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    使ってみよう
    ガイアソフト





GISエンジンについて

【GIS(Geographic Information System)=地理情報システム】
私たちの身の回りの様々なモノが何処で、どうなっているかをコンピュータ上の地図を使って理解するためのシステムです。
GISは、本質的にはデータベース管理システム(DBMS:Data Base Management System)の機能とよく似ていて、単なる図形処理・表示システムではありません。 DBMSが表形式のデータを扱うのに対し、GISは地図などに代表される空間データを扱い、空間形式DBMSといえます。
GISの最大の特徴は、従来のDBMSのように表側からデータを制御(操作)できるのはもちろん、空間(地図)側からもデータを制御(操作)できることです。 

■GIS地理情報システムには4つの基本的な要素があります。
データベース(DB)の生成と維持
空間及び非空間要素の結合
解析
データの整備(入力・編集)

■GISシステム構築ツールとしての"ガイアソフト"は、Windows環境で稼動し、2次元から3次元まで処理できる本格的なGISソフトウェアのエンジンです。
GIS作業において考えられる機能要求は、多様で高度化していく場合が少なくありませんが、その設計思想によりそれらの要求に柔軟に対応できます。
従って、GISエンジン"ガイアソフト"上に開発されたソフトシリーズは、機能の拡張追加などを容易に行うことができます。

◎これらの4要素に対するガイアソフトの特徴(設計思想)は次のようになります。



1.データベース(DB)の生成と維持
GISに限らずシステム化の主眼は、データベース(非空間、属性データ)の利用にあり、データベースを利用する場合の重要項目は、データベースの設計にあります。
この設計思想に基づき、ガイアソフトでは、非空間データベースは市販のDBMSを採用し、空間データベースからの独立性の確保と自由な設計が可能な仕様となっています。    

■空間データとは?
空間データは、各種地図などで使用されているシンボル・線・円弧・文字列から構成されます。
道路地図、航空図、海図、電話架線、自然資源図などはその例です。
空間データは、一連の座標点からなります。これらの各点は座標XとY(緯度と経度)を用いてコン<ピュータに保存されます。
3次元モデルでは、標高(Z座標)も保存可能です。
◎当システムでは、空間データは次の4つの基本要素を持つモデルで保存します。
フィーチャー(パーツ、コンポーネント、部品)
フィーチャークラス(レイヤー、層と呼ばれるものに相当)
主題 (地図とデータの対応)
空間データベース(デジタル地図ファイル)
(1)フィーチャー(feature)=地物
フィーチャーは、空間データモデルの基本要素です。地図上で現実の世界を現すのに用いられ、4つの型にわけられます。
((1))シンボル(記号):単一点の位置と関連する目標を表すのに用います。
システムに予め用意されたマークや記号を選択して用います。
((2))テキストフィーチャー(文字列):地理的目標の識別、あるいは注釈などを作成するのに用います。
街路名、ビル位置、住所識別名があります。
((3))円弧:点と半径によって規定されたパラメトリック曲線あるいは円です。
((4))線 : 線自身が関与するある種の特性によって関連付けられた一連の座標点を表すのに用います。 道路、河川、境界などがその例です。
(2)フィーチャークラス=レイヤー、層
共通の特性を持つフィーチャは、フィーチャークラスと呼ばれる一つのグループとして結合することができます。一つのフィーチャークラスは、シンボル、文字列、円弧、線の組み合わせを包含したものです。 フィーチャークラスの数が多いほど目的別細分化表示が可能です。


2.空間及び非空間要素の連結
GISの基本仕様である位相構造化の空間データベースを採用しています。
空間・非空間データの関連は、主題という概念を取り入れ、理解し易い設計となっています。
主題とは、「そのテーマ(主題)を構成する空間データの要素(階層)と、その空間データに関連
する非空間データベースの要素(テーブル名など)との関連を記述した定義」です。

