緩衝區分析
外觀
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環域分析(英語:buffer analysis,中國大陸稱緩衝區分析)在地理信息系統(GIS)和空間分析中的用途是界定地理要素周圍一定距離範圍內的區域,即緩衝區(buffer zone)。[1]緩衝區可能是鄰近分析方法中最常用的工具。[2]
歷史
[編輯]自1970年代末和1980年代初的原始集成GIS軟件包(如ARC/INFO、Odyssey和MOSS)以來,緩衝區操作一直是GIS功能的核心部分。儘管在後來,它已成最常用的GIS操作之一,但除了偶有開發出更高效的算法外,幾乎沒有關於該工具本身的研究文獻發表。[3]
基本算法
[編輯]![](http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/8/8a/GIS_Buffer.png/220px-GIS_Buffer.png)
在給定的距離(半徑)r下,在矢量數據模型的地理要素周圍建立緩衝區的基本方法如下:[4]
- 單點:圍繞點作半徑為r的圓。
- 多段線(由按順序排列的頂點的列表組成,各頂點之間以直線段連接)或多邊形的邊界:
- 在每個頂點周圍創建一個圓形緩衝區
- 在每條線段兩側偏移距離r,建立矩形。
- 將矩形和圓形融合成一個多邊形。
軟件中的緩衝區操作的實現方式,通常採用此方法各種變式,以更有效和準確地處理地理信息。
平面與測地距離
[編輯]傳統實現方法中,緩衝區是在歐幾里德幾何在平面的笛卡爾坐標空間(即由地圖投影創建)上創建的,因為其數學計算相對簡單;考慮到1970年代後期的電子計算機計算能力有限,這一點曾非常重要。由於地圖投影會造成失真,以這種方式計算的緩衝區與實在在地球表面繪製的緩衝區不同;在小尺度範圍內,這種差異可忽略不計,但在更大的尺度下,誤差可能很大。
目前有一些軟件(例如Esri的ArcGIS Pro和turf (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館))提供按測地線距離(geodesic distance)計算緩衝區的選項,其算法與原始算法類似,但基於球面三角法進行計算,包括將頂點之間的線表示為大圓。[4]還有一些軟件實現中採用了一種變通的方法:首先將要素重新投影為位置失真較少的投影,然後在新的投影上計算平面緩衝區。[5]
選項
[編輯]GIS軟件可能會提供基本算法的變體,以適應不同應用場景的需要:[1]
- 末端:線要素緩衝區的末端在默認情況下是圓的,但也可改用方形或切角。
- 側類型:例如可選擇只在線條的一側作緩衝區,只在多邊形的內部或外部作緩衝區。
- 可變寬度:一個圖層中的要素可以使用不同的半徑進行緩衝,距離值通常由屬性指定。
- 共同緩衝區:將圖層中每個要素的緩衝區都融合到單個圖形中。當研究者不關心空間中每個點鄰近的是哪個具體的要素,只關心附近是否有相關要素時時,常使用該選項。
參見
[編輯]參考文獻
[編輯]- ^ 1.0 1.1 de Smith, Michael J.; Goodchild, Michael F.; Longley, Paul A. https://www.spatialanalysisonline.com/HTML/index.html?buffering.htm
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缺少標題 (幫助). 4.4.5 Buffering 6th. 2018 [2022-09-09]. (原始內容存檔於2007-08-15). - ^ Wade, T. and Smmer, S. eds. A to Z GIS (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館)
- ^ Bhatia, Sumeet; Vira, Viral; Choksi, Deepak; Venkatachalam, P. An algorithm for generating geometric buffers for vector feature layers. Geo-spatial Information Science. 2012, 16 (2): 130–138. doi:10.1080/10095020.2012.747643
.
- ^ 4.0 4.1 How Buffer (Analysis) Works. ArcGIS Pro Documentation. Esri. [16 March 2021]. (原始內容存檔於2022-09-09).
- ^ ST_Buffer. PostGIS documentation. [2022-09-09]. (原始內容存檔於2021-05-07).
外部連結
[編輯]- OGC ST_Buffer function (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) (PostGIS implementation)
- buffer function (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) in turfjs
- BufferOp (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) in JTS, the library at the foundation of many open-source GIS implementations
- v.buffer (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) command in GRASS
- Buffer (Analysis) (頁面存檔備份,存於網際網路檔案館) tool in Esri ArcGIS Pro