六角形のサンプリングポリゴンの利点は何ですか?


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調査エリア(通常はラスターデータセットの形式)をサンプリングして小さな単位に分割する便利な方法を常に探しています。最近、サンプリング六角形を作成するための新しいツールに関するESRIブログ投稿を読みました。六角形は目を引くものですが、最初に考えたのは、たとえば同じ目標を達成できる網目グリッドよりも複雑で頂点が多いことです。スタディエリアサンプリングまたはラスターデータセットのパーティション化のために、長方形グリッドよりも六角形グリッドを使用する利点は何ですか?

ここに画像の説明を入力してください


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おそらく興味深い:六角形空間分析を実行するためのdggridRと呼ばれるRパッケージをリリースしました。
リチャード

回答:


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六角形のアイデアは、グリッドの形状のエッジ効果によるサンプリングの偏りを減らすことです。これは、高い境界線:面積比に関連しています。円は最低の比率ですが、連続したグリッドを形成することはできません。六角形は、グリッドを形成できる円に最も近い形状です。
また、より広い領域で作業している場合、正方形グリッドは、六角形などの形状よりも曲率による歪みの影響を受けやすくなります。

生態学的/景観分析用に六角グリッドを作成および使用するためのツールと拡張機能がいくつかあります。パッチアナリスト(Rempel et al。、2003)は良い例であり、大量の景観メトリック測定能力も提供します。Geospatial Modeling Environmentとして再設計された以前のHawthのツールには、グリッドの繰り返しなど、arcgis機能のギャップを埋めるために開発された幅広いツールがあります。多くのサードパーティ製の拡張機能は、この種のもののために、通常それらを必要とする研究者によって作成されているため、新しいGISバージョンがリリースされるたびに製品を再構築するためのリソースがないことがよくあります。利用できるものはありません

この論文(Birch、2007)では、生態学的な応用のために長方形と六角形のグリッドを徹底的に比較し、接続性、最近傍、または移動経路の問題が分析で考慮される重要な側面である場合、六角形のグリッドがどのように望ましいかを示しています。


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簡潔に言うと、16進グリッドはエッジアーティファクトを最小限に抑え、隣接エフェクトの詳細レベルを2倍にします。また、非常にクールに見えます。プラットフォームの。
ビル・モリス

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特に野生動物や生息地のモデリングを行っているときに見た利点の1つは、六角形を使用すると、データのパターン(フィールドの端などのパッチ)が正方形が提供するものよりも簡単に見られることです。

サッカーボールも考えてください。常に六角形ではありませんが、これらの幾何学的形状は曲面に非常にうまくフィットします。

あなたの画像で、より小さな六角形を作成してみてください。そうすれば、実際の多角形の形に近くなります。次に、同様の幅または高さの同じ領域で長方形/正方形グリッドを計算してみてください。違いがわかります。

六角形のビンサイズでループ


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「違いを見ることができる」と言うとき、六角形とフィッシュネットポリゴン上のポリゴンの位置によるレイヤーの選択を使用して、六角形/長方形のみを保持し、次に要約統計を使用することで、その違いを非常に簡単に定量化できるかもしれません各エリアがポリゴンの既知のエリアにどれだけ近いかを確認します。
PolyGeo

@SaultDon、私はあなたのイメージが好き;)
WhiteboxDev

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このアニメーションにも、実際には見える場合は違いを示すために、おそらく分割ビューでいくつかの長方形のセルがあればいいのにと思います。
リチャード

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六角形は、平面を(ギャップやオーバーラップなしで)埋めることができる最も複雑な正多角形です。

次の2つの利点があります。

  • 形状の点で正方形よりも円に近いため、方向の偏り(六角形の異方性が低い)の影響を受けにくく、よりコンパクトです(形状指数が低い:周囲²/面積)。したがって、より正確なサンプリングが提供されます。

  • 「接触の長さ」は各辺で同じです(正方形の場合、隣接するものには角に4つの正方形が含まれます)。編集:@Jasonが述べたように、重心間の距離も6方向すべてで同じです。それどころか、正方形のセルの角にある隣人までの距離は、係数sqrt(2)で乗算されます。

