Bölgesi Heyelan ve Taşkınları Sempozyumu, 10-11 Şubat, Trabzon.
6. Kulga, Z., Dizdar, A.M., 1998. Türkiye Akarsu Havzaları Taşkın Yıllığı, Cilt No: III, Devlet Su İşleri Genel Müdürlüğü Yayınları, Ankara.
7. CRED, 2011. Centre for Research on the Epidemiology of Disasters (CRED), EM-DAT the International Disaster Database, http://www.emdat.be/search-details-disaster-list
8. Mansourian, A., Rajabifard, A., Valadan Zoeja, M.J., Williamson, I., 2006. Using SDI and web-based system to facilitate disaster management, Computers & Geosciences, 32(2006), 303–315.

9. Zhang, C., Zhao, T., Li, W., 2010. Automatic search of geospatial features for disaster and emergency management, International Journal of Applied Earth Observation and Geoinformation, 12(2010), 409-418.
10. Molina, M., Bayarri, S., 2011. A multinational SDI-based system to facilitate disaster risk management in the Andean Community, Computers & Geosciences, 37(2011), 1501-1510.
11. Vescoukis, V., Doulamis, N., Karagiorgou, S., 2012. A service oriented architecture for decision support systems in environmental crisis management, Future Generation Computer Systems, 28(2012), 593–604.
12. Al-Sabhan, W., Mulligan, M., Blackburn, G.A., 2003. A real-time hydrological model for flood prediction using GIS and the WWW, Computers, Environment and Urban Systems, 27(2003), 9–32.
13. Cheng, C.T., Chau, K.W., Li, X.Y., Li, G., 2004. Developing a Web-based flood forecasting system for reservoirs with J2EE, Hydrological Sciences Journal, 49(6), 973-986.
14. Levy, J.K., Gopalakrishnan, C., Lin, Z., 2005. Advances in Decision Support Systems for Flood Disaster Management: Challenges and Opportunities, International Journal of Water Resources Development, 21(4), 593-612.
15. Lienert, C., Weingartner, R., Hurni, L., 2011. An interactive, web-based, real-time hydrological map information system, Hydrological Sciences Journal, 56(1), 1-16.
16. Cömert, Ç., Akıncı, H., 2005. Ulusal Konumsal Veri Altyapısı ve e-Türkiye İçin Önemi, 10. Türkiye Harita Bilimsel ve Teknik Kurultayı, Bildiriler Kitabı, 775-792, 28 Mart-1 Nisan, Ankara.
17. Cömert, Ç., Ulutaş, D., Akıncı, H., Kara, G., 2009. Ulusal Konumsal Veri Altyapılarının Gerçekleştirimi İçin Semantik Web Servisleri, TMMOB Coğrafi Bilgi Sistemleri Kongresi 2009 (CBS 2009), 02-06 Kasım 2009, İzmir.
18. Cömert, Ç., Akıncı, H., 2004. Ulusal Konumsal Veri Altyapısı ve E-Dönüşüm Türkiye, Yapı ve Kentte Bilişim 04, "KENTTe-Dönüşüm" e-belediyecilik, e-mühendislik ve e-kentlilik 3.Ulusal Kongresi, 02-03 Aralık, Ankara.
19. Cömert, Ç., Banger, G., 1995. Türkiye için Ulusal Konumsal Veri Altyapısı, Devlet İstatistik Enstitüsü Araştırma Sempozyumu, Ankara, Bildiriler Kitabı, 6-10.
20. Cömert, Ç., 1996. Ulusal Konumsal Veri Altyapısı için Veri Değişim Standardının Belirlenmesi, Doktora Tezi, KTÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Trabzon.
21. Cömert, Ç., Banger, G., 1996. Ulusal Konumsal Veri Altyapısı, 2. Coğrafi Bilgi Sistemleri Sempozyumu, İstanbul, Bildiriler Kitabı, 49-61.
