Angewandte Geoinformatik Einführung in GRASS-GIS und weitere Open-Source-Tools Mittwoch 10:00 bis 11:30 Uhr MSc. Geographie Dipl. Geographie

GRASS (GNU Public License) QuantumGIS (GNU Public License) ArcGIS (Fa. ESRI) SICAD (Fa. SICAD Geomatics) Smallworld GIS (Fa. Smallworld) IDRISI (Clark University, Fa. Clark Labs) Geomedia (Fa. Intergraph) Microstation Geographics (Fa. Bently / MS) W3GIS/PCMap (Fa. GISCAD-Institut) MapInfo (Fa. MapInfo) AutoCAD Map (Fa. Autodesk) SAGA (GNU Public License) GIS-Software:

Lernziele: Warum GRASS & QGIS unter Linux? ➢ Alternativen zu ArcGis Kennenlernen: ➢ besseres Verständnis von Methoden, ➢ wenn auch alternative Realisierung bekannt ist ➢ Professionelles arbeiten mit GRASS/Linux ➢ gilt als Profiwerkzeug ➢ Manche Sachen effizienter zu realisieren ➢ Spart Speicher ➢ einfaches Scripting / Automatisierung ➢ Qualifikationsmerkmal! ➢ Opensource/Kostenfrei: ➢ Zukunftssicher & Verfügbar ➢ Transparentes und reproduzierbares Arbeiten ➢ (keine Erweiterungenskosten, keine Lizenzhürden)

Ablauf der Veranstaltung 1.) Linux Kommandozeile 2.) GRASS Aufbau 3.) GRASS Befehle & Shell-Scripting 4.) Rasterdatenanalyse in GRASS 5.) Vektordaten in GRASS 6.) Vektordaten in QGIS 7.) Layout in QGIS 8.) Mapserver & Openlayers

Lerninhalte: Arbeiten mit verschiedenen Datensätzen - Landsat-Szenen - SRTM-/Aster-Daten - Bayerische Landesvermessung, GDI-Datensätze Analysemethoden - Klassifikation, Landnutzungsanalysen - Verschneidung, Standortanalyse - Map-Algebra, Landschaftsstrukturanalyse Inhalte - Einstrahlung, Einzugsbebiete, Abfluß, Erosion, … ? Räume - Alpen / Alpenvorland

Linux Kommandozeile ● Terminal, Konsole, Shell ● Shell meint „Muschelschale“: liegt zwischen User und Betriebssystemkern ● vermittelt Befehle an den Prozessor ● Prozessorausgaben an den User ● ursprüngliche Art der Rechnerbedienung ● Varianten: sh, csh, ksh, tcsh, bash, zsh

1.) Command Line Interface (CLI) versus GUI GUICLI

Konzepte der Rechnerbedienung: Graphische Benutzeroberfläche versus Command Line Interface (GUI)(CLI) __________________________________________________________ intuitivkryptisch buntspröde langwierigschnell/direkt nicht/kaum automatisierbarautomatisierbar (scripts) nur vorgegebene Optionenkombinierbar __________________________________________________________ am Anfang effektiverauf Dauer effektiver

Linux: Chrashkurs Anmeldung: Auswahl des Fenstermanagers unter “Sitzung” -> user: student psswd:d4Lgeo170 Bedienung mit Maus wie bei Windows möglich Bedienung von Linux/GRASS jedoch stark auf Konsole zugeschnitten! Konsole: Bedienfenster zum Eingeben von Befehlen mit Tastatur - Ausgangspunkt: der 'prompt' = Eingabeaufforderung “...> “ - Eingabe eines Befehls (optional mit Argumenten) + Enter - manchmal Rückmeldung des Befehls - prompt für nächsten Befehl

Linux: Chrashkurs in der Konsole gibt es immer ein “aktuelles Verzeichnis” d.h. die Befehle die man in der Konsole ausführt beziehen sich (normalerweise) immer auf dieses Verzeichnis bzw. auf Dateien, die hier gespeichert sind. zum Auflisten von Dateien und Unterverzeichnissen im aktuellen Verzeichnis: Befehl “ls” “ls” kann auch mit Argumenten ausgeführt werden: z.B. “ls /home” dadurch wird nicht aktuelles sondern das Verzeichnis “/home” aufgelistet. Die Zeichenkette “/home” wird auch als Pfad bezeichnet jedes Verzeichnis und jede Datei hat einen absolut eindeutigen Pfad (Position wo es/sie gespeichert ist)

