環域分析
環域分析（英語：buffer analysis，中國大陸稱緩衝區分析，台灣稱環域分析）在地理資訊系統（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，即環域（buffer zone）。[1]環域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年代初的原始整合GIS軟件套件（如ARC/INFO、Odyssey和MOSS）以來，環域操作一直是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演算法外，幾乎沒有關於該工具本身的研究文獻發表。[3]
基本演算法
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在給定的距離（半徑）r下，在向量數據模型的地理要素周圍建立環域的基本方法如下：[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：
- 在每個頂點周圍建立一個圓形環域
- 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。
軟件中的環域操作的實現方式，通常採用此方法各種變式，以更有效和準確地處理地理資訊。
平面與測地距離
[編輯]傳統實現方法中，環域是在歐幾里德幾何在平面的笛卡爾坐標空間（即由地圖投影建立）上建立的，因為其數學計算相對簡單；考慮到1970年代後期的電腦計算能力有限，這一點曾非常重要。由於地圖投影會造成失真，以這種方式計算的環域與實在在地球表面繪製的環域不同；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，存於互聯網檔案館））提供按測地線距離（geodesic distance）計算環域的選項，其演算法與原始演算法類似，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環域。[5]
選項
[編輯]GIS軟件可能會提供基本演算法的變體，以適應不同應用場景的需要：[1]
- 末端：線要素環域的末端在預設情況下是圓的，但也可改用方形或切角。
- 側類型：例如可選擇只線上條的一側作環域，只在多邊形的內部或外部作環域。
- 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。
- 共同環域：將圖層中每個要素的環域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
|chapterurl=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，存於互聯網檔案館）
- ^ 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，存於互聯網檔案館） (PostGIS implementation)
- buffer function （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） in turfjs
- BufferOp （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） in JTS, the library at the foundation of many open-source GIS implementations
- v.buffer （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） command in GRASS
- Buffer (Analysis) （頁面存檔備份，存於互聯網檔案館） tool in Esri ArcGIS Pro