Параметры поверхности (3D Analyst)

Доступно с лицензией Spatial Analyst.

Доступно с лицензией 3D Analyst.

Краткая информация

Определяет параметры растровой поверхности, такие как экспозиция, уклон и кривизна.

Более подробно о том, как работает инструмент Параметры поверхности.

Использование

  • Выходные параметры вычисляются по отдельным ячейкам путем подстраивания локальной поверхности вокруг целевой ячейки. Можно вычислить пять параметров поверхности: Уклон, Экспозиция, Средняя кривизна, Тангенциальная кривизна (нормальная изолиния) и Профильная кривизна (нормальной линии уклона). Эти опции доступны в параметре Тип параметра (parameter_type в Python).

  • 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 (нормальной линии уклона) кривизна (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 профиля (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.

    Единицы измерения выходных данных всех трех типов кривизны будут обратными xy единицам Выходной системы координат.

  • Опция Квадратическая (QUADRATIC в Python) в Типе локальной поверхности (local_surface_type в Python) не соответствует в точности 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 настройки 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. Предполагается, что вы укажете единицы измерения z-значения входного растра, если они отсутствуют. 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.

  • 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.

  • 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

Параметры

ПодписьОписаниеТип данных
Входной растр поверхности

Входной растр поверхности.

Raster Layer
Выходной растр

Выходной растр.

Он будет иметь тип с плавающей точкой.

Raster Dataset
Тип параметра
(Дополнительный)

Задает тип параметра вычисляемой выходной поверхности.

  • Уклон —Диапазон изменений по высоте. Это значение по умолчанию
  • Экспозиция —Направление уклона максимальной скорости изменения для каждой ячейки.
  • Средняя кривизна —Измеряет общую кривизну 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 (кривизна изолинии) —Измеряет геометрически нормальную кривизну перпендикулярно линии уклона, по касательной к изолинии. Эта кривизна обычно применяется для характеристики сходимости или расходимости потоков на поверхности.
  • Кривизна профиля (линии нормального уклона) —Измеряет геометрически нормальную кривизну вдоль линии уклона. Эта кривизна обычно применяется для характеристики ускорения или замедления потоков на поверхности.
String
Тип локальной поверхности
(Дополнительный)

Определяет тип функции поверхности, расположенной вокруг целевой ячейки.

  • Квадратическая —Подбирает квадратическую функцию поверхности к соседним ячейкам. Это значение по умолчанию
  • Биквадратическая —Подбирает биквадратическую функцию поверхности к соседним ячейкам.
String
Расстояние окрестности
(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)

Разрешить изменять расстояние соседства 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)

Линейные единицы измерения для вертикальных z-значений.

  • Дюйм —Линейными единицами измерения могут быть дюймы.
  • Фут —Линейными единицами измерения могут быть футы.
  • Ярд —Линейными единицами измерения могут быть ярды.
  • Миля (США) —Линейными единицами измерения могут быть мили.
  • Морская миля —Линейными единицами измерения могут быть морские мили.
  • Миллиметр —Линейными единицами измерения могут быть миллиметры.
  • Сантиметр —Линейными единицами измерения могут быть сантиметры.
  • Метр —Линейными единицами измерения могут быть метры.
  • Километр —Линейными единицами измерения могут быть километры.
  • Дециметр —Линейными единицами измерения могут быть дециметры.
String
Измерение выходного уклона
(Дополнительный)

Если Тип параметра задан как Уклон, то он определяет единицы измерения (градусы или проценты) для выходного растра уклона.

  • 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)

Измеряет экспозицию от точки на экваторе.

  • Не отмечено—измеряет экспозицию от северного полюса. Это значение по умолчанию
  • Отмечено— измеряет экспозицию от точки на экваторе.
Boolean

arcpy.ddd.SurfaceParameters(in_raster, out_raster, {parameter_type}, {local_surface_type}, {neighborhood_distance}, {use_adaptive_neighborhood}, {z_unit}, {output_slope_measurement}, {project_geodesic_azimuths}, {use_equatorial_aspect})
ИмяОписаниеТип данных
in_raster

Входной растр поверхности.

Raster Layer
out_raster

Выходной растр.

Он будет иметь тип с плавающей точкой.

Raster Dataset
parameter_type
(Дополнительный)

Задает тип параметра вычисляемой выходной поверхности.

  • SLOPEДиапазон изменений по высоте. Это значение по умолчанию
  • ASPECTНаправление уклона максимальной скорости изменения для каждой ячейки.
  • MEAN_CURVATUREИзмеряет общую кривизну 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_CURVATUREИзмеряет геометрически нормальную кривизну перпендикулярно линии уклона, по касательной к изолинии. Эта кривизна обычно применяется для характеристики сходимости или расходимости потоков на поверхности.
  • PROFILE_CURVATUREИзмеряет геометрически нормальную кривизну вдоль линии уклона. Эта кривизна обычно применяется для характеристики ускорения или замедления потоков на поверхности.
String
local_surface_type
(Дополнительный)

Определяет тип функции поверхности, расположенной вокруг целевой ячейки.

