XML 形式で表現した地物情報を中核とした統合型 GIS アーキテクチャの設計平良洋樹† 贄良則† Design of An Architecture of Integrated GIS Centering Feature Information Using XML Format Hiroki TAIRA and Yoshinori NIE † † Abstract: In Japan, Integrated GIS was proposed as a presence of GIS in local government and discussion about Integrated GIS has continued since 1997. In an Integrated GIS, shared geospatial data is maintained and is used for many public services. In other hand, spatial data specifications using XML such like G-XML and GI(Geospatial standard Information) were proposed. We focused that these specifications can deal with data as geospatial feature units. We proposed geospatial feature database, which can insert, retrieve and edit data as feature unit and how to adapt geospatial feature database into Integrated GIS. Keywords: 統合型 GIS(Integrated GIS)，地理情報標準，XML データベース (XML Database)，地物 (Feature) 1. はじめに地方公共団体における GIS の設計・運用にあたって，統合型 GIS というキーワードが注目されている．統合型 GIS は総務省自治行政局地域情タを「共用空間データ」として一元的に整備・管理し，各部署において活用する庁内横断的なシステム（技術・組織・データの枠組）である． • 共有空間データ報政策室（旧自治大臣官房情報政策室）が平成 9 「共用空間データ」とは，道路データや建物年より検討を行ってきたものであり，平成 11 年データといった，地方公共団体の庁内の複数部度に公開された「統合型 GIS 共用空間データ調署において多目的な利用を行うことが可能で，達仕様書及び基本仕様書（案）」1) が具体的な成かつ一定の品質が確保されている空間データ果物となっている．本仕様書における統合型 GIS であり，統合型 GIS の核になるデータである．および共用空間データの定義を以下に示す． • 統合型 GIS すなわち，統合型 GIS は庁内での利用を想定したものとなっている．「統合型 GIS」とは庁内 LAN 等のネットワー一方，統合型 GIS を実現する技術標準として，ク環境のもとで，庁内で共用できる空間デー地理情報標準と G-XML の二つの規格が存在する．地理情報標準（第 1 版）2) は，平成 8 年度から 10 † 平良〒 904–2234 沖縄県具志川市字州崎 5-1 トロピカルテクノセンター内株式会社ジャスミンソフト mailto:[email protected] 年度に建設省 (当時) と民間 53 社による，建設省官民連帯共同研究「GIS の標準化に関する調査」の結果としてまとめられた．これは，ISO/TC211 外へのさまざまなサービス提供を実現する方法ににおける国際標準案を踏まえた我が国初の地理情ついても述べていく．報標準となっている．最後に，地物単位でのデータ処理を念頭におい地理情報標準に準拠した空間データは，そのたときの統合型 GIS は，どのようなサービスがデータ構造を応用スキーマで定義することが義提供可能で，それを実現するアーキテクチャはど務づけられており，その符号化には XML が推奨のようなものかについての考察を行う．されている． G-XML は平成 11 年度から財団法人データベース振興センターを中心に開始されたプロジェクト 2. 統合型 GIS 実現における検討課題 2.1 共有空間データのデータフォーマットの成果物である．G-XML とは，特定の GIS ア統合型 GIS における共有空間データは，将来にプリケーションに依存しない地理空間データ交換わたり利用されていく可能性が高い．そのため特用 XML 符号化を規定した G-XML プロトコルの定の GIS アプリケーションに依存しない，公開さ仕様であり，平成 13 年に JIS 規格として制定されたフォーマットを利用することが好ましい．統れた．