Параметры поверхности (Инструменты Spatial Analyst)

Краткая информация

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

Более подробно о том, как работает инструмент Параметры поверхности

Использование

Выходные параметры рассчитываются для каждой ячейки путем подбора локальной поверхности вокруг целевой ячейки. Доступные варианты параметров поверхности Тип параметра (parameter_type в Python): Уклон, Экспозиция, Средняя кривизна, Тангенциальная (нормальной изолинии) кривизна, Профильная (нормальной линии уклона) кривизна, Плановая (проецированной изолинии) кривизна, Геодезическое кручение изолинии, Гауссова кривизна и Кривизна Казаратти
Все выходные параметры вычисляются с использованием геодезических координат и уравнений.
Если для Типа параметра указана опция Уклон (SLOPE в Python), выходные данные будут содержать скорость изменения высоты для каждой ячейки цифровой модели рельефа (DEM). Это первая производная от ЦМР. Диапазон значений выходного уклона зависит от типа единиц измерения.
Если для Типа параметра указана опция Экспозиция (ASPECT в Python), выходные данные определяют направление компаса, к которому обращен уклон склона для каждого местоположения. Экспозиция 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 влияния гравитации, эрозии и других факторов на поверхность, а также применяется в сочетании с другими параметрами поверхности для нахождения и классификации форм рельефа.
- Средняя кривизна (MEAN_CURVATURE в Python)—общая кривизна поверхности. Вычисляется как среднее значение между минимальной и максимальной кривизной. Если она указано как Тип параметра, выходные данные эквивалентны среднему значению профильной (нормальной линии уклона) и тангенциальной (нормальной изолинии) кривизны. Ее знак (положительный или отрицательный) не является точным индикатором, за исключением крайних значений. Высокие положительные значения обозначают области максимальной эрозии, высокие отрицательные значения - максимального накопления (Minár et al., 2020).
- Профильная (нормальной линии уклона) кривизна (PROFILE_CURVATURE в Python)—геометрическая нормальная кривизна вдоль линии уклона. Положительные значения указывают на области ускорения поверхностного стока и эрозии. Отрицательная кривизна профиля указывает на области замедления поверхностного стока и наличие отложений. Положительная кривизна профиля (линия нормального уклона) указывает на то, что поверхность в этой ячейке является выпуклой в направлении уклона. Отрицательная кривизна указывает на то, что поверхность вогнута в этой ячейке в том же направлении. Значение 0 означает, что поверхность плоская.
- Тангенциальная (нормальной изолинии) кривизна (TANGENTIAL_CURVATURE в Python)—геометрическая нормальная кривизна, перпендикулярная линии уклона, касательная к изолинии. Положительные значения соответствуют областям расходящегося по поверхности потока. Отрицательные значения тангенциальной кривизны указывают на области сходящегося по поверхности потока. Положительная тангенциальная кривизна (нормальная кривизна контура) указывает на то, что поверхность выпукла в этой ячейке в перпендикулярном направлению уклона направлении. Отрицательная кривизна указывает на то, что поверхность вогнута в этой ячейке в направлении, перпендикулярном уклону. Значение 0 означает, что поверхность плоская.
- Плановая (проецированной изолинии) кривизна (CONTOUR_CURVATURE в Python)—кривизна вдоль изолиний.
- Геодезическое кручение изолиний (CONTOUR_GEODESIC_TORSION в Python)—скорость изменения угла наклона вдоль изолиний.
- Гауссова кривизна (GAUSSIAN_CURVATURE в Python)—общая кривизна поверхности. Она вычисляется как произведение минимальной и максимальной кривизны и может быть как положительной, так и отрицательной. Положительные значения указывают на то, что поверхность в этой ячейке выпуклая, а отрицательные значения - на то, что она вогнутая. Значение 0 означает, что поверхность плоская.
- Кривизна Казаратти (CASORATI_CURVATURE в Python)—общая кривизна поверхности. Это может быть ноль или положительное число. Высокие положительные значения указывают на области резкого изгиба в нескольких направлениях.
Единицы всех выходных типов кривизны будут обратными для (квадрат обратной величины для Гауссовой кривизны) x,y-единиц настройки среды Выходная система координат.
Опция Квадратическая параметра Тип локальной поверхности (local_surface_type = "QUADRATIC" в Python) не совсем точно соответствует ячейкам окрестности. Она используется по умолчанию и рекомендуется для большинства данных и приложений.
- Квадратическая поверхность сводит к минимуму влияние зашумленных данных поверхностей, например, поверхности лидара высокого разрешения, что особенно важно при вычислении кривизны.
- Используйте квадратическую поверхность при указании размера окрестности больше, чем размер ячейки, и при использовании опции адаптивной окрестности.
Опция Биквадратическая параметра Тип локальной поверхности (local_surface_type = "BIQUADRATIC" в Python) точно соответствует ячейкам окрестности.
- Эта опция подходит для входных поверхностей высокой точности.
- Если расстояние окрестности больше размера ячейки входного растра, преимущества использования биквадратического типа поверхности будут утеряны. Оставьте расстояние окрестности по умолчанию (равное размеру ячейки).
Параметр 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 захватывает большую локальную вариабельность ландшафта, например, характеристики меньших объектов ландшафта. Для высотных данных высокого разрешения большие расстояния могут быть более подходящими.
Если стоит отметка Использовать адаптивную окрестность (use_adaptive_neighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD" в Python), расстояние окрестности будет меняться в соответствии с изменчивостью местности. Расстояние окрестности будет уменьшаться, если в окне вычисления будет слишком большая изменчивость.
Указание значения параметра поверхности Z единицы (z_unit в Python) обеспечивает правильное вычисление выходного уклона.