2つの欠点もあります。

  • 四角で8つではなく、隣接する6つがあります(角を考慮した場合)。これにより、接続性分析の精度が低下します。

  • 最も重要なことは、六角形を使ってサンプリングを拡大または縮小するために六角形を再分割できないことです(正方形の場合、新しい正方形に簡単に集約または分割できます)。したがって、正方形は階層分析に適しています。

あなたの場合、ラスターを分割するため、別の欠点があります。実際、ラスターセルはラスター範囲と同様に正方形ベースです。そのため、六角形を使用してラスターを分割しようとすると、部分的に含まれるピクセルを避けることはできません。したがって、データの品質に影響を与える何らかのリサンプリング戦略に依存します。さらに、六角形に基づくクリップされたラスターは、NoDataピクセルの割合になります。


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「正方形よりも円に近い」-その結果、さらに重要なことには、各隣接する形状の中心点は等距離にあり、一方、正方形の上/下/右/左の中心点はN単位離れており、対角線近傍はsqrt(2)* N単位離れています。
ジェイソンシャイラー14年

なぜ6つの隣接する隣人がいるのが欠点なのですか?6つの近傍により、計算が少なくなります。さらに、これら6つの隣人はすべて、ヘクスの中心までの距離が同じです。正方形グリッドには、近隣に関して2つの定義があります。エッジを共有する4つのネイバー、8つのネイバーはエッジと頂点を共有します。正方形のグリッドでは、エッジを共有する4つの隣人だけがグリッドの中心まで同じ距離を持ち、頂点を共有する他の4つはグリッドの中心までの距離が異なります(長い)。
SoilSciGuy

@ SoilSciGuy計算上の問題が発生していただきありがとうございます。ただし、16進グリッドを使用して構築およびクエリを実行すると、正方形よりも時間がかかる可能性があるため、これを一般化することは困難です。6対8の近隣については、利点に「同じ距離」機能を挙げましたが、多くの場合、より多くの近隣を持つことは利点です(ネットワークなど)。
radouxju 14

隣人が6人いるのが不利なのはなぜですか?それはあなたが正方形に持っている境界パラドックスを取り払います。
ルイスデスーサ

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6は8未満であるため、六角形を使用したコスト接続分析の精度は低下します。繰り返しますが、これはアプリケーションによって異なります。対角距離などのsqrt(2)係数を処理する場合:計算コストで「勝つ」ものは精度が「失われます」。コスト距離分析のために六角形グリッドをテストしましたが、正方形の予測はより正確です。私のポイントは、飛行機の普遍的に最高のパーティションがないことです。
-radouxju

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グリッドの正方形の主な欠点は、サンプルレートが対角ベクトルに沿って4つの辺のサンプルに比べて大幅に低いことです(Jasonsは上記のポイントです)。

データに規則的な線形パターンがある場合、グリッドの方向は各コンテキストの有効なサンプルレートに影響します。

たとえば、一連の尾根と谷がある場合、これらに沿ってグリッドの方向を合わせると、谷または頂上のみがサンプリングされ、その結果、発見される植生または動物相のタイプがサンプリングされます。谷に対する他の角度は、領域全体で高と低の間でサンプルレートをシフトします。水生生物におけるこのような問題のあるベクトルの良い例は、潮の干満、海の深さ、海底の尾根などです。

明らかに、サンプリング解像度を選択することで効果を緩和または悪化させることができますが、理想的には、サンプリングレートと分散の比率は空間全体で安定している必要があります。六角形は円に近いため、誤ってこのような可変サンプルレートバイアスを引き起こす可能性は低くなります。


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気候変動の研究者として、六角形グリッドシステムに対する私の最大の取り組みは、主に2つの利点です。

  1. 統一された方法で接続性を表します。これは地球科学モデリングにとって非常に重要です。たとえば、海流モデルは通常、六角形のグリッドを使用して複雑なODE / PDE方程式を解きます。
  2. 球体を均一に覆うことができます。伝統的な緯度/経度ベースのグリッドシステムは、異なる場所で大きな空間歪みを引き起こします。DGGSを使用すると、この問題を完全に解決できます。

ありがとうございました。

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