PostGISトポジオメトリを使ってみる
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PostGISトポロジならびにトポジオメトリの概要およびトポジオメトリを使用した都道府県ポリゴン簡略化の説明。
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PostGISトポジオメトリを使ってみる
- 3. boiledorange73 点と線と面 • 点がつながって線ができる • 線で囲まれて面ができる 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 3
- 4. boiledorange73 点と線と面を相互依存させる • 点をつなげて線を作る • 線で囲んで面を作る F2 F1 N1 N2 N3 E1 E2 E3 E4 E1 = N1→N2 E2 = N2→N3 E3 = N3→N1 E4 = N2→N3 F1 = E1→E2→E3 F2 = E4→-E2 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 4
- 5. boiledorange73 ノードとエッジとフェイス • 点はノード • 線はエッジ • 面はフェイス F2 F1 N1 N2 N3 E1 E2 E3 E4 エッジ ノード フェイス 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 5
- 6. boiledorange73 点と線と面を相互依存させる • ノードが動くとエッジが動く • エッジが動くとフェイスが動く E1 = N1→N2 E2 = N2→N3 E3 = N3→N1 E4 = N2→N3 F1 = E1→E2→E3 F2 = E4→-E2 F1 F2 N1 N2E1 E3 E4 E2 N3 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 6
- 7. boiledorange73 F2 ジオメトリの場合は • 地物の頂点は独立している • F1は動くけどF2はそのまま→重複 F1 N1 N2 N3 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 7
- 8. boiledorange73 トポロジのデータモデル • ノード、エッジ、フェイスのテーブルを繋げる edge (線) edge_id start_node geom end_node next_left_edge next_right_edge left_face right_face node (点) containing_face geom node_id face (面) face_id mbr スキーマ (=トポロジ名) 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 8
- 9. boiledorange73 でも属性が無い スキーマ (=トポロジ名) node edge face 任意テーブル ジオメトリ （属性） 任意テーブル トポロジ （属性） 地物を個別に保存 個別に保存できない 絡み合っている • トポロジは個別保存できない 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 9
- 10. boiledorange73 トポジオメトリ 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 10
- 11. boiledorange73 スキーマ (=トポロジ名) Relationテーブル • トポロジ（部品）をまとめて地物を形成 relation layer_id element_id topogeo_id element_type TopoGeometry型 id type layer_id topology_id node edge face node_id face_id edge_id 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 11
- 13. boiledorange73 トポジオメトリの利点 1/2 • ポリゴンを投入すると ノードとエッジとフェイスを作ってくれる • 属性は保持 F2 F1 N1 N2 N3 E1 E2 E3 E4 2 1 属性持ち属性持ち 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 13
- 14. boiledorange73 トポジオメトリの利点 2/2 • トポロジ壊れないなら属性保持した編集可 2 1 F1 F2 N 1 N 2 E1 E3 E4 E2 N 3 1 2 F2 F1 N 1 N 2 N 3 E1 E2 E3 E4 属性持ち 属性持ち 属性持ち 属性持ち 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 14
- 15. boiledorange73 都道府県ポリゴンの 簡略化 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 15
- 16. boiledorange73 前準備 • PostgreSQL 10.5+PostGIS 2.4 を使用 • 市区町村ポリゴン w_mncpl があったとする • CREATE TABLE w_mncpl ( gid SERIAL PRIMARY KEY, mcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 4612) ); • 国土数値情報から作る等する 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 16
- 17. boiledorange73 都道府県ポリゴンを作る CREATE TABLE w_pref ( gid SERIAL PRIMARY KEY, pcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 4612) ); INSERT INTO w_pref (pcode, geom) SELECT pcode, (ST_Dump(geom)).geom AS geom FROM ( SELECT mcode/1000 AS pcode, ST_Union(geom) AS geom FROM w_mncpl GROUP BY mcode/1000 ) AS Q ORDER BY pcode; 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 17
- 18. boiledorange73 メルカトルに投影 CREATE TABLE w_pref_3395 ( gid SERIAL PRIMARY KEY, pcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 3395) ); INSERT INTO w_pref_3395 (gid, pcode, geom) SELECT gid, pcode, ST_Transform(geom, 3395) FROM w_pref ORDER BY gid; 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 18
- 19. boiledorange73 • 不正ポリゴン（自己接触・自己交差）発生 （対応策は後述） 10cmスナップ CREATE TABLE w_pref_3395_s10c ( gid SERIAL PRIMARY KEY, pcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 3395) ); INSERT INTO w_pref_3395_s10c (gid, pcode, geom) SELECT gid, pcode, ST_SnapToGrid(geom, 0.1, 0.1) FROM w_pref_3395 ORDER BY gid; 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 19
