Как работает уклон—ArcGIS Pro | Документация
Доступно с лицензией Spatial Analyst.
Доступно с лицензией 3D Analyst.
Инструмент «Уклон» определяет крутизну каждой ячейки растровой поверхности. Чем меньше значение уклона, тем ровнее местность; чем выше значение уклона, тем круче местность.
Инструмент «Параметры поверхности» обеспечивает более новую реализацию уклона и рекомендуется для использования вместо инструмента «Уклон». Инструмент «Уклон» подгоняет плоскость к девяти локальным ячейкам, но плоскость может не быть хорошим описанием ландшафта и может маскировать или преувеличивать интересующие естественные вариации. Инструмент «Параметры поверхности» подгоняет поверхность к окрестностям ячеек, а не к плоскости, что обеспечивает более естественное соответствие рельефу.
Инструмент «Уклон» использует окно ячеек 3 на 3 для вычисления значения, а инструмент «Параметры поверхности» допускает размер окна от 3 на 3 до 15 на 15 ячеек. Окна большего размера полезны при работе с данными высот с высоким разрешением для захвата процессов на поверхности земли в соответствующем масштабе. Параметры поверхности также предоставляют опцию адаптивного окна, которая оценивает локальную изменчивость ландшафта и определяет наибольший подходящий размер окрестности для каждой ячейки. Это может быть полезно при плавном однородном рельефе, прерываемом ручьями, дорогами или резкими изломами склона.
Вы можете продолжать использовать традиционный подход инструмента «Уклон», если вам нужно, чтобы результаты точно соответствовали предыдущим запускам инструмента или если быстрое время выполнения важнее, чем лучший алгоритм.
Выходной растр уклона может быть рассчитан в двух типах единиц измерения: градусах или процентах (процент подъема). Рост в процентах можно лучше понять, если рассматривать его как рост, деленный на пробег, умноженный на 100. Рассмотрим треугольник B ниже. При угле 45 градусов подъем равен разбегу, а процент подъема равен 100 процентам.
По мере приближения угла наклона к вертикали (90 градусов), как и в треугольнике C , процент подъема начинает приближаться к бесконечности. Сравнение значений наклона в градусах и процентах.Инструмент «Уклон» чаще всего запускается для набора данных высот, как показано на следующих изображениях. Более крутые склоны отображаются на выходном растре склонов более темно-коричневым цветом.
Инструмент также можно использовать с другими типами непрерывных данных, такими как население, для выявления резких изменений стоимости.
Методы расчета и краевой эффект
Для вычисления наклона доступны два метода. Вы можете выбрать между выполнением планарных или геодезических расчетов с помощью параметра «Метод».
Для планарного метода наклон измеряется как максимальная скорость изменения значения от ячейки к ее непосредственным соседям. Расчет выполняется на спроецированную плоскую плоскость с использованием двухмерной декартовой системы координат. Значение наклона вычисляется с использованием конечно-разностной оценки третьего порядка.
При использовании геодезического метода расчет будет выполняться в трехмерной декартовой системе координат с учетом формы Земли как эллипсоида. Значение уклона рассчитывается путем измерения угла между топографической поверхностью и опорной точкой.
Как планарные, так и геодезические вычисления выполняются с использованием окрестности 3 на 3 ячейки (движущееся окно). Для каждой окрестности, если обрабатываемая (центральная) ячейка имеет значение «Нет данных», вывод будет «Нет данных». Вычисление также требует, чтобы по крайней мере семь ячеек, соседних с обрабатывающей ячейкой, имели действительные значения. Если допустимых ячеек меньше семи, вычисление не будет выполнено, и выход в этой обрабатываемой ячейке будет NoData.
Ячейки в крайних строках и столбцах выходного растра будут иметь значение NoData. Это связано с тем, что вдоль границы входного набора данных у этих ячеек недостаточно допустимых соседей.