Если единицы измерения z-значения имеются в вертикальной системе координат входного растра, то они будут применяться автоматически. Рекомендуется задать единицы z 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 данных уклона зависит от единиц измерения параметра Измерение уклона (output_slope_measurement в Python):
- Для Градусов (DEGREE в Python) диапазон значений уклона будет от 0 до 90.
- Процентное увеличение (PERCENT_RISE в Python)—диапазон - от 0 до бесконечности. Плоская поверхность соответствует значению 0 процентов, уклон поверхности в 45 градусов соответствует 100 процентам, 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= "PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS" в Python), верно следующее:
- Север соответствует 360 градусам.
- Азимуты будут спроецированы с учетом искажения, вызванного значением неравноугольной Выходной системой координат. Эти углы можно использовать для точного определения точек на самом крутом склоне.
Отметьте параметр Проецировать геодезические азимуты, если используете выходные данные инструмента Параметры поверхности как входные данные для параметра Входной растр обратного направления (in_back_direction_raster в Python) для инструментов в группе инструментов Расстояние
Если отмечен параметр Использовать экваториальную экспозицию (project_geodesic_azimuths = "USE_EQUATORIAL_ASPECT" в Python), экспозиция будет измеряться из точки на экваторе, чтобы скорректировать угол наклона направления, возникающий при приближении к полюсам. Этот параметр позволяет гарантировать, что оси север-юг и восток-запад перпендикулярны друг другу.

Отметьте опцию Использовать экваториальную экспозицию, если местность находится недалеко от северного или южного полюса.
Воспользуйтесь параметром Входная маска анализа (in_analysis_mask в Python), чтобы ограничить область анализ отдельными местоположениями внутри входного растра поверхности. Местоположения могут задаваться как растровыми, так и векторными данными. У параметра Входная маска анализа будет приоритет над параметром среды Маска.
Если Растр входной поверхности (in_raster в Python) и растровые данные для Входная маска анализа (in_analysis_mask в Python) имеют одинаковый размер ячейки и ячейки выровнены, они будут непосредственно использованы в инструменте. Они не будут пересчитываться при выполнении инструмента.

Если ячейки отличаются, выходной размер ячейки будет соответствовать максимальному входному, а значение Входной растр поверхности будет использовано в качестве растра замыкания. Если размер ячейки такой же, но ячейки не выровнены, в качестве внутреннего растра замыкания будет использоваться Входной растр поверхности. Любо из этих случаев запускает внутреннюю операцию пересчета, перед выполнением извлечения.

