Solar Radiation Graphics (Spatial Analyst)
Zusammenfassung
Leitet Raster-Darstellungen eines hemisphärischen Sichtfeldes, einer Sonnenkarte und einer Himmelskarte ab, die in der Berechnung direkter, diffuser und globaler Sonneneinstrahlung verwendet werden.
Verwendung
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Ausgaben im Werkzeug Solar Radiation Graphics sind Raster-Darstellungen und keine Karten, die den Ausgaben aus der Flächen- oder Punktsonneneinstrahlungsanalyse entsprechen. Vielmehr handelt es sich um Darstellungen der Richtungen in einer Richtungshemisphäre beim Blick von einer bestimmten Position nach oben. In einer hemisphärischen Projektion ist der Mittelpunkt der Zenit, der Rand der kreisförmigen "Karte" ist der Horizont und der Winkel relativ zum Zenit ist proportional zum Radius. Hemisphärische Projektionen haben kein geographisches Koordinatensystem und weisen den Wert (0,0) in der linken unteren Ecke auf.
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Es wäre nicht praktisch, Sichtfelder für alle Positionen in einem DEM zu speichern. Daher wird, wenn keine Eingabepositionen angegeben werden, ein einzelnes Sichtfeld für den Mittelpunkt des Eingabeoberflächen-Rasters erstellt. Bei Angabe von Eingabe-Punkt-Features oder einer Positionsdatei werden für jede Eingabeposition mehrere Sichtfeld-Raster erstellt. Wenn mehrere Positionen angegeben werden, ist das Standardausgabeformat ein Esri GRID Stack, der mehrere Bänder enthält, die dem Sichtfeld für jede Position entsprechen.
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Bei der Tabelle mit den Eingabepositionen kann es sich um eine INFO-Tabelle, eine DBF-Datei, eine Access-Tabelle oder eine Textdatei handeln.
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Bei Ausgabe-Rastern für die grafische Anzeige werden die Umgebungseinstellungen für Ausdehnung oder Zellengröße nicht berücksichtigt. Die Ausgabeausdehnungen stehen immer in Bezug zur Himmelsgröße/Auflösung und haben die Zellengröße 1. Bei der zugrunde liegende Analyse werden jedoch die Umgebungseinstellungen verwendet, was sich auf die Ergebnisse des Sichtfeldes auswirken kann.
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Möglicherweise werden ein oder zwei Sonnenkarten-Raster generiert, abhängig davon, ob die Zeitkonfiguration überlappende Sonnenpositionen während des ganzen Jahres einschließt. Wenn zwei Sonnenkarten erstellt werden, stellt eine den Zeitraum zwischen der Winter- und der Sommersonnenwende (22. Dezember zum 22. Juni) dar und die andere den Zeitraum zwischen der Sommersonnenwende und der Wintersonnenwende (22. Juni bis 22. Dezember). Wenn mehrere Sonnenkarten erstellt werden, ist die Standardausgabe ein Esri GRID Stack. Wenn ArcMap die Ausgabe hinzugefügt wird, wird nur das erste Band angezeigt.
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Der Breitengrad der Standortfläche (Einheit: Dezimalgrad, für die Nordhalbkugel positiv und für die Südhalbkugel negativ) wird u. a. zur Berechnung der Sonnendeklination und -position verwendet.
Die Analyse wurde nur für lokale Querformatmaßstäbe entwickelt, weshalb die Verwendung eines einzigen Breitengradwertes für das ganze DEM im Allgemeinen akzeptabel ist. Bei größeren Datasets (d. h. Staaten, Ländern oder Kontinenten) unterscheiden sich die Einstrahlungsergebnisse je nach Breitengrad (Unterschied von mehr als 1 Grad) erheblich. Um umfangreichere geographische Regionen zu analysieren, muss das Untersuchungsgebiet in Zonen mit verschiedenen Breitengraden unterteilt werden.
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Für Eingabeoberflächen-Raster, die einen Raumbezug enthalten, wird der mittlere Breitengrad automatisch berechnet; andernfalls wird der Breitengrad standardmäßig auf 45 Grad festgelegt. Bei Verwendung eines Eingabe-Layers wird der Raumbezug des Datenrahmens verwendet.
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Die Himmelsgröße ist die Auflösung der Sichtfeld-, Himmelskarten- und Sonnenkarten-Raster, die in den Strahlungsberechnungen (Einheit: Zellen pro Seite) verwendet werden. Dabei handelt es sich um nach oben hin offene, halbkugelförmige Raster-Repräsentationen des Himmels ohne geographisches Koordinatensystem. Diese Gitter sind quadratisch (gleiche Anzahl von Zeilen und Spalten).
Durch Vergrößern der Himmelsgröße vergrößert sich die Berechnungsgenauigkeit, aber auch die Berechnungszeit nimmt beachtlich zu.
