15/04/24 時空間データベース論第３回　GISと時空間データの準備米澤　剛大阪市立大学大学院創造都市研究科都市情報学専攻知識情報基盤研究分野 2015年4月22日（水）　梅田サテライト　106教室 GIS（地理情報システム） l  GISでは実世界から収集された空間情報をそれぞれのレイヤー（Layer:層）に分けてデータ化し、システムの中にデータベース（Database）を構築する。例えば、左の図の実世界の情報は、道路・住宅河川植生分布地形　... などの多くのレイヤーに分けて、それぞれのデータの特性・性質に合った形式で保存される。 1 15/04/24 GISの基本的な処理 l  GISの基本的な処理 → これらのレイヤーの重ね合わせにより目的の図を作成すること。（問題）ある地域に何かを開発するための地域を探すことを考える。開発地域を求めるための条件として、ここでは、 l  主要道路から１km以内， l  起伏が少ない， l  自然林でない地域，の３つを想定する。 GISの基本的な処理 l  まず、それぞれの条件の対象となる地図を準備する。レイヤーデータの準備条　件使用するレイヤー処　理道路地図主要道路から１km以内主幹線の抽出と範囲指定地形図起伏が少ない　起伏量の推定と範囲指定自然林でない地域植生分布図自然林かどうかの再分類 2 15/04/24 GISの基本的な処理各レイヤー内で条件を満足する地域をそれぞれ抽出。この３つの地域を重ね合わせることにより、結果として目的の地域の位置を得る。 GISで扱うレイヤー l  GISで扱うレイヤーをどのように構成するのか？ l  地理的な情報 → 幾何情報(Geometry Information) と属性情報（Property） l  幾何情報・・・点、線、多角形（ポリゴン）によりあらわされる面などの図形を表す情報。 l  属性情報・・・それが何であるかを示す属性の情報。 l  これらをあわせて１つの意味のある情報となる。 3 15/04/24 GISで扱うレイヤーレイヤーをどのようにデータベースに保存するかは、図に示すように、ラスター型データ（raster）ベクトル(ベクター)型データ（vector）の２通りの方法がある。ラスターデータ →（GISまたは外部の）データベースに保存。 4 15/04/24 ベクトルデータ →（GISまたは外部の）データベースに保存。空間（時空間）データの準備 l  まず、それぞれの条件の対象となる道路地図、地形図および、植生分布図のレイヤーを準備する。レイヤーデータの準備条　件使用するレイヤー処　理主要道路から１km以内道路地図主幹線の抽出と範囲指定起伏が少ない　地形図　起伏量の推定と範囲指定自然林でない地域植生分布図自然林かどうかの再分類 5 15/04/24 地図 l  「地表の諸物体・現象を、一定の約束に従って縮尺し、記号・文字を用いて平面に表現した図。」（広辞苑：岩波書店） l  地図の種類 v  海図 v  地形図 v  地質図 v  鉄道地図 v  天気図 v  住宅図 v  土地利用図 v  航空図 v  人口分布図 v  Google マップ v  道路交通地図 v  外邦図 etc．緯度・経度とは l  地球上の位置を管理するための手段。 l  経度（longitude）とは。 v  イギリスのグリニッジ天文台跡を通る子午線を基準に、東西へそれぞれ180度までを表し、東回りを東経、西回りを西経と呼ぶ。 v  地図に表示した子午線を経線と呼ぶ。 l  緯度（latitude）とは。 v  赤道を基準として南北へそれぞれ90度までを表し、赤道の北側を北緯、南側を南緯と呼ぶ。 v  地図に表示した平行圏（赤道に平行な地球上の東西の線）を緯線と呼ぶ。 6 15/04/24 地図地形図「京都西北部」 1:50,000 国土地理院発行上2行日本測地系の緯度、経度下2行世界測地系の緯度、経度 http://earthobservatory.nasa.gov/ Features/BlueMarble/ 地球 l  「地球は球形」ピタゴラス（紀元前6世紀） l  アリストテレス（ピタゴラスの時代から200年後） v  月食、星の動き l  コロンブスの航海（15〜16世紀） l  マゼランの世界一周（1522年） 7 15/04/24 地球の大きさ l  エラトステネス（紀元前275-195） l  アレクサンドリアの南のシエネ（現在のアスワン）に，夏至の正午にだけ水面まで太陽の光が届く深井戸があることを知る。 