Параметры поверхности (Анализ растра)

Краткая информация

Определяет параметры растра поверхности, такие как экспозиция, уклон и некоторые типы кривизны, с использованием геодезических методов.

Вычисления выполняются по принципу ячейка за ячейкой, путем подгонки локальной поверхности вокруг целевой ячейки.

Использование

• Этот инструмент портала для анализа растров доступен, если вы вошли в портал ArcGIS Enterprise с ArcGIS Image Server, настроенным для Анализ растров. Когда инструмент запущен, ArcGIS Pro выступает в качестве клиента, а обработка происходит на серверах, интегрированных с ArcGIS Enterprise. Инструмент портала использует слои портала в качестве входных данных и создает выходные данные на этом же портале.

  Параметр Входной растровый слой поддерживает слой портала, URI или URL сервиса изображений или выходные данные инструмента Создать слой сервера изображений. Входной векторный слой может быть слоем портала или URI либо URL сервиса объектов. Указанный инструмент не поддерживает локальные наборы растровых данных или слои. Хотя вы можете использовать локальные векторные данные или слои как входные данные для инструментов портала, лучше все же использовать слои портала в качестве входных данных.

• Если указана опция Уклон 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 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. Опции кривизны в Типе параметра описываются как:

  • Средняя кривизна — будет измерена общая кривизна поверхности. Она вычисляется как среднее из минимальной и максимальной кривизны. Если указана эта опция, 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).
  • Тангенциальная (нормальной изолинии) кривизна - 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.
  • Профильная кривизна (нормальной линии уклона) - 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.
  • Плановая кривизна (проецированной изолинии) — кривизна в направлении изолиний.
  • Геодезическое кручение изолинии — скорость изменения.угла уклона в направлении изолиний.
  • Гауссова кривизна — 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 — 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 указанной в параметрах среды Выходной системы координат.

• Опция Квадратическая в Типе локальной поверхности 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 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 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 (useAdaptiveNeighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD" как 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 гарантирует 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 значения параметра Выходные единицы измерения уклона:

  • Градусы - диапазон значений уклона составляет от 0 до 90.
  • Процентное увеличение — диапазон составляет от 0 до 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 (projectGeodesicAzimuths = "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, заданной в параметрах среды. Эти углы можно использовать для точного определения точек на самом крутом склоне.

• Если отмечен параметр Использовать экваториальную экспозицию (useEquatorialAspect = "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.

