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2. GIS入門

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目的

GISとは何か、何ができるのかを理解する。

キーワード：

GIS, コンピュータ, 地図, データ, 情報システム, 空間解析

2.1. 概要

ワープロを使用してコンピュータで文章を書いたり扱ったりできるのと同じように、 GIS アプリケーション を使用して 空間情報 を扱うことができます。 GIS とは 地理情報システム （Geographical Information System） のことです。

GIS は以下のものから構成されます。

  • Digital Data --- the geographical information that you will view and analyse using computer hardware and software.

  • Computer Hardware --- computers used for storing data, displaying graphics and processing data.

  • Computer Software --- computer programs that run on the computer hardware and allow you to work with digital data. A software program that forms part of the GIS is called a GIS Application.

GISアプリケーションを使うとコンピュータ上のデジタル地図を開いたり, 新しい空間情報データを作成して地図に加えたり、必要に応じてカスタマイズした地図の印刷物を制作したり空間解析が出来ます。

GISがどんなに便利なのかちょっと例を見てみましょう。あなたが医療従事者だとして、患者たちの診療日と自宅の位置を記録しているとします。

経度

緯度

病気

日付

26.870436

-31.909519

おたふく風邪

2008年12月13日

26.868682

-31.909259

おたふく風邪

2008年12月24日

26.867707

-31.910494

おたふく風邪

2009年01月22日

26.854908

-31.920759

はしか

2009年01月11日

26.855817

-31.921929

はしか

2009年01月26日

26.852764

-31.921929

はしか

2009年02月10日

26.854778

-31.925112

はしか

2009年02月22日

26.869072

-31.911988

おたふく風邪

2009年02月02日

26.863354

-31.916406

水疱瘡

2009年02月26日

上の表を見ると, 1月と2月には多くのはしかが発症していたことがわかります。医療従事者は、それぞれの患者の家の位置を緯度経度で表に記録していました。このデータを GIS アプリケーションで使えば、病気の規則性についてより多くのことを簡単に理解することができるようになります。

../../_images/patterns_of_illness.png

図 2.11 こちらの例では GIS アプリケーションで様々な疾病記録を見せています。おたふく風邪患者同士が近くに居住していることが簡単に見て取れます。

2.2. GISについてより詳しく

GIS is a relatively new field --- it started in the 1970's. It used to be that computerised GIS was only available to companies and universities that had expensive computer equipment. These days, anyone with a personal computer or laptop can use GIS software. Over time GIS Applications have also become easier to use --- it used to require a lot of training to use a GIS Application, but now it is much easier to get started in GIS even for amateurs and casual users. As we described above, GIS is more than just software, it refers to all aspects of managing and using digital geographical data. In the tutorials that follow we will be focusing on GIS Software.

2.3. GIS ソフトウェア / アプリケーションとは何か?

You can see an example of what a GIS Application looks like in 図 2.11. GIS Applications are normally programs with a graphical user interface that can be manipulated using the mouse and keyboard. The application provides menus near to the top of the window (Project, Edit, etc.) which, when clicked using the mouse, show a panel of actions. These actions provide a way for you to tell the GIS Application what you want to do. For example you may use the menus to tell the GIS Application to add a new layer to the display output, as in 図 2.12.

../../_images/menus.png

図 2.12 アプリケーションのメニューは、マウスでクリックすると、開いて実行可能な操作の一覧が表示されます。

As seen in 図 2.13, toolbars (rows of small pictures that can be clicked with the mouse) normally sit just below the menus and provide a quicker way to use frequently needed actions.

../../_images/toolbars.png

図 2.13 ツールバーでは、よく使う機能にすばやくアクセスできます。アイコンの上にマウスをかざすと、それをクリックしたときに何が起こるかが表示されます。

A common function of GIS Applications is to display map layers. Map layers are stored as files on a disk or as records in a database. Normally each map layer will represent something in the real world --- a roads layer for example will have data about the street network.

When you open a layer in the GIS Application it will appear in the map view. The map view shows a graphic representing your layer. When you add more than one layer to a map view, the layers are overlaid on top of each other. Look at figures 図 2.14, 図 2.15, 図 2.16 and 図 2.17 to see a map view that has several layers being added to it.

../../_images/map_view_towns.png

図 2.14 A towns layer added to the map view

../../_images/map_view_schools.png

図 2.15 A schools layer added to the map view

../../_images/map_view_railways.png

図 2.16 A railways layer added to the map view

../../_images/map_view_rivers.png

図 2.17 A rivers layer added to the map view

An important function of the map view is to allow you to zoom in to magnify, zoom out to see a greater area and move around (panning) in the map. GIS software also lets you easily change symbology --- the way information is displayed. 図 2.18 shows the map view after panning to the side and changing the symbology of the layers.

../../_images/symbology1.png

図 2.18 A map view after moving around (panning) and changing the symbology

Another common feature of GIS Applications is the map legend. The map legend provides a list of layers that have been loaded in the GIS Application. Unlike a paper map legend, the map legend or 'layers list' in the GIS Application provides a way to re-order, hide, show and group layers. Changing the layer order is done by clicking on a layer in the legend, holding the mouse button down and then dragging the layer to a new position. In 図 2.19 and 図 2.20, the map legend is shown as the area to the left of the GIS Application window. By changing the layer order, the way that layers are drawn can be adjusted --- in this case so that rivers are drawn below the roads instead of over them.

