141031 qgisr handson_presentation

R 言語の基礎QGIS processingの基礎

processingに組み込まれている R アルゴリズムprocessingに自作の R アルゴリズムを読み込む

QGIS&Rハンズオン

縫村崇行

OSGeo 財団日本支部 · 千葉科学大学

2014/10/31

1 / 54



本ハンズオンについて

QGISから外部プログラムとの連携ができる processingを用いて、統計解析言語 Rと連携した解析方法を紹介

対象者 ·技術スキル基本的な GISの知識

QGISの利用経験のある方

R言語は初心者でも OKです⇐ Rの基礎も紹介します

QGIS processingの機能を使う際、ユーザー名が日本語だとエラーが出ます (例．縫村)。英語でユーザー名を作成して下さい (例．nuimura)。

2 / 54



ハンズオンの流れ1 R言語の基礎

RとはライブラリのインストールRの基本操作グラフ作成

2 QGIS processingの基礎QGIS processingとはQGIS processingの有効化

3 processingに組み込まれている Rアルゴリズム組み込みの Rアルゴリズム組み込みの Rアルゴリズムの実行

4 processingに自作の Rアルゴリズムを読み込むRSXファイル (*.rsx)とはRSXファイルの作成RSXファイルの読み込み

3 / 54



使用するデータ

Landsat8の band2–5 (GeoTIFF形式)USGS EarthExplorer (http://earthexplorer.usgs.gov/)

CGIAR提供の SRTM3 DEM (GeoTIFF形式)CGIAR-CSI (http://srtm.csi.cgiar.org/)

EarthExplorer CGIAR-CSI4 / 54

http://earthexplorer.usgs.gov/

http://srtm.csi.cgiar.org/




GIS_DATAディレクトリの中身についてqgisr

mac_libs/ローカルインストール用のライブラリ（Mac）windows_libs/ローカルインストール用のライブラリ（Windows）landsat8_band[2-5].tifLandsat8可視と近赤外バンド (30 m grid)srtm_dem30.tif30 mにリサンプリングした DEMtemperature.shp気象観測データ (x, y,気温) *数値を加工した擬似データ*.rsx自作 Rアルゴリズムファイル

5 / 54




GIS_DATAディレクトリはわかりやすいところにおいてください(例えばWindowsの場合は Cドライブの直下など)。

今回のハンズオンでは GIS_DATAを Cドライブの直下に置いたものとしてスライドを作成していますので、別の場所に置いた方やMac及び Linuxの方は適宜読み替えて下さい。

Windowsで Cドライブの直下においた場合のパスC:/GIS_DATA

6 / 54



R とはライブラリのインストールR の基本操作グラフ作成

1 R 言語の基礎R とはライブラリのインストールR の基本操作グラフ作成


3 processingに組み込まれている R アルゴリズム組み込みの R アルゴリズム組み込みの R アルゴリズムの実行

4 processingに自作の R アルゴリズムを読み込むRSX ファイル (*.rsx) とはRSX ファイルの作成RSX ファイルの読み込み

7 / 54




Rとは

http://cran.r-project.org/

コマンドラインベースで様々な解析 ·作図が可能多くの拡張機能 (library)が開発されている

8 / 54




Rの作図例

9 / 54




Rで取り扱えるデータ

一般的なデータだと

xls：csvに変換しといたほうが簡単

csv：簡単に読み込める

txt：csv以外の文字（タブ、スペースなど）区切りデータ

dbf：GISの属性テーブル情報を扱いたいときなど

画像データ：画像処理も

科学関連のデータでは

GeoTIFF：リモセンデータ

Shapefile：GISデータ

NetCDF：気候データで一般的

10 / 54




ハンズオンで必要なライブラリのインストール

Rを管理者権限で起動し、以下のコマンドの実行

ローカルからインストールする場合 (Windows)

datadir <- "C:/GIS_DATA/qgisr/windows_libs/"libs <- dir(path=datadir, pattern="*.zip")install.packages(paste0(datadir, libs), repos=NULL)

ローカルからインストールする場合 (Mac)

datadir <- "mac_libs へのパス"libs <- dir(path=datadir, pattern="*.tgz")install.packages(paste0(datadir, libs), repos=NULL)

11 / 54




ハンズオンで必要なライブラリのインストール

Rの起動後以下のコマンドの実行

インターネット経由でインストールする場合 (Windows, Mac,Linux)

libs <- c("rgdal", "raster", "rpanel", "adehabitatHR")install.packages(libs, dependencies=T)

12 / 54




数値入力と変数

数値の計算2 + 3[1] 52 ˆ 8[1] 256

変数temp.dc <- 10temp.dc[1] 10temp.df <- 9 / 5 * temp.dc + 32temp.df[1] 50

13 / 54




グラフの基礎 (plot関数)

1変数のプロットtemp <- c(10, 20, 15, 25, 20, 20)plot(temp)

●

●

●

●

● ●

1 2 3 4 5 6

1015

2025

Index

tem

p

14 / 54





2変数のプロットyear <- c(2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2011)plot(year, temp)

