Geographic Resources Analysis Support System

GRASS GIS (Geographic Resources Analysis Support System) ist ein Geographisches Informationssystem (GIS) mit Raster-, topologischer Vektordaten-Funktionalität, Bildverarbeitung und Visualisierungsmöglichkeiten, das auf verschiedenen Betriebssystemen mit einer graphischen Benutzeroberfläche sowie optionaler Kommandozeile in X-Window läuft. Es ist unter der GNU General Public License (GPL) veröffentlicht.

 

Informationen zu GRASS

von Markus Neteler und Bruce Byars

(Dezember 1998, aktualisiert Juni 1999, Mai 2002, Januar 2005)

Kurzinformationen

http://grass.itc.it

1. Was ist GRASS?

GRASS kann bereits auf eine lange Geschichte zurückblicken. 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. Im Jahr 1997 gründete sich das "GRASS Development Team" an der Baylor University, Waco (Texas), und gab im November des Jahres eine neue Version 4.2 heraus. An der Universität Hannover wurde die Version 4.2.1 koordiniert, die in die Version 4.3 mündete. Ab 1999 wurde an der Version 5.0 mit durchgreifenden Neuerungen gearbeitet und im Herbst 2002, nachdem die Koordination nach Italien (Trento) wechselte als stabile Version 5.0.0 herausgegeben. Parallel wurde mit der Versionsnummer (5.1)5.7 bereits seit 2001 am ITC-irst (Trento, Italien) an einer Umgestaltung der Vektorfunktionalitäten gearbeitet. Die Ergebnisse aus der Weiterentwicklung der traditionell starken Rasterfunktionalitäten (GRASS 5.3/5.4) sowie der neuen Vektorfunktionen (GRASS Version 5.7) sind seit 2005 in der Version 6.0 zusammengeführt worden. Das Hauptziel der Entwicklung besteht darin, GRASS zu einem benutzerfreundlichen GIS fortzuführen. 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

Wesentliche Merkmal der bisherigen stabilen GRASS Version 5.0.x (seit November 2004 Version 5.4.0) ist die bisher fehlende Verarbeitung von Fließkommazahlen im Rasterbereich, die Unterstützung von 3D Rasterdaten (voxel) und die Unterscheidung zwischen Null und "keine Daten". Eingeführt ist ausserdem eine benutzerfreundliche, graphische Oberfläche auf der Basis von Tcl/Tk. Datenbankanbindungen (DBMS-Interfaces) wurden für PostgreSQL und ODBC entwickelt. GRASS gibt es auch für Windows NT/2000/XP und iPAQ handhelds.
Einige Simulationsmodelle sind direkt an GRASS angebunden (Erosionsmodell AGNPS 5.0, Waldbrand-Simulation, Landschaftsstrukturanalyse r.le 2.2, TOPMODEL etc.).  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.
Eine neue 3D Vektorbibliothek wird seit 2001 in GRASS 5.7/6.0, ehemals Version 5.1 entwickelt. DBMS-Funktionalität ist direkt integriert. Ausserdem gibt es die Möglichkeit der Vektor-Netzwerkanalyse. Zur Verbesserung der Benutzerfreundlichkeit gibt es derzeit eine Reihe von Ansätzen, GRASS mit verschiedenen GUIs zu verknüpfen. Die derzeit wohl interessanteste Variante ist die Kombination von GRASS und QGIS zur Visualisierung.

3. Leistungsumfang von GRASS

Die folgende Tabelle zeigt einen Ausschnitt aus dem Funktionsumfang, der mit GRASS  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 (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 3D Voxelverarbeitung

       Speicherung von 3D Rasterdaten (voxels)
       Konvertierung zum 2D Rasterformat und 3D Punktdatenformat
       3D Volumenvisualisierung
       3D Splines Interpolation

3.6 Darstellung

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

3.7 Simulationsmodelle

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

4. Systemanforderungen

GRASS läuft auf allen UNIX-Plattformen sowie MS-Windows mit Cygwin. 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 GPL-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 (250 MB). Unter Linux nimmt das fertige Binärpaket weniger als 80MB in Anspruch. Als Arbeitsspeicher sollte mindestens 32 MB, besser aber 64 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. TclTkGRASS benötigt die im Internet frei verfügbaren Tcl/TK 8.x-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, z.B. der kostenlose GNU-C-Compiler.

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), v.a.m (siehe hier)

Rasterbereich Export
ASCII - BIL - ARCTIFF - HDF - ERDAS LAN - MPEG - Povray - PPM (24 bit) - TIFF (8/24 bit) - TGA (24bit ), v.a.m (siehe hier)

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, v.a.m (siehe hier)

Vektorbereich Export
ASCII - ARC/INFO ungenerate - ATLAS - DLG (U.S.) - DXF - IDRISI - MAPINFO - MOSS - SDTS - TIGER - XFIG, v.a.m (siehe hier)

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, DBF

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. Details, siehe:
Projektionen in GRASS 5.x

Literatur

Neteler, M & H. Mitasova (2003): Open Source GIS:  A GRASS GIS Approach. ISBN: 1-4020-8064-6, Kluwer Academic Publishers, Boston, Dordrecht, 420 pages

Neteler, M & H. Mitasova (2002): Open Source GIS:  A GRASS GIS Approach. ISBN: 1-4020-7088-8, Kluwer Academic Publishers, Boston, Dordrecht, 460 pages

Neteler, M. (2000): Das GRASS-Handbuch. Ein problemorientierter Leitfaden. 3.Aufl., Hannover. 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.

Im Internet

GRASS Main site: http://grass.itc.it

GRASS U.S.A. site: http://grass.ibiblio.org/

Mailinglisten: http://grass.itc.it/support.html

CDROM: http://grass.itc.it/download/cdrom.php

Email: grass-web(at)lists.osgeo.org