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R でリモートセン
                          シングハンズオン
                               T. Nuimura


                          はじめに
                          rgdal パッケージのインス
                          トール
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         縫村崇行             統計解析
    (NUIMURA, Takayuki)   統計処理
                          検定


                          地理空間データの
         名古屋大学            解析
                          rgdal とは
                          ラスター演算
                          データの可視化 (空間分布)
    FOSS4G2012 Osaka      データの可視化 (その他)


         2012/11/07       Appendix




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R でリモートセン
Outline                シングハンズオン
                            T. Nuimura
はじめに
                       はじめに
 rgdal パッケージのインストール    rgdal パッケージのインス
                       トール

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                       ラスター演算
 検定                    データの可視化 (空間分布)
                       データの可視化 (その他)

地理空間データの解析             Appendix

 rgdal とは
 ラスター演算
 データの可視化 (空間分布)
 データの可視化 (その他)

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R でリモートセン
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              T. Nuimura


         はじめに
         rgdal パッケージのインス
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今回使用するデータ                     Download                             シングハンズオン
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 ▶   2001–2010 年の月別気温データ (CSV 形式)1                                 はじめに
                                                                   rgdal パッケージのインス
 ▶   Landsat ETM+の band3 及び band4 (GeoTIFF 形式)                 2   トール
                                                                   Windows 版 R のおすすめ
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         USGS EarthExplorer (http://earthexplorer.usgs.gov/)
                                                                   R の基本操作
 ▶   CGIAR 提供の SRTM3 DEM (GeoTIFF 形式)2                             R の基本操作
                                                                   グラフ作成
         CGIAR-CSI (http://srtm.csi.cgiar.org/)                    外部データの入出力


                                                                   統計解析
                                                                   統計処理
                                                                   検定


                                                                   地理空間データの
                                                                   解析
                                                                   rgdal とは
                                                                   ラスター演算
                                                                   データの可視化 (空間分布)
                                                                   データの可視化 (その他)


                                                                   Appendix




        EarthExplorer
                                            CGIAR-CSI
 1
     ダミーデータ
 2
     300 m グリッドにリサンプリングしてある
                                                                                 4 / 36
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rgdal パッケージのインストール                                    シングハンズオン
                                                           T. Nuimura


                                                      はじめに
                                                      rgdal パッケージのインス
                                                      トール

R の起動                                                 Windows 版 R のおすすめ
                                                      設定


 ▶    Windows:プログラムメニューから R を選択                       R の基本操作
                                                      R の基本操作


      Linux:ターミナルで R と入力 (大文字なのに注意)
                                                      グラフ作成
 ▶                                                    外部データの入出力


                                                      統計解析

パッケージのインストール1 , 2                                     統計処理
                                                      検定


> install.packages(“rgdal”, dependencies=TRUE)        地理空間データの
                                                      解析
# その後でてくるダウンロードサーバ選択はどこでも OK                          rgdal とは

# 日本を選ぶとちょ         っと早いかも                             ラスター演算
                                                      データの可視化 (空間分布)
                                                      データの可視化 (その他)


                                                      Appendix




  1
    Windows では自動的に依存するパッケージもインストールしてくれる。
  2
    Ubuntu linux の場合は、 事前に OS のパッケージマネージャで、
”gdal”、”libgdal1-dev”、”libproj-dev” をインストールする必要がある。
                                                                    5 / 36
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Windows 版 R のおすすめ設定               シングハンズオン
                                       T. Nuimura


                                  はじめに
                                  rgdal パッケージのインス
                                  トール
                                  Windows 版 R のおすすめ
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                                  R の基本操作
                                  R の基本操作
                                  グラフ作成
                                  外部データの入出力


                                  統計解析
                                  統計処理
                                  検定


                                  地理空間データの
                                  解析
                                  rgdal とは
                                  ラスター演算
                                  データの可視化 (空間分布)
                                  データの可視化 (その他)


                                  Appendix




=⇒ 次の起動からは SDI1 モードになり、グラフが別ウィン
ドウで出てくるので見やすい。
 1
     シングルディスプレイインターフェース
                                                6 / 36
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R の基本操作                             シングハンズオン
                                         T. Nuimura


                                    はじめに
R の終了コマンド                           rgdal パッケージのインス
                                    トール
> q()                               Windows 版 R のおすすめ
                                    設定
# ワークスペースの保存についての質問は No で OK
                                    R の基本操作
                                    R の基本操作
                                    グラフ作成

作業ディレクトリの設定 (Windows の場合)           外部データの入出力


                                    統計解析
# 例えば C ドライブの hansdon フォルダの場合は      統計処理
                                    検定
> setwd(“c:/handson”)
                                    地理空間データの
# 又は                                解析
> setwd(“c:¥¥handson”)              rgdal とは
                                    ラスター演算
                                    データの可視化 (空間分布)
                                    データの可視化 (その他)
# ダメな例
                                    Appendix
> setwd(“c:¥handson”)

=⇒ パス中のバックスラッシュ (円マーク) は 2 つにするか、
スラッシュ1 つに置き換える必要がある。


                                                  7 / 36
R でリモートセン
数値入力と変数                             シングハンズオン
                                         T. Nuimura


                                    はじめに
数値の計算                               rgdal パッケージのインス
                                    トール
>2+3                                Windows 版 R のおすすめ
                                    設定
[1] 5
                                    R の基本操作
                                    R の基本操作
                                    グラフ作成
>2ˆ8                                外部データの入出力

[1] 256                             統計解析
                                    統計処理
                                    検定


変数                                  地理空間データの
                                    解析
> temp.dc <- 10                     rgdal とは
                                    ラスター演算
> temp.dc                           データの可視化 (空間分布)
                                    データの可視化 (その他)
[1] 10
                                    Appendix


> temp.df <- 9 / 5 * temp.dc + 32
> temp.df
[1] 50


                                                  8 / 36
R でリモートセン
グラフの基礎 (plot 関数)                                               シングハンズオン
                                                                    T. Nuimura


                                                               はじめに
1 変数のプロット                                                      rgdal パッケージのインス
                                                               トール

> temp <- c(10, 20, 15, 25, 20, 20)                            Windows 版 R のおすすめ
                                                               設定

> plot(temp)                                                   R の基本操作
                                                               R の基本操作
                                                               グラフ作成
                                                               外部データの入出力


                                                               統計解析
                          25




                                                               統計処理
                                                               検定


                                                               地理空間データの
                                                               解析
                          20




                                                               rgdal とは
                   temp




                                                               ラスター演算
                                                               データの可視化 (空間分布)
                                                               データの可視化 (その他)
                          15




                                                               Appendix
                          10




                               1   2   3           4   5   6

                                           Index




                                                                             9 / 36
R でリモートセン
グラフの基礎 (plot 関数)                                                          シングハンズオン
                                                                               T. Nuimura


