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デジタル時代の地図
を、表現から考える
国土交通大学校
鎌田 高造
1
2

デジタル時代というが
 何をもってデジタル時代の到来と見るのか?
 オフィスコンピュータの導入が始まった時
 ワープロが商品化された時
 業務用パソコンが普及し始めた時
 Windows3.0が販売開始になった時
 携帯電話が普及し始めた時
 ネット接続が当たり前になってきた時
 Googleがサービスを始めた時・・・
3

GISが普及しはじめた時代
を、ここではデジタル時代と呼びたい
4

GISが普及に至る道筋(おさらい1)
 以前は施設管理にGISが使われていた



ハードウェアもシステムも高価
データも調達が大変(人海戦術が可能な企業に限定)

 阪神・淡路大震災を契機に政府がGISに着目



空間データ基盤の整備及び公開を開始したが
GISの普及には直結しなかった

 高速通信網が普及し始める



民間地図会社の地図配信サービス始まる
国も1/25,000地形図画像の配信を始めた
5

GISが普及に至る道筋(おさらい2)
 Googleがサービスを開始


地図データがAPI付きで利用可能に

 ITエンジニアが大量に地図サービスに参入



一般ユーザがデジタル地図の価値を知る
マッシュアップは実質的にはGISの機能

 地理空間情報活用推進基本法が制定される


基盤地図情報の無償Web公開が始まる

 オープンソース、オープンデータ



データもシステムも手に入りやすくなる
利用しやすい制度の整備はまだ発展途上 ← いまココ
6

行政が収集するデータは
 公共財として公開され

← これ、重要
 一般の自由な利用に供し
 市民協働の道具になる
 行政自らが活用し

 方向に向かわなければならない
 そのためのGIS
7

GISが普及し始めた時代
を、ここではデジタル時代と呼びたい
と言いましたが、
GIS関係省庁連絡会議が立ち上がった平成8年
のことではなく
最近のことなのですね
8

演者の場合
 GISが存在しているものと思って地理院に
 理想と現実とのギャップ(本人の技術力不足)
 建設本省でGISの普及を担当するも
 当時は製品を買う余裕なし
 その後、仕事から開発や研究の要素が激減

 GISを触る機会がないまま管理職に
 このままでは、口先だけのGIS普及係で終わる

ところだった
9

2009年に転機
 偶然QGISを知る




オープンソース、ライセンスフリーのGIS
製品版GISと比較しても殆ど見务りしない機能
取り扱い可能なデータの範囲は極めて広範

 当時はver.1.0



まだ十分な日本語マニュアルがなく、独習はそれほど
容易ではなかった
いや、演者に根性がなかった(笑)

 FOSS4Gのカンファレンスに呼ばれる


オープンソースの文化に触れる
10

国土交通大学校に異動して
 QGISを研修メニューに取り入れる




ver.1.6が出て、日本語環境が劇的に向上した
(翻訳チームが頑張った)
動作も安定し、初心者向けに絶好のGISに
岩崎さん、嘉山さん、森さんその他の先達の御蔭

 自分でマニュアルを書いてみる




何度か講師も引き受ける
よりよい研修を実施するための“商品開発”として
分かってみると難しくない
11

データの取回しが次の課題
 GISで利用するデータは、サイズが大きい






基盤地図情報25000の場合、県単位で数百Mbytesから
数Gbytesになる(shape形式に変換後の値)
そのままでは重くて実用的ではない
空間インデックス未付与の場合は、表示に1分以上を
要するケースも
基盤地図情報のレイヤ名は一般に長文で、shapeには
不向きの場合がある
Ver.1.6.0のQGISでは、空間インデックスを付与する
場合にちょっとしたスキルが必要(詳細省略)
12

実用的な使い方を工夫する 1
 何とか空間インデックスの付与に成功




県単位の基盤地図情報25000であっても、10秒程度で
表示できるようになった(北海道を除く)
外部の講演会等でも実演可能なレベルの速度
これは、普段の業務でも利用可能な速度を意味する

 プロジェクトファイルも工夫




というよりも、プロジェクトファイルを工夫しない
QGISは、威力を十全に発揮できない。
見た目の工夫+高速化の工夫の両方で重要
この辺りの知識は、研修員の疑問に回答する際に重宝
13

実用的な使い方を工夫する 2
 OpenLayers




Plugin を改良

ネットに繋がっていれば、背景地図として電子国土
(現在の地理院地図)が出せるようになった
背景地図の表示時間を平準化する効果
こういう改良がしやすい点も、QGISの魅力の一つ

