بافر (Buffer) در GIS : چه چیزی در نزدیکی و مجاورت شماست…
این مقاله کوتاه، تعریف بافر را معرفی می‌کند و توضیح می‌دهد که چگونه بافرها برای ویژگی‌های جغرافیایی منفرد یا چندگانه انواع هندسی مختلف ایجاد می‌شوند. همچنین در مورد چگونگی تولید بافرها در مدل‌های داده‌های برداری و شطرنجی و بر اساس مفهوم هزینه بحث می‌کند.
یکی از رایج ترین وظایف در زندگی روزمره ما این است که بفهمیم چه چیزی در نزدیکی یا همسایگی یک مکان قرار دارد. برای مثال، مسافران مایلند رستوران‌ها و نقاط مورد علاقه‌ای را که در فاصله پیاده‌روی یا رانندگی مشخصی قرار دارند، بشناسند و یک حافظ محیط زیست می‌خواهد مناطق حائل ساحلی ایجاد کند تا از نهرها در برابر تأثیر کاربری‌های زمینی مجاور محافظت کند (Xiang، 1993). این سوالات را می توان با استفاده از بافر، یکی از اساسی ترین عملیات تحلیلی علم اطلاعات جغرافیایی (GIS) پاسخ داد.
بافر یک ویژگی جغرافیایی ناحیه‌ای است که در آن کوتاه‌ترین فاصله از هر مکان در منطقه تا ویژگی کمتر یا مساوی با فاصله آستانه است. چه نوع هندسی یک ویژگی جغرافیایی نقطه، خط یا چند ضلعی باشد، بافر آن همیشه یک چندضلعی است (شکل 1). مرز چند ضلعی بافر را می توان بر اساس بافرهای دو اساسی ترین ویژگی هندسی، نقاط و پاره خط ایجاد کرد. بافرهای یک نقطه و یک پاره خط (بدون دو نقطه پایانی) به ترتیب یک دایره و یک مستطیل هستند. بافرها برای ویژگی‌های جغرافیایی خطی و چندضلعی پیچیده‌تر با ایجاد و ترکیب دایره‌ها و مستطیل‌های نقاط و بخش‌های خطی که ویژگی‌های جغرافیایی را نشان می‌دهند، ایجاد می‌شوند.
شکل 1. بافرهای مستقل و ادغام شده برای ویژگی های جغرافیایی انواع مختلف هندسی.
هنگام ایجاد بافر برای مجموعه ای از ویژگی های جغرافیایی، ممکن است برخی از بافرها در فضا همپوشانی داشته باشند. این بافرها می توانند به عنوان بافرهای مستقل مرتبط با هر ویژگی جغرافیایی نگهداری شوند یا در یک بافر برای کل مجموعه ویژگی های جغرافیایی ادغام شوند (شکل 1). علاوه بر این، فاصله بافر ممکن است از یک ویژگی به ویژگی دیگر در مجموعه ای از ویژگی های جغرافیایی متفاوت باشد. GIS می تواند بافرهایی را بر اساس فاصله خاص مرتبط با یک ویژگی ایجاد کند که معمولاً به عنوان ویژگی ویژگی ها ذخیره می شود.
بافرها همچنین می توانند در مدل داده شطرنجی تولید شوند. در برخی موارد، ویژگی‌های جغرافیایی برداری ابتدا به یک لایه شطرنجی تبدیل می‌شوند و توسط سلول‌های شطرنجی (سلول‌های مشخصه) نشان داده می‌شوند. کمترین فاصله از هر سلول تا هر یک از سلول های ویژگی محاسبه شده و در یک لایه شطرنجی فاصله ذخیره می شود. سپس بافرها با انتخاب سلول هایی که فاصله آنها تا سلول های ویژگی کمتر یا مساوی یک فاصله بافر خاص است مشخص می شوند (شکل 2). اگر لایه شطرنجی فاصله را به‌عنوان سطحی تصور کنیم که سلول‌های مشخصه در پایین دره هستند، سلول‌های مرزی اطراف بافر تقریباً همان مقدار فاصله بافر را خواهند داشت و بنابراین یک کانتور روی سطح را دنبال می‌کنند. در روش های تولید بافرها در مدل های داده های برداری و شطرنجی تفاوت وجود دارد.
شکل 2. ایجاد بافر در مدل داده شطرنجی.