                                                                          はじめに
2 変数のプロット                                                                 rgdal パッケージのインス
                                                                          トール

> year <- c(2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2011)                           Windows 版 R のおすすめ
                                                                          設定

> plot(year, temp)                                                        R の基本操作
                                                                          R の基本操作
                                                                          グラフ作成
                                                                          外部データの入出力


                                                                          統計解析
                         25




                                                                          統計処理
                                                                          検定


                                                                          地理空間データの
                                                                          解析
                         20




                                                                          rgdal とは
                  temp




                                                                          ラスター演算
                                                                          データの可視化 (空間分布)
                                                                          データの可視化 (その他)
                         15




                                                                          Appendix
                         10




                              2000   2002   2004     2006   2008   2010

                                                   year




                                                                                      10 / 36
R でリモートセン
グラフの基礎 (plot 関数)                                                                 シングハンズオン
                                                                                      T. Nuimura


                                                                                 はじめに
2 変数のプロット                                                                        rgdal パッケージのインス
                                                                                 トール

> year <- c(2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2011)                                  Windows 版 R のおすすめ
                                                                                 設定

> plot(year, temp, type=“l”, col=“red”, xlim=c(1990, 2020), ylim=c(0, 30))
                                                                                 R の基本操作
                                                                                 R の基本操作
                                                                                 グラフ作成
                                                                                 外部データの入出力


                                                                                 統計解析
                           30




                                                                                 統計処理
                                                                                 検定
                           25




                                                                                 地理空間データの
                                                                                 解析
                           20




                                                                                 rgdal とは
                    temp

                           15




                                                                                 ラスター演算
                                                                                 データの可視化 (空間分布)
                           10




                                                                                 データの可視化 (その他)


                                                                                 Appendix
                           5
                           0




                                1990   1995   2000   2005   2010   2015   2020

                                                     year




                                                                                             11 / 36
R でリモートセン
グラフの基礎 (histogram 関数)                                            シングハンズオン
                                                                      T. Nuimura


                                                                 はじめに

ヒストグラムの作成                                                        rgdal パッケージのインス
                                                                 トール
                                                                 Windows 版 R のおすすめ
> hist(temp)                                                     設定


                                                                 R の基本操作
                                                                 R の基本操作
                                                                 グラフ作成
                                       Histogram of temp         外部データの入出力
                           3.0




                                                                 統計解析
                                                                 統計処理
                           2.5




                                                                 検定


                                                                 地理空間データの
                           2.0




                                                                 解析
               Frequency

                           1.5




                                                                 rgdal とは
                                                                 ラスター演算
                           1.0




                                                                 データの可視化 (空間分布)
                                                                 データの可視化 (その他)
                           0.5




                                                                 Appendix
                           0.0




                                 10   15               20   25

                                             temp




                                                                             12 / 36
R でリモートセン
グラフの基礎 (histogram 関数)                                                    シングハンズオン
                                                                              T. Nuimura


                                                                         はじめに

大量のデータのヒストグラム                                                            rgdal パッケージのインス
                                                                         トール
                                                                         Windows 版 R のおすすめ
> hist(rnorm(10000))                                                     設定


                                                                         R の基本操作
                                                                         R の基本操作
                                                                         グラフ作成
                                         Histogram of rnorm(10000)       外部データの入出力


                                                                         統計解析
                                                                         統計処理
                             1500




                                                                         検定


                                                                         地理空間データの
                                                                         解析
                 Frequency

                             1000




                                                                         rgdal とは
                                                                         ラスター演算
                                                                         データの可視化 (空間分布)
                             500




                                                                         データの可視化 (その他)


                                                                         Appendix
                             0




                                    −4   −2          0         2     4

                                                rnorm(10000)




                                                                                     13 / 36
R でリモートセン
グラフの基礎 (histogram 関数)                                                   シングハンズオン
                                                                             T. Nuimura


                                                                        はじめに

大量のデータのヒストグラム                                                           rgdal パッケージのインス
                                                                        トール
                                                                        Windows 版 R のおすすめ
> hist(rnorm(10000), col=“lightblue”, breaks=100)                       設定


                                                                        R の基本操作
                                                                        R の基本操作
                                                                        グラフ作成
                                        Histogram of rnorm(10000)       外部データの入出力


                                                                        統計解析
                             400




                                                                        統計処理
                                                                        検定
                             300




                                                                        地理空間データの
                                                                        解析
                 Frequency




                                                                        rgdal とは
                             200




                                                                        ラスター演算
                                                                        データの可視化 (空間分布)
                                                                        データの可視化 (その他)
                             100




                                                                        Appendix
                             0




                                   −2             0             2   4

                                               rnorm(10000)




                                                                                    14 / 36
R でリモートセン
R で取り扱えるデータ                         シングハンズオン
                                         T. Nuimura


                                    はじめに
一般的なデータだと                           rgdal パッケージのインス
                                    トール
                                    Windows 版 R のおすすめ
 ▶ xls:csv   に変換しといたほうが簡単           設定


                                    R の基本操作
 ▶ csv:簡単に読み込める                     R の基本操作
                                    グラフ作成

 ▶ txt:csv 以外の文字(タブ、スペースなど)区切りデータ   外部データの入出力


                                    統計解析
 ▶ dbf:GIS   の属性テーブル情報を扱いたいときなど     統計処理
                                    検定


 ▶   画像データ:画像処理も                    地理空間データの
                                    解析
                                    rgdal とは
                                    ラスター演算

科学関連のデータでは                          データの可視化 (空間分布)
                                    データの可視化 (その他)


 ▶ GeoTIFF:リモセンデータ                  Appendix


 ▶ Shapefile:GIS   データ
 ▶ NetCDF:気候データで一般的




                                                15 / 36
R でリモートセン
CSV データ読み込み                                シングハンズオン
                                                T. Nuimura


                                           はじめに
                                           rgdal パッケージのインス
                                           トール


データのある場所に移動
                                           Windows 版 R のおすすめ
                                           設定


                                           R の基本操作
# Windows: C ドライブの handson フォルダの場合         R の基本操作
                                           グラフ作成
> setwd(“C:/handson”)                      外部データの入出力


                                           統計解析

# Ubuntu: /home/username/handson フォルダの場合
                                           統計処理
                                           検定


> setwd(“/home/username/handson”)          地理空間データの
                                           解析
                                           rgdal とは
                                           ラスター演算

read.csv 関数                                データの可視化 (空間分布)
                                           データの可視化 (その他)

# 月平均気温 (2001–2010) のデータ、                  Appendix

> temp <- read.csv(“temperature.csv”)




                                                       16 / 36
R でリモートセン
CSV データ加工                                            シングハンズオン
                                                          T. Nuimura


                                                     はじめに
                                                     rgdal パッケージのインス
                                                     トール
                                                     Windows 版 R のおすすめ
                                                     設定


