Краткое описание GRASS Graphical Modeler

Эта страница опубликована в основном списке статей сайта
по адресу http://gis-lab.info/qa/grass-modeller.html

Описание расширения GRASS для визуального моделирования и материалы для самостоятельной работы

GRASS Graphical Modeler - это расширение GRASS, которое позволяет пользователю создавать, редактировать, управлять и выполнять моделями геопространственного анализа. GRASS Graphical Modeler написана командой разработчиков GRASS. Документация была создана Мартином Ланда. Начиная с версии GRASS 6.4.2 это расширение включено в программу по умолчанию, отдельная установка не требуется.

На момент написания статьи расширение находилось в стадии разработки.

Введение

Расширение wxGUI Modeler в некоторой степени напоминает ArcGIS ModelBuilder, который в свою очередь, похож на ERDAS IMAGINE Spatial Modeler. Согласно Википедии, Spatial Modeler впервые появилась в 1993 году. После этого в 2004 году ESRI (Environmental Systems Research Institute) создали собственный инструмент под названием ModelBuilder, сообщает Википедия.

Расширение позволяет выполнять следующее:

• задавать действия (команды GRASS);
• задавать входящие данные (растровые, векторные и 3D-растровые);
• устанавливать связи между действиями и входными данными;
• задавать циклы и условия выполнения;
• проверять модель на работоспособность;
• запускать модель;
• сохранять настройки модели в файл (*.gxm);
• экспортировать модель в скрипт на Python'е;
• экспортировать концептуальную модель в изображение (поддерживаемые форматы: PNG, BMP, GIF, JPG, PCX, PNM, TIF, XPM).

Работа расширения GRASS wxGUI Modeler рассматривается на примере создания серии композитных изображений по данным LANDSAT 7. Если неохота искать и качать сцены с сайта USGS, то можно потренироваться на доступных данных на этом сайте.

Задача

Часто нужно сделать композитные изображения различных каналов LANDSAT. Обычно этот процесс разделён на несколько этапов:

1. Импорт растров в GRASS (модуль r.in.gdal);
2. Атмосферная коррекция для устранения влияния атмосферы (модуль i.landsat.toar);
3. Автоматическое улучшение цветовой карты (модуль i.landsat.rgb);
4. Создание композитного изображения (модуль r.composite).

Цель

Автоматически создавать скорректированные по атмосфере, композитные изображения следующих комбинаций каналов: 321, 453, 543, 742, 745, 754.

Инструменты и данные

• Операционная система Ubuntu 11.10
• GRASS 7.0.svn50461 (2012)
• Любой набор снимков LANDSAT (сенсор ETM+)

Алгоритм действий

Предположим, что растры уже импортированы в GRASS, район GRASS установлен корректно и метод, используемый при атмосферной коррекции - "uncorrected".

1. Переименовать растры по шаблону B.* Например, ххххххххххххххх_B10 → B.1 (можно воспользоваться скриптом для переименования);
2. Запустить расширение через меню File → Graphical Modeler или кликая на иконку
3. Добавить команды, необходимые для решения поставленной задачи

• i.landsat.toar -t --overwrite --verbose input_prefix=B. output_prefix=toar. metfile=%metfile sensor=tm7 method=uncorrected percent=0.01 pixel=1000 sat_zenith=8.2000 rayleigh=0.0
• i.landsat.rgb --verbose red=toar.3 green=toar.2 blue=toar.1 strength=98
• r.composite --overwrite --verbose red=toar.3 green=toar.2 blue=toar.1 levels=32 output=321
• i.landsat.rgb --verbose red=toar.4 green=toar.5 blue=toar.3 strength=98
• r.composite --overwrite --verbose red=toar.4 green=toar.5 blue=toar.3 levels=32 output=453
• i.landsat.rgb --verbose red=toar.5 green=toar.4 blue=toar.3 strength=98
• r.composite --overwrite --verbose red=toar.5 green=toar.4 blue=toar.3 levels=32 output=543
• i.landsat.rgb --verbose red=toar.7 green=toar.4 blue=toar.2 strength=98
• r.composite --overwrite --verbose red=toar.7 green=toar.4 blue=toar.2 levels=32 output=742
• i.landsat.rgb --verbose red=toar.7 green=toar.4 blue=toar.5 strength=98
• r.composite --overwrite --verbose red=toar.7 green=toar.4 blue=toar.5 levels=32 output=745
• i.landsat.rgb --verbose red=toar.7 green=toar.5 blue=toar.4 strength=98
• r.composite --overwrite --verbose red=toar.7 green=toar.5 blue=toar.4 levels=32 output=754

1. Задать переменные (в нашем случае она одна - %metfile)
2. Проверить модель на работоспособность
3. Запустить модель

Добавляем команды

Прежде всего, следует начать с добавления новых команд (меню Model -> Add command).

Задаём переменные

Переменные задаются знаком %, т.е. переменная %metfile обозначает название заголовока файла (.met / MTL.txt) для сенсоров Landsat ETM + или TM5. Переменные могут быть следующих типов: строковые, целые числа, числа с плавающей точкой, векторные, растровые, набор данных или путь к файлу. Все переменные, используемые в модели, должны быть добавлены на вкладке Variables.

Вкладка Variables, позволяющая управлять переменными в GRASS Graphical Modeler

Таким образом, первая команда будет выглядеть так:

i.landsat.toar -t –overwrite –verbose input_prefix=B. output_prefix=toar. metfile=%metfile sensor=tm7 method=uncorrected percent=0.01 pixel=1000 sat_zenith=8.2000 rayleigh=0.0

В результате мы должны получить список команд, которые будут выполнены автоматически при запуске модели.

