2011-02-15 第1章 実世界のモデル化と形式化 8．モデルの信頼性 太田守重 [email protected] 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 ここで学ぶこと これまで示してきたように、実世界の諸現象は、概念として、もしくは個物とし てモデル化される。従ってモデルの信頼性は，スキーマレベル及びインスタン スレベルで評価される．スキーマレベルの信頼性は，形式的には一般地物モ デルに準拠しているか否かで評価できるが，型や型同士の相互関係の表現に ついては，そのスキーマに関係する人々の合意が信頼性を保証する．一方イ ンスタンスレベルの信頼性は，その正確さで評価でき、大きく５つに分類できる． それは完全性 (completeness)，位置正確度 (positional accuracy) ，時間正確 度 (temporal accuracy) ，論理一貫性 (logical consistency)，及び主題正確度 (thematic accuracy)である． ここでは、スキーマレベル及びインスタンスレベスに分けて、信頼性評価の 基本的な知識を学ぶ。最後に、空間データの要求仕様を記述する空間データ 製品仕様書についても紹介する。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 応用スキーマの信頼性 形式的な評価：一般地物モデル（GFM）に照らした妥当性の確認 1. 地物型の定義、継承、及び関連が、UML及びGFMの規則に準拠している か？ 2. 属性（空間、時間、場所）が、それぞれのスキーマに準拠して定義されて いるか？ 3. 関連役割や継承の定義にもれはないか？ 4. 操作の定義にもれはないか？ 合意形成：関係者間の合意形成を通じた妥当性の確認 1. 2. 3. 4. タスクフォース内部の合意 有識者の理解 公開による周知 改訂可能性の確保 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 応用スキーマの信頼性ーUML及びGFMへの準拠 UMLへの準拠： GFMはUMLクラス図の記法を制限して使用している。 そこで、GFMが示す範囲内でUML表記法に従っていることを確認する。 応用スキーマの作成に、UMLによるモデリングを支援するソフト(*)を使用すれ ば、UMLへの形式的な準拠が保証される。 (*) 例えば、ArgoUML, astah* communityなど GFMへの準拠： 応用スキーマが、第２章２節に示したGFMによる応用スキーマのための規則 に従っていることを、確認する。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 応用スキーマの信頼性ー属性が基本スキーマに準拠するか 属性の定義には、以下の要素が完備しなければいけない。 1. 属性名（メンバー名） 2. 定義：属性の意味 3. データ型：基本スキーマ(*)に含まれるデータ型 4. 基数：多重度の下限と上限 (*)基本スキーマ： 以下のスキーマは応用スキーマを作成するための基本スキーマである。 1. 空間スキーマ、時間スキーマ、場所スキーマ及び基本データ型のような、属性 の型として使われるデータ型を定義するスキーマ 2. 参照系のためのスキーマ 3. 被覆スキーマ 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 応用スキーマの信頼性ー関連役割や継承の定義 関連役割の定義には以下の要素が完備しなければいけない。 1. 関連種類（関連(association)、集成(aggregation)、又は合成( composition)） 2. 役割名：相手の地物型の役割を示す名前 3. 定義：地物型に与えられた役割の説明 4. 基数：多重度（下限、上限） 継承の定義には以下の要素が完備しなければいけない。 1. 最下位の地物型は具象型でなければいけない。 2. 多重継承は避ける。 3. 自分自身に対する継承はできない。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 応用スキーマの信頼性ー操作の定義 操作の定義には以下の要素が完備しなければいけない。 1. 操作名：（メンバー名） 2. 定義：操作の説明 3. 引数：操作に入力されるパラメータ（名前とデータ型の対） 4. 戻り値：捜査の結果返されるデータの型 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 応用スキーマの信頼性ー合意形成 タスクフォース内部の合意： 利害関係者がタスクフォースを形成して、共用する応用スキーマを設計する ことが行われるが、その中で合意形成が行われる。 有識者の理解： 内部の合意がとれた段階で、その分野に知見をもつ有識者の意見を求め、 改良した原案を作る。 公開による周知： さらに、必要に応じて原案を公開し、パブリックコメントを求める場合もある。 以上の段階を経て、応用スキーマは一定の信頼性を確保したことになる。 改訂可能性の確保： 利用中に気が付く問題点や、新たな需要への対応などが求められるので、 応用スキーマは一定の期間をおいて、改訂を行うべきである。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 インスタンスの信頼性 インスタンスは品質の評価を経て信頼性を確保することができる。評価要素は大 きく５つに分かれる。 品質：明示的又は暗示的に示される要求を、インスタンス（データ）が満たす程度。 品質評価要素： 1. 完全性 2. 論理一貫性 3. 位置正確度 4. 時間正確度 5. 主題正確度 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 インスタンスの信頼性ー完全性 完全性：アイテム（地物，地物属性及び地物関係）の存在及び欠落 1. 過剰：データ集合内の過剰なアイテムの存在の度合い 2. 漏れ：データ集合からのアイテムの欠落の度合い 例： ある自治体の道路管理者が、管理している照明灯（地物）の本数を現場で数 えたら5625本だった。これに対して自治体が保有している照明灯台帳（データ 集合）上の本数は5635本であった。確認したところ、撤去した照明灯が一部、 台帳に残っていたことが判明した。 