                                                     R の基本操作

matrix 関数で 2 次元配列に変換
                                                     R の基本操作
                                                     グラフ作成
                                                     外部データの入出力
> temp.matrix <- matrix(temp[,2], 10, 12, byrow=T)   統計解析
                                                     統計処理
                                                     検定

# dim 関数で次元数のチェ    ック                                地理空間データの
> dim(temp.matrix)                                   解析
                                                     rgdal とは

[1] 10 12                                            ラスター演算
                                                     データの可視化 (空間分布)
                                                     データの可視化 (その他)


                                                     Appendix




                                                                 17 / 36
R でリモートセン
CSV データ出力                                     シングハンズオン
                                                   T. Nuimura


                                              はじめに
                                              rgdal パッケージのインス
                                              トール
                                              Windows 版 R のおすすめ
                                              設定
2 次元配列の列と行にラベルをつける                            R の基本操作

# 列ラベルに月                                      R の基本操作
                                              グラフ作成

> colnames(temp.matrix) <- 1:12               外部データの入出力


                                              統計解析
                                              統計処理

# 行ラベルに年                                      検定


                                              地理空間データの
> rownames(temp.matrix) <- 2001:2010          解析
                                              rgdal とは
                                              ラスター演算


2 次元配列を CSV に出力
                                              データの可視化 (空間分布)
                                              データの可視化 (その他)


> write.csv(temp.matrix, “temp_matrix.csv”)   Appendix




                                                          18 / 36
R でリモートセン
2 次元配列の計算                               シングハンズオン
                                             T. Nuimura


                                        はじめに
                                        rgdal パッケージのインス
                                        トール
                                        Windows 版 R のおすすめ
                                        設定


                                        R の基本操作
apply 関数で縦・横それぞれの計算                     R の基本操作
                                        グラフ作成

# 横方向、つまり年別の平均                          外部データの入出力


                                        統計解析
> apply(temp.matrix, 1, mean)           統計処理
                                        検定


                                        地理空間データの
# 縦方向、つまり月別の平均                          解析
> apply(temp.matrix, 2, mean)           rgdal とは
                                        ラスター演算
                                        データの可視化 (空間分布)


mean 以外にも、sum、max、min、sd、summary なども。   データの可視化 (その他)


                                        Appendix




                                                    19 / 36
R でリモートセン
t 検定                                            シングハンズオン
                                                     T. Nuimura


                                                はじめに
                                                rgdal パッケージのインス
                                                トール
                                                Windows 版 R のおすすめ

t.test 関数                                       設定


                                                R の基本操作
# 2001 年と 2010 年の気温差を検定                         R の基本操作
                                                グラフ作成
> t.test(temp.matrix[1,], temp.matrix[10,])     外部データの入出力


t = -0.1537, df = 21.996, p-value < 0.8793      統計解析
                                                統計処理
# 2001 年と 2010 年では有意な気温差なし                      検定


                                                地理空間データの
                                                解析
# 2001–2010 の 1 月と 2 月の気温差を検定                   rgdal とは
                                                ラスター演算
> t.test(temp.matrix[,1], temp.matrix[,2])      データの可視化 (空間分布)
                                                データの可視化 (その他)
t = -5.1308, df = 17.532, p-value < 7.588e-05
                                                Appendix
# 1 月と 2 月では有意な気温差あり




                                                            20 / 36
R でリモートセン
無相関検定                                           シングハンズオン
                                                     T. Nuimura


                                                はじめに
                                                rgdal パッケージのインス
                                                トール
                                                Windows 版 R のおすすめ
                                                設定


                                                R の基本操作

cor.test 関数
                                                R の基本操作
                                                グラフ作成
                                                外部データの入出力

# 2001 年と 2010 年の気温の相関                          統計解析
> cor.test(temp.matrix[1,], temp.matrix[10,])   統計処理
                                                検定

t = 23.6361, df = 10, p-value < 4.169e-10       地理空間データの
                                                解析
cor 0.9911685                                   rgdal とは

# 相関係数 0.99 の有意な相関                              ラスター演算
                                                データの可視化 (空間分布)
                                                データの可視化 (その他)


                                                Appendix




                                                            21 / 36
R でリモートセン
地理空間データの解析                              シングハンズオン
                                             T. Nuimura

GIS やリモートセンシング解析で使用されるデータ               はじめに
                                        rgdal パッケージのインス
大きく分けて 2 種類 (ベクター、ラスター) に分けられる          トール
                                        Windows 版 R のおすすめ
                                        設定


                                        R の基本操作
 ▶   ベクター:点、線、面などの地物データ                 R の基本操作
                                        グラフ作成

     =⇒ESRI Shape ファイル形式 (*.shp) が一般的   外部データの入出力


                                        統計解析
 ▶   ラスター:連続的なグリッドデータ                   統計処理
                                        検定
     =⇒GeoTIFF ファイル形式 (*.tif) が一般的
                                        地理空間データの
                                        解析
                                        rgdal とは
                                        ラスター演算
                                        データの可視化 (空間分布)
                                        データの可視化 (その他)


                                        Appendix




        ベクター                  ラスター

rgdal パッケージではいずれのファイルも読込み可能
                                                    22 / 36
R でリモートセン
rgdal を使って GIS データ (ラスター) の読み込み          シングハンズオン
                                              T. Nuimura


                                         はじめに
                                         rgdal パッケージのインス
                                         トール
                                         Windows 版 R のおすすめ
                                         設定
R では基本パッケージでも様々なデータ読み込み関数がある             R の基本操作
 ▶   read.bin:バイナリデータ                    R の基本操作
                                         グラフ作成
                                         外部データの入出力
 ▶ read.csv:CSV
                                         統計解析
 ▶ read.delim:様々な区切りテキスト (CSV、タブ、空白など)   統計処理
                                         検定


                                         地理空間データの
                                         解析
rgdal パッケージでは、以下の GIS 読み込み関数が使用可         rgdal とは
                                         ラスター演算
 ▶   readOGR:ベクターデータ                     データの可視化 (空間分布)
                                         データの可視化 (その他)

 ▶   readGDAL:ラスターデータ                    Appendix




                                                     23 / 36
R でリモートセン
rgdal で対応している GIS フォーマット                   シングハンズオン
                                                T. Nuimura


                                           はじめに
ほとんどの GIS データに対応している。有名どころだと               rgdal パッケージのインス
                                           トール
                                           Windows 版 R のおすすめ
                                           設定
readOGR で読めるベクターデータ                        R の基本操作
                                           R の基本操作
 ▶ ESRI shapefile:ベクターデータのデファクトスタンダード       グラフ作成
                                           外部データの入出力

 ▶ KML:Google Earth   ファイル                 統計解析
                                           統計処理
 ▶ GPX:GPS ファイル (Garmin、GPS 付きスマートフォンなど)   検定


