140129 地調協 改

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

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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・・・

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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

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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

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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

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行政が収集するデータは 公共財として公開され 行政自らが活用し　←　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

方向に向かわなければならない そのための GIS

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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

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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

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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劣りしない機能 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

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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

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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）

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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

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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

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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

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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版の方が多少安定性は優るようですが

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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

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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

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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

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さて、表現の話ですが・・・

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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

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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

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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

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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

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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

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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 多少、地図ジャーナルに書いた内容と被ります

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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

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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

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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）

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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

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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！

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（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）

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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

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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

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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

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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 数学　（特に位相幾何学） Semantic 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

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（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

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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）

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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）

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読み込んだ直後描画情報が皆無なので、見栄えは最悪（笑）

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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）

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表示例（電子国土 ver.4風）

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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）

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表示例（地理院地図風）

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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

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道路の色 ２記号道路の種別に応じて描画幅を指定

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道路の色 ３case when 道路 =種別 then 色指定 end 　で塗り分け

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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

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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）

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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

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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

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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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