 地理院マップシートと連携



エクセルで管理している台帳は、全てGISに搭載可能
実在するスーパーマーケットのサイトから、店舗の位
置と営業時間などの情報をGISに載せるデモを用意

 たいしたことはしていませんが


初心者にハードルの低さを分かってもらうための工夫
14

新バージョン登場(2.0.1 Dufour)
 座標系の取扱いが初心者にも分かりやすくなった


On The Fly が自動的に自然な動作をするようになった

 地物属性の検索機能が強化された


属性値をワイルドカードで指定して地物検索が可能に

 全体に処理速度が速くなった


ハッキリ体感できるレベル

 空間インデックスが全レイヤ一括付与可能に


日本語を含むレイヤ名でも問題なし

 表現能力が大幅に向上


詳細は後ほど話しますが、実に素晴らしい
15

新バージョン登場の結果
 突然難しいことを申しましたが
 要するにずっと良くなったということです



安定性は高いまま ← これ重要
演者は、もう前のバージョンに戻る気はしません

 64bit版が登場したことも見逃せません


32bit版の方が多尐安定性は優るようですが
16

こうして国土交通大学校では
 GIS基礎研修をはじめ、いくつかの研修で採用


プロプライエタリGISを使用した研修もありますが

 殆ど予備知識を持たないレベルの職員でも受け入れ
 全くの初心者を対象に、とりあえず使えるレベルの

修得を目指しています
 中級者向けの研修も別途用意しています(H25から)



地方整備局や地方公共団体で、GIS普及のコアになる人材を
育てるねらい
Facebookの自治体GISグループとも緩やかに連携
17

QGISは行政研修に向いている
 自宅や仕事場に導入する前に、試験的に習ってみる

ことができる
 研修を受けた直後(或いは事前)に導入できるので
学習効果が大きい
 予算を気にせず何台でも導入できる
 部門を越えてデータを共同利用する場合のハードル
が下がる
 研究機関や大学では当たり前の話ですが
 行政ではこういう点が重要
18

研修員が国土地理院職員の場合
 若手職員全員にQGISを修得を勧めています




人事異動の際に立ち上がりが早い
外部機関に応援に行った際に交代要員への引継ぎが容易
電子納品の際の簡易受入検査にも最適

 いずれも、合法的に楽をするための手段の一環




自分ではなく部下を楽にするのも、管理職の重要な仕事
行革による定員削減にもこうして合理的に対応
こういう話は、地方整備局や地方公共団体にもお勧めして
います
19

さて、表現の話ですが・・・
20

デジタル時代の地図表現、契機
 昨年8月の日本地図学会シンポジウム



演者は司会を務めました
立場上、自分の意見は控えましたが

 昨年10月に地理院地図が正式公開される




「電子国土基本図のあり方委員会」の提言に対応
画像を大幅に改良
データ配信仕様もコッソリ改良
21

昨年11月のFOSS4G Tokyo
 国土地理院(藤村課長)による特別講演




公開直後の地理院地図を紹介
タイル画像に限定されない配信可能性に言及
DEM やベクタデータも配信可能に

 演者によるライトニングトーク



Ver.1.6.0 と同様に Open Layers Plugin を改良
地理院地図をネット越しに表示できるようにした
22

地理院地図でデータ配信
 電子国土本来の仕様に技術がやっと追いついた


インハウスで実現できたことが大きい(ちょっと脇道だが)

 あらゆる地理空間情報が配信可能に



地図に限らない
オープンデータとの連動も期待できる

 配信と可視化は異なる




画像以外の地理空間情報は、クライアント側で可視化する
可視化の方法には、大きな自由度がある
ここは、これからの話
23

可視化ツールとしてのQGIS
 GISのもつ標準的な機能



データの本質を短時間で把握するための基本的な手段
まずは手持ちの地理空間情報を可視化

 Ver.2.0.1でベクタデータの表示能力が大きく向上






基盤地図情報ではもうポテンシャルを引き出せない
国土基本情報で試してみた
まずはそれまでの電子国土風に
続いて地理院地図風に
それ以外もいろいろ可能だと分かった
24

