Выходные параметры вычисляются по отдельным ячейкам путем подстраивания локальной поверхности вокруг целевой ячейки. Доступны следующие опции параметров поверхности для Типа параметра (parameter_type в Python) - Уклон, Экспозиция, Средняя кривизна, Тангенциальная кривизна (нормальной изолинии) и Профильная кривизна (линии нормального уклона) Плановая кривизна (проецированной изолинии), Геодезическое кручение изолинии, Гауссова кривизна и Кривизна Казаратти.
Все выходные параметры вычисляются с учетом геодезических координат и уравнений.
Если указана опция Уклон (SLOPE в Python) для Типа параметра, то результат будет представлять собой скорость изменений высоты для каждой ячейки цифровой матрицы рельефа (ЦМР). Это первая производная от ЦМР. Диапазон значений из выходных результатов уклона зависит от типа единиц измерения.
Если выбрана опция Экспозиция (ASPECT в Python) для Типа параметра, то результат определяет направления по компасу уклона склона для каждого местоположения. Она выражается положительными значениями градусов от 0 до 360, измеряемыми по часовой стрелке от направления на север.
Кривизна используется для описания формы поверхности. Применительно к наукам о Земле она используется для понимания воздействия силы тяжести, эрозии и других сил на поверхность, а также в сочетании с другими параметрами поверхности для идентификации и классификации форм рельефа.
- Средняя кривизна (MEAN_CURVATURE в Python) измеряет общую кривизну поверхности. Она вычисляется как среднее из минимальной и максимальной кривизны. Если она задана как Тип параметра, то результат будет соответствовать среднему от кривизны профиля (линии нормального уклона) и тангенциальной кривизны (нормальной изолинии). Ее знак, положительный или отрицательный, не является окончательным индикатором, за исключением крайних значений. Высокие положительные значения указывают на области максимальной денудации, а высокие отрицательные значения указывают на области максимального накопления (Minár et al., 2020).
- Профильная кривизна (нормальной линии уклона) (PROFILE_CURVATURE в Python) измеряет геометрическую нормальную кривизну вдоль линии уклона. Положительные значения указывают на области ускорения поверхностного потока и эрозии. Отрицательная кривизна профиля указывает на области замедления поверхностного потока и осаждения. Положительная кривизна профиля (линии нормального уклона) означает, что поверхность в этой ячейке выпуклая в направлении уклона. Отрицательная кривизна указывает, что поверхность вогнута в этой ячейке в том же направлении. Значение 0 указывает, что поверхность плоская.
- Тангенциальная (нормальной изолинии) кривизна (TANGENTIAL_CURVATURE в Python) измеряет геометрически нормальную кривизну перпендикулярно линии уклона, по касательной к изолинии. Положительные значения указывают на области расходящегося поверхностного потока. Отрицательная тангенциальная кривизна указывает на области сходящегося поверхностного потока. Положительная тангенциальная кривизна (нормальной изолинии) означает, что поверхность в этой ячейке выпуклая перпендикулярно направлению уклона. Отрицательная кривизна указывает, что поверхность вогнута в этой ячейке в направлении, перпендикулярном уклону. Значение 0 указывает, что поверхность плоская.
- Плановая кривизна (проецированной изолинии) (CONTOUR_CURVATURE в Python) — кривизна в направлении изолиний.
- Геодезическое кручение изолинии (CONTOUR_GEODESIC_TORSION в Python) — скорость изменения.угла уклона в направлении изолиний.
- Гауссова кривизна (GAUSSIAN_CURVATURE в Python) — общая кривизна поверхности. Она вычисляется как продукт минимальной и максимальной кривизны, может быть как положительной, так и отрицательной. Положительные значения показывают, что поверхность выпуклая, а отрицательные значения – поверхность вогнутая. Значение 0 указывает, что поверхность плоская.
- Кривизна Казаратти (CASORATI_CURVATURE в Python) — общая кривизна поверхности. Она может быть нулевая или только положительная. Высокие положительные значения указывают на области с резкими перегибами в нескольких направлениях.
Единицы измерения выходных данных всех трех типов кривизны будут обратными (квадратами обратных для Гауссовой кривизны) xy единицам Выходной системы координат.
