6. Буферные зоны

Еще одним распространенным методом переклассификации является процесс построения буферов. Буферная зона (buffer) – это полигон, с границей на определенном удалении от точки, линии или границы области (рисунок 1.20).

Рисунок 1.20 ‑ Буфер линейного объекта.

Поскольку он связан с положением, формой и ориентацией объекта, мы можем легко отнести буферизацию к методам переклассификации на основе положения. Однако буфер может быть больше чем только отмеренное расстояние от двухмерного объекта; он может быть также связан с, и даже управляться, присутствием поверхностей трения, рельефа, барьеров, и т.д. То есть, хотя буферизация основана на положении, она имеет также и другие существенные компоненты. Область, окружающая реку, которая сообщает что-то о коридоре реки, является примером буфера. На рисунке 1.20 буфер был создан переклассификацией области на обеих сторонах для отличия его от аморфного фона. Хотя рисунок показывает и реку, и буфер, обычно буфер создается как отдельный объект и часто хранится в отдельном покрытии. Для создания такого буфера требуется всего лишь отсчет заданного расстояния по всем направлениям от каждой точки границы выбранного объекта. Мы знаем, как ГИС выполняет измерение расстояний в растре и векторах; в действительности, создание буфера – всего лишь расширение этой процедуры. Но поскольку эта процедура весьма полезна и часто применяется, большинство ГИС имеют специальные команды для построения буферов.

Буферизация – это отмеривание расстояния от объекта, будь то точка, линия или область. В случае точки мы отмеряем одно расстояние по всем направлениям от этой точки (рисунок 1.21). Буфер линейного объекта показан на рисунке 1.20. Буфер площадного объекта строится на заданном расстоянии от его периметра. Может даже понадобиться построить второй буфер вокруг первого, третий – вокруг второго и т.д., которые вместе называются многослойным буфером (doughnut buffer), который также показан на рисунок 4. Процедура его построения относительно проста, так как каждый новый слой буфера – всего лишь новый буфер вокруг предыдущего слоя.

Рисунок 1.21 ‑ Буферы точек и областей.

В векторных системах мы должны явно закодировать топологическую информацию для каждого вновь создаваемого полигона. В частности, от нас требуется предоставить топологическую информацию о связях между полигонами. Процедура многослойной буферизации пытается создать островной полигон, который не соединен явно с соседним полигоном. Трудность создания многослойного буфера в векторной системе – в основном следствие используемой модели данных, но, следуя указаниям программы, вы, как правило, можете его получить. Возможно, вам стоит поэкспериментировать на тестовой БД перед тем, как создавать многослойные буферы в реальной работе.

Теперь обратимся к вопросу о величине буфера: насколько широким он должен быть? В действительности, цель создания часто если не определяет размер буфера, то, по меньшей мере, влияет на него.

Так какого же размера должен быть буфер? Некоторые буферы показывают, что вокруг объекта, на неизвестное, или даже не могущее быть известным, расстояние простирается регион, который требует защиты, исследования, охраны или иного особого обращения. Такой сценарий не так уж необычен, как можно подумать. Многие буферные зоны в реальном мире так же произвольны, как и те, что мы устанавливаем в наших ГИС. Строители обычно сами создают буфер вокруг стройплощадки, чтобы защитить прохожих от тяжелых машин и падающего строительного мусора. Границы областей, загрязненных ядовитыми газами, радиоактивными материалами, разливами опасных жидкостей обычно устанавливаются правительственными агентствами или правоохранительными органами. Но довольно часто эти зоны устанавливаются лишь предположительно, это произвольные буферы (arbitrary buffers). Чаще всего предположения строятся на интуиции или дилетантской информации из неизвестных источников.

Однако, все они, как правило, больше, чем необходимо. Лишняя площадь буфера, часто так мешающая населению, обычно добавляется к произвольному буферу для безопасности.

Размеры буфера могут также основываться на любой процедуре измерения или переклассификации, которые нам до сих пор встречались, будь они двухмерные или трехмерные. Например, мы могли бы создать другой тип буфера, основанного на функциональном, а не евклидовом расстоянии от объекта. Это был бы мотивированный буфер (causative buffer) – основанный на априорном знании площади буфера. Допустим, например, что мы создаем буфер вдоль реки, чтобы показать возможность загрязнения почвы по обеим ее сторонам. И мы знаем, что с одной стороны реки почва – глинистая, в то время как на другой – песчаная. Поскольку загрязняющие вещества проникают через песок быстрее, чем через глину, буфер должен строиться на основе фрикционных или импедансных свойств (frictional or impedance quality) глинистой почвы. В результате буфер будет менее широким со стороны глины, нежели со стороны песка, отражая различия в проницаемости почв разных типов. Использование фрикционных поверхностей и барьеров – обычная практика при построении буферов, так как они дают некоторое основание для выбора размера буфера. Однако, поскольку точное определение величины фрикционного или барьерного импеданса часто затруднительно, буфер, построенный на основе этой величины, может оказаться не более полезным, чем произвольный буфер, построенный из простых соображений.

