Superar barreiras dos dados de observação da Terra em África com o Digital Earth Africa e o Open Data Cube

Um dos maiores obstáculos à utilização de dados de observação da Terra (OE) é o imenso tempo, custo e conhecimento especializado necessários para transformar imagens de satélite brutas em informação acionável. A Digital Earth Africa (DE Africa) propôs-se a eliminar este obstáculo, utilizando Dados Prontos para Análise (ARD) e o Open Data Cube (ODC) para tornar as imagens de satélite acessíveis, fáceis de usar e impactantes. “Os dados de observação da Terra são uma das ferramentas mais poderosas que temos para enfrentar desafios críticos como as alterações climáticas e a gestão de recursos”, afirma a Dr.ª Lisa-Maria Rebelo, Diretora-Geral Interina e Cientista Principal da DE África. “No entanto, o mero volume de dados brutos pode sobrecarregar muitos utilizadores, criando uma barreira significativa à sua utilização. Ao fornecer cubos de dados prontos para análise, estamos a remover este obstáculo para os intervenientes em África e a garantir que os utilizadores de todo o continente tenham as ferramentas de que necessitam para enfrentar os desafios mais prementes de África.”

A vantagem do Open Data Cube

O sistema no cerne do sucesso da DE Africa é o Open Data Cube, uma plataforma de software de código aberto que simplifica o armazenamento, processamento e análise de dados de observação da Terra (EO). Originalmente desenvolvido pela Geoscience Australia, a versão africana do ODC está alojada na Amazon Web Services, na Cidade do Cabo, garantindo que os dados permaneçam acessíveis em todo o continente. O ODC armazena conjuntos de dados de EO processados como cubos, permitindo aos utilizadores recuperar e analisar dados rapidamente sem ter de começar do zero. Isto elimina a necessidade de infraestruturas computacionais dispendiosas e software complexo, permitindo que organizações com recursos limitados acedam a dados de observação da Terra de alta qualidade.

“Esta tecnologia está a nivelar o terreno de jogo”, afirma o Dr. Rebelo. “Investigadores, decisores políticos e organizações de base têm agora acesso aos mesmos conjuntos de dados que as instituições globais, mas sem a curva acentuada de aprendizagem e as exigências de recursos das plataformas tradicionais de observação da Terra.”

O design de código aberto do ODC promove também a transparência e a colaboração. Os utilizadores podem desenvolver algoritmos personalizados em Python ou alavancar os cadernos existentes em Python fornecidos pela DE Africa para conduzir análises sofisticadas adaptadas às suas necessidades.

Derrubando barreiras com dados prontos para análise

Os dados de EO requerem um pré-processamento extensivo para corrigir as condições atmosféricas, alinhar sensores e padronizar as saídas antes de poderem ser analisados. Esta fase de pré-processamento é demorada e necessita frequentemente de ser repetida por cada utilizador do conjunto de dados, consumindo semanas ou meses de recursos. Por exemplo, um único conjunto de imagens de satélite pode necessitar de ser processado mais de 40 vezes. A DE Africa e o ODC eliminam tais redundâncias, fornecendo ARD, que é pré-processado e pronto para análise imediata.

“Ao reduzir a complexidade do trabalho com dados brutos de satélite, garantimos que os utilizadores possam concentrar-se em informações acionáveis sem serem travados por fases de pré-processamento demoradas”, afirma o Dr. Rebelo.

A ARD fornecida pela DE Africa é particularmente importante para aplicações que requerem dados de séries temporais, acrescenta Rebelo. “Os analistas podem agora acompanhar facilmente tendências ao longo de meses ou décadas para compreender fenómenos como a alteração dos níveis de água, padrões de desflorestação ou crescimento urbano.”

Acompanhar tendências ao longo de 40 anos

O ARD da DE Africa baseia-se num impressionante arquivo de mais de 40 anos de dados de satélite, oferecendo informações incomparáveis sobre as paisagens e recursos de África. Através do Open Data Cube, estes dados históricos tornam-se acessíveis de forma estruturada e eficiente, reduzindo o tempo necessário para pré-processar os dados brutos e aumentando o seu valor prático.

Esta capacidade fundamental suporta serviços como o DE Africa's Waterbodies Monitoring Service, que fornece dados críticos sobre mais de 700.000 corpos de água únicos em todo o continente. Utilizando décadas de observações por satélite, o serviço monitoriza lagos, rios, lagoas, reservatórios e zonas húmidas, e atualiza informações sobre as suas áreas de superfície semanalmente.

