Funktionsweise des Werkzeugs "Puffer" (Analyse)

Das Werkzeug Puffer erstellt Pufferpolygone mit einem festgelegten Abstand um Eingabe-Features.

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

Versätze um eine Linie herum erstellen

Die folgenden Bilder zeigen das Erstellen von Versätzen um eine Linie herum:

• Eingabe-Linien-Feature

  

• Versatz um das Eingabe-Linien-Feature herum

  

• Aus dem Versatz abgeleiteter Puffer

  

Pufferabstand

Der Pufferabstandsparameter kann ein fester Wert oder ein Feld mit Zahlenwerten sein.

Beispiel 1: Fester Abstand

Dieses Beispiel zeigt den Puffer einer Line-Feature-Class mit den folgenden Parameteroptionen:

• Abstand [Wert oder Feld]: Ein Abstand von 20
• Seitentyp: Vollständig
• Endtyp: Flach
• Dissolve-Typ: Zusammenführen aller Ausgabe-Features zu einem einzelnen Feature

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

Beispiel 2: Abstand vom Feld

Dieses Beispiel zeigt den Puffer einer Line-Feature-Class mit den folgenden Parameteroptionen:

• Abstand [Wert oder Feld]: Ein numerisches Feld mit den Werten 10, 20 und 30
• Seitentyp: Vollständig
• Endtyp: Flach
• Dissolve-Typ: Zusammenführen aller Ausgabe-Features zu einem einzelnen Feature

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

Zusammenführen von Linienpuffern mit einem Seitentyp

Die Unterschiede zwischen den Zusammenführen-Optionen mit einem Seitentyp-Puffer werden im Folgenden beschrieben.

• Zusammenführen aller Ausgabe-Features zu einem einzelnen Feature: Die Eingabe-Linien-Features werden zunächst so gut wie möglich in einem Pseudonetz verbunden. Die längsten zusammenhängenden Linien-Features in diesem Netz werden dann auf einer Seite gepuffert. Einzelne Features werden nur gepuffert, wenn sie keine Verbindung zu anderen Features in der Eingabe haben. Dies funktioniert gut bei kleineren Abständen (die meist für das Puffern von Linien verwendet werden, die Straßen und Wasserläufe darstellen). In einigen Fällen führen größere Abstände zu Ausgabepuffern, die auf den ersten Blick nicht korrekt aussehen. Größere Puffer können jedoch zu einer extremen Überlappung führen, die nur durch einen Eingriff nach der Werkzeugausführung eine sinnvolle Ausgabe ergeben.

  Der einseitige Puffer versucht, die resultierende Ausgabe des Puffers auf der richtigen Seite zu halten, auch wenn die Ausgabepuffer mit der falschen Seite anderer Eingabe-Linien-Features interagieren.

  

• Nicht zusammenführen: Einseitiger Puffer puffert die Eingabelinien einzeln. Die Interaktion der resultierenden Puffer in der Ausgabe wird nicht berücksichtigt.

  

Es gibt Fälle, in denen bei Verwendung der Option Zusammenführen aller Ausgabe-Features zu einem einzelnen Feature aufgrund der Komplexität der Eingabe-Features mit dem angegebenen Pufferabstand die Erstellung eines einseitigen Puffers intern fehlschlagen kann. In diesem Fall wird es mit leicht abweichenden Pufferwerten erneut versucht. Dieses Verfahren ist in der Regel weniger effizient, und es kann zu fehlenden Pufferflächen kommen, da nicht ermittelt werden kann, wie der Puffer auf der angegebenen Seite aufrechterhalten werden soll. Der sich ergebende Ausgabe-Puffer kann andere Eingabe-Features auf der falschen Seite kreuzen. Eingabelinien mit Spiralen, Schleifen und inkonsistenter Liniensegmentrichtung verursachen häufig diese Probleme mit einem Puffer-Seitentyp, wenn die Option Zusammenführen aller Ausgabe-Features zu einem einzelnen Feature verwendet wird.

Euklidisches und geodätisches Puffern

Der Parameter Methode, mit dem angegeben wird, wie Puffer erstellt werden, ist eine wichtige Funktion des Werkzeugs Puffer. Es gibt zwei grundlegende Methoden für die Erstellung von Puffern: euklidisch (planar) und geodätisch.

