Буферный анализ

В географических информационных системах (ГИС) и пространственном анализе буферный анализ — это определение зоны вокруг географического объекта , содержащей местоположения, находящиеся на заданном расстоянии от этого объекта, буферной зоны (или просто буфера ). ^[1] Буфер, вероятно, является наиболее часто используемым инструментом в методах анализа близости . ^[2]

История

Операция с буфером была основной частью функциональности ГИС со времен появления оригинальных интегрированных пакетов программного обеспечения ГИС в конце 1970-х и начале 1980-х годов, таких как ARC/INFO , Odyssey и MOSS . Хотя в последующие годы это была одна из наиболее широко используемых операций ГИС в самых разных приложениях, исследований самого инструмента было мало опубликовано, за исключением периодических разработок более эффективного алгоритма. ^[3]

Основной алгоритм

Фундаментальный метод создания буфера вокруг географического объекта, хранящегося в векторной модели данных, с заданным радиусом r заключается в следующем: ^[4]

Одна точка: создайте круг вокруг точки радиусом r .
Полилиния, состоящая из упорядоченного списка точек (вершин), соединенных прямыми линиями. Это также используется для границы многоугольника.

Создайте круговой буфер вокруг каждой вершины.
Создайте прямоугольник вдоль каждого сегмента линии, создав дубликат сегмента линии, сместив расстояние r перпендикулярно каждой стороне.
Объедините или растворите прямоугольники и круги в один многоугольник.

Программные реализации операции с буфером обычно используют изменения этой стратегии для более эффективной и точной обработки.

В математике операция GIS Buffer представляет собой сумму Минковского (или разность) геометрии и диска. Другие используемые термины: Смещение многоугольника. ^[5]

Плоское и геодезическое расстояние

Традиционные реализации предполагали, что буфер создается в плоском декартовом пространстве координат (т. е. создается с помощью картографической проекции ) с использованием евклидовой геометрии , поскольку математические вычисления и вычисления относительно просты, что было важно, учитывая вычислительную мощность, доступную в конце 1970-х годов. Из-за внутренних искажений, вызванных картографическими проекциями, буфер, вычисленный таким образом, не будет идентичен буферу, нарисованному на поверхности Земли; в локальном масштабе разница незначительна, но в более крупных масштабах ошибка может быть значительной.

Некоторые современные программы, такие как Esri ArcGIS Pro , предлагают возможность рассчитывать буферы с использованием геодезического расстояния , используя аналогичный алгоритм, но рассчитанный с использованием сферической тригонометрии , включая представление линий между вершинами в виде больших кругов . ^[4] В других реализациях используется обходной путь: сначала перепроецируется объект в проекцию, которая минимизирует искажения в этом месте, а затем вычисляется планарный буфер. ^[6]

Параметры

Программное обеспечение ГИС может предлагать варианты базового алгоритма, которые могут быть полезны в различных приложениях: ^[1]

Концы в конце линейных буферов по умолчанию закруглены, но могут быть квадратными или торцевыми (обрезанными в последней вершине).
Предпочтение стороны может иметь важное значение, например, необходимость буфера только на одной стороне линии или на многоугольнике, выбор только внешнего или внутреннего буфера (иногда называемый отступом ) .
Переменная ширина, при которой объекты слоя могут быть буферизованы с использованием разных радиусов, обычно задаваемых атрибутом.
Общие буферы, в которых буферы для каждого объекта слоя объединены в один полигон. Чаще всего это используется, когда вас не интересует, какой объект находится рядом с каждой точкой пространства, а только то, что точка находится рядом с каким-либо (анонимным) объектом.

См. также

Дилатация (морфология) (положительный буфер)
Эрозия (морфология) (отрицательный буфер)

Внешние ссылки

Функция OGC ST_Buffer ( PostGIS ) реализация
буферная функция в turfjs
BufferOp в JTS, библиотеке, лежащей в основе многих реализаций ГИС с открытым исходным кодом.
Команда v.buffer в GRASS
Инструмент «Буфер (анализ)» в Esri ArcGIS Pro

Ссылки

^ Jump up to: ^а ^б де Смит, Майкл Дж.; Гудчайлд, Майкл Ф.; Лонгли, Пол А. (2018). «4.4.5 Буферизация» . Геопространственный анализ: всеобъемлющее руководство по принципам, методам и программным инструментам (6-е изд.).
^ Уэйд, Т. и Сммер, С. ред. ГИС от А до Я
^ Бхатия, Сумит; Вира, Вирус; Чокси, Дипак; Венкатачалам, П. (2012). «Алгоритм создания геометрических буферов для слоев векторных объектов» . Геопространственная информатика . 16 (2): 130–138. дои : 10.1080/10095020.2012.747643 .
^ Jump up to: ^а ^б «Как работает буфер (анализ)» . Документация ArcGIS Pro . Эсри . Проверено 16 марта 2021 г.
^ «CGAL 5.6 — 2D суммы Минковского: Руководство пользователя» . doc.cgal.org . Проверено 21 ноября 2023 г.
^ "ST_Буфер" . Документация PostGIS . Архивировано из оригинала 07 мая 2021 г. Проверено 2 ноября 2012 г.

Эта статья, посвященная технологиям, незавершена . Вы можете помочь Википедии, расширив ее .

[desmith-1] Jump up to: ^а ^б де Смит, Майкл Дж.; Гудчайлд, Майкл Ф.; Лонгли, Пол А. (2018). «4.4.5 Буферизация» . Геопространственный анализ: всеобъемлющее руководство по принципам, методам и программным инструментам (6-е изд.).

[2] Уэйд, Т. и Сммер, С. ред. ГИС от А до Я

[bhatia-3] Бхатия, Сумит; Вира, Вирус; Чокси, Дипак; Венкатачалам, П. (2012). «Алгоритм создания геометрических буферов для слоев векторных объектов» . Геопространственная информатика . 16 (2): 130–138. дои : 10.1080/10095020.2012.747643 .

[arcgis-4] Jump up to: ^а ^б «Как работает буфер (анализ)» . Документация ArcGIS Pro . Эсри . Проверено 16 марта 2021 г.

[5] «CGAL 5.6 — 2D суммы Минковского: Руководство пользователя» . doc.cgal.org . Проверено 21 ноября 2023 г.

[postgis-6] "ST_Буфер" . Документация PostGIS . Архивировано из оригинала 07 мая 2021 г. Проверено 2 ноября 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]