緩沖區(qū)分析的實(shí)現(xiàn)

電子地圖分析與導(dǎo)航緩沖區(qū)分析的實(shí)現(xiàn)《電子地圖分析與導(dǎo)航》課程組目錄CONTENTS數(shù)據(jù)準(zhǔn)備邊線相交于自相交處理算法簡(jiǎn)介010203緩沖區(qū)的建立04數(shù)據(jù)準(zhǔn)備01電子地圖的數(shù)據(jù)主要是為了滿足地圖表達(dá)的需要，因此在地圖目標(biāo)的數(shù)據(jù)采集中無(wú)法保證目標(biāo)的完整性與地理特征性，如等高線被高程注記、沖溝等分割，道路遇橋梁、村莊等產(chǎn)生分段，境界線沿著單線河流兩側(cè)間斷性地跳繪，一個(gè)行政單位的面狀區(qū)域邊界沒(méi)有封閉等，都將導(dǎo)致分析對(duì)象的局部空間缺失，直接影響到緩沖區(qū)分析的結(jié)果。此外，如果分析對(duì)象集合的內(nèi)部屬性不一致也常常會(huì)造成分析結(jié)果的混亂。為了實(shí)現(xiàn)電子地圖中的緩沖區(qū)分析功能，我們必須重新組織數(shù)據(jù)，也就是說(shuō)，電子地圖中表達(dá)出來(lái)的專題數(shù)據(jù)和進(jìn)行緩沖區(qū)分析的數(shù)據(jù)，實(shí)際上并不是同一數(shù)據(jù)，而是需要區(qū)別對(duì)待，完成前期的數(shù)據(jù)處理準(zhǔn)備。01數(shù)據(jù)準(zhǔn)備地圖目標(biāo)的數(shù)據(jù)準(zhǔn)備01數(shù)據(jù)準(zhǔn)備不完整的地圖目標(biāo)數(shù)據(jù)完整的地圖目標(biāo)數(shù)據(jù)為了能夠有效實(shí)現(xiàn)緩沖區(qū)分析的功能，我們必須解決好電子地圖表達(dá)圖層和數(shù)據(jù)準(zhǔn)備圖層的矛盾。具體組織數(shù)據(jù)的時(shí)候，根據(jù)分析的需要，把地圖數(shù)據(jù)組織為點(diǎn)、線、面的類別，如果電子地圖表達(dá)圖層的數(shù)據(jù)能滿足數(shù)字地圖分析的需要，可以直接利用表達(dá)圖層來(lái)進(jìn)行緩沖區(qū)操作，如果電子地圖表達(dá)圖層的數(shù)據(jù)不能滿足數(shù)字地圖分析的需要，應(yīng)該先從電子地圖表達(dá)圖層進(jìn)行提取，如建立輔助連接線，或者斷點(diǎn)自動(dòng)匹配連接等，得到分析需要的數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行緩沖區(qū)操作，最后可以將操作結(jié)果和電子地圖的表達(dá)圖層疊加顯示。01數(shù)據(jù)準(zhǔn)備電子地圖系統(tǒng)中的緩沖區(qū)分析01數(shù)據(jù)準(zhǔn)備算法簡(jiǎn)介02分析數(shù)據(jù)準(zhǔn)備好以后，所需要面對(duì)的問(wèn)題就是如何確定緩沖區(qū)生成的條件。對(duì)于點(diǎn)緩沖區(qū)來(lái)講，緩沖區(qū)的生成方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單，就是以地理目標(biāo)為中心點(diǎn)，向外推移一定的距離。但對(duì)于線和面緩沖區(qū)的生成情況，則復(fù)雜得多。由于面緩沖區(qū)生成的情況實(shí)際上和線緩沖區(qū)類似，因此都可以抽象為線緩沖區(qū)的生成。02算法簡(jiǎn)介1)平行雙線算法（角分線法）a.算法說(shuō)明在軸線首末點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線或緩沖區(qū)半寬E截出左右邊線的起論點(diǎn)：在軸線的其他各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，用與該點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的前后兩鄰邊距軸線的偏移量為E的兩平行線的交點(diǎn)來(lái)生成兩平行邊線的對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。