●

●

●

●

● ●

2000 2002 2004 2006 2008 2010

1015

2025

year

tem

p

15 / 54





2変数のプロットyear <- c(2000, 2004, 2005, 2007, 2010, 2011)plot(year, temp , type=“l”, col=“red”, xlim=c(1990, 2020), ylim=c(0,30))

1990 1995 2000 2005 2010 2015 2020

05

1015

2025

30

year

tem

p

16 / 54




グラフの基礎 (histogram関数)

ヒストグラムの作成hist(temp)

Histogram of temp

temp

Fre

quen

cy

10 15 20 25

0.0

0.5

1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

17 / 54





大量のデータのヒストグラムhist(rnorm(10000))

Histogram of rnorm(10000)

rnorm(10000)

Fre

quen

cy

−4 −2 0 2 4

050

010

0015

0020

00

18 / 54





大量のデータのヒストグラムhist(rnorm(10000) , col=“lightblue”, breaks=100 )

Histogram of rnorm(10000)

rnorm(10000)

Fre

quen

cy

−4 −2 0 2 4

010

020

030

040

0

19 / 54



QGIS processingとはQGIS processingの有効化





20 / 54




QGIS processingとは

QGISから様々な外部プログラムの機能を呼び出すことができる。GUI、CUIどちらからも呼び出しは可能

外部プログラムとアルゴリズム数GDAL/OGR (32)

GRASS6 (167)

GRASS7 (159)

Orfeo Toolbox (83)

R scripts (19)

SAGA (228)

QGIS本体のアルゴリズム数QGIS (79)

Models (3)

Scripts (13)21 / 54




QGIS processingの有効化

メニューから「プロセッシング」⇒「オプションと構成」を選択

22 / 54





「プロバイダ」⇒「R scripts」を開く

23 / 54





「Activate」にチェックし、「R folder」に Rの実行ファイルのパスが設定されているのを確認。無ければ入力する。

24 / 54



組み込みの R アルゴリズム組み込みの R アルゴリズムの実行





25 / 54




組み込みのRアルゴリズム

Basic statistics

Home Range Analysis

Point pattern analysis

Raster processing

Tools

Vector processing

デフォルトでこれらの 6つのグループの Rアルゴリズムがある

RSXファイルは以下の場所に配置されている (Windows)

OSGeo4Wでインストールした場合C:/OSGeo4W64/apps/qgis/python/plugins/processing/algs/r/scripts

QGIS単体でインストールした場合C:/Program Files/QGIS Chugiak/apps/qgis/python/plugins/processing/algs/r/scripts

26 / 54




組み込みのRアルゴリズムの実行 (Frequency table)

Frequency table (Basic statisticsグループ)

ベクターデータの数値列を指定して頻度分布を求める

temperature.shpの読み込み

27 / 54





「Basic statistics」⇒「Frequency table」を選択

Layerに temperature、Fieldに tempを指定して実行

※正しく表示されない場合は巻末資料 (エラー 1)を参照28 / 54





21◦Cが 3点、22◦Cが 14点 · · · というように算出される。

※正しく表示されない場合は巻末資料 (エラー 2)を参照

29 / 54




組み込みのRアルゴリズムの実行 (Summary statistics)

Summary statistics (Basic statisticsグループ)

ベクターデータの数値列を指定して様々な統計量を求める

「Basic statistics」⇒「Summary statistics」を選択Layerに temperature、Fieldに tempを指定して実行

30 / 54




組み込みのRアルゴリズムの実行 (Raster histogram)

Raster histogram (Raster processingグループ)

ラスターデータの値の頻度分布図の作成

srtm_dem30.tifの読み込み

31 / 54





「Raster processing」⇒「Raster histogram」を選択Layerに srtm_dem30を指定して実行

R Plotsに出力ファイル名を指定すると画像ファイルが出力される(例．D:/graphと指定すると graph.htmlと graph.html.pngが出力される)

32 / 54





※正しく表示されない場合は巻末資料 (エラー 3–6)を参照

33 / 54




組み込みのRアルゴリズムの実行 (Vector histogram)

Histogram (Vector processingグループ)

ベクターデータの数値列の頻度分布図の作成

「Vector processing」⇒「Histogram」を選択Layerに temperature、Fieldに tempを指定して実行

34 / 54




組み込みのRアルゴリズムの実行 (Create new R script)

Create new R script (Toolsグループ)

デフォルトで無い Rアルゴリズムを記述して追加できる

Processingにおける Rの記述文法は次のセクションで説明します

35 / 54



RSX ファイル (*.rsx) とはRSX ファイルの作成RSX ファイルの読み込み





36 / 54




RSXファイル (*.rsx)とは

Rのスクリプトファイルの拡張子を変えたもの。ヘッダーに processing独自の記述を加える必要がある

組み込みアルゴリズム名で「Edit script」を選ぶと RSXファイルを見ることができる

37 / 54




RSXファイルの文法

ヘッダー部分での processing独自の記述 (##を入れる)

