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Geographic Resources Analysis Support System

Informationen zu GRASS 4.2.1

von Markus Neteler und Bruce Byars

(Dezember 1998, aktualisiert Juni 1999)

http://www.baylor.edu/~grass/
http://www.geog.uni-hannover.de/grass/

1. Was ist GRASS?

GRASS ist ein GNU General Public License (damit frei verfügbares) Geo-Informationssystem, das bereits auf eine lange Geschichte zurückblicken kann. Seit 1982 wurde es von einer Anzahl U.S.-amerikanischer Regierungsbehörden mit einem Aufwand von mehreren Millionen Dollar entwickelt. Auch viele Universitäten entwickelten weltweit Module für GRASS, die integriert sind. Mit dem Jahr 1995 endete die Unterstützung durch die amerikanische Regierung, die Zukunft von GRASS sah sehr ungewiß aus. Doch im Jahr 1997 gründete sich die "GRASS Research Group" an der Baylor University, Waco (Texas), und gab im November des Jahres eine neue Version 4.2 heraus. An der Universität Hannover wird die Version 4.2.1 koordiniert. Das GRASS Development Team wird die Entwicklung von GRASS zu einem benutzerfreundlichen GIS fortführen. GRASS GIS ist bis heute im Kosten-Nutzen-Verhältnis ungeschlagen. Auch in der Zukunft wird dieses System kostenlos im Internet bereitstehen. Die weitere Finanzierung ist auf Sponsorenbasis geplant, außerdem gibt es weltweit eine grosse Unterstützung auf freiwilliger Basis.

2. Aktueller Stand der Entwicklung

Das GRASS Development Team (Baylor, Hannover, Illinois und weltweit weitere Programmierer) arbeiten an der neuen GRASS Version 5.0. Wesentliches neues Merkmal ist die bisher fehlende Verarbeitung von Fließkommazahlen im Rasterbereich und die Unterscheidung zwischen Null und "keine Daten" sein. Das erfordert erhebliche Umstrukturierungen, die bis zum Sommer 1999 für das Basissystem abgeschlossen wurden. Bereits eingeführt ist eine benutzerfreundliche, graphische Oberfläche auf der Basis von TclTkGRASS. Nicht fehlen werden auch Datenbankanbindungen (DBMS-Interfaces). Neben einer schwerpunktorientierten Benutzerinstallation ist die Bereitstellung von GRASS für die Windows 95/NT-Familie geplant (http://www.baylor.edu/~grass/).

In Hannover wird derzeit vom Autor die aktuelle Version GRASS 4.2.1 betreut, die als Grundstock für die Version 5.0 dient. Bislang wurden gegenüber der letzten Version 4.1.5 (1995) über 40% der Module überarbeitet (Stand: Dezember 1998). Erste Prototypen zu Datenbankanbindungen (Informix, Oracle, Postgres) sind enthalten, ebenso TclTkGRASS, das sich aufgrund der leicht programmierbaren und systemunabhängigen Bedienungsoberfläche als neuer Standard etablieren soll. Auch wurden einige Simulationsmodelle aktualisiert (Erosionsmodell AGNPS 5.0, Waldbrand-Simulation, Landschaftsstrukturanalyse r.le 2.2 etc.). Über das Internet sind weltweit Programmierer in die Entwicklung eingebunden, ebenso steht die Software auf diese Weise zur Verfügung (s. obige Internetadresse) bzw. kann sie auf CDROM bestellt werden.

Da GRASS ein "Open GIS" ist, liegt der Quellcode vollständig im Internet offen (über 100 MB), und die dokumentierte Programmierschnittstelle erlaubt die eigene Entwicklung von Modulen. Diese werden dann idealerweise wieder in GRASS als neue Erweiterung integriert. So kann das System sich auch in Zukunft bestens weiterentwickeln.