因此，這個(gè)方法也可以叫做“簡(jiǎn)單平行線法”。02算法簡(jiǎn)介1)平行雙線算法（角分線法）b.算法特點(diǎn)(1)沿角分線遠(yuǎn)離軸線頂點(diǎn)此式表明，當(dāng)偏移量E不變時(shí)，d隨著張角B的減小而增大，因而在尖角處平行線之間的寬度遭到破壞，通過(guò)這種方法建立的緩沖區(qū)，在尖角處會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的誤差，到張角B小到一定程度時(shí)，會(huì)出現(xiàn)d非常大的情況。02算法簡(jiǎn)介用角分線法生成折線序列的平行線1)平行雙線算法（角分線法）b.算法特點(diǎn)(2)校正過(guò)程復(fù)雜。為克服角分線法的缺點(diǎn)，眾多學(xué)者對(duì)此進(jìn)行了深刻的分析研究，提出了多準(zhǔn)則的判別方案，較好地解決了所出現(xiàn)的異常情況。(3)算法模型欠結(jié)構(gòu)化。算法模型應(yīng)包括平行線的幾何生成和異常情況處理。首先，幾何生成算法欠合理，而大部分異常情況正是由于算法欠合理引起的(即若采用其他算法，那些異常情況可能全部消失）。由于異常情況不勝枚舉，因而校正措施必然繁雜，模型的邏輯構(gòu)思不易做到條理清晰，從而難以實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)化。02算法簡(jiǎn)介2)凸角圓弧法(1)算法原理。在軸線首末點(diǎn)處，作軸線的垂線并按雙線或緩沖區(qū)半寬E截出左右邊線的起訖點(diǎn)；在軸線的其他各個(gè)轉(zhuǎn)折點(diǎn)上，首先判斷該點(diǎn)的凸凹特性，在凸側(cè)用圓弧彌合，而在凹側(cè)用與該點(diǎn)所關(guān)聯(lián)的前后兩鄰邊距軸線的偏移量為E的兩平行線的交點(diǎn)來(lái)生成對(duì)應(yīng)頂點(diǎn)。02算法簡(jiǎn)介凸角圓弧法原理2)凸角圓弧法(2)算法特點(diǎn)。由于在凸側(cè)用圓弧彌合，使凸側(cè)平行邊線與軸線等寬，而在四側(cè)，平行邊線相交在角分線上。交點(diǎn)距軸對(duì)稱頂點(diǎn)的距離如圖所示。由此可見，該方法能最大限度地保證平行曲線的等寬性，排除了角分線法所帶來(lái)的眾多異常情況。02算法簡(jiǎn)介凹側(cè)雙線寬度與曲線彎曲程度的關(guān)系邊線相交于自相交處理03當(dāng)主體軸線的彎曲空間不能容許雙線的邊線無(wú)壓蓋地通過(guò)時(shí)，會(huì)產(chǎn)生邊線自相交問(wèn)題，形成若干個(gè)自相交多邊形。消除這種彼此相交的現(xiàn)象，一種方法是可以在作參考線的平行線時(shí)，考慮各種情況，自動(dòng)切斷彼此相交的弧段；另一種方法是通過(guò)疊置的緩沖區(qū)多邊形進(jìn)行合并，并消除緩沖區(qū)內(nèi)的相交弧段。03邊線相交于自相交處理自相交多邊形自相交多邊形分為兩種情況：島嶼多邊形與重疊區(qū)多邊形。1)島嶼多邊形及其自動(dòng)識(shí)別(1)島嶼多邊形的形式定義。島嶼多邊形的邊線矢量呈離心輻射狀。但這個(gè)特征不便于作為判別標(biāo)志，可作為判別標(biāo)志的是其封閉多邊形的點(diǎn)序方向。對(duì)于左邊線，島嶼多邊形呈反時(shí)針?lè)较驅(qū)τ谟疫吘€，島嶼多邊形呈順時(shí)針?lè)较?。這個(gè)特點(diǎn)具有對(duì)稱性（母河海，1997)。03邊線相交于自相交處理緩沖區(qū)邊界相交的情況03邊線相交于自相交處理自相交多邊形分為兩種情況：島嶼多邊形與重疊區(qū)多邊形。