都市計画基礎教育における地理情報教育コンテンツおよび支援ツールの開発と応用

科学研究費基盤研究（Ａ）「地理情報科学の教授法の確立－大学でいかに効果的にGISを教えるか－」全体報告会平成19年2月3日 東京大学空間情報科学研究センター（柏キャンパス）

報告者：鈴木 勉 （筑波大学大学院システム情報工学研究科）協力者：渡部大輔（海上技術安全研究所）

渡辺泰弘（筑波大学大学院システム情報工学研究科）

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筑波大学第三学群社会工学類

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都市計画専攻カリキュラム

GIS関連科目

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教育内容と科目の対応

実世界の概念モデル化

地理データモデル

地理データ取得

地理データ編集

地理データ分析

地理データの可視化

地理データの視覚的伝達

講義（都市解析）

演習（都市計画情報実習・都市データ分析）

実習（都市計画実習・MP実習）

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鈴木 勉の担当授業

都市計画実習（地域施設班）

都市データ分析

都市解析（平成１７年度）

学類３年１学期

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全体の研究計画における位置づけ地理情報科学の教授法の開発

（教材活用方法・教授法開発）

地理情報科学の教育コンテンツの開発と体系化（実態調査・教育コンテンツ開発・科目構成）

地理情報科学の教育のためのシステム設計（教育用支援ソフトウェア・ハードウェア構築・クリアリングハウス・TA教育・TSUKUBAモデル）

諸学問への応用（事例集・階層的専門教育コンテンツ・コース別メニュー）

地理情報科学の社会への普及促進方法の開発（Web公開オープンコースウェア・CD付教科書出版）

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「都市計画実習」 （都市計画共通エリア）概要

現地調査を通して都市とその周辺地域の空間を実際に体験し，基礎資料の収集および解析によって地域特性を把握するとともに，その地域における都市・環境計画上の課題を自ら発見し，問題解決の方法を習得する。

授業内容ガイダンス（班編成，資料整理・管理方法，印刷についてのガイダンス）作業講演会「常磐新線計画とつくば市の今後」現地見学：つくば市の中心市街地と新線開発予定地（対応：都市機構，つくば市，つくば鉄道建築建設所など）講義「プレゼンテーションについて」中間発表作業講義「レポートの書き方」最終発表会（調査等協力者・機関への報告会）懇親・打ち上げ会（調査協力者とともに）班・個人の成果物提出，資料整理・後かたづけ

実習

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「都市計画実習」でのGIS適用可能性

野外調査における空間データ取得方法の活用

分析過程・プレゼンテーションにおける利用

問題発見能力の育成

分析方法の理解

解決方策の立案グループ作業の体得

GIS活用による作業支援・プレゼンテーション技術向上

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「都市データ分析」（都市計画共通エリア）概要

都市・地域分析を行う際に必要なデータを用いた現況の把握分析の方法を習得する．（１）データによる都市把握と空間計測手法，（２）多変量解析の手法について講義し，関連する課題について演習を行う．

授業内容市区町村別社会経済データの説明（吉田）：市区町村基礎データ市区町村別社会経済データを用いる際の統計的諸問題（吉田）：分散不均一，modifiable areal unit problem, segregation市区町村別社会経済データを用いた実習（吉田）：コロプレス図，市区町村行政区界図空間統計学の基礎（吉野）クラスタリング（吉野）：K-mean法中心としたクラスタリング都市データ分析の準備（堤）：地形図，数値地図，国土調査，GIS，ラスター／ベクター，メッシュデータ空間データを用いた回帰分析（堤）：地価関数のモデル化都市空間の計測と把握（鈴木）：スケール，空間単位，現地踏査による１／２５００都市計画図を用いた空間計測都市空間指標の計測（鈴木）：建蔽率，容積率（グロス／ネット），棟数密度，道路率等の計算地区分類（鈴木）：クラスター分析，地区特性指標による地区分類空間の把握

演習＋講義

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「都市データ分析」でのGIS適用可能性

携帯端末を利用した空間データ取得方法の開発

野外実習における適用

市街地環境指標の計測

スケール感の体得

基礎指標の意味の理解

計測方法の実践GISによるデータ取得

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「都市解析」（都市機能とフィジカルプランニングエリア）

概要都市を構成する建物，施設，道路などの要素間の関係や秩序，パターンがそれらの持つ機能とどのような関係にあるか，また，都市が展開されている２次元平面の持つ特徴について論じる．地図を見たり，データをながめたりしただけでは分からない数理的方法について概説する．