  • QUADRATICПодбирает квадратическую функцию поверхности к соседним ячейкам. Это значение по умолчанию
  • BIQUADRATICПодбирает биквадратическую функцию поверхности к соседним ячейкам.
String
neighborhood_distance
(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
use_adaptive_neighborhood
(Дополнительный)

Разрешить изменять расстояние соседства в соответствии с изменениями ландшафта. Максимальное расстояние определяется расстоянием окрестности. Минимальное расстояние - это размер ячейки входного растра.

  • FIXED_NEIGHBORHOODИспользовать одно (фиксированное) расстояние окрестности для всех местоположений. Это значение по умолчанию
  • ADAPTIVE_NEIGHBORHOODИспользовать адаптивное расстояние окрестности для всех местоположений.
Boolean
z_unit
(Дополнительный)

Линейные единицы измерения 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 гарантировать точный геодезический расчет. По умолчанию метры.

  • INCHЛинейными единицами измерения могут быть дюймы.
  • FOOTЛинейными единицами измерения могут быть футы.
  • YARDЛинейными единицами измерения могут быть ярды.
  • MILE_USЛинейными единицами измерения могут быть мили.
  • NAUTICAL_MILEЛинейными единицами измерения могут быть морские мили.
  • MILLIMETERЛинейными единицами измерения могут быть миллиметры.
  • CENTIMETERЛинейными единицами измерения могут быть сантиметры.
  • METERЛинейными единицами измерения могут быть метры.
  • KILOMETERЛинейными единицами измерения могут быть километры.
  • DECIMETERЛинейными единицами измерения могут быть дециметры.
String
output_slope_measurement
(Дополнительный)

Если parameter_type задан как SLOPE, то он определяет единицы измерения (градусы или проценты) для выходного растра уклона.

  • DEGREEУклон вычисляется в градусах.
  • PERCENT_RISEКрутизна склона вычисляется как процент увеличения и называется также уклоном в процентах.
String
project_geodesic_azimuths
(Дополнительный)

Определяет, будут ли геодезические азимуты спроецированы с учетом корректного искажения углов, вызванного выходной пространственной привязкой.

  • GEODESIC_AZIMUTHSГеодезические азимуты не будут спроецированы. Это значение по умолчанию
  • PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHSГеодезические азимуты будут спроецированы.
Boolean
use_equatorial_aspect
(Дополнительный)

Измеряет экспозицию от точки на экваторе.

  • NORTH_POLE_ASPECTИзмеряет экспозицию от северного полюса. Это значение по умолчанию
  • EQUATORIAL_ASPECTИзмеряет экспозицию от точки на экваторе.
Boolean

Пример кода

SurfaceParameters пример 1 (окно Python)

В следующем примере показано использование этого инструмента в окне Python.

Этот пример создает растр уклонов с выходными значениями в процентах, используется метод адаптивной окрестности. Максимальное расстояние окрестности равно 5 метрам.

from arcpy.ddd import *
SurfaceParameters("elevation_1m.tif", "C:/data/output/outsurfaceparameters01.tif",
                  "", "", "5 METERS", "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD", "", "PERCENT_RISE")
SurfaceParameters, пример 2 (автономный скрипт)

В следующем примере показано использование этого инструмента в автономном скрипте Python.

Этот пример создает растр кривизны профиля (линии нормального уклона) с использованием метода адаптивной окрестности. Максимальное расстояние окрестности равно 10 метрам.

# Name: SurfaceParameters_Ex_02.py
# Description: Derive profile (normal slope line) curvature for a 1m
# resolution elevation raster over an adaptive neighborhood distance of maximum 10m. 
# Requirements: 3D Analyst Extension

# Import system modules
import arcpy
from arcpy.ddd import *

# Set environment settings
arcpy.env.workspace = "C:/data"

# Check out the ArcGIS 3D Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("3D")

# Set local variables
inRaster = "elevation_1m.tif"
outRaster = "C:/data/output/outsurfaceparameters02.tif"
inParameterType = "PROFILE_CURVATURE"
inNeighborhoodDistance = "10 METERS"
inUseAdaptiveNeighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD"

# Execute the tool
SurfaceParameters(inRaster, outRaster, inParameterType, "",
                  inNeighborhoodDistance, inUseAdaptiveNeighborhood)
SurfaceParameters пример 3 (автономный скрипт)

В следующем примере показано использование этого инструмента в автономном скрипте Python.

Этот пример создает растр экспозиции с использованием расстояния окрестности 5 м. Исправить искажения направления из-за использования неконформной проекции.

# Name: SurfaceParameters_Ex_03.py
# Description: Derive aspect for an elevation surface over a distance of 5m, correct
# for direction distortion from non-conformal projection system. 
# Requirements: 3D Analyst Extension

# Import system modules
import arcpy
from arcpy.ddd import *

# Set environment settings
arcpy.env.workspace = "C:/data"

# Check out the ArcGIS Spatial Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("3D")

# Set local variables
inRaster = "elevation_1m.tif"
outRaster = "C:/data/output/outsurfaceparameters03.tif"
inParameterType = "ASPECT"
inNeighborhoodDistance = "5 METERS"
inProjectGeodesicAzimuths = "PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS"

# Execute the tool
SurfaceParameters(inRaster, outRaster, inParameterType, "", inNeighborhoodDistance,
                  "", "", "", inProjectGeodesicAzimuths)

Связанные разделы