Oberflächenparameter (Raster Analysis)

Zusammenfassung

Ermittelt mithilfe von geodätischen Methoden Parameter eines Oberflächen-Rasters wie Ausrichtung, Neigung und mehrere Arten von Krümmungen.

Die Berechnungen werden Zelle für Zelle durchgeführt, indem eine lokale Oberfläche um eine Zielzelle angeordnet wird.

Verwendung

• Dieses Portal-Werkzeug für die Raster-Analyse ist verfügbar, wenn Sie bei einem ArcGIS Enterprise-Portal mit einem für Raster Analysis konfigurierten ArcGIS Image Server angemeldet sind. Beim Aufruf des Werkzeugs dient ArcGIS Pro als Client. Die Verarbeitung erfolgt auf den Servern, die mit ArcGIS Enterprise verbunden sind. Das Portal-Werkzeug akzeptiert Layer aus dem Portal als Eingabe und erstellt die Ausgabe im Portal.

  Als Eingabe-Raster-Layer kann ein Layer aus dem Portal, ein URI bzw. eine URL zu einem Image-Service oder die Ausgabe des Werkzeugs Image Server-Layer erstellen verwendet werden. Bei dem Eingabe-Feature-Layer kann es sich um einen Layer aus dem Portal oder ein URI bzw. eine URL zu einem Feature-Service handeln. Lokale Raster-Daten oder -Layer werden von diesem Werkzeug nicht unterstützt. Obwohl Sie lokale Feature-Daten und Layer als Eingabe für dieses Portal verwenden können, empfiehlt es sich, Layer aus Ihrem Portal als Eingabe zu nutzen.

• Wenn für Parametertyp die Option Neigung 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 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 erklären. Sie wird zusammen mit anderen Oberflächenparametern verwendet, um Terrains zu identifizieren und zu klassifizieren. Die Krümmungsoptionen für Parametertyp werden wie folgt beschrieben:

  • Mittlere Krümmung: Die Gesamtkrümmung der Oberfläche. Sie wird als Mittelwert der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Wenn diese Option 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).
  • Tangentialkrümmung (Normalkontur): 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.
  • Profilkrümmung (Normalneigungslinie): 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.
  • Plankrümmung (projizierte Kontur): Die Krümmung entlang Konturlinien.
  • Geodätische Torsion der Kontur: Änderungsrate des Neigungswinkels entlang Konturlinien.
  • Gauß'sche Krümmung: Die allgemeine Krümmung einer 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: Die allgemeine Krümmung einer Oberfläche. Sie kann Null oder stets positiv sein. Hohe positive Werte weisen auf Bereiche mit scharfen Biegungen in mehrere Richtungen hin.

  Die Einheiten aller Krümmungstyp-Ausgaben entsprechen dem Kehrwert (Quadrat des reziproken Wertes für Gauß'sche Krümmung) der X- und Y-Einheiten der Umgebungseinstellung Ausgabe-Koordinatensystem.

• Mit der Option Quadratisch des Parameters Typ der lokalen Oberfläche 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 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 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, z. B. Merkmale kleinerer Landschafts-Features. Bei Höhendaten mit hoher Auflösung sind größere Entfernungen möglicherweise besser geeignet.

• Wenn der Parameter Adaptive Nachbarschaft verwenden aktiviert ist (useAdaptiveNeighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD" in Python), 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 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 vom Parameterwert Messwert der Ausgabeneigung ab.

  • Grad: Es können Neigungswerte von 0 bis 90 angegeben werden.
  • Prozentanstieg: Es können Werte von 0 bis zu theoretisch unendlich angegeben werden. 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 (projectGeodesicAzimuths = "PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS" in Python ), gilt Folgendes:

  • 360 Grad stellt den Norden dar.
  • Die Azimute werden projiziert, um die Verzerrung zu korrigieren, die durch einen nicht konformen Systemwert für die Umgebung vom Typ Ausgabekoordinatensystem verursacht wird. Diese Winkel können verwendet werden, um Punkte entlang der steilsten Abwärtsneigung genau zu verorten.

• Wenn der Parameter Äquatorausrichtung verwenden aktiviert ist (useEquatorialAspect = "EQUATORIAL_ASPECT" in Python), 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.