22. Colan, M., 2004. Service-Oriented Architecture expands the vision of Web services, Part 1: Characteristics of SOA, http://www-128.ibm.com/developerworks/webservices/library/wssoaintro.html
23. McGovern J., Tyagi, S., Stevens, M., Mathew S., 2003. Java Web Services Architecture, Morgan Kaufmann, San Francisco, USA.
24. Weerawarana, S., Curbera, F., Leymann, F., Storey,T., Ferguson, D.F., 2005. Web Services Platform Architecture: SOAP, WSDL, WS-Policy, WS-Addressing, WS-BPEL, WS-Reliable Messaging, and More, Prentice Hall, Indiana, USA.
25. W3C, 2002. Web Services Architecture, W3C Working Draft 14 November 2002, World Wide Web Consortium, http://www.w3.org/tr/2002/wd-web servisleri-arch-20021114/
26. Cömert Ç., Ulutaş D., Akıncı H., Kara G., 2010. Semantic Web Services for Implementing National Spatial Data Infrastructures, Scientific Research and Essays, 5(7), 685-692.
27. Klopfer, M., Kanellopoulos, I., 2008. Orchestra an open service architecture for risk management, ORCHESTRA Book by the ORCHESTRA Consortium, ISBN: 978-3-00-024284-7.
28. CORDIS, 2012. Community Research and Development Information Service (CORDIS), Open architecture and spatial data infrastructure for risk management, http://cordis.europa.eu/search/index.cfm?fuseaction=proj.document&PJ_RCN=6903297
29. Uslander, T., 2007. Reference Model for the ORCHESTRA Architecture (RM-OA) Version: 2, OGC 07-097, OGC Best Practice Document.
30. Schimak, G., Havlik, D., Uslander, T., Denzer, R., 2006. From Proprietary Environmental Software Systems to Interoperable Components, 3rd Biennial meeting of the International Environmental Modelling and Software Society (iEMSs 2006), July 9-13, Burlington, Vermont, USA.
31. Erdoğan, S., 2011. Web Servislerine Dayalı Bir Afet ve Acil Durum Yönetim Sistemi Tasarımı: Taşkın Tahmin ve Erken Uyarı Sistemleri Örneği, Yüksek Lisans Tezi, OMÜ Fen Bilimleri Enstitüsü, Samsun.
32. Uslander, T., 2007. ORCHESTRA Architecture – Behind The Scenes, ORCHESTRA Day, 12 December, Stresa, Italy.
33. Pollock, J.T., Hodgson, R., 2004. Adaptive Information: Improving Business Through Semantic Interoperability, Grid Computing and Enterprise Integration, John Wiley&Sons, New Jersey, USA.
34. Balik Sanli, F., Kurucu, Y., Esetlili, M.T., Abdikan, S., 2008. Soil moisture estimation from RADARSAT-1, ASAR and PALSAR data in agricultural fields of Menemen plane of western Turkey, The International Archives of the Photogrammetry, Remote Sensing and Spatial Information Sciences, Vol. XXXVII, Part B7, pp.75-81.
35. Pierdicca, N., Pulvirenti, L., Bignami, C., Ticconi, F., Laurenti, M., 2009. High Resolution Mapping of Soil Moisture by SAR: Data Integration and Exploitation of Prior Information, In Proceedings of IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS 2009), July 12-17, University of Cape Town, Cape Town, South Africa, pp. 960-963.
36. Pierdicca, N., Pulvirenti, L., Bignami, C., 2010. Soil moisture estimation over vegetated terrains using multitemporal remote sensing data, Remote Sensing of Environment, 114(2010). 440–448.
37. Prakash, R., Singh, D., Pathak, N.P., 2012. A Fusion Approach to Retrieve Soil Moisture With SAR and Optical Data, IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing, 5(1),196-206.
38. Van der Velde, R., Su, Z., Van Oevelen, P., Wen, J., Ma, Y., Salama, M.S., 2012. Soil moisture mapping over the central part of the Tibetan Plateau using a series of ASAR WS images, Remote Sensing of Environment, 120(2012), 175–187.