• Euklidische Puffer messen den Abstand in einer zweidimensionalen kartesischen Ebene, in der geradlinige oder euklidische Abstände zwischen zwei Punkten auf der flachen Oberfläche (kartesische Ebene) berechnet werden. Euklidische Puffer eignen sich am besten zum Analysieren von Abständen um Features in einem projizierten Koordinatensystem, die in einem relativ kleinen Bereich (z. B. einer UTM-Zone) konzentriert sind.

  In einem projizierten Koordinatensystem gibt es Bereiche in der Projektion, in denen Abstände, 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. 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-Welt-Projektion 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 berücksichtigen die Krümmung des Rotationsellipsoids und verarbeiten die Daten in der Nähe und über der Datumsgrenze und der Pole richtig. Geodätische Puffer eignen sich am besten, wenn die Daten eine große geographische Ausdehnung abdecken oder das Koordinatensystem der Eingaben nicht für Abstandsberechnungen geeignet ist. Geodätische Puffer werden möglicherweise auf einer ebenen Karte ungewohnt dargestellt, aber bei der Anzeige auf einem Globus sehen sie richtig aus.

Verwenden Sie geodätische Puffer, wenn die Daten eine große geographische Ausdehnung abdecken oder das Koordinatensystem der Eingaben nicht für Abstandsberechnungen geeignet ist.

Der Parameter Methode hat die folgenden Optionen:

• Planar: Die Pufferungsmethode basiert auf dem Koordinatensystem des Parameterwertes Eingabe-Features. Dies ist die Standardeinstellung.
  • Wenn die Eingabe-Features über ein projiziertes Koordinatensystem verfügen, werden euklidische Puffer erstellt.
  • Wenn die Eingabe-Features über ein geographisches Koordinatensystem verfügen und Sie einen Pufferabstand-Wert in linearen Einheiten (Meter, Fuß usw. im Gegensatz zu Winkeleinheiten wie Grad) angeben, werden geodätische Puffer erstellt.
• Geodätisch: Unabhängig vom Eingabekoordinatensystem wird ein geodätischer Puffer erstellt, der die Form beibehält. Es wird nicht davon ausgegangen, dass die Verbindungslinien geodätische Kurven sind. Stattdessen werden die Features im Raumbezug der Eingabe-Feature-Class gepuffert, um Puffer zu erstellen, die der Form der Eingabe-Features eher entsprechen. Falls Sie sich über die Form der Puffer bzw. darüber Sorgen machen, wie sehr ihre Form mit den ursprünglichen Eingabe-Features übereinstimmt, wird empfohlen, insbesondere dann diese Option zu verwenden, wenn Ihre Eingabedaten sich in einem geographischen Koordinatensystem befinden. In einigen Fällen kann dies mehr Zeit in Anspruch nehmen als die Erstellung des geodätischen Puffers mit der Option Planar, das Ergebnis ist jedoch ein Puffer, der exakter mit der Form des Eingabe-Features übereinstimmt.

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 Abstandsmesswerte und Pufferversätze in der Nähe des Äquators ziemlich genau und weiter weg vom Äquator weniger genau sein sollten.

Die erste Grafik zeigt die Eingabepunktpositionen. Der Äquator und der Nullmeridian werden zur Referenz angezeigt. Beide Grafiken werden in der Mercator-Welt-Projektion angezeigt.

In der zweiten Grafik 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 Abstandsmesswerte zu erzeugen. Die Puffer von Punkten, die weit vom Äquator entfernt sind, weisen jedoch eine größere Abstandsverzerrung auf, da ihre euklidischen Puffer viel kleiner sind 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 Kartenabstände 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 Abstände der Projektion weiter weg vom Äquator immer verzerrter werden. Bei jeder Art von Abstandsanalyse in einem globalen Maßstab sollten geodätische Puffer verwendet werden, da sie in allen Bereichen genau sind. Euklidische Puffer sind hingegen in Bereichen mit hoher Verzerrung nicht genau.

