生成趋势栅格工具用于面向多维栅格中一个或多个变量估计每个像素沿维度的趋势。
工作流示意图
示例
- 根据 40 年的月度海洋温度数据，计算为每个像素拟合的线性趋势线，以了解温度随时间变化的位置和方式。
- 根据 10 年以上的每日降水量数据，请使用谐波趋势线选项并检查 R 平方拟合优度统计数据，以查看数据中是否存在季节性趋势。
用法说明
该工具可用于沿线性、谐波或多项式趋势线拟合数据，也可用于使用 Mann-Kendall 或 Seasonal-Kendall 测试执行趋势检测。
使用此工具生成的输出趋势栅格可用作使用趋势栅格预测工具的输入。
Mann-Kendall 和 Seasonal-Kendall 测试可用于确定数据中是否存在单调性趋势。 上述测试为非参数测试，这意味着它们不会假设具体的数据分布。Mann-Kendall 测试不考虑序列相关性或季节性影响。 如果数据为季节性数据，则 Seasonal-Kendall 测试更为适合。
系统提供三个趋势线选项用于沿维度拟合变量值的趋势：线性、谐波和多项式。
- 线性 - 线性趋势线是最佳拟合直线，可用于估计简单的线性关系。 线性趋势可突出显示以稳定速率增加或减少的变化率。 线性趋势线的公式如下：
- 其中：
- y = 像素变量值
- x = 维度值
- ß0 = y 截距
- ß1 = 线性斜率或变化率
- ß1 > 0 表示增加趋势
- ß1 < 0 表示减少趋势
- 谐波 - 谐波趋势线是周期性重复的曲线，最适用于描述遵循周期性模式的数据，例如季节性温度变化。 谐波趋势线的公式如下：
- 其中：
- y = 像素变量值
- t = 儒略日
- ß0 = y 截距
- ß1 = 变化率
- α, γ = 年际或年内变化的系数
- ω = 1 / i
- f = 谐波频率
- 多项式 - 多项式趋势线是一条曲线，可用于波动的数据。 在这种情况下，多项式的阶数值用于指示发生的最大波动数。 多项式趋势线的公式如下：
- 其中：
- y = 像素变量值
- x = 维度值
- ß0, ß1, ß2, ß3, ..., ßn = 常系数
如果执行线性、谐波或多项式趋势拟合，输出是一个多维栅格图层，其中每个剖切均是一个包含趋势线相关信息的多波段栅格。 如果要分析包含单个维度（例如，时间）的数据集的单个变量趋势，则输出数据集中将具有单个剖切。 如果要分析包含多个维度（例如，时间和深度）的数据集的单个变量，则每个剖切将包含沿分析中未包含维度的每个维度值的趋势信息。
对于线性趋势分析，输出包含三波段栅格，其中：
- 波段 1 = 斜率
- 波段 2 = 截距
- 波段 3 = 均方根误差 (RMSE) 或最佳拟合线周围的误差
对于谐波趋势分析，输出中的波段数取决于谐波频率。 当频率设置为 1 时，输出将为五波段栅格，其中：
- 波段 1 = 斜率
- 波段 2 = 截距
- 波段 3 = Harmonic_sin1
- 波段 4 = Harmonic_cos1
- 波段 5 = RMSE
当频率设置为 2 时，输出将为七波段栅格，其中：
- 波段 1 = 斜率
- 波段 2 = 截距
- 波段 3 = Harmonic_sin1
- 波段 4 = Harmonic_cos1
- 波段 5 = Harmonic_sin2
- 波段 6 = Harmonic_cos2
- 波段 7 = RMSE
对于多项式趋势分析，输出中的波段数取决于多项式阶数。 二阶多项式拟合将生成四波段栅格，其中：
- 波段 1 = Polynomial_2
- 波段 2 = Polynomial_1
- 波段 3 = Polynomial_0
- 波段 4 = RMSE
三阶多项式拟合将生成五波段栅格，其中：
- 波段 1 = Polynomial_3
- 波段 2 = Polynomial_2
- 波段 3 = Polynomial_1
- 波段 4 = Polynomial_0
- 波段 5 = RMSE
如果使用该工具执行 Mann-Kendall 测试或 Seasonal-Kendall 测试，则输出将为五波段栅格，如下所示：
- 波段 1 = Sen 斜率
- 波段 2 = p 值
- 波段 3 = Mann-Kendall 得分 (S)
- 波段 4 = S 方差
- 波段 5 = Z 得分
