2020 Okayama.R #1 特別講演: RとWebGISによる環境汚染物質分布評価

1. +Prediction Point
Observation
Okayama.R #1 ; 25/Jan/2020 - 岡山大学
RとWebGISによる環境汚染物質分布評価
An evaluation of Distributions of the Environmental
pollutants by (Web)GIS and R
山川 純次 (岡山大学大学院自然科学研究科)
Junji Yamakawa (Graduate School of Natural Science and Technology,
Okayama University)

2. (Web)GIS と R により
環境汚染物質の分布を評価する手法について
•(Web)GIS の機能を補う
•GNU R
• www.r-project.org
• rgdal, gstat
•クリギング法
• 離散的な観測点から得られる
データを空間補完
• データの空間依存性に基づく
Nugget
Sill
Range
Semivariance
Distance
1
2
3
0

3. GISアプリケーション
•GDAL: 地理空間情報データ抽象化ライブラリ
(FOSS4G, OSGeo supported)
• www.gdal.org
•jSTAT MAP: WebGIS
• Makita, Naoki (2016); jSTAT MAP: A New Geostatistics Web
Service for Small Area Census Data and its Impact
Statistical Journal of the International Association of Official Statistics,
Vol. 32, No. 4, pp.471-479, IOS Press (2016)

4. jSTAT MAP はフリー WebGIS です
•jSTAT MAP
• https://jstatmap.e-stat.go.jp/
•WebGIS
• ブラウザ・ベースで稼働
•各種の地理データや統計データを登録
• 国勢調査，経済センサス
• 地理院地図，Google map, 航空写真

5. 地図表現における彩色はバリアフリーなものを
使用しています

6. 2色型対応彩色は他にもあります
•COLORBREWER 2.0
- http://colorbrewer2.org/#type=sequential&scheme=RdPu&n=9

7. データ形式と投影法を限定して
解析を単純化します
•単純化は GNU R (rgdal) を使って実行します
• データ形式: CSV と Shapefile
• 投影法: 直角座標系
• WebGIS 用の投影法: 地域メッシュコード

8. 今回解析した地球環境データ
•岡山市全域(岡山県南部)の年平均オキシダント濃度とPM2.5濃度
•国立環境研究所より公開されている観測値(年平均値)
• http://www.nies.go.jp/igreen/
• Oxidant: 2006年
• PM2.5: 2015年
•(Web)GIS で分析するので地域メッシュ(3次メッシュ，1km)に基づく解
析を行う

9. 予測グリッドの位置情報には総務省統計局から提供されている
市区町村別メッシュ・コード(3次: 1.0 km間隔)を採用
https://www.stat.go.jp/data/mesh/m_itiran.html

10. 地域メッシュコードを直角座標系に変換
( 緯度/経度 (EPSG:4326) を経由 ) JGD2000 CS V (EPSG:2447)
緯度：=(LEFT(M1,2)/1.5*3600+MID(M1,5,1)*5*60+MID(M1,7,1)*30)/3600
経度：=((MID(M1,3,2)+100)*3600+MID(M1,6,1)*7.5*60+MID(M1,8,1)*45)/3600
(c.f. https://www.erde.co.jp/blog/?p=646)

11. 観測データ(年平均オキシダント濃度と PM2.5濃度)を
GeoJSON形式に変換
•観測データ
• 国立環境研究所「環境数値データベース」
• http://www.nies.go.jp/igreen/index.html
•投影法
• JGD2000 CS V (EPSG: 2447)

12. GNU Rで地球統計解析計算を実行
•実行環境は全て Source Codes から野良ビルド
• GNU Emacs / ESS
• GNU R
• Packages
•個人情報保護下での
解析システムに向く?

13. ライブラリの依存
•GNU R
• readline, lib, limping, jpegsrc, tiff, HDF5, netcdf-c, netcdf-fortran,
xz, pcre, TeXinfo
•rgdal
• sp, LearnBayes, deldir, coda, gtools, gdata, gmodels, spData,
expm, spdep, maptools
•gstat
• lattice, zoo, xts, intervals, spacetime, FNN

14. ## Make an experimental semivariogram object for
## the objective variable data OX.fit
OX.var1 <- variogram(OX~1, locations=OX.data, data=OX.data,cutoff=80000);
OX.vgm <- vgm(model="Sph", nugget=4.0,
fit.sills = TRUE, fit.ranges = TRUE, fit.nugget = TRUE);
OX.fit <- fit.variogram(OX.var1, OX.vgm);
plot(OX.var1, OX.fit, pch="+", cex=2,
pl=TRUE, col="blue", main=“OX”);
model psill range
1 Nug 5.846807 0.00
2 Sph 3.807014 30720.82

15. 解析結果を CSV形式にまとめ
jSTAT MAP へインポート

16. jSTAT MAP で各種地理情報や統計と空間演算を行い
定性的・定量的に検討します
Oxidant (2006年) PM2.5 (2015年)

17. jSTAT MAP で各種地理情報や統計と空間演算を行い
定性的・定量的に検討します
PM2.5 が 15μg/m^3 以上の地域と人口密集地 https://www.nies.go.jp/kanko/kankyogi/64/column2.html#description

18. WebGIS と GNU R で環境汚染物質分布評価
•地球統計解析を R言語で実行して
WebGIS の機能を補完
•WebGIS は iPad や Chromebook 等でも
利用可能
•バリア・フリー彩色で計算結果を表現すると，
より多くの方々と結果を共有できます
•地図に関する知識，
特に投影法に関する知識が重要

19. 山川純次 (2020)
山川 純次 (岡山大学大学院自然科学研究科)
Junji Yamakawa (Graduate School of Natural Science and
Technology, Okayama University)
RとWebGISによる環境汚染物質分布評価
An evaluation of Distributions of the Environmental
pollutants by (Web)GIS and R
Okayama.R #1 ; 25/Jan/2020 - 岡山大学