合型 GIS の仕様書では，その具体的な例として統合型 GIS の実現にあたっては，地理情報標準や G-XML といった標準技術を用いることが求められているが，その本質は，特定ベンダー製品に地理情報標準と G-XML3) を推奨している．ここでは両規格の特徴を簡単に述べる． • 地理情報標準依存しない標準仕様を採用することで，空間デー取り扱う対象となる地物の定義方法を標準化タの共有性・再利用性を高めることにあると考えしたものである．地物定義のための応用スキーられる．マには UML を利用し，実際の空間データはしかし 2002 年 10 月時点において，これら標準 XML で符号化して保存，流通させる．その技術を用いて作成した XML 形式のデータを管理ため，応用スキーマを XML スキーマ言語でするためには，通常の XML 文書とみなして扱う表現することも求められる．か，特定ベンダー向けデータフォーマットに変換地理情報標準形式の空間データは目的に応じした上で，各 GIS サーバ製品へ格納する手法を用て最適な地物を任意に定義できるという長所いることとなる．前者ではせっかくの空間データがあるが，反面，実際の GIS アプリケーショが通常の XML ファイルと同等に扱われるため，ン側にデータを渡す際には，それぞれの GIS 空間検索等は実現できない．また後者では，サーエンジンが利用可能な形式に変換する必要がバに格納する段階で変換作業が発生するため，完ある．通常，このような変換ソフトは個別に全な情報の保存を行うための配慮を心掛ける必要作成しなければならない．がある． • G-XML これらの状況を踏まえ，本研究では特に地理情 G-XML は，そのデータモデルが仕様で定義さ報標準をターゲットとし，XML 形式で符号化されているため，利用者がスキーマを新たに定れた地理情報データをそのままの状態で管理する義する必要はない．その点では，数あるデーことが可能な地物データベースの構築を行う．地タフォーマットの一つであるが，仕様が公開理情報標準は独自のスキーマ定義を行うことを前されており，かつ XML 形式で流通されると提としているため，地物データベースには利用者いう点が魅力となっている．が任意に設計したスキーマを扱えるような工夫がデータフォーマットが仕様で決定しているた求められる．め，G-XML の空間データを入出力する GIS さらに本研究では提案する地物データベースを用いて，統合型 GIS の利用想定範囲を超えた庁アプリケーションの実装が可能で，実際に製品も存在する． G-XML は現在公開されている G-XML2.0 版と，OGC が開発している GML との統合を • 制限 – 申請型図った現在作業中の G-XML/GML 国際統合検索は自由だが，利用時には申請が必要版の 2 バージョンが併存するため，運用に際である． – アクセスコントロール型しては留意する必要がある． 2.2 セキュリティ部署毎あるいは個人単位で，利用できる統合型 GIS における，空間データとユーザの役割を図 1 に示す．通常，各部署では個別の GIS がデータを予め限定する． – 変換型稼動しており，共有空間データは各部署の GIS でベクトルをラスタ化したり，あるいは間共有して利用される．各部署は各々の GIS で利用引き処理により故意に精度を落とした状しているデータのすべてあるいは一部を共有空間態で公開する．データとして提供することが求められる．この場合，その空間データに対する法的な規制や，部署のポリシー等を照合し，公開レベルを判断するここれらの方策は，組み合わせて使用することもあり得る．このように共用に際して何らかの制約を設けるとになる．さらに細かいセキュリティ制御として，場合，単にファイルサーバを共用空間データサー地物単位でのアクセスコントロール（部署毎あるバとして運用するのでは要件を満たせないことがいは個々の利用者毎）を検討する必要もある．わかる．そこで，共用空間データサーバはクリアさらに，共有空間データを市民や一般企業にまリングハウスと連携させることが望ましい．すなで公開するサービスを提供する場合，不正アクセわち，クリアリングハウス側で利用者の認証処理ス防止やコピー対策などにも配慮する必要がある．や検索処理を行い，データの提供は共用空間データサーバが行うようにする． 2.4 共用空間データサーバの要件 ✦ ✌ ✰✲✱✴✳ これまで述べてきた検討課題をもとに，統合型 ✟✆✓✕✔✞✖ GIS ✎✂✏✆✑✍✒ ☛ ☞✆✌ ✠ ✄✆☎✍✝✂✟✆✡ ✂✁ ✄✆☎✞✝✠✟✆✡ ✩✂✪✬✫✭✪ ☎✍✮✂✯ ✄✕☎✞✝✂✟✕✡✂✗ ✸✆✹✠✺ ✯ ✻ ✦✂✧✠★ められている要件を以下にまとめていく． • 地理情報標準や G-XML に対応している ✂✁ ✄✆☎✞✝✠✟✆✡ ❄✞❅ ✁ ☛✂☞✕✌ ✄✕☎✞✝✂✟✕✡✂✗ ✠✘ ✄✆☎✍✝✂✟✕✡✂✙ ✚✆✛✂✜✕✢✤✣✕✥ ☛✂☞ ✧✂★ GIS を実現するための共用空間データサーバに求 ✄ ☎✞✝✂✟✕✡✂✗ ✠✘ ✕ ✶ ✷✍✣✆✥ ✵ ☛✂✆ ✼ ✟✾✽✍✿✞❀✂❁ ✓✂✿✍❂✆❃ 図 1 統合型 GIS と共有空間データ共用空間データサーバは地理情報標準形式や G-XML 形式で整備された空間データ (XML 形式) そのものを管理できることが望ましい． • セキュリティの配慮が充実している 2.3 クリアリングハウスとの連携統合型 GIS では共用空間データの整備と利用共用空間データサーバは利用権限をもつ利用者のみにデータを提供する機能を必要とする．