محاسبه فاصله یک مرحله حیاتی در تولید بافر است. در حالی که قضیه فیثاغورث آشنا را می توان برای محاسبه فاصله در فضای اقلیدسی استفاده کرد، فاصله را می توان در شبکه ها نیز اندازه گیری کرد (Upchurch et al., 2004)، مانند مسافت طی شده در جاده ها یا رودخانه ها، یا در فضای غیر اقلیدسی، مانند به عنوان فاصله ژئودتیکی (کارنی، 2013) روی یک سطح کروی، که اغلب برای نشان دادن شکل و اندازه زمین استفاده می شود. به طور کلی تر، فاصله را می توان به عنوان هزینه غلبه بر اصطکاک حرکتی، که ممکن است حاوی موانعی باشد، در مکان و زمان متفاوت باشد و به جهت حرکت بستگی دارد، تصور کرد (لی و همکاران، 2005). در چنین مواقعی مسافت کمترین هزینه را به همراه داردناشی از سفر بین دو مکان در فضا (داگلاس، 1994؛ تاملین، 2010). بنابراین، بافرها می توانند به عنوان منطقه تحت پوشش زمان معینی سفر، انرژی صرف شده، یا به طور کلی هزینه های متحمل شده و همچنین در فضای جغرافیایی در GIS ایجاد شوند.
داگلاس، دی اچ (1994). مسیر کمترین هزینه در GIS با استفاده از سطح هزینه انباشته و خطوط شیب. Cartographica , 31, 37-51. DOI: 10.3138/D327-0323-2JUT-016M
کارنی، CFF (2013). الگوریتم های ژئودزیک مجله ژئودزی ، 87، 43-55. DOI: 10.1007/s00190-012-0578-z
لی، ایکس، لارسون، سی، و رکس، ا. (2005). ایجاد بافر روی سطوح نقشه برداری و علم اطلاعات جغرافیایی , 32 (3), 195-210. DOI: 10.1559/1523040054738945
تاملین، دی (2010). انتشار امواج شعاعی هزینه سفر در یک شبکه مجله بین المللی علم اطلاعات جغرافیایی , 24 (9), 1391-1413. DOI: 10.1080/13658811003779152
Upchurch، C.، Kuby، M.، Zoldak، M.، & Barranda، A. (2004). استفاده از GIS برای ایجاد مناطق خدمات انحصاری متقابل که سفر در داخل و خارج از شبکه را به هم مرتبط می کند. فصلنامه جغرافیای حمل و نقل ، 12 ، 23-33. DOI: 10.1016/j.jtrangeo.2003.10.001
Xiang، W. (1993). یک روش GIS برای تولید بافر با کیفیت آب ساحلی مجله بین المللی سیستم های اطلاعات جغرافیایی , 7 (1), 57-70. DOI: 10.1080/02693799308901939
- شرایطی را که در آن عملیات بافر در آنالیزهای جغرافیایی مختلف مفید است (برش داده های جغرافیایی، تجسم، و انجام پرس و جوهای فضایی) را مشخص کنید.
- از مناطق حائل ساحلی به عنوان مثال برای بحث و مقایسه مناطق حائل مورد استفاده در حوزه های کاربردی مختلف مانند ساخت و ساز، حفاظت از طبیعت و تنوع زیستی استفاده کنید.
- مقایسه و مقایسه نحوه تولید بافرها در مدل های داده بردار و شطرنجی.
- توضیح دهید که چگونه می توان بافرها را بر اساس مفهوم هزینه حرکت تولید کرد.
- مثال هایی را فهرست کنید که در آنها از بافرها برای پاسخ به سؤالات جغرافیایی استفاده می شود.
- توضیح دهید که چرا کلمه “کوتاه ترین” با تعریف بافری که این مقاله ارائه می دهد بسیار مهم است.
- مثال‌هایی ارائه کنید تا نشان دهید چه زمانی بافرهای مجموعه‌ای از ویژگی‌های جغرافیایی باید مستقل نگه داشته شوند یا با هم ادغام شوند.
- دقت بین بافرهای بردار و شطرنجی و نقش اندازه سلول در تولید بافرهای شطرنجی را مقایسه کنید.
- آیا می توان بافرهای مستقل را برای مجموعه ای از ویژگی های جغرافیایی در مدل داده شطرنجی نگه داشت؟
- بافرهایی را که مستقیماً بر اساس فاصله ژئودتیکی تولید می شوند و بافرهای ایجاد شده از طریق پیش بینی نقشه مقایسه کنید.
- نمونه هایی از بافرهای تولید شده بر اساس محاسبه هزینه جابجایی را شرح دهید.
بدون دیدگاه