                                           地理空間データの
                                           解析

readGDAL で読めるラスターデータ                       rgdal とは
                                           ラスター演算
                                           データの可視化 (空間分布)
 ▶ GeoTiff:ラスターデータのデファクトスタンダード             データの可視化 (その他)


                                           Appendix
 ▶ HDF:科学データ配布によく使われる

 ▶ netCDF:気候データで一般的




                                                       24 / 36
R でリモートセン
readGDAL で読み込み                            シングハンズオン
                                               T. Nuimura


                                          はじめに
                                          rgdal パッケージのインス
#rgdal パッケージの読み込み、セッションの最初に毎回             トール
                                          Windows 版 R のおすすめ
library(rgdal)                            設定


                                          R の基本操作
                                          R の基本操作

GeoTIFF を dem.obj という変数に読み込む場合            グラフ作成
                                          外部データの入出力


#ディレクトリの移動                                統計解析
                                          統計処理
setwd(“c:/handson”)                       検定


                                          地理空間データの
                                          解析
#GeoTIFF ファイルの読み込み                        rgdal とは

dem.obj <- readGDAL(“srtm_dem_300.tif”)   ラスター演算
                                          データの可視化 (空間分布)
                                          データの可視化 (その他)

=⇒dem.obj という名前の sp クラスの変数が生成される          Appendix



この sp クラスの変数はラスターデータのグリッド値の他に、
様々な属性情報を含んでいる。


                                                      25 / 36
R でリモートセン
sp クラスの構造                                     シングハンズオン
                                                   T. Nuimura


                                              はじめに
sp クラスデータは以下のようなスロットをもつ                       rgdal パッケージのインス
                                              トール
                                              Windows 版 R のおすすめ
                                              設定
 ▶ data:data.frame   形式で band1 というラベルのグリッド値
                                              R の基本操作
 ▶ grid:さらに 3      つのサブスロットを含む                R の基本操作
                                              グラフ作成
                                              外部データの入出力
     ▶   cellcentre.offset:左下端のグリッドの中心座標
                                              統計解析
     ▶   cellsize:グリッドサイズ (= 解像度)             統計処理

     ▶   cells.dim:ラスターデータの列数と行数              検定


                                              地理空間データの
 ▶ bbox:西、東、南、北端の座標                           解析
                                              rgdal とは
   (coords の値と 1/2 グリッドサイズ分ずれていることに注意)        ラスター演算
                                              データの可視化 (空間分布)

 ▶ proj4string:1   つのサブスロットを含む                データの可視化 (その他)


                                              Appendix
     ▶   projargs:座標系情報 (WGS84 など)

#確認するには以下のコマンドを使用
str(dem.obj)


                                                          26 / 36
R でリモートセン
sp クラスのデータ処理                                      シングハンズオン

sp クラスのデータの処理は、"dem.obj@data[,1]” を操作する                T. Nuimura


ことによって行える。                                        はじめに
                                                  rgdal パッケージのインス
                                                  トール

いくつかの処理例                                          Windows 版 R のおすすめ
                                                  設定


#NoData を計算から除外 (-9999 を NoData にしている場合)          R の基本操作
                                                  R の基本操作
dem.obj@data[dem.obj@data[,1] == -9999,1] <- NA   グラフ作成
                                                  外部データの入出力


                                                  統計解析
#平均値の計算                                           統計処理
                                                  検定
mean(dem.obj@data[,1], na.rm=T)
                                                  地理空間データの
                                                  解析
                                                  rgdal とは
                                                  ラスター演算
                                                  データの可視化 (空間分布)
                                                  データの可視化 (その他)


                                                  Appendix
#ヒストグラムのプロット
hist(dem.obj@data[,1])




                                                              27 / 36
R でリモートセン
Landsat による NDVI の計算                                    シングハンズオン
                                                             T. Nuimura


NDVI (正規化植生指数)                                          はじめに
                                                        rgdal パッケージのインス
                                                        トール

             (IR − R )           IR: Infrared (赤外バンド)   Windows 版 R のおすすめ

    NDVI =                                              設定

             (IR + R )           R :Red (赤色バンド)         R の基本操作
                                                        R の基本操作
                                                        グラフ作成


Landsat の場合 (R⇒Band3、IR⇒Band4)
                                                        外部データの入出力


                                                        統計解析

          (Band4 − Band3)        IR: Band4
                                                        統計処理
                                                        検定
 NDVI =
          (Band4 + Band3)        R :Band3               地理空間データの
                                                        解析
                                                        rgdal とは
                                                        ラスター演算
                                                        データの可視化 (空間分布)
                                                        データの可視化 (その他)


                                                        Appendix




    Band3                Band4               NDVI

                                                                    28 / 36
R でリモートセン
Landsat による NDVI の計算                                                        シングハンズオン
                                                                                 T. Nuimura


                                                                            はじめに
                                                                            rgdal パッケージのインス
#GeoTIFF ファイルの読み込み                                                          トール
                                                                            Windows 版 R のおすすめ
band3.obj <- readGDAL(“landsat_band3_300.tif”)                              設定

band4.obj <- readGDAL(“landsat_band4_300.tif”)
                                                                            R の基本操作
                                                                            R の基本操作
                                                                            グラフ作成
# 計算結果用の変数を確保 (Band4 でもどっちでも良い)                                             外部データの入出力
ndvi.obj <- band3.obj
                                                                            統計解析
                                                                            統計処理
                                                                            検定
#ラスター演算 #2 行にわかれてるけど実際は 1 行で
ndvi <- (band4.obj@data[,1] - band3.obj@data[,1]) / (band4.obj@data[,1] +   地理空間データの
                                                                            解析
band3.obj@data[,1])
                                                                            rgdal とは
                                                                            ラスター演算
                                                                            データの可視化 (空間分布)
#sp クラスは band1 というラベル名がある (紛らわしいので注意!)                                      データの可視化 (その他)

ndvi.obj@data[,1] <- data.frame(band1=ndvi)
                                                                            Appendix


#GeoTIFF ファイルに結果を書き出し
writeGDAL(ndvi.obj, “landsat_ndvi.tif”)




                                                                                        29 / 36
R でリモートセン
データの可視化 (空間分布)                                                         シングハンズオン
                                                                            T. Nuimura


                                                                       はじめに

ラスターデータのみ                                                              rgdal パッケージのインス
                                                                       トール
                                                                       Windows 版 R のおすすめ

#DEM データの場合                                                            設定


#terrain.colors(20) が色の設定、scales オプションで軸目盛り表示                          R の基本操作
                                                                       R の基本操作
spplot(dem.obj, col.regions=terrain.colors(20), scales=list(draw=T))
                                                                       グラフ作成
                                                                       外部データの入出力


                                                                       統計解析
                                                                       統計処理
                                                                       検定


                                                                       地理空間データの
                                                                       解析
                                                                       rgdal とは
                                                                       ラスター演算
                                                                       データの可視化 (空間分布)
                                                                       データの可視化 (その他)