Дополнительные сведения доступны в разделах Размер ячейки и Растр замыкания.
Если входной растр имеет прямоугольные ячейки, он будет обработан так, что выходные ячейки растра будут квадратными, со сторонами, равными среднему длины и ширины прямоугольника.
См. раздел Параметры среды анализа и Spatial Analyst для получения дополнительной информации о параметрах среды геообработки, применимых к этому инструменту.
Литература:

James, D. E., Tomer, M. D., and Porter, S. A. "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., and Jenčo, M. "A comprehensive system of definitions of land surface (topographic) curvatures, with implications for their application in geoscience modelling and prediction." Earth-Science Reviews, 103414, 2020. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2020.103414

Подпись	Объяснение	Тип данных
Входная растровая поверхность	Входной растр поверхности.	Raster Layer
Тип параметра (Дополнительный)	Задает тип параметра выходной поверхности, который будет вычислен. Уклон–Будет вычислена скорость изменения высоты. Используется по умолчанию. Экспозиция–Будет вычислено направление нисходящего наклона максимальной скорости изменения для каждой ячейки. Средняя кривизна–Будет измерена общая кривизна поверхности. Вычисляется как среднее значение между минимальной и максимальной кривизной. Эта кривизна описывает истинную выпуклость или вогнутость поверхности, независимо от направления или влияния гравитации. Тангенциальная (нормальной изолинии) кривизна–Будет измерена геометрическая нормальная кривизна, перпендикулярная линии уклона, касательная к изолинии. Эта кривизна обычно применяется для характеристики сходимости или расхождения потока по поверхности. Профильная (нормальной линии уклона) кривизна–Будет измерена геометрическая нормальная кривизна вдоль линии уклона. Эта кривизна обычно применяется для характеристик ускорения или замедления накопления на поверхности. Плановая (проецированной изолинии) кривизна–Будет измерена кривизна вдоль изолиний. Геодезическое кручение изолиний–Будет измерена скорость изменения угла наклона вдоль изолиний. Гауссова кривизна–Будет измерена общая кривизна поверхности. Она вычисляется как произведение минимальной и максимальной кривизны. Кривизна Касорати–Будет измерена общая кривизна поверхности. Это может быть ноль или любое другое положительное число.	String
Тип локальной поверхности (Дополнительный)	Задает тип функции поверхности, которая будет установлена вокруг целевой ячейки. Квадратическая–Квадратическая функция поверхности будет установлена в ячейки окрестности. Используется по умолчанию. Биквадратическая–Биквадратическая функция поверхности будет установлена в ячейки окрестности.	String
Расстояние окрестности (Дополнительный)	Выходные данные будут рассчитаны на этом расстоянии от центра целевой ячейки. Оно определяет размер окрестности. Значением по умолчанию является размер ячейки входного растра, в результате чего получается окрестность 3 на 3.	Linear Unit
Использовать адаптивную окрестность (Дополнительный)	Указывает, будет ли расстояние до окрестности меняться в зависимости от изменений ландшафта (адаптивное). Максимальное расстояние определяется расстоянием окрестности. Минимальное расстояние - это размер ячейки входного растра. Отмечено–Во всех местоположениях будет использоваться адаптивное расстояние окрестности. Не отмечено–Во всех местоположениях будет использоваться единое (фиксированное) расстояние окрестности. Используется по умолчанию.	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. Футы США–Линейными единицами измерения будут геодезические футы США. Ярд–Линейными единицами измерения будут ярды. Мили США–Линейными единицами измерения будут геодезические мили США. 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 уклона (Дополнительный)	Единицы измерения (градусы или проценты), которые будут использоваться для выходного растра уклона. Этот параметр доступен только в том случае, если для параметра Тип параметра установлено значение Уклон. Степень–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. Этот параметр поддерживается только в том случае, если для параметра Тип параметра установлено значение Экспозиция. Отмечено–Геодезические азимуты будут спроецированы. Не отмечено–Геодезические азимуты не будут спроецированы. Используется по умолчанию.	Boolean
Использовать экваториальную экспозицию (Дополнительный)	Указывает, будет ли экспозиция измеряться от точки на экваторе или от северного полюса. Этот параметр поддерживается только в том случае, если для параметра Тип параметра установлено значение Экспозиция. Отмечено–Экспозиция будет измеряться из точки на экваторе. Не отмечено–Экспозиция будет измеряться от северного полюса. Используется по умолчанию.	Boolean
Входная маска анализа (Дополнительный)	Входные данные, задающие местоположения, где будет выполняться анализ. Может быть растром или набором классов объектов. Если входными данными являются растры, они могут быть двух типов: целочисленные или с плавающей точкой. Если входными являются векторные данные, это может быть точка, линия или полигон. Если входные данные маски являются растром, анализ будет выполняться в местоположениях с допустимым значением, включая ноль. Ячейки, которые имеют значение NoData во входной маске, будут иметь значение NoData в выходных данных.	Composite Geodataset