Parameter

Dialogfeld

Beschriftung	Erläuterung	Datentyp
Eingabe-Oberflächen-Raster	Das Eingabe-Oberflächen-Raster. Das Raster kann ein Ganzzahl- oder Gleitkomma-Raster sein.	Raster Layer; Image Service; String
Ausgabe-Raster-Name	Der Name des Ausgabe-Raster-Service.	String
Parametertyp (optional)	Gibt den Parametertyp der Ausgabe-Oberfläche an, der berechnet wird. Neigung—Die Änderungsrate der Höhe wird berechnet. Dies ist die Standardeinstellung. Ausrichtung—Die Neigungsrichtung der maximalen Änderungsrate wird für jede Zelle berechnet. Mittlere Krümmung—Es wird die Gesamtkrümmung der Oberfläche gemessen. Sie wird als Mittelwert der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Diese Krümmung beschreibt die intrinsische Konvexität oder Konkavität der Oberfläche unabhängig von der Richtung oder den Gravitationskräften. Tangentialkrümmung (Normalkontur)—Es wird die geometrische Normalkrümmung senkrecht zur Neigungslinie, tangential zur Konturlinie gemessen. Diese Krümmung wird i. d. R. angewendet, um die Fließkonvergenz oder -divergenz auf der Oberfläche zu beschreiben. Profilkrümmung (Normalneigungslinie)—Es wird die geometrische Normalkrümmung entlang der Neigungslinie gemessen. Diese Krümmung wird i. d. R. angewendet, um die Fließbeschleunigung oder -verlangsamung auf der Oberfläche zu beschreiben. Plankrümmung (projizierte Kontur)—Es wird die Krümmung entlang der Konturlinien gemessen. Geodätische Torsion der Kontur—Es wird die Änderungsrate des Neigungswinkels entlang der Konturlinien gemessen. Gauß'sche Krümmung—Es wird die Gesamtkrümmung der Oberfläche gemessen. Sie wird als Produkt der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Casorati-Krümmung—Es wird die allgemeine Krümmung der Oberfläche gemessen. Sie kann Null oder eine beliebige positive Zahl sein.	String
Typ der lokalen Oberfläche (optional)	Gibt den Typ der Oberflächenfunktion an, die um die Zielzelle angewendet wird. Quadratisch—Eine quadratische Oberflächenfunktion wird auf die benachbarten Zellen angewendet. Dies ist die Standardeinstellung. Biquadratisch—Eine biquadratische Oberflächenfunktion wird auf die benachbarten Zellen angewendet.	String
Nachbarschaftsentfernung (optional)	Die Ausgabe wird über diese Entfernung ab dem Mittelpunkt der Zielzelle berechnet. Sie bestimmt die Nachbarschaftsgröße. Der Standardwert ist die Eingabe-Raster-Zellengröße. Das Ergebnis ist eine 3 x 3-Nachbarschaft.	Linear Unit
Adaptive Nachbarschaft verwenden (optional)	Gibt an, ob sich die Nachbarschaftsentfernung mit Landschaftsänderungen (adaptiv) ändert. Die maximale Entfernung wird durch die Nachbarschaftsentfernung bestimmt. Die minimale Entfernung ist die Eingabe-Raster-Zellengröße. Deaktiviert: An allen Positionen wird eine einzelne (feste) Nachbarschaftsentfernung verwendet. Dies ist die Standardeinstellung. Aktiviert: An allen Positionen wird eine adaptive Nachbarschaftsentfernung verwendet.	Boolean
Z-Einheit (optional)	Die lineare Einheit vertikaler Z-Werte. Sie wird durch ein vertikales Koordinatensystem definiert, sofern vorhanden. Falls kein vertikales Koordinatensystem vorhanden ist, sollte die Z-Einheit mithilfe der Einheitenliste festgelegt werden, um eine korrekte geodätische Berechnung sicherzustellen. Die Standardeinstellung lautet Meter. Zoll—Die lineare Einheit ist Zoll. Fuß—Die lineare Einheit ist Fuß. Yard—Die lineare Einheit ist Yard. Meilen (US)—Die lineare Einheit ist Meilen. Seemeile—Die lineare Einheit ist Seemeilen. Millimeter—Die lineare Einheit ist Millimeter. Zentimeter—Die lineare Einheit ist Zentimeter. Meter—Die lineare Einheit ist Meter. Kilometer—Die lineare Einheit ist Kilometer. Dezimeter—Die lineare Einheit ist Dezimeter.	String
Messwert der Ausgabeneigung (optional)	Die Maßeinheiten (Grad oder Prozent), die für das Ausgabe-Neigungs-Raster verwendet werden. Dieser Parameter ist nur aktiv, wenn für Parametertyp der Wert Neigung festgelegt ist. Grad—Der Neigungswinkel wird in Grad berechnet. Prozentanstieg—Der Neigungswinkel wird als prozentuale Steigung berechnet, die auch als prozentuale Neigung bezeichnet wird.	String
Geodätische Azimute projizieren (optional)	Legt fest, ob geodätische Azimute projiziert werden, um die durch den Ausgabe-Raumbezug verursachte Winkelverzerrung zu korrigieren. Deaktiviert: Geodätische Azimute werden nicht projiziert. Dies ist die Standardeinstellung. Aktiviert: Geodätische Azimute werden projiziert.	Boolean
Äquatorausrichtung verwenden (optional)	Gibt an, ob die Ausrichtung von einem Punkt am Äquator oder vom Nordpol gemessen wird. Deaktiviert: Die Ausrichtung wird vom Nordpol gemessen. Dies ist die Standardeinstellung. Aktiviert: Die Ausrichtung wird von einem Punkt am Äquator gemessen.	Boolean