                                                                       Appendix




                                                                                   30 / 36
R でリモートセン
データの可視化 (空間分布)                                                           シングハンズオン
                                                                              T. Nuimura
ラスターデータ + ベクターデータ
                                                                         はじめに
#latticeExtra パッケージを追加インストール&読み込み                                        rgdal パッケージのインス
                                                                         トール
install.packages(“latticeExtra”)
                                                                         Windows 版 R のおすすめ
library(latticeExtra)                                                    設定


                                                                         R の基本操作
                                                                         R の基本操作
#ベクターデータの読み込み                                                            グラフ作成
basin <- readOGR(“khumbu_himal_basin.shp”, layer=“khumbu_himal_basin”)   外部データの入出力

spplot(dem.obj, col.regions=terrain.colors(20), scales=list(draw=T)) +   統計解析
layer(sp.polygon(basin))                                                 統計処理
                                                                         検定


                                                                         地理空間データの
                                                                         解析
                                                                         rgdal とは
                                                                         ラスター演算
                                                                         データの可視化 (空間分布)
                                                                         データの可視化 (その他)


                                                                         Appendix




                                                                                     31 / 36
R でリモートセン
データの可視化 (その他)                                        シングハンズオン
                                                          T. Nuimura

#plot 関数にて                                           はじめに
plot(ndvi.obj@data[,1], dem.obj@data[,1], cex=0.1)   rgdal パッケージのインス
                                                     トール
                                                     Windows 版 R のおすすめ
                                                     設定


                                                     R の基本操作
                                                     R の基本操作
                                                     グラフ作成
                                                     外部データの入出力


                                                     統計解析
                                                     統計処理
                                                     検定


                                                     地理空間データの
                                                     解析
                                                     rgdal とは
                                                     ラスター演算
                                                     データの可視化 (空間分布)
                                                     データの可視化 (その他)


                                                     Appendix




何か変な縦線が 3 本?
=⇒band3 と band4 の無効なデータ (0 や 255 という値) を適
切に扱わなかったのが原因。
                                                                 32 / 36
R でリモートセン
データの可視化 (その他)                                                                 シングハンズオン
                                                                                   T. Nuimura
#0 と 255 の値を NA (⇐R での NoData 値) に置換
band3.obj@data[band3.obj@data[,1] == 0 | band3.obj@data[,1] == 255,1] <- NA   はじめに
                                                                              rgdal パッケージのインス
band4.obj@data[band4.obj@data[,1] == 0 | band4.obj@data[,1] == 255,1] <- NA   トール
                                                                              Windows 版 R のおすすめ
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#からの NDVI 再計算                                                                 R の基本操作
ndvi <- (band4.obj@data[,1] - band3.obj@data[,1]) / (band4.obj@data[,1] +     R の基本操作

band3.obj@data[,1])                                                           グラフ作成
                                                                              外部データの入出力
ndvi.obj@data[,1] <- data.frame(band1=ndvi)
                                                                              統計解析
                                                                              統計処理

#再び plot                                                                      検定

plot(ndvi.obj@data[,1], dem.obj@data[,1], cex=0.1)                            地理空間データの
                                                                              解析
                                                                              rgdal とは
                                                                              ラスター演算
                                                                              データの可視化 (空間分布)
                                                                              データの可視化 (その他)


                                                                              Appendix




                                                                                          33 / 36
R でリモートセン
最後にちょっとだけ (簡単に) 自分の研究紹介                シングハンズオン
                                            T. Nuimura


                                       はじめに
                                       rgdal パッケージのインス
                                       トール
                                       Windows 版 R のおすすめ
                                       設定


                                       R の基本操作
                                       R の基本操作
                                       グラフ作成
           1992–2008 年の間の多時期の DEM      外部データの入出力

           (地形データ) から、標高値の時系列変化を
                                       統計解析
           グリッドごとに計算                   統計処理
                                       検定


                                       地理空間データの
                                       解析
           =⇒ 氷河の表面高度がどのように            rgdal とは
                                       ラスター演算
           変化しているか (上昇 or 低下) が求められる   データの可視化 (空間分布)
                                       データの可視化 (その他)


                                       Appendix




                                                   34 / 36
R でリモートセン
最後にちょっとだけ (簡単に) 自分の研究紹介                             シングハンズオン
                                                         T. Nuimura


                                                    はじめに
表面高度の変化速度の計算例                                       rgdal パッケージのインス
                                                    トール

#2 重の for ループでグリッドごとに以下の計算を行う                       Windows 版 R のおすすめ
                                                    設定

#使用する地形データの年 (実際は 15 時期)
                                                    R の基本操作
years <- c(1992,2000,2004,2008)                     R の基本操作
                                                    グラフ作成
                                                    外部データの入出力
#各年の地形データでの標高値 (固定)
                                                    統計解析
elevation <- c(5029,5025,5020,5020)                 統計処理
                                                    検定


#lm 関数で高度変化速度 (m year−1 ) の計算                       地理空間データの
                                                    解析
lm(elevation years, data.frame(years, elevation))
                                                    rgdal とは
                                                    ラスター演算
                                                    データの可視化 (空間分布)
#下記の計算結果が表示される                                      データの可視化 (その他)
#Coefficients:
                                                    Appendix
#(Intercept) years
#6252.6857 -0.6143


#つまりこの例の場合は y = -0.6143x + 6252.6857 と線形近似された




                                                                35 / 36
R でリモートセン
氷河表面の高度変化率の空間分布                                          シングハンズオン

色のついている場所が氷河域、暖色が低下、寒色が上昇を                                    T. Nuimura


示す                                                       はじめに
                                                         rgdal パッケージのインス
                                                         トール
                                                         Windows 版 R のおすすめ
                                                         設定


                                                         R の基本操作
                                                         R の基本操作
                                                         グラフ作成
                                                         外部データの入出力


                                                         統計解析
                                                         統計処理
                                                         検定


                                                         地理空間データの
                                                         解析
                                                         rgdal とは
                                                         ラスター演算
                                                         データの可視化 (空間分布)
                                                         データの可視化 (その他)


                                                         Appendix




結果は Nuimura et al., (2012) Journal of Glaciology にあります
こちらの図は論文中の図からあえて大幅に改変しています。
2
    2
         論文出版社の著作権的な大人の事情で                                           36 / 36

