缓冲区分析
缓冲区分析（英语：buffer analysis，中国大陆称缓冲区分析，台湾称环域分析）在地理信息系统（GIS）和空间分析中的用途是界定地理要素周围一定距离范围内的区域，即缓冲区（buffer zone）。[1]缓冲区可能是邻近分析方法中最常用的工具。[2]
历史
[编辑]自1970年代末和1980年代初的原始集成GIS软件包（如ARC/INFO、Odyssey和MOSS）以来，缓冲区操作一直是GIS功能的核心部分。尽管在后来，它已成最常用的GIS操作之一，但除了偶有开发出更高效的算法外，几乎没有关于该工具本身的研究文献发表。[3]
基本算法
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在给定的距离（半径）r下，在矢量数据模型的地理要素周围建立缓冲区的基本方法如下：[4]
- 单点：围绕点作半径为r的圆。
- 多段线（由按顺序排列的顶点的列表组成，各顶点之间以直线段连接）或多边形的边界：
- 在每个顶点周围创建一个圆形缓冲区
- 在每条线段两侧偏移距离r，建立矩形。
- 将矩形和圆形融合成一个多边形。
软件中的缓冲区操作的实现方式，通常采用此方法各种变式，以更有效和准确地处理地理信息。
平面与测地距离
[编辑]传统实现方法中，缓冲区是在欧几里德几何在平面的笛卡尔坐标空间（即由地图投影创建）上创建的，因为其数学计算相对简单；考虑到1970年代后期的电脑计算能力有限，这一点曾非常重要。由于地图投影会造成失真，以这种方式计算的缓冲区与实在在地球表面绘制的缓冲区不同；在小尺度范围内，这种差异可忽略不计，但在更大的尺度下，误差可能很大。
目前有一些软件（例如Esri的ArcGIS Pro和turf （页面存档备份，存于互联网档案馆））提供按测地线距离（geodesic distance）计算缓冲区的选项，其算法与原始算法类似，但基于球面三角法进行计算，包括将顶点之间的线表示为大圆。[4]还有一些软件实现中采用了一种变通的方法：首先将要素重新投影为位置失真较少的投影，然后在新的投影上计算平面缓冲区。[5]
选项
[编辑]GIS软件可能会提供基本算法的变体，以适应不同应用场景的需要：[1]
- 末端：线要素缓冲区的末端在默认情况下是圆的，但也可改用方形或切角。
- 侧类型：例如可选择只在线条的一侧作缓冲区，只在多边形的内部或外部作缓冲区。
- 可变宽度：一个图层中的要素可以使用不同的半径进行缓冲，距离值通常由属性指定。
- 共同缓冲区：将图层中每个要素的缓冲区都融合到单个图形中。当研究者不关心空间中每个点邻近的是哪个具体的要素，只关心附近是否有相关要素时时，常使用该选项。
参见
[编辑]参考文献
[编辑]- ^ 1.0 1.1 de Smith, Michael J.; Goodchild, Michael F.; Longley, Paul A. https://www.spatialanalysisonline.com/HTML/index.html?buffering.htm
|chapterurl=缺少标题 (帮助). 4.4.5 Buffering 6th. 2018 [2022-09-09]. （原始内容存档于2007-08-15）. - ^ Wade, T. and Smmer, S. eds. A to Z GIS （页面存档备份，存于互联网档案馆）
- ^ 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]. （原始内容存档于2022-09-09）.
- ^ ST_Buffer. PostGIS documentation. [2022-09-09]. （原始内容存档于2021-05-07）.
外部链接
[编辑]- OGC ST_Buffer function （页面存档备份，存于互联网档案馆） (PostGIS implementation)
- buffer function （页面存档备份，存于互联网档案馆） in turfjs
- BufferOp （页面存档备份，存于互联网档案馆） in JTS, the library at the foundation of many open-source GIS implementations
- v.buffer （页面存档备份，存于互联网档案馆） command in GRASS
- Buffer (Analysis) （页面存档备份，存于互联网档案馆） tool in Esri ArcGIS Pro