QGIS で DTM から段彩図を作成する方法

はじめに

QGIS（Quantum GIS）は、地理情報システム（GIS）のためのオープンソースソフトウェアです。QGIS は、多様な地理空間データの作成、表示、解析を可能にし、ユーザーに豊富なツールセットを提供します。

この記事では、デジタル標高モデル（DTM）を使用して段彩図を作成する手順について解説します。まずは QGIS を使用した段彩図の作成手順を説明し、その後、同様の処理をPythonを使用して PyQGIS で実装する方法を紹介します。

段彩図は、地形の標高を色分けして視覚的に表現する地図の一種です。段彩図を使用することで、地形の高低差や傾斜の変化を簡単に把握することができます。

段彩図に DTM で高さを適用した例

QGIS

段彩図の作成手順

QGIS でデジタル地形モデル（DTM）から陰影段彩図を作成する手順は以下の通りです。

1. DTM データの読み込み

1. QGIS を起動し、「レイヤ」→「レイヤを追加」→「ラスターレイヤを追加」を選択します。
   

2. DTM データ（例: GeoTIFFファイルなど）を選択し、「追加」をクリックします。
   

2. 段彩図の作成

1. プロセシングツールボックスで「ラスターレイヤの段彩図」を検索し、「ラスターレイヤの段彩図」ツールを選択します。
   

2. 「入力ラスタ」には DTM データを選択し、「出力ファイル名」を指定します。

3. 「階層数」や「階層の色」を設定し、「OK」をクリックして段彩図を生成します。
   

4. 出力された段彩図を確認します。
   

PyQGIS

PyQGIS を使って GeoTIFF 形式の DTM を読み込み、段彩図を作成して、結果を GeoTIFF 形式で出力する手順を以下に示します。

事前セットアップ

1. QGIS のインストール：PyQGIS は QGIS に含まれている Python ライブラリです。まずはじめに QGIS をインストールしておく必要があります。

2. Python スクリプトの準備：PyQGIS スクリプトを作成するために Python 環境が必要となります。

3. 環境変数の設定: QGIS の Python ライブラリを使用するには、環境変数を設定する必要があります。QGIS のインストールディレクトリを C:\Program Files\QGIS 3.34.6 とした場合の設定例を以下に示します。

   環境変数	設定例
   Path	C:\Program Files\QGIS 3.34.6\bin C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\qgis-ltr\bin C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\grass\grass83\bin C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\qt5\bin C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\Python312\Scripts C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\Python31
   PYTHONHOME	C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\Python312
   PYTHONPATH	C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\qgis-ltr\python
   QGIS_PLUGINPATH	C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\qt5\plugins C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\qgis-ltr\qtplugins
   QGIS_PREFIX_PATH	C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\qgis-ltr
   QGIS_PYTHON_PATH	C:\Program Files\QGIS 3.34.6\apps\Python312\Lib\site-packages

4. Python パッケージのインストール

   pip install pyqt5
   

実装例

1. 必要なモジュールのインポート

from qgis.core import (QgsApplication,
                       QgsProject,
                       QgsRasterFileWriter,
                       QgsProcessingException)
from qgis.analysis import QgsRelief
import os

• qgis.core.QgsApplication: QGIS アプリケーションの初期化と終了に使用。
• qgis.core.QgsProject: QGIS プロジェクトの管理に使用。
• qgis.core.QgsRasterFileWriter: ラスタファイルの書き出しに使用
• qgis.core.QgsProcessingException: 処理例外を扱うために使用
• qgis.analysis.QgsRelief: DEM データから段彩図を生成するために使用

2. QGIS 環境の初期化

まず初めに setPrefixPath で QGIS のインストールパスを設定します。
その後、QGIS アプリケーションのインスタンスを作成し (QgsApplication([], False))、QGIS アプリケーションの初期化を完了します (initQgis())。

QgsApplication.setPrefixPath(r"C:\Program Files\QGIS 3.34.6", True)  # QGIS のインストールパスを設定
qgs = QgsApplication([], False)  # QGIS アプリケーションを初期化
qgs.initQgis()  # QGIS アプリケーションの初期化を完了

3. プロジェクトの作成

QgsProject.instance() で、QGIS プロジェクトのインスタンスを取得します。

project = QgsProject.instance()