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Bei einer kleinen "Tagesintervall"-Einstellung (z. B. < 14 Tage) sollte eine größere Himmelsgröße verwendet werden. Während der Analyse wird die Sonnenkarte (entsprechend der Himmelsgröße) verwendet, um Sonnenpositionen (Spuren) für bestimmte Zeiträume darzustellen und die direkte Strahlung zu berechnen. Bei geringen Tagesintervallen und einer zu kleinen Himmelsgrößenauflösung überschneiden sich die Sonnenspuren möglicherweise, was für die betreffende Spur zu Strahlungswerten führt, die null oder negativ sind. Mit einer höheren Auflösung wird ein genaueres Ergebnis erzielt.
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Der maximale Himmelsgrößenwert beträgt 4.000. Der Standardwert 200 reicht für vollständige DEMs mit großen Tagesintervallen (z. B. > 14 Tage) aus. Ein Himmelsgrößenwert von 512 ist ausreichend für Berechnungen an Punktpositionen, bei denen die Berechnungszeit weniger problematisch ist. Bei kleineren Tagesintervallen (z. B. < 14 Tage) wird empfohlen, höhere Werte zu verwenden. Um beispielsweise die Insolation für eine Position am Äquator mit Tagesintervall = 1 zu berechnen, wird empfohlen, eine Himmelsgröße von 2.800 oder mehr zu verwenden.
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Tagesintervalle über 3 werden empfohlen, da sich die Sonnenspuren innerhalb von drei Tagen in der Regel je nach Himmelsgröße und Jahreszeit überschneiden. Für Berechnungen über das ganze Jahr mit monatlichem Intervall wird das Tagesintervall deaktiviert; das Programm verwendet dann intern Kalendermonatsintervalle. Der Standardwert ist 14.
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Da die Sichtfeldberechnung sehr ressourcenintensiv sein kann, werden Horizontwinkel nur für die angegebene Anzahl von Berechnungsrichtungen aufgezeichnet. Gültige Werte müssen ein Vielfaches von 8 (8, 16, 24, 32 usw.) sein. In der Regel ist ein Wert von 8 oder 16 für Flächen mit sanfter Topografie geeignet, wohingegen der Wert 32 für komplexe Topografie angemessen ist. Der Standardwert ist 32.
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Die Anzahl der benötigten Berechnungsrichtungen ist mit der Auflösung des Eingabe-DEMs verknüpft. Natürliches Terrain mit einer Auflösung von 30 m ist in der Regel relativ glatt, sodass in den meisten Situationen weniger Richtungen (16 oder 32) ausreichend sind. Bei feineren DEMs und insbesondere bei künstlichen Strukturen, die in die DEMs integriert wurden, muss die Anzahl der Richtungen erhöht werden. Mit zunehmender Zahl der Richtungen steigt die Genauigkeit, aber auch die Berechnungszeit.
Syntax
| Parameter | Erläuterung | Datentyp |
in_surface_raster |
Eingabe-Höhenoberflächen-Raster. | Raster Layer |
in_points_feature_or_table (optional) |
Die Eingabe-Point-Feature-Class oder die Tabelle mit den Positionen zur Analyse der Sonneneinstrahlung. | Feature Layer | Table View |
sky_size (optional) |
Die Auflösung oder Himmelsgröße für das Sichtfeld, die Himmelskarte und Sonnen-Kartengitternetze. Einheit: Zellen. Standardmäßig wird ein Raster von 200 x 200 Zellen erzeugt. | Long |
height_offset (optional) |
Die Höhe (in Meter) über der DEM-Oberfläche, für die Berechnungen durchgeführt werden sollen. Der Höhenversatz wird auf alle Eingabepositionen angewendet. | Double |
calculation_directions (optional) |
Die Anzahl der azimutalen Richtungen, die beim Berechnen des Sichtfelds verwendet werden. Gültige Werte müssen ein Vielfaches von 8 (8, 16, 24, 32 usw.) sein. Der Standardwert liegt bei 32 Richtungen, was für komplexe Topografie angemessen ist. | Long |
latitude (optional) |
Der Breitengrad der Standortfläche. Die Angabe erfolgt in Dezimalgrad (für die Nordhalbkugel positiv und für die Südhalbkugel negativ). Für Eingabeoberflächen-Raster, die einen Raumbezug enthalten, wird der mittlere Breitengrad automatisch berechnet; andernfalls wird der Breitengrad standardmäßig auf 45 Grad festgelegt. | Double |
time_configuration (optional) |
