Funktionsweise des Werkzeugs "Oberflächenverhältnis"
Mit Spatial Analyst-Lizenz verfügbar.
Das Werkzeug Oberflächenverhältnis berechnet das Verhältnis von Oberfläche zu planarer Fläche für jede Zelle im Eingabe-Oberflächen-Raster. Als Maß für die Oberflächenrugosität wird das Ausgabe-Raster dieses Werkzeugs in der Regel zur Modellierung der strukturellen Komplexität von Oberflächen und Lebensräumen von Wildtieren am Meeresboden oder in Landökosystemen verwendet.
Ein wichtiger Parameter im Werkzeug Oberflächenverhältnis ist der planare Flächentyp. Er definiert, wie die Oberfläche jeder Zelle bei der Berechnung der planaren Fläche auf eine Ebene projiziert wird. Der Parameter bietet zwei verfügbare Optionen: Horizontal und Arc-Chord.
Berechnung der planaren Fläche für jede Zelle
Beim planaren Flächentyp Horizontal ist die planare Fläche die auf die Horizontalebene projizierte Oberfläche der Zelle, die der Zellenfläche des Eingabe-Rasters entspricht. Das Werkzeug gibt ein Raster des Oberflächenverhältnisses aus, das von den lokalen Neigungen abhängig ist. Das bedeutet, dass neben der Rauigkeit des Terrais auch die lokale Neigung zu den Ausgabewerten beiträgt. Ein Ausgabewert nahe 1 repräsentiert eine ebene Fläche. Höhere Werte weisen auf Gebiete mit größerer Terrain-Rauigkeit oder starken Neigungen hin.
Beim planaren Flächentyp Arc-Cord ist die planare Fläche die auf eine Fläche mit angepasster Größe projizierte Oberfläche der Zelle in einer lokalen 3x3-Nachbarschaft (Du Preez, 2015). Sie wird berechnet, indem die Fläche der Zelle durch den Kosinus der lokalen Neigung dividiert wird. Dadurch wird der Effekt der lokalen Neigung von der Ausgabe entkoppelt. Die Ausgabe gibt in diesem Fall Aufschluss darüber, ob das Terrain flach ist oder eine sanfte Neigung aufweist (Werte nahe 1), sowie über dessen Rauigkeit (Werte größer als 1).
Berechnung der 3D-Oberfläche für jede Zelle
Für jede Zelle wird die 3D-Oberfläche mit den folgenden Schritten bestimmt:
Es wird ein TIN in der 3x3-Zellennachbarschaft erstellt, indem der aktuelle Zellenmittelpunkt mit den 8 benachbarten Zellen verbunden wird.
Das TIN wird anschließend auf die Zellumrandung zugeschnitten.Jede Zelle besteht aus 8 Dreiecken.
Für jedes Dreieck wird die Fläche anhand der drei Seiten des Dreiecks berechnet (Jenness, 2004).
Die 3D-Fläche wird berechnet, indem die Flächen der 8 Dreiecke summiert werden.
Das resultierende Oberflächenverhältnis wird durch Division der 3D-Oberfläche durch die planare Fläche an jeder Zellenposition berechnet.
Referenzen
Jenness, J.S. Calculating landscape surface area from digital elevation models. Wildlife Society Bulletin, 2004, 32, 829-839.
Du Preez, C. A new arc–chord ratio (ACR) rugosity index for quantifying three-dimensional landscape structural complexity. Landscape Ecology, 2015, 30, 181–192.