Параметры

Диалог

Подпись	Описание	Тип данных
Растр входной поверхности	Входной растр поверхности. Он может быть целочисленными или с плавающей точкой.	Raster Layer; Image Service; String
Выходное имя растра	Имя выходного слоя растрового сервиса.	String
Тип параметра (Дополнительный)	Задает тип параметра вычисляемой выходной поверхности. Уклон—Вычисляется диапазон изменений по высоте. Это значение по умолчанию Экспозиция—Вычисляется направление уклона максимальной скорости изменения для каждой ячейки. Средняя кривизна—Измеряется общая кривизна поверхности. Она вычисляется как среднее из минимальной и максимальной кривизны. Эта кривизна описывает внутреннюю выпуклость или вогнутость поверхности, независимо от направления или влияния силы тяжести. Тангенциальная кривизна (нормальной изолинии)—Измеряется геометрически нормальная кривизна перпендикулярно линии уклона, по касательной к изолинии. Эта кривизна обычно применяется для характеристики сходимости или расходимости потоков на поверхности. Кривизна профиля (линии нормального уклона)—Измеряется геометрически нормальная кривизна вдоль линии уклона. Эта кривизна обычно применяется для характеристики ускорения или замедления потоков на поверхности. Плановая кривизна (проецированной изолинии)—Измеряется кривизна вдоль изолиний. Геодезическое кручение изолинии—Измеряется скорость изменения угла уклона вдоль изолиний. Гауссова кривизна—Измеряется общая кривизна поверхности. Она измеряется как продукт минимальной и максимальной кривизны. Кривизна Казаратти—Измеряется общая кривизна поверхности. Она может быть нулевой или другим положительным значением.	String
Тип локальной поверхности (Дополнительный)	Определяет тип функции поверхности, которая будет вычислена вокруг целевой ячейки. Квадратическая—Подбирает квадратическую функцию поверхности к ячейкам окрестности. Это значение по умолчанию Биквадратическая—Подбирает биквадратическую функцию поверхности к ячейкам окрестности.	String
Расстояние до соседних объектов (Дополнительный)	Выходные данные рассчитываются на этом расстоянии от центра целевой ячейки. Определяет размер окрестности. Значением по умолчанию является размер ячейки входного растра, в результате чего получается окрестность 3 x 3.	Linear Unit
Использовать адаптивную окрестность (Дополнительный)	Указывает, будет ли расстояние окрестности меняться в соответствии с изменениями ландшафта. Максимальное расстояние определяется расстоянием окрестности. Минимальное расстояние - это размер ячейки входного растра. Не отмечено — использовать одно (фиксированное) расстояние окрестности для всех местоположений. Это значение по умолчанию Отмечено — использовать адаптивное расстояние окрестности для всех местоположений.	Boolean
Z-единицы (Дополнительный)	Задает линейные единицы измерения, которые будет использоваться для вертикальных z-значений. Они определяется вертикальной системой координат, если она указана. Если вертикальной системы координат нет, то единицы измерения z-значений необходимо указать в списке единиц, чтобы обеспечить точный геодезический расчет. По умолчанию метры. Дюйм—Линейными единицами измерения будут дюймы. Фут—Линейными единицами измерения будут футы. Ярд—Линейными единицами измерения будут ярды. Миля (США)—Линейными единицами измерения будут мили. Морская миля—Линейными единицами измерения будут морские мили. Миллиметр—Линейными единицами измерения будут миллиметры. Сантиметр—Линейными единицами измерения будут сантиметры. Метр—Линейными единицами измерения будут метры. Километр—Линейными единицами измерения будут километры. Дециметр—Линейными единицами измерения будут дециметры.	String
Измерение выходного уклона (Дополнительный)	Единицы измерения (градусы или проценты) выходного растра уклонов. Это параметр активен только в тех случаях, когда Тип параметра установлен на Уклон. Градусы—Уклон вычисляется в градусах. Процентное увеличение—Крутизна склона вычисляется как процент увеличения и называется также уклоном в процентах.	String
Проецировать геодезические азимуты (Дополнительный)	Определяет, будут ли геодезические азимуты спроецированы с учетом корректного искажения углов, вызванного выходной пространственной привязкой. Не отмечено—геодезические азимуты не будут спроецированы. Это значение по умолчанию Отмечено—геодезические азимуты будут спроецированы.	Boolean
Использовать экваториальную экспозицию (Дополнительный)	Определяет, будет ли экспозиция измерятся от точки на экваторе, или от северного полюса. Не отмечено — экспозиция измеряется от северного полюса. Это значение по умолчанию Отмечено — экспозиция измеряется от точки на экваторе.	Boolean

Производные выходные данные

Подпись	Описание	Тип данных
Выходной растр	Выходная растровая поверхность.	Raster Layer