Буфер может также быть основанным на мерах взаимной видимости. В таком случае буфер выбирается не на основе произвольной или плохо известной фрикционной величины, а на основе определенной, измеримой величины, это – измеримый буфер (measurable buffer). Это третий тип буферов, который мы можем использовать. Измерения – не произвольны, а весьма точны, так как основаны на измеримых феноменах. Конечно, всегда есть возможность комбинирования второго и третьего методов буферизации, полагаясь на измеримый феномен, чье влияние на размер буферной области трудно четко определить. Например, мы знаем, что деревья вдоль речного коридора могут играть роль фильтра от загрязняющих материалов. Мы также знаем, что чем больше деревьев, тем лучше фильтрация. Поэтому, мы можем измерить плотность растительности вдоль речного коридора и затем использовать эти значения для создания поверхности импеданса, а уже ее использовать для определения размера буфера. Но при этом мы не имеем точного знания о том, как плотность деревьев связана с движением загрязнителя через растительность в реку. Таким образом, у нас есть некоторые измеримые параметры, и они могут быть логично применены; но при этом мы не знаем точных отношений между ними. Такое часто случается при построении буферов.

Существует еще четвертый вид буферов – нормативный (mandated buffer), когда буферизация определяется нормативными актами. Например, если вы строите дом в пределах столетней зоны наводнений, то, скорее всего не сможете приобрести страховку от наводнений. Хотя размер этой зоны – измеримая величина, страховая компания могла бы так же легко избрать 75-летнюю зону или 150-летнюю.

Другими словами, сама величина измерима, но выбор ее среди других измеримых величин произволен. Для создания буфера подобного рода обычно нужна БД местности и возможность рассчитать объем воды, который заполнил бы пойму, если бы действительно случилось наводнение такого масштаба, который вряд ли имеет место более одного раза в столетие.

Но могут применяться и другие нормативные буферы. Нам говорят, насколько близко к пожарному гидранту мы можем парковать машину, и какая часть палисадника в действительности принадлежит местному сообществу. Строительные нормы указывают расстояния вокруг объектов коммунальных служб и между зданиями; природоохранные организации создают защитные полосы; вдоль железных дорог и линий электропередачи по закону устанавливаются буферы отчуждения, и т.д. В каждом случае есть нормативное основание для создания буфера определенного размера.

Независимо от типа буфера (произвольный, мотивированный, измеримый или нормативный) всегда есть вероятность того, что буфер не будет иметь одинаковую ширину вдоль всего линейного объекта или со всех сторон полигона. Такие различия, проиллюстрированные нашим примером буфера разной ширины вдоль реки в зависимости от типа почвы, создан класс буферов, называемые варьируемыми (variable buffers) (рисунок 1.22). Варьируемый буфер может определяться импедансом, барьерами или любой другой функцией окрестности. Он может выбираться произвольно, на основе измеримого параметра ландшафта, или устанавливаться законом. В каждом случае при создании буфера должны выполняться специальные процедуры. В векторной модели данных узлы между отрезками линии чаще всего могут использоваться для установления различий буфера вдоль линии. В растре ячейки должны выборочно кодироваться, чтобы можно было устанавливать буфер для каждой группы ячеек; чаще всего эти буферы позднее объединяются в отдельное буферное покрытие.

Буферы полезны для классификации ландшафта и являются обычной составной частью многих случаев анализа в ГИС. Основная проблема с буферами состоит в том, что они часто требуют от нас больше знаний о взаимодействии элементов нашего ландшафта, чем мы имеем. Вы всегда должны пытаться преодолеть это препятствие поиском всех возможных знаний о каждой ситуации перед тем, как двигаться дальше. Чем больше вы знаете, тем более надежен ваш выбор определенной ширины буфера. Если же у вас недостаточно сведений для выбора размера буфера, то лучше сделать его с запасом.

Рисунок 1.22 ‑ Варьируемый буфер. Ширина буфера определяется величиной, присвоенной каждому отрезку линии.

Контрольные вопросы

1. В чем заключается смысл термина «классификация» в ГИС-анализе?

2. Что такое «простая классификация»?

3. В чем заключается «переклассификация»?

4. В чем заключается операция «растворение границ» и для чего она нужна?

5. Что такое «агрегирование данных»?

6. Для чего нужна операция ранжирования при классификации?

7. Раскройте понятие «окрестность» в ГИС-анализе?

8. Что такое «непосредственная окрестность» и «расширенная окрестность»?

9. В чем различие статистических функций от функций скользящего окна?

10. Для чего нужны фильтры в ГИС-анализе?

11. Приведите несколько примеров фильтров, используемых в ГИС-анализе?

12. Что такое уклон и как его используют в ГИС-анализе?

13. Что такое экспозиция склона и как его используют в ГИС-анализе?

14. Что такое профиль поверхности и как его используют в ГИС-анализе?

15. Что такое взаимная видимость и как ее используют в ГИС-анализе?

16. Что такое буферная зона и как ее используют в ГИС-анализе?

17. Что такое многослойные буфер?

18. Что такое произвольный буфер?

19. Что такое мотивированный буфер?

20. Что такое измеримый буфер?

21. Что такое нормативный буфер?

22. Что такое варьируемый буфер?

Литература

1.	ДеМерс Майкл Н.	Географические информационные системы. Основы. Пер. с англ.	М.: 1999
2.	Бугаевский Л.М., Цветков В.Я.	Геоинформационные системы	М.: 2000
3.	Технический комитет по стандартизации ТК 394 "Географическая информация/геоматика"	ГОСТ Р 52438-2005 - Географические информационные системы. Термины и определения	М.: 2006