こうして本日に至る
 FOSS4G Advent


Calendar

QGISの表現能力を記事にしてみた

 地図ジャーナル


QGISの表現能力を背景に、デジタル地図時代の地図表現を
考え直してみた
25

さて
 ここまでは



GISが普及するとはどういうことかを、
地理院地図と地図表現に絞って見てきた

 ここからは




逆に、地図表現はどう変わるのかに注目してみる
多尐、地図ジャーナルに書いた内容と被ります
26

デジタル時代で何が変わる?
 演者は、つぎの4点だと考えている
 地図ユーザの爆発的増大
 位置精度よりも位相精度
 マルチスケール前提

 測量と地図調製が分離
 順に見て行きましょう
27

地図ユーザの爆発的増大
 カーナビの時代からスマホの時代へ



自宅PCまで含めると保有台数が大きく異なる
地図を眺める時間もずっと増えている

 IT技術者が地図関連技術を大量に吸収




利用者の裾野が大きく広がる
Geo-Media Summit, Open Street Map, Open Data
利用シーンの劇的な拡大を象徴するイベント

 受身の利用者が能動的な工夫に目覚める



工夫を誘うアプリがどんどん登場してきた
マッシュアップは、実はGISの基本機能
28

位置精度よりも位相精度
 エンドユーザは位相精度を重視する



8月の日本地図学会では、ハッキリその傾向が見られた
地図ベンダーもそれを見越してレンダリングしている

 位相精度とは?




注目点の周辺が、局所的に正しいこと
見えている範囲が正しければ、人は困らない
曲がりくねった道路上で車を走らせる場合、局所的には
常に前へ進んでいる(道なりとはそういうこと)
29

位置精度よりも位相精度 2
 地図投影の観点から



地表面は回転楕円体面
平面との間で、合同変換は存在しない

 同相写像を用いる




逆写像もともに連続であるような写像のこと
これで位相精度は保たれる ← これ重要
手書きでも同相写像は実現可能

 同相写像の特殊な例として



滑らかさ、局所等角性が欲しければ可微分写像
グラフ構造を維持したければ単体写像
30

位置精度よりも位相精度 3
 投影変換は、基本的に同相写像のクラスに属する




位置精度(計量)は一般には保存されない!
トポロジーは常に保存される
この差が大きい

 同相写像のクラスは非常に広い




同相写像同士を合成すると、また同相写像になる
手書きでも同相写像は実現できる
計算機上で実装しやすい

 数学的に難しいことを言っているように見えるが


一般利用者は、それを直感的に理解できている!
31

(参考)

実際の可微分写像
 投影変換は基本的に可微分写像




でなければ、形が大きくゆがむ
tissotの指示楕円は、投影変換の微分可能性が前提
測量に使用する図法は、指示楕円が円に近いものを採用

 投影変換は基本的に性質がよい







縮尺係数を除けば、ヤコビ行列は単位行列に極めて近い
もちろん逆行列が存在する
場所による変動も小さい
だから、広い範囲を単一の行列で近似できる(最小二乗
法)
投影変換の積が定義できる(再投影が可能である)
32

マルチスケール前提
 紙地図の場合




目的別に最適縮尺が存在していた
法定図書の唯一性や公証(可能)性がそのことを象徴
視点は利用者が利用時に脳内で切り替える

 デジタル地図の場合






法定図書にすることを当面想定しない地図が増える
固定縮尺にならない、固定縮尺がなじまない
表示デバイスの解像度には左右されるが
必要に応じてマルチスケールでレンダリングすればよい
データ量が爆発的に増えるが、それは技術が解決する
33

測量と地図調製が分離
 正確な位置を取得する測量に対して
 同相写像でよい地図調製




位置精度は保存されない
位相精度のみ保存される
測量よりもずっと自由度が高い

 GISでは



位相精度以外にも保存されるべき性質(数量)があるが
これらは全て、属性値として保持される
34

測量と地図調製が分離 2
 デジタル測量の定義(地図調製と区別するための定義)




図形の位置情報を取得すること
具体的には、図形を適当な解像度の単体的複体として取得
代表選手は、折れ線近似による取得

 変形と投影の順序を入れ替える





平面図形としては連続変形不能な地図であっても
三次元で取扱えば連続変形可能になる場合がある
可換であることは数学的に分かっている
これらも狭義の測量(位置情報の取得)の範囲外の概念

 だから、測量と地図調製とは分離せざるを得ない
35

測量と地図調製が分離 3
 分離したままか?



もちろんそんなことはない
法制的にも、測量は「地図の調製を含む」と定義されてい
る

 では、何が両者の橋渡しをするのか?