が大きなテーマであるが，実際の共用に際しては，そこで認証や電子申請，データのダウンローセキュリティ上の課題を解決する必要がある．まドといった，空間データサーバへのフロントず，共用のための方策として代表的な考え方を以エンドとしての，クリアリングハウスとの連下に整理する．携が要求される． • 公開 – 完全公開誰でも入手，再利用が可能である． – 限定付き公開再利用には承諾許可を必要とする． • 任意の空間データを入手できる利用者は最終的に，共用空間データサーバから必要となる空間データを入手することが目的である．そのため，共用空間データサーバはデータの提供機能を有する必要がある．ここで，利用者にとってのデータ入手方法につるいはイベント発生時に，外部機関へデーいて以下のような整理を行った．タを転送するプッシュ方式の二通りの運用 – ダウンロード利用型が考えられる．オンライン利用型は，プル共用空間データサーバから必要十分な空間方式サービス提供型の一種と考えることもデータのセットをダウンロードし，利用者できる．の有する GIS ソフトウェア上で利用する • データ流通後のフォローものである．電子申請機能や，データ毎共用空間データの流通が開始されると，地物にそれぞれ設定したアクセスコントローデータサーバから入手された空間データが別ル機能を用いてデータのダウンロードがの機関へ再流通される可能性が生じる．この行えることが望ましい．また，任意の範とき，利用者側が再流通されたデータを利用囲の空間データを切り出す機能や，切りしたことによって不利益が発生することを避出した結果セットを XML 形式ではなく，けるための手法を検討する必要がある．同様利用者のニーズに応じたデータ形式へ変換に，著作権保護の観点等から，オリジナルのするサービスも必要となると考えられる．空間データをそのまま再流通されることが困なお，これらの機能の実現には計算機資源難な場合も想定される．を大量に使うことが予想されるため，バッ再流通される空間データがオリジナル（あるチ処理的なユーザーインタフェースによっ時点で地物データサーバに登録されたデータて提供されることとなる．であること）を保証するためには，電子署名が – オンライン利用型有効である．現在，W3C によって XML デー共用空間データサーバから必要かつ十分タに対する電子署名方式 4) が検討されており，な空間データのセットをリアルタイムで本技術を用いることで流通経路途中でのデー入手し，即時に利用者の画面に表示させタ改ざんを検出することが可能となる．るものである．利用者側で稼働するソフオリジナルの空間データをそのまま流通されトウェアはさまざまであるが，特に近年ることが運用上，好ましくない場合は，デーは Web ブラウザを利用者インタフェースタの品質を意図的に低下させる方式も有効ととした空間データビューアへのニーズが高なる．具体的にはデータの間引きや，ベクトまっている．実際に利用者側へ配信する空ルデータをラスタデータに変換したのちに利間データはベクトルあるいはラスタの両方用者へ提供する等の手法が考えられる．ただが想定される．前者は配信データ量の制御しこの方式は，利用者にとってはデータの再が難しく，一定のレスポンスを維持するこ利用性という観点からは問題が残る．とが課題となるものの，配信後のデータの • 個人情報の保護使い勝手は良い．後者はデータ量を一定以地方公共団体では個人情報が外部に漏洩しな下に抑えることを可能とするが，データのいよう，特に注意を払っている．部署内で使再利用性は低い．用している空間データを共有空間データとす – サービス提供型るとき，さらに共有空間データを庁外へ公開 XML 形式で格納された空間データを，条するとき，空間データに個人情報が含まれな件に応じて別のサービス提供機関へ転送いよう注意しなければならない．する．通信プロトコルとしては SOAP をベースとした Web サービス規約に基づくことがのぞましい．外部からの要求を受けてデータを転送するプル方式と，定期的あ 3. 地物単位のデータ流通 3.1 地物単位流通でできること地理情報標準や G-XML は地物単位のデータ記述を実現しているため，本研究ではこれらを共有空間データのフォーマットとして採用し，その地物情報を空間データの流通単位とする．