表面参数 (栅格分析工具)

汇总

使用测地线方法确定表面栅格的参数，例如坡向、坡度，以及多种类型的曲率。

通过拟合目标像元周围的局部表面，将逐个像元执行计算。

用法

• 如果您登录到具有针对栅格分析进行了配置 ArcGIS Image Server 的 ArcGIS Enterprise 门户，则栅格分析门户工具可用。 当工具运行时，ArcGIS Pro 将充当客户端，并且处理将在与 ArcGIS Enterprise 联合的服务器中进行。 门户工具接受来自门户的图层作为输入，并在门户中创建输出。

  输入栅格图层支持门户中的图层、影像服务的 URI 或 URL 或者创建影像服务器图层工具的输出。 输入要素图层可以是门户中的图层或要素服务的 URI 或 URL。 此工具不支持本地栅格数据或图层。 虽然可以使用本地要素数据和图层作为此门户工具的输入，但是最佳做法是使用门户中的图层作为输入。

• 当为参数类型指定坡度选项时，输出表示每个数字高程模型 (DEM) 像元的高程变化率。 它是 DEM 的一阶导数。 坡度输出值的范围取决于测量单位的类型。

• 当为参数类型指定坡向选项时，输出可识别每个位置下坡所面对的罗盘方向。 坡向由 0 到 360 度之间的正度数表示，以北为基准方向按顺时针进行测量。

• 曲率用于描述曲面的形状。 将曲率应用于地球科学时，有助于解释重力、侵蚀以及其他因素对表面的影响，并且曲率可与其他表面参数结合使用，以识别地形并对其进行分类。 参数类型的曲率选项描述如下：

  • 平均曲率—表面的整体曲率。 计算最小曲率和最大曲率的平均值即可获得平均曲率。 指定此选项时，输出等效于剖面（法向坡度线）曲率和切向（法向等值线）曲率的平均值。 除极值外，其正负符号并非确定的指标。 高正值表示最大剥蚀区域，高负值表示最大累积区域（Minár 等人， 2020）。

  • 切向（法向等值线）曲率—垂直于坡度线且与等值线相切的几何法向曲率。 正值表示表面流分散的区域。 负切向曲率表示表面流汇聚的区域。 正切向（法向等值线）曲率表示表面在与坡度方向垂直的像元处凸起。 负曲率表示表面在与坡度方向垂直的像元处凹陷。 值为 0 表示表面为平面。

  • 剖面（法向坡度线）曲率—沿坡度线的几何法向曲率。 正值表示表面流动和侵蚀加速的区域。 负剖面曲率表示表面流动和沉降减缓的区域。 正剖面（法向坡度线）曲率表示表面在坡度方向上的像元处凸起。 负曲率表示表面在相同方向上的像元处凹陷。 值为 0 表示表面为平面。

  • 平面（投影等值线）曲率—沿等值线的曲率。

  • 等值线测地挠率—沿等值线的坡度角变化率。

  • 高斯曲率—表面的一般曲率。 曲率是最小曲率和最大曲率的乘积，可以取负值和正值。 正值表示表面在该像元处为凸面，而复制表示为凹面。 值为 0 表示表面为平面。

  • Casorati 曲率—表面的一般曲率。 该值可为 0 或始终为正数。 高正值表示在多个方向上出现急剧弯曲的区域。

  曲率类型输出的所有单位都将是输出坐标系环境设置的 x,y 单位的倒数（高斯曲率倒数的平方）。

• 局部表面类型参数中的二次选项无法与邻域像元精确拟合。 这是大多数数据和应用程序的默认和推荐选项。

  • 二次表面最大程度地减少了噪点表面数据（例如高分辨率激光雷达表面）的影响，这在计算曲率时尤其重要。

  • 当指定的邻域大小大于像元大小以及使用自适应邻域选项时，将使用二次曲面。

• 局部表面类型参数中的双二次选项可与来自邻域像元的数据精确拟合。

  • 此选项适用于高精度输入表面。

  • 如果邻域距离大于输入栅格像元大小，则将失去双二次表面类型的精度优势。 将邻域距离保留为默认值（等于像元大小）。

• 邻域距离参数可确定邻域大小，并根据与目标像元中心之间的这一距离计算表面参数。

  • 邻域距离不能小于输入栅格像元大小。

  • 较小邻域距离可捕获地表中的更多局部变化，例如较小地表要素的特征。 对于高分辨率高程数据，更大的距离可能更合适。

• 选中使用自适应邻域参数时（Python 中为 useAdaptiveNeighborhood = "ADAPTIVE_NEIGHBORHOOD"），邻域距离将随地形的变化而变化。 如果计算窗口中的内容变化过大，则邻域距离将缩小。

• 指定表面 Z 单位参数值可确保正确计算坡度输出。

  如果 z 单位可用于输入栅格的垂直坐标系，则将自动应用 z 单位。 如果缺失，建议您定义输入栅格的 z 单位。 可使用定义投影工具来指定 z 单位。 如果未定义 z 单位，则默认使用米。

• 坡度输出值的范围取决于输出斜率测量参数值：

  • 度—坡度值的范围为 0 至 90。

  • 增量百分比—范围为 0 至无限大。 平坦表面为 0%，45 度表面为 100%，随着表面变得越来越接近垂直，增量百分比将变得越来越大。

• 如果选中投影测地线方位角参数（Python 中为 projectGeodesicAzimuths = "PROJECT_GEODESIC_AZIMUTHS"），则以下表述将为真：