Technical & Syntactic
Semantic

数学 (特に位相幾何学)
地理学(総称的な意味で)

 これらの有機的な結合が地図学ということになる
36

(参考)

3次元はなぜ難しいか
 現在の図形は原則として2次元以内



点、線、面というが、面は境界線で表現している
頂点を順に記述すれば、これらの図形は表現できる

 3次元図形の場合(4次元以上の高次元でも)




頂点を順に記述するための標準の方法がない
サッカーボール(5角形+6角形)の頂点を数えるのは大
変
分かりやすいアルゴリズムが構成しにくい

 位相的に自由度が大きい



境界が連続であっても球面と同相とは限らない
自由度の高い(その分効率の悪い)記述方法の開発が必要
37

参考:国土基本情報
 標準地域2次メッシュ(約11km×9km)単位
 基盤地図情報よりもずっと情報量が多い




これまで国土地理院が整備してきた、基盤地図情報その他
の数値地図をすべて統合し、さらに地図表現に必要な各種
のデータ項目を加え、多様な属性情報も持たせた、総合的
な地理空間情報です。(地理院ウェブサイトより抜粋)
地図情報、地名情報、メッシュ標高情報、付属資料の4種
類の情報を提供。(同上)

 測量成果として刊行


1メッシュ170円(折角ですので、購入してみました)
38

参考:国土基本情報
 描画情報は含まれていない


描画情報は測量成果ではないので・・・

 レンダリング時の注意点として




線幅、線種、色・・・は利用者の裁量に任される
建物記号のフォントも入っていない
ここからsvg形式で取得しました(一部要修正だが):
http://commons.wikimedia.org/wiki/Map_symbols_of_Japan

 描画させてみた



shape形式で入手したものをQGISで表示させてみた
縮尺は 1/18,000 で統一している(地理院地図に揃えて)
39

読み込んだ直後
描画情報が皆無なので、見栄えは最悪(笑)
40

手当その1
 レイヤ順序の入れ替え




おおよその優先順位を定めてレイヤの上下を入れ替える
上から人工地物、自然地物、仮装線の順に
上から注記、点シンボル、線シンボル、面シンボルの順に

 表示属性の設定例(電子国土ver.4風)





背景地図であることを考慮
全体的に低めの彩度、黄~緑の範囲の色使いを多用
鉄道、建物記号などは黒で
結果は次のスライド(地図ジャーナル No.174 p.10 図1と同じ)
41

表示例(電子国土ver.4風)
42

手当その2
 レイヤ内で属性値に応じて線幅や色を変更



線属性の設定で、参照する属性を指定して場合分け
Illustrator などでは一般的な手法のはず

 表示属性の設定例(地理院地図風)





主要な道路を種別毎に着色して強調
大半の人工物をオレンジ色系で着色
鉄道、建物記号などは黒で
結果は次のスライド(地図ジャーナル No.174 p.10 図2を改良)
43

表示例(地理院地図風)
44

道路の色
道路中心線を2層構造で描画、下層に幅広の帯を描く
45

道路の色 2
記号道路の種別に応じて描画幅を指定
46

道路の色 3
case when 道路=種別 then 色指定 end

で塗り分け
47

道路縁 1
真位置に描くと、道路中心線(黄色い帯)と合わない
48

道路縁 2
道路中心線から機械的に発生させた例(3層構造にな
る)
49

樹木に囲まれた居住地
道路や建物の視認性を優先するために、最下層に描く
50

これらの例は
 Illustratorでの地図描画と発想は同じだが



クリエイターのための3行レシピ 地図デザイン
Illustrator & Photoshop
測量と地図調製の分離を体現している書籍

 QGISでもかなりの部分が実現可能になった




Info-Graphics:地図もコンテンツの1つ
地図デザインが身近になり
測量の範囲を超えて地図の可能性が拡がる

 地理空間情報社会のあるべき姿を体現
51

まとめ
 地図から見たデジタル時代の到来





地図ユーザが爆発的に増大する
位置精度よりも位相精度が大事:数学的厳密性を直感している
マルチスケールを前提とした描画
測量と地図調製が分離する:数学と地理が間をとりもつ

 ライセンスフリーのGIS :QGIS
 安価で使いやすいデータ

:国土基本情報
 これらを使えば地図がデザインできる


地図調製が測量よりもずっと広くなる

 こうして地理空間情報が社会に浸透してゆく

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