Планарный метод
Уклон вычисляется как скорость изменения (дельта) поверхности в горизонтальном (dz/dx) и вертикальном (dz/dy) направлениях от центральной ячейки к каждой соседней ячейке. Основной алгоритм, используемый для расчета уклона, выглядит следующим образом:
наклон_радианы = ATAN ( √ ([dz/dx] 2 + [dz/dy] 2 ))
Уклон обычно измеряется в единицах градусов, который использует следующий алгоритм:
наклон_градусов = ATAN ( √ ([dz/dx] 2 + [dz/dy] 2 )) * 57,29578
Значение 57,29578, показанное здесь, является усеченной версией результата 180/pi.
Алгоритм наклона также можно интерпретировать следующим образом:
уклон_градусов = ATAN ( подъем_прогон ) * 57,29578
Значения центральной ячейки и ее восьми соседей определяют горизонтальную и вертикальную дельты. Соседи идентифицируются как письма с по 9от 0016 до i , где e представляет ячейку, для которой рассчитывается наклон.
Окно сканирования поверхностиСкорость изменения в направлении x для ячейки e рассчитывается по следующему алгоритму:
[dz/dx] = (( c + 2 f + i )*4/ wght1 - ( a + 2 d + 90 015 г )*4/ вес2 ) / (8 * x_cellsize )
- где:
wght1 и wght2 — это горизонтальное взвешенное количество действительных ячеек.
Например, если:
- c , f и i имеют допустимые значения, wght1 = (1+2*1+1) = 4.
- i это NoData, wght1 = (1 +2*1+0) = 3.
- f — NoData, wght1 = (1+2*0+1) = 2.
Аналогичная логика применима к wght2 , за исключением соседних местоположений a , d и g .
Скорость изменения в направлении y для ячейки e рассчитывается по следующему алгоритму:
[dz/dy] = (( г + 2 ч + i )*4/ вес3 - ( a + 2 b + 9001 5 c )*4/ вес4 ) / (8 * y_cellsize )
Пример расчета плоского наклона
В качестве примера будет рассчитано значение наклона центральной ячейки движущегося окна, показанного ниже.
Пример наклона вводаСкорость изменения в направлении x для центральной ячейки e :
[dz/dx] = (( c + 2 f + i )*4/ wght1 - ( a + 2 d + 90 015 г )*4/ вес2 ) / (8 * x_cellsize ) = ((50 + 60 + 10)*4/(1+2+1) - (50 + 60 + 8)*4/(1+2+1)) / (8 * 5) = (120 - 118) / 40 = 0,05
Скорость изменения в направлении Y для ячейки e :
[dz/dy] = (( г + 2 ч + i )*4/ вес3 - ( a + 2 b + 9001 5 c )*4/ вес4 ) / (8 * y_cellsize ) = ((8 + 20 + 10)*4/(1+2+1) - (50 + 90 + 50)*4/(1+2+1)) / (8 * 5) = (38 - 190) / 40 = -3,8
Принимая скорость изменения в направлениях x и y, наклон для центральной ячейки e рассчитывается по следующей формуле:
подъем_пробег = √ ([dz/dx] 2 + [dz/dy] 2 ) = √ ((0,05) 2 + (-3,8) 2 ) = √ (0,0025 + 14,44) = 3,80032
уклон_градусов = ATAN ( подъем_пробег ) * 57,29578 = АТАН (3,80032) * 57,29578 = 1,31349 * 57,29578 = 75,25762
Целочисленное значение наклона для ячейки
Геодезический метод
Геодезический метод измеряет уклон в геоцентрической трехмерной системе координат, также называемой системой координат, ориентированной на Землю, зафиксированной на Земле (ECEF), путем рассмотрения формы Земли как эллипсоида. Результат вычислений не будет зависеть от того, как проецируется набор данных. Он будет использовать z-единицы входного растра, если они определены в пространственной привязке. Если пространственная привязка входных данных не определяет z-единицы, вам нужно будет сделать это с параметром z-unit. Геодезический метод дает более точный уклон, чем планарный метод.
