基于ArcGIS Pro的栅格建模器进行滑坡敏感性评估

2021-08-18 12:14:59 浏览数 (2)

实验目的

本次实验目的是在火灾发生后,评估Thomas Fire 燃烧区域滑坡的敏感性。许多因素会导致滑坡风险增加,如土壤成分、降雨量、植被、坡度和坡向。本实验关注三个因素:植被密度、坡度和降雨量。利用栅格建模器来完成,使工作流程化,能可重复使用。

首先说明下存在的问题,从ArcGIS Living Atlas of the World 在线加载数据,因为网络原因,数据加载很慢。另一个问题是实验中用到的USA Mean Rainfall图层已经弃用,用了WorldClim Global Mean Precipitation图层替代,但分辨率和数值都有很大不同。因此,做到了滑坡敏感性分析部分。但整个实验流程和思路是值得借鉴的。实验过程还是以原文整理,可点击阅读原文查看。

数据准备

  1. 单击Map选项卡上的Bookmarks->California
  2. 单击Map选项卡上的Add data->data->Portal->Living Atlas->搜索栏中输入landsat->回车->选择Multispectral Landsat->OK。
  3. 另一种数据添加方式。在Catalog中单击Portal->LivingAtlas->搜索栏中输入terrain->回车->右键单击名为Terrain->Add to Current Map.

4.加载降水数据。同步骤3一样,在搜索栏中输入Rainfall->回车。找到名为USA Mean Rainfall的名字拖动到Map中。降雨较多的区域以白色显示。

5.取消选中Terrain 和 USA Mean Rainfall 图层显示->右键单击 Thomas Fire Boundary图层->zoom to layer.

注意:三个影响因素图层都来自在线 ArcGIS Living Atlas of the World,并未将任何数据下载到本地计算机。

数据处理

2017 年 12 月,南加州大片地区被Thomas大火破坏。2018 年 1 月 26 日是大火被完全被控制的两周后。Landsat 图层包含世界不同年份的许多场景,过滤影像图层以捕获 2018 年 1 月 26 日和 1 月 27 日的所有影像。

1.点击Map选项卡上的SelectBy Attributes,对影像进行过滤。完成之后,点击Select By Location,进行位置过滤。

2.右键单击Multispectral Landsat图层->Selection->LockTo Selection。这将确保仅显示覆盖 Thomas Fire 区域的场景。

3. 右键单击MultispectralLandsat图层->Selection->Zoom To Selection。

4. 在Map选项中,单击clear,清除选择。

更改影像处理模板

ArcGIS LivingAtlas 中的栅格数据可能包含不同的处理模板,选定的处理模板也会影响分析,Multispectral Landsat图层上的默认处理模板不允许访问分析所需的光谱波段。因此,需要将处理模板更改为无,以便图像中的所有光谱带都可用。Terrain影像图层也使用多个处理模板发布。其中一些,例如Slope_Degrees,将数据转换为可用于分析的图层;其他的,例如Slope_Degrees_Map,是已处理数据的可视化表示,仅供映射使用。

1.右键单击MultispectralLandsat并选择Properties->单击ProcessingTemplates->Processing Template下拉菜单选none->OK。所有光谱波段现在都可用,但一次只能显示三个。该图层使用默认可见波段进行绘制:红色、绿色和蓝色。

2.关闭MultispectralLandsat图层并打开Terrain图层->确保选中Terrain图层->点击Data选项卡->Processing Templates->Slope_Degrees。完成后图例会更新显示 0 到 90 之间的值范围。更亮的区域具有更陡峭的斜率,最多 90 度。最暗的区域是平坦的,坡度为 0 度。

3.右键单击Terrain图层并选择Symbology->Color scheme选择slope。坡度现在以绿-黄-红配色方案描绘。但是,地图上几乎没有红色区域。这是因为颜色与整个数据集的值相匹配——它覆盖的区域比较大。

4.Symbology->Statistics选择DRA。

5.右键单击Terrain图层->Properties->General->Name输入Terrain-Slope->OK。

6.关闭Terrain – Slope图层,显示USA Mean Rainfall图层->右键单击USA Mean Rainfall图层并选择Symbology->primarysymbology改为Stretch ->Color scheme选择Precipitation, Statistics选择DRA(表示颜色渲染只对当前的范围,可以是动态的)。

构建栅格函数模板创建栅格函数模板来分析滑坡敏感性

该模板将包含栅格重分类输入数据并组合结果。它将生成一个输出图层,可识别更容易发生滑坡的区域。

一、计算植被指数

1.单击Imagery选项卡的FunctionEditor->在出现的Function Editor工具条上,单击Add Raster Variable按钮->右键单击raster variable块,然后单击Rename,改为MultispectralImage->回车。

2.单击Imagery选项卡的Raster Functions->将NDVI拖到Function Editor中。

3.用Out label将raster variable和NDVI连接起来。

4.双击NDVI打开属性窗口,如下图左进行参数设置->单击Variables->在Raster行中,选中IsPublic框。NDVI 函数将评估植被健康状况,但要在滑坡敏感性分析中需要将NDVI进行分类。

5.在RasterFunctions中,搜索Remap,然后将Remap函数拖到Function Editor上->用Out label将NDVI与Remap连接->双击Remap,在Parameters选项卡上,根据下表进行重分类->General选项卡中,Name输入NDVI Remap->OK。

