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FOSS4Gを利用した
水害時避難経路探索システムの構築




 FOSS4G2010 Osaka   嘉山陽一
自己紹介


• OSGeo.JP 運営委員
• GISA 学会 (FOSS4G 分科会)
• QGIS 日本語GUI 翻訳 コーディネータ
• GIS プログラマ 研究員
      朝日航洋株式会社
• Twitter ID @pokopen
システムの目的
• レーザー計測データの応用方法提案
• 空間データ利用システム作成にあたり
  FOSS4G利用の有用性を検証する
浸水想定区域図の整備
• 国土交通省と都道府県は2001年以来洪水予
  報河川および水位周知河川において水防法に
  基ずく浸水想定区域図を公表しています。

     ■浸水想定区域図を公表する河川
     洪水予報指定河川
     ・国土交通大臣指定河川
     ・都道府県知事指定河川
     避難判断水位(特別警戒水位)への水位の到達情報を通知およ
     び周知する河川(水位周知河川)
     ・国土交通大臣指定河川
     ・都道府県知事指定河川
浸水想定区域図




http://www.ktr.mlit.go.jp/tonejo/saigai/sinsuisoutei/tonegawa_zentai.pdf
洪水ハザードマップの整備
• 河川管理者から提供された浸水想定区域及
  び想定される水深を表示した図面(浸水想定
  区域図)に洪水予報等の伝達方法、避難場
  所その他洪水時の円滑かつ迅速な避難の
  確保を図るための必要な事項などを記載し
  たものであり、平成17年に改正された水防
  法第15条に基づき、浸水想定区域を含む市
  町村の長は、洪水ハザードマップを作成し、
  各世帯に提供。
市町村で作成した洪水ハザードマップ




http://www.town.itakura.gunma.jp/kurashi/kinkyuu/hazard.html
関東地区のハザードマップ整備状況




http://www.mlit.go.jp/river/bousai/main/saigai/tisiki/syozaiti/pdf/hm-kanto.pdf
浸水想定区域の計算単位
               浸水位 250m                             地形 50m




http://www.mlit.go.jp/river/shishin_guideline/bousai/press/200507_12/050705/050705_manual.pdf
50m grid を地形に重ねてみます
2m grid と 50m grid の比較




         2m              50m
50m gridより 2m grid のほうが細かい
     単位で浸水判定を行える




           2m            50m
より細かいgridを利用し
   たほうが
浸水判定を詳しくできる
細かいgridの地形データ
はどのように作成できる
   でしょうか
LiDAR を利用すると細かい地形データ
         を取得できます                                           ALMAPS



                GPS on aircraft
               航空機の空間位置情報
                  X1,Y1、Z1




                                    IMU
           Laser Scanner          航空機の姿勢および
           レーザー照射角                  加速度情報      Ground GPS
           および往復時間                 ω,φ、κ、a    航空機の空間位置
               θ,t                              の補正情報
                                               X2,Y2、Z2




LiDAR System
                                               AERO ASAHI CORPORATION
ALMAPS(Asahi Laser MAPping System/Aerial Lidar Mapping)
LIDARを利用した2m grid 地盤高データ
を利用して細かい地形単位の浸水判定を
行えるようになった


                   2m


             2m


                  2m




     2m
LIDAR データを利用して
浸水想定領域図を再作成
想定浸水深データは想定破堤箇所別に作成。
 破堤後10分単位の時間別ラスタデータ。
    各ピクセルは浸水深の数値
            40minute


                                  30minute




 50minute

                                  20minute




                       10minute




 60minute
想定浸水深の状況を破堤後経過
 時間別にみることができます
破堤後10分
破堤後20分
破堤後50 分
破堤後120 分
破堤後180 分
このような細かい単位の想定浸水深
    データを利用すると
• 道路ネットワークデータをオーバーレイして利
  用するれば浸水していない道路のみを利用し
  た経路探索ができないだろうか?
そのようなシステムの作り方は?
経路探索システムを作成する場合
• pgRouting というオープンソースのシステムが
  ある
pgRouting は最短距離探索のため
       の優れたシステム
pgRoutingではSQLの条件式で表現できる
   ものは検索条件として付加できる

• PostGIS/PostgreSQLの条件式として条件を記
  述.
• PostGISでは地物間の空間位置関係判定を
  関数として利用できる.
• PostGIS の関数を利用すれば地物間の空間
  的位置関係をpgRoutingの検索条件に利用で
  きる.
しかし!!
• リリースされている安定版PostGISではベクタ
  タイプのジオメトリしか利用できない(ラスタが
  扱える版もある).
• LIDARデータと想定浸水深データはラスタデ
  ータ.
• 想定浸水深データは(安定版)PostGISの空
  間関数では利用できない.
pgRoutingでラスタデータを利用できな
            いか?
• 想定浸水領域のラスタをポリゴンのようなベ
  クタデータに変換できればPostGISの空間関
  数で利用でき、pgRoutingでも利用できる.
• そのような機能を持ったプログラムは?
GRASS
• GRASSは最も古い世代のオープンソースGIS
• ラスタ、ベクタに関する豊富な機能をもつ
データ変換手順                                     START