  • 北方始终以 360 度表示。

  • 将投影方位角以纠正由非等角的输出坐标系环境系统值引起的变形。 这些角度可用于沿着最陡峭的下坡坡度准确定位点。

• 如果选中使用赤道坡向参数（Python 中为 useEquatorialAspect = "EQUATORIAL_ASPECT"），系统将从赤道上的某个点开始测量坡向，以纠正接近两极时发生的方向偏斜。 此参数可确保南北轴和东西轴相互垂直。

  如果您的地形靠近北极或南极，请选中使用赤道坡向参数。

• 使用输入分析掩膜参数可将分析限制在输入表面栅格内感兴趣的特定位置。 这些位置可以由栅格或要素数据定义。 输入分析掩膜参数将优先于掩膜环境设置。

• 当输入表面栅格和输入分析掩膜参数值具有相同的像元大小，且像元对齐时，则可将其直接应用于工具中。 在工具操作期间，系统不会对其进行内部重采样。

  如果像元大小不同，则输出像元大小将为输入的最大值，而输入表面栅格值将在内部用作捕捉栅格。 如果像元大小相同，但是像元未对齐，则输入表面栅格值将在内部用作捕捉栅格。 在执行提取操作之前，上述任一情况都会触发内部重采样。

  有关详细信息，请参阅像元大小和捕捉栅格环境主题。

• 参考文献：

  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

参数

• Dialog
• Python

标注	说明	数据类型
输入表面栅格	输入表面栅格。 可为整型或浮点型。	Raster Layer; Image Service; String
输出栅格名称	输出栅格服务的名称。	String
参数类型 （可选）	指定将计算的输出表面参数类型。 坡度—将计算高程变化率。 这是默认设置。 坡向—将计算每个像元的最大变化率的下坡方向。 平均曲率—将测量表面的整体曲率。 计算最小曲率和最大曲率的平均值即可获得平均曲率。 此曲率可描述表面的固有凸度或凹度，与方向或重力影响无关。 切向（法向等值线）曲率—将在垂直于坡度线且与等值线相切的位置处测量几何法曲率。 通常应用此曲率来表征流经某表面的流的汇聚和分散。 剖面（法向坡度线）曲率—将测量沿坡度线的几何法曲率。 通常应用此曲率来表征流经某表面的流的加速和减速。 平面（投影等值线）曲率—将测量沿等值线的曲率。 等值线测地挠率—将测量沿等值线的坡度角变化率。 高斯曲率—将测量表面的整体曲率。 该曲率可以通过计算最小曲率和最大曲率的乘积来获得。 Casorati 曲率—将测量表面的一般曲率。 该值可为 0 或其他任意正数。	String
局部表面类型 （可选）	指定将在目标像元周围拟合的表面函数的类型。 二次—将二次表面函数拟合到邻域像元。 这是默认设置。 双二次—将双二次表面函数拟合到邻域像元。	String
邻域距离 （可选）	将根据与目标像元中心之间的这一距离计算输出。 邻域距离可确定邻域大小。 默认值为输入栅格像元大小，可生成 3 x 3 邻域。	Linear Unit
使用自适应邻域 （可选）	指定邻域距离是否随地表变化而变化（自适应）。 最大距离由邻域距离确定。 最小距离为输入栅格像元大小。 选中—将在所有位置使用自适应邻域距离。 未选中—将在所有位置使用单一（固定）邻域距离。 这是默认设置。	Boolean
Z 单位 （可选）	指定将用于垂直 z 值的线性单位。 由垂直坐标系（如果存在）定义。 如果垂直坐标系不存在，则应使用单位列表来定义 z 单位，以确保测地线计算正确。 默认单位为米。 英寸—线性单位将为英寸。 英尺—线性单位将为英尺。 码—线性单位将为码。 英里(美制)—线性单位将为英里。 海里—线性单位将为海里。 毫米—线性单位将为毫米。 厘米—线性单位将为厘米。 米—线性单位将为米。 千米—线性单位将为公里。 分米—线性单位将为分米。	String
输出坡度测量 （可选）	将用于输出坡度数据的测量单位（度或百分比）。 仅当将参数类型设置为坡度时，此参数才处于活动状态。 度—坡度倾角将以度为单位进行计算。 增量百分比—坡度倾角将以增量百分比进行计算，也称为百分比坡度。	String
投影测地线方位角 （可选）	指定是否将投影测地线方位角以校正由输出空间参考引起的角度失真。 选中—测地线方位角将被投影。 未选中—测地线方位角将不会投影。 这是默认设置。	Boolean
使用赤道坡向 （可选）	指定是从赤道上的一点测量坡向还是从北极测量坡向。 选中—将从赤道上的一点测量坡向。 未选中—将从北极测量坡向。 这是默认设置。	Boolean
输入分析掩膜 （可选）	用于定义将进行分析的位置的输入数据。 此图层可以是影像服务或要素服务。 如果输入是影像服务，则可以是整数或浮点类型。 如果输入是要素服务，则它可以是点、线或面类型。 当输入掩膜数据是影像服务时，分析将在具有有效值（包括零）的位置进行。 掩膜输入中的 NoData 像元在输出中将为 NoData。	Raster Layer; Image Service; Feature Layer; String

派生输出

标注	说明	数据类型
输出栅格	输出表面参数栅格。	Raster Layer

环境

范围, 像元大小, 掩膜, 输出坐标系, 金字塔, 捕捉栅格

许可信息

• 基本: 需要 ArcGIS Image Server
• 标准: 需要 ArcGIS Image Server
• 高级: 需要 ArcGIS Image Server

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• “表面参数”工作原理
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