Minimum

Maximum

Output

0

50

5

50

100

4

100

133

3

133

166

2

166

202

1

6.在Function Editor工具条上点击save按钮->Name输入LandslideSusceptibility Analysis。

二、对坡度和降雨量重分类

1.在Function Editor中添加Raster Variable按钮,重命名为Slope->添加Remap,双击它打开属性设置窗口,如下图所示。注意:其中,Remap Table选择工程文件下的landslide_susceptibility_analysis.gdb数据库中的Slope_Remap_Values表格。表格内容如下:

Min

Max

Output

0

10

1

10

25

2

25

40

3

40

55

4

55

91

5

2.单击Remap properties中的 Variables选项卡中,将Raster对应行的IsPublic打勾;General选项卡,在Name中输入Slope Remap->OK。

3.在Function Editor中添加Raster Variable按钮,重命名为Rainfall->添加Remap,双击它打开属性设置窗口,如上图所示。注意:其中,Remap Table选择工程文件下的landslide_susceptibility_analysis.gdb数据库中的Rainfall_Remap_Values表格。

4.点击Remapproperties中的 Variables选项卡中,将Raster对应行的IsPublic打勾;General选项卡,在Name中输入Rainfall Remap ->OK。

三、综合计算

1.在RasterFunction中,搜索Weighted Sum,并将其拖到FunctionEditor上。将NDVI Remap, Slope Remap, 和 Rainfall Remap 连接到 Weighted Sum 上。

2.单击Auto Layout。

3.双击Weighted Sum->在Parameters选项卡上,将所对应的Weight改为2.->Cellsize Type选择 Min Of(确保输出栅格将采用来自最精细输入层的分辨率,而不是最粗糙的输入层)。

在被烧毁的地区,植被缺乏是评估滑坡风险的一个比降雨量或坡度更重要的因素。对于此分析,将为 NDVI 输入赋予更高的权重,以表明绿色植被密度对结果的影响是坡度或降雨量输入的两倍。

4.单击OK,并保存模板。运行结果将是一个内存层,其值的范围可以从 4 到 20,值越高表示对滑坡的敏感性越高。由于输出值都是 4 到 20 之间的整数,因此结果可以用 8 位无符号数据类型表示。

5.指定栅格输出的位大小.在RasterFunctions中,搜索Int函数并将其拖到FunctionEditor上。将Weighted Sum与Int连接。双击Int->General->Output Pixel Type选择8 BitUnsigned->OK。

6.将结果裁剪到感兴趣的区域.在RasterFunctions中,搜索Clip函数并将其拖到FunctionEditor上。将Int与Clip连接。双击Clip->Variables->将ClippingGeometry和Extent对应行的IsPublic打勾->OK。

7.保存Function Editor template并关闭它。

滑坡敏感性分析

1.单击Analysis选项卡->单击Environments->Processing Extent下面的Extent选择Thomas_Fire_Boundary->OK。

2.单击Image选项卡->单击Raster Functions->清除搜索框中的内容,然后单击Custom->单击Landslide Susceptibility Analysis->在弹出的对话框中,进行如下设置->Create new layer-> 右键单击Thomas FireBoundary图层->Zoom To Layer。

3.关闭除WorldHillshade、World Topographic Map和Landslide Susceptibility Analysis之外的所有图层。

由于使用了来自ArcGISLiving Atlas 的数据,因此没有下载任何输入数据。并且因为使用了栅格函数,没有创建中间或输出数据。看到的结果是通过在线数据的即时处理创建的内存层。与通过地理处理工具使用本地数据相比,此栅格分析运行速度更快,占用的磁盘空间更少。

导出栅格

内存中的栅格,只有在导出或复制它时它才会持续存在。

1.右键单击 Landslide Susceptibility Analysis图层->Data->Export Raster,在出现的对话框中进行如下参数设置->完成后单击Export.

Output RasterDataset:LandslideSusceptibility.tif

For Cell Size Xand Y, type 30.(像元大小设置为0.25 米。对于这么大的区域,这个分辨率很小。使它变大,以便栅格可以更快地导出。)

2. LandslideSusceptibility图层会加载到Map中,背景为黑色,关闭Landslide Susceptibility Analysis图层显示。

使用分析结果查找有风险的道路

有两条主要道路穿过Thomas火灾地区。这些道路要素被转换为沿道路每 100 米(约 300 英尺)间隔的一组点。地理处理工具将允许您提取这些点的滑坡敏感性值。

1.最易发生山体滑坡的区域将以最深的颜色显示。右键单击LandslideSusceptibility图层并选择Symbology->Colorscheme选择Inferno,并选中Invert框。

2.让Road points图层显示->打开Geoprocessing->搜索并打开Extract Multi Values to Points,参数如下图所示,单击Run。此工具将为点要素添加新属性。此属性的值将等于对应位置的Landslide Susceptibility Analysis的像元值。

3.右键单击RoadPoints并选择Properties->单击DefinitionQuery选项卡->单击New definitionquery->条件表达式为Where Susceptibility_Score is greaterthan 12->Apply->OK。地图现在仅显示滑坡风险最高的道路点。它们可能难以在地图上看到,因此需要更改它们的符号系统。

4.右键单击RoadPoints图层并选择Symbology->Primary symbology选择Graduated Symbols->关闭LandslideSusceptibility图层并右键Road Points-> zoom to layer最需要立即关注的地区是Wheeler Springs 以东和 North Fork Matilija Creek 附近的夹弯。

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