■空間データ加工処理
トポロジー(位相構造)の構築
検索や対話形式の解析を行う前にネットワーク主題と領域主題とを持つ個々のフィーチャー間で位相的関係が確立されなければなりません。
未構成のデータを編集してトポロジーを作成するための空間データ整備機能を提供します。
整備機能内容: ダングルのフラグ処理、ダングルの消去、ダングルの隠蔽、ダングルの延長、ダングルの数の計算、トポロジーの作成、微小ポリゴンのフラグ処理、微小ポリゴンの削除、オーバーラップのフラグ処理、削除、数の算出、ラインの切断、不正ポリゴンのフラグ処理、不正ポリゴンの数の算出、主題の作成、更新、削除、重心の作成
◎コマンドによりトポロジーを構築し、トポロジー構造により正しい検索、解析が可能となります。
例えば地図上で点にしか見えない境界線(ノード)は、拡大するとクロスしたり、つながっていなかったりします。これを一点に修正し完全なトポロジー構造にします。
■空間フィーチャーと属性データベーステーブルとのリンク
データベースのキーを空間フィーチャーに指定して、フィーチャーを属性データレコードにリンクさせます。
リンク方法 ((1))連番を割り当てる
((2))ラスターのグリッドセル内の属性値を割り当てる
((3))領域主題の図心内の属性値を割り当てる
((4))関連する文字列を値として割り当てる

【トポロジー(topology)】
点、線、面等の図形要素間(フィーチャーなどの空間要素の位置的関係)の位相構造を意味します。
点は地図上において(x,y)座標で位置決めし、線は点の連続したものです。面は線によって囲まれたものです。これらの関係を管理できるような構造をもったデータです。
本格的な空間解析を行うにはトポロジー情報が必須です。特に隣接関係がきちんととれるかどうかによってポリゴントポロジー
の情報の質が判断できるといわれています。 これは湖の中の島を空間的にどのように認識させているかでも判断できます。
【ポリゴン(polygon)】
二次元の空間において閉じられた領域の地理実体を表現する場合に使われます。 領域は、線の起点・終点である点(ノード)、点と点を結んだ線、線で囲まれた面(ポリゴン)を基本的なデータ要素としています。
ポリゴンで表現される領域には、市区町村などの行政界や公園などの場所があり、ときには建物もその形をポリゴンで表現する場合があります。ポリゴンで表現された領域は、その面積や周囲長などを算出でき、領域の内外を判断したり、領域を塗りつぶすなどもできます。    ガイアソフトは、島状ポリゴン(ポリゴンのなかにあるポリゴン)にも正確に対応します。
3.解析
GISの基本機能です。
解析(バッファリング、主題オーバーレイなど)機能はもちろん、解析で利用する空間データベースの整合性のチェックと編集機能を提供しています。
これは、初期入力で作成したデータの整合性・妥当性をチェックし、不備(例えば、面処理での閉じていない箇所の情報など)に対しても、その不備な箇所の検索機能と修正処理を可能にしています。
■空間解析
空間解析を利用する各分野で、その使用目的に対応する機能や管理ができます。
・マーケティング ・環境管理 ・天然資源 ・森林資源管理 ・土地管理及び利用 ・不動産分野・ガス、電力、水道などのライフライン管理・整備 ・人口統計分野 ・輸送、経路探索分野 
・教育分野
■主題=テーマ
属性データベースと地理的図形データの関連を主題(テーマ)といいます。
主題は、属性データをどのように活用するか、その解析目的によっていくらでも設定できます。
GISではこのテーマに対して解析を行います。
基本的に、フィーチャ主題、領域主題、ネットワーク主題、ラスタ主題、TIN主題などがあります。
((1))フィーチャー主題
シンボル、文字列、円弧、線フィーチャーが個々にデータベースキーを通して属性データベースに関連付
けられるフィーチャークラスからなります。

((2))領域主題
円弧及び線フィーチャーで閉じたポリゴンを形成するフィーチャークラスから成ります。
書いたポリゴンは、個々に属性データベースレコードと関連付けされます。
位相学的関係は、ポリゴンの境界で定義される線形フィーチャーならびにポリゴン境界の交点で作られるノードでもって、ポリゴンの接続性と連続性を管理するために用います。