3. Leistungsumfang von GRASS 4.2.1

Die folgende Tabelle zeigt einen Ausschnitt aus dem Funktionsumfang, der mit GRASS 4.2.1 schon heute zur Verfügung steht. In der aktuellen Version umfaßt GRASS über 350 Module aus allen GIS-Bereichen. Neben anderen Berechnungen sind folgende Module vorhanden:

3.1 Rasteranalyse

      Abfragen zellen- und profilorientiert
      DGM-Analyse
      Automatische Raster-/Vektorkonvertierung
      Beleuchtungsberechnung (Insolation, Schatten)
      Expertensystem (Bayesische Logik)
      Farbtabellen-Modifikation
      Hangneigungs-Expositionsberechnung
      Interpolationen für fehlende Zellenwerte (bilinear, IDW)
      Konvertierung Raster/Vektor
      Konvertierung Raster/Punkt
      Korrelations-/Kovarianzanalyse
      Kostenoberflächen (kumuliert)
      Kürzester Weg-Berechnung
      Nachbarschaftsanalyse
      Oberflächeninterpolation aus Vektorlinien und Punktdaten
      Puffern von Punkten, Linien, Flächen
      Rasterüberlagerung (gewichtet und ungewichtet)
      Regressionsrechnung
      Reklassifikation
      Resampling
      Reskalierung
      Sichtweitenanalyse (line of sight)
      Statistische Auswertungen
      Wassereinzugsgebiet-Berechnung

3.2 Vektoranalyse

      Digitalisierung am Bildschirm oder Digitalisierbrett
      Distanzberechnung
      Höhenlinienberechnung von Rasterflächen
      Interpolation (Splines)
      Konvertierung Vektor/Raster
      Konvertierung Vektor/Punkt
      Reklassifikation
      Transformationen
      Überlagerung
      Verschneidung

3.3 Punktdatenanalyse

      Convex hull-Berechnung
      Oberflächeninterpolation aus punktuellen Höhen (Kriging, Splines, IDW)
      Thiessen-Polygone
      Topographische Analyse (curvature, slope, aspect)
      Triangulation (Delaunay, Voronoi, TIN)

3.4 Bildverarbeitung (Image processing)

      Auflösungsverbesserung
      Bildentzerrung (affin, polynomisch) auf Raster- oder Vektorgrundlagen
      Farbkomposite
      Fouriertransformation
      Hauptkomponentenanalyse (PCA)
      Histogrammstreckung und -stauchung
      Image Fusion
      Kanonische Komponentenanalyse (CCA)
      Kantenerkennung
      Klassifikationen:
             a) radiometrisch: unüberwacht, teilüberwacht und überwacht (Affinity, Max. Likelyhood)
             b) geometrisch/radiometrisch: überwacht (SMAP)
      Kontrastverbesserung
      Koordinatentransformation
      IHS/RGB-Transformation
      Orthophoto-Herstellung
      Radiometrische Korrektur (Filterung)
      Resampling (bilinear, kubisch, IDW)
      Shape Detection
      Zero crossing

3.5 Darstellung

      3D-Oberflächen
      X11 Kartenausgabe
      Farbzuweisung
      Histogramm
      Kartenüberlagerung (Raster/Vektor)
      Postscript-Karten
      Zoom-Funktion

3.6 Simulationsmodelle

      Erosion (AGNPS 5.0, Answers, KINEROS)
      Hydrologische Analysen (Finit. Elem., SWAT, CASC2D etc.)
      Landschaftsstrukturanalyse (r.le 2.2)
      Waldbrand-Simulation

