버퍼 (GIS)

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1. 개요
2. 역사
3. 기본 알고리즘
4. 추가 옵션
참조

1. 개요

버퍼 (GIS)는 지리적 객체 주변에 지정된 거리만큼 떨어진 영역을 생성하는 GIS 연산이다. 1970년대 후반과 1980년대 초반에 개발된 초기 GIS 소프트웨어에서 핵심 기능으로 사용되었으며, 점, 선, 면 객체에 적용될 수 있다. 버퍼는 유클리드 기하학을 기반으로 평면 좌표계에서 계산되거나, 구면 삼각법을 사용하여 측지 거리를 고려하여 계산될 수 있다. 또한, 버퍼의 모양, 측면, 폭을 다양하게 설정하거나, 여러 객체의 버퍼를 결합하는 등의 추가적인 옵션이 존재한다.

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버퍼 (GIS)
GIS 분석
유형	근접성 분석
설명
정의	버퍼 분석은 지리 정보 시스템(GIS)에서 특정 지점, 선 또는 폴리곤으로부터 주어진 거리 내의 영역을 식별하는 공간 분석 작업이다.
용도	버퍼 영역 내의 지형지물을 찾거나, 특정 지점으로부터 특정 거리 내에 있는 모든 것을 식별하거나, 새로운 시설을 짓기 위한 적절한 장소를 찾거나, 통신 타워의 범위 내에 있는 인구를 결정하거나, 특정 지역을 오염시킬 수 있는 오염원과 관련된 특정 지역을 결정하는 데 사용될 수 있다.
계산	버퍼는 일반적으로 래스터 또는 벡터 데이터 세트에서 계산되지만, 사용되는 데이터 유형에 관계없이 버퍼는 폴리곤 영역이다.
활용	버퍼링은 소매점 위치 분석과 같이 위치 분석에 사용될 수 있다. 고객은 일반적으로 특정 소매점에서 특정 거리 이상 떨어진 곳에서 쇼핑하지 않기 때문에 버퍼링을 사용하여 상점 위치를 최적화하고 목표 시장을 이해할 수 있다. 버퍼링은 환경 분석에 사용될 수 있다. 예를 들어, 습지 지역 근처에 건설 프로젝트를 계획할 때 버퍼링을 사용하여 습지로부터 특정 거리 내의 지역을 식별하여 건설이 습지에 미치는 영향을 최소화할 수 있다.
추가 정보
관련 주제	근접 분석
참고 문헌	de Smith, Michael J.; Goodchild, Michael F.; Longley, Paul A. (2018). Geospatial Analysis: A Comprehensive Guide to Principles, Techniques, and Software Tools (6th ed.).

2. 역사

버퍼 연산은 1970년대 후반과 1980년대 초반의 최초의 통합 지리 정보 시스템(GIS) 소프트웨어 패키지, 예를 들어 ARC/INFO, Odyssey, MOSS와 같은 프로그램부터 GIS 기능의 핵심적인 부분이었다.^[1] 이후 다양한 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 GIS 연산 중 하나였음에도 불구하고, 더 효율적인 알고리즘의 개발을 제외하고는 이 도구 자체에 대한 연구는 거의 발표되지 않았다.^[1]

3. 기본 알고리즘

벡터 데이터 모델에 저장된 지리적 객체 주변에 주어진 반지름 ''r''로 버퍼를 생성하는 기본적인 방법은 다음과 같다.^[4]

단일 점: 반지름 ''r''을 갖는 점 주위에 원을 생성한다.
폴리라인: 직선으로 연결된 점(정점)의 정렬된 목록으로 구성된다. 이것은 다각형의 경계에도 사용된다.
각 정점 주위에 원형 버퍼를 생성한다.
각 선분 옆에 각 변에 수직으로 거리 ''r''만큼 떨어진 중복 선분을 생성하여 직사각형을 생성한다.
직사각형과 원을 단일 다각형으로 병합하거나 해소한다.

버퍼 연산의 소프트웨어 구현은 일반적으로 이 전략의 변형을 사용하여 보다 효율적이고 정확하게 처리한다.

수학에서 GIS 버퍼 연산은 형상과 디스크의 민코프스키 합(또는 차이)이다. 다각형 오프셋이라고도 한다.^[5]

3. 1. 점, 선, 면 버퍼 생성

벡터 데이터 모델에 저장된 지리적 객체 주변에 주어진 반지름 ''r''로 버퍼를 생성하는 기본적인 방법은 다음과 같다.^[4]

단일 점: 반지름 ''r''을 갖는 점 주위에 원을 생성한다.
폴리라인: 직선으로 연결된 점(정점)의 정렬된 목록으로 구성된다. 이것은 또한 다각형의 경계에도 사용된다.
각 정점 주위에 원형 버퍼를 생성한다.
각 선분 옆에 각 변에 수직으로 거리 ''r''만큼 떨어진 중복 선분을 생성하여 직사각형을 생성한다.
직사각형과 원을 단일 다각형으로 병합하거나 해소한다.

버퍼 연산의 소프트웨어 구현은 일반적으로 이 전략의 변형을 사용하여 보다 효율적이고 정확하게 처리한다.

수학에서 GIS 버퍼 연산은 형상과 디스크의 민코프스키 합(또는 차이)이다. 사용되는 다른 용어는 다각형 오프셋이다.^[5]

3. 2. 수학적 표현

벡터 데이터 모델에 저장된 지리적 객체 주변에 주어진 반지름 ''r''로 버퍼를 생성하는 기본적인 방법은 다음과 같다.^[4]

단일 점: 반지름 ''r''을 갖는 점 주위에 원을 생성한다.
폴리라인: 직선으로 연결된 점(정점)의 정렬된 목록으로 구성된다. 이것은 다각형의 경계에도 사용된다.