このように空間データを地物単位で扱った場合のメリットは以下の通りである． • データの更新属性情報が付属している – 短所:表示する場合には別フォーマットに変換する． 3.2 地物データの外部利用に関する検討統合型 GIS では，地物データの運用者ならびに利用者は，地方公共団体内に限定されている．しレイヤ単位，ファイル単位で空間データを管かし，地物データの再利用を進めていくと庁外で理する場合，ファイル中のある一つの情報（例の活用が次のテーマとなると想定される．すなわえばある店舗の名称）の変更でも，当該ファイち，一般市民，研究機関，民間企業へ地物データル全体の更新となる．地物単位でデータ更新を提供することが，地方公共団体の新たなサービが可能となれば，管理運用負荷が低減される．スとして位置付けられるものである． • データの取得ある条件に合致する地物集合を動的に生成し，提供することが可能となる．これによって利地物データを利用した応用サービスの例を以下に列挙する． • 市民向け地図提供サービス用者は必要なデータだけを入手することがで観光案内，道案内，街づくり等の用途に対応すきるようになる．るマップを地物情報から動的に作成する．す本研究で構築する地物データベースは，上記でに同様のサービスは全国で稼働しているが，のメリットを活かせるような仕組みを実現する．統合型 GIS の枠組みの中で地物データベース具体的には，空間データの更新が発生した場合，を運用する場合，常に最新の地物情報を組み XML 形式で保存された該当地物情報のみを更新込んだ地図提供サービスを行えるようになる．する．また，データの取得に際しては，利用者の例えば，道路工事情報（予定も含む）や，店検索条件に合致した地物から，新たな XML 文書鋪の新規立地ならびに廃業，災害情報などをを生成して返すものとする．すべて地物として管理し，日々更新すること構築する地物データベースの原則的な流通単位は XML 形式のテキストデータとするが，別途，特定の GIS アプリケーション用ファイルへの変で，利用者の利便性を著しく高めることが可能となる． • 企業向け地物データ提供（販売）サービス換機能や，ラスタ画像変換機能なども追加できる地方公共団体が収集した地物データの販売のようにする．各データ流通フォーマットの特徴を是非については議論の余地があるものの，常以下にまとめる．に最新情報を入手できるサービスは，企業や • GIS アプリケーション用ファイル – 長所:対応 GIS アプリケーションであれば変換なして利用できる． – 短所:特定の GIS アプリケーションに依存にしている． • ラスタ画像ファイル – 長所:Web ブラウザなど一般的なアプリケーションで表示できる． – 短所:ラスタ画像になる前の情報は失われる． • XML 形式の地物 – 長所:1 つの地物が所有する幾何形状情報，研究機関にとってはメリットが大きい．加えて地物単位での流通は，小額での課金を可能とするため，これまで空間データの購入を控えていた中小企業に対して GIS を普及させる契機になる可能性がある． 4. 地物データベースの仕様 4.1 要件本研究で対象とする地物は，地理情報標準形式データとする．これは利用者が任意にスキーマを決定できるため，必然的に，動的なスキーマ変更に対応できるような地物データベースの設計が必要となる．地物データベースに求められる機能要件は以下のとおりである． • 地物の検索マッピングする必要がある．このマッピング方法 5) には次のようなものがある． • 構造マッピング XML の文章構造をテーブルに表現する．具地物の検索として与えられる条件として空間体的には XML ファイルの要素名や，属性名範囲，時間範囲，文字情報 (キーワード) の 3 をテーブルの列として利用する．文章構造に種類を仮定する．依存しているため，文章構造が異なる XML • 地物出力検索結果として出力された地物情報は次の方式に変換され，流通されることになる． – XML 形式ファイルを格納する毎に，テーブルの新規定義，あるいは再定義が必要になる． • モデルマッピング XML ドキュメントモデルをテーブルに表現す検索した結果を XML 形式にして出力，流る．XML ドキュメントそのものを格納するよ通する．この方法はリアルタイム性が要うにテーブルが定義されるため，文書構造の求される．異なる XML ファイルでも，テーブルを新規 – ラスタ画像定義，再定義する必要なく，格納することが利用者は空間範囲を指定して，その中に含まれる区画のラスタ画像を取得する． – 特定 GIS データ方式可能となる．本研究で対象とする地物データは，スキーマを自由に拡張できる地理情報標準形式を想定したた地物を特定の GIS データ方式に変換してめ，構造マッピングでは運用面で問題がある．（ス提供する．キーマ変更の度に，テーブル定義も変更する必要 • 地物の更新 4.2 プロトタイプでのアプローチ本研究では，地物データベースのプロトタイプがある）そこで，本研究ではモデルマッピングを採択している． 