4. Systemanforderungen

GRASS 4.2.1 läuft auf allen UNIX-Plattformen. Neben den Workstations unter SUN Solaris, SunOS, HP UX, SCO, SGI, DEC Alpha etc. ist vor allem das ebenfalls kostenlose/kostengünstige PC-UNIX Linux interessant. Linux gibt es als public domain Software im Internet bzw. von kommerziellen Anbietern zu Preisen unter 100 DM. GRASS steht einerseits vollständig im Quellcode zu Verfügung, daneben werden auch binäre Pakete für Linux, SGI und SUN Solaris angeboten. Benötigt wird für den Quellcode eine Kapazität von 120 MB mit zusätzlichem Platz für die beim Kompilieren entstehenden Binärdaten (150 MB). Unter Linux nimmt das fertige Binärpaket weniger als 50MB in Anspruch. Als Arbeitsspeicher sollte mindestens 8 MB, besser aber 32 MB oder mehr zur Verfügung stehen. Die Maus sollte drei Knöpfe aufweisen, da GRASS von allen drei Knöpfen Gebrauch macht. GRASS läuft unter X-Windows (fvwm, KDE, ...), das Basisprogramm wird über ein "X-Terminal" bedient. Die Oberfläche XGRASS benötigt die kommerziellen MOTIF-Bibliotheken, das neue TclTkGRASS dagegen die im Internet frei verfügbaren Tcl/TK 8.0-Bibliotheken. Linux kann parallel zu einem WIN95/NT-System in einer eigenen Partition eingerichtet werden. Um den Quellcode übersetzen zu können, ist ein C-Compiler erforderlich. Neben kommerziellen Programmen ist auch der kostenlose GNU-C-Compiler ohne Einschränkung geeignet. Einige wenige Module brauchen einen Fortran-77-Compiler, der ebenso von GNU beschafft werden kann.

5. Unterstützte Datenformate

GRASS unterstützt eine Vielzahl von Datenformaten. Nachstehend sind sie ihrer thematischen Zugehörigkeit entsprechend aufgelistet:

Rasterbereich Import
ASCII - ERDAS LAN - GTOPO30 (DEM) - GIF (8 bit) - TIFF (8 bit) - SUN Raster (8 bit) - PPM (24 bit) - TGA (24 bit)

Rasterbereich Export
ASCII - BIL - ARCTIFF - HDF - ERDAS LAN - MPEG - Povray - PPM (24 bit) - TIFF (8/24 bit) - TGA (24bit )

Vektorbereich Import
ASCII - ARC/INFO ungenerate - ARC/INFO .e00 (experimentell) - ARC/SHAPE (experimentell) - DLG (U.S.) - DXF - DXF3D - GPS-ASCII - USGS DEM - IDRISI - MOSS - TIGER - VRML

Vektorbereich Export
ASCII - ARC/INFO ungenerate - ATLAS - DLG (U.S.) - DXF - IDRISI - MAPINFO - MOSS - SDTS - TIGER - XFIG

Bildverarbeitung Import:
BIL/BSQ - HDF - LANDSAT TM / MSS - NHAP aerial photos - SPOT (s. auch Raster)

Bildverarbeitung Export:
BIL - HDF (s. auch Raster)

Punktdatenbereich Import:
ASCII

Punktdatenbereich Export:
ASCII

6. Projektionen und Koordinatensysteme in GRASS

GRASS erlaubt unterschiedliche Koordinatensysteme und Projektionen. Zum einen können vordefinierte Projektionen verwendet, zum anderen auch eigene Koordinatensysteme definiert werden.

Die unterstützten Ellipsoide sind: airy, australian, bessel, clark66, clark80, everest, grs67, grs80, hayford, hough, iau76, international, krassovsky, merit, mercury, modified airy, modified everest, modified merc, new international, SE asia, sphere, walbeck, wgs66, wgs72, and wgs84.

Projektionen können in den folgenden Koordinatensystemen definiert werden: Länge/Breitengrad-System, UTM, State Plane, Albers equal area, Lambert conformal conic, Mercator, and Transverse Mercator (für Gauß-Krüger).

Neue Projektionen in GRASS 5.x

Literatur

Byars, B., M. Neteler, S. Clamons, S. Cherry (1998): GRASS 4.2 Fact Sheet. Baylor University, Waco, Texas.

Byars, B., S. Clamons (1998): GRASS is back! GIS World 2/98.

Neteler, M. (1998): Das GRASS-Handbuch. Ein problemorientierter Leitfaden. 3.Aufl., Hannover.

Im Internet

GRASS U.S.A. site: http://grass.baylor.edu/

GRASS Europe site: http://www.geog.uni-hannover.de/grass/

Mailinglisten: http://www.geog.uni-hannover.de/grass/support.html

CDROM: http://www.geog.uni-hannover.de/grass/cdrom.html

Email: grass@baylor.edu oder neteler@geog.uni-hannover.de

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