バッファ分析

地理情報システム（GIS）と空間分析において、バッファ分析とは、地理的特徴の周囲に、その特徴から指定された距離内にある場所を含むゾーン、つまりバッファゾーン（または単にバッファ）を決定することです。 ^{[1]バッファは、}近接分析方法の中で最も一般的に使用されるツールである可能性があります。^[2]

バッファ操作は、1970年代後半から1980年代前半にかけてARC/INFO、Odyssey、MOSSなどのオリジナルの統合GISソフトウェアパッケージが登場して以来、GIS機能の中核をなしてきました。その後、バッファ操作はさまざまなアプリケーションで最も広く使用されるGIS操作の1つになりましたが、より効率的なアルゴリズムが時折開発されることを除いて、ツール自体に関する研究はほとんど発表されていません。^[3]

ベクターデータモデルに格納された地理的特徴の周囲に、半径rを指定してバッファを作成する基本的な方法は次のとおりです。^[4]

• 単一点: 点の周りに半径rの円を作成します。
• ポリラインは、直線で接続されたポイント (頂点) の順序付きリストで構成されます。これは、ポリゴンの境界にも使用されます。

1. 各頂点の周りに円形バッファを作成する
2. 各辺に垂直に距離rだけオフセットした重複線分を作成し、各線分に沿って長方形を作成します。
3. 長方形と円を 1 つの多角形に結合または解消します。

バッファ操作のソフトウェア実装では通常、この戦略を変更して、より効率的かつ正確に処理します。

数学では、GISバッファ操作は、ジオメトリとディスクのミンコフスキー和（または差）です。その他の用語：ポリゴンのオフセット。 ^[5]

従来の実装では、ユークリッド幾何学を使用して平面直交座標空間（つまり、地図投影によって作成される）にバッファが作成されると想定されていました。これは、関連する数学と計算が比較的単純であり、1970 年代後半に利用可能な計算能力を考えると重要だったためです。地図投影によって生じる固有の歪みのため、この方法で計算されたバッファは、地球の表面に描画されたバッファと同一にはなりません。ローカル スケールでは違いはごくわずかですが、スケールが大きいと、誤差が大きくなる可能性があります。

Esri ArcGIS Proなどの現在のソフトウェアには、測地線距離を使用してバッファを計算するオプションがあります。これは、同様のアルゴリズムを使用しますが、頂点間の線を大円として表すなど、球面三角法を使用して計算されます。^[4]他の実装では、最初にその場所の歪みを最小限に抑える投影にフィーチャを再投影してから、平面バッファを計算するという回避策を使用します。^[6]

GISソフトウェアは、基本的なアルゴリズムのバリエーションを提供する場合があり、さまざまなアプリケーションで役立つ可能性があります。^[1]

• 線形バッファの端のエンドキャップは、デフォルトでは丸められますが、角張ったり、バットエンド（最後の頂点で切り捨てられたもの）になることもあります。
• ラインの片側のみにバッファーが必要な場合や、ポリゴン上で外側のバッファーまたは内側のバッファー (セットバックと呼ばれることもあります) のみを選択する場合など、側面の優先順位が重要になることがあります。
• 可変幅。レイヤー内のフィーチャは、通常は属性によって指定される異なる半径を使用してバッファリングされる場合があります。
• 共通バッファー。レイヤー内の各フィーチャのバッファーが 1 つのポリゴンに分解されます。これは、空間内の各ポイントの近くにあるフィーチャが重要ではなく、ポイントが何らかの (匿名の) フィーチャの近くにあることだけが重要な場合に最もよく使用されます。

• 膨張（形態）（正のバッファー）
• 侵食（形態）（負のバッファ）

• OGC ST_Buffer 関数 ( PostGIS実装)
• turfjs のバッファ関数
• 多くのオープンソースGIS実装の基盤となるライブラリであるJTSのBufferOp
• GRASSのv.bufferコマンド
• Esri ArcGIS Pro のバッファー (分析) ツール