Design and Development of an OGC Web Processing Service as a Framework for Applying Ordinary Kriging in Groundwater Management

Περίληψη

This work refers to the design and implementation of a geoprocessing service on the Web (Web Processing Service - WPS), according to the Open Geospatial Consortium (OGC) WPS standard and in order to give to the users of the service the ability to perform Kriging interpolation on the fly. The fundamentals of Kriging interpolation are initially analyzed and then we present a) the integration to the service of the open source implementation Gstat, as it is used for Kriging interpolation and b) the modifications required for performing the method on data derived from measurements of groundwater resources that have been recorded at selected areas of Greece. After their processing, those data are stored in geospatial databases. Data retrieval from their databases as well as Kriging execution are performed using a web client application, which has been implemented with the dual purpose of presenting the data on the map and demonstrating the execution of service’s methods, using as input (a) the recorded groundwater data and/or (b) relevant data that are additionally provided by the user. The development of both Kriging interpolation and the web client is based solely on open source software.

Keywords: Statistical Geoprocessing, Kriging interpolation, Web Processing Service, WPS, Web Client Application, Groundwater Management

ΠΕΡΙΛΗΨΗ: Η παρούσα εργασία αναφέρεται στη σχεδίαση και υλοποίηση υπηρεσίας γεωεπεξεργασίας στον Ιστό (Web Processing Service - WPS) κατά τα πρότυπα της Open Geospatial Consortium (OGC) WPS, ώστε να παρέχεται στους χρήστες της υπηρεσίας η  δυνατότητα εκτέλεσης της διεργασίας παρεμβολής Kriging από το διαδίκτυο, σε πραγματικό χρόνο. Το κύριο πλεονέκτημα της χρήσης απομακρυσμένων υπηρεσιών του ιστού σε σχέση με τοπικά εγκατεστημένο λογισμικό που παρέχει τις ίδιες δυνατότητες είναι (α) η δυνατότητα που δίνεται στους χρήστες να εκτελούν τις μεθόδους της υπηρεσίας γνωρίζοντας μόνο τον τρόπο κλήσης και τα απαιτούμενα δεδομένα στην είσοδο, (β) η εξάλειψη της ανάγκης για σταθερές ενημερώσεις λογισμικού που απαιτεί η χρήση τοπικά εγκατεστημένου λογισμικού και (γ) η δυνατότητα εκτέλεσης αλγορίθμων με μεγάλες απαιτήσεις σε μνήμη και υπολογιστική ισχύ, στο «σύννεφο» (cloud). Αφού αναλυθούν αρχικά οι βασικές αρχές της παρεμβολής Kriging, παρουσιάζεται στη συνέχεια η ενσωμάτωση στην υπηρεσία της υλοποίησης παρεμβολής Kriging ανοιχτού κώδικα Gstat καθώς και οι τροποποίησεις που απαιτούνται για την εφαρμογή της μεθόδου σε δεδομένα που έχουν προκύψει από μετρήσεις  υπόγειων υδάτινων αποθεμάτων σε επιλεγμένα σημεία στον Ελλαδικό χώρο. Τα δεδομένα αυτά, μετά την επεξεργασία τους, αποθηκεύονται σε γεωχωρικές βάσεις δεδομένων.  Η ανάσυρση των δεδομένων από τη βάση και η εκτέλεση της παρεμβολής Kriging από το χρήστη, γίνεται με τη βοήθεια κατάλληλης εφαρμογής πελάτη στον Ιστό (web client application), η οποία υλοποιήθηκε με το διπλό στόχο της παρουσίασης των δεδομένων πάνω στο χάρτη από τη μια και την επίδειξη εφαρμογής των μεθόδων της υπηρεσίας από την άλλη, με είσοδο τα δεδομένα αυτά και επιπλέον δεδομένα του χρήστη. Η ανάπτυξη της παρεμβολής Kriging ως μέρους της υπηρεσίας, καθώς και της εφαρμογής πελάτη που τη συνοδεύει, βασίστηκε αποκλειστικά σε λογισμικό ανοιχτού κώδικα και πιο συγκεκριμένα στην ενημέρωση της υλοποίησης 52 North WPS με την προσθήκη της μεθόδου παρεμβολής Kriging και την τροποποίηση του λογισμικού 52 North WPS OpenLayers Client, αντίστοιχα.

Λέξεις Κλειδιά: Γεωστατιστική Επεξεργασία, Παρεμβολή Kriging, Υπηρεσία Γεωεπεξεργασίας στον Ιστό, Εφαρμογή Πελάτη στον Ιστό, Διαχείριση Υπόγειων Υδάτινων Αποθεμάτων

https://doi.org/10.26234/HEAL.IHU.EV6Q-7666