Преобразование геодезических координат
Система координат ECEF представляет собой трехмерную правостороннюю декартову систему координат с центром Земли в качестве начала координат, где любое местоположение представлено координатами X, Y и Z. На следующем рисунке показан пример целевого местоположения T, выраженного в геоцентрических координатах.
Растр поверхности преобразуется из входной системы координат в трехмерную геоцентрическую систему координат.Геодезические вычисления используют координаты X, Y, Z, которые вычисляются на основе его геодезических координат (широта φ, долгота λ, высота h). Если система координат входного растра поверхности является системой координат проекции (PCS), растр сначала перепроецируется в географическую систему координат (GCS), где каждое местоположение имеет геодезическую координату, а затем преобразуется в систему координат ECEF. Высота h (значение z) представляет собой высоту эллипсоида относительно поверхности эллипсоида. См. иллюстрацию ниже.
Высота эллипсоида
Для преобразования в координаты ECEF из геодезических координат (широта φ, долгота λ, высота h) используйте следующие формулы: ч )cos φ cos λ
Y = ( N ( φ )+ h )cos φ 9 0016 sin λ
Z = ( б 2 / а 2 * Н ( φ )+ h )sin φ
- где:
- N( φ ) = a 2 / √( a 2 cos φ 2 9004 4 + б 2 sin φ
- φ = широта
- λ = долгота
- h = высота эллипсоида
- a = большая ось эллипсоида
- b = малая ось эллипсоида
- N( φ ) = a 2 / √( a 2 cos φ 2 9004 4 + б 2 sin φ
В приведенных выше формулах высота эллипсоида h указана в метрах. Если единица измерения z вашего входного растра указана в любой другой единице измерения, она будет преобразована в метры.
Вычисление уклона
Геодезический уклон — это угол, образованный между топографической поверхностью и поверхностью эллипсоида. Любая поверхность, параллельная поверхности эллипсоида, имеет наклон, равный 0. Чтобы вычислить наклон в каждом месте, плоскость соседства ячеек размером 3 на 3 помещается вокруг каждой обрабатываемой ячейки с использованием метода наименьших квадратов (LSM). Наилучшее соответствие в LSM минимизирует сумму квадратов разности (dz i ) между фактическим значением z и подогнанным значением z. См. иллюстрацию ниже для примера.
Метод наименьших квадратов Пример подгонки
Здесь плоскость представлена как z = Ax + By + C. Для центра каждой ячейки dz i — это разница между фактическим значением z и подогнанным значением z.
Самолет лучше всего подходит, когда ∑ 9 i=1 dz i 2 свернуто.
После подбора плоскости вычисляется нормаль к поверхности в ячейке. В том же месте вычисляется нормаль эллипсоида, перпендикулярная касательной плоскости поверхности эллипсоида.
Вычисление геодезического уклонаУклон в градусах вычисляется по углу между нормалью эллипсоида и нормалью топографической поверхности, представленному здесь как β. На приведенном выше рисунке угол α является геодезическим наклоном, который совпадает с углом β в соответствии с законом конгруэнтной геометрии.
Для расчета уклона в процентах используется следующая формула:
Уклон_ПроцентПодъема = ATAN(β) * 100%
Должен ли я использовать инструмент Параметры поверхности? 93 по 3 окрестности этого инструмента. Использование большей окрестности может свести к минимуму влияние зашумленных поверхностей. Использование более крупного соседства также может лучше представить форму рельефа и характеристики поверхности при использовании поверхностей с высоким разрешением.
Использование графического процессора
Для геодезического метода этот инструмент способен повысить производительность, если в вашей системе установлено определенное аппаратное обеспечение графического процессора. См. раздел «Обработка GPU с помощью Spatial Analyst», чтобы узнать, как это поддерживается, как его настроить и как включить.
Ссылки
Marcin Ligas, and Piotr Banasik, 2011. Преобразование декартовых и геодезических координат на эллипсоиде вращения путем решения системы нелинейных уравнений (ГЕОДЕЗИЯ И КАРТОГРАФИЯ), Vol. 60, № 2, 2011. С. 145-159.
