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Verwenden von SRTM Global DEM für die Neigungsberechnung

Verwenden von SRTM Global DEM für die Neigungsberechnung


Ich habe SRTM GDEM (~90m Auflösung) heruntergeladen.

Ich verwende ArcGIS 10.

Ich habe versucht, das Spatial Analyst-Tool zu verwenden, um die Neigung zu berechnen.

Allerdings kann ich die Steigung nicht berechnen.

Die Ausgabewerte haben nur zwei Bereiche 0 und 0,1-90.

Ich bin mir nicht wirklich sicher, was das Problem ist.


Dies scheint ein guter Ort zu sein, um es zu beschreiben eine einfache, schnelle und mehr als einigermaßen genaue Methode zur Berechnung von Steigungen für ein global ausgedehntes DEM.

Grundsätze

Denken Sie daran, dass die Neigung einer Oberfläche an einem Punkt im Wesentlichen das größte Verhältnis von "Anstieg" zu "Laufen" ist, das bei allen möglichen Peilungen von diesem Punkt aus angetroffen wird. Das Problem besteht darin, dass die Werte von "run" falsch berechnet werden, wenn eine Projektion eine Skalenverzerrung aufweist. Schlimmer noch, wenn die Skalenverzerrung mit der Peilung variiert – was bei allen Projektionen der Fall ist, die nicht konform sind – wird die Änderung der Neigung mit der Peilung falsch geschätzt, was eine genaue Identifizierung des maximalen Anstiegs:Lauf-Verhältnisses verhindert (und die Berechnung des Aspekts).

Wir können dies lösen, indem wir a konform Projektion, um sicherzustellen, dass die Skalenverzerrung nicht mit der Peilung variiert, und dann korrigierend die Neigungsschätzungen, um die Maßstabsverzerrung zu berücksichtigen (die von Punkt zu Punkt in der gesamten Karte variiert). Der Trick besteht darin, eine globale konforme Projektion zu verwenden, die einen einfachen Ausdruck für ihre Skalenverzerrung ermöglicht.

Die Mercator-Projektion ist genau das Richtige: Wenn der Maßstab am Äquator korrekt ist, entspricht seine Verzerrung der Sekante des Breitengrades. Das heißt, Entfernungen auf der Karte scheinen mit der Sekante multipliziert zu werden. Dies bewirkt, dass jede Steigungsberechnung den Anstieg berechnet:(sec(f)*run) (das ist ein Verhältnis), wobei f ist der Breitengrad. Um dies zu korrigieren, müssen wir die berechneten Steigungen mit sec(f) multiplizieren; oder äquivalent durch cos(f) dividieren. Dies gibt uns das einfache Rezept:

Berechnen Sie die Steigung (als Anstieg:Lauf oder Prozent) mithilfe einer Mercator-Projektion und teilen Sie das Ergebnis dann durch den Kosinus des Breitengrads.

Arbeitsablauf

Um dies mit einem in Dezimalgrad angegebenen Raster zu tun (z. B. ein SRTM-DEM), führen Sie die folgenden Schritte aus:

  1. Erstellen Sie ein Breitengradraster. (Dies ist nur das y-Koordinatengitter.)

  2. Berechne seinen Kosinus.

  3. Projekt beide die DEM und der Kosinus des Breitengrades unter Verwendung einer Mercator-Projektion, bei der die Skala am Äquator wahr ist.

  4. Konvertieren Sie die Höheneinheiten bei Bedarf so, dass sie mit den Einheiten der projizierten Koordinaten (normalerweise Meter) übereinstimmen.

  5. Berechnen Sie die Steigung des projizierten DEM entweder als reine Steigung oder als Prozent (nicht als Winkel).

  6. Teilen Sie diese Steigung durch das projizierte Kosinus(Breitengrad)-Gitter.

  7. Falls gewünscht, projizieren Sie das Neigungsgitter zur weiteren Analyse oder Kartierung auf ein anderes Koordinatensystem.

Die Fehler bei der Neigungsberechnung werden bis zu 0,3 % betragen (da dieses Verfahren ein kugelförmiges Erdmodell verwendet und kein ellipsoidales Modell, das um 0,3 % abgeflacht ist). Dieser Fehler ist wesentlich kleiner als andere Fehler, die in Steigungsberechnungen einfließen und kann daher vernachlässigt werden.


