Natural hazards and open source development: adoption and application of mobile and Web-GIS technologies in risk management

Impacts of natural disasters have increased worldwide in the past decades. Risk assessments and analysis have been effectively pursued by research institutions, national and local governments, NGOs and different stakeholders for some time and a wide range of methodologies and technologies are proposed consequently. Nowadays, risk and disaster management including risk reduction mitigations and alternative selections are becoming more useful with World-Wide-Web and Geospatial Technologies. Web-GIS technologies offer a wide range of solutions to map the disasters, damages, analyze data and publish the results on the web. Open-source Web and Mobile GIS tools can help to improve the analysis of data and reduce the time and cost required. Open-source platforms and data have been widely used today because they stayfree and facilitate access to data especially significant in developing countries. This research explores the applications and adoptions of Mobile and Web GIS technologies in the field of risk and disaster management. The pur pose of this research is: (l)To review different open source web and mobile GIS systems related to Risk and Disaster management; (2) to explore the adoption and application of web and mobile GIS technologies for the collection, analysis, and decision making in disaster management; (3) to manage risk analysis using open data such as OpenStreetMap (OSM); (4) to apply advanced visualization, central database, fast and easy data and information acquisition. This research was carried out in 3 major phases: risk identification, assessment, and evaluation, which includes developing different platforms using open-source Web-GIS technologies such as OpenLayers, Leaflet maps, Cordova, GeoServer, PostgreSQL as the real DBMS (Database Management System) and PostGIS as its plugin for spatial database management. The first study presents a Web-GIS prototype using OSM data to evaluate the rapid impact of naturally produced disasters like an earthquake for the estimation of total damages. For this purpose, expert knowledge such as earthquake intensifies and vulnerability inputs are imported into the system. The second study uses the same methodology as the first platform and is applied in a teaching project (FIT') at University of Lausanne. Its purpose is to discover the relation between an open-source platform/data and students. The third application reviews the implementation and selected results of a secure Mobile map application called ROOMA (Rapid Offline-Online Mapping Application) for the rapid data collection of landslide hazard in Nepal. This prototype assists the quick creation of landslide inventory maps (LIMs) by collecting information on the type, feature, volume, date, and patterns of landslides. This application comprises Leaflet map coupled with satellite images as a base loyer, drawing tools, geolocation (using GPS and the Internet), photo mapping and events clustering. The fourth study presents an improved version of ROOMA for Canton Vaud, Switzerland to collect ail events and hazards such as landslide, floods, avalanches, and etc. The last platform reviews an implementation of a decision analysis module based on Multi-Criteria Decision Analysis (MCDA) in the platform of a Natural Risk Management Spatial Decision Support System (SDSS) called "RiskChanges". This platform involves changes in hydro-meteorological risk and delivers tools for indicating the best risk reduction alternative. This module assists the users by importing the essential factors, such as risk and cost-beneflt values from other modules. Besides the combination of the multi-criteria analysis and possible future scenarios in group sessions and comparison the results by means of a numerical and graphical view are carried within the system. The results of these different platforms clarify how open- source GIS technologies can be easily adopted on different levels of risk and disaster management such as post-disaster management, teaching, decision support systems and, etc. Moreover, the results present the technical difficulties to adapt these technologies to real-life situations. -- L'impact des catastrophes naturelles a augmente dans le monde entier au cours des dernieres decennies. L'evaluation et l'analyse des risques sont faites par des institutions de recherche, les gouvernements nationaux et locaux, et differentes parties prenantes depuis un certain temps. Une large gamme de methodologies et de technologies sont proposees en consequence. De nos jours, la gestion des risques et des catastrophes, y compris la reduction des risques, sont de plus en plus realisees avec des technologies geo spatiales et Web. Les technologies Web-SIG (systemes d'informations geographiques, GIS en anglais) fournissent une large gamme de solutions a la carte. L'open-source et les outils SIG mobile peuvent aider a ameliorer l'analyse des donnees et a reduire le temps et les couts. Les plates-formes et les donnees open-source sont largement utilisees aujourd'hui et de facon particulierement significatives dans les pays en voie de developpement. Cette recherche explore les applications et choix technologiques Web-SIG et mobile dans le domaine de la gestion des risques et des catastrophes. Les buts de cette recherche sont : (1) d'examiner differentes solutions open source web et SIG mobiles pour la gestion des risques et des catastrophes; (2) d'analyser les modes d 'adoption et d'application des technologies Web-SIG et mobile pour la collecte, l'analyse et la prise de decisions en matiere de gestion des catastrophes ; (3) de proposer une solution pour gerer l'analyse des risques a l'aide de donnees ouvert tels que OpenStreetMap (OSM) ; (4) de proposer une solution rapide pour l'acquisition de donnees de base, la gestion de la base de donnees centrale et la visualisation. Cette recherche a ete effectuee en 3 phases principales : l'identification des risques, l 'estimation et l'evaluation, qui prevoit l'elaboration de differentes plates-formes a l'aide de technologies telles qu 'OpenLayers, Leaflet, Cordova, GeoServer, PostgreSQL en tant que veritable SGBD (Systeme de gestion de base de donnees) et PostGIS comme son plugin pour la gestion des bases de donnees spatiales. La premiere etude presente un prototype de web-SIG utilisant les donnees OSM pour evaluer rapidement l'impact de catastrophes naturelles comme les tremblements de terre sur l'estimation total des dommages-interets. A cette fin, les connaissances des experts telles que l'intensite des tremblements de terre et la vulnerabilite sont des donnees importees dans le systeme. La deuxieme etude utilise la meme methodologie que la premiere plate-forme et est appliquee a un projet pedagogique (FIP) a l'Universite de Lausanne. Son but est d'analyser l'apprentissage des etudiants utilisant une plate-forme open-source pour l'analyse des risques. La troisieme etude, une application mobile securisee appelee ROOMA (Ojfline-Online Application de cartographie rapide) pour la collecte rapide de donnees de risque de glissement de terrain au Nepal a ete concue et realisee. Ce prototype aide a la creation rapide de cartes d'inventaire de glissements (LIMS en anglais) en recueillant des informations sur le type, fonction, volume, date et les modeles de glissements de terrain. Cette application comprend des cartes Leaflet associees a des images satellites comme couche de base, des outils de dessin, la geolocalisation (en utilisant le GPS et Internet), la gestion de clusters d'evenements et des photos. La quatrieme etude presente une version amelioree de ROOMA pour le Canton de Vaud (Suisse) pour recueillir tous les evenements et les dangers tels que les glissements de terrain, inondations, avalanches, etc. Elle comporte aussi une implementation d'un module d'analyse de decision multicriter es (MCDA en anglais) dans la plate-forme de gestion et d'aide a la decision spatiale (FDS, SDSS en anglais) "RiskChanges". Cette plate-forme tient compte de changements dans les risques hydrometeorologiques et propose des outils pour la reduction des risques en indiquant le meilleur choix. Ce module aide les utilisateurs en important les facteurs essentiels, tels que les valeurs de risque et l'analyse couts- benefices provenant d'autres modules. En plus, les resultats de la combinaison de l'analyse multicriteres et de scenarios futurs possibles peuvent s'afficher numeriquement et graphiquement au sein du systeme. Les resultats de ces differentes etudes sont de clarifier comment les technologies SIG open-source peuvent etre facilement adoptees a differents niveaux de la gestion des risques et des catastrophes telles que la gestion post-catastrophe, l'enseignement, les systemes d'aide a la decision, etc. En outre les resultats presentent aussi les difficultes techniques a resoudre pour pouvoir utiliser ces technologies dans des situations de la vie reelle.