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地理情報システム（ GIS ）と ウェブマップサービス

地理情報システム（ GIS ）と ウェブマップサービス. 人事院長期在外研究員帰朝報告 数値予報課コロキウム 数値予報課プログラム班 豊田英司. おしながき. 出張の概要 調査 1: 地理情報システム (GIS) 調査 2: ウェブマップサービス 卒業研究 : 気象データ・ GIS 連携実験 終わりに : 展望. 出張の概要. 人事院長期在外研究員制度により ２年間米国に派遣 16 年６月～１７年６月 修士号を含めた何らかの学位をとることが条件 ウィスコンシン大学 リモートセンシングセンターに滞在

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地理情報システム（ GIS ）と ウェブマップサービス

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Presentation Transcript

  1. 地理情報システム（GIS）とウェブマップサービス地理情報システム（GIS）とウェブマップサービス 人事院長期在外研究員帰朝報告 数値予報課コロキウム 数値予報課プログラム班 豊田英司

  2. おしながき • 出張の概要 • 調査1: 地理情報システム(GIS) • 調査2: ウェブマップサービス • 卒業研究: 気象データ・GIS連携実験 • 終わりに: 展望

  3. 出張の概要 • 人事院長期在外研究員制度により２年間米国に派遣 • 16年６月～１７年６月 • 修士号を含めた何らかの学位をとることが条件 • ウィスコンシン大学リモートセンシングセンターに滞在 • 学科：環境学研究科環境モニタリング専攻（わかりやすくいうと、GIS・リモセン学科）

  4. UW/SSEC/ERSC • SSEC: 気象衛星研究所 • 測器開発・観測研究・データ保存 • 可視化ソフト McIDAS • ERSC: 一応下部組織 • 地理・土木・農学のジョイント • 衛星だけど見たいのは大気じゃなくて地面 MODIS アンテナ GOES アンテナ

  5. 調査その1 地理情報システム (GIS) って何?

  6. GISって何? • 典型的な定義 • 地球上の位置を含んだ情報を取得・処理・保存・表示する情報システム • ちょっと広すぎ • 気象などもまるごと含まれてしまう • 要するに • 地図描きソフト • 地理情報データベース • それらに共通するデータモデル・文化習慣など

  7. なぜ GIS が問題か? • 多様なユーザ • 巨大な市場

  8. 多様なGISユーザ • 官 (Public) • 防災 • 国土計画・資源管理 • 防衛 • 公共 (Regulated) • 水道・電気・運輸 • 教育 • 民 (Private) • マーケティング • 工業 • 農業 Source: http://www.directionsmag.com/article.php?article_id=403, research by Daratech

  9. 巨大な市場 Source: presentation slides of IES 400http://ies-emp.ersc.wisc.edu/ies400/class.html; partly by Daratech

  10. $1B ってどのくらい? • 年商10億ドル＝１０００億円＝エンジニア５０００人 • Google と同じオーダー • 気象データ通信・可視化より１桁大きい 応用分野を問わない技術 → 早晩飲み込まれるのは必定

  11. 気象界から見た GIS の特徴 • 水平2次元限定 • 測地系をちゃんと決める • 座標を地球に結びつける方式 • データモデル • 万物をラスタとベクタで表現 • 万物はレイヤ • 重ね合わせで組み合わせる

  12. GISのデータモデル • ラスタ • 格子データまたは画像 • ベクタ • 点データ • 線データ • 面データ（ポリゴン）

  13. 各データモデルの基礎演算 • ラスタ：算術 • 格子の要素毎算術（四則演算、SQRT、MAX等) • 差分、積算 • ベクタ • 集合演算 • 和集合、差集合、積集合（共通部分） • バッファ • 与えられた図形からの距離が指定値以下の多角形

  14. データの種類は 何でもよい

  15. ソフトウェアにはどんなものがあるか • 地図作成ソフト: GIS 専用が多い • データベース: 汎用DBMSの拡張 どちらにも商用・オープンソースがある

  16. 商用GISは寡占市場 • 2001 年の米国市場シェア • ESRI 35% • Intergraph 13% • GE Network Solutions 7% • Autodesk 7% • Leica Geosystems / ERDAS 6% Source: presentation slides of IES 400

  17. ESRI （ArcGIS） • 業界トップシェア (4割) • Windows で動く地図描きソフトが中心 • シングルユーザライセンス \409,500- から • 他にもサーバ製品など（数百万円） • COM / .net 対応 • MS Office と同様に Visual Basic でマクロが書ける

  18. Mapserver • オープンソース • ミネソタ大学がNASA資金で開発 • CGIが主用途 • Web サーバと組み合わせて各種サーバを構築 • 直接サポートファイル形式が多い • NetCDF も • Mapscript モジュール • Java, Python, Perl, Ruby から呼べる