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  • 1. R でリモートセン シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ R でリモートセンシングハンズオン 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 縫村崇行 統計解析 (NUIMURA, Takayuki) 統計処理 検定 地理空間データの 名古屋大学 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) FOSS4G2012 Osaka データの可視化 (その他) 2012/11/07 Appendix 1 / 36
  • 2. R でリモートセン Outline シングハンズオン T. Nuimura はじめに はじめに rgdal パッケージのインストール rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ設定 Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 R の基本操作 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 グラフ作成 統計解析 外部データの入出力 統計処理 検定 統計解析 地理空間データの 解析 統計処理 rgdal とは ラスター演算 検定 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) 地理空間データの解析 Appendix rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) 2 / 36
  • 3. R でリモートセン R の作図例 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 3 / 36
  • 4. R でリモートセン 今回使用するデータ Download シングハンズオン T. Nuimura ▶ 2001–2010 年の月別気温データ (CSV 形式)1 はじめに rgdal パッケージのインス ▶ Landsat ETM+の band3 及び band4 (GeoTIFF 形式) 2 トール Windows 版 R のおすすめ 設定 USGS EarthExplorer (http://earthexplorer.usgs.gov/) R の基本操作 ▶ CGIAR 提供の SRTM3 DEM (GeoTIFF 形式)2 R の基本操作 グラフ作成 CGIAR-CSI (http://srtm.csi.cgiar.org/) 外部データの入出力 統計解析 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix EarthExplorer CGIAR-CSI 1 ダミーデータ 2 300 m グリッドにリサンプリングしてある 4 / 36
  • 5. R でリモートセン rgdal パッケージのインストール シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール R の起動 Windows 版 R のおすすめ 設定 ▶ Windows:プログラムメニューから R を選択 R の基本操作 R の基本操作 Linux:ターミナルで R と入力 (大文字なのに注意) グラフ作成 ▶ 外部データの入出力 統計解析 パッケージのインストール1 , 2 統計処理 検定 > install.packages(“rgdal”, dependencies=TRUE) 地理空間データの 解析 # その後でてくるダウンロードサーバ選択はどこでも OK rgdal とは # 日本を選ぶとちょ っと早いかも ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 1 Windows では自動的に依存するパッケージもインストールしてくれる。 2 Ubuntu linux の場合は、 事前に OS のパッケージマネージャで、 ”gdal”、”libgdal1-dev”、”libproj-dev” をインストールする必要がある。 5 / 36
  • 6. R でリモートセン Windows 版 R のおすすめ設定 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix =⇒ 次の起動からは SDI1 モードになり、グラフが別ウィン ドウで出てくるので見やすい。 1 シングルディスプレイインターフェース 6 / 36
  • 7. R でリモートセン R の基本操作 シングハンズオン T. Nuimura はじめに R の終了コマンド rgdal パッケージのインス トール > q() Windows 版 R のおすすめ 設定 # ワークスペースの保存についての質問は No で OK R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 作業ディレクトリの設定 (Windows の場合) 外部データの入出力 統計解析 # 例えば C ドライブの hansdon フォルダの場合は 統計処理 検定 > setwd(“c:/handson”) 地理空間データの # 又は 解析 > setwd(“c:¥¥handson”) rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) # ダメな例 Appendix > setwd(“c:¥handson”) =⇒ パス中のバックスラッシュ (円マーク) は 2 つにするか、 スラッシュ1 つに置き換える必要がある。 7 / 36
  • 8. R でリモートセン 数値入力と変数 シングハンズオン T. Nuimura はじめに 数値の計算 rgdal パッケージのインス トール >2+3 Windows 版 R のおすすめ 設定 [1] 5 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 >2ˆ8 外部データの入出力 [1] 256 統計解析 統計処理 検定 変数 地理空間データの 解析 > temp.dc <- 10 rgdal とは ラスター演算 > temp.dc データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) [1] 10 Appendix > temp.df <- 9 / 5 * temp.dc + 32 > temp.df [1] 50 8 / 36
  • 9. R でリモートセン グラフの基礎 (plot 関数) シングハンズオン T. Nuimura はじめに 1 変数のプロット rgdal パッケージのインス トール > temp <- c(10, 20, 15, 25, 20, 20) Windows 版 R のおすすめ 設定 > plot(temp) R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 25 統計処理 検定 地理空間データの 解析 20 rgdal とは temp ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) 15 Appendix 10 1 2 3 4 5 6 Index 9 / 36
  • 10. R でリモートセン グラフの基礎 (plot 関数) シングハンズオン T. Nuimura はじめに 2 変数のプロット rgdal パッケージのインス トール > year <- c(2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2011) Windows 版 R のおすすめ 設定 > plot(year, temp) R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 25 統計処理 検定 地理空間データの 解析 20 rgdal とは temp ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) 15 Appendix 10 2000 2002 2004 2006 2008 2010 year 10 / 36
  • 11. R でリモートセン グラフの基礎 (plot 関数) シングハンズオン T. Nuimura はじめに 2 変数のプロット rgdal パッケージのインス トール > year <- c(2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2011) Windows 版 R のおすすめ 設定 > plot(year, temp, type=“l”, col=“red”, xlim=c(1990, 2020), ylim=c(0, 30)) R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 30 統計処理 検定 25 地理空間データの 解析 20 rgdal とは temp 15 ラスター演算 データの可視化 (空間分布) 10 データの可視化 (その他) Appendix 5 0 1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020 year 11 / 36
  • 12. R でリモートセン グラフの基礎 (histogram 関数) シングハンズオン T. Nuimura はじめに ヒストグラムの作成 rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ > hist(temp) 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 Histogram of temp 外部データの入出力 3.0 統計解析 統計処理 2.5 検定 地理空間データの 2.0 解析 Frequency 1.5 rgdal とは ラスター演算 1.0 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) 0.5 Appendix 0.0 10 15 20 25 temp 12 / 36
  • 13. R でリモートセン グラフの基礎 (histogram 関数) シングハンズオン T. Nuimura はじめに 大量のデータのヒストグラム rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ > hist(rnorm(10000)) 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 Histogram of rnorm(10000) 外部データの入出力 統計解析 統計処理 1500 検定 地理空間データの 解析 Frequency 1000 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) 500 データの可視化 (その他) Appendix 0 −4 −2 0 2 4 rnorm(10000) 13 / 36