授業内容序論市街地の密度：建蔽率，容積率，棟数密度，空地交通ネットワークと距離：直線距離，道路距離，時間距離，グラフ理論，最小木(MST)，シュタイナー問題，巡回セールスマン問題(TSP) 都市平面における距離：施設の量，配置パターン，最近隣距離，Voronoi図，Delaunay網，Croftonの微分方程式離散型施設配置モデル：p-メディアン問題，p-センター問題連続型施設配置モデル：ウェーバー問題，ミニマックス問題，規模密度法則流動量と移動距離・時間：距離分布，流動量分布，時間分布，高速交通網，道路網密度土地利用解析：join数，clump数，エントロピー，土地利用遷移立地理論：Christaller中心地理論，Thünen農業立地論，Lösch経済立地論，Weber工業立地論空間相互作用モデル：グラビティモデル，介在機会モデル，Huffモデル，Wilsonエントロピーモデル

講義平成１７年度

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「都市解析」の教育内容都市を構成する要素の持つ秩序やパターンの理解

都市空間の持つ性質の理解

都市構成要素の把握

基礎理論の理解

解析方法の理解都市空間の性質の理解

都市計画分野の分析のために必要とされる空間情報

演習はＧＩＳを使用せず

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平成17年～18年度研究計画：鈴木

携帯端末を利用した空間データ取得方法の開発PDA端末を使用した空間データ取得方法

空間データ取得の教育におけるPDA端末の利用可能性

都市計画基礎教育への適用学部（学類）レベル教育への適用可能性

社会工学類都市計画専攻専門科目のうち，都市計画共通エリア２科目「都市データ分析」，「都市計画実習」での活用

コンテンツ開発

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既存研究の整理都市計画関連における屋外情報の収集

奥貫圭一・岡部篤行・崔 鳳文・丸山貴志子・谷崎正明・嶋田 茂(1997)：モバイルGISを用いた都市調査実習の試み，地理情報システム学会講演論文集，6,，51-56. 伊藤 悟・岡部篤行・奥貫圭一・東明佐久良・秋田義一・小坪宏則・大喜多祐司・後藤 寛・金子忠明・足達俊雅・エリックバーズリー(1998)：都市計画基礎調査におけるモバイルGIS利用の試み（その1），地理情報システム学会講演論文集，7,137-140. 後藤 寛・伊藤 悟・岡部篤行・奥貫圭一・東明佐久良・秋田義一・小坪宏則・大喜多祐司・金子忠明・足達俊雅・エリックバーズリー(1998)：都市計画基礎調査におけるモバイルGIS利用の試み（その2），地理情報システム学会講演論文集,7,293-296. 奥貫圭一，伊藤 悟，岡部篤行，金子忠明，後藤 寛，東明佐久良，立松岳史，汐崎 剛(2000)：野外調査実習のための携帯型GISの開発，地理情報システム学会講演論文集,9, 263-268. 森本健弘・村山祐司・大橋智美・新藤多恵子(2003)：GPSとGISを活用した土地利用調査と分析，人文地理学研究，27，107-129．

森本健弘・村山祐司・近藤浩幸・駒木伸比古(2004)：行動地理学におけるGPS・GISの有用性ー野外実習を通じてー，人文地理学研究，28，27-47．

汎用的機材・システムによる都市計画関連の現地情報収集の可能性を検討

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地図データの収集・加工各種データ（茨城県つくば市）

Zmap-TownⅡつくば市2500(Zenrin社)

データ形式シェープ・ファイル（Shp）

座標系：世界測地系（WGS84）

投影法：平面直角座標系（IV系）

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使用機材PDA：iPAQ hx4700（日本HP）http://h50146.www5.hp.com/products/handhelds/pocketpc/hx4700/

