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GeoPackageを使ってみた
脱シェープファイルは可能か?
自己紹介
発表者:おざき(@ozo360)
生息地:味噌国
「たけやぶ だいすき」というハンドルで
たまにQiitaに記事を書いてます。
普段はQGISプラグインやGoogleMapsAPIとか
Leafletを使ったWebGISなんかを開発しています。
突然ですが質問です
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好きな方は全然問題ないのですが
好きじゃいけど惰性で使っている方に
届けたいお話になります。
裏でやっている岩崎さんも
こんなに強調されていますが
岩崎 宣典さん 第22回オープンデータトーク 地理データ形式のこれから より引用
https://www.slideshare.net/wata909/ss-84444906
実際問題として
シェープファイル最強!!!
だって代替形式がないんだもん
そこで
GeoPackage
実際に使っている方、使ってみた方
どの位いらっしゃいますか?
きっとあまり居ないはず
なぜか?
たぶん
よくわかんないから
だって自分も
よくわかんないし
食わず嫌いはもったいない
では、使ってみて
メリットデメリットを
調べてみよう!
そうと決まれば
GeoPackageを使ってみた(おざき様)
GeoPackageの現状 <個人の見解>
QGIS3系からデフォルトの形式として採用
されたはずなのに殆どお見かけしない謎
の形式。
GeoPackageってなんぞや
まずはGeoPackageがどんなものなのか知っておきましょう
・GeoPackageはSQLiteコンテナ。
・拡張子はgpkg。
・ベクタとラスタタイルを扱える。
・ファイルエンコーディングとしてセキュリティ機能はもっていない。
ほとんどSpatiaLiteですね。
GeoPackageはSpatiaLiteの上位互換なのかな?
後発ってことは上位互換かなって思いますよね。
いいえ、残念ながら違います。
別実装だと考えたほうが良さそうです。
・GeoPackageはPostGISやSpatiaLiteとは異なるWell-Known Binary(WKB)
 エンコーディングを使用。
・テーブルごとに1つのジオメトリ列のみをサポート。
ただし
・SpatiaLiteとは分岐しているが、SpatiaLite4.2.0からGeoPackageを
 サポートしている。(この辺りは後でちょっと触れます。)
まずはQGIS3.xでの
使い心地を調べました。
スクショはQGIS3.4.12を使用しています。
QGISでGeoPackageを使うメリット
シェープファイルと比較していろいろあるけど
特に以下の5つは強い
・1つのファイルに複数のレイヤが保存できる
・シェープファイルなどの取り込みが簡単
・ラスタファイルも扱える
・QGISスタイルも保存可能
・サイズ制限がゆるい
ひとつづつ見ていきましょう。
1つのファイルに複数のレイヤが保存できる
GeoPackageは1ファイルです。
10レイヤでも100レイヤでも同じファイル内に格納できて
別途DBサーバなども不要。
対してシェープファイルは
1レイヤに最低でも3ファイル(shp,dbf,shx)必要。
他にもprjとかqixとか諸々増えて煩雑になりがち。
ソースの形式を問わずレイヤパネルからブラウザパネルの対象に
Drag&Dropするだけでお手軽に取り込めます。
日本語ファイル名のファイルもカラムに日本語が含まれていても大丈夫!
シェープファイルなどの取り込みが簡単
ベクトルレイヤと同様にラスタファイルも
D&Dするだけでお手軽に取り込めます。
(これはSpatiaLiteにはできない!)
タイル状のBLOB(PNG形式)に変換して
格納されるのでファイルサイズが減少
タイルで読み込まれるから
QGISの表示も高速
ラスタファイルも扱える
QGISスタイルも保存可能
レイヤのプロパティから保存できます。
qmlファイルの管理はもう不要です。
おまけに
QGIS3系からSVGファイルをスタイルに
埋め込めるようになりましたので
SVGファイルもまとめて保存できます。
サイズ制限がゆるい
QGISで利用する際に限った話ではありませんが
GeoPackageはサイズ制限に制約されることはないと考えていいでしょう。
逆にシェープファイルの最大の欠点はここですよね。
シェープファイル GeoPackage
ファイルサイズ 2GB 140TB
カラム名の文字長 10バイト
不明
(1000バイト以上)
カラム数 256(?)