  19. 典型的ファイル形式 • ラスタ • GeoTIFF • 各種衛星センサー固有形式 • PNG, JPEG, GIF など一般的画像形式 • ベクタ • Shapefile (ESRI) • GML (Open Geospatial Consortium) • G-XML [(財)データベース振興センター] • (ファイルではなく) データベースに格納

  20. データベースに地理情報 • 主にベクタデータ • Oracle, DB2, MySQL, PostgreSQL 等 • 昔はSQL方言もあった • 今は OGC 規格が普及しつつある • 表（テーブル）の列（カラム）が持つ型としてSQL の整数・実数・文字列などに加え点・線・多角形などが追加される

  21. データベースに地理情報（イメージ）

  22. データベースに地理情報（イメージ）

  23. データベースに地理情報（イメージ） SELECT * FROM tableWHERE CITY = "和光市"; 検索

  24. GISで何を作る? • 市販エンジンは道具に過ぎない • デスクトップGIS • 普通の GUI プログラム • 類例: 多画面平面図、GrADS • Web GIS • CGI 等による動的（操作で絵が変わる）Web • 類例：他画面平面図、気象庁HP

  25. Web GIS いろいろ

  26. 米国では土地登記簿など個人情報を公開している地方もある米国では土地登記簿など個人情報を公開している地方もある

  27. Web GIS のトレードオフ

  28. 調査その2 ウェブサービスへの流れ あるいは Web 2.0 ブーム

  29. ネットワークデータサービス 既存のプログラムを拡張することで • データのありかと利用者が分離可能 • データ更新 or ソフトウェア管理を容易に • 組織間データ共有が容易に

  30. ウェブサービス = プログラム間通信 • 狭義: XML-RPC/SOAP を使う通信 • 2000年ころから流行 • 複雑化しすぎて2004年頃自沈 • 広義: Webマシン-マシン通信なら何でもアリ • 通信プロトコルを共通化 • Apache 等を活用し実装が速く作れる • 気象・地理情報でもたくさん作られてきた

  31. 分類のために: 可視化の4階層モデル 画面 合成・表示 図形表現 図化（レンダリング） データ 解読 ファイル

  32. 最下層：ファイル共有 Thick Client 例 NFS, SMB (Windowsファイル共有) 画面 合成・表示 図形表現 図化（レンダリング） データ 解読 ネットワーク通信 ファイル実体 ファイル

  33. 最上層：Ｘウィンドウ Thin Client ネットワーク通信 画面 画面 合成・表示 図形表現 図化（レンダリング） データ 解読 今時は Windows でも可能（リモートデスクトップ） ファイル

  34. 第2層：ウェブデータサービス 類例多数 気象界： Pandora, ADDEOPeNDAP/DODS GIS界: ESRI ArcSDEOGC WFS/WCS Thick Client 画面 合成・表示 図形表現 図化（レンダリング） ネットワーク通信 データ データ 解読 ファイル

  35. 真打登場：ウェブマップサービス Thin Client 画面 合成・表示 ネットワーク通信 図形表現 図形表現 図化（レンダリング） データ 解読 OGC による WMS 規格が急速に普及 Google Maps API ファイル

  36. WMS 規格 • Open Geospatial Consortium が策定 • ISO 19128 になった • すごい簡単 • 要するに CGI のパラメタ命名規則 http://host.domain/server.cgi?service=WMS&version=1.1.1&request=getMap&srs=EPSG:4326&bbox=110,20,160,50&format=image/png&layers=base,grid,warning

  37. “SRS=EPSG:4326” とは • EPSGコード：座標系番号 • 世界中のあらゆる測地系・地図投影法・座標系を１つの番号で表現 • EPSG （欧州石油探査グループ）とりまとめ • 現在はOGP（国際石油ガス生産者協会）と改称 • 誰からでも随時追加要求受付 • 年２回程度リリース

  38. WMS の長所 • 対応ソフト多数 • サーバ：商用（ArcIMS等）・フリー（Mapserver等） • 描画ソフト • ArcGIS, MapInfo, uDig, Mapserver, … • 気象用でも Unidata IDV • ブラウザからだって呼べる • 多くの組織からリアルタイムに集めた多様なデータを重ねられる • ひとつのデータから多様な図法図郭の地図

  39. WMS の短所 • 水平地図だけ • 要求集中時のサーバ負荷 • 図郭が違うと別途画像生成が必要

  40. Google参入 • Google Maps API 公開 (2005.6.29) • 任意ページに地図挿入 • 無料・要登録 • JavaScript で利用者データを書き加え可能 • Web 地図作成市場のローエンドを制覇

  41. Google Maps の高速化技法 • 全世界をタイル分割 • 任意の位置を既存タイルの組み合わせで描画 • 高速応答、低負荷 • 透明GIFの重ね合わせ • アイコン等に使用 • スクロールはブラウザ内で行う • 通信発生せず • Ajax: Asynchronous JavaScript XML

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