Mann-Kendall 或 Seasonal-Kendall 测试的输出可用于确定多维时间序列中的哪些像素具有统计显著性趋势。 您可以将此信息与线性、谐波或多项式趋势分析结合使用，以提取时间序列中的重要趋势。 您可以生成包含像素（像素带有显著 p 值）的掩膜，将该掩膜应用于多维栅格，以及将此掩膜多维栅格用作工具的输入，以执行线性、谐波或多项式趋势分析。
可以生成模型拟合优度统计数据作为线性、谐波或多项式趋势拟合的可选输出。 可以计算均方根误差 (RMSE)、R 平方和趋势斜率 p 值并使用 RGB 渲染器并将统计数据指定为红色、绿色和蓝色通道在输出栅格中显示。
有关如何发布多维影像图层的信息，请参阅发布多维影像图层。
如果选中使用当前地图范围，则仅对当前地图范围中可见的像素进行分析。 如果未选中，则将分析整个输入影像图层。
下表列出了此工具的参数：
| 参数 | 说明 |
|---|---|
| 选择多维影像图层以分析趋势 | 用于分析的输入多维影像图层。 |
| 选择分析变量趋势时所使用的维度 | 将沿此维度为所选的一个或多个变量计算趋势。 |
| 选择用于分析趋势的变量 | 将计算趋势的一个或多个变量。 如果未指定变量，则将分析多维影像中的第一个变量。 |
| 选择用于沿维度拟合变量值的线的类型 | 指定用于拟合沿维度像素值的线的类型。
|
| 指定季节性期间的长度的时间单位 | 指定在执行 Seasonal-Kendall 测试时将用于季节性期间长度的时间单位。
|
| 指定谐波周期的长度 | 要进行建模的周期性变化的长度。 例如，叶绿度通常在一年中具有一个较强的变化周期，因此周期长度为 1 年。 每小时温度数据在一天中具有一个较强的变化周期，因此周期长度为 1 天。 如果您希望数据在一年中经历两个变化周期，则周期长度为 0.5 年或 182.5 天。 对于每年周期变化的数据，默认长度为 1 年。 当趋势线类型设置为谐波且维度为时间时，此参数为必需项。 |
| 选择谐波周期长度的时间单位 | 指定用于谐波周期长度的时间单位。
当趋势线类型设置为谐波且维度为时间时，此参数为必需项。 |
| 指定谐波趋势拟合的频率数 | 谐波趋势拟合中使用的频率。 此参数将指定一年中的周期频率。 如果频率设置为 1，则将使用线性和一阶谐波曲线的组合来拟合模型。 如果频率为 2，则将使用线性、一阶谐波和二阶谐波曲线的组合来拟合数据。 默认值为 1。 当趋势线类型设置为谐波且维度为时间时，此参数为必需项。 |
| 指定趋势拟合的多项式阶数 | 多项式趋势拟合中使用的多项式阶数。 默认值为 2 或二阶多项式。 当趋势线类型设置为多项式且维度为时间时，此参数为必需项。 |
| 选择要包含在趋势栅格中的模型统计数据 | 指定将在输出中计算的统计数据。
|
| 忽略计算中的缺失值 | 指定分析中是否忽略缺失值。
|
| 结果图层名称 | 将在我的内容中创建并添加到地图中的图层的名称。 默认名称基于工具名称以及输入图层名称。 如果该名称的图层已存在，则系统将提示您提供其他名称。 您可以使用将结果保存在下拉框指定我的内容中的文件夹名称，结果将保存到该文件夹中。 |
环境
分析环境设置是影响工具执行结果的附加参数。 您可以通过单击工具窗格顶部的齿轮图标 
来访问该工具的分析环境设置。
该工具支持以下分析环境：
- 输出坐标系 - 指定输出图层的坐标系。
- 范围 - 指定要用于分析的区域。
- 捕捉栅格 - 调整输出的范围，使其与指定的捕捉栅格图层的像元对齐方式相匹配。
- 像元大小 - 要在输出图层中使用的像元大小。
- 重采样方法 - 用于对像素值进行插值的方法。
- 并行处理因子 - 控制栅格处理 CPU 或 GPU 实例。
类似的工具和栅格函数
使用“生成多维异常”可计算随时间变化的变量的异常值。 其他工具或许在解决类似问题时十分有用。
Map Viewer 经典版 分析工具和栅格函数
使用趋势栅格预测工具可使用“生成趋势栅格”工具的输出来预测到未来日期或日期范围的变量值。
ArcGIS Pro 分析工具和栅格函数
Image Analyst 工具箱中提供了生成趋势栅格地理处理工具。
生成趋势还可作为栅格函数进行使用。
ArcGIS Enterprise 开发者资源
如果您正在使用 ArcGIS REST API，则请使用 Generate Trend Raster 任务。
如果您正在使用 ArcGIS API for Python，则请使用来自 arcgis.raster.analytics 模块的 generate_trend_raster
。