Возвращаемое значение

Подпись	Объяснение	Тип данных
Выходной растр	Выходной растр.	Raster

SurfaceParameters(in_raster, {parameter_type}, {local_surface_type}, {neighborhood_distance}, {use_adaptive_neighborhood}, {z_unit}, {output_slope_measurement}, {project_geodesic_azimuths}, {use_equatorial_aspect}, {in_analysis_mask})

Имя	Объяснение	Тип данных
in_raster	Входной растр поверхности.	Raster Layer
parameter_type (Дополнительный)	Задает тип параметра выходной поверхности, который будет вычислен. `SLOPE`–Будет вычислена скорость изменения высоты. Используется по умолчанию. `ASPECT`–Будет вычислено направление нисходящего наклона максимальной скорости изменения для каждой ячейки. `MEAN_CURVATURE`–Будет измерена общая кривизна поверхности. Вычисляется как среднее значение между минимальной и максимальной кривизной. Эта кривизна описывает истинную выпуклость или вогнутость поверхности, независимо от направления или влияния гравитации. `TANGENTIAL_CURVATURE`–Будет измерена геометрическая нормальная кривизна, перпендикулярная линии уклона, касательная к изолинии. Эта кривизна обычно применяется для характеристики сходимости или расхождения потока по поверхности. `PROFILE_CURVATURE`–Будет измерена геометрическая нормальная кривизна вдоль линии уклона. Эта кривизна обычно применяется для характеристик ускорения или замедления накопления на поверхности. `CONTOUR_CURVATURE`–Будет измерена кривизна вдоль изолиний. `CONTOUR_GEODESIC_TORSION`–Будет измерена скорость изменения угла наклона вдоль изолиний. `GAUSSIAN_CURVATURE`–Будет измерена общая кривизна поверхности. Она вычисляется как произведение минимальной и максимальной кривизны. `CASORATI_CURVATURE`–Будет измерена общая кривизна поверхности. Это может быть ноль или любое другое положительное число.	String
local_surface_type (Дополнительный)	Задает тип функции поверхности, которая будет установлена вокруг целевой ячейки. `QUADRATIC`–Квадратическая функция поверхности будет установлена в ячейки окрестности. Используется по умолчанию. `BIQUADRATIC`–Биквадратическая функция поверхности будет установлена в ячейки окрестности.	String
neighborhood_distance (Дополнительный)	Выходные данные будут рассчитаны на этом расстоянии от центра целевой ячейки. Оно определяет размер окрестности. Значением по умолчанию является размер ячейки входного растра, в результате чего получается окрестность 3 на 3.	Linear Unit
use_adaptive_neighborhood (Дополнительный)	Указывает, будет ли расстояние до окрестности меняться в зависимости от изменений ландшафта (адаптивное). Максимальное расстояние определяется расстоянием окрестности. Минимальное расстояние - это размер ячейки входного растра. `ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD`–Во всех местоположениях будет использоваться адаптивное расстояние окрестности. `FIXED_NEIGHBORHOOD`–Во всех местоположениях будет использоваться единое (фиксированное) расстояние окрестности. Используется по умолчанию.	Boolean
z_unit (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. `FOOT_US`–Линейными единицами измерения будут геодезические футы США. `YARD`–Линейными единицами измерения будут ярды. `MILE_US`–Линейными единицами измерения будут геодезические мили США. `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
output_slope_measurement (Дополнительный)	Единицы измерения (градусы или проценты), которые будут использоваться для выходного растра уклона. Этот параметр поддерживается только в том случае, если для параметра `parameter_type` установлено значение `SLOPE`. `DEGREE`–Уклон вычисляется в градусах. `PERCENT_RISE`–Крутизна 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. Этот параметр поддерживается только в том случае, если для параметра `parameter_type` установлено значение `ASPECT`. `PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS`–Геодезические азимуты будут спроецированы. `GEODESIC_AZIMUTHS`–Геодезические азимуты не будут спроецированы. Используется по умолчанию.	Boolean
use_equatorial_aspect (Дополнительный)	Указывает, будет ли экспозиция измеряться от точки на экваторе или от северного полюса. Этот параметр поддерживается только в том случае, если для параметра `parameter_type` установлено значение `ASPECT`. `EQUATORIAL_ASPECT`–Экспозиция будет измеряться из точки на экваторе. `NORTH_POLE_ASPECT`–Экспозиция будет измеряться от северного полюса. Используется по умолчанию.	Boolean
in_analysis_mask (Дополнительный)	Входные данные, задающие местоположения, где будет выполняться анализ. Может быть растром или набором классов объектов. Если входными данными являются растры, они могут быть двух типов: целочисленные или с плавающей точкой. Если входными являются векторные данные, это может быть точка, линия или полигон. Если входные данные маски являются растром, анализ будет выполняться в местоположениях с допустимым значением, включая ноль. Ячейки, которые имеют значение NoData во входной маске, будут иметь значение NoData в выходных данных.	Composite Geodataset