2)重疊區(qū)多邊形及其自動(dòng)識(shí)別(1)重疊區(qū)多邊形的形式定義。重疊區(qū)多邊形的邊線矢量呈向心匯集狀。其判別標(biāo)志是：對(duì)于左邊線，重疊區(qū)多邊形呈順時(shí)針?lè)较?；?duì)于右邊線，重疊區(qū)多邊形呈反時(shí)針?lè)较颉＿@個(gè)特點(diǎn)也具有對(duì)稱性。(2)重疊區(qū)多邊形的自動(dòng)識(shí)別。顯然，重疊區(qū)多邊形的自動(dòng)識(shí)別也在于多邊形方向性的識(shí)別。重疊區(qū)多邊形不是雙線（緩沖區(qū)）邊線的有效組成部分，不參與雙線（或緩沖區(qū)）有效邊線的最終重構(gòu)。03邊線相交于自相交處理3)邊線的最終形成在最簡(jiǎn)單的情況下，兩條邊線各由一條折（曲）線構(gòu)成。在一般情況下，即當(dāng)存在島嶼和重疊區(qū)時(shí)，最初所計(jì)算的邊線在此被分割為幾個(gè)部分：外部邊線和若干個(gè)島嶼。這就要求用復(fù)合（復(fù)雜）目標(biāo)的結(jié)構(gòu)來(lái)組織與管理它。對(duì)于繪制雙線來(lái)說(shuō)，只要把最外圍邊線和島嶼輪廓繪出即成。對(duì)于緩沖區(qū)檢索來(lái)說(shuō)，在按最外圍邊線所形成的圓頭或方頭緩沖區(qū)檢索之后，要扣除按所有島嶼所檢索的結(jié)果。03邊線相交于自相交處理緩沖區(qū)的建立04電子地圖系統(tǒng)中的緩沖區(qū)應(yīng)用主要有兩大部分內(nèi)容，即緩沖區(qū)查詢和緩沖區(qū)分析，但這兩者的概念有一定的區(qū)別。緩沖區(qū)查詢是不破壞原有空間目標(biāo)的關(guān)系，只是檢索得到該緩沖區(qū)范圍內(nèi)涉及的空間目標(biāo)。緩沖區(qū)分析則不同，它是對(duì)一組或一類地物按緩沖的距離條件，建立緩沖區(qū)多邊形圖，然后將這個(gè)圖層與需要進(jìn)行緩沖區(qū)分析的圖層進(jìn)行疊置分析，得到所需要的結(jié)果。所以實(shí)際上緩沖區(qū)分析涉及兩步操作，第一步是建立緩沖區(qū)圖，第二步是進(jìn)行疊置分析。04緩沖區(qū)的建立從原理上講，一般緩沖區(qū)的建立相當(dāng)簡(jiǎn)單，比如，建立點(diǎn)狀地物的緩沖區(qū)只需要以點(diǎn)狀地物為圓心，以緩沖區(qū)距離為半徑，創(chuàng)建一個(gè)圓形區(qū)域即可；線狀地物和面狀地物緩沖區(qū)的建立也是以線狀地物或面狀地物的邊線為參考線，作參考線的平行線，再考慮端點(diǎn)圓弧，即可建立緩沖區(qū)。對(duì)于形狀比較簡(jiǎn)單的對(duì)象，其緩沖區(qū)是一個(gè)簡(jiǎn)單多邊形，但對(duì)形狀比較復(fù)雜的對(duì)象或多個(gè)對(duì)象集合，緩沖區(qū)則復(fù)雜得多。04緩沖區(qū)的建立在建立緩沖區(qū)時(shí)，有時(shí)需要根據(jù)空間地物的特性不同，建立不同距離的緩沖區(qū)。例如，沿河流給出的環(huán)境敏感區(qū)的寬度應(yīng)根據(jù)河流的類型而定。不同的工廠、飛機(jī)場(chǎng)和其他設(shè)施所產(chǎn)生的噪聲污染，其影響的范圍和產(chǎn)生的噪聲級(jí)別并不一致；或者人們可能只是想對(duì)選出的某些地物建立緩沖區(qū)，而不是對(duì)所有空間地物都建立緩沖區(qū)。這時(shí)人們需要擴(kuò)展緩沖區(qū)建立方法，即生成可變寬度的緩沖區(qū)，這需要建立寬度可變的屬性條件。04緩沖區(qū)的建立可變寬度緩沖區(qū)緩沖區(qū)分析也是電子地圖常用的一種空間分析，但電子地圖中的緩沖區(qū)和一般應(yīng)用到的緩沖區(qū)分析，無(wú)論是在空間上，還是在時(shí)間上都有一定的區(qū)別。從空間范疇上來(lái)看，緩沖區(qū)分析在電子地圖中的應(yīng)用，主要是體現(xiàn)在小范圍、大比例尺的數(shù)據(jù)：從時(shí)間范圍上看，電子