  • 14. R でリモートセン グラフの基礎 (histogram 関数) シングハンズオン T. Nuimura はじめに 大量のデータのヒストグラム rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ > hist(rnorm(10000), col=“lightblue”, breaks=100) 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 Histogram of rnorm(10000) 外部データの入出力 統計解析 400 統計処理 検定 300 地理空間データの 解析 Frequency rgdal とは 200 ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) 100 Appendix 0 −2 0 2 4 rnorm(10000) 14 / 36
  • 15. R でリモートセン R で取り扱えるデータ シングハンズオン T. Nuimura はじめに 一般的なデータだと rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ ▶ xls:csv に変換しといたほうが簡単 設定 R の基本操作 ▶ csv:簡単に読み込める R の基本操作 グラフ作成 ▶ txt:csv 以外の文字(タブ、スペースなど)区切りデータ 外部データの入出力 統計解析 ▶ dbf:GIS の属性テーブル情報を扱いたいときなど 統計処理 検定 ▶ 画像データ:画像処理も 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 科学関連のデータでは データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) ▶ GeoTIFF:リモセンデータ Appendix ▶ Shapefile:GIS データ ▶ NetCDF:気候データで一般的 15 / 36
  • 16. R でリモートセン CSV データ読み込み シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール データのある場所に移動 Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 # Windows: C ドライブの handson フォルダの場合 R の基本操作 グラフ作成 > setwd(“C:/handson”) 外部データの入出力 統計解析 # Ubuntu: /home/username/handson フォルダの場合 統計処理 検定 > setwd(“/home/username/handson”) 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 read.csv 関数 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) # 月平均気温 (2001–2010) のデータ、 Appendix > temp <- read.csv(“temperature.csv”) 16 / 36
  • 17. R でリモートセン CSV データ加工 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 matrix 関数で 2 次元配列に変換 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 > temp.matrix <- matrix(temp[,2], 10, 12, byrow=T) 統計解析 統計処理 検定 # dim 関数で次元数のチェ ック 地理空間データの > dim(temp.matrix) 解析 rgdal とは [1] 10 12 ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 17 / 36
  • 18. R でリモートセン CSV データ出力 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 2 次元配列の列と行にラベルをつける R の基本操作 # 列ラベルに月 R の基本操作 グラフ作成 > colnames(temp.matrix) <- 1:12 外部データの入出力 統計解析 統計処理 # 行ラベルに年 検定 地理空間データの > rownames(temp.matrix) <- 2001:2010 解析 rgdal とは ラスター演算 2 次元配列を CSV に出力 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) > write.csv(temp.matrix, “temp_matrix.csv”) Appendix 18 / 36
  • 19. R でリモートセン 2 次元配列の計算 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 apply 関数で縦・横それぞれの計算 R の基本操作 グラフ作成 # 横方向、つまり年別の平均 外部データの入出力 統計解析 > apply(temp.matrix, 1, mean) 統計処理 検定 地理空間データの # 縦方向、つまり月別の平均 解析 > apply(temp.matrix, 2, mean) rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) mean 以外にも、sum、max、min、sd、summary なども。 データの可視化 (その他) Appendix 19 / 36
  • 20. R でリモートセン t 検定 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ t.test 関数 設定 R の基本操作 # 2001 年と 2010 年の気温差を検定 R の基本操作 グラフ作成 > t.test(temp.matrix[1,], temp.matrix[10,]) 外部データの入出力 t = -0.1537, df = 21.996, p-value < 0.8793 統計解析 統計処理 # 2001 年と 2010 年では有意な気温差なし 検定 地理空間データの 解析 # 2001–2010 の 1 月と 2 月の気温差を検定 rgdal とは ラスター演算 > t.test(temp.matrix[,1], temp.matrix[,2]) データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) t = -5.1308, df = 17.532, p-value < 7.588e-05 Appendix # 1 月と 2 月では有意な気温差あり 20 / 36
  • 21. R でリモートセン 無相関検定 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 cor.test 関数 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 # 2001 年と 2010 年の気温の相関 統計解析 > cor.test(temp.matrix[1,], temp.matrix[10,]) 統計処理 検定 t = 23.6361, df = 10, p-value < 4.169e-10 地理空間データの 解析 cor 0.9911685 rgdal とは # 相関係数 0.99 の有意な相関 ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 21 / 36
  • 22. R でリモートセン 地理空間データの解析 シングハンズオン T. Nuimura GIS やリモートセンシング解析で使用されるデータ はじめに rgdal パッケージのインス 大きく分けて 2 種類 (ベクター、ラスター) に分けられる トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 ▶ ベクター:点、線、面などの地物データ R の基本操作 グラフ作成 =⇒ESRI Shape ファイル形式 (*.shp) が一般的 外部データの入出力 統計解析 ▶ ラスター:連続的なグリッドデータ 統計処理 検定 =⇒GeoTIFF ファイル形式 (*.tif) が一般的 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix ベクター ラスター rgdal パッケージではいずれのファイルも読込み可能 22 / 36
  • 23. R でリモートセン rgdal を使って GIS データ (ラスター) の読み込み シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R では基本パッケージでも様々なデータ読み込み関数がある R の基本操作 ▶ read.bin:バイナリデータ R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 ▶ read.csv:CSV 統計解析 ▶ read.delim:様々な区切りテキスト (CSV、タブ、空白など) 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal パッケージでは、以下の GIS 読み込み関数が使用可 rgdal とは ラスター演算 ▶ readOGR:ベクターデータ データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) ▶ readGDAL:ラスターデータ Appendix 23 / 36
  • 24. R でリモートセン rgdal で対応している GIS フォーマット シングハンズオン T. Nuimura はじめに ほとんどの GIS データに対応している。有名どころだと rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 readOGR で読めるベクターデータ R の基本操作 R の基本操作 ▶ ESRI shapefile:ベクターデータのデファクトスタンダード グラフ作成 外部データの入出力 ▶ KML:Google Earth ファイル 統計解析 統計処理 ▶ GPX:GPS ファイル (Garmin、GPS 付きスマートフォンなど) 検定 地理空間データの 解析 readGDAL で読めるラスターデータ rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) ▶ GeoTiff:ラスターデータのデファクトスタンダード データの可視化 (その他) Appendix ▶ HDF:科学データ配布によく使われる ▶ netCDF:気候データで一般的 24 / 36
  • 25. R でリモートセン readGDAL で読み込み シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス #rgdal パッケージの読み込み、セッションの最初に毎回 トール Windows 版 R のおすすめ library(rgdal) 設定 R の基本操作 R の基本操作 GeoTIFF を dem.obj という変数に読み込む場合 グラフ作成 外部データの入出力 #ディレクトリの移動 統計解析 統計処理 setwd(“c:/handson”) 検定 地理空間データの 解析 #GeoTIFF ファイルの読み込み rgdal とは dem.obj <- readGDAL(“srtm_dem_300.tif”) ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) =⇒dem.obj という名前の sp クラスの変数が生成される Appendix この sp クラスの変数はラスターデータのグリッド値の他に、 様々な属性情報を含んでいる。 25 / 36
