1 目的

  • sfパッケージ を用いることで，国土数値情報などで用意されているシェープファイルを可視できる．
    • ここでは，sfパッケージの仕組みと地理空間データの可視化を要約．

2 シェープファイル

  • シェープファイルはベクターデータ．ポイント（点），ライン（線），ポリゴン（面）で地理空間情報を表現．
    • ベクターデータの他，ラスターデータがある．これは，セル（格子状の区画）で地理空間情報を表現．terraパッケージを利用．


  • シェープファイルをsfパッケージで読み込むとsfオブジェクト．
    • オブジェクト：データを表現するための基本構造．ベクトル，行列，データフレーム，リスト，ファクターなどの種類がある．Rではデータはすべてオブジェクトとして格納．
    • sfオブジェクトは「sfクラス（クラスとはデータの種類，型のこと）のオブジェクト」のこと（湯谷，2018）．
    • sfオブジェクトはデータフレーム．各行が1つの地物（点，線，面）を表し，列には属性情報が格納されている．最大の特徴が属性情報に地理空間情報（geometry：ジオメトリ）が格納されていること．地理空間情報は，他の属性情報の列と異なりsfcクラス．
      • データフレーム：異なる型のデータを列ごとに持つことができるオブジェクト．
      • ラスターデータのファイルを terra パッケージで読み込むと SpatRasterオブジェクト．

3 sfg，sfc，sfの関係

3.1 sfgオブジェクト

  • sfgオブジェクト：点，線，面のいずれかを表す単一の地理空間情報．座標を持つが，座標参照系（CRS）は含まれない．
    • 神奈川大学（横浜キャンパス）の緯度経度をMapFunから取得し，sfgオブジェクトを作成．
      • 世界測地系：WGS84またはEPSG:4326．
library(sf)
library(tidyverse)

#神奈川大学の位置（経度，緯度の順，世界測地系）
KU <- c(139.6207997, 35.4841722)

#sfgオブジェクトの作成
KU_sfg <- KU %>% 
  st_point()

sfgオブジェクトの可視化

ggplot()+
  geom_sf(data=KU_sfg)+
  ggtitle("図1：sfgオブジェクト")+
  theme_bw()

  • しかし，座標参照系が与えられていないため，この点は東経139.62°あたり，北緯35.48°あたりを指しているわけではない．

3.2 sfcオブジェクト

  • sfcオブジェクト：点，線，面を表す地理空間情報．sfgオブジェクトとの違いは，複数の地理空間情報を格納でき，かつ座標参照系（CRS）を含むことが可能．
    • 立地点として東急東横線白楽駅とセブン-イレブン横浜六角橋2丁目店も加え，この二点についても上と同じ手順でsfgオブジェクトにする．
    • st_sfc()を用いて，stgオブジェクトをsfcオブジェクトに変換．crs=で座標参照系を設定．
      • st_sfc()は新しくsfcオブジェクトを作成．それに対して，st_as_sfc()はすでにあるデータをsfcオブジェクトに変換．例えば，st_bbox()などの地理空間情報で作成された境界ボックス（数値のリスト）をsfcオブジェクトに変換する際に利用．
#白楽駅，セブン-イレブンの位置（経度，緯度の順，世界測地系）
Hakuraku <- c(139.6278862, 35.4894679)

Seven_Eleven <- c(139.6235194, 35.4866059)

#sfgオブジェクトの作成
Hakuraku_sfg <- Hakuraku %>% 
  st_point()

Seven_Eleven_sfg <- Seven_Eleven %>% 
  st_point()

#sfcオブジェクトの作成
KU_sfc <- st_sfc(KU_sfg, Hakuraku_sfg,
                 Seven_Eleven_sfg, crs=4326)

#sfcオブジェクトの内容
KU_sfc %>% head()
## Geometry set for 3 features 
## Geometry type: POINT
## Dimension:     XY
## Bounding box:  xmin: 139.6208 ymin: 35.48417 xmax: 139.6279 ymax: 35.48947
## Geodetic CRS:  WGS 84
## POINT (139.6208 35.48417)
## POINT (139.6279 35.48947)
## POINT (139.6235 35.48661)
  • 座標参照系が設定されている．
  • ポイントのみ格納されていることがわかる．

sfcオブジェクトの可視化

ggplot()+
  geom_sf(data=KU_sfc)+
  ggtitle("図2：sfcオブジェクト")+
  theme_bw()

  • 図1とは異なり，座標参照系が設定されているため，横軸が東経，縦軸が北緯を表していることが確認できる．
  • 右上のポイントが「白楽駅」の位置を，左下のポイントが「神奈川大学」の位置を，その2点の中間のポイントが「セブン-イレブン」の位置だが，sfcオブジェクトは属性を含んでいないため，どのポイントが「神奈川大学」を指すかわからない．

3.3 sfオブジェクト

  • sfオブジェクト：点，線，面を表す地理空間情報．最大の特徴は属性情報を含み，データフレームであること．
    • 先ほど作成したsfcオブジェクトにsfオブジェクトに変更し，属性として地名を加える．
    • st_sf()を用いて，stcオブジェクトをsfオブジェクトに変換．
    • st_sc()は新しくsfオブジェクトを作成．それに対して，st_as_sfc()はすでにあるデータをsfオブジェクトに変換．


  • 地名を作成し，sfオブジェクト（KU_sf）に追加（mutate()）．
#sfオブジェクトの作成
KU_sf <- st_sf(KU_sfc)

#地名作成
地名 <- c("神奈川大学", "白楽駅", "セブン-イレブン")

#地名の追加
KU_sf <- KU_sf %>% 
  mutate(地名=地名)

#KU_sfの内容
KU_sf %>% head()
KU_sfc 地名
POINT (139.6208 35.48417) 神奈川大学
POINT (139.6279 35.48947) 白楽駅
POINT (139.6235 35.48661) セブン-イレブン
  • 地名が加わったsfオブジェクト（データフレーム）になっている．

sfオブジェクトの可視化

ggplot()+
  geom_sf(data=KU_sf, aes(color=地名),
          size=5)+
  scale_color_viridis_d(option="G")+
  ggtitle("図3：sfオブジェクト")+
  theme_bw()

  • 図3は地名を色分け，凡例により識別している．地名列によりこのようなことが可能に．

Rによる地理空間データの可視化

チュートリアルホーム

参考文献

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生成AIの使用について

本稿の作成過程において，ChatGPTを使用してコードに関する助言を得た．サービスを利用した後，内容を確認し，必要に応じて編集を行った．