                         Import raster of flood area to GRASS mapset
                                            r.in.gdal




            Select the pixels from raster these are submerged =( depth >= 0.3m).
       Create a new raster using selected pixels with value 1 and other pixels with null.
                r.mapcalc "D_SINSUI_NEW = if (D_SINSUI_ORG >= 0.3,1,null())"
         (D_SINSUI_NEW is new raster name D_SINSUI_ORG is original raster name)




                                Convert the raster to the vector
 r.to.vect --overwrite --verbose input=D_SINSUI_NEW output=D_SINSUI_POLYGON feature=area




                          Export the vector of flood area to the shape
       v.out.ogr -c -e -p --verbose input=D_SINSUI_POLYGON type=line,boundary,area
                                       dsn=D_SINSUI_shp




     Make a SQL to load the shape file of flood area to the PostGIS/PostgreSQL database
             shp2pgsql -s 2451 D_SINSUI public.D_SINSUI_TBL > DSinsui.sql




    Execute the SQL to load the flood area polygons to the PostGIS/PostgreSQL database

                        psql -d dbname -U Username -f DSinsui.sql




                                             END
想定浸水深データを
GRASS mapset にインポート
r.in.gdal
浸水している領域の選択=( depth >= 0.3m).
        新規ラスタの作成
  ピクセル値 浸水域 1 その他はnull とする.



r.mapcalc "D_SINSUI_NEW = if
(D_SINSUI_ORG >= 0.3,1,null())"
ラスタをベクタに変換

r.to.vect --overwrite --verbose
input=D_SINSUI_NEW
output=D_SINSUI_POLYGON feature=area
変換後polygon
変換したベクタを
     shapeファイル出力




v.out.ogr -c -e -p --verbose input=D_SINSUI_POLYGON
type=line,boundary,area dsn=D_SINSUI_shp
作成したshapeファイルを
PostGIS/Postgresql データベースにロード
以下の SQLで浸水領域を通らない経
      路探索が可能
SELECT vertex_id , edge_id , cost FROM
        shortest_path_astar(                     -- shortest path A star
'SELECT a.gid as id, source, target, cost as cost, x1, y1, x2, y2
    FROM ways as a where a.gid not in( select b.gid from ways as b,
    suishin_polygon_all as c where c.minute = 30
                                -- after 30 minute from bank break
   and ST_Intersects(b.the_geom,c.the_geom))‘
                   -- is geometries intersect? a function of PostGIS
 ,4799, 3962, false, false)
          /* source id, target id, directed, has reverse cost */
pgRouting を利用すると
•   ネットワークを使って経路探索を行える
•   しかし検索結果はSQLの答えの文字列のみ.
•   pgRoutingだけでは結果の地図表示はできない.
•   経路検索の結果を地図表示する方法は?
pgRouting の経路検索を
地図表示する方法はたくさんある
• OpenLayers のようなWEBマッピングシステム
• デスクトップGIS
     たとえば QGIS, uDig, gvSIG, Open JUMP
  etc……

• FOSS4G ツールはデータの相互利用がやり
  やすい例が多いので組み合わせ応用ができ
  る.
今回は QuantumGIS を利用
• インターネット無のスタンドアロン利用も想定
  された
• 日本語GUI(文部科学省宇宙利用で作成)が
  存在
• 外部プラグインとして
機能拡張可能.
pgRouting利用システム構成

                                         PostgreSQL
             QGIS
             Python
             Plug-in
QuantumGIS

                             Shelter s
                              Points
                                                           PostGIS


                              Flooded
                                area

                                               PgRouting

                               Road
                              network




                       DEM
避難所への経路

                  target point
                                               route




Submerged area




 overflow point




                                 Start point
浸水していな経路が無い場合



                                 Submerged area




  overflow point




                   Start point
破堤後10分の経路検索


  target point

                                                 route




                  Submerged area
 overflow point
                                   Start point
破堤後30分の経路検索

                                                 route

  target point




                  Submerged area
 overflow point
                                   Start point
到達圏検索




                Start point




Within 30 minute , reachable route by walking
                                        without submerged road
Demo
FOSS4G を利用することで
• FOSS4G を利用は柔軟な空間データの利用
  を可能にする(低コストで).
• pgRouting, PostGIS/PostgreSQL, GRASS,
  QGISは それぞれの分野で豊富な機能を持
  っている.
• このようなFOSS4Gプロダクトの組み合わせは
  空間情報利用分野における強力なソリューシ
  ョンとなりうる
謝辞

•    本研究を「国土交通省関東地方整備局管内氾濫
    解析基礎資料作成業務」に利用し,関係する方々の
    指導・助言・協力をいただいた.QuantumGIS,GRASS
    は文部科学省宇宙利用促進調整委託費の「
    FOSS4Gを利用した衛星データの利用のためのオー
    プン・リソースの構築」の日本語化成果を利用した.
    pgRouting, PostGIS, PostgreSQL,GRASS,
    QuantumGISはFOSS4Gコミュニティが作成・維持し
    ている成果を利用した.関係する官庁,企業,コミュニ
    ティの方々に感謝します.
ご清聴ありがとうございました

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