缓冲区分析与应用毕业设计论文.docx

Henan University of Urban Construction毕业设计［论文］题 目： 缓冲区分析与应用 学 院： 测绘工学院 专 业： 地理信息系统摘要 1第一章绪论 31.1•缓冲区问题的提出及意义 31.1.1缓冲区分析问题的提出 31.1.2缓冲区分析问题的意义 41.2缓冲区分析实现的常用算法 51.2. 1凸角圆弧法原理 51.2.2角分线法原理 61.2.3栅格法原理 71.3论文的主要内容 7第二章建立空间对象缓冲区方法 82.1空间对象的数据表示 82.1.1空间数据的栅格模型和矢量模型 82. 1.2栅格数据——BMP格式文件说明 82. 2建立空间对象缓冲区的原理 122. 2. 1空间对象缓冲区实现的矢量法原理 122. 2.2空间对象缓冲区实现的栅格法原理 132.3基于矢量的空间对象缓冲区生成算法的引理和概念 14第三章研究方法和技术路线 203.1研究方法 错误！未定义书签3.2技术路线 错误！未定义书签23第四章缓冲区分析的实现4. 1打开工作空间 234.2.自定义缓冲区 234. 3生成缓冲区 284. 4缓冲区分析 284. 5最终实现的功能 324. 6基于矢量和栅格的缓冲区算法比较 37第五章总结 395. 1结论 395. 2问题及展望 39参考文献 38致谢 41摘要本文对空间对象的缓冲区分析算法作了说明，讨论了分别利用图形学方法和图像 处理的形态学方法建立地理信息系统中空间对象的缓冲区算法，并且就两种算法的异 同做岀了分析。

在矢量算法中，各类地理要素根据其空间形态特征分为点、线、面三类，分别以 计算机屏幕数据的点、线、面图形对象表示，进行缓冲区分析在栅格算法中，地理空间被划分为规则的小单元（像元），空间位置由像元的行、列 号表示以膨胀法原理为基础，进行缓冲区分析关键字：地理信息系统，缓冲区分析，矢量法，栅格法，膨胀法ABSTRACTTh i s paper i I Iumi nates the ar ithmetic of buffer analysis to spac i a I object・ I n th i s paper two ar i thmet i c are d i scussed, one i s based on the computer graphic technology , the other is based on Mathemat ica I MorphoIogy. Then, the simi lar ities and d ifferences of such two ar ithmet ic are di scussed too.In the vector ar i thmet i c, spaci a I objects are d i v i ded i nto three kinds, point> I ine> polygon, which are expressed by the graphic object on the computer screeru Buffer ana Iys i s i s based on such k i nd of data・I n the gr i d ar ithmet ic, spacial objects are divided i nto gr i ds .The spaci a I position i s marked by the row and arrange of gr i ds .This ar ithmetic i s based on the expand method of Mathematical Morphology.Keywords: Geographical information system(GIS), buffer analysis, vector method, gr i d method ,expand method・第一章绪论1.1•缓冲区问题的提出及意义1・1・1缓冲区分析问题的提出地理信息系统（Geographic Informat io n System简称GIS）是一项以计算机为基 础的新兴技术，围绕着这项技术的研究、开发和应用形成了一门交叉性、边缘性的学 科。

从20世纪60年代出现至今，只有短短40多年的时间，但是他的发展非常迅速, 已经成为多学科集成并应用于多领域的基础平台，成为地学空间信息处理的重要手段 和工具地理信息系统具有空间数据的输入、存储、管理、分析和输出等功能，地理信息 系统的主要目的是为了分析空间数据，以提供空间决策支持信息，因此，空间分析是 地理信息系统的主要功能，是核心，是灵魂空间分析就是利用计算机对数字地图进行分析，从而获取和传输空间信息由于 空间分析对空间信息（特别是隐含信息）所具有的提取和传输功能，它已经成为地理 信息系统区别于一般信息系统的功能特征，也成为评价一个地理信息系统功能的主要 指标之一缓冲区分析是地理信息系统最重要和最基本的空间操作功能之一缓冲区分析是 根据点、线、面实体基础，自动建立其周围一定宽度范围内的缓冲区多边形实体，从 而实现空间数据在其领域得以扩展的信息分析方法例如，公共设施（商场、邮局、 银行、医院等）的服务半径，大型水库建设引起的搬迁，都是一个邻近度的问题城 市的噪音污染源所影响的一定空间范围、交通线两侧所划定的绿化带，既可分别描述 为点的缓冲区与线的缓冲区带缓冲区分析的基本思想是给定一个空间物体（的集合），确定它（们）的某邻域，邻 域的大小由邻域半径R决定。

因此物体0i的缓冲区的定义如下：Bi {x : d （x, 0/ ） W 用即对象0i的半径为R的缓冲区是全部距0i的距离d小于等于R的点的集合，d 一般 是指最小欧氏距离对于多个对象的集合：0 {Oi : / 1, 2, 3 n]其半径为R的缓冲区是单个对象的缓冲区的并，即：nB B1.1.2缓冲区分析问题的意义缓冲区信息处理在现实生活中有广泛的应用，可以从以下几个方面看：(D缓冲区分析在生态环境影响评价中的应用在特定的时空环境里，生态环境问题的产生是由于自然、人为条件下各生态因子 综合作用的结果，这些生态因子在不同程度上都具有某种地理含义地理信息系统是 对具有地理含义的因子进行统计、查询、分析的有力工具因此，利用地理信息系统 的相关技术来分析、评价生态环境问题的影响就显得理所当然目前,在整个环境领 域，地理信息系统的应用得到了蓬勃的发展，空间数据的建立、属性数据的逐步完善、 空间数据与属性数据的链接等为环境的评价、管理与规划提供了一个简单、便捷、明 晰的运作平台.随着生态环境问题的出现以及科技的进步和人们生态环保意识的提高, 越来越多的人投向生态环境的建设与整治中或尽量减少对自然生态环境的干扰•但人 类对生态环境的主观改造以及人类必须进行生产活动的效果与影响总是具有隐蔽性 和动态性的特点,其影响范围常常表现为一个趋势面.如何有效、直观地确定趋势面亦 即影响范围的大小是生态环境影响评价面对的主要问题，地理信息系统的空间分析功 能之一的缓冲区分析正是对这一趋势面加以分析的有力工具。