Python

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

Имя	Описание	Тип данных
inputSurfaceRaster	Входной растр поверхности. Он может быть целочисленными или с плавающей точкой.	Raster Layer; Image Service; String
outputRasterName	Имя выходного слоя растрового сервиса.	String
parameterType (Дополнительный)	Задает тип параметра вычисляемой выходной поверхности. SLOPE—Вычисляется диапазон изменений по высоте. Это значение по умолчанию ASPECT—Вычисляется направление уклона максимальной скорости изменения для каждой ячейки. MEAN_CURVATURE—Измеряется общая кривизна поверхности. Она вычисляется как среднее из минимальной и максимальной кривизны. Эта кривизна описывает внутреннюю выпуклость или вогнутость поверхности, независимо от направления или влияния силы тяжести. TANGENTIAL_CURVATURE—Измеряется геометрически нормальная кривизна перпендикулярно линии уклона, по касательной к изолинии. Эта кривизна обычно применяется для характеристики сходимости или расходимости потоков на поверхности. PROFILE_CURVATURE—Измеряется геометрически нормальная кривизна вдоль линии уклона. Эта кривизна обычно применяется для характеристики ускорения или замедления потоков на поверхности. CONTOUR_CURVATURE—Измеряется кривизна вдоль изолиний. CONTOUR_GEODESIC_TORSION—Измеряется скорость изменения угла уклона вдоль изолиний. GAUSSIAN_CURVATURE—Измеряется общая кривизна поверхности. Она измеряется как продукт минимальной и максимальной кривизны. CASORATI_CURVATURE—Измеряется общая кривизна поверхности. Она может быть нулевой или другим положительным значением.	String
localSurfaceType (Дополнительный)	Определяет тип функции поверхности, которая будет вычислена вокруг целевой ячейки. QUADRATIC—Подбирает квадратическую функцию поверхности к ячейкам окрестности. Это значение по умолчанию BIQUADRATIC—Подбирает биквадратическую функцию поверхности к ячейкам окрестности.	String
neighborhoodDistance (Дополнительный)	Выходные данные рассчитываются на этом расстоянии от центра целевой ячейки. Определяет размер окрестности. Значением по умолчанию является размер ячейки входного растра, в результате чего получается окрестность 3 x 3.	Linear Unit
useAdaptiveNeighborhood (Дополнительный)	Указывает, будет ли расстояние окрестности меняться в соответствии с изменениями ландшафта. Максимальное расстояние определяется расстоянием окрестности. Минимальное расстояние - это размер ячейки входного растра. FIXED_NEIGHBORHOOD—Одно (фиксированное) расстояние окрестности для всех местоположений. Это значение по умолчанию ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD—Адаптивное расстояние окрестности для всех местоположений.	Boolean
zUnit (Дополнительный)	Задает линейные единицы измерения, которые будет использоваться для вертикальных z-значений. Они определяется вертикальной системой координат, если она указана. Если вертикальной системы координат нет, то единицы измерения z-значений необходимо указать в списке единиц, чтобы обеспечить точный геодезический расчет. По умолчанию метры. INCH—Линейными единицами измерения будут дюймы. FOOT—Линейными единицами измерения будут футы. YARD—Линейными единицами измерения будут ярды. MILE_US—Линейными единицами измерения будут мили. NAUTICAL_MILE—Линейными единицами измерения будут морские мили. MILLIMETER—Линейными единицами измерения будут миллиметры. CENTIMETER—Линейными единицами измерения будут сантиметры. METER—Линейными единицами измерения будут метры. KILOMETER—Линейными единицами измерения будут километры. DECIMETER—Линейными единицами измерения будут дециметры.	String
outputSlopeMeasurement (Дополнительный)	Единицы измерения (градусы или проценты) выходного растра уклонов. Параметр доступен только при соблюдении условия parameterType = "SLOPE". DEGREE—Уклон вычисляется в градусах. PERCENT_RISE—Крутизна склона вычисляется как процент увеличения и называется также уклоном в процентах.	String
projectGeodesicAzimuths (Дополнительный)	Определяет, будут ли геодезические азимуты спроецированы с учетом корректного искажения углов, вызванного выходной пространственной привязкой. GEODESIC_AZIMUTHS—Геодезические азимуты не будут спроецированы. Это значение по умолчанию PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS—Геодезические азимуты будут спроецированы.	Boolean
useEquatorialAspect (Дополнительный)	Определяет, будет ли экспозиция измерятся от точки на экваторе, или от северного полюса. NORTH_POLE_ASPECT—Экспозиция измеряется от северного полюса. Это значение по умолчанию EQUATORIAL_ASPECT—Экспозиция измеряется от точки на экваторе.	Boolean

Производные выходные данные

Имя	Описание	Тип данных
outputRaster	Выходная растровая поверхность.	Raster Layer

Пример кода

SurfaceParameters пример 1 (окно Python)

В этом примере вычисляется уклон в градусах, на основании окна размером 3х3 ячейки, выходной слой при этом сохраняется в виде слоя сервиса изображений на основании входной поверхности.

import arcpy

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

SurfaceParameters, пример 2 (автономный скрипт)

В этом примере создается сервис изображений поверхности тангенциальной кривизны с использованием окна адаптивной окрестности на основании входной поверхности.

#---------------------------------------------------------------------------
# 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)

Параметры среды

Экстент, Размер ячейки, Маска, Выходная система координат, Пирамидные слои, Растр привязки

Информация о лицензиях

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