Б. Хофманн-Велленхоф, Х. Лихтенеггер и Дж. Коллинз, 2001 г. GPS — теория и практика. Раздел 10.2.1. п. 282.
Дэвид Эберли 1999. Подгонка данных методом наименьших квадратов (Geometric Tools, LLC), стр. 3. Отзыв по этой теме?
Кататься на склонах летом? Что нужно знать о редком «втором сезоне» Мамонтовой горы — San Bernardino Sun
Калифорния может быть известна своими залитыми солнцем пляжами, но катание на сноуборде и лыжах в летние месяцы — это удовольствие Золотого штата, которое стоит включить в список желаний в этом году.
Лето началось медленно там, где я живу в Южной Калифорнии, с пасмурным серым небом день за днем. Поэтому, когда в начале июня у моих двоих маленьких детей начались летние каникулы, мы решили, что попытаемся найти солнце в другом месте, над облаками.
Эта дикая зима — самая снежная за всю историю наблюдений, когда на вершине Мамонтовой горы было зарегистрировано более 900 дюймов — позволила курорту продолжать работу подъемников до конца июля, что является «вторым сезоном», который случался всего несколько раз в 70-летняя история курорта.
В последний раз курорт оставался открытым 4 июля в сезоне 2018-19 с 492 дюймами.
Сноубордист Фермин Лил из Санта-Аны в январе 2023 года после серии штормов, обрушившихся на Мамонтовую гору. (Фото любезно предоставлено Fermin Leal)Только два раза курорт оставался открытым в августе. В сезоне 2016-17 курорт закрылся 8 августа, когда выпало 617,5 дюймов снега, а до этого, в 1994-95 годах, он оставался открытым до 13 августа, когда в том же году выпало 540,2 дюйма снега.
Поскольку этой зимой снега еще больше, чем в оба сезона, я не удивлюсь, если подъемники будут работать все лето — хотя официальных сведений об этом пока нет.
Неумолимая зима этого года принесла на склоны столько снега, что добраться до города и курорта стало проблемой. Экипажам пришлось потратить несколько дней, раскапывая лифты и улицы, чтобы попасть в очередной шторм. И другой. И другой.
Из-за перекрытых дорог и опасных условий многие любители снега в хорошую погоду, такие как я, не появлялись на протяжении большей части сезона.
Но сейчас много снега, светит солнце и народу немного — идеальный рецепт для быстрой поездки с молодежью на склоны.
Наши дети в возрасте 7 и 10 лет только начали осваиваться в прошедшем зимнем сезоне, научились спускаться с подъемника самостоятельно и чувствовали себя более комфортно на склонах. Мы решили, что это будет хороший год для инвестиций в перевал Икон, с доступом на подъемнике до конца этого расширенного года и, надеюсь, с прогнозом Эль-Ниньо, еще один здоровый снежный сезон на горизонте.
Приучить детей к заснеженным склонам — непростая задача. Если слишком холодно и ветрено, это может быть неприятным опытом. Слишком ледяной, и падения могут быть мучительными. Слишком слякоть мешает пробираться по липкому снегу, особенно на более ровных трассах для новичков.
Проснувшись на рассвете и отправившись в путь, мы прибыли в Мамонт около полудня, как раз вовремя, чтобы кататься по склонам около часа, разминка, которая была идеальным способом завершить долгую поездку из южного округа Ориндж. .
Помогло то, что мы решили остановиться в отеле Mammoth Mountain Inn в нескольких шагах от подъемников, а парковки у Main Lodge и Mill, единственных двух открытых участков горы, были заполнены в выходные дни.
Взяв в отеле пропуск на парковку, мы отправились на склоны. Я быстро понял, почему горный курорт открыт только до 13:00, когда палящее солнце тает снег, создавая липкие условия.
На следующее утро я проснулся рано, чтобы совершить несколько пробежек без детей в 7:30, как раз когда открылись подъемники, с моим давним приятелем по сноуборду Фермином Леалом.
Запах свежего утреннего горного воздуха освежал, и немногочисленные люди на склонах возлагали большие надежды на эпический час катания, чтобы начать день.