((3))ネットワーク主題
円弧及び線ベースのフィーチャークラスから形成されます。
個々では円弧と線とが、その端と端が結ばれ、位相構造を形成します。これをネットワークといいます。ネットワーク位相は、リンク(線形フィーチャー)とノード(リンクの交点)から作られ、各リンクあるいはノードは、属性レコードと関連しています。
((4))ラスター主題
ピクセルと呼ばれる同一サイズのグリッドセルの2次元マトリックスから作られています。
各ピクセルには1個の属性値が与えられます。異なった属性値はレイヤー(階層)と呼ばれる別々のファイルに保存されています。      
キ)TIN主題(Triangulated Irregular Network:不規則三角形ネットワーク)
TIN主題は、不規則に分布したサンプル点を結んだ一連の三角形を用いるものです。
各サンプル点には1個の数値が与えられます。従ってその他の異なった属性はレイヤーと呼ばれる別々のファイルに保存されます。標高や降雨量などがその例です。

■空間データベース 
フィーチャーは、継ぎ目の無い単一の空間データベースファイルに保存されます。
■空間解析はどのように行われるか? 
各空間フィーチャーに対するデータベースのキーを作るために編集機能を使用して、 空間データベースと属性データベースに保存されているレコードとの間にリンクを確立させます。
解析操作は、Windowsにある空間フィーチャーを選び、属性データベースを検索するために、それに関連したデータベースキーを用いることにより行われます。
*ディスプレイに表示された地図上の任意の地点をクリックすると、その地点に関する情報(属性データ)が表示されます。(属性データ表示機能)
逆に、その地点の情報を入力すると、ディスプレイに表示された地図上の該当する地点を画面中央に表示します。

■解析(ベクターベース) 
((1))計測   : 距離測定、面積測定
((2))地図フィーチャーの選択 : 円内にあるフィーチャーの選択、ポリゴン内の点指定
((3))住所マッチング
((4))ネットワーク解析
最短経路(コスト等条件設定可)
到達範囲(コスト等条件設定可)
特定の点から指定された距離内にはいるすべての線形フィーチャーは、ネットワークフィーチャーとして認識されます。 出発点を選び、キャッチメント距離を指定します。
バッファー付最短距離
バッファー付到達範囲(オーバーレイデータ抽出)
キ)マップフィーチャーの選択
多角形内にあるフィーチャーの選択
バッファー付最短経路
検索を用いた円内にあるフィーチャーの選択
普遍化されたポリゴン(ポリゴンの統合)
ポリゴンバッファーによるフィーチャーの選択
【オーバーレイ(overlay)】
複数の図形を組み合わせて新たな図形を作り、もとの図形にあったデータを収集する機能です。
【バッファリング(buffering)】
点、線、面等、指定された図形から等距離にある点を結んだ曲線を作成し、囲まれた範囲にあるデータを収集する機能です。
■3次元モデルによる解析
ベクトルベースの主題と異なりデータベース属性は、各ラスターレイヤーを構成している個々のピ
クセルに与えられています。つまり外部属性データベースはありません。

((1))ラスターレイヤーの作成(分類、指標化)
領域主題からのラスターレイヤーの作成
ネットワーク主題からのラスターレイヤーの作成
標高データからのラスターレイヤーの作成
点データからのラスターレイヤーの作成
指標化によるラスターレイヤーの作成

((2))地表解析
方位解析
傾斜解析
河川流域解析
眺望解析
((3))断面図表示、鳥瞰図表示(行政界等他レイヤー重ね表示)
((4))ラスター地図より等高線作図機能・等高線をデジタイズして鳥瞰図表示

【ベクター(vector)】
図形の情報(色、かたち、位置など)をすべて数値(数式)によって管理しています。
実世界を個々の形のままで表現しそこに属性情報を持たせています。
従って境界線や線分で分割できるデータ(行政界、道路網、鉄道網など)を主として扱います。
拡大縮小しても品質が落ちない(ギザギザにならない)、線の自由な変形が可能、データ容量が少なくて済むのが利点