Gibt die Zeitkonfiguration (den Zeitraum) an, die zum Berechnen der Sonneneinstrahlung verwendet wird. Die Time-Class-Objekte dienen zur Angabe der Zeitkonfiguration. Die folgenden Zeitkonfigurationsarten sind verfügbar: TimeWithinDay, TimeMultiDays, TimeSpecialDays und TimeWholeYear. Formate:
Die standardmäßige Zeitkonfiguration lautet TimeMultiDays mit start_day 5 und end_day 160 (aktuelles julianisches Jahr). | Time configuration |
day_interval (optional) |
Das Zeitintervall für das ganze Jahr (Einheit: Tage), das zur Berechnung von Himmelssektoren für die Sonnenkarte verwendet wird. Der Standardwert ist 14 (zweiwöchentlich). | Long |
hour_interval (optional) |
Das Zeitintervall für den ganzen Tag (Einheit: Stunden), das zur Berechnung von Himmelssektoren für Sonnenkarten verwendet wird. Der Standardwert ist 0.5. | Double |
out_sunmap_raster (optional) |
Das Ausgabe-Raster für die Sonnenkarte. Die Ausgabe ist eine Darstellung, die Sonnenspuren, die scheinbare Position der Sonne im Laufe der Zeit, angibt. Die Ausgabe weist dieselbe Auflösung auf wie das Sichtfeld und die Himmelskarte. | Raster Dataset |
zenith_divisions (optional) |
Die Anzahl der Abschnitte, die zum Erstellen von Himmelssektoren in der Himmelskarte verwendet werden. Der Standard beträgt 8 Abschnitte (relativ zum Zenit). Die Werte müssen größer als null und kleiner als die Hälfte des Himmelsgrößenwerts sein. | Long |
azimuth_divisions (optional) |
Die Anzahl der Abschnitte, die zum Erstellen von Himmelssektoren in der Himmelskarte verwendet werden. Der Standard beträgt 8 Abschnitte (relativ zur nördlichen Richtung). Gültige Werte müssen ein Vielfaches von 8 sein. Außerdem müssen sie größer als null und kleiner als 160 sein. | Long |
out_skymap_raster (optional) |
Das Ausgabe-Raster für die Himmelskarte. Die Ausgabe wird erstellt, indem der gesamte Himmel in eine Reihe von durch Zenit- und Azimutunterteilungen definierte Himmelssektoren unterteilt wird. Die Ausgabe weist dieselbe Auflösung auf wie das Sichtfeld und die Sonnenkarte. | Raster Dataset |
Rückgabewert
| Name | Erläuterung | Datentyp |
| out_viewshed_raster |
Das Ausgabe-Raster für das Sichtfeld. Das resultierende Sichtfeld für eine Position stellt dar, welche Himmelsrichtungen sichtbar und welche verdeckt sind. Es ähnelt der Ansicht, die nach oben gerichtete hemisphärische Fotos ("Fischaugenfotos") bieten. | Raster |
Codebeispiel
Das folgende Skript im Python-Fenster veranschaulicht die Verwendung des Werkzeugs SolarRadiationGraphics.
import arcpy
from arcpy import env
from arcpy.sa import *
env.workspace = "C:/sapyexamples/data"
outViewshedMap = SolarRadiationGraphics("elevation", "observers.shp", 200, 2, 32, 52,
TimeMultipleDays(2009, 91, 212), 14, 0.5,
"c:/sapyexamples/output/sunmap", 8, 8,
"c:/sapyexamples/output/skymap")
outViewshedMap.save("c:/sapyexamples/output/viewmap")
Erstellen eines Sichtfeldes, einer Sonnenkarte und einer Himmelskarte, die in der Sonneneinstrahlungsanalyse verwendet werden.
# Name: SolarRadiationGraphics_Ex_02.py
# Description: Derives raster representations of a hemispherical viewshed,
# sunmap, and skymap, which are used in the calculation of direct, diffuse,
# and global solar radiation.
# Requirements: Spatial Analyst Extension
# Import system modules
import arcpy
from arcpy import env
from arcpy.sa import *
# Set environment settings
env.workspace = "C:/sapyexamples/data"
# Set local variables
inRaster = "elevation"
pntFC = "observers.shp"
skySize = 200
zOffset = 2
directions = 32
latitude = 52
timeConfig = TimeMultipleDays(2009, 91, 212)
dayInterval = 14
hourInterval = 0.5
outSunMap = "c:/sapyexamples/output/sunmap"
zenDivisions = 8
aziDivisions = 8
outSkyMap = "c:/sapyexamples/output/skymap"
# Check out the ArcGIS Spatial Analyst extension license
arcpy.CheckOutExtension("Spatial")
# Execute SolarRadiationGraphics
outViewshedMap = SolarRadiationGraphics(inRaster, pntFC, skySize, zOffset,
directions, latitude, timeConfig,
dayInterval, hourInterval, outSunMap,
zenDivisions, aziDivisions, outSkyMap)
# Save the output
outViewshedMap.save("c:/sapyexamples/output/viewmap")