Linux: Chrashkurs das Zeichen “/” (slash) kennzeichnet den Startpunkt des gesamten Verzeichnissystems auf dem Rechner => der absolute Pfad einer jeden Datei/Verz. fängt immer mit “/” an (auch “root” → Wurzel des Verzeichnisbaumes gennant) Die einzelnen Unterverzeichnisse (“Äste” des Verzeichnisbaumes) werden bei der Angabe des Pfades jew. durch weitere “/”-Zeichen getrennt. Neben absoluter Pfadangabe auch “relative” Pfadangabe möglich → ausgehend vom aktuellen Verzeichnis: “../” → höher falls aktuelles Verzeichnis = “/home/student” : “ls Documents” listet “/home/student/Documents” auf “ls..” listet das übergeordnete Verzeichnis “/home” auf

/ opt/ work/ cfs/ utm32/ root grass database grass/ lonlat/ ~ home/ muellean/ tmp/ Linux: Verzeichnisstruktur 2013s/data/

Linux: Übersicht Grundlegender Befehle: grassStarten von GRASS = Laden der GRASS Umgebung (Befehle und Variablen)

Three main utilities for working with the CLI 1.) history function: · commands are saved in (hidden) file.history · use [↑] and [↓] to navigate through history · evt. use [←] and [→], [back]/[del] to edit command · use [enter] tu submit command again 2.) autocompletion function: · use [tab] for autocompletion of command or file names if the beginning is non-ambiguous · use [tab][tab] for a list of possible completions 3.) mouse storage · just mark any word/sentence with [left mouse button] · press middle button [wheel] to paste at cursor II.) Unix/Linux shell commands & scripts

GRASS Aufbau

Der Start von GRASS Auswahl/Erstellung von: 1.) Database: Verzeichnis in dem GRASS Daten in locations verwaltet 2.) Location: Arbeitsumgebung mit bestimmtem festgelegten Koordinatenbezugssystem (Unterverzeichnis mit Mapsets) 3.) Mapset: Kartensammlung (einzelner Benutzer oder Themen)

Aufbau GRASS Datenverwaltung /work/...../data/ spearfish/ utm32/ lonlat/ alpen/ PERMANENT/ user1/ student/ cats/ cell/ cellhd/ cell_misc/ colr/ vector/ dbf/ database location mapset Daten

Location erstellen mit EPSG-Nummer [European Petroleum Survey Group -> OGP International Association of Oil & Gas producers] Start von GRASS -> epsg für Mollweide 4326 für lonlat WGS84 (geographische Koordinaten) für UTM32n für Gauss-Krüger Zone für Gauss-Krüger Zone 4

Graphisches Interface Konsole

nach dem Start stehen die GRASS-Kommandos zur Verfügung wichtige Kommandos/Befehle (Hilfe mit: “ help”): d.mon x.0 starten eines Kartenmonitors d.rast Anzeigen einer Rasterkarte g.mlist rastAuflisten aller Rasterkarten g.regionEinstellen der Regions-Geometrie: res= n= s= e= w= d.zoomim Monitor mit der Maus zoomen Alle Befehle entweder mit Argumenten bedienbar: = =... Bsp.: g.region n= s= w= e= res=30 oder interaktiv: Start einer Routine die Fragen stellt und Eingaben über Tastatur oder Maus erwartet (Bsp. d.zoom)

GRASS Namen und Struktur der GRASS-Befehle PrefixFunction classMeaning of the commands d.* displayFor graphical display and visual query at the monitor r.*rasterFor raster data processing i.*imageryFor image processing v.*vectorFor vector data processing g.*generalGeneral file operation commands p.*paintMap design commands ps.*postscriptMap design commands for postscript size db.*databaseDatabase management modules r3.*voxel rasterFor 3D raster data processing

Das Konzept der Arbeitsregion in GRASS: (fast) alle Befehle zum Bearbeiten von Daten beziehen sich nur auf die jeweilige Arbeitsregion (inclusive ihrer räumlichen Auflösung): Karten-Ausdehnung region falsch plazierte Arbeitsregion => Befehle arbeiten mit leerem Bereich!