【ラスター(raster)】
一枚の地図を点の集合体(ドット)として認識する形式で、一般的なお絵かきソフトはこの方式です。
画像ソフトで作成した画像も利用でき、入力の手間も余りかからず、費用が安いなどの利点がある反面、拡大していくと線がギ
ザギザになり、ドット単位で絵を認識することから、ドット以上の正確な座標の指定はできないという欠点があります。


4.データの整備(入力・編集)
GISの本来の目的は、空間データを利用したデータ解析と新たなデータベースを派生できる点にあります。(主題図のオーバーレイ機能)  
ガイアソフトでは、解析機能のみに限定せず、初期空間データの入力(デジタイズ機能)、編集機能も有しています。さらに、印刷を含めた出力機能も同時に提供しています。

■空間データ(入力、加工、データリング)
1)空間データ入力
空間データ(地図データ)の取り込み
オンスクリーンデジタイジング:
航空写真、図面地図などをスキャンすることによって画像背景を基に空間フィーチャーを付加した  
り消去したりすることができます。
デジタイジングを支援する特性には、次のものが含まれます。
点へのスナップ、終点へのスナップ、線へのスナップ、点追加、点除去、点更新、直角補正、グリッド表示、グリッド設定
2)外部データの入力
DXF、 SHAPE、 XGML, GMLファイルの取り込み
その他ファイルの取り込み
すべてのデータの取り込みが可能(但し、データフォーマットが明示されること
ユーザープログラムにより外部データの取込み可能 )
※市販のデータベースシステムであるdBASE,Oracleなどにも対応するため既存の蓄積データの利用ができます。
3)ポイントデータの入力:
 緯度経度付きのテキストデータを取り込めます。
CSV形式の地理行列、統計データ(キー項目による紐付け)
4)画像入力
航空写真、地理基準地図など画像地図を背景図として表示
※以上の方法で入力したベクトルデータを提供するコマンドでトポロジー構造に変換し、GIS解析を行うことができます。


ガイアソフト機能表

機能
機能評価
備考
地図表示機能
階層別の表示・非表示
レイヤ及びフィーチャークラス単位での表示・非表示が可能
拡大・縮小
移動
領域指定
総描
アプリケーションで制御(表示・非表示)対応可能
ラスタ地図データの重合せ
編集機能
点データ
線データ
面データ
閉図形、位相構造化としての面対応も可能
属性データ
アプリケーションから直接DB処理操作も可能
図形属性関係付け
入出力機能
入力
マウス、デジタイザー対応
出力
インポート
DXF,ARC/INFO、数値地図、Shape、G-XML
エクスポート
DXF,ARC/INFO、Shape、G-XML
データ転送
印刷
マイクロソフト標準印刷機能に対応
検索機能
索引検索機能
属性検索機能
図形検索機能
描出機能
計算機能
距離計算
ネットワークの収集は標準機能、単純集計はアプリケーション対応、既存線の類型はアプリケーション対応
面積・周長計算
空間解析機能
バッファ生成機能
主題図作成機能
メッシュ解析機能
高度空間解析
主題図オーバーレイ
ネットワーク解析機能
最短経路算出は指定された2点間。他機能もネットワーク情報を空間DBとして保有するためアプリケーションで対応が可能
領域分割機能
等高線生成機能
提供する2つの開発ツール:
(1)メニューシステムによるGISアプリケーション操作(プロトタイプ処理を行う場合)
(2)C、C++、Visual Basic、Power Builderなどの開発言語で作成されたGISアプリケーション操作
(エンドユーザーにGISアプリケーションを配布する場合)
属性データとしてデータベースをアクセスする場合―SQL言語
空間データベースをアクセスする場合------------S2QL言語
(これにより100以上のコマンドを使い空間データベースの検索が可能)


 


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