Hinweis:

Das Anzeigen von geodätischen und euklidischen Puffern auf einem Globus zeigt, dass die geodätischen Puffer tatsächlich 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. (der Puffer in Alaska wird deutlich kleiner als der Puffer in Brasilien angezeigt). Dies liegt daran, dass die Puffer mit der falschen Annahme erstellt werden, dass alle Kartenabstände 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 die Eingaben explizit verdichten. Geometrien können mit dem Werkzeug Verdichten verdichtet werden. Sie können auch die Methode Geodätisch zum Abrufen von Puffern verwenden, die der Form der Eingabe-Features eher entsprechen (siehe unten).

Geodätische Puffer erfordern kompliziertere Berechnungen als planare Puffer und können mehr Zeit in Anspruch nehmen. Wie viel mehr, hängt in erster Linie von der Anzahl und der Dichte der Stützpunkte in einem Feature ab. Mit zunehmender Anzahl und Dichte der Stützpunkte in einem Feature nimmt auch die Zeit zu, die für die Erstellung des Puffer-Features erforderlich ist.

Formgetreue geodätische Puffer

Beim Puffern von Linien oder Polygonen werden mit der Methode Geodätisch geodätische Puffer erstellt, indem das Feature im Raumbezug der Eingabe-Feature-Class gepuffert wird, um sicherzustellen, dass die Puffer der beabsichtigten geodätischen Form der Eingabe-Features folgen.

Wenn Sie die Methode Geodätisch verwendet haben, können sich die Ausgabe-Puffer leicht unterscheiden. Dies ist darauf zurückzuführen, dass die Methode für formgetreue geodätische Puffer am deutlichsten wird, wenn die Eingabe-Features keine geeignete Stützpunktdichte für die Erstellung von Puffern aufweisen, um deren Form beizubehalten (in der Regel grobe, ungenaue Features). Es ist wichtig, die Eingabedaten zu kennen, bevor man sich für die Methode Geodätisch entscheidet.

Nachfolgend sehen Sie beispielsweise ein grobes Feature mit wenigen Stützpunkten (Stützpunkte befinden sich lediglich an den Biegungen der Linie), die einen großen Teil des Globus abdecken:

Wenn für diese Linie ein Puffer von 500 km mit der Methode Planar erstellt wird, ergibt sich folgendes Ausgabe-Puffer-Feature (rosa):

Dies wurde möglicherweise nicht erwartet, wie jedoch zuvor erwähnt, wird bei der Methode Planar (beim Erstellen geodätischer Puffer) davon ausgegangen, dass die Stützpunkte des Eingabe-Polylinien-Features mit geodätischen Linien verbunden sind, wie unten in Violett dargestellt:

Sieht man sich die Eingabe-Features (blau) an, dann sind die resultierenden geodätischen Linien (violett) und der geodätische Puffer (rosa) in diesem Fall sinnvoll:

Dies ist möglicherweise nicht wünschenswert.

Die Methode Geodätisch setzt nicht voraus, dass die Verbindungslinien von Stützpunkten durch geodätische Kurven verbunden sind. Der unter Verwendung der Methode Geodätisch resultierende Puffer wird nachstehend grün dargestellt:

Sie verfügen nun über einen geodätischen Puffer, der sich enger an der Form des Eingabe-Features orientiert.

Feld "BUFF_DIST"

Die Werte im Feld BUFF_DIST der Ausgabe-Feature-Class liegen in der linearen Einheit des Koordinatensystems der Eingabe vor. Wenn z. B. ein Pufferabstand von 50 Metern im Werkzeug angegeben wird, aber die Eingabe ein Koordinatensystem hat, das Fuß als lineare Einheit verwendet, werden 50 Meter im Ausgabefeld BUFF_DIST in Fuß umgerechnet. Hierbei gelten die folgenden Ausnahmen:

• Wenn die Eingabe ein geographisches Koordinatensystem verwendet und der Pufferabstand in einer linearen Einheit, z. B. Kilometer oder Meilen, angegeben wird, sind die Werte im Feld BUFF_DIST Meter-Werte.
• Wenn der Raumbezug der Eingabe "Unbekannt" ist, erfolgt keine Umrechnung, deshalb ist der Wert im Feld BUFF_DIST der bereitgestellte Wert.

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

BUFF_DIST Einheitenumrechnung (Methode Planar)

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

BUFF_DIST Einheitenumrechnung (Methode Geodätisch)

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

Hinweis:

BUFF_DIST Werteinheiten entsprechen immer der Ausgabekoordinatensystem-Umgebung, sofern festgelegt.