2000
(デフォルト)
逆にシェープファイルの方が使い
勝手がいいところは
ないのか。
見つからなかった
(あったらこっそり教えてください)
ただし流通フォーマットとしては
QGIS上で扱ううえで不便な点はなかったですが
やはりデータの受け渡しで気になる点があります。
・特定のレイヤだけ取り出すのが面倒
・gpkg拡張子のファイルが送られて来たら戸惑う
しかし解決方法があります。
ひとつづつ見ていきましょう。
特定レイヤだけ取り出すのが面倒
1ファイルに複数レイヤがまとまっているが故の欠点ですね。
この解決方法は簡単です。
QGISでシェープファイルに吐き出せば・・・
脱シェープファイル
したい方はちゃんと
回避できます
特定レイヤだけ取り出すのが面倒
空のGeoPackageファイルを用意しておくと便利です。
QGIS上でブラウザパネルに登録してから
対象レイヤをDrag&Dropするだけで抜き出し完了です。
ただし、気になる点が無いわけではない(改善するといいな)
・1レイヤ毎しか処理できない※1
・データ量が多いと多少時間がかかる※2
※1 複数レイヤを一度に D&Dしても最初のレイヤしか反映されない
※2 テストデータで 100k Feature / min くらいかかった
gpkg拡張子のファイルが送られて来たら戸惑う
実際これが最大の問題でしょう。
マイナー形式の宿命。
でも、QGIS、ArcGIS、SIS...etcで読み書きできますよ。
要するに慣れの問題
使おう、そして慣れよう。
わたしも頑張る!
解決!ですよね?
というわけで
総じて
とても良いと感じました
ここから
微妙にマニアックな視点
言ってもGeoPackageは
RDBなんですから
そこんとこどうなのよ。
GeoPackageをRDBとして扱うとどうなのか
一言でいうと癖が強いです。
元になってるSQLiteの癖が強いんですけど。
気になる点としては
・ユーザー、ロールという概念なし
・主キーの概念が独特
・データ型がシンプルすぎ
・断片化が割と激しい(QGISで作るとauto vacuumはOFF)
・空間演算関数がない
・RDBとしては遅い部類(特に書き込み)
GeoPackageをRDBとして扱うとどうなのか
GUI管理ツールはSpatiaLite_guiが使えます。
基本的にローカルDBとして扱うことになります。
マルチユーザーで同一DBファイルを扱うことを前提にされていません。
参照系は特に問題になりませんが、更新系の処理は注意が必要です。
SQLiteのFAQにも、
スレッドセーフじゃない(Threads are evil.)ことや、
更新時のロックがDB全体にかかって参照すらできなくなると記載されています。
ロックはWALオプションで改善されますが、
こちらも同一ホスト上でのアクセスしか考慮されていないようです。
GeoPackageをRDBとして扱うとどうなのか
ちゃんと使うならQGISで自動作成されたデータ構造は残念。
(QGISの裏で動いているOGR2OGRに限界があります。)
自分で設計したテーブルを作って、値の移し替えをしたほうが無難です。
空間演算関数はありませんが
SQLiteベースのRDBですから
SpatiaLiteの豊富な空間演算関数が使いたいと思っていたところ
@yoh_chan様から
GeoPackageでもSpatiaLiteの空間関数を使用する方法があるという情報が。
空間演算関数は拡張できます
SpatiaLiteのライブラリ(mod_spatialite)を読み込むことで
空間演算関数が使えるようになります。
SQLでローカルファイルアクセスできる点も面白いっすね。
しかし問題になるのが互換性のないGeoPackageのWKBです。
SpatiaLiteの空間演算関数は当然SpatiaLiteのWKBしか解釈しませんので
そのまま渡すとNULLを返してしまいます。
SELECT load_extension('mod_spatialite');
空間演算関数は拡張できます
なのでSpatiaLite4.2.0からGeoPackageのWKBを扱う関数が追加されました。
関数名 引数 戻り値 概要
CastAutomagic GeoPackageのWKB
or
SpatiaLiteのWKB
SpatiaLiteのWKB
エラーはNULL
WKBを
SpatiaLiteのWKBに変換する
GeomFromGPB GeoPackageのWKB SpatiaLiteのWKB
エラーはNULL
GeoPackageのWKBを
SpatiaLiteのWKBに変換する
AsGPB SpatiaLiteのWKB GeoPackageのWKB
エラーはNULL
GeoPackageのWKBを