4.4 効率的な格納に関する提案として，PostgreSQL を機能拡張した XMLPGSQ- XML 形式の地物データを，そのまま Post- L1.6 を採用した．これは RDB のテーブル上に greSQL + XMLPGSQL に格納するだけの方式 XML データを格納するためのテーブル定義と，では，以下のような問題が発生する． 6) そのテーブルへのアクセスを行う関数の定義を含 • 地物単位の空間検索が困難んでいる． • マッピング対象ノードの増大による性能の劣化別のアプローチとして，XML データをそのまそこで，本研究では格納対象地物データに事前まの形で管理するネイティブ XML データベース処理を施すことでこれらの問題を解決する方法をの利用も考えられる．これは表形式への変換処理提案する．が不要であるため，より高速に動作すると考えられているが一般への普及はこれからである． • MBR タグの付加と点情報タグの一括処理空間検索を行う為に地物の幾何形状情報に対本研究では，プロトタイプをリレーショナルデーする MBR を抽出し，それを MBR タグといタベース上に構築することとした．特に Post- う形で XML 文章に追加する．また MBR の greSQL はオープンソースであり，また空間検索抽出で参照したすべての点情報を content タインデックスを実装していることから，プロトタグの値として変換し，XML 文章を変更する．イプの実装には最適であると判断した．これを図 2 に示す． 4.3 マッピング方法 • 地物情報をテキストとして別に保存 XML ファイルを RDB に格納する場合，XML XML データベース内の情報から地物を復元ファイルのデータ構造を RDB のテーブル構造にするには，地物タグ以下の要素を 1 つずつ取 ✂✁✂✄✂☎ ✆✂✝ < id="CTV000201"> <Name> </Name> <surface id="SS000001"> <CRS idref="CC00015"/> <patch> <controlPoint>23521.49 24852.78</controlPoint> <controlPoint>23513.02 24802.97</controlPoint> <controlPoint>23510.86 24793.58</controlPoint> <controlPoint>23502.54 24763.21</controlPoint> ✂✁✂✄✂☎ が流通する．これにより Web サービスのチェーンとして地物データベースを加えることが可能になる．UDDI への登録も可能になる． 4.9 データ変換機能との連携検索結果は地理情報標準の XML 形式であるため，データを外部に提供する際には，データ変換 ✆✂✝ id="CTV000201"> < <Name> </Name> <surface id="SS000001"> <mbr maxx="82472.63" maxy="96807.55" minx="13821.47" miny="7831.8"/> <content> <CRS idref="CC00015"/> <patch> <controlPoint>23521.49 24852.78</controlPoint> <controlPoint>23513.02 24802.97</controlPoint> <controlPoint>23510.86 24793.58</controlPoint> <controlPoint>23502.54 24763.21</controlPoint> 図 2 XML ドキュメントの構造を変更する機能を用いて変換を行い，提供する． 5. プロトタイプシステムの構築と評価地物データベースのプロトタイプシステムの構築を行い，検索機能についてその性能を評価した．プロトタイプシステムでは地物をデータベースに格納したあと MBR タグの情報を利用して空り出す必要があり，テーブルに格納された要間インデックスを作成した．空間インデックスは素数の増大により，その速度は低下するもの PostgreSQL 側の機能として実装されているものと考えられる．そこで地物タグ以下の情報をを利用する．テキストとして保存しておく． • 要素別指定検索地物には幾何形状情報以外の属性情報も保持している．これらの情報に対する条件を加えた検索を可能にする． 4.5 地物単位更新の留意点地物データベースでは，データベースの機能であるロックも地物単位で行う必要がある．地物データベースでは地物のロック管理を行う，ロックマネージャを用意する．利用するデータファイルは地理情報標準形式で表現された沖縄本島の市町村界と字丁目界である．表 1 にその詳細を示す．検索は沖縄本島の南部から順に１市町村ずつ含んでいくように空間範囲を指定する．