l  夏至の正午のアレクサンドリアでの太陽の高度を7.2°であると求めるとともに、アレクサンドリアとシエネの距離を移動するのに要する日数から5000スタジア(約920km)と求めた。 l  アレクサンドリアとシエネは同じ経度上にあるとすると，地球一周の長さは920km÷（7.2×360）=46,000km。 l  この値は実際の地球の大きさに比べ、わずか15%ほど大きいだけ（GPS：40,618km）。地球のかたち東京図書高校教科書「地学IB」 http://earthobservatory.nasa.gov/ Features/BlueMarble/ 欧州宇宙機関（ESA）の観測衛星GOCE（Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer）による重力地図（ジオイド高分布図）。 8 15/04/24 地球の形（楕円体） l  回転楕円体 l  地球の形をより正確に a: 長軸半径 b: 短軸半径表現するような回転楕円体 f: 扁平率を地球楕円体（Earth ellipsoid）という。 (a-b) f= a l  日本では、測量法の改正により2002年4月以降GRS80（Geodetic Reference System 1980）楕円体を採用。地球楕円体の例測地系（Datum） l  測地系＝地球楕円体＋座標系 l  Datum = Earth ellipsoid ＋ Coordinate System l  座標系（Coordinate System） v  地球楕円体を実際にどのように地球にかぶせるか（座標原点と３つの直交軸をどのように設定するのか）を表したもの。 v  x軸をグリニッジ子午線と赤道の交点とする。 v  y軸を東経90度の方向。 v  z軸を北極の方向。 9 15/04/24 日本測地系と世界測地系 l  日本測地系 v  日本独自の測地系（平成14年まで） v  ベッセル楕円体を使用 l  世界測地系 v  GPS等の測量技術の革新 v  GRS80楕円体を使用（GRS80回転楕円体＋ITRF94 座標系） l  事実上の世界測地系はWGS84？→ 違う v  アメリカによるGPSの運用 v  WGS84座標系を使用 l  GRS80+ITRF94測地系との誤差はほぼなし？楕円体の精度（問題） WGS-84楕円体とGRS80楕円体の短軸半径の長さを求めよ。 a: 長軸半径 b: 短軸半径 f: 扁平率 f= (a-b) a WGS-84楕円体 b=6378137 × ( 1 - 1/298.257223563 ）= 6356752.31425 m GRS80楕円体 b=6378137 × ( 1 - 1/298.257222101 ）= 6356752.31414 m その差0.11mm 地球楕円体の例 10 15/04/24 世界測地系（日本の対応） l  平成１４年（2002年）４月１日から測量法が改正された。 l  改正測量法の測地測量成果は世界測地系（測地成果2000：JGD2000）と呼び、準拠楕円体はITRF座標系GRS80楕円体。 l  改正測量法以前の準拠楕円体はベッセル楕円体。 l  準拠楕円体とは、ある特定の位置に取り決めによって設定された楕円体をとも呼ぶ。採用される楕円体も国や地域によって同一とは限らない。世界測地系と日本測地系の違い（1）世界測地系－日本測地系　（経度差：秒）　（緯度差：秒）東京付近では、経度が約－１２秒、緯度が約＋１２秒国土地理院ＨＰより引用　11 15/04/24 世界測地系と日本測地系の違い（2）国土地理院ＨＰより引用世界測地系と日本測地系の違い（3）東京都港区麻布台二丁目18番1 地内日本経緯度原点金属標の十字の交点（測量法）日本測地系緯度　N　３５°３９′１７．５１４８″ 経度　E　１３９°４４′４０．５０２０″ 世界測地系緯度　N　３５°３９′２９．２″ 経度　E　１３９°４４′２８．９″ 国土地理院ＨＰより引用 12 15/04/24 まとめ1 l  地表の地点と座標（緯度，経度）の対応。 l  一意的ではない→ある地点の位置を表すのに，様々な緯度・経度がある。 l  私たちが取り扱おうとしている時空間情報は、回転楕円体で近似される地球に３次元的に位置するものである。まとめ2 l  地球表面は実際には曲面であるが、このままでは地図に代表される２次元の図面には表現できない。 l  このために実際の３次元空間情報を２次元に投影するという作業が必要。 l  代表的な地図投影方法 v  緯度経度座標（正距円筒図法） v  ユニーバーサル横メルカトル図法（UTM） l  この投影方法でリモートセンシングやGISデータはほぼ処理できるが・・・。 13