この記事について

仕事で GIS データを扱うことになったので、基本から学ぶことにしました。
以下の講座を受けながら、Buffer の概念についてメモ。

Buffer

Buffer とは

点や線に一定の幅を与えて、Polygonにする操作。
ある地点(Point)から半径○km以内の店を探す、とか、ある道路（LineString）の沿線○m以内の店を探す、といったときに便利。

PolygonにBufferを与えて、ある地域(Polygon)の中と周辺○km以内の店を探す、みたいな使い方をすることもできる。

Buffer の使い方（基本）

以下のコードは、下記のライブラリがインポートされていることが前提です。

ライブラリのインポート

import geopandas as gpd
from shapely.geometry import Point, LineString, Polygon

たとえば、以下のような GeoSeries があったとします。

点、線、図形をまとめて作る

s = gpd.GeoSeries(
    [
        Point(0,0),
        LineString([(0,0),(1,1),(3,0),(5,2)]),
        Polygon([(-1,-1),(-2,-2),(1,-2),(-1,-1)])
    ]

)

s[0] には点(Pointオブジェクト)
s[1] には線(LineStringオブジェクト)
s[2] には図形(Polygonオブジェクト)

が、それぞれ入った状態です。

こんな感じ。

Buffer を与えるための文法

Buffer を与えるための文法は以下のとおりです。

Buffer を与えるための文法

ジオメトリインスタンス.buffer(バッファの大きさ)

点(`Point`オブジェクト) に Buffer を与える

点（Point オブジェクト）に Buffer を与える

s[0].buffer(0.5)

こうすると以下のように、s[0] から半径 0.5 の円が描画できます。

Buffer を与えた後の Point オブジェクトの情報を表示すると…

Buffer を与えた後の Point オブジェクトの情報を表示

print(s[0].buffer(0.5))

以下のように、けっこう複雑な Polygon オブジェクトを自動で作ってくれていることがわかります。

できた円は Polygon オブジェクトなので、以下のように面積を求めることもできます。

面積を求める

s[0].buffer(0.5).area # 0.7841371226364849

半径＝0.5の円の面積になっていますね。

線(`LineString`オブジェクト) に Buffer を与える

線（LineString オブジェクト）に Buffer を与える

s[1].buffer(0.5)

こうすると以下のように、s[1] のルートの周辺 0.5 の範囲をカバーする図形が描画されます。

Buffer を与えた後の LineString オブジェクトの情報を表示すると…

Buffer を与えた後の Point オブジェクトの情報を表示

print(s[0].buffer(0.5))

やはりちょっと複雑めのPolygon オブジェクトが表示されます。

図形(`Polygon` オブジェクト) に Buffer を与える

図形（Polygon オブジェクト）に Buffer を与える

s[2].buffer(0.5)

こうすると以下のように、s[2] の周辺 0.5 の範囲をカバーする図形が描画されます。

以下のように、もとの図形と重ねて表示すると、違いがよくわかりますね。

Bufferを与える前後の図形を重ねて表示

from shapely.geometry import MultiPolygon

polygon_a = s[2]               # もとの図形
polygon_b = s[2].buffer(0.5)   # バッファあり
polygons = MultiPolygon([polygon_a, polygon_b])
polygons

GeoSeries 全体に Buffer を与える

以下のように、GeoSeries全体にまとめてBufferを与えることもできます。

GeoSeries 全体にまとめて Bufferを与える

s.buffer(0.5)

もともとは点(Pointオブジェクト)、線(LineStringオブジェクト)、図形(Polygonオブジェクト)だった GeoSeries の中身が、すべて Polygon になっていることがわかります。

その上で、バッファをかけた GeoSeries 全体からインデックスを指定して要素を取り出すこともできます。

GeoSeries x Buffer x 要素の取り出し

# 今までのやりかた
s[2].buffer(0.5)

# こっちでもできる
s.buffer(0.5)[2]

どちらがいいのかは・・・これから勉強してわかったら書きます。

今日の記事は以上です。