Опция Квадратическая (QUADRATIC в Python) в Типе локальной поверхности (local_surface_type в Python) не в точности соответствует ячейкам окрестности. Это значение по умолчанию и она является рекомендованной для большинства данных и приложений.
- Квадратическая поверхность минимизирует эффект зашумленных данных поверхности, например, данные поверхности лидар с высоким разрешением, что особенно важно при вычислении кривизны.
- Квадратическую поверхность следует использовать при настройке размера окрестности, которая больше размера ячейки, а также при использовании опции адаптивного соседства.
Опция Биквадратическая (BIQUADRATIC в Python) в Типе локальной поверхности в точности соответствует данным из ячеек окрестности.
- Эта опция подходит для входной поверхности высокой точности.
- Если расстояние соседства больше, чем размер ячейки входного растра, то преимущества точности поверхности биквадратического типа будут утеряны. Расстояние окрестности следует оставить по умолчанию (равным размеру ячейки).
Расстояние окрестности (neighborhood_distance в Python) определяет размер окрестности и вычисляет параметр поверхности на этом расстоянии от центра целевой ячейки.
- Оно не может быть меньше, чем размер ячейки входного растра.
- Меньшее расстояние окрестности собирает большее локальное разнообразие в ландшафте, а также характеристики меньших ландшафтных объектов. Для данных высот с высоким разрешением более подходящими будут длинные расстояния.
Если отмечен параметр Использовать адаптивную окрестность (use_adaptive_neighborhood задан как ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD в Python), то расстояние окрестности будет меняться при изменении рельефа. Расстояние окрестности будет сокращено, если в окне вычисления будет выявлено слишком сильное разнообразие.
Настройка Z единиц поверхности (z-unit в Python) важна, чтобы гарантировать правильное вычисление выходного уклона.
Если единицы измерения z-значения имеются в вертикальной системе координат входного растра, то они будут применяться автоматически. Рекомендуется задать единицы измерения z для входного растра, если они утрачены. Вы можете использовать инструмент Определить проекцию для указания z-значения. Если они не указаны, по умолчанию будут применяться метры.
Диапазон значений выходных результатов уклона зависит от типа Выходных единиц измерения уклона (output_slope_measurement в Python):
- Для Градусов (DEGREE в Python) диапазон значений уклона будет от 0 до 90.
- Для Процентного увеличения (PERCENT_RISE в Python) диапазон будет от 0 до практически бесконечности. Плоская поверхность соответствует значению 0 процентов, уклон поверхности в 45 градусов соответствует 100 процентам подъема, и по мере того, как поверхность становится более вертикальной, процент подъема все больше и больше увеличивается.
Если отмечен параметр Проецировать геодезические азимуты (project_geodesic_azimuths установлен как PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS в Python), истиной будет следующее:
- Север будет всегда по направлению 360 градусов.
- Азимуты будут спроецированы с учетом искажения, вызванного неравноугольной Выходной системой координат. Эти углы можно использовать для точного определения точек на самом крутом склоне.
Отметьте параметр Проецировать геодезические азимуты, если вы используете результат Параметров поверхности как входные данные обратного направления в параметре Входной растр обратного направления или направления стока (in_back_direction_raster в Python) для группы инструментов Расстояние.
Если отмечен параметр Использовать экваториальную экспозицию (project_geodesic_azimuths задан как USE_EQUATORIAL_ASPECT в Python), то экспозиция будет измерена от точки вдоль экватора, чтобы скорректировать скос направления, который возникает при приближении к полюсам. Эта опция будет гарантировать, что оси север-юг и запад-восток проходят перпендикулярно друг другу.
Отметьте параметр Использовать экваториальную экспозицию, если ваша территория расположена близко к северному или южному полюсу.
См. раздел Среда анализа и Spatial Analyst для получения дополнительной информации о среде геообработки данного инструмента.
Литература:
- James D.E., M.D. Tomer, S.A. Porter. (2014). Trans-scalar landform segmentation from high-resolution digital elevation models. Poster presented at: ESRI Annual Users Conference; July 2014; San Diego, California.
- Minár, J., Evans, I. S., & 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