Летний сезон — идеальное время для катания детей на склонах, где тепло и приятно. (Фото Лейлан Коннелли, Orange County Register/SCNG)
Одним из преимуществ продолжительного летнего сезона на склонах является небольшая толпа на горе. (Фото Лейлан Коннелли, Orange County Register/SCNG)
Летний снежный сезон позволяет снять слои одежды, теплая погода, но при этом кататься по склонам эпично. «Второй сезон» продлится как минимум до июля из-за рекордного снегопада. (Фото предоставлено Питером Морнингом/Mammoth Mountain)
Одним из преимуществ летнего отдыха на склонах является небольшая толпа на горе. Поскольку склоны открыты до июля, в этом году еще есть время насладиться снегом. (Фото Лейлан Коннелли, Orange County Register/SCNG)
7-летняя Лилиани Перино катается по склонам Мамонтовой горы 3 июня 2023 года, когда начинается «второй сезон» курорта благодаря рекордной зиме. (Фото Лейлан Коннелли, Orange County Register/SCNG)
Небольшое озеро появляется в снегу, который тает от теплой летней погоды. Не волнуйтесь, на склонах еще много снега. (Фото Лейлан Коннелли, Orange County Register/SCNG)
Репортер Лейлан Коннелли со своими детьми, Лилиани и Каем, и мужем Джоном Перино, чтобы начать лето на склонах. (Фото предоставлено Фермином Лилом)
Сноубордист Фермин Лил из Санта-Ана наслаждается редкой летней сессией на Мамонтовой горе благодаря рекордному количеству снегопадов прошлой зимой. (Фото Лейлан Коннелли, SCNG/Регистр округа Ориндж)
из
Expand
Но треск под моей доской, когда я вышел из первого подъемника, заставил меня содрогнуться. Ледяные, тяжелые условия, на всем протяжении трассы.
Слишком слякоть теплым днем, слишком ледяно холодным утром — но в промежутках между часами снег был как масло, мягкий снег, который идеально подходил для катания.
Когда трассы стали мягче, мы часами катались по склонам с детьми, выполняя небольшие прыжки и джибы, дети курсировали по зеленым трассам и преодолевали более длинные и сложные трассы.
— Не могу поверить, что сейчас лето и такие хорошие условия, — сказал Леаль. «Я никогда не видел ничего подобного».
Единственная жалоба детей за весь день? Было слишком жарко, несмотря на то, что они были одеты только в легкие свитера, чтобы прикрыть руки.
Идеальным облегчением был слегка прохладный бассейн после нашего сеанса с видом на заснеженные горы на заднем плане.
Глядя на достопримечательности, я не мог не думать про себя — какой дикий, дурацкий способ начать лето в Калифорнии.
Вот несколько вещей, которые нужно сделать, если вы идете:
Любите полевые цветы? Из-за рекордного количества снега в восточной части Сьерры этой зимой полевые цветы только начинают цвести. Ботаники Национального леса Иньо проводят субботние «Прогулки по диким цветам», которые проходят с 8:30 до 10:30 29 июля в Рок-Крик и 19 августа в Ланди-Каньоне.
Водопады : Еще одна прелесть рекордно-снежного сезона? Эпическое таяние снегов вызывает бушующие водопады по всему району.
Водопад возле Tamarack Lodge пытается прорваться сквозь еще густой снег 4 июня 2023 года. (Фото предоставлено Моникой Кэмерон)Ограниченные тропы: а также дорога к Рок-Крик, большинство троп в этом районе все еще находятся под снегом.
Озера: В то время как снег вокруг озер тает, их еще так много, что многие озера и близлежащие кемпинги еще не открыты. Если вы хотите добавить рыбалку, кемпинг или катание на каяках в свой список летних дел, убедитесь, что вы проверяете обновления, прежде чем идти. К открытым озерам относятся Кроули, Осужденный, Джун, Чайка, Грант, Сильвер, Твин-Лейкс в Бриджпорте и Бриджпортское водохранилище.