この場合の完全性は「過剰」で、その度合いは、(5635 – 5625) / 5625 = 0.0018、 つまり、0.18%になる。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 インスタンスの信頼性ー論理一貫性 論理一貫性：データ集合，地物，属性及び関係に関する論理的規則の遵守 の度合い。以下の種類がある。 1. 書式一貫性：アイテムがデータ集合の物理構造を規定する規則に従って 格納されている度合い。例）XML で記述されたデータ集合は，XML の文法 に従わなければならない。 2. 概念一貫性：概念スキーマ規則の遵守の度合い。例）データ集合は，対 応する応用 スキーマを遵守しなければならない。 3. 定義域一貫性：属性値が定義域に含まれる度合い。例）定義域が1 から 10 までの整数であるときは，属性値は，その範囲になければならない。 4. 位相一貫性：明示的に符号化した位相的特性の正しさの度合い。例）道 路のネットワーク中のノードは全て，エッジの端点となる。したがって，孤 立したノードがあればエラーとなる。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 インスタンスの信頼性ー位置正確度 位置正確度：地物の空間位置の正確度。以下の種類がある。 1. 絶対正確度（外部正確度）：測定された座標値と真又は真とみなす座標 値との近さ。例）地図上で計測した照明灯の平面直角座標と、現場で測 量用GPSで計測した値のずれ。GPSによる値はこの場合真と見なされる 値と考えられる。 2. 相対正確度（内部正確度）：地物の相対位置と真又は真とみなす個々の 相対位置との近さ。例）航空写真測量用の図化機で計測した道路縁か ら施設までの距離と、現場で巻き尺ではかった値のずれ。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 インスタンスの信頼性ー時間正確度 時間正確度：地物の時間属性及び時間関係の正確度。以下の種類がある。 1. 時間測定正確度：測定された時間属性の示す時間と真又は真とみなす時 間との近さ。例）事故を目撃した人が、昼の１２時頃といった場合、真の時 間との差は±３０分程度と考えられる。 2. 時間一貫性：事象系列の順序関係の正しさの度合い。例）竣工日は撤去日 より遅くなることはない。 3. 時間妥当性：報告されたトランザクション時間と真又は真とみなす値との近 さ備考 トランザクション時間は，データベースに登録されたデータがもつ時 間で，一般的には，アイテムの登録日時（タイムスタンプ）など。例）実世界 に起きた現象を報告する電子メールのタイムスタンプと、実際に現象が起き た時点の差。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 インスタンスの信頼性ー主題正確度 主題正確度：地物の主題属性の正しさ又は正確度。以下の種類がある。 1. 分類の正しさ：地物，地物属性又は地物関連に割り当てられた分類値と真 値と見なされる値（例えば，ground truth，基準になる参照データ集合）との 比較 2. 非定量的主題属性の正しさ：他と区別するための符号（非定量的属性）の 正しさの度合い。例）土地利用分類の正確さ 3. 定量的主題属性の正確度：大小又は順序を示す数（定量的属性）と真又は 真とみなす数との近さ。例）地図上で測った道路の幅員と、現場で巻き尺で 測った値の差 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 空間データ製品仕様書 空間データ製品仕様書：空間データの使用目的,内容及び品質など作成され るべき空間データに対する要求事項を明確にするための仕様書。これによっ て、応用スキーマのUMLクラス図及び文書、品質要求などがひとまとめに示 されることになる。以下の項目を含む。 1. 概覧：対象とする製品の概要説明 2. 適用範囲：空間データの地理的、時間的な範囲 3. データ製品識別：製品の名称 4. データ内容及び構造：応用スキーマのUMLクラス図及び文書 5. 参照系：空間参照系及び時間参照系の指定 6. データ品質 ：品質要求及び検証の方法 7. データ製品配布 ：データ提供方法、メディアなど 8. メタデータ：空間データの説明情報のためのルールの指定 9. その他：その他必要に応じて（例：描画のための規則など） 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 まとめ 実世界の現象の抽象概念を地物とよぶが、地物は型（クラス）またはインス タンス（オブジェクト）として表現される。これは、実世界の現象のモデルであ る。地物型及び地物型同士の関係は応用スキーマで表現できるが、これが GFMに準拠していれば、関係者の理解が得やすくなる。また、GFMに準拠し ていることが応用スキーマの形式的な信頼性確保の条件になる。しかしその 内容については、関係する人々の合意こそが、信頼性の証しとなる。 地物インスタンスについては、品質要求に対する適合性で、信頼性をはか ることができる。品質要素は大きく５種類あり、データの作成目的に応じた評 価基準が定められ、空間データ製品仕様書に示される。評価結果はデータ のためのデータであるメタデータに記載することによって、関係者は自分の 目的に合致したデータか否かを判断することができる。 地理情報科学教育用スライド ©太田守重 参考文献 1. 有川正俊、太田守重監修（2007）『GISのためのモデリング入門』ソフトバン ククリエイティブ 2. 国土地理院、地図情報レベル2500データ作成の製品仕様書（案）、国土 地理院技術資料A・1－No.295-1、 http://psgsv.gsi.go.jp/koukyou/download/detasakusei/2500index.html 3. （財）日本規格協会、JIS X 7113:2004 地理情報ー品質原理 4. （財）日本規格協会、JIS X 7114:2009 地理情報ー品質評価手順 5. ISO, ISO 19131:2007 Geographic Information – Data product specifications 地理情報科学教育用スライド ©太田守重
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