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Was leistet GRASS GIS?

Das Geographische Informationssystem GRASS (Geographical Resources Analysis Support System) ist ein kombiniertes Raster-/Vektor-GIS mit einem integrierten Bildverarbei"-tungs- und Visualisierungssystem. Es enthält über 400 Programme und Hilfsmittel, um Raster-, Vektor- und Punktdaten zu bearbeiten, Karten am Bildschirm und auf Papier zu erzeugen, Multispektralbilddaten zu prozessieren und räumliche Daten zu erstellen, zu handhaben und zu speichern. Neben einer fensterorientierten Benutzeroberfläche gibt es auch eine kommandozeilenorientierte Befehleingabe. GRASS kann an Drucker, Plotter, Digitalisierbretter angeschlossen werden und auf externe Datenbanken zum Berechnen neuer Daten sowie Speichern vorhandener Daten zugreifen. Es ist damit ideal für Landschaftsplanung und ingenieurtechnische Anwendungen. Wie bei anderen GIS-Paketen kann auch GRASS Vektordaten für Straßen, Ströme, Grenzen und andere Objekte verarbeiten. Mittels seiner integrierten Vektor-Digitalisierfunktion lassen sich digitale Karten aktualisieren. Für die räumliche Datenanalyse ist die Fähigkeit, Rasterdaten (Rasterzellen) handhaben zu können, eine besonders wichtige Eigenschaft. GRASS-Module können Vektordaten und Rasterdaten wechselseitig im Format umwandeln. Weiterhin ist eine frei verfügbare Internetschnittstelle vorhanden, die mittels GRASS ein vollständiges Online-GIS im World-Wide-Web (WWW) aufbauen lässt. Eine Beispielanwendung ist auf dem GRASS-Server am ITC-irst, Trento (Italien), installiert und in den GRASS-Internetseiten wird auf weitere verwiesen.

Die Stärke von GRASS liegt auf mehreren Gebieten: Die einfache Benutzerschnittstelle bildet eine ideale Möglichkeit für diejenigen, die zum ersten Mal mit GIS arbeiten und es erlernen möchten. GRASS kann Karten und Daten vieler weitverbreiteter GIS-Pakete einschließlich ARC/INFO und IDRISI importieren und exportieren. Sehr interessant und in keinem proprietären GIS in diesem Umfang möglich ist die eigene Programmierung neuer GIS-Module. Fortgeschrittene Benutzer, die also ihre eigenen GIS-Module schreiben möchten, können dieses anhand der vorhandenen Quellprogramme bzw. durch das Programmierhandbuch lernen und die dokumentierte, umfangreiche GRASS-GIS-Biblio"-thek (API für die C-Programmiersprache) für ihre Zwecke nutzen. Diese Programmierbibliothek erlaubt, neue, hoch entwickelte Funktionalität in GRASS zu integrieren. Auf Scriptebene können auch einfachere Anwendungen erzeugt bzw. Arbeitsabläufe automatisiert werden.

Die Fähigkeit, Rasterdaten verarbeiten zu können, bietet die Möglichkeit, mit GRASS als einem Ober"-flächen-Modellierungssystem zu arbeiten. GRASS enthält mehr als 100 Multifunktionsmodule zur Rasteranalyse und -handhabung. Oberflächenprozesse wie Nieder"-schlag-Abfluss-Mo"-del"-lierung, Fließwegberechnung, Hangstabilitätsuntersuchungen und weitere räumliche Datenanalysen sind nur einige der vielen Anwendungsbereiche. Da viele Rastermodule multifunktional sind, können Benutzer eigene Karten mit den in GRASS gespeicherten Daten herstellen.

Zusätzlich zur zweidimensionalen Standardanalyse erlaubt GRASS, Daten in drei Dimensionen zu betrachten. Rasterdaten, Vektor- und Punktdaten können für die Visualisierung verwendet werden. Beispielanwendungen solcher Fähigkeiten umfassen Luftraumanalysen für Flughafenplanung, Geländeanalysen und die Ermittlung räumlicher Tendenzen. Visuelle Hilfsmittel in GRASS erlauben, die Darstellung räumlicher Daten auch zu animieren und hier zwischen Datenebenen umzuschalten. Die in der 3D-Visualisierung erzeugten Ansichten können als Standbilder oder als MPEG-Film für ein späteres Abspielen und Analysieren gesichert werden.

