Die Ausgabeparameter werden Zelle für Zelle berechnet, indem eine lokale Oberfläche um eine Zielzelle angeordnet wird. Für den Parameter Parametertyp (in Python parameter_type) sind folgende Oberflächenparameter verfügbar: Neigung, Ausrichtung, Mittlere Krümmung, Tangentialkrümmung (Normalkontur), Profilkrümmung (Normalneigungslinie), Plankrümmung (projizierte Kontur), Geodätische Torsion der Kontur, Gauß'sche Krümmung und Casorati-Krümmung.
Alle Ausgabeparameter werden mit geodätischen Koordinaten und Gleichungen berechnet.
Wenn für Parametertyp die Option Neigung (SLOPE in Python) angegeben ist, stellt die Ausgabe die Änderungsrate der Höhe für jede Zelle im digitalen Höhenmodell (DEM) dar. Dies ist die erste Ableitung eines DEM. Der Wertebereich aus der Neigungsausgabe hängt vom Typ der Maßeinheiten ab.
Wenn für Parametertyp die Option Ausrichtung (ASPECT in Python) angegeben ist, gibt die Ausgabe die Kompassrichtung des Gefälles für jede Position an. Die Ausrichtung wird als positive Gradangabe von 0 bis 360 ausgedrückt, wobei im Uhrzeigersinn von Norden aus gemessen wird.
Mit der Krümmung wird die Form einer Oberfläche beschrieben. In den Geowissenschaften hilft sie, die Auswirkungen der Schwerkraft, Erosion und anderer auf die Oberfläche wirkender Faktoren zu verstehen. Sie wird zusammen mit anderen Oberflächenparametern verwendet, um Terrains zu identifizieren und zu klassifizieren.
- Mittlere Krümmung (in Python MEAN_CURVATURE): Die Gesamtkrümmung der Oberfläche. Sie wird als Mittelwert der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Wenn sie für Parametertyp angegeben ist, entspricht die Ausgabe dem Mittelwert der Profilkrümmung (Normalneigungslinie) und Tangentialkrümmung (Normalkontur). Ihr Vorzeichen (positiv oder negativ) ist außer bei Extremwerten kein definitiver Indikator. Hohe positive Werte geben Bereiche mit maximaler Abtragung und hohe negative Werte Bereiche mit maximaler Akkumulation an (Minár et al., 2020).
- Profilkrümmung (Normalneigungslinie) (PROFILE_CURVATURE in Python): Die geometrische Normalkrümmung entlang der Neigungslinie. Positive Werte geben Bereiche mit Beschleunigung des Flusses und der Erosion der Oberfläche an. Eine negative Profilkrümmung gibt Bereiche mit Verlangsamung des Flusses und der Ablagerungen der Oberfläche an. Eine positive Profilkrümmung (Normalneigungslinie) bedeutet, dass die Oberfläche an der Zelle in Neigungsrichtung konvex ist. Eine negative Krümmung bedeutet, dass die Oberfläche an der Zelle in der gleichen Richtung konkav ist. Der Wert 0 gibt an, dass die Oberfläche eben ist.
- Tangentialkrümmung (Normalkontur) (TANGENTIAL_CURVATURE in Python): Die geometrische Normalkrümmung senkrecht zur Neigungslinie, tangential zur Konturlinie. Positive Werte geben Bereiche mit unterschiedlichem Oberflächenfluss an. Negative Tangentialkrümmungen geben Bereiche mit konvergierendem Oberflächenfluss an. Eine positive Tangentialkrümmung (Normalkontur) bedeutet, dass die Oberfläche an der senkrecht zur Neigungsrichtung ausgerichteten Zelle konvex ist. Eine negative Krümmung bedeutet, dass die Oberfläche an der senkrecht zur Neigung ausgerichteten Zelle konkav ist. Der Wert 0 gibt an, dass die Oberfläche eben ist.
- Plankrümmung (projizierte Kontur) (in Python CONTOUR_CURVATURE): Die Krümmung entlang der Konturlinien.
- Geodätische Torsion der Kontur (in Python CONTOUR_GEODESIC_TORSION): Die Änderungsrate des Neigungswinkels entlang der Konturlinien.
- Gauß'sche Krümmung (in Python GAUSSIAN_CURVATURE): Die allgemeine Krümmung der Oberfläche. Sie wird als Produkt der minimalen und maximalen Krümmung berechnet und kann negative und positive Werte annehmen. Positive Werte weisen auf eine konvexe Oberfläche in dieser Zelle hin, während negative Werte auf eine konkave Oberfläche hinweisen. Der Wert 0 gibt an, dass die Oberfläche eben ist.
- Casorati-Krümmung (in Python CASORATI_CURVATURE): Die allgemeine Krümmung der Oberfläche. Sie kann Null oder stets positiv sein. Hohe positive Werte weisen auf Bereiche mit scharfen Biegungen in mehrere Richtungen hin.
Die Einheiten aller Krümmungstypausgaben entsprechen dem Kehrwert (dem Quadrat des Kehrwertes für die Gauß'sche Krümmung) der XY-Einheiten des Ausgabekoordinatensystems.
Mit der Option Quadratisch (QUADRATIC in Python) des Parameters Typ der lokalen Oberfläche (local_surface_type in Python) wird keine genaue Übereinstimmung mit den benachbarten Zellen erzielt. Dies ist die Standardoption, und sie wird für die meisten Daten und Anwendungen empfohlen.