“O Serviço de Monitorização de Corpos de Água oferece uma visão sem precedentes dos recursos de água doce de África”, explica o Dr. Rebelo. “Por exemplo, a capacidade de acompanhar as alterações nos corpos de água ao longo dos últimos 40 anos fornece aos governos e investigadores os dados de longo prazo de que necessitam para fazer melhores planos, preparar-se para riscos relacionados com o clima e gerir os recursos de forma mais sustentável.

”Estes serviços são não só abrangentes como também práticos. Os utilizadores podem consultar dados através de uma API, integrando-a diretamente em aplicações e criando análises personalizadas à medida de necessidades específicas, como monitorizar a disponibilidade sazonal de água ou identificar zonas propensas a inundações.

Aplicações temáticas da DE África

A ARD da DE Africa e a ODC impulsionam um conjunto diversificado de serviços temáticos concebidos para os desafios africanos, incluindo:

• Monitorização da água: Os serviços pré-embalados monitorizam corpos de água e detetam alterações na qualidade da água ao longo do tempo. Por exemplo, os dados do Digital Earth Africa podem ser usados para informar estratégias de resposta a catástrofes e de resiliência em meio a padrões climáticos flutuantes, desde secas severas a inundações, como em Garissa, Quénia.
• Monitorização da linha de costa: As ferramentas ajudam os decisores políticos a compreender e a responder à erosão ou às mudanças nas linhas costeiras. Por exemplo, um projeto liderado por Dra. Pamela Ochango visa preservar locais do património africano, integrando a arqueologia com a ciência de satélite para mapear as linhas costeiras no Quénia, Tanzânia e Senegal, revelando os riscos enfrentados por estas áreas culturalmente ricas para informar os esforços de conservação.
• Análise de agricultura e vegetação: Os dados apoiam um melhor planeamento agrícola e detectam stresses na vegetação devido a secas ou pragas. Um projecto liderado por AGRHYMET, em colaboração com a Digital Earth Africa, foca-se na melhoria do monitoramento agrícola no Níger e no Burkina Faso. Ao integrar a análise de satélite de alta resolução com verificação em campo, a iniciativa visa aprimorar a precisão do mapeamento de culturas, apoiando práticas agrícolas sustentáveis.
• O caderno Africapolis foi desenvolvido usando dados DE Africa, permitindo aos utilizadores analisar espaços verdes em áreas urbanas.

O impacto destes serviços é amplificado pela expansão contínua do catálogo de conjuntos de dados da DE Africa. Esforços recentes incluem a integração de imagens de maior resolução e conjuntos de dados otimizados para aplicações críticas como o monitoramento da qualidade da água.

Capacitar as partes interessadas de África

Ao ultrapassar a barreira da complexidade dos dados em bruto, o DE Africa está a permitir que as partes interessadas em todo o continente libertem todo o potencial dos dados de observação da Terra. Os investigadores têm acesso sem precedentes a décadas de conjuntos de dados históricos de OE, permitindo estudos de longo prazo sobre tendências ambientais. As ONG podem agora contar com informações baseadas em dados para projectos de conservação e humanitários. Por exemplo, a M.A.P. Scientific Services (MAPSS) tira partido do poder da Digital Earth Africa e da ESRI para fornecer soluções geoespaciais para a conservação da vida selvagem em África. Utilizando dados de satélite, a MAPPS pode efetuar classificações detalhadas da ocupação do solo, criar modelos preditivos para a adequação do habitat e conceber corredores de vida selvagem para minimizar os conflitos entre humanos e animais selvagens. O seu trabalho apoia grandes ONGs e organismos governamentais, fornecendo-lhes o contexto espacial necessário para a tomada de decisões informadas.

“Na DE Africa, a nossa missão é garantir que os decisores, cientistas e comunidades em todo o continente possam utilizar plenamente o poder da observação da Terra”, afirma o Dr. Rebelo. “A abordagem da plataforma, fácil de usar, garante que mesmo organizações com capacidade técnica limitada possam aproveitar o poder dos dados de OE, melhorando o acesso equitativo a este recurso vital.”

Moldar o futuro da inovação

Olhando em frente, o DE Africa continua a expandir os limites do que é possível com dados de Observação da Terra. O compromisso do programa em expandir os conjuntos de dados, melhorar os recursos para os utilizadores e fomentar a colaboração pan-africana será fundamental para enfrentar os desafios futuros do continente. Ao abordar as barreiras à acessibilidade dos dados, estão a transformar padrões brutos nas paisagens da Terra em informações acionáveis, ajudando África a moldar um futuro mais brilhante e sustentável.