ASTER DEM (digital elevation model):

Fernerkundungsdaten Bsp. LANDSAT

Reprojizieren in GRASS: 1.) In Quell-Location: Geodaten in eigene Location mit passendem Koordinaten- bezugssystem KBS importieren. Quell-KBS-Location z.B. WGS84 WGS84 r.in.gdal

Reprojizieren in GRASS: 2.) In Quell-Location: Vektorrahmen mit Ausdehnung des Layers erstellen Quell-KBS-Location Ziel-KBS-Location WGS84 UTM32

Reprojizieren in GRASS: 3.) GRASS mit Ziellocation starten In Ziellocation: Vektorbox aus Quell-Location holen Quell-KBS-Location Ziel-KBS-Location WGS84 utm32 v.proj

Reprojizieren in GRASS: 4.) In Ziellocation: Region mit Vektorbox einstellen mit r.proj Rasterkarte reprojizieren Quell-KBS-Location Ziel-KBS-Location WGS84 UTM32 r.proj

Übung im Kurs zur Rasterdatenverwaltung und -analyse in utm32 Fragestellung: lassen sich in Abhängigkeit der Höhenstufe Vegetationsmerkmale deutlich unterscheiden? a) Höhenstufenerstellung · r.colors · r.reclass · r.info / r.stats b) Vegetationsindex · r.mapcalc · r.stats

Reprojizieren in GRASS: Übung: aus Quell-Location: landsat die layer: p193r027_ _nn10 p193r027_ _nn20 p193r027_ _nn30 p193r027_ _nn40 p193r027_ _nn50 p193r027_ _nn61 p193r027_ _nn62 p193r027_ _nn70 p193r027_ _nn80 in die location utm32 reprojizieren.

Fernerkundungsdaten Bsp. LANDSAT ab frei zugängliches Archiv!

LANDSAT Spektralkanäle Band 1Blau-Grün: durchdringt Wasser, unterscheidung Boden, Vegetation, Unterscheidung Laub- Nadelwald Band 2Grün: Reflexionsmaximum der Vegetation Band 3Rot: Chlorophyllabsorption, Unterscheidung Strassen, vegetationsfreie Flächen Band 4Nah-Infrarot: Biomasse, Wasser, Bodenfeuchte Band 5mittl. Infrarot: Strassen, Wasser, Vegetation wenig Beeinflussung durch Atmosphäre (Wasserdampf) Band 6Thermal-Infrarot (60m,120m): Wärme, Vegetationsstress Band 7mittl. Infrarot: Gesteinstypen, Vegetation, Bodenfeuchte Band 8Panchromatisch: Auflösung 15m

LANDSAT Spektralkanäle

LANDSAT Spektralkanäle NDVI = (NIR- Rot) / (NIR+Rot)

Analysemethoden in GIS: 1.) Map-Algebra: Rasterkarten werden in Matrixform als Operanden in algebraischen Ausdrücken/Funktionen verwenden Die angegebenen Rechenoperationen werden für jedes Pixel in der Rasterkarte elementweise ausgeführt Werden mehrere Rasterkarten verwendet, werden die Operationen auf diejenigen Pixel angewandt, die räumlich einander zugeordnet werden können (gleiche Lage). X = map1 + map2 x x x x [X] =x x x x = ; [X] = x x x x

2.) spezielle Rasteranalyse r.mapcalc “ndvi = (c40 – c30) / (c40 + c30)”

2.) spezielle Rasteranalyse r.mapcalc “ndvi = (c40 – c30) / (c40 + c30)”

2.) spezielle Rasteranalyse r.mapcalc “ndvi = (c40 – c30) / (c40 + c30)”

2.) spezielle Rasteranalyse r.mapcalc “ndvi = (c40 – c30) / (c40 + c30)”

2.) spezielle Rasteranalyse r.mapcalc “ndvi = (c40 – c30) / (c40 + c30)”

2.) spezielle Rasteranalyse r.mapcalc "albedo=0.293*c *c *c *c *c *c70"