../../_images/map_legend_before.png

図 2.19 レイヤの順序を変更することで、レイヤの描画方法を調整することができます。レイヤの順序を変更する前は、河川が道路の上に描画されています

../../_images/map_legend_after.png

図 2.20 レイヤの順序を変更することで、レイヤの描画方法を調整することができます。レイヤの順序を変更すると、河川が道路の下に描画されています

2.4. GISアプリケーションを入手してみよう

たくさんの違ったGIS アプリケーションが入手できます。洗練された機能を持ち1ライセンス当たり7万円ほどかかるものもあります。一方で、無料で手に入れられるものもあります。どの GISアプリケーションを使うかは、どれだけのお金を出せるか、そして個人の好みの問題です。このチュートリアルでは QGIS アプリケーションを使います。 QGIS は完全にフリーなので、好きなだけ複製したり友人と共有することができます。もしあなたがこのチュートリアルを印刷物として手に入れたなら、QGIS の複製も一緒に手に入れていることでしょう。そうでなくても、インターネットにアクセスすることができれば、いつでもダウンロードページ https://www.qgis.org/ にアクセスして無料で手に入れることができます。

2.5. GISデータ

それではGISとは何か、GISアプリケーションは何ができるのか解ってきたところで GISデータ について説明しましょう。データは 情報 と言い換えることもできます。GISで使う情報は、通常地理的な側面を持っています。前述の医療関係者の例を考えてみましょう。彼女は 症例を記録するために以下のような表を作りました:

経度

緯度

病気

日付

26.870436

-31.909519

おたふく風邪

2008年12月13日

経度と緯度の列は 地理的なデータ を持っています。病気と診療日の列は 地理的ではないデータ です。

A common feature of GIS is that they allow you to associate information (non-geographical data) with places (geographical data). In fact, the GIS Application can store many pieces of information which are associated with each place --- something that paper maps are not very good at. For example, our health care worker could store the person's age and gender on her table. When the GIS Application draws the layer, you can tell it to draw the layer based on gender, or based on disease type, and so on. So, with a GIS Application we have a way to easily change the appearance of the maps we created based on the non-geographical data associated with places.

GIS Systems work with many different types of data. Vector data are stored as a series of X, Y coordinate pairs inside the computer's memory. Vector data are used to represent points, lines and areas. 図 2.21 shows different types of vector data being viewed in a GIS application. In the tutorials that follow we will be exploring vector data in more detail.

../../_images/vector_data.png

図 2.21 ベクタデータは、点 (例 町) , 線 (例 河川) , 面 (例 行政区) を表すのに使われます

Raster data are stored as a grid of values. There are many satellites circling the earth and the photographs they take are a kind of raster data that can be viewed in a GIS. One important difference between raster and vector data is that if you zoom in too much on a raster image, it will start to appear 'blocky' (see 図 2.22 and 図 2.23). In fact these blocks are the individual cells of the data grid that makes up the raster image. We will be looking at raster data in greater detail in later tutorials.

../../_images/raster_data.png

図 2.22 衛星画像のラスタデータ.こちらは東ケープの山岳地帯です.

../../_images/raster_data_zoomed.png

図 2.23 同じラスタデータを拡大したもの。データのグリッドの性質が分かります。

2.6. 分かりましたか?

ここでは以下のことを学びました:

  • GIS とはコンピュータ・ハードウェア, コンピュータ・ソフトウェア, 地理的なデータのシステムです.

  • GISアプリケーション は地理的なデータを見ることを可能にし, GISの重要な部分を占めます.

  • GISアプリケーションは通常、 メニューバー 、 ツールバー 、 マップビュー 、 凡例 から構成されます.

  • GISアプリケーションで使われる地理的なデータには ベクタデータ と ラスタデータ があります。

  • 地理的な データは 地理的ではない データと関連付けることができます。

2.7. やってみよう

ここでは人に教える際のアイデアいくつか述べていきます:

  • 地理学： このチュートリアルで示すように、GISのコンセプトを示す概念です. なぜ紙地図よりGISの方が便利なのか, GISを学習する人たちに3つ理由を考えさせてみて下さい. 以下にはいくつかの例を示します:

    • GISアプリケーションを用いることで, 同じデータから様々なタイプの地図を作ることができます.

    • GISはすばらしい可視化ツールで, データそのものやそれらが空間的にどのような関係性を持っているのか（例えば先ほど示した病気の拡大など）を示すことができます.

    • 紙地図はファイルにして保管しなければならず, 見られるまでに時間がかかります. GISは非常に大きな量の地図データから興味のある地域を簡単に素早く探して見ることができます.

  • 地理学： あなたやあなたの生徒たちはどのように衛星データからラスタデータを活用できると思いますか？ここではいくつかアイデアを述べていきます：

    • 災害発生時, 対象地域を見るのにラスタデータは便利で, 最新の洪水発生時の衛星画像をにより人々がどのあたりで救助を必要としているのか見ることができます.

    • 人々は、植物や動物に害を及ぼす危険な化学薬品の廃棄などといった、環境に悪影響をもたらす行為をすることがあります. こういった問題は, 衛星画像のようなラスタデータを使って監視することができます.

    • 都市計画を行う人にとっては衛星画像といったラスタデータを使うことにより, どこに居住区域が存在するのかを把握し, インフラ計画に役立てることができます.

2.8. 考えてみよう

もしコンピュータが利用できない場合でも、このチュートリアルの多くの項目は、OHPとシートを使って、レイヤ情報の重ね合わせを同様におこなうことで再現可能です。ですが、GISについて正しく理解する目的ならば、コンピュータを使って学ぶ方がよいでしょう。

2.9. 参考文献

書籍: Desktop GIS: Mapping the Planet with Open Source Tools.（デスクトップGIS：オープンソースツールで地球を地図化する） 著者: Gary Sherman. ISBN: 9781934356067

QGISユーザーガイドでは, QGISについてより詳細な情報が含まれています.

2.10. 次は？

この後のセクションではもっと詳しくどうやってGISアプリケーションを使うのか掘り下げていきます. すべてのチュートリアルはQGISで行われています. 次はベクタデータを見てみましょう!