Общая характеристика программного продукта SAGA GIS

Идея разработки нового ПО возникла в конце 1990;х на кафедре физической географии (теперь — ландшафтной экологии) факультета геологических наук и географии Гёттингенского университета во время работы над несколькими научно-исследовательскими проектами. Исследования фокусировались в основном на анализе ЦМР для прогнозирования свойств почв, динамики физико-географических процессов связанных с рельефом, а также некоторых климатических параметров.

На тот момент рабочей группой использовалось несколько программ:

• · SARA (System for Automated Relief Analysis), написанная на языке программирования FORTRAN77 и работающая в ОС UNIX;
• · SADS (System for the Analysis and Discretisation of Surfaces) — язык С++ и ОС Windows;
• · DiGeM (Digitalen Gelдndemodell) — также С++ и Windows.

И хотя каждая из них справлялся со своим предназначением, разрозненность функций и работа под разными ОС усложняли обмен данными. Кроме того, специфика исследовательских задач требовала разработки и внедрения новых специализированных методов пространственного анализа и моделирования. Это было сложно сделать, оперируя тремя отдельными инструментами. Поэтому прототипом нового ПО, которое смогло бы интегрировать существующие наработки и стало бы удобной базой для внедрения новых алгоритмов, был избран DiGeM. Именно на его основе и началась разработка System for Automated Geoscientific Analyses — SAGA.

Таблица 3. Oсновные этапы развития ГИС SAGA

После регистрации проекта в феврале 2004 на хостинге Открытого ПО SourceForge.net новая версия выходит минимум раз в год, а в 2010 и 2011 — дважды.

Рис 12. Динамика выхода новых версий

Динамика выхода новых версий SAGA и загрузок файлов инсталляции из репозитория на SourceForge.net за период с 20.02.2004 (регистрация проекта) по 01.07.2012.

С учетом аналитической направленности основная целевая аудитория ПО — представители научно-исследовательских организаций. Национальными лидерами по пользовательской активности являются Германия (родина проекта), США, Россия и Китай, а в последние годы прирост формируется за счет Индии, Бразилии, Австралии, Румынии и других.

Рис 13. География пользователей ГИС SAGA

География сообщества пользователей ГИС SAGA на основании статистики загрузок файлов инсталляции из репозитория на SourceForge.net за период с 20.02.2004 по 01.07.2012.

Движущие силы развития

Ключевыми фигурами, стоящими у истоков разработки ГИС SAGA, являются заведующий кафедрой физической географии Института географии Гамбургского университета проф., д-р Jьrgen Bцhner и научный сотрудник кафедры д-р Olaf Conrad. После выхода SAGA под Универсальной общественной лицензией GNU в 2004 году проект пополнился активными участниками и существенными вкладами:

• · Victor Olaya — интеграция аналитических алгоритмов SAGA в библиотеку анализа пространственных данных SEXTANTE (Sistema Extremeno de Analisis Territorial), развитие системы и разработка модулей, руководство пользователя
• · Tomas Schorr — геоинформационная поддержка точного земледелия в проекте GEOSTEP, совместимость с Linux, Unicode и 64bit, интерфейс SAGA-Python
• · Volker Wichmann — диссертация на тему моделирования гравитационно-осыпных процессов, сотрудничество с Laserdata GmbH, поддержка и документация, развитие системы и разработка модулей;
• · Vern Cimmery — документация и руководство пользователя для версии 2.0
• · Alexander Brenning — плагин RSAGA, обеспечивающий доступ к модулям SAGA из среды R
• · J. van de Wauw — поддержка и распространение версий для Linux (Debian, Ubuntu), исправление ошибок, разработка модулей,

а также многими другими, занятыми преимущественно доработкой модулей и документации.

Организации

Развитие SAGA подчиняется исследовательским интересам ее изобретателей, разработчиков и активных пользователей, которые являются представителями различных объединений. «Колыбелью» проекта стала кафедра физической географии Гёттингенского университета, а в 2007 году центр разработки переместился на кафедру физической географии Института географии Гамбургского университета. В «академическое ядро» поддержки SAGA также входят:

• · Институт физической географии и ландшафтной экологии, Ганноверский университет Вильгельма Лейбница;
• · Центр геоинформатики Z_GIS, Зальцбургский университет;
• · Отделение географии, Боннский университет;
• · Кафедра физической географии, Католический университет Айхштет-Ингольштадта;
• · Лаборатория ДЗ и ГИС, Кёльнский университет;
• · Институт агроэкологии / RLP AgroScience федеральной земли Рейнланд-Пфальц.

Коммерческая сторона представлена компаниями:

• · SciLands GmbH, Гёттинген — объединяет географический анализ с современными информационными технологиями для решения различных задач в сфере ландшафтных и геоэкологических исследований. Благодаря сотрудничеству с научно-исследовательскими и коммерческим организациями, SciLands внедряет ГИС SAGA в решение практических задач
• · Laserdata GmbH, Иннсбрук — использует SAGA в качестве основы развития собственного ПО для обработки и анализа данных лидарной съемки — LiDAR Software (LiS). В результате такого взаимовыгодного сотрудничества SAGA совершенствует свои возможности обработки и анализа данных лазерного сканирования

Анализ ЦМР

Геоморфометрический анализ традиционно одна из сильных сторон SAGA. Весь набор доступных для расчета на основе ЦМР параметров и характеристик можно условно разделить на несколько тематических блоков:

• · форма поверхности — угол наклона (Slope) и кривизны (Plan, Profile and Mean Curvatures, Convergence Index), шероховатость поверхности (Terrain Ruggedness Index), классификация элементов рельефа (Topographic Position Index, TPI Based Landform Classification);
• · освещенность, видимость и количество тепла — солярная экспозиция склонов (Aspect), аналитическая отмывка рельефа (Analytical Hillshading), анализ зон видимости (Visibility), суммарная, прямая и рассеянная солнечна радиация (Potential Incoming Solar Radiation), температура земной поверхности (Land Surface Temperature);
• · миграция вещества и энергии в твердом и жидком состоянии — комплексные индексы, оценивающие перераспределение твердого и жидкого стока (Topographic Wetness Index, SAGA Wetness Index, Mass Balance Index), потенциал площадной и линейной эрозии (LS Factor, Stream Power Index);
• · гидрологический анализ — моделирование поверхностного стока (Catchment Area, Flow Width, Upslope Area), оконтуривание сети тальвегов и водосборных бассейнов (Channel Network, Drainage Basins).

Все это делает SAGA весьма полезной для тематического картографирования и прикладного анализа в геоморфологии, ландшафтоведении, почвоведении и гидрологии.