Возвращаемое значение

Имя	Объяснение	Тип данных
out_raster	Выходной растр.	Raster

Пример кода

SurfaceParameters пример 1 (окно Python)

В следующем примере показано использование этого инструмента в окне Python.

В этом примере создается растр уклона с выходными значениями в процентах с использованием метода адаптивной соседства окрестности. Максимальное расстояние окрестности - 5 метров.

from arcpy.sa import *
outSurfaceParameters = SurfaceParameters("elevation_1m.tif", "", "", "5 METERS",
                                         "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD", "", "PERCENT_RISE")
outSurfaceParameters.save("C:/sapyexamples/output/outsurfaceparameters01.tif")

SurfaceParameters пример 2 (автономный скрипт)

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

В этом примере создается растр профильной (нормальной линии уклона) кривизны с использованием метода адаптивной окрестности. Максимальное расстояние окрестности - 10 метров.

# 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: Spatial Analyst extension

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

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

# Set local variables
inRaster = "elevation_1m.tif"
inParameterType = "PROFILE_CURVATURE"
inNeighborhoodDistance = "10 METERS"
inUseAdaptiveNeighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD"

# Run the tool
outSurfaceParameters = SurfaceParameters(inRaster, inParameterType, "",
                                         inNeighborhoodDistance, inUseAdaptiveNeighborhood)

# Save the output
outSurfaceParameters.save("C:/sapyexamples/output/outsurfaceparameters02.tif")

SurfaceParameters пример 3 (автономный скрипт)

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

В этом примере создается растр экспозиции с использованием расстояния окрестности в 5 метров. Исправление искажений направления из-за использования неравноугольной 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: Spatial Analyst extension

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

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

# Set local variables
inRaster = "elevation_1m.tif"
inParameterType = "ASPECT"
inNeighborhoodDistance = "5 METERS"
inProjectGeodesicAzimuths = "PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS"

# Run the tool
outSurfaceParameters = SurfaceParameters(inRaster, inParameterType, "",
                                         inNeighborhoodDistance, "", "", "",
                                         inProjectGeodesicAzimuths)

# Save the output
outSurfaceParameters.save("C:/sapyexamples/output/outsurfaceparameters03.tif")

Параметры среды

Автоподтверждение, Размер ячейки, Метод проецирования размера ячейки, Текущая рабочая область, Экстент, Географические преобразования, Маска, Выходное ключевое слово конфигурации, Выходная система координат, Коэффициент параллельной обработки, Временная рабочая область, Растр привязки, Размер листа

Информация о лицензировании

Basic: Требуется Spatial Analyst или 3D Analyst
Standard: Требуется Spatial Analyst или 3D Analyst
Advanced: Требуется Spatial Analyst или 3D Analyst

Параметры поверхности (Инструменты Spatial Analyst)

Краткая информация

Использование

Параметры

Возвращаемое значение

Параметры среды

Информация о лицензировании

Связанные разделы