SAGA - Entwurf, Funktionsumfang und Anwendung eines Systems für Automatisierte Geowissenschaftliche Analysen

Abstract

Das im Zentrum dieser Arbeit stehende System für Automatisierte Geowissenschaftliche Analysen (SAGA) entstand aus der praktischen Notwendigkeit, neue Methoden für die Analyse von Geodaten entwickeln und in die Anwendung bringen zu müssen. Um die Durchführung von Forschungsprojekten effizient zu unterstützen zu können, wurden eine Reihe von Anforderungen an das System formuliert und in der Folge umgesetzt.Eine Anwendungsprogrammierschnittstelle (API) bildet das Fundament des Systems und versorgt insbesondere den Programmierer von Methoden mit einem komfortablen Objektmodell für die Verarbeitung von Raster- wie auch Vektordaten. Methoden werden als Module in dynamisch ladbaren, vom Kernsystem getrennten Programmbibliotheken abgelegt. Die hierdurch erzielte Modularisierung ermöglicht die parallele, voneinander unabhängige Methodenentwicklung durch verschiedene Programmierer und kommt so einer Aufteilung von Entwicklungsaufgaben in größeren Projekten sehr entgegen. Für die Ausführung von Modulen bietet das System zur Zeit zwei alternative Benutzerschnittstellen. Die graphische Benutzeroberfläche (GUI) erlaubt eine weitgehend intuitive Bedienbarkeit des Systems. Zu ihren Aufgaben gehört neben der Modulausführung die Verwaltung und Visualisierung von Geodaten. Die zweite Benutzerschnittstelle ist ein Kommandozeileninterpreter (CMD), der ausschließlich für die Ausführung von Mod! ulen konzipiert wurde. Der CMD lässt sich aus Skriptdateien heraus aufrufen, so dass komplexe Arbeitsabläufe, die sich aus nacheinander geschalteten Aufrufen verschiedener Module zusammensetzen, weitergehend automatisiert werden können.Die Implementierung des Systems erfolgte in der weit verbreiteten, objektorientierten Programmiersprache C++, die auf der einen Seite ein maschinennahes Programmieren und dadurch bedingt diverse Optimierungen und Performanzsteigerungen ermöglicht, auf der anderen Seite aber auch eine strukturierte Programmierung durch die Entwicklung einfach zu benutzender Objektmodelle unterstützt. Die SAGA-API bietet neben Objektmodellen für Geodaten zahlreiche Funktionalitäten, die bei der Programmierung von Modulen hilfreich sind, z.B. für das Lösen mathematischer Aufgaben oder die Erstellung von Dokumentdateien. Da für betriebssystemspezifische Aufgaben auf die plattformübergreifende C++ Klassenbibliothek wxWidgets zurückgegriffen wurde, ist SAGA sowohl unter Windows als auch unter Linux Betriebssystemen lauffähig.Das Kernsystem, bestehend aus API, GUI und CMD sowie eine große Zahl an Modulen wurden unter eine Free Open Source Software (FOSS) Lizenz gestellt und mitsamt ihren Quelltexten veröffentlicht. Quelltexte, ausführbare Programmdateien und weitere Informationen über das System können von der Internetadresse http://sourceforge.net/saga-gis bezogen werden. Allein die freie Verfügbarkeit von SAGA weckte bereits ein breites Interesse unter Anwendern, die mit der Verarbeitung von Geodaten beschäftigt sind. Dank der Quelltextoffenheit und der effizienten Gestaltung der API ergeben sich seitdem positive Rückkopplungseffekte für die Weiterentwicklung des Systems auch durch Beiträge von Entwicklern einer internationalen SAGA-Nutzergemeinde.Derzeit sind etwa 230 Module in der frei verfügbaren SAGA-Distribution enthalten. Die Bandbreite der Methoden reicht dabei von einfachen Hilfsfunktionen bis zu komplexen Analysen und Simulationsmodellen. Module für den Datenimport und -Export erlauben den Datenaustausch mit anderen Programmen. Von grundlegender Bedeutung ist die Projektion von Geodaten in verschiedene Koordinatensysteme. Zahlreiche Standardfunktionen stehen für die Prozessierung von Tabellen, Raster- und Vektordaten zur Verfügung. Als methodische Schwerpunkte sind neben der allgemeinen Verarbeitung von Rasterdaten aber vor allem geostatistische und reliefanalytische Verfahren zu nennen, die letztendlich wieder zum Ausgangspunkt der SAGA-Entwicklung zurückführen. Zunächst bestand dieser in der Entwicklung neuer reliefanalytischer Methoden für die Unterstützung von Bodenkartierungen. Daraus entwickelte sich jedoch sehr schnell ein breiter angelegtes Konzept, das über die reliefbasierte Abbildung von Prozess! en u.a. zur Regionalisierung von Bodeneigenschaften mit Hilfe geostatistischer Verfahren führte. SAGA und die unter ihm implementierten Methoden bilden seitdem eine Basis für die erfolgreiche Durchführung zahlreicher Forschungsprojekte. Aber auch für den Einsatz in der Lehre hat SAGA sich bereits erfolgreich bewährt, insbesondere da es eine kostengünstige Alternative zu vergleichbarer kommerzieller Software darstellt.