Oberflächenparameter

Mit dem Werkzeug "Oberflächenparameter" werden mithilfe von geodätischen Methoden Parameter einer Raster-Oberfläche berechnet, z. B. Ausrichtung, Neigung und Krümmung.

Die Ausgabe ist ein gehosteter Bilddaten-Layer.

Weitere Informationen zur Funktionsweise von "Oberflächenparameter"

Beispiele

Das Werkzeug "Oberflächenparameter" kann in den folgenden Szenarien verwendet werden:

• Berechnen von Ausrichtung und Neigung mithilfe von geodätischen Methoden.
• Berechnen unterschiedlicher Typen von Krümmungen mit geodätischen Methoden. Sie können beispielweise die Tangentialkrümmung berechnen, womit die topografische Konvergenz und Divergenz eines Flusses über die Oberfläche charakterisiert wird.

Verwendungshinweise

"Oberflächenparameter" enthält Konfigurationen für Eingabe-Layer, Einstellungen für Oberflächenparameter und den Ergebnis-Layer.

Eingabe-Layer

Die Gruppe Eingabe-Layer enthält den folgenden Parameter:

• Eingabe-Oberflächen-Raster ist das Oberflächen-Raster, das für Berechnungen verwendet wird.

  Enthält das vertikale Koordinatensystem des Eingabe-Rasters eine Z-Einheit, wird sie automatisch angewendet. Wenn keine Z-Einheit definiert ist, werden Meter als Standardeinheit verwendet.

Einstellungen für Oberflächenparameter

Die Gruppe Einstellungen für Oberflächenparameter enthält die folgenden Parameter:

• Parametertyp gibt den Parametertyp der Oberfläche an, der berechnet wird.

  Alle verfügbaren Oberflächenparameter werden für jede Zelle einzeln berechnet, indem eine lokale Oberfläche um eine Zielzelle angeordnet wird. Die Einheiten aller Krümmungstyp-Ausgaben entsprechen dem Kehrwert (Quadrat des reziproken Wertes für Gauß'sche Krümmung) der XY-Einheiten des Ausgabekoordinatensystems. Die folgenden Optionen sind verfügbar:

  • Neigung: Die Änderungsrate der Höhe, die erste Ableitung eines DEM, wird berechnet. Der Wertebereich aus der Neigungsausgabe hängt von der Einheit ab, die für den Parameter Neigungsmesswert angegeben wurde. Dies ist die Standardeinstellung.
  • Ausrichtung: Die Neigungsrichtung der maximalen Änderungsrate wird für jede Zelle berechnet. Die Ausgabe stellt die Zielrichtung dar, in die ein Gefälle von der jeweiligen Position verläuft. Die Ausrichtung wird als positive Gradangabe von 0 bis 360 ausgedrückt, wobei im Uhrzeigersinn von Norden aus gemessen wird.
  • Mittlere Krümmung: Die Gesamtkrümmung der Oberfläche wird gemessen. Sie wird als Mittelwert der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Diese Krümmung beschreibt die intrinsische Konvexität oder Konkavität der Oberfläche unabhängig von der Richtung oder den Gravitationskräften. Hohe positive Werte geben Bereiche mit maximaler Abtragung und hohe negative Werte Bereiche mit maximaler Akkumulation an (Minár et al., 2020).
  • Tangentialkrümmung (Normalkontur): Die geometrische Normalkrümmung senkrecht zur Neigungslinie, tangential zur Konturlinie wird gemessen. Diese Krümmung wird i. d. R. angewendet, um die Fließkonvergenz oder -divergenz auf der Oberfläche zu beschreiben. Positive Werte geben Bereiche mit unterschiedlichem Oberflächenfluss an. Negative Tangentialkrümmungen geben Bereiche mit konvergierendem Oberflächenfluss an. Eine positive Tangentialkrümmung (Normalkontur) bedeutet, dass die Oberfläche an der senkrecht zur Neigungsrichtung ausgerichteten Zelle konvex ist. Eine negative Krümmung bedeutet, dass die Oberfläche an der senkrecht zur Neigung ausgerichteten Zelle konkav ist. Der Wert 0 gibt an, dass die Oberfläche eben ist.
  • Profilkrümmung (projizierte Kontur): Die geometrische Normalkrümmung entlang der Neigungslinie wird gemessen. Diese Krümmung wird i. d. R. angewendet, um die Fließbeschleunigung oder -verlangsamung auf der Oberfläche zu beschreiben. Positive Werte geben Bereiche mit Beschleunigung des Flusses und der Erosion der Oberfläche an. Eine negative Profilkrümmung gibt Bereiche mit Verlangsamung des Flusses und der Ablagerungen der Oberfläche an. Eine positive Profilkrümmung (Normalneigungslinie) bedeutet, dass die Oberfläche an dieser Zelle in Neigungsrichtung konvex ist. Eine negative Krümmung bedeutet, dass die Oberfläche an dieser Zelle in der gleichen Richtung konkav ist. Der Wert 0 gibt an, dass die Oberfläche eben ist.
  • Plankrümmung (projizierte Kontur): Die Krümmung entlang der Konturlinien wird gemessen.
  • Geodätische Torsion der Kontur: Die Änderungsrate des Neigungswinkels entlang der Konturlinien wird gemessen.
  • Gauß'sche Krümmung: Die Gesamtkrümmung der Oberfläche wird gemessen. Sie wird als Produkt der minimalen und maximalen Krümmung berechnet. Positive Werte weisen auf eine konvexe Oberfläche in dieser Zelle hin, während negative Werte auf eine konkave Oberfläche hinweisen. Der Wert 0 gibt an, dass die Oberfläche eben ist.
  • Casorati-Krümmung: Die allgemeine Krümmung der Oberfläche wird gemessen. Sie kann Null oder eine beliebige positive Zahl sein. Sie kann Null oder stets positiv sein. Hohe positive Werte weisen auf Bereiche mit scharfen Biegungen in mehrere Richtungen hin.

• Neigungsmesswert gibt die Maßeinheiten an, die für das Ausgabe-Neigungs-Raster verwendet werden.

  Dieser Parameter ist nur verfügbar, wenn für den Parameter Parametertyp die Option Neigung festgelegt wurde. Die folgenden Optionen sind verfügbar:

  • Grad: Es können Neigungswerte von 0 bis 90 Grad angegeben werden.
  • Prozentanstieg: Es können Werte von 0 bis zu theoretisch unendlich angegeben werden. Eine flache Oberfläche entspricht 0 Prozent, eine Oberfläche mit 45 Grad entspricht 100 Prozent. Wenn die Oberfläche senkrechter wird, verstärkt sich der prozentuale Anstieg.

• Mit Geodätische Azimute projizieren wird festgelegt, ob geodätische Azimute projiziert werden, um die durch den Ausgabe-Raumbezug verursachte Winkelverzerrung zu korrigieren.

  Dieser Parameter ist nur verfügbar, wenn für den Parameter Parametertyp die Option Ausrichtung festgelegt wurde.

  • Deaktiviert: Geodätische Azimute werden nicht projiziert. Dies ist die Standardeinstellung.
  • Aktiviert: Geodätische Azimute werden projiziert. In diesem Fall stellt 360 Grad den Norden dar, und die Azimute werden projiziert, um die Verzerrung zu korrigieren, die durch eine nicht konforme Umgebungseinstellung im Ausgabekoordinatensystem verursacht wird. Diese Winkel können verwendet werden, um Punkte entlang der steilsten Abwärtsneigung genau zu verorten. Aktivieren Sie den Parameter Geodätische Azimute projizieren, wenn Sie die Ausgabe des Werkzeugs "Oberflächenparameter" als Gegenrichtungseingabe im Parameter Eingabe-Gegenrichtungs-Raster für ein Werkzeug im Toolset "Nachbarschaftsanalyse verwenden" verwenden.

