Funktionsweise des Werkzeugs "Puffer" (Analyse)

Erstellen von Puffern

Die Pufferroutine durchläuft alle Stützpunkte des Eingabe-Features und bestimmt jeweils den Versatz der Puffer. Aus diesem Versatz werden Ausgabe-Puffer-Features erstellt.

Erstellen von Versatz um eine Linie herum

Eingabe-Linien-Feature

Versatz um das Eingabe-Linien-Feature herum

Aus dem Versatz abgeleiteter Puffer

Beschreibung des Pufferabstands

Der Pufferabstandparameter kann als fester Wert oder als Feld mit Zahlenwerten eingegeben werden.

Beispiel 1: Feste Entfernung

Die folgende Abbildung zeigt den Puffer einer Line-Feature-Class mit einer Entfernung von 20, dem Endtyp FLAT, dem Seitentyp FULL und dem Dissolve-Typ ALL.

Da der Pufferabstand eine Konstante ist, werden alle Features mit derselben Breite gepuffert.

Beispiel 2: Entfernung vom Feld

In diesem Beispiel ist der Puffer einer Line-Feature-Class dargestellt, für den ein Zahlenfeld mit den Werten 10, 20 und 30 für die Entfernung, der Endtyp FLAT, der Seitentyp FULL und der Dissolve-Typ ALL verwendet werden.

Da die Pufferabstände durch die Feldwerte vorgegeben werden, können im selben Vorgang verschiedene Pufferbreiten verwendet werden.

Euklidisches und geodätisches Puffern

Ein wichtiges Feature des Werkzeugs Puffer ist die Fähigkeit, geodätische Puffer zu generieren. Geodätische Puffer berücksichtigen die tatsächliche Form der Erde (ein Ellipsoid, oder genauer ein Geoid) bei der Berechnung der Puffer; Entfernungen werden zwischen zwei Punkten auf einem Globus gemessen. Eine andere Art von Puffern, euklidische Puffer, messen die Entfernung in einer zweidimensionalen kartesischen Ebene, wo geradlinige oder euklidische Entfernungen zwischen zwei Punkten auf der Ebene berechnet werden. Euklidische Puffer sind der gängigere Puffertyp. Sie eignen sich zum Analysieren von Entfernungen um Features in einem projizierten Koordinatensystem, die in einem relativ kleinen Bereich (z. B. einer UTM-Zone) konzentriert sind. Geodätische Puffer bieten genauere Pufferversätze für Features, die weiter verteilt sind (mehrere UTM-Zonen, große Regionen oder sogar den ganzen Globus abdecken).

Gelegentlich führt das Ausführen eines euklidischen Puffers zu Ergebnissen, die technisch nicht richtig sind. Die Hauptgefahr bei der Ausführung eines euklidischen Puffers besteht darin, dass es beim Speichern von Features in einem projizierten Koordinatensystem Bereiche in der Projektion gibt, in denen Entfernungen, Flächen und Formen von Features verzerrt werden. Dies ist ein Umstand, der bei der Verwendung projizierter Koordinatensysteme auftreten kann. Bei Verwendung eines projizierten Koordinatensystems wie State Plane oder UTM sind Features in der Nähe des Ursprungs der Projektion (der Mittelpunkt des Staates oder der UTM-Zone) genauer. Sobald sie sich aber vom Ursprung weg bewegen, werden sie stärker verzerrt. Wenn ein Dataset nicht auf einen kleinen Bereich konzentriert ist oder wenn ein Pufferabstand verwendet wird, der groß genug ist, um Versätze außerhalb dieses kleinen Bereichs zu erstellen, sind euklidische Puffer nicht korrekt. Entsprechend ist bei Verwendung eines projizierten Welt-Koordinatensystems die Verzerrung in einem Bereich oft minimal, während sie in einem anderen Bereich sehr ausgeprägt ist. (Für die Mercator-Weltprojektion ist die Verzerrung in der Nähe des Äquators minimal, aber in der Nähe der Pole sehr ausgeprägt.) Für ein Dataset, das Features in Bereichen mit niedriger und mit hoher Verzerrung aufweist, sind euklidische Puffer in den Bereichen mit niedriger Verzerrung genauer und in den Bereichen mit hoher Verzerrung weniger genau; geodätische Puffer sind in allen Bereichen genau.

