ジオスタティスティクスを用いたフェンスとカーテンの作成

RichieCarmichael

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Parallel Fencesツールの2回の実行によってX方向とY方向に生成された平行フェンス。<\/P><\/DIV>

注意:  3D Fences Toolboxは2017年2月28日に更新されました。<\/EM><\/STRONG>  <\/EM>

この記事では、三次元点群の垂直スライスに対してジオスタティスティクスを実行できるジオプロセシングツールボックスを紹介し、解説します。ツールボックスのダウンロードは

こちらをクリックしてください。<\/STRONG>

長年にわたり、ArcGISおよびそのGeostatistical Analyst拡張機能のユーザーは、2次元での高度なジオスタティスティカル補間を実行できました。これにより、選択された場所でのみ測定された任意の現象の連続的なマップ作成が可能となりました。3D解析の人気が高まり、3Dデータが利用可能になるにつれて、3Dデータに対してジオスタティスティクスを実行するオプションの必要性が高まっています。大気断面図、地質プロファイル、および水深トランセクトの研究はGISの不可欠な部分となりました。これら3つの古典的要素（空気、地球、水）それぞれで、大気温度勾配、地質層のさまざまな深さでの鉱石含有量、隣接する垂直トランセクト線に沿った海水の塩分濃度などの自然現象を測定できます。

GISでは自然現象だけでなく、人為的なものも分析します。空気、地球、水への人間の影響も測定されます。3Dで分析可能な環境への人為的影響には、大気汚染プルームや油流出があります。後者は地下に浸透して地下水流によって移動したり、海底から表面へ移動しながら海流に引きずられることもあります。このような現象を理解する洞察を得ることは非常に重要です。これが3DFences Toolbox<\/STRONG>作成の動機となりました。

スライス<\/STRONG>とは、パンの一切れに例えられる3Dデータの垂直部分集合です。通常は一方向に狭いですが、それでも3Dオブジェクトです。フェンス<\/STRONG>は3Dデータスライスの2D表現です。スライスに属するすべての点が2D平面に投影または押し付けられます。「フェンス図」または「フェンス」という用語は、地質学で垂直掘削線列から得られたデータを補間して生成された地質層断面図を示すために使われます。大気科学では同等物が通常カーテン<\/STRONG>と呼ばれます。<\/A>

紫色で示された点群スライスの上面図と、その中心に入力点として表示される色付き線として表現されたフェンス。<\/P><\/DIV>

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フェンス片側に位置する入力スライスポイントの側面図。これらの点は油流出後の海水中の油分測定値です。<\/P><\/DIV>

明確に言うと、3D Fences toolbox内のツールは3D補間を実行しません。3DFences Toolboxが提供するアプローチは、3Dデータの垂直スライス上で直接ジオスタティスティカル解析を実装するものではありません。その代わりにツールはX, Y, Z座標と現象測定値を持つ3Dデータスライスを90度回転させて水平2D平面へ変換します。そして

Empirical Bayesian Kriging(EBK)というジオスタティスティカル補間法を適用し、予測値（何かの濃度や強度の連続マップ）または予測標準誤差（各地点で予測マップへの信頼度マップ）を生成します。その結果はラスターセル中心で補間値を表すポイントデータセットに変換されます。そのポイントは元座標空間へ戻され、フェンス状に規則的な点マトリックスとして配置されます。このフェンスはArcSceneやArcGIS Proで表示すると初期スライスポイント群中央に位置します。ラスターがポイントデータセットへ変換される理由はArcGISが現在ラスターを垂直平面として表示できず、ポイントシンボロジーが結果表示に柔軟性を提供するためです。

ツールにはArcGIS標準またはジオスタティスティカル点補間ツールならどれでも実装可能でしたが、プロトタイプでは最適な既定パラメーターと正確な予測で知られるEmpirical Bayesian Kriging(EBK)法を選択しました。<\/A>

3DFences<\/STRONG> toolboxは異なるフェンス生成方法をサポートする三つの独立したツールから構成されています。Parallel Fences<\/STRONG>ツールは経度・緯度・深さいずれかに関連した方向で平行フェンスセットを生成できます。つまり出力される平行フェンスセットは南北方向(N-S)、東西方向(W-E)、またはZ軸方向(Z)へ伸びます。それぞれのセット内フェンス数はユーザーが決定します。全ツールともサンプルポイント特徴量サブセットからフェンス作成可能な選択セット対応しています。<\/A>

デジタイズされた「S」字形状に沿って作成されたフェンス。<\/P><\/DIV>

Interactive Fences<\/STRONG>ツールは地図上でデジタイズした線に基づいてフェンスを生成できます。ユーザーはデジタイズ線からバッファ距離を設定します。そのバッファ内にあるすべての点がジオスタティスティカル解析に使用されます。複数線や多頂点自己交差線もデジタイズ可能です。三つ目のツールであるFeature based Fences<\/STRONG>はポリライン特徴量内既存フィーチャーに基づいてフェンスを作成します。この場合フェンス形状は既存フィーチャーによって決まり、選択サンプルポイント群Z軸方向へ伸びます。例として海底設置油パイプライン上方で油漏れ調査などがあります。

全ツールには合理的なジオスタティスティカル表面生成に必要な最小サンプルポイント数やフェンスサイズ設定オプションがあります。また時間対応機能も備えています。サンプルデータに日時フィールドがあり有効化すると、その時間間隔ごとに最低要件満たす場合フェンスが生成されます。同じ位置で連続時間窓表す複数フェンスが配置されるため視覚解析向上には時間アニメーション表示推奨です。

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NASAが地球表面32km上空からCalipso衛星で取得した後方散乱データから作成された大気カーテン例。

寄稿者：Bob G. と Witold F.<\/>EM>