- 20. boiledorange73 不正なポリゴンを除く？ 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 20 CREATE TABLE w_pref_3395_notsmall ( gid SERIAL PRIMARY KEY, pcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 3395) ); INSERT INTO w_pref_3395_notsmall (pcode, geom) SELECT pcode, geom FROM ( SELECT pcode, (ST_Dump(ST_CollectionExtract( ST_MakeValid(geom),3))).geom FROM w_pref_3395_s10c) AS Q WHERE ST_Area(geom) >= 15000000;
- 21. boiledorange73 不正なポリゴンを除くとダメ • 不正が混じった県は 全体が消える • 離島除く • 香川・愛媛は残存 • 徳島は大毛島だけ 残存 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 21
- 22. boiledorange73 不正なポリゴンを妥当にする • ST_MakeValid(): 不正な地物を妥当にする • ST_CollectionExtract(): (マルチ)ポリゴン抽出 • ジオメトリコレクションが混じったため 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 22 INSERT INTO w_pref_3395_notsmall (pcode, geom) SELECT pcode, geom FROM ( SELECT pcode, (ST_Dump( ST_CollectionExtract(ST_MakeValid(geom),3) )).geom FROM w_pref_3395_s10c) AS Q WHERE ST_Area(geom) >= 15000000;
- 23. boiledorange73 トポロジ作成 • 戻り値はトポロジID (使わない) 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 23 SELECT topology.CreateTopology('topo_pref_3395_2', 3395); createtopology ---------------- 3
- 24. boiledorange73 トポジオメトリ作成 • 戻り値はレイヤID (使う) 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 24 CREATE TABLE topogeom_pref_3395_2 ( gid serial primary key, pcode INT ); SELECT topology.AddTopoGeometryColumn( 'topo_pref_3395_2’, 'public', 'topogeom_pref_3395_2', 'topogeom’, 'POLYGON’ ); addtopogeometrycolumn ----------------------- 1
- 25. boiledorange73 レイヤに格納 • toTopoGeom()の第3引数がレイヤID (1) • AddTopoGeometryColumn()の返り値 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 25 INSERT INTO topogeom_pref_3395_2(pcode, topogeom) SELECT pcode, topology.toTopoGeom( geom, 'topo_pref_3395_2’, 1 ) FROM w_pref_3395_notsmall_v2;
- 26. boiledorange73 ここで地図をみてみましょう • 日本全体の ノード(青点）とエッジ（赤線） • フェイス非表示 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 26
- 27. boiledorange73 もうちょっと拡大 • ノードは • ポリゴンの開始点 • 他ポリゴンとの接触点 （正確にはリング） • エッジはノードを 結んでいるだけ 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 27
- 28. boiledorange73 トポジオメトリを見てみる • カテゴリ塗り分け ができてる → 属性を持っている • ただし インデックスなし → 表示遅い 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 28
- 29. boiledorange73 レイヤに格納 • ST_Simplify(topogeometry, double) がある 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 29 CREATE TABLE sp_pref ( gid SERIAL PRIMARY KEY, pcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 4612) ); INSERT INTO sp_pref(pcode,geom) SELECT pcode, ST_Transform( (ST_Dump(ST_Simplify(topogeom,1000))).geom, 4612 ) FROM topogeom_pref_3395_2;
- 30. boiledorange73 トポジオメトリ簡略化結果 • こんなかんじ 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 30
- 31. boiledorange73 個々のジオメトリの簡略化 CREATE TABLE sp_pref_each ( gid SERIAL PRIMARY KEY, pcode INT, geom GEOMETRY(POLYGON, 4612) ); INSERT INTO sp_pref_each(pcode,geom) SELECT pcode, ST_Transform( (ST_Dump(ST_Simplify(geom,1000))).geom, 4612 ) FROM w_pref_3395_notsmall; 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 31
- 32. boiledorange73 個々のジオメトリの簡略化 • 差はないようにも 見えるけど • おかしなところ あります • 隙間や重複がある 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 32
- 33. boiledorange73 みよトポジオメトリの能力を • トポジオメトリだと 隙間も重複もない 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 33
- 34. boiledorange73 かかった時間 • Windowsパソコン使用 • Xeon W3530 @2.80GHz (4コア, 8スレッド) • 12.0GB PC3-8500 • SSD 読み込 み550MB/S,書き込み 500MB/S • 都道府県ポリゴン生成 約4時間（参考値） • レイヤに格納 約32時間（参考値） • 他は短時間 • 簡略化 約3秒 等 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 34
- 35. boiledorange73 おわりに • トポロジの簡単な説明 • トポジオメトリのごく簡単な説明 • 属性が持てるよ • 都道府県簡略化を実施 • 結構時間がかかる • ST_SnapToGrid()で不正な地物が出る → ST_MakeValid()とST_CollectionExtract() 2018/11/10 FOSS4G 2018 Tokyo 35