汎用的モバイル情報端末OS：Windows Mobile 2003

GPS：CFGPS2（IODATA)http://www.iodata.jp/prod/multimedia/gps/2003/cfgps2/index.htm

小型高感度GPSレシーバコンパクトフラッシュ

GPS内臓PDA：Mio168RS(ハイテック社)http://www.mio-tech.jp/products/168.html

モバイルナビゲーションシステムOS:Windows Mobile 2003

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使用機材(平成19年度)GPS内臓PDA：MioP350(ハイテック社)

http://www.mio-tech.jp/products/168.html

モバイルナビゲーションシステム

OS: Windows Mobile 2003※平成１９年度は，より精度の高いGPSを搭載し

たMioP350を6台追加し，受講生全員がGPS搭載PDAを用いた演習が行えるようにする．

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PDAとGPSの連動CFGPS2 ユーティリティ

http://www.iodata.jp/support/info/2003/cfgps2utl.htm

ArcPAD上でGSPを起動※Mio168RSについても同様

ユーティリティ画面 ArcPADのGPS画面

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屋外調査支援システム復旧・復興支援活動（新潟県中越地震）

ESRIジャパンによる無償提供https://www.esrij.com/solution/homelandsecurity/pos/index.shtml

動作環境：ArcPAD6.0.3・ArcGIS9.1ポイント・ポリライン・ポリゴンデータの生成

機能概要（ESRIジャパン社ホームページより）

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屋外調査支援システム：使用例現在位置情報の取得とポイントデータ追加調査地区の建物属性の入力⇒シェープ・ファイルとして保存される⇒地図上に重ね合わせ表示可能

(i)ポイントの追加 (ii)階数の入力

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鈴木担当分1. 都市空間の計測と把握

スケール，空間単位，現地踏査による１／２５００都市計画図を用いた空間計測

2. 都市空間指標の計測建蔽率，容積率（グロス／ネット），棟数密度，道路率等の計算

3. 地区分類クラスター分析，地区特性指標による地区分類

←ＧＩＳによる作業支援（平成１８年度）

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１．都市空間の計測と把握

都市空間の計測と把握

高さ：三井ビル・展望塔（松見公園）

対象街区：さくら団地・竹園二丁目

計測：街区面積（m2），建ぺい率（％），容積率（％），道路率（％），階数

推測：世帯数（戸），人口（人），面積（m2）

平成１７年度

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１．都市空間の計測と把握：回答例平成１７年度

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１．都市空間の計測と把握

都市空間の計測と把握

高さ：三井ビル・展望塔（松見公園）

対象街区：さくら団地・竹園二丁目

計測：街区面積（m2），建ぺい率（％），容積率（％），道路率（％），階数，座標(GPSを用いた現在地の把握)手法：

• 直感コース：直感と紙地図

• ハイテクコース：GPSを搭載したPDAを用いる．

推測：世帯数（戸），人口（人），面積（m2）

平成１８年度

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１．都市空間の計測と把握

ハイテクコース

機種：Mio168RS, hp iPAQ4700

アプリケーション：ArcPad地図データ：Zmap-TownⅡ つくば市

計測：現在地の座標データの取得

記入：建物データに階数を入力

推測：世帯数（戸），人口（人），面積（m2）

平成１８年度

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１．都市空間の計測と把握

地図データ

Zmap-TownⅡ つくば市 2500種類：センター地区，大学地区，竹園周辺（A地区，B地区，C地区，D地区）

道路，道路補助線，建物データを抽出

直感コース：1/2500 （受講生には教えていない）の地図をA3で配布

ハイテクコース：編集したデータをArcPad上で起動できるように変換，配布

平成１８年度

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１．都市空間の計測と把握地図データ 平成１８年度

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１．都市空間の計測と把握

ArcPad位置情報の取得とポイントデータ追加

位置情報の取得

ポイントデータの追加

平成１８年度

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１．都市空間の計測と把握

ArcPad位置情報の取得と距離計測

平成１８年度

対象物までの距離計算．

計測位置を取得．ポイントを追加．

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１．都市空間の計測と把握

ArcPad階数情報の入力

位置情報の取得

編集可能にチェックを入れる．

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１．都市空間の計測と把握

実習の様子

日時：2006年5月11日 16時頃 曇り

平成１８年度

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１．都市空間の計測と把握

今後の課題

取得した座標データをいかに用いるか．

⇒対象街区や建物の周長・面積の計算

現地における地図データづくり

⇒階数や建物用途の入力など

操作方法を伝える．

⇒マニュアル改善

平成１８年度

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２．都市空間指標の計測

計測項目街区レベル

• 総土地面積（道路含まず）（m2）• 総土地面積（道路含む）（m2）• 総建築面積（m2）• 総道路面積（対象地区）（m2）• 道路率（%）• 建物棟数（棟）• 棟数密度（棟/ha）• 地区建ぺい率（%）