  • 26. R でリモートセン sp クラスの構造 シングハンズオン T. Nuimura はじめに sp クラスデータは以下のようなスロットをもつ rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 ▶ data:data.frame 形式で band1 というラベルのグリッド値 R の基本操作 ▶ grid:さらに 3 つのサブスロットを含む R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 ▶ cellcentre.offset:左下端のグリッドの中心座標 統計解析 ▶ cellsize:グリッドサイズ (= 解像度) 統計処理 ▶ cells.dim:ラスターデータの列数と行数 検定 地理空間データの ▶ bbox:西、東、南、北端の座標 解析 rgdal とは (coords の値と 1/2 グリッドサイズ分ずれていることに注意) ラスター演算 データの可視化 (空間分布) ▶ proj4string:1 つのサブスロットを含む データの可視化 (その他) Appendix ▶ projargs:座標系情報 (WGS84 など) #確認するには以下のコマンドを使用 str(dem.obj) 26 / 36
  • 27. R でリモートセン sp クラスのデータ処理 シングハンズオン sp クラスのデータの処理は、"dem.obj@data[,1]” を操作する T. Nuimura ことによって行える。 はじめに rgdal パッケージのインス トール いくつかの処理例 Windows 版 R のおすすめ 設定 #NoData を計算から除外 (-9999 を NoData にしている場合) R の基本操作 R の基本操作 dem.obj@data[dem.obj@data[,1] == -9999,1] <- NA グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 #平均値の計算 統計処理 検定 mean(dem.obj@data[,1], na.rm=T) 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix #ヒストグラムのプロット hist(dem.obj@data[,1]) 27 / 36
  • 28. R でリモートセン Landsat による NDVI の計算 シングハンズオン T. Nuimura NDVI (正規化植生指数) はじめに rgdal パッケージのインス トール (IR − R ) IR: Infrared (赤外バンド) Windows 版 R のおすすめ NDVI = 設定 (IR + R ) R :Red (赤色バンド) R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 Landsat の場合 (R⇒Band3、IR⇒Band4) 外部データの入出力 統計解析 (Band4 − Band3) IR: Band4 統計処理 検定 NDVI = (Band4 + Band3) R :Band3 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix Band3 Band4 NDVI 28 / 36
  • 29. R でリモートセン Landsat による NDVI の計算 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス #GeoTIFF ファイルの読み込み トール Windows 版 R のおすすめ band3.obj <- readGDAL(“landsat_band3_300.tif”) 設定 band4.obj <- readGDAL(“landsat_band4_300.tif”) R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 # 計算結果用の変数を確保 (Band4 でもどっちでも良い) 外部データの入出力 ndvi.obj <- band3.obj 統計解析 統計処理 検定 #ラスター演算 #2 行にわかれてるけど実際は 1 行で ndvi <- (band4.obj@data[,1] - band3.obj@data[,1]) / (band4.obj@data[,1] + 地理空間データの 解析 band3.obj@data[,1]) rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) #sp クラスは band1 というラベル名がある (紛らわしいので注意!) データの可視化 (その他) ndvi.obj@data[,1] <- data.frame(band1=ndvi) Appendix #GeoTIFF ファイルに結果を書き出し writeGDAL(ndvi.obj, “landsat_ndvi.tif”) 29 / 36
  • 30. R でリモートセン データの可視化 (空間分布) シングハンズオン T. Nuimura はじめに ラスターデータのみ rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ #DEM データの場合 設定 #terrain.colors(20) が色の設定、scales オプションで軸目盛り表示 R の基本操作 R の基本操作 spplot(dem.obj, col.regions=terrain.colors(20), scales=list(draw=T)) グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 30 / 36
  • 31. R でリモートセン データの可視化 (空間分布) シングハンズオン T. Nuimura ラスターデータ + ベクターデータ はじめに #latticeExtra パッケージを追加インストール&読み込み rgdal パッケージのインス トール install.packages(“latticeExtra”) Windows 版 R のおすすめ library(latticeExtra) 設定 R の基本操作 R の基本操作 #ベクターデータの読み込み グラフ作成 basin <- readOGR(“khumbu_himal_basin.shp”, layer=“khumbu_himal_basin”) 外部データの入出力 spplot(dem.obj, col.regions=terrain.colors(20), scales=list(draw=T)) + 統計解析 layer(sp.polygon(basin)) 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 31 / 36
  • 32. R でリモートセン データの可視化 (その他) シングハンズオン T. Nuimura #plot 関数にて はじめに plot(ndvi.obj@data[,1], dem.obj@data[,1], cex=0.1) rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 何か変な縦線が 3 本? =⇒band3 と band4 の無効なデータ (0 や 255 という値) を適 切に扱わなかったのが原因。 32 / 36
  • 33. R でリモートセン データの可視化 (その他) シングハンズオン T. Nuimura #0 と 255 の値を NA (⇐R での NoData 値) に置換 band3.obj@data[band3.obj@data[,1] == 0 | band3.obj@data[,1] == 255,1] <- NA はじめに rgdal パッケージのインス band4.obj@data[band4.obj@data[,1] == 0 | band4.obj@data[,1] == 255,1] <- NA トール Windows 版 R のおすすめ 設定 #からの NDVI 再計算 R の基本操作 ndvi <- (band4.obj@data[,1] - band3.obj@data[,1]) / (band4.obj@data[,1] + R の基本操作 band3.obj@data[,1]) グラフ作成 外部データの入出力 ndvi.obj@data[,1] <- data.frame(band1=ndvi) 統計解析 統計処理 #再び plot 検定 plot(ndvi.obj@data[,1], dem.obj@data[,1], cex=0.1) 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 33 / 36
  • 34. R でリモートセン 最後にちょっとだけ (簡単に) 自分の研究紹介 シングハンズオン T. Nuimura はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 1992–2008 年の間の多時期の DEM 外部データの入出力 (地形データ) から、標高値の時系列変化を 統計解析 グリッドごとに計算 統計処理 検定 地理空間データの 解析 =⇒ 氷河の表面高度がどのように rgdal とは ラスター演算 変化しているか (上昇 or 低下) が求められる データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 34 / 36
  • 35. R でリモートセン 最後にちょっとだけ (簡単に) 自分の研究紹介 シングハンズオン T. Nuimura はじめに 表面高度の変化速度の計算例 rgdal パッケージのインス トール #2 重の for ループでグリッドごとに以下の計算を行う Windows 版 R のおすすめ 設定 #使用する地形データの年 (実際は 15 時期) R の基本操作 years <- c(1992,2000,2004,2008) R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 #各年の地形データでの標高値 (固定) 統計解析 elevation <- c(5029,5025,5020,5020) 統計処理 検定 #lm 関数で高度変化速度 (m year−1 ) の計算 地理空間データの 解析 lm(elevation years, data.frame(years, elevation)) rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) #下記の計算結果が表示される データの可視化 (その他) #Coefficients: Appendix #(Intercept) years #6252.6857 -0.6143 #つまりこの例の場合は y = -0.6143x + 6252.6857 と線形近似された 35 / 36
  • 36. R でリモートセン 氷河表面の高度変化率の空間分布 シングハンズオン 色のついている場所が氷河域、暖色が低下、寒色が上昇を T. Nuimura 示す はじめに rgdal パッケージのインス トール Windows 版 R のおすすめ 設定 R の基本操作 R の基本操作 グラフ作成 外部データの入出力 統計解析 統計処理 検定 地理空間データの 解析 rgdal とは ラスター演算 データの可視化 (空間分布) データの可視化 (その他) Appendix 結果は Nuimura et al., (2012) Journal of Glaciology にあります こちらの図は論文中の図からあえて大幅に改変しています。 2 2  論文出版社の著作権的な大人の事情で 36 / 36