Vollständig globale Berechnungen

Die Mercator-Projektion kann keinen der Pole verarbeiten. Für Arbeiten in Polarregionen sollten Sie eine polare stereografische Projektion mit maßstabsgetreuer Ausrichtung am Pol in Erwägung ziehen. Die Skalenverzerrung beträgt 2 / (1 + sin(f)). Verwenden Sie diesen Ausdruck anstelle von sec(f) im Workflow. Anstatt ein Kosinus(Breitengrad)-Gitter zu berechnen, berechnen Sie insbesondere ein Gitter, dessen Werte (1 + sin(Breitengrad))/2 (bearbeiten: Verwenden Sie -Breitengrad für den Südpol, wie in den Kommentaren besprochen). Gehen Sie dann genauso vor wie zuvor.

Für eine komplette globale Lösung, Ziehen Sie in Erwägung, das terrestrische Gitter in drei Teile zu unterteilen – einen um jeden Pol und einen um den Äquator –, in jedem Teil eine separate Neigungsberechnung mit einer geeigneten Projektion durchzuführen und die Ergebnisse zu mosaikieren. Ein vernünftiger Ort, um den Globus zu teilen, ist entlang von Breitenkreisen bei Breiten von 2 * ArcTan (1/3), was etwa 37 Grad entspricht, da bei diesen Breiten der Mercator- und der stereographische Korrekturfaktor gleich sind (mit einem gemeinsamen Wert). von 5/4) und es wäre schön, die Größe der vorgenommenen Korrekturen zu minimieren. Zur Überprüfung der Berechnungen sollten die Gitter dort, wo sie sich überlappen, sehr gut übereinstimmen (geringfügige Gleitkomma-Ungenauigkeiten und Unterschiede aufgrund der Neuabtastung der projizierten Gitter sollten die einzigen Ursachen für Abweichungen sein).

Verweise

John P. Snyder, Kartenprojektionen – Ein Arbeitshandbuch. USGS Professional Paper 1395, 1987.


Ursprüngliche Antwort

Ich vermute, die horizontalen Einheiten für Ihr Raster sind entweder Grad oder Bogensekunden. Sie müssen dieses Raster in eine räumliche Projektion umprojizieren, bei der Ihre horizontalen und vertikalen Einheiten identisch sind (dh wenn die vertikalen Einheiten in Metern angegeben sind, empfehle ich die Verwendung von UTM mit horizontalen Einheiten von Metern).

Um ein Raster mit ArcCatalog/ArcGIS neu zu projizieren, schauen Sie in:

ArcToolbox > Datenverwaltungswerkzeuge > Projektionen und Transformationen > Raster > Raster projizieren

Wählen Sie einen projizierten Raumbezug, der Ihre Interessenregion abdeckt, z. B. versuchen Sie es mit einer UTM-Zone. Es gibt viele andere Optionen, die am besten im Handbuch dokumentiert sind. Beachten Sie, dass Sie kein Neigungs-Dataset für die gesamte Erde erstellen können (wenn Sie dies versuchen).

Bessere Antwort mit GDAL mit einer Skala

Jetzt, da SRTM-Daten global verfügbar sind, kann ich die Dateien tatsächlich sehen und mit ihnen arbeiten. Das gdaldemDienstprogramm von GDAL kann Neigung und Schummerung mit a . berechnen Rahmen Option für ein Verhältnis von vertikalen Einheiten zu horizontalen. Das Handbuch empfiehlt 111120 m/° für so etwas wie SRTM-Fliesen. Also zum Beispiel aus einer OSGeo4W-Shell:

$ gdaldem Steigung -s 111120 -compute_edges N44E007.hgt N44E007_slope.tif

Das-compute_edgesOption macht die Kanten nahtloser, wenn Sie einige Kacheln zusammennähen möchten. Oder berechnen Sie Kacheln für eine große Region. Der Nachteil bei der "Skalen"-Technik besteht darin, dass die Entfernungen in E-W- und N-S-Richtung außer am Äquator nicht gleich sind. Bei Fliesen, die näher an den Polen liegen, kann es daher zu seltsamen Fehldarstellungen der Neigung kommen.


Einfach gesagt, es gibt keinen. Per Definition ist ein auf Grad basierendes Koordinatensystem nicht projiziert. Im allgemeinen Sprachgebrauch sagen wir, dass WGS84 eine "geografische" Projektion ist, aber das ist nur der Einfachheit halber falsch.

Ich glaube, ich erinnere mich, über eine Software oder einen Prozess zum genauen Arbeiten mit Höhenmodellen in einem nicht projizierten geografischen Raum gelesen zu haben, kann ihn jedoch im Moment nicht finden. In jedem Fall wäre es ein experimenteller Prozess gewesen oder würde es selbst aus Code-Prozessen erstellen.


