秋吉台と数値標高モデル（DEM）
姫野 素志 (山口大学洞穴研究会OB)
この数年の間に国土地理院より数値地図50mメッシュの数値標高モデル（Digital
Elevation Model ）すなわちDEMのデータが刊行されている。本稿にてDEMの意義とその可能性について考えてみたい。
数値地図50mメッシュとは、これはその名の通り日本の国土をメッシュに区画しその中心点の高度データを記述したものであり、日本全土が3枚のCD-ROMに収納されている。データの各ファイルは2万5千分の1地形図の単位となっている。
国土地理院より刊行されている数値地図は大きくラスターデータとベクターデータの2種類に分類される。主として都市部などを対象に2万5千分の１で刊行されている「数値地図25000」はラスターデータであるが、「50mメッシュ」はベクターデータである。ラスターデータは通常の画像データと同様で各画素に既に定義付けされているが、ベクターデータは単に座標データの数値を所定の書式で記述しただけで、処理を行なわないとそのままで画像データのように直接的に判読できない。数値地図は地形図同様に測量法