• Mit Äquatorausrichtung verwenden wird festgelegt, ob die Ausrichtung von einem Punkt am Äquator oder vom Nordpol gemessen wird.

  Dieser Parameter ist nur verfügbar, wenn für den Parameter Parametertyp die Option Ausrichtung festgelegt wurde.

  • Deaktiviert: Die Ausrichtung wird vom Nordpol gemessen. Dies ist die Standardeinstellung.
  • Aktiviert: Die Ausrichtung wird ab einem Punkt auf dem Äquator gemessen, um die in der Nähe der Pole auftretende Richtungsverzerrung auszugleichen. Dieser Parameter stellt sicher, dass die Nord-Süd- und Ost-West-Achse senkrecht zueinander ausgerichtet sind. Verwenden Sie die Option, wenn sich das Terrain nahe am Nord- oder Südpol befindet.

• Typ der lokalen Oberfläche gibt den Typ der Oberflächenfunktion an, die um die Zielzelle angewendet wird. Die folgenden Optionen sind verfügbar:

  • Quadratisch: Eine quadratische Oberflächenfunktion wird auf die benachbarten Zellen angewendet. Mit dieser Oberflächenfunktion wird keine genaue Übereinstimmung mit den benachbarten Zellen erzielt. Diese Einstellung wird für die meisten Daten und Anwendungen empfohlen. Dies ist die Standardeinstellung.

    Durch die quadratische Oberfläche werden die Auswirkungen des Rauschens im Eingabe-Oberflächen-Raster minimiert. Dies ist besonders wichtig, wenn die Krümmung berechnet wird.

    Verwenden Sie diese Option, wenn Sie eine Nachbarschaftsgröße, die die Zellengröße überschreitet, über den Parameter Nachbarschaftsentfernung angeben oder wenn Sie die Option "Adaptive Nachbarschaft" verwenden.

  • Biquadratisch: Eine biquadratische Oberflächenfunktion wird auf die benachbarten Zellen angewendet.

    Diese Option eignet sich für eine äußerst genaue Eingabeoberfläche.

    Wenn die Nachbarschaftsentfernung die Eingabe-Raster-Zellengröße überschreitet, gehen die Genauigkeitsvorteile des Oberflächentyps "Biquadratisch" verloren. Behalten Sie den Standardwert der Nachbarschaftsentfernung (gleich der Zellengröße) unverändert bei.

• Nachbarschaftsentfernung ist die Entfernung ab dem Mittelpunkt der Zielzelle, von dem aus die Ausgabe berechnet wird. Sie bestimmt die Nachbarschaftsgröße.

  Der Standardwert ist die Eingabe-Raster-Zellengröße. Das Ergebnis ist eine 3 x 3-Nachbarschaft. Sie darf nicht geringer als die Eingabe-Raster-Zellengröße sein. Wenn eine Nachbarschaftsentfernung angegeben wird, die nicht zu einem ungeraden Intervall der Zellengröße führt, wird sie auf das nächste Intervall der Zellengröße aufgerundet. Die größte Nachbarschaftsentfernung entspricht außerdem dem 7-Fachen der Zellengröße, wodurch ein Zellenfenster der Größe 15 x 15 entsteht. Bei jeder angegebenen Entfernung, die größer als das 7-Fache der Zellengröße ist, entsteht ein Zellenfenster der Größe 15 x 15.

  Eine geringe Nachbarschaftsentfernung erfasst eher die lokale Variabilität in der Landschaft, also Merkmale kleinerer Landschafts-Features. Bei Höhendaten mit hoher Auflösung sind größere Entfernungen möglicherweise besser geeignet.