地区レベル• 総土地面積（道路含む）（m2）• 総延べ床面積（m2）• 総人口（人）• 人口密度（人/ha）• グロス容積率（%）

建物レベル• 建築面積（m2）• 階数• 延べ床面積（m2）

平成１８年度

面積の計測：各手法ごとに3回行い平均を取るポイントサンプリング法，座標法，プラニメーター(平成17年度)座標法 (平成18年度)⇒Zmapから座標データを作成

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２．都市空間指標の計測座標データ

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２．都市空間指標の計測

座標データC地区 建物

i x[i] y[i] 建物番号 i x[i] y[i]1 26122.352 8317.722 0 26122.000 8362.6002 26117.078 8325.549 1 1 26106.600 8389.3003 26085.683 8377.687 2 26125.700 8399.9004 26083.113 8382.060 3 26141.100 8373.4005 26088.650 8384.919 4 26134.300 8341.6006 26212.195 8454.989 5 26126.700 8354.8007 26217.121 8458.631 6 26129.800 8356.4008 26220.727 8455.407 2 7 26126.400 8362.2009 26228.668 8449.794 8 26142.400 8371.30010 26234.335 8445.337 9 26156.200 8347.80011 26242.759 8437.676 10 26140.000 8338.60012 26247.572 8432.669 11 26137.100 8343.10013 26264.311 8405.028 12 26143.600 8396.50014 26267.732 8399.344 13 26137.700 8406.20015 26262.876 8396.558 3 14 26143.600 8409.50016 26130.620 8322.252 15 26144.800 8407.500

16 26146.400 8408.20017 26128.500 8328.000 17 26150.900 8400.70018 26121.400 8329.500 18 26147.500 8379.60019 26090.200 8382.100 4 19 26143.700 8386.20020 26214.500 8452.300 20 26150.300 8389.70021 26219.100 8452.500 21 26153.900 8383.30022 26227.500 8447.000 22 26155.200 8383.70023 26233.600 8442.300 5 23 26151.900 8389.30024 26241.700 8434.600 24 26157.700 8392.40025 26245.100 8430.600 25 26161.000 8386.90026 26250.000 8423.200 26 26154.100 8405.20027 26261.400 8403.400 6 27 26151.300 8409.80028 26250.000 8397.000 28 26157.000 8413.20029 26175.200 8354.200 29 26159.600 8408.200

平成１８年度

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２．都市空間指標の計測：回答例平成１８年度

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３．地区分類

クラスター分析による地区分類統計処理ソフトSPSSによるデンドログラム

東京都２３区内町丁目

指標• 市街地面積(㎡)• 建ぺい率

• 道路率

• 木造棟数

• 建物棟数

• 延べ床面積(㎡)• 世帯数

• 夜間人口

• 昼間人口

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３．地区分類：回答例

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システムの改善地図データの共有化

学生への配布（学類内であればサーバで可能）データの処理⇒ArcMap(PC)からArcPad(PDA)への地図変換現地調査での取得座標データの活用と蓄積⇒都市空間の計測に用いる．(建ぺい率，道路率など)，実施年別の比較メタデータ化⇒metadata explororで共有化http://gis.sk.tsukuba.ac.jp/metadataexplorer/explorer.jsp

システムの頑健性の検証TAによるサポート：データ作成，入力画面作成小グループ（実習班，8名程度）での試行錯誤GPSの位置情報取得精度の検証

自発的利用

例：2005年度受講者（地域施設班）

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各科目毎の課題都市データ分析

PDA端末利用者の拡大 平成１９年度はPDAを７台用意

学生ニーズに対応した授業改善

都市計画実習データ更新

利用者管理

インターフェース

都市解析演習系プログラム開発

大学院授業少人数教育でのGIS教育方法