水观测和信息系统：利用地球观测数据进行非洲水资源综合管理

水观测和信息系统（WOIS）是一个开源软件工具，用于利用地球观测（EO）数据以经济有效的方式监测、评估和清点水资源。WOI是在“老虎网”项目下开发的，该项目是欧洲空间局（欧空局）老虎倡议的主要组成部分，其主要目标是支持非洲地球观测能力进行水资源监测。TIGER-NET旨在通过向非洲当局提供免费和强大的软件包，以及相关的能力建设，支持从流域到跨境流域层面的基于卫星的水资源评估和监测。

系统描述

WOIS可以看作是一个多用途系统，由空间数据库、提取和处理EO数据的设施以及用于决策支持的综合工具和模型组成，例如水文建模和GIS嵌入式可视化和分析工具。WOIS是围绕作为前端图形用户界面（GUI）的QGIS设计的。由于其图形用户界面清晰、易访问、强大的开发社区、易于通过python插件实现附加功能，以及通过使用地理空间数据抽象库（GDAL/OGR）库与主要地理信息系统数据格式的高水平互操作性，QGIS被选为中央集成平台。

此外，集成处理工具箱（以前称为Sextante）能够轻松地将各种应用的地理处理算法合并到QGIS中。它充当各种算法的联合存储库，其中一些算法是QGIS固有的，另一些则是从外部应用程序（如Grass GIS或ORFEO工具箱）导入的。在WOIS开发期间，ESA的BEAM、NEST和SENTINEL-1工具箱软件对算法的支持以及建立和执行基于SWAT的水文模型的支持被添加到处理工具箱中。工具箱还允许轻松地合并自定义r和python脚本。处理工具箱算法的输入和输出可以通过数据I/O、渲染或地图创建的QGIS功能进行评估。

处理工具箱的一个关键优势是能够无缝地使用来自不同算法提供者的功能进行数据处理和分析。这可用于创建自动处理模型，并通过在Tiger-Net项目期间开发的QGIS插件，将来自不同提供商的算法依次组合到基于向导的处理链中。此功能用于创建标准化工作流库（带说明），用于执行与水资源管理中的EO数据分析相关的常见但复杂的任务。

The WOIS graphical user interface

WOIS图形用户界面，包括嵌入式工作流库（中心）和基于向导的处理工作流（右）

通过一系列涉及广泛主题和信息产品的用户特定示范案例，证明了世界水资源信息系统在非洲支持综合水资源管理方面的操作和实际用途。这些包括：湖泊水质；洪水监测；土地退化和土地覆盖特征；水体测绘和水文建模。示范案例有几个阶段。首先，为所请求的产品和应用程序开发定制的端到端处理工作流。这些工作流随后用于根据用户的要求在重要区域和时间段进行产品派生。在最后一步中，正在与用户密切对话，评估工作流（即它们的稳定性/性能和易用性）以及产品结果。

Sentinel-1 flood monitoring of Caprivi flood plain, Namibia.

纳米比亚卡普里维河漫滩1号哨兵洪水监测。

结论

WOIS的开发是用户驱动和协作开发模式的成功范例，通过用户指定的案例设计、开发和评估功能，以证明系统对加强水管理和综合水资源管理计划的真正影响。WOIS已经在非洲主要流域当局、几个非洲部委和机构以及研究和人道主义组织中实施。因此，它将根据用户对新功能和功能改进的持续需求以及通用软件、算法和方法的改进继续开发。

一个特别的重点是通过将欧空局哨兵工具箱集成到WOIS中并开发专用的生产工作流程，确保支持和实施新哨兵卫星系统的处理能力。下一个版本的WOIS（定于2015年4月下半年发布）将已经包含Sentinel-1工具箱和一些使用新雷达数据集进行洪水监测、水体测绘等的工作流。这将使WOIS成为一个全面运行的监测系统。通过提供无许可证、强大和可扩展的系统，并通过持续的能力建设和培训努力，该项目蓬勃发展，以建立扩展的基础，即向非洲及其他国家和地区推广。

工具书类

  • Bauer Gottwein，P.、Jensen，I.H.、Guzinski，R.、Bredtoft，G.K.T.、Hansen，S.和Michallovsky，C.I.（2015年）。低水位流域的操作性河流流量预测：Kavango河流域案例研究。水文和地球系统科学，19（3），1469-1485。

  • Guzinski，R.；Kass，S.；Huber，S.；Bauer Gottwein，P.；Jensen，I.H.；Naeimi，V.；Doubkova，M.；Walli，A.；Tottrup，C.。使地球观测数据能够用于非洲水资源综合管理和水观测和信息系统。远程传感器，2014，6，7819-7839。

  • Walli，A.、Tottrup，C.、Naeimi，V.、Bauer Gottwein，P.、Bila，M.、Mufeti，P.、Tumbulto，J.W.、Rajah，C.、Moloele，L.S.&Koetz，B.在英国爱丁堡ESA活行星研讨会上发表的“老虎网使非洲的地球观测能力能够进行综合水资源管理”，2013年9月11日至13日。