• Adaptive Nachbarschaft verwenden gibt an, ob sich die Nachbarschaftsentfernung mit Landschaftsänderungen ändert. Die Nachbarschaftsentfernung verringert sich, wenn die Variabilität im Berechnungsfenster zu groß ist. Die maximale Entfernung wird durch den Wert des Parameters Nachbarschaftsentfernung bestimmt.

  Die minimale Entfernung ist die Eingabe-Raster-Zellengröße.

  • Deaktiviert: An allen Positionen wird eine einzelne (feste) Nachbarschaftsentfernung verwendet. Dies ist die Standardeinstellung.
  • Aktiviert: An allen Positionen wird eine adaptive Nachbarschaftsentfernung verwendet.

• Z-Einheit gibt die lineare Einheit vertikaler Z-Werte an.

  Sie wird durch ein vertikales Koordinatensystem definiert, sofern vorhanden. Falls kein vertikales Koordinatensystem vorhanden ist, sollte die Z-Einheit mithilfe der Einheitenliste festgelegt werden, um eine korrekte geodätische Berechnung sicherzustellen. Die Standardeinstellung ist Meter. Die verfügbaren linearen Einheiten sind Zoll, Fuß, Yard, Meilen (US), Seemeilen, Millimeter, Dezimeter, Zentimeter, Meter und Kilometer.

Ergebnis-Layer

Die Gruppe Ergebnis-Layer enthält die folgenden Parameter:

• Ausgabe-Raster-Name ist der Name des Rasters, das die Werte des angegebenen Oberflächenparametertyps enthält.

  Der Name muss eindeutig sein. Wenn in der Organisation bereits ein Layer mit dem gleichen Namen vorhanden ist, tritt ein Fehler auf, und Sie werden aufgefordert, einen anderen Namen zu verwenden.

• In Ordner speichern gibt den Namen eines Ordners in Eigene Inhalte an, in dem das Ergebnis gespeichert wird.

Umgebungen

Umgebungseinstellungen für die Analyse sind zusätzliche Parameter, mit denen die Ergebnisse eines Werkzeugs beeinflusst werden können. Sie können über die Parametergruppe Umgebungseinstellungen auf die Umgebungseinstellungen des Werkzeugs für die Analyse zugreifen.

Dieses Werkzeug berücksichtigt die folgenden Analyseumgebungen:

• Ausgabe-Koordinatensystem
• Verarbeitungsausdehnung

  Hinweis:

  Die standardmäßige Verarbeitungsausdehnung in Map Viewer ist Volle Ausdehnung. Diese Standardeinstellung unterscheidet sich von Map Viewer Classic, wo Aktuelle Kartenausdehnung verwenden standardmäßig aktiviert ist.

• Fang-Raster
• Zellengröße
• Maske
• Faktor für parallele Verarbeitung

Ausgaben

Die Ausgabe ist ein Ausgabe-Raster mit den Werten des angegebenen Oberflächenparametertyps.

Anforderungen für die Verwendung

Für dieses Werkzeug werden folgende Lizenzen und Konfigurationen benötigt:

• Benutzertyp Creator oder GIS Professional
• Publisher- oder Administratorrolle oder eine entsprechende benutzerdefinierte Rolle
• Verfügbar, wenn die Organisation für Rasteranalysen mit einer Premiumfunktion-Lizenz konfiguriert ist

Referenzen

• James D.E., M.D. Tomer, S.A. Porter. 2014. "Trans-scalar landform segmentation from high-resolution digital elevation models." Poster präsentiert bei der jährlichen Esri User Conference, Juli 2014, San Diego, Kalifornien, USA.
• 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

Ressourcen

Weitere Informationen finden Sie in den folgenden Quellen:

• Funktionsweise des Werkzeugs "Oberflächenparameter"
• Surface Parameters in ArcGIS REST API
• Oberflächenparameter in ArcGIS Pro mit der Erweiterung Raster Analysis
• Oberflächenparameter in ArcGIS Pro mit der Erweiterung Spatial Analyst