様々なFOSS4Gツールによる

地形解析の紹介Topographical analysis by FOSS4G tools

縫村崇行*1・平松孝晋*2

（*1 名古屋大学、*2 アジア航測）

FOSS4G 2012 Tokyo/Osaka

Takayuki Nuimura*1・Takahiro Hiramatsu*2

（*1 Nagoya University、*2 Asia Air Survey co., ltd.）

地形解析とは

● 数値標高モデル（DEM）を用いた定量的地形分析Quantitative land surface analysis using Digital Elevation Model

● 画像処理技術を地表形態計測に応用しているApplication of image processing for land surface measures (geomorphometry)

● 高解像度DEM、全球DEMデータが利用しやすくなったImprove the availability of DEM (ex. SRTM, LiDAR)

● FOSS4Gツール開発と地形解析研究が活発化したRapid growing field of study, development of FOSS4G tools

一般的なGISによる地形解析の区分

Classification of topographical analysis on GIS

● DEMによる様々な地形指標の計算Topographical index

● 測量データからのDEMの生成Interpolation from field measurements

● 様々な地形指標/データの可視化Visualization of topographical index/data

● DEMベースのモデル計算DEM based simulation

GISによる地形解析Topographical analysis by GIS

地形解析ができるオープンソースGISOpen source GIS software capable for topographical analysis

OSGeoのプロジェクトのソフトウェア

OSGeo projects

● GDAL コマンドベースで空間データ処理、速い

Command based utilities, high speed calculation

● QGIS GUIベース、直感的に扱いやすい

GUI base, good usability

● GRASS 空間解析の種類が非常に豊富

So much spatial analysis functionsQGIS GRASS

地形解析ができるオープンソースGISOpen source GIS software capable for topographical analysis

その他のオープンソースGIS Not OSGeo projects

● SAGA 空間解析の種類が豊富、地形解析に強い

So much analysis functions, especially topographic analysis

● GMT 空間データを綺麗に可視化可能

Beautiful visualization of spatial data

● R 統計解析に強い。もちろんGIS解析も

Statistical analysis (including GIS analysis) SAGA R

地形解析手法の分類Categories for topographical analysis

● 補間手法 interpolation algorithmsNearest, Bilinear/Bicubic, Spline, Kriging

(GDAL, QGIS, GRASS, SAGA, GMT, R)

● 近傍解析 neighboring analysisFocal mean/median, roughness

(GDAL, QGIS, GRASS, SAGA, GMT)

● 地形指標 topographic parametersAspect, Slope, Curvature

(GDAL, QGIS, GRASS, SAGA, R)

● 水文解析 hydrological analysisFlow direction, Basin,

(QGIS, GRASS, SAGA)

GDAL● gdal_contour

等高線データの生成

Generation of vector contour file

● gdaldem陰影図、傾斜、斜面方位、段彩図、起伏指数、位置指数、粗度hillshade, slope, aspect, color-relief, TRI, TPI, roughness

● gdal_gridIDW、移動平均、最近隣法などにより、

点データからラスターに補間Raster generation using IDW, moving window, nearest neighbor interpolation from points.

QGIS (plugin)

● GdalTools GDALに含まれるコマンド群の GUIフロントエンド

GUI front end of GDAL utilities

● ラスター空間解析 raster terrain analysis

　 gdaldemのGUIフロントエンド

GUI front end of gdaldem

● 変換 interpolation

IDWやTINにてベクターからラスターに変換

Converting vector to raster using IDW/TIN

GRASS GIS

● ラスター/地形解析Raster / Terrain analysis

等高線 (r.contour)、

陰影図 (r.shaded.relief)、 傾斜と方位 (r.slope.aspect)、 地形分類 (r.param.scale)

● ラスター/水文モデリングRaster / Hydrologic modeling

流線 (r.flow)、集水域解析 (r.watershed)

http://grass.fbk.eu/gdp/html_grass64/r.param.scale.html

GRASS GIS

● ラスター/近傍処理 Raster / Neighborfood analysis

Windowサイズと各種統計値を選択しての近傍分析

(r.neighbors)→平滑化、起伏量、接峰面など

● ラスター/曲面補間 Raster / Interpolate surfaces

点からスプライン(v.surf.bspline)やIDW(v.surf.idw)で補間。点&線から補間(v.surf.rst)。Converting vector to raster as IDW/TIN interpolation

SAGA GIS● 地形計測 Morphometry

傾斜、方位、曲率、累積高度曲線

　　　接谷面、比高、斜面位置、谷幅-深さ比

　　　 Basic and state-of-the-art methods

● 水文解析 Hydrology

地形指標(LS-Factor, Topographic Wetness Index)

　　　Hydrological indeces

● 日照解析 Lighting

日射量、天空率、開度

Insolation, Sky View Factor, Openness

SAGA GIS● シミュレーションSimulation

水文モデル（IHACRES, TOPMODEL, Kinematic Wave）

　　　 Hydrological modelling and runoff simulation

● 画像解析 Imagery

教師つき・教師なし分類、領域分割

　 　　 Classify and segmentation for Digital Elevation Model

● 空間統計 Spatial & Geostatistics

　　傾向面、クリギングによる分析・補間

　　 Regression analysis, Kriging

GMT

● blockmean, blockmedian, blockmode近傍フィルタ（window内の平均、中央値、最頻値）GUI front end of gdaldem

● nearneighbor, surface, triangulate最近隣法、スプライン、TINで内挿補間

GUI front end of GDAL utilities

● grdgradient傾斜と方位の計算、陰影図作成にもConverting vector to raster as IDW/TIN interpolation

R (packages)

● rgdalGDALライブラリでGISデータの読み書きを可能にFor reading/writing GIS data using GDAL library

● gstat地理空間解析 (クリギングなど)Geostatistical modeling (ex. kriging)

● rasterラスターデータの処理 (地形解析も)Raster data analysis, including topographic analysis

● rasterVisラスターデータの可視化Visualization of raster data

1. 水系網、流域界の算出　Delineate watershed and river network

2. 流域ごとの正規化勾配(S)、累積高度曲線(HI)、河床縦断曲率(SCI)の算出 Calculate indices associated with tectonic uplift (channel profile, hypsograph, and other indices)

3. 隆起量と流域地形指標の比較・評価 Evaluate stream power law and incision rate

解析事例（流域地形指標による地殻変動量の推定）

Introductions for practical application (tectonic geomorphology)

SAGA / QGIS

SAGA / R / QGIS

HIの大きい流域は

→侵食が進んでいない

→周囲より隆起速度が大きい

解析事例（ヒマラヤの氷河の高度分布の解析）

Introductions for practical application (DEM analysis for Glaciology)

Multi temporal DEMs

Elevation change

Altitudinal distribution

Trend analysis Visualization

R GRASS

まとめ

● QGISのプラグイン (GDAL, GRASS, ManageR, SEXTANTE) を通してかなりの種類の解析は可能 Various analysis are available through QGIS plugin

● GIS解析のバッチ処理はGDAL, GRASS, SAGA GDAL, GRASS, and SAGA have advantage for batch GIS analysis

● 統計解析+グラフ作成のバッチ処理はR R has advantage for combination of statistical analysis and visualization

● きれいなグラフ作成はGMT GMT is best for beautiful visualization