Список команд, которые будут выполнены автоматически при запуске модели в wxGUI Modeler

Если вернуться к вкладке Model, то можно увидеть блок-схему всего процесса.

Изначальная блок-схема в окне wxGUI Modeler

Реорганизуем блок-схему

Я советую реорганизовать схему так, чтобы она выглядела более или менее понятной для тех, кто будет использовать модель позже.

Блок-схема, приведённая в нормальный вид

Проверяем и запускаем модель

И наконец, следует проверить модель и запустить её!

Экспорт в Python

Впоследствии возможно сделать экспорт модели в скрипт Pyhton для более тонкой доработки модели. Вид первоначального скрипта имеет вид:

    #!/usr/bin/env python
    #
    ############################################################################
    #
    # MODULE:       model_atcor7_composite
    #
    # AUTHOR(S):	    Vladimir Naumov
    #               
    # PURPOSE:      Script generated by wxGUI Graphical Modeler.
    #
    # DATE:         Tue Jul 24 09:32:51 2012
    #
    #############################################################################
    
    import sys
    import os
    import atexit
    
    import grass.script as grass
    
    def cleanup():
        pass
    
    def main():
        grass.run_command("i.landsat.toar",
                      flags = 't',
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      input_prefix = "B.",
                      output_prefix = "toar.",
                      metfile = metfile,
                      sensor = "tm7",
                      method = "uncorrected",
                      percent = 0.01,
                      pixel = 1000,
                      sat_zenith = 8.2000,
                      rayleigh = 0.0)
        grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      verbose = True,
                      red = "toar.3",
                      green = "toar.2",
                      blue = "toar.1",
                      strength = 98)
        grass.run_command("r.composite",
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      red = "toar.3",
                      green = "toar.2",
                      blue = "toar.1",
                      levels = 32,
                      output = "321")
        grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      verbose = True,
                      red = "toar.4",
                      green = "toar.5",
                      blue = "toar.3",
                      strength = 98)
        grass.run_command("r.composite",
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      red = "toar.4",
                      green = "toar.5",
                      blue = "toar.3",
                      levels = 32,
                      output = "453")
        grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      verbose = True,
                      red = "toar.5",
                      green = "toar.4",
                      blue = "toar.3",
                      strength = 98)
        grass.run_command("r.composite",
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      red = "toar.5",
                      green = "toar.4",
                      blue = "toar.3",
                      levels = 32,
                      output = "543")
        grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      verbose = True,
                      red = "toar.7",
                      green = "toar.4",
                      blue = "toar.2",
                      strength = 98)
        grass.run_command("r.composite",
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      red = "toar.7",
                      green = "toar.4",
                      blue = "toar.2",
                      levels = 32,
                      output = "742")
        grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      verbose = True,
                      red = "toar.7",
                      green = "toar.4",
                      blue = "toar.5",
                      strength = 98)
        grass.run_command("r.composite",
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      red = "toar.7",
                      green = "toar.4",
                      blue = "toar.5",
                      levels = 32,
                      output = "745")
        grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      verbose = True,
                      red = "toar.7",
                      green = "toar.5",
                      blue = "toar.4",
                      strength = 98)
        rass.run_command("r.composite",
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      red = "toar.7",
                      green = "toar.5",
                      blue = "toar.4",
                      levels = 32,
                      output = "754")
    
        return 0
    
    if __name__ == "__main__":
        options, flags = grass.parser()
        atexit.register(cleanup)
        sys.exit(main())

Зная язык программирования Python, первоначальный скрипт можно привести к более лаконичному виду и использовать его уже в повседневной работе:

#!/usr/bin/env python
   import sys
   import os
   import atexit
   
   import grass.script as grass
   
   def cleanup():
       pass
   
   def main():    
        grass.run_command("i.landsat.toar",
                      flags = 't',
                      overwrite = True,
                      verbose = True,
                      input_prefix = "B.",
                      output_prefix = "toar.",
                      metfile = metfile,
                      sensor = "tm7",
                      method = "uncorrected",
                      percent = 0.01,
                      pixel = 1000,
                      sat_zenith = 8.2000,
                      rayleigh = 0.0)
       list = ["321", "453", "543", "742", "745", "754"]
       for band in list:
           grass.run_command("i.landsat.rgb",
                      red="toar."+band[0],
                      green="toar."+band[1],
                      blue="toar."+band[2],
                      strength=98)
       
           grass.run_command("r.composite",
                      red="toar."+band[0],
                      green="toar."+band[1],
                      blue="toar."+band[2],
                      levels=32,
                      output=band)
    
        return 0
    
    if __name__ == "__main__":
        options, flags = grass.parser()
        atexit.register(cleanup)
        sys.exit(main())

Выводы

В результате запуска модели, шесть растров были готовы менее, чем за десять минут.

Коллаж из растров, созданных в результате работы GRASS wxGUI Modeler.

Время начала запуска: 9:34:16; время окончания работы модели: 9:41:35. Кроме того, помимо собственно композитных изображений были созданы скорректированные по атмосфере растры всех каналов, которые могут быть использованы для дальнейшего анализа.

Файл модели и скрипт переименования каналов LANDSAT могут быть использованы для самостоятельного запуска модели.

Ссылки

Источник: Vladimir Naumov – Graphical Modeler in GRASS

Официальная страница GRASS Graphical Modeler

Справка ArcGIS ModelBuilder

ERDAS IMAGINE Spatial Modeler (википедия)

Файл:L7 toar composite.zip