4. 入力ファイルと出力ファイルのパス設定

入力ファイル (dem_path) と出力ファイル (output_path) の設定を行います。
また、後続の QgsRelief で引数で利用するため、QgsRasterFileWriter.driverForExtension を使い、出力ファイルの拡張子から GDAL ドライバ名 (outputFormat) を取得しておきます。

dem_path = r"data\FG-GML-5338-04-DEM.tif"
output_path = r"data\DTM_relief.tif"
outputFormat = QgsRasterFileWriter.driverForExtension(os.path.splitext(output_path)[1])  # GTiff

GDAL ドライバ は、特定の地理空間データフォーマットを読み書きするためのモジュールであり、GDAL はこれらのドライバを提供するライブラリです。
QGIS は、GDAL を利用して、多種多様な地理空間データフォーマットの操作、変換、解析を行います。

5. 段彩図の生成

DEM ファイルから段彩図を生成するためのインスタンスを作成します。

relief = QgsRelief(dem_path, output_path, outputFormat)

6. 段彩の区分を自動的に生成

最適化された段彩区分を計算するよう、段彩区分を設定します。

reliefColors = relief.calculateOptimizedReliefClasses()  # 最適化された段彩区分を計算
relief.setReliefColors(reliefColors)

7. z 係数の設定

z 係数（標高データの垂直倍率）を設定します。

relief.setZFactor(1.000000)

8. 頻度分布の出力

頻度分布を CSV ファイルとして出力したい場合は、以下の通り記載します。

relief.exportFrequencyDistributionToCsv(r"data\fd.csv")

9. ラスタ処理の実行

ラスタ処理を実行します。

relief.processRaster()

10. QGIS 環境の終了

QGIS アプリケーションを終了します。

qgs.exitQgis()  # QGIS アプリケーションを終了

実行

ソースコードを実行すると、QGIS を起動することなく、段彩図（data\DTM_relief.tif）を生成することができます。

参考：ソースコード全文

from qgis.core import (QgsApplication,
                       QgsProject,
                       QgsRasterLayer,
                       QgsRasterFileWriter,
                       QgsCoordinateReferenceSystem,
                       QgsProcessingException)
from qgis.analysis import QgsRelief
import os

# QGIS 環境の初期化
QgsApplication.setPrefixPath(r"C:\Program Files\QGIS 3.34.6", True)  # QGIS のインストールパスを設定
qgs = QgsApplication([], False)  # QGIS アプリケーションを初期化
qgs.initQgis()  # QGIS アプリケーションの初期化を完了

# プロジェクトの作成
project = QgsProject.instance()

# DEMファイルのパス
dem_path = r"data\FG-GML-5338-04-DEM.tif"

# 出力ファイルのパス
output_path = r"data\DTM_relief.tif"
outputFormat = QgsRasterFileWriter.driverForExtension(os.path.splitext(output_path)[1])  # GTiff

 # DEMファイルから段彩図を生成するためのインスタンスを作成
relief = QgsRelief(dem_path, output_path, outputFormat)

# 段彩の区分を自動的に生成
reliefColors = relief.calculateOptimizedReliefClasses()  # 最適化された段彩区分を計算
relief.setReliefColors(reliefColors)

# z 係数
relief.setZFactor(1.000000)

## 頻度分布の出力
#relief.exportFrequencyDistributionToCsv(r"data\fd.csv")

# ラスタ処理を実行
res = relief.processRaster()

if res == 1:
    raise QgsProcessingException('入力ファイルを開けません。(' + dem_path + ')')
elif res == 2:
    raise QgsProcessingException('出力ファイルの GDAL ドライバを取得できません。')
elif res == 3:
    raise QgsProcessingException('出力ファイルを作成できません。(' + output_path + ')')
elif res == 4:
    raise QgsProcessingException('入力バンドを取得できません。')
elif res == 5:
    raise QgsProcessingException('出力バンドを作成できません。')
elif res == 6:
    raise QgsProcessingException('出力ラスタサイズが小さすぎます。')
elif res == 7:
    print('処理がキャンセルされました。')

# QGIS 環境の終了
print('処理が完了しました。(' + output_path + ')')
qgs.exitQgis()  # QGIS アプリケーションを終了