Obwohl geodätische Puffer immer genauer als euklidische Puffer sind, besteht ein Nachteil darin, dass das Generieren von geodätischen Puffern mehr Zeit in Anspruch nimmt als das Generieren von euklidischen Puffern. Dieser Unterschied in der Performance beruht darauf, dass euklidische Puffer mit einer sehr einfachen zweidimensionalen Entfernungsformel generiert werden, während die Berechnung geodätischer Puffer sehr komplex ist.

Der geodätische Pufferalgorithmus wird verwendet, wenn die Puffereingabe in einem geographischen (nicht projizierten) Koordinatensystem erfolgt und Sie einen Pufferabstand in linearen Einheiten (Meter, Fuß usw., im Gegensatz zu Winkeleinheiten wie Grad) angeben.

Geodätische Pufferung – Beispiel

Ziel dieses Beispiels ist es, geodätische und euklidische Puffer von 1.000 Kilometern einer Reihe von ausgewählten Weltstädten zu vergleichen. Geodätische Puffer wurden generiert, indem eine Point-Feature-Class mit einem geographischen Koordinatensystem gepuffert wurde, und euklidische Puffer wurden generiert, indem eine Point-Feature-Class mit einem projizierten Koordinatensystem gepuffert wurde (im projizierten und im nicht projizierten Dataset stellen die Punkte die gleichen Orte dar).

Wenn Sie mit einem Dataset in einem der gängigen projizierten Koordinatensysteme für die ganze Welt arbeiten (z. B. Mercator), ist die Projektionsverzerrung möglicherweise in der Nähe des Äquators minimal, aber in der Nähe der Pole sehr ausgeprägt. Dies bedeutet, dass für ein Dataset in der Mercator-Projektion Entfernungsmesswerte und Pufferversätze in der Nähe des Äquators ziemlich genau und entfernt vom Äquator weniger genau sein sollten.

Die Grafik auf der linken Seite zeigt die Eingabepunktpositionen an. Der Äquator und der Nullmeridian werden zur Referenz angezeigt. Beide Grafiken werden in der Mercator (Welt)-Projektion angezeigt.

In der Grafik rechts haben die Punkte in der Nähe des Äquators geodätische und euklidische Puffer, die lagegleich sind. Für Punkte in der Nähe des Äquators ist die Mercator-Projektion gut geeignet, um genaue Entfernungsmesswerte zu erzeugen. Die Puffer von Punkten, die weit entfernt vom Äquator liegen, weisen jedoch eine deutlich höhere Entfernungsverzerrung auf, da ihre euklidischen Puffer viel kleiner als die geodätischen Puffer sind; dies tritt bei der Mercator-Projektion auf, weil die Flächen an den Polen gestreckt werden (Landmassen in der Nähe der Pole, z. B. Grönland und Antarktis, haben enorme Flächen im Vergleich zu den Landmassen in der Nähe vom Äquator). Alle euklidischen Puffer von 1.000 Kilometern haben die gleiche Größe, da die euklidische Pufferroutine davon ausgeht, dass Kartenentfernungen überall in der Projektion gleich sind (1.000 Kilometer in Brasilien sind genauso lang wie 1.000 Kilometer in Zentralrussland); dies ist nicht richtig, da die Entfernungen der Projektion entfernt vom Äquator immer mehr verzerrt werden. Bei jeder Art von Entfernungsanalyse in einem globalen Maßstab sollten geodätische Puffer verwendet werden, da sie in allen Bereichen genau sind, während euklidische Puffer in Bereichen mit hoher Verzerrung nicht genau sind.

Hinweis:

Das Anzeigen von geodätischen und euklidischen Puffern auf einem Globus zeigt, dass die geodätischen Puffer wirklich genauer sind.