- Durch die quadratische Oberfläche werden die Auswirkungen verrauschter Oberflächendaten, z. B. einer LIDAR-Oberfläche mit hoher Auflösung, minimiert. Dies ist besonders wichtig, wenn die Krümmung berechnet wird.
- Verwenden Sie die quadratische Oberfläche, wenn eine Nachbarschaftsgröße angegeben wird, die die Zellengröße überschreitet, und wenn die Option "Adaptive Nachbarschaft" verwendet wird.
Mit der Option Biquadratisch (BIQUADRATIC in Python) des Parameters Typ der lokalen Oberfläche wird eine genaue Übereinstimmung mit den Daten aus den benachbarten Zellen erzielt.
- Diese Option eignet sich für eine äußerst genaue Eingabeoberfläche.
- Wenn die Nachbarschaftsentfernung die Eingabe-Raster-Zellengröße überschreitet, gehen die Genauigkeitsvorteile des Oberflächentyps "Biquadratisch" verloren. Behalten Sie den Standardwert der Nachbarschaftsentfernung (gleich der Zellengröße) unverändert bei.
Der Parameter Nachbarschaftsentfernung (neighborhood_distance in Python) bestimmt die Nachbarschaftsgröße und dient zur Berechnung des Oberflächenparameters über die Entfernung vom Mittelpunkt der Zielzelle.
- Sie darf nicht geringer als die Eingabe-Raster-Zellengröße sein.
- Eine geringe Nachbarschaftsentfernung erfasst eher die lokale Variabilität in der Landschaft, also Merkmale kleinerer Landschafts-Features. Bei Höhendaten mit hoher Auflösung sind größere Entfernungen möglicherweise besser geeignet.
Wenn der Parameter Adaptive Nachbarschaft verwenden aktiviert ist (bzw. use_adaptive_neighborhood in Python auf ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD festgelegt ist), ändert sich die Nachbarschaftsentfernung mit der Variabilität im Terrain. Die Nachbarschaftsentfernung verringert sich, wenn die Variabilität im Berechnungsfenster zu groß ist.
Der Parameterwert Z-Oberflächeneinheit (z-unit in Python) muss angegeben werden, damit die Neigungsausgabe richtig berechnet wird.
Enthält das vertikale Koordinatensystem des Eingabe-Rasters eine Z-Einheit, wird sie automatisch angewendet. Es wird empfohlen, eine Z-Einheit für das Eingabe-Raster zu definieren, wenn keine vorhanden ist. Mithilfe des Werkzeugs Projektion definieren können Sie eine Z-Einheit angeben. Sollte keine vorhanden sein, wird als Standardeinheit Meter verwendet.
Der Wertebereich der Neigungsausgabe hängt von den Maßeinheiten der Option Messwert der Ausgabeneigung (output_slope_measurement in Python) ab.
- Grad (DEGREE in Python): Die Neigungswerte von 0 bis 90.
- Prozentanstieg (PERCENT_RISE in Python): Werte von 0 bis zu theoretisch unendlich. Eine flache Oberfläche entspricht 0 Prozent, eine Oberfläche mit 45 Grad entspricht 100 Prozent. Wenn die Oberfläche senkrechter wird, verstärkt sich der prozentuale Anstieg.
Wenn der Parameter Geodätische Azimute projizieren aktiviert ist (bzw. in Python project_geodesic_azimuths auf PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS festgelegt ist), gilt Folgendes:
- 360 Grad stellt den Norden dar.
- Die Azimute werden projiziert, um die Verzerrung zu korrigieren, die durch ein nicht konformes Ausgabekoordinatensystem verursacht wird. Diese Winkel können verwendet werden, um Punkte entlang der steilsten Abwärtsneigung genau zu verorten.
Aktivieren Sie den Parameter Geodätische Azimute projizieren, wenn Sie die Ausgabe von Oberflächenparameter als Gegenrichtungseingabe im Parameter Eingabe-Gegenrichtungs- oder -Fließrichtungs-Raster (in_back_direction_raster in Python) für ein Werkzeug im Toolset "Entfernung" verwenden.
Wenn der Parameter Äquatorausrichtung verwenden aktiviert ist (bzw. in Python project_geodesic_azimuths auf USE_EQUATORIAL_ASPECT festgelegt ist), wird die Ausrichtung ab einem Punkt auf dem Äquator gemessen, um die in der Nähe der Pole auftretende Richtungsverzerrung auszugleichen. Dieser Parameter stellt sicher, dass die Nord-Süd- und Ost-West-Achse senkrecht zueinander ausgerichtet sind.
Aktivieren Sie den Parameter Äquatorausrichtung verwenden, wenn sich das Terrain nahe am Nord- oder Südpol befindet.
Weitere Informationen zur Geoverarbeitung von Umgebungen mit diesem Werkzeug finden Sie unter Analyseumgebungen und Spatial Analyst.
Referenzliste:
- James D.E., M.D. Tomer, S.A. Porter. (2014). Trans-scalar landform segmentation from high-resolution digital elevation models. Poster präsentiert bei der jährlichen ESRI User Conference, Juli 2014, San Diego, Kalifornien, USA.
- Minár, J., Evans, I. S., und Jenčo, M. (2020). A comprehensive system of definitions of land surface (topographic) curvatures, with implications for their application in geoscience modelling and prediction. Earth-Science Reviews, 103414. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103414