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第七章矢量数据的空间分析

矢量数据的空间分析是GIS空间分析的主要内容之一。由于其一定的复杂性和多样性
特点，一般不存在模式化的分析处理方法，主要是基于点、线、面三种基本形式。在ArcGIS
中，矢量数据的空间分析主要集中于缓冲区分析、叠置分析和网络分析。本章就这三种分
析类型简单介绍其原理和实现。

7.1缓冲区分析

缓冲区分析(Buffer)是对选中的一组或一类地图要素（点、线或面）按设定的距离条件，
围绕其要素而形成一定缓冲区多边形实体，从而实现数据在二维空间得以扩展的信息分析
方法。缓冲区应用的实例有如：污染源对其周围的污染量随距离而减小，确定污染的区域；
为失火建筑找到距其500米范围内所有的消防水管等。下面着重介绍缓冲区原理及其在
ArcGIS中的实现。

7.1.1缓冲区的基础

缓冲区是地理空间，目标的一种影响范围或服务范围在尺度上的表现。它是一种因变
量，由所研究的要素的形态而发生改变。从数学的角度来看，缓冲区是给定空间对象或集
合后获得的它们的领域，而邻域的大小由邻域的半径或缓冲区建立条件来决定，因此对于
一个给定的对象A，它的缓冲区可以定义为：
PxdxAr=≤{(,)}（d一般是指欧式距离，也可以是其它的距离，其中r为邻域半
径或缓冲区建立的条件）
缓冲区建立的形态多种多样，这是根据缓冲区建立的条件来确定的，常用的对于点状
要素有圆形，也有三角形、矩形和环形等；对于线状要素有双侧对称、双侧不对称或单侧
缓冲区；对于面状要素有内侧和外侧缓冲区，虽然这些形体各异，但是可以适合不同的应

点状要素的缓冲线状要素的缓冲区面状要素的缓冲区

图7.1点、线和面状要素的缓冲区

1
用要求，建立的原理都是一样的。点状要素，线状要素和面状要素的缓冲区示意图如图7.1。

7.1.2缓冲区的建立

从原理上来说，缓冲区的建立相当的简单，对点状要素直接以其为圆心，以要求的缓
冲区距离大小为半径绘圆，所包容的区域即为所要求区域，对点状要素因为是在一维区域
里所以较为简单；而线状要素和面状要素则比较复杂，它们缓冲区的建立是以线状要素或
面状要素的边线为参考线，来做其平行线，并考虑其端点处建立的原则，即可建立缓冲区，

但是在实际中处理起来要复杂的多。按照其建立的原理来可以介绍如下：

1.角平分线法

该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后r
在线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r
d
截出左右边线的起止点，在其它的折点处，用与该
点相关联的两个相邻线段的平行线的交点来确定，
如图7.2：
该方法的缺点是在折点处，无法保证双线的等
宽性，而且当折点处的夹角越大，d的距离就越大，
故而误差就越大，所以要有相应得补充判别方案来

进行校正处理。图7.2角平分线法
2.凸角圆弧法
r
该算法的原理是首先对边线做其平行线，然后在d
线状要素的首尾点处，作其垂线并按缓冲区半径r截
出左右边线的起止点，然后以r为半径分别以首尾点
为圆心，以垂线截出的起止点为圆得起点和终点作半
圆弧，在其它的折点处，首先判断该点的凹凸性，在
凸侧用圆弧弥合，在凹侧用与该点相关联的两个相邻
线段的平行线的交点来确定。如图7.3
图7.3凸角圆弧法
该方法在理论上保证了等宽性，减少了异常情况
发生了概率，该算法在计算机实现自动化时非常重要的一点是对凹凸点的判断，需要利用
矢量的空间直角坐标系的方法来进行判断处理。
在ArcGIS中建立缓冲区的方法是基于生成多边形（bufferwizard）来实现的，它是根
据给定的缓冲区的距离，对点状、线状和面状要素的周围形成缓冲区多边形图层，完全是
基于矢量结构，从操作对象、利用矢量操作方法建立缓冲区的过程到最后缓冲区的结果全
部是矢量的数据。下面来介绍在ArcGIS中建立缓冲区。
对一个区域内的邮箱的影响覆盖范围（以1000米为例）做分析：
（1）对点文件邮箱的分布图postbox.shp进行分析操作，首先打开菜单Tools下的
Customize选择Command标签；

2
（2）在弹出的Command对话框中（如图7.4）在左边的Categorie框中选择Tools，
在出现右边的Command框中选择Bufferwizard，拖动其放置到工具栏上的空处，出现图

标；

（3）利用选择工具选择要进行

分析的邮箱的点状要素，然后点击图
标，出现Bufferwizard对话框（如图
7.5），选择要进行缓冲区分析的postbox
文件，其中有选择要素和未选择要素时在
Useonlytheselectedfeature复选框
图7.4bufferwizard添加对话框
前打勾（仅对已选择主题中的元素进行分
析），单击下一步；

图7.5缓冲区分析对象选择对话框
（4）这时打开的是缓冲区分析形式对