Dies sind die gleichen euklidischen und geodätischen Puffer von 1.000 Kilometern, die für das Beispiel oben erstellt wurden. Auf einem Globus angezeigt hat jeder der euklidischen Puffer eine andere Größe, obwohl der gleiche Pufferabstand für jeden verwendet wurde. (Beachten Sie, dass der Puffer in Alaska deutlich kleiner als der Puffer in Brasilien angezeigt wird.) Dies liegt daran, dass die Puffer mit der falschen Annahme erstellt werden, dass alle Kartenentfernungen von einer Position zur anderen gleich sind. Dagegen haben alle geodätischen Puffer eine richtige einheitliche Größe, wenn sie auf dem Globus angezeigt werden; diese geodätischen Puffer sind korrekt, da sie nicht von der Verzerrung durch ein projiziertes Koordinatensystem beeinflusst wurden.

Weitere Informationen zu geodätischer Pufferung

Von den Stützpunkten von Eingabe-Polylinien- und Polygon-Features wird angenommen, dass sie mit geodätischen Linien verbunden sind. (Eine geodätische Linie ist der kürzeste Pfad zwischen zwei Punkten auf einem Ellipsoid.) Wenn der gewünschte Pfad zwischen Stützpunkten keiner geodätischen Linie folgen soll, müssen Sie zuerst die Eingaben explizit verdichten. Geometrien können mit dem Werkzeug Verdichten verdichtet werden.

Der Pfad, dem der Ausgabepuffer folgt, ist im Allgemeinen keine geodätische Kurve. Die maximal zulässige Abweichung der berechneten Pufferkurve von einer theoretischen Pufferkurve beträgt 10 Meter. Die Methode, mit der diese Versatzkurve berechnet wird, wird als tracés parallèles bezeichnet. Ausführliche Informationen zu dieser Methode finden Sie unter:

• Murphy B., Collier P., Mitchell D. und Hirst W. (1999) – "Maritime Boundary Generation from Straight Baselines Defined as Geodesics". Proceedings of the International Conference on Technical Aspects of Maritime Boundary Delineation and Delimitation. Monaco, 9–10. September 1999.

Das Feld BUFF_DIST

Die Werte im Feld BUFF_DIST der Ausgabe-Feature-Class sind in der linearen Einheit des Koordinatensystems der Eingabe-Features angegeben. Wenn z. B. ein Pufferabstand von 50 Metern im Werkzeug angegeben wird, aber das Eingabe-Dataset ein Koordinatensystem hat, das Fuß als lineare Einheit verwendet, werden 50 Meter im Ausgabefeld BUFF_DIST in Fuß umgerechnet. Es gibt zwei Ausnahmen:

• Wenn die Eingabe-Features ein geographisches Koordinatensystem verwenden und der Pufferabstand in einer linearen Einheit, z. B. Kilometer oder Meilen, angegeben wird, sind die Werte im Feld BUFF_DIST in Metern.
• Wenn der Raumbezug des Eingabe-Features "Unbekannt" ist, erfolgt keine Umrechnung, deshalb entspricht der Wert im Feld BUFF_DIST genau dem eingegebenen Wert.

In der folgenden Tabelle sind Szenarien zusammengefasst, bei denen die BUFF_DIST-Einheitenumrechnung ausgeführt wird bzw. nicht ausgeführt wird.

Koordinatensystem der Eingabe-Features	Pufferabstandseinheiten	Einheitenumrechnung
Geographisch	Winkel oder linear	Umgerechnet in Meter
Projiziert	Winkel	Umgerechnet in Einheiten des Eingabekoordinatensystems
Projiziert	Linear	Umgerechnet in Einheiten des Eingabekoordinatensystems
Geographisch oder projiziert	Unbekannt	Annahme der Eingabe-Koordinatensystemeinheit
Unbekannt	Winkel oder linear	Keine Konvertierung

BUFF_DIST-Einheitenumrechnung

Hinweis:

Die Einheit des Wertes BUFF_DIST entspricht beim Festlegen immer der Ausgabe-Koordinatensystem-Umgebung.