SpatiaLiteのWKBに変換する
IsValidGPB Blob 1:GeoPackageのWKB
0:それ以外
GeoPackageのWKBかどうかを判定する
空間演算関数は拡張できます
実際に使ってみましょう。
CastAutomagic関数をかけて重心を計算してみます。
一見期待した結果が返ってくるように思えますが
ここでまた問題が発生します。
戻り値がSpatiaLiteのWKBなんですよね。当たり前ですが。
SELECT ST_Centroid(CastAutomagic(geom)) FROM tbl_geom;
空間演算関数は拡張できます
なのでGeoPackageとしてデータを取り扱う場合は
以下のようにしないといけません。
CastAutomagic関数をかけて重心を計算してみます。
くっそ面倒ですね。
SELECT AsGPB(ST_Centroid(CastAutomagic(geom))) FROM tbl_geom;
空間演算関数は拡張できます
しかしご安心を。
デフォルトのWKBをGeoPackageとして扱うスイッチが用意されています。
こうしておくことで、このコネクションではGpkgModeが有効になって
ネイティブにSpatiaLiteの空間演算関数が扱えるようになります。
ちゃんとGeoPackageのWKBが返ってきます。
SELECT EnableGpkgMode();
SELECT ST_Centroid(geom) FROM tbl_geom;
変換コストはいかほど?
所詮はCASTですからパフォーマンスが気になります。
空間演算関数を使用してSpatiaLiteと比較してみました。
準備
 ・空のGeoPackageとSpatiaLiteのファイルを用意
 ・およそ38万件のラインデータをQGISから追加
 ・空のポイントテーブルを作成
変換コストはいかほど?
ラインから重心を作って空のテーブルに追加するSQLを実行します。
GeoPackage SQL
SpatiaLite SQL
SELECT EnableGpkgMode();
INSERT INTO centroid_pt(geometry)
SELECT ST_Centroid(geom) FROM dm_pl;
INSERT INTO centroid_pt(geometry)
SELECT ST_Centroid(geom) FROM dm_pl;
変換コストはいかほど?
spatialite_guiで実行したところ。
え?逆に30%以上速いの?
もちろん中身を確認しましたが正しく処理されていますし
何度やっても結果が変わりません。
GeoPackage 00:00:14.032
SpatiaLite 00:00:21.103
変換コストはいかほど?
試しにこんなSQLも流してみましたが同じく14秒台でした
全然判らないですが、もしかすると単純にCASTしているわけでも
ないのかもしれないですね。
いろいろと妄想しますがちょっと時間が足りず調べきれませんでした。
SELECT DisableGpkgMode();
INSERT INTO centroid_pt(geometry)
SELECT AsGPB(ST_Centroid(CastAutomagic(geom))) FROM dm_pl;
RDBとして扱うのを重視しても
SpatiaLiteに勝る可能性もあり。
処理速度やマルチユーザー処理を求めるな
らPostGISになると思います。
まとめ
実際問題として
シェープファイル最強!!!
だけどもっと便利な
代替形式(GeoPackage)を
知ってるよ
になったら嬉しいな。
ご清聴ありがとうございました。
追記:SSDを使った場合に高速化は見込めるか?
保存媒体によって処理速度の改善が見込めるのかという質問がありましたので
gpkgファイルをRAMディスク、SSD、HDDに配置して
本文と同様のテストを実施してみました。
※本文中とは異なるパソコンを使用しています。
多少の差は出ますが、ほとんど誤差レベルでした。
RAMディスク SSD HDD
1回目 13.855 13.737 14.480
2回目 13.699 13.814 14.368
3回目 13.499 13.606 14.538
AVG 13.684 13.719 14.462
追記:SQLiteのインメモリ機能を使えるのか
spatialite-guiのMEMORY-DB機能を使ってみました。
gpkgファイルも読み込めて普通に使えますが
RAMディスク並みの速度しか出ませんでした。

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