Ahhh, gefunden: Entwicklung eines globalen Neigungsdatensatzes zur Schätzung des Auftretens von Erdrutschen infolge von Erdbeben (USGS). Seite 4 beschreibt das Problem gut

… die Länge eines Grades variiert je nach Breitengrad. Am Äquator ist ein 1-Grad-mal-Grad-Block recht quadratisch, wenn er in Meter umgerechnet wird (111.321 Meter in x-Richtung mal 110.567 Meter in y-Richtung… aber näher an den Polen sind die Abstände in x- Richtung kleiner als Funktion des Kosinus des Breitengrades aufgrund der Konvergenz der Meridiane Die meisten GIS-Pakete, einschließlich ArcGIS, arbeiten nur mit quadratischen Pixeln und verwenden daher einen Faktor, um die x-, y- oder z-Dimensionen auf ein gemeinsames anzupassen adjust Einheit ist nicht möglich.

Im Folgenden werden die spezifischen Berechnungen und Softwaretools (gdal, python, numpy) beschrieben, mit denen dieses grundlegende Problem umgangen wurde. Das Papier enthält keinen Code, aber wenn sie nett gefragt werden, können sie es teilen. Auf jeden Fall würde ich wahrscheinlich nur fragen, wo die Ergebnisse sind, da die USGS wahrscheinlich schon irgendwo online ist. :)


Globale DEM-Parameter (wobei die meisten Formeln auf der Annahme des euklidischen Raums basieren) können mit dem EQUI7 GRID-System effizient abgeleitet werden (Bauer-Marschallinger et al. 2014). EQUI7 GRID teilt die Welt in 7 Landbereiche, die alle in einem äquidistanten Projektionssystem mit minimalem Präzisionsverlust projiziert werden. Siehe ein Beispiel für globales DEM bei 250 m Auflösung im EQUI7 GRID. Hier finden Sie einige Beispielcodes, die zeigen, wie globale DEM-Parameter mit SAGA GIS abgeleitet werden. Sobald Sie die Ableitung von DEM-Parametern im EQUI7 GRID-System abgeschlossen haben, können Sie alle Karten in WGS84 zurücktransformierenlanglatKoordinaten und erstellen Sie dann ein globales Mosaik mit GDAL.


Steigung ist Anstieg / Lauf. Berechnen Sie Anstieg und berechnen Sie Lauf und Sie haben Ihre Antwort. Es ist einfach, den Abstand zwischen geografischen Koordinaten zu berechnen. Dies führt im Vergleich zur Konvertierung in UTM usw. zu weniger Resampling-Fehlern.


Auswirkungen von Klima und Feuer auf die kurzfristige Vegetationserholung in den borealen Lärchenwäldern Nordostchinas

Das Verständnis des Einflusses der Klimavariabilität und der Feuereigenschaften auf die Gestaltung der Vegetationserholung nach dem Feuer wird helfen, zukünftige Ökosystem-Trajektorien in borealen Wäldern vorherzusagen. In dieser Studie habe ich gefragt: (1) Welcher aus der Ferne erfasste Vegetationsindex (VI) ist ein guter Proxy für die Erholung der Vegetation? und (2) was sind die relativen Einflüsse von Klima und Feuer bei der Kontrolle der Vegetationserholung nach einem Brand in einem sibirischen Lärchenwald, einem global wichtigen, aber kaum verstandenen Ökosystemtyp? Die Analyse zeigte, dass das kurzwellige Infrarot (SWIR) VI ein guter Indikator für die Erholung der Vegetation nach einem Brand in borealen Lärchenwäldern ist. Eine verstärkte Regressionsbaumanalyse zeigte, dass die Erholung nach einem Brand kollektiv durch Prozesse kontrolliert wurde, die die Saatgutverfügbarkeit kontrollierten, sowie durch Standortbedingungen und Klimavariabilität. Die Schwere des Feuers und seine räumliche Variabilität spielten eine dominante Rolle bei der Bestimmung der Vegetationserholung, was darauf hindeutet, dass die Verfügbarkeit von Saatgut der primäre Mechanismus ist, der die Widerstandsfähigkeit der Wälder nach einem Brand beeinflusst. Die Umgebungsbedingungen und die klimatischen Bedingungen unmittelbar nach dem Brand scheinen weniger wichtig zu sein, interagieren jedoch stark mit der Schwere des Feuers, um die Erholung nach dem Brand zu beeinflussen. Wenn sich zukünftige Erwärmungs- und Feuerregime in dieser Region wie erwartet manifestieren, werden die Saatbeschränkung und das klimabedingte Regenerationsversagen häufiger und schwerwiegender, was dazu führen kann, dass Wälder in alternative stabile Zustände verlagert werden.


Schau das Video: Shuttle Radar Topography Mission SRTM DEM