Begleitend zu Landschaftsplanung und Ingenieuranwendungen enthält GRASS eine Sammlung an Modellen für den Bereich der hydrologischen Modellierung und Analyse. Funktionen sind u.a. die Berechnung von Einzugsgebieten, die SCS-Curve-Number Berechnung, Hochwasseranalysen und die Nutzung einiger unterschiedlicher Modelle für eine komplette einzugsgebietsbezogene Abflussberechnung. Andere GRASS-Module können Diagramme und Statistiken zu den modellierten und kalibrierten Daten erzeugen. Zusätzlich kann GRASS Geländedaten verwenden oder sogar entsprechende Parameter simulieren, die auf numerischen Daten basieren.

Die Bildverarbeitungsmodule sind mit proprietären Spitzenprodukten dieses Sektors vergleichbar und z.T. wesentlich umfangreicher als in proprietären Standard-GIS-Pa"-ke"-ten. Sie umfassen zahlreiche Programme zur Prozessierung und Auswertung multispektraler Satellitendaten sowie in ein Modul zur Produktion von Orthofotos aus gescannten Luftbildern. Damit stehen quasi sämtliche Wege der Datenintegration ins GIS zur Verfügung.

Ergänzend zur traditionellen Kommandozeilenversion von GRASS ist 1998 eine neue Benutzerschnittstelle, basierend auf Tcl/Tk, geschrieben worden. Damit steht eine einfache graphische Benutzerschnittstelle zur Verfügung, die plattformunabhängig ist. Diese intuitive Benutzerschnittstelle lässt GRASS-Benutzer schnell und leicht Daten importieren, ansehen und bearbeiten. Alle Hauptmodule, die in GRASS enthalten sind, sind auch in der neuen Benutzeroberfläche vorhanden. Die Oberfläche stellt in einem Eingabefenster die übliche Standard-Kommando"-zeile bereit und gibt damit Benutzern Zugang zur gesamten Funktionalität von GRASS.

Das GRASS Entwicklungsteam mit seinen weltweit verteilten Programmierern (auf fast allen Kontinenten) arbeiten daran, die Fähigkeiten von GRASS auszubauen und zu erweitern. Zukünftige Entwicklungen schließen neue Module, die dem Benutzer bzw. der Benutzerin vollständige Arbeitsfähigkeit für die dreidimensionale Datenverarbeitung geben, als eine Fähigkeit mit ein, die nicht in üblichen anderen GIS-Paketen existiert. Benutzer können in der zukünftigen "`echten"' 3D-GRASS-Version mit Rasterdaten genauso arbeiten wie mit Vektor- und Punktdaten. Die bisher umgesetzten Verbesserungen gegenüber den GRASS 4.x-Versionen umfassen die Fließkommaverarbeitung im Rasterbereich und die Unterstützung multipler Attribute im Punktdatenformat. So ist die maximale Anzahl an Dimensionen und Attributen im Punktformat bereits quasi unbegrenzt (vgl. auch BRANDON ET AL. 1999). Ab GRASS 5.1 ist die Vektordatenverarbeitung komplett erneuert und auf die Verwendung von Datenbanken (DBMS) erweitert.

GRASS ist sowohl als Binärversion für verschiedene UNIX-Plattformen als auch im originalen C-Programmcode via Internet und auf CD-ROM erhältlich. Ein sehr interessanter Aspekt ist die Lizensierung von GRASS unter der GNU General Public License (GPL, s.a. http://www.gnu.org). Sie macht GRASS zu einer frei zugänglichen, unverkäuflichen Software unter Wahrung der Autorenrechte. Jedoch können selbstverständlich kommerzielle Dienstleistungen mit GRASS erbracht werden. Damit reiht sich GRASS GIS in die Open-Source-Philosophie ein, die aus der Linux-Entwicklung bereits gut bekannt ist und Linux zum Durchbruch verholfen hat (vgl. zur "`Open Source"'-Thematik auch RAYMOND 1999).

Vom Konzept her betrachtet ist GRASS ein modular aufgebautes GIS. Das bedeutet, dass jede Datenbearbeitung mit einem eigenen Teilmodul durchgeführt wird. Dadurch gliedern sich die einzelnen "`Abteilungen"' im GIS sehr klar und bringen Transparenz in die Arbeit.


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Markus Neteler 2005-04-14