Abgeleitete Ausgabe

Beschriftung	Erläuterung	Datentyp
Ausgabe-Raster	Der Parameter "Ausgabe-Oberflächen-Raster".	Raster Layer

Python

arcpy.ra.SurfaceParameters(inputSurfaceRaster, outputRasterName, {parameterType}, {localSurfaceType}, {neighborhoodDistance}, {useAdaptiveNeighborhood}, {zUnit}, {outputSlopeMeasurement}, {projectGeodesicAzimuths}, {useEquatorialAspect})

Name	Erläuterung	Datentyp
inputSurfaceRaster	Das Eingabe-Oberflächen-Raster. Das Raster kann ein Ganzzahl- oder Gleitkomma-Raster sein.	Raster Layer; Image Service; String
outputRasterName	Der Name des Ausgabe-Raster-Service.	String
parameterType (optional)	Gibt den Parametertyp der Ausgabe-Oberfläche an, der berechnet wird. SLOPE—Die Änderungsrate der Höhe wird berechnet. Dies ist die Standardeinstellung. ASPECT—Die Neigungsrichtung der maximalen Änderungsrate wird für jede Zelle berechnet. MEAN_CURVATURE—Es wird die Gesamtkrümmung der Oberfläche gemessen. Sie wird als Mittelwert der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Diese Krümmung beschreibt die intrinsische Konvexität oder Konkavität der Oberfläche unabhängig von der Richtung oder den Gravitationskräften. TANGENTIAL_CURVATURE—Es wird die geometrische Normalkrümmung senkrecht zur Neigungslinie, tangential zur Konturlinie gemessen. Diese Krümmung wird i. d. R. angewendet, um die Fließkonvergenz oder -divergenz auf der Oberfläche zu beschreiben. PROFILE_CURVATURE—Es wird die geometrische Normalkrümmung entlang der Neigungslinie gemessen. Diese Krümmung wird i. d. R. angewendet, um die Fließbeschleunigung oder -verlangsamung auf der Oberfläche zu beschreiben. CONTOUR_CURVATURE—Es wird die Krümmung entlang der Konturlinien gemessen. CONTOUR_GEODESIC_TORSION—Es wird die Änderungsrate des Neigungswinkels entlang der Konturlinien gemessen. GAUSSIAN_CURVATURE—Es wird die Gesamtkrümmung der Oberfläche gemessen. Sie wird als Produkt der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. CASORATI_CURVATURE—Es wird die allgemeine Krümmung der Oberfläche gemessen. Sie kann Null oder eine beliebige positive Zahl sein.	String
localSurfaceType (optional)	Gibt den Typ der Oberflächenfunktion an, die um die Zielzelle angewendet wird. QUADRATIC—Eine quadratische Oberflächenfunktion wird auf die benachbarten Zellen angewendet. Dies ist die Standardeinstellung. BIQUADRATIC—Eine biquadratische Oberflächenfunktion wird auf die benachbarten Zellen angewendet.	String
neighborhoodDistance (optional)	Die Ausgabe wird über diese Entfernung ab dem Mittelpunkt der Zielzelle berechnet. Sie bestimmt die Nachbarschaftsgröße. Der Standardwert ist die Eingabe-Raster-Zellengröße. Das Ergebnis ist eine 3 x 3-Nachbarschaft.	Linear Unit
useAdaptiveNeighborhood (optional)	Gibt an, ob sich die Nachbarschaftsentfernung mit Landschaftsänderungen (adaptiv) ändert. Die maximale Entfernung wird durch die Nachbarschaftsentfernung bestimmt. Die minimale Entfernung ist die Eingabe-Raster-Zellengröße. FIXED_NEIGHBORHOOD—An allen Positionen wird eine einzelne (feste) Nachbarschaftsentfernung verwendet. Dies ist die Standardeinstellung. ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD—An allen Positionen wird eine adaptive Nachbarschaftsentfernung verwendet.	Boolean
zUnit (optional)	Die lineare Einheit vertikaler Z-Werte. Sie wird durch ein vertikales Koordinatensystem definiert, sofern vorhanden. Falls kein vertikales Koordinatensystem vorhanden ist, sollte die Z-Einheit mithilfe der Einheitenliste festgelegt werden, um eine korrekte geodätische Berechnung sicherzustellen. Die Standardeinstellung lautet Meter. INCH—Die lineare Einheit ist Zoll. FOOT—Die lineare Einheit ist Fuß. YARD—Die lineare Einheit ist Yard. MILE_US—Die lineare Einheit ist Meilen. NAUTICAL_MILE—Die lineare Einheit ist Seemeilen. MILLIMETER—Die lineare Einheit ist Millimeter. CENTIMETER—Die lineare Einheit ist Zentimeter. METER—Die lineare Einheit ist Meter. KILOMETER—Die lineare Einheit ist Kilometer. DECIMETER—Die lineare Einheit ist Dezimeter.	String
outputSlopeMeasurement (optional)	Die Maßeinheiten (Grad oder Prozent), die für das Ausgabe-Neigungs-Raster verwendet werden. Dieser Parameter wird nur dann aktiviert, wenn parameterType = "SLOPE". DEGREE—Der Neigungswinkel wird in Grad berechnet. PERCENT_RISE—Der Neigungswinkel wird als prozentuale Steigung berechnet, die auch als prozentuale Neigung bezeichnet wird.	String
projectGeodesicAzimuths (optional)	Legt fest, ob geodätische Azimute projiziert werden, um die durch den Ausgabe-Raumbezug verursachte Winkelverzerrung zu korrigieren. GEODESIC_AZIMUTHS—Geodätische Azimute werden nicht projiziert. Dies ist die Standardeinstellung. PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS—Geodätische Azimute werden projiziert.	Boolean
useEquatorialAspect (optional)	Gibt an, ob die Ausrichtung von einem Punkt am Äquator oder vom Nordpol gemessen wird. NORTH_POLE_ASPECT—Die Ausrichtung wird ab dem Nordpol gemessen. Dies ist die Standardeinstellung. EQUATORIAL_ASPECT—Die Ausrichtung wird ab einem Punkt auf dem Äquator gemessen.	Boolean