1. 각 정점 주위에 원형 버퍼를 생성한다.

2. 각 선분 옆에 각 변에 수직으로 거리 ''r''만큼 떨어진 중복 선분을 생성하여 직사각형을 생성한다.

3. 직사각형과 원을 단일 다각형으로 병합하거나 해소한다.

버퍼 연산의 소프트웨어 구현은 일반적으로 이 전략의 변형을 사용하여 보다 효율적이고 정확하게 처리한다.

수학에서 GIS 버퍼 연산은 형상과 디스크의 민코프스키 합(또는 차이)이다. 다각형 오프셋이라고도 한다.^[5]

3. 3. 평면 거리 vs. 측지 거리

전통적인 구현 방식은 유클리드 기하학을 사용하여 평면 직교 좌표계(지도 투영법으로 생성됨)에서 버퍼가 생성된다고 가정했다. 1970년대 후반에는 사용 가능한 컴퓨터 성능을 고려할 때 관련 수학 및 계산이 비교적 간단했기 때문이다. 지도 투영법으로 인해 발생하는 고유한 왜곡 때문에 이 방식으로 계산된 버퍼는 지구 표면에 그려진 버퍼와 동일하지 않다. 지역적 규모에서는 차이가 미미하지만, 더 큰 규모에서는 오차가 상당할 수 있다.

Esri의 ArcGIS Pro와 같은 일부 최신 소프트웨어는 유사한 알고리즘을 사용하지만 구면 삼각법을 사용하여 계산하는, 즉 정점 사이의 선을 대원으로 표현하는 ''측지 거리''를 사용하여 버퍼를 계산하는 옵션을 제공한다.^[4] 다른 구현 방식은 먼저 해당 위치의 왜곡을 최소화하는 투영법으로 피처를 재투영한 다음 평면 버퍼를 계산하는 방식을 사용한다.^[6]

4. 추가 옵션

GIS 소프트웨어는 기본 알고리즘에 대한 변형을 제공하며, 이는 다양한 응용 분야에서 유용하다.^[1] 추가 옵션은 다음과 같다.

끝점 처리: 선형 버퍼의 끝점은 기본적으로 둥글게 처리되지만, 사각형이나 절단(마지막 정점에서 잘라냄) 형태로 처리할 수 있다.
측면 선택: 선의 한쪽 면 또는 다각형의 외부 버퍼나 내부 버퍼(셋백)만 선택해야 하는 경우가 있다.
가변 폭 버퍼: 레이어의 피처가 서로 다른 반경을 사용하여 버퍼링될 수 있다.
공통 버퍼: 레이어의 각 피처에 대한 버퍼가 단일 다각형으로 용해된다. 이는 공간의 각 지점이 어떤 피처 근처에 있는지 고려하지 않고, 지점이 일부 (익명의) 피처 근처에 있는지에 대해서만 관심을 가질 때 사용된다.

4. 1. 끝점 처리

GIS 소프트웨어는 다양한 응용 분야에서 유용할 수 있는 기본 알고리즘에 대한 변형을 제공한다.^[1] 선형 버퍼의 끝점은 기본적으로 둥글게 처리되지만, 사각형으로 처리하거나 절단(마지막 정점에서 잘라냄)될 수 있다.

4. 2. 측면 선택

GIS 소프트웨어는 다양한 응용 분야에서 유용할 수 있는 기본 알고리즘에 대한 변형을 제공할 수 있다.^[1] 측면 선호도는 중요할 수 있으며, 선의 한쪽 면 또는 다각형의 외부 버퍼나 내부 버퍼(때로는 '셋백'이라고도 함)만 선택해야 하는 경우가 있다.

4. 3. 가변 폭 버퍼

GIS 소프트웨어는 기본 알고리즘에 대한 변형을 제공할 수 있으며, 이는 다양한 응용 분야에서 유용할 수 있다.^[1]

가변 폭: 레이어의 피처가 일반적으로 속성으로 제공되는 서로 다른 반경을 사용하여 버퍼링될 수 있다.

4. 4. 공통 버퍼

GIS 소프트웨어는 기본 알고리즘에 대한 변형을 제공할 수 있으며, 이는 다양한 응용 분야에서 유용할 수 있다.^[1]

공통 버퍼: 레이어의 각 피처에 대한 버퍼가 단일 다각형으로 용해된다. 이는 공간의 각 지점 근처에 어떤 피처가 있는지에 대해 고려하지 않고, 지점이 일부 (익명의) 피처 근처에 있는지에 대해서만 관심을 가질 때 가장 일반적으로 사용된다.

참조

_[1] 서적 Geospatial Analysis: A Comprehensive Guide to Principles, Techniques, and Software Tools https://spatialanaly[...] 2018
_[2] 간행물 A to Z GIS http://store.esri.co[...] Wade, T. and Smmer, S. eds.
_[3] 논문 An algorithm for generating geometric buffers for vector feature layers 2012
_[4] 웹사이트 How Buffer (Analysis) Works https://pro.arcgis.c[...] Esri 2021-03-16
_[5] 웹사이트 CGAL 5.6 - 2D Minkowski Sums: User Manual https://doc.cgal.org[...] 2023-11-21
_[6] 웹사이트 ST_Buffer http://www.postgis.o[...] 2012-11-02
_[7] 간행물 A to Z GIS http://store.esri.co[...] Wade, T. and Smmer, S. eds.

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