指定した地域のメッシュコードを取得する

はじめに

はじめまして！データサイエンティストの山上です。株式会社GEOTRA(@GEOTRA )にてGIS（Geographic Information System：地理情報システム）データを用いた分析を行っています。
本記事では指定された地域のメッシュコードを取得し、それをGeoDataFrameとして視覚化する方法を紹介します。

やること（背景）

• 指定したエリア（ポリゴン）に含まれるメッシュコードを取得する
  • 指定された地域のメッシュを生成
  • メッシュをGeoDataFrameとして可視化
• 前提：指定エリアのポリゴン情報をデータフレームで所持している
• バージョン情報：
  • Python version 3.9.5
  • jismesh.utils version: 2.1.0
  • Shapely version: 1.8.0
  • Pandas version: 1.4.2
  • GeoPandas version: 0.10.2
  • Matplotlib version: 3.5.2
  • NumPy version: 1.22.3

コードの概要

python

# ライブラリのインポート
import jismesh.utils as ju
from shapely import wkt
from shapely.ops import unary_union
import pandas as pd
import geopandas as gpd
from shapely.geometry import Polygon
import matplotlib.pyplot as plt
import numpy as np

def make_mesh_list_semiauto(gdf: gpd.GeoDataFrame, tgt_level: int):
    # 例外処理
    if not isinstance(tgt_level, int) or not (1 <= tgt_level <= 6):
        raise ValueError("the level is unsupported.")
    
    # 最小値と最大値を設定し、最小値からstepずつ増加させて最大値を超えないリストを作成する
    def generate_list(min_value, max_value, step):
        # リストの生成
        values = list(np.arange(min_value, max_value, step))
        
        # 最大値がリストに含まれていない場合は追加
        if values[-1] < max_value:
            values.append(max_value)
            
        return values
    
    minx, miny, maxx, maxy = gdf.total_bounds # 対象のPOLYGONの最大最小緯度経度を取得
    tgt_polygon = unary_union(gdf.geometry.to_list()) # 対象のPOLYGONを結合
    
    level = 1
    # 候補となる1次メッシュコードを取得
    lon_list = generate_list(minx, maxx, 1)
    lat_list = generate_list(miny, maxy, 0.6667)
    candidate_meshcodes = list(set([ju.to_meshcode(lat, lon, level) for lat in lat_list for lon in lon_list]))
    
    # 対象のメッシュレベルまで交差判定を繰り返す
    if(tgt_level in [2,3,4,5,6]):
        while True:
            level += 1
            next_candidate_meshcodes = [meshcode for candidate_meshcode in candidate_meshcodes for meshcode in ju.to_intersects(candidate_meshcode, level)]
            lat_sw, lon_sw = ju.to_meshpoint(next_candidate_meshcodes, 0, 0)
            lat_ne, lon_ne = ju.to_meshpoint(next_candidate_meshcodes, 1, 1)
            polygon_list = [Polygon([(lon_sw[i], lat_sw[i]), (lon_sw[i], lat_ne[i]), (lon_ne[i], lat_ne[i]), (lon_ne[i], lat_sw[i])]) for i in range(len(next_candidate_meshcodes))]
            candidate_meshcodes = [next_candidate_meshcodes[i] for i in range(len(next_candidate_meshcodes)) if polygon_list[i].intersects(tgt_polygon)]
            
            if level == tgt_level:
                dict_meshcode2polygon = dict(zip(next_candidate_meshcodes, polygon_list))
                geometry = [dict_meshcode2polygon[meshcode] for meshcode in candidate_meshcodes]
                break
    else:
        if len(candidate_meshcodes) >= 2:
            lat_sw, lon_sw = ju.to_meshpoint(candidate_meshcodes, 0, 0)
            lat_ne, lon_ne = ju.to_meshpoint(candidate_meshcodes, 1, 1)
            polygon_list = [Polygon([(lon_sw[i], lat_sw[i]), (lon_sw[i], lat_ne[i]), (lon_ne[i], lat_ne[i]), (lon_ne[i], lat_sw[i])]) for i in range(len(candidate_meshcodes))]
        else:
            lat_sw, lon_sw = ju.to_meshpoint(candidate_meshcodes[0], 0, 0)
            lat_ne, lon_ne = ju.to_meshpoint(candidate_meshcodes[0], 1, 1)
            polygon_list = [Polygon([(lon_sw, lat_sw), (lon_sw, lat_ne), (lon_ne, lat_ne), (lon_ne, lat_sw)])]    
        
        lv1_candidate_meshcodes = candidate_meshcodes
        candidate_meshcodes = [lv1_candidate_meshcodes[i] for i in range(len(lv1_candidate_meshcodes)) if polygon_list[i].intersects(tgt_polygon)]
        dict_meshcode2polygon = dict(zip(lv1_candidate_meshcodes, polygon_list))
        geometry = [dict_meshcode2polygon[meshcode] for meshcode in candidate_meshcodes]
    
    result_gdf = gpd.GeoDataFrame(
        data = {
            'mesh_code': candidate_meshcodes,
        },
        geometry=geometry
    )
    
    # 結果の可視化
    fig,ax = plt.subplots()
    result_gdf.geometry.plot(ax=ax,alpha=.5)
    gdf.geometry.plot(ax=ax)
    plt.show()
    
    return result_gdf

参考：メッシュレベル

• メッシュレベル
  • 1次(標準地域メッシュ 80km四方): 1
  • 2次(標準地域メッシュ 10km四方): 2
  • 3次(標準地域メッシュ 1km四方): 3
  • 4次(分割地域メッシュ 500m四方): 4
  • 5次(分割地域メッシュ 250m四方): 5
  • 6次(分割地域メッシュ 125m四方): 6

事例説明

群馬県を例にとって動かしてみる

指定エリア（ポリゴン）が小さい場合

↓ 125mメッシュの場合

6次メッシュ（標準地域メッシュ 125m四方）

python

areas = #ポリゴンのデータフレーム
areas.geometry = areas.geometry.apply(wkt.loads)
areas = gpd.GeoDataFrame(areas,geometry='geometry',crs='EPSG:4326')
gunnma = make_mesh_list_semiauto(areas, 6) # << 6次メッシュなので6に設定

指定エリア（ポリゴン）が巨大な場合

↓ 1kmメッシュの場合

３次メッシュ（標準地域メッシュ 1km四方）

python

areas = #ポリゴンのデータフレーム
areas.geometry = areas.geometry.apply(wkt.loads)
areas = gpd.GeoDataFrame(areas,geometry='geometry',crs='EPSG:4326')
gunnma = make_mesh_list_semiauto(areas, 3) # << 3次メッシュなので3に設定

参考文献

メッシュデータについて | 国土数値情報ダウンロードサイト

令和二年度　国勢調査　メッシュ定義書 | 政府統計の総合窓口

The Shapely User Manual - Shapely 2.0.4 documentation

Google Earthを用いたポリゴン作成 | Qiita

日本の地域メッシュを地図上に可視化して理解する | Qiita

終わりに

最後までお読みくださりありがとうございました。

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