Abgeleitete Ausgabe

Name	Erläuterung	Datentyp
outputRaster	Der Parameter "Ausgabe-Oberflächen-Raster".	Raster Layer

Codebeispiel

SurfaceParameters – Beispiel 1 (Python-Fenster)

In diesem Beispiel wird die Neigung in Grad mittels eines festen Nachbarschaftsfensters der Größe 3 x 3 berechnet und die Ausgabe für eine Eingabe-Oberfläche als Image-Service-Layer gespeichert.

import arcpy

arcpy.SurfaceParameters_ra(
    "https://myserver/rest/services/elevation/ImageServer", 
    "out_surfaceparameters", "SLOPE", "QUADRATIC", 
    "", "FIXED_NEIGHBORHOOD", "", "DEGREE", "", "")

SurfaceParameters – Beispiel 2 (eigenständiges Skript)

In diesem Beispiel wird ein Image-Service mit Tangentialkrümmung unter Verwendung eines adaptiven Nachbarschaftsfensters für eine Eingabe-Oberfläche erstellt.

#---------------------------------------------------------------------------
# Name: SurfaceParameters_standalone.py
# Description: Calculates tangential curvature using 
#              an adaptive neighborhood from an input surface. 
#
# Requirements: ArcGIS Image Server

# Import system modules
import arcpy

# Set local variables

inputSurface = "https://myserver/rest/services/elevation/ImageServer"
outName = "outsurfp1"
parameterType = "TANGENTIAL_CURVATURE"
localSurfaceType = "QUADRATIC"
neighborhoodDistance = "2 Meters"
useAdaptiveNeighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD"
zUnit = "#"
outputSlopeMeasure = "#"
projectGeodesicAzimuth = "#"
useEquatorialAspect = "#"

# Execute Surface Parameters raster analysis tool

arcpy.SurfaceParameters_ra(inputSurface, 
                           outName, 
                           parameterType,
                           localSurfaceType, 
                           neighborhoodDistance,
                           useAdaptiveNeighborhood, 
                           zUnit,
                           outputSlopeMeasure,
                           projectGeodesicAzimuth,
                           useEquatorialAspect)

Umgebungen

Ausdehnung, Zellengröße, Maske, Ausgabe-Koordinatensystem, Pyramide, Fang-Raster

Lizenzinformationen

• Basic: Erfordert ArcGIS Image Server
• Standard: Erfordert ArcGIS Image Server
• Advanced: Erfordert ArcGIS Image Server