計測対象は，地物を検索する時間及び，XML 形式の地物情報が出力されるまでの時間である．結果を図 3 及び図 4 に示す．これらの結果から，検索時間は地物数に関わらずほぼ一定であるが，データベースから地物情報さらにユーザの，地物に対するアクセス権を管を取得する時間は地物数にほぼ比例している．こ理する権限管理マネージャとの統合を検討する．れは先に述べたように 1 つの地物情報をテキスト 4.6 地物一括更新の留意点としてまとめるといった工夫をすることで改善さ地物の一括更新を SQL 文によるバッチ処理でれるものと考えられる．行うことは，可能だが SQL 文の処理には時間を要する，SQL 文が膨大になると，非常に処理が遅くなる． PostgreSQL ではテーブルのイメージファイルを作成し，登録することでこの問題を回避できる．表 1 地理情報標準形式データにおける幾何形状情報 (空間データは沖縄本島の各地物) 地物名家屋街区界字丁目界市町村界点情報の数 (1) 面情報の数 (2) (1)/(2) 3056327 457517 6 295886 11073 26 198272 1058 187 105499 34 3102 4.7 WebGIS との連携 WebGIS のベースマップとして地物データベースからラスタ画像を取得して利用する． 4.8 Web サービスとの連携 6. まとめ本研究では統合型 GIS における共用空間データ地物データベースと Web サービスの連携によの管理運用として同仕様で示されている技術標準り，他の Web サービス間で XML 形式のデータの一つである地理情報標準を用いた地物単位の管しました． 12000 search search + retreive time (millisecond) 10000 参 8000 6000 4000 2000 0 0 5 図3 10 15 20 size of features 25 30 35 地物データの出力 (sityoson gi.xml) 180000 search search + retreive 160000 time (millisecond) 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 10001100 size of features 図 4 地物データの出力 (azatyomokukai gi.xml) 理を想定し，それに関わる課題や応用事例について体系的に整理を行った．扱う空間データの粒度を，従来のファイル単位から地物単位とすることにより，庁内はもちろんのこと庁外に対しても品質の高いサービスを提供できる可能性を示した．また，クリアリングハウスと地物データベースの連携によって，これらのサービスを実現する方式についても示した．さらに，本研究では試験的にリレーショナルデータベースを用いた地物データベースを構築し，その性能評価を行った．データの検索速度については概ね実用的な数値が得られたが，データの取得は扱う地物データの量に比例して時間がかかることを示した．今後は，本稿で示した要件を満足する地物データベースの実装を進めていくものである．謝辞本研究は国土交通省による平成 14 年度 GIS 整備・普及支援モデル事業における実証実験データベース利活用実験で提供された空間データを使用考文献 1) 総務省自治行政局地域情報政策室 (2001) 統合型 GIS 共用空間データベース及び広域活用に関する調査研究．< http://www.lasdec.nipponnet.ne.jp/ rdd/gis/to12.htm >． 2) 国土交通省国土地理院 (2002) 地理情報標準関連．< http://www.gsi.go.jp/REPOR T/GIS-ISO/stdindex.html >． 3) (財) データベース振興センター (2002)GXML．< http://gisclh.dpc.or.jp/gxml/co ntents/index.htm >． 4) World Wide Web Consortium(2002)XML Signature Working Group．< http://www .w3c.org/Signature/ >． 5) Yoshikawa, M.・Amagasa, T.・Shimura, T.・Uemura, S.(2001), XRel: A Path-Based Approach to Storage and Retrieval of XML Documents Using Relational Databases. ACM Transactions on Internet Technology, 1(1),110-141. 6) 小松誠・今井陽平・岡本佳子・北薗誠・大江優 (2002) 特集 XMLPGSQL で広がる XML-DB システム. 「Software Design」，18-64