グループ名=group: グループ名は既存のものでも独自のものでも可

showplots: 作図関数を使う場合は記述する

Layer=vector: ベクターデータの選択メニューを入れる。読み込んだベクターデータは Layer変数に格納

Field Layer: ベクターデータのフィールドの選択メニューを入れる

38 / 54




RSXファイルの文法

ヘッダー以降は普通の Rスクリプト

Vector histogramの場合hist( Layer [[Field ]],main=paste("Histogram of", Field ),xlab=paste( Field ))

Layerで選択したベクターデータの Field列の数値のヒストグラム図を作成、メインタイトルは Histogram of Field、Xラベルは Field

39 / 54




RSXファイルの作成

Vector histogramをベースに改変##Mygroup =group##showplots##Layer=vector##Field=Field Layerhist(Layer[[Field]],main=paste("Histogram of",Field),xlab=paste(Field) ,col=“blue” )

40 / 54





「名前をつけて保存」で「Histogram_Blue.rsx」として「Rscripts Folder」に保存

R scripts Folderの確認方法

Windowsだと、C:/Users/ユーザー名/.qgis2/processing/rscripts

41 / 54





processingリストにMygroupグループと Histogram Blueが追加

42 / 54





実行すると塗りつぶし色が青のヒストグラムが作成される。

=⇒Rの作図オプションをカスタマイズすることにより独自の作図アルゴリズムを追加ができる。また、rsxファイルを配布することで異なるユーザー間で統一した作図が可能

43 / 54




RSXファイルの読み込み　 (Scatter plot 2bands)

Scatter plot 2bands (Mygroupグループ)

2つのラスターデータの値の散布図を作成

Scatter_plot_2bands.rsxを　「R scripts Folder」にコピーlandsat8_band2.tifと landsat8_band3.tifの読み込み

44 / 54




RSXファイルの読み込み　 (Scatter plot 2bands)

「Mygroup」⇒「Scatter plot 2bands」を選択Raster1に landsat8_band2、Raster2に landsat8_band3を指定して実行

45 / 54




RSXファイルの読み込み　 (Raster aspect histogram)

Raster aspect histogram (Mygroupグループ)

DEMを読み込んで傾斜方位別の平均標高を作図

Raster_aspect_histogram.rsxを　「R scripts Folder」にコピーsrtm_dem30.tifの読み込み

46 / 54




RSXファイルの読み込み　 (Raster aspect histogram)

「Mygroup」⇒「Raster aspect histogram」を選択

DEMに srtm_dem30を指定して実行

47 / 54




おわりに

QGIS processing機能を使うことで Rへの GISデータの橋渡しが GUIベースで簡単に

RSXファイルによりユーザー間で統一した解析や作図が可能

QGISにはない高度な統計処理なども使える

48 / 54




エラー 1: Frequency tableウィンドウが立ち上がらない

processingのオプション設定が正しくされていない場合があります。

対処法

実行パスのスペルミス、Rのバージョン番号の違い

Rのインストール時に 64bitのみをインストールした場合は設定で 64bitにチェック

49 / 54




エラー 2: Frequency table処理の後、結果が表示されない

特定の環境のみで発生する processingに含まれるバグらしいです。tmizu23さんのWebページに修正する方法が記載されていますhttp://d.hatena.ne.jp/tmizu23/20140609

対処法

以下のファイルの中のC:/OSGeo4W/apps/qgis/python/plugins/processing/algs/r/RUtils.py

line = line.strip(’\n’).strip(’ ’)をline = line.strip().strip(’ ’)に修正

50 / 54




エラー 3: 処理の後、グラフが表示されない

必要なライブラリが正しくインストールされていない可能性

対処法

Rを起動して以下のコマンドを実行library()

rgdalと rasterの文字が表示されているか確認をし、無い場合は再びライブラリインストールの手順を踏んでください。

51 / 54





processingが正しい Rライブラリの場所を見ていない可能性

対処法その 1

Rを起動して以下のコマンドを実行すると Rライブラリをの場所が確認できる.libPaths()[1]

例えば、"C:/Users/nuimura/R/win-library/3.1”と表示されたら

QGISメニューのプラグイン=⇒Pythonコンソールを実行し、Pythonコンソールで以下の 2行のコマンドを実行する

import osos.environ[“R_LIBS”]="C:/Users/nuimura/R/win-library/3.1”

52 / 54






対処法その 2



OSGeo4W shellを開き、以下の 2行のコマンドを実行し QGISを起動する

set R_LIBS="C:/Users/nuimura/R/win-library/3.1”qgis

53 / 54






対処法その 3



以下のファイルを開きC:/OSGeo4W/bin/qgis.bat

set GDAL_FILENAME_IS_UTF8=YESの下に以下の 1行を追加set R_LIBS="C:/Users/nuimura/R/win-library/3.1”

54 / 54

141031 qgisr handson_presentation

Technology