例如，在环境治理时，常 在污染的河流周围划出一定宽度的范围表示受到污染的区域；又如在飞机场，常根据 健康需要在周围划出一定范围的区域作为非居住区等2) 缓冲区分析在城市规划中的应用城市作为人口集中、规模庞大、结构复杂、不断发展的动态系统，它的发展变化 不仅表现在人口的增加、经济的发展和功能的变化上，而且也表现在城市空间结构的 变化上城市空间结构的基本要素是核心、交通网络、节点以及不同土地利用模式形 成的面状区域核心的作用无庸置疑，多数城市的生长都是由核心开始的交通网络 则是城市生长的骨架，这里的交通网络不仅包含城市内部的主干街道，而且包括城市 对外交通干线，它往往形成城市的发展轴节点可以是交通网络中重要的交叉点，也 可以是重要的郊区小城镇或卫星城镇，它们是城市中人流物流能量流和信息流集聚和 扩散的源地正是这些基本要素决定了整个城市的扩展缓冲区分析又可以称为空间 影响分析，是地理信息系统中定量研究距离因素影响的重要工具因而进行基于重点区域和交通线的缓冲区分析，可以定量地描述城市用地扩展过程以及空间分布例如：在土地评测中，要根据离开交通线或繁华区的远近，进行地价估算；特定 场所的选址如大型超市、公园、疗养院要依靠诸如“靠近交通线”、“沿河流或濒临湖 泊”、“包含林块和绿地”等有关缓冲区操作。

3）在地理数据结构化自动处理中的应用地理信息处理的实质是综合分析与评测，借此赋以地理实体相应重要性，为管理 与规划决策提供依据和为它们的多比例显示奠定基础然后，地图的地理信息的综合 评价必须在信息结构化的基础上进行，对于简单的数字化面条数据是难以进行有效的 分析和处理的例如，河网树结构，地形线（山脊线与谷地线）的结构化（树结构的 自动建立）都在递归地执行缓冲区操作边防城镇、沿海港口和地形等信息有其独特 的不言而喻的重要性，这些都是借助缓冲区操作而实现的综上所述，缓冲区分析在现实生活中有如此广泛的应用，所以，对缓冲区算法的 研究非常的有必要1.2缓冲区分析实现的常用算法缓冲区生成矢量算法，特别是线缓冲区的生成算法，常见的有凸角圆弧法和角平 分线法凸角圆弧法是逐个求得每个线段单独的缓冲区，然后用多边形叠质算法依次 合并算法所生成的缓冲区边界，轴线转角尖锐的转折点的平行线交点随缓冲距的增 大将会迅速远离轴线，这就会出现尖角和凹陷的失真现象角平分线法由画逐个线段 的简单平行线，尖角平滑矫正和自相交处理三步构成角平分线的缺点是难以最大限 度的保证平行曲线的等宽性1.2.1凸角弧法原理在轴线首末点处，作轴线的垂线并按双线或缓冲区半宽E截出左右边线的起迄点; 在轴线的其它各个转折点上，首先判断该点的凸凹特性，在凸侧用圆弧弥合，而在凹侧 用与该点所关联的前后两邻边距轴线的偏移量为E的两平行线的交点来生成对应顶点 （如下图）。

由于在凸侧用圆弧弥合，使凸侧平行边线与轴线等宽而在凹侧，平行边 线相交在角分线上图1.1 凸角圆弧法1.2.2角分线法原理在轴线首末点处，作轴线的垂线并按双线或缓冲区半宽E截出左右边线的起迄点； 在轴线的其它各个转折点上，用与该点所关联的前后两邻边距轴线的偏移量为E的两 平行线的交点来生成两平行边线的对应顶点如图1.2图1.2角平分线法1.2.3栅格法原理栅格方法又叫点阵法，它将点、线、面矢量数据转化为栅格数据，进行像元加粗, 然后作边缘提取；在原理上比较简单，容易实现，但受精度的限制；并且内存开销大, 所能处理的数据量受到机器硬件的限制1・3论文的主要内容本论文对建立空间对象的缓冲区的矢量算法和栅格算法进行分析，探讨了这两种 建立空间对象缓冲区算法的异同和应用范围论文结构如下：(D空间对象缓冲区的实现(2) 建立点、线、面空间对象缓冲区的矢量方法(3) 建立点、线、面空间对象缓冲区的栅格方法(4) 建立点、线、面空间对象缓冲区矢量、栅格方法的比较分析第二章建立空间对象缓冲区方法2.1空间对象的数据表示2.1.1空间数据的栅格模型和矢量模型在栅格模型中，地理空间被划分为规则的小单元（像元），空间位置由像元 的行、列号表示。

例如：一条道路由其值为道路编码值的一系列相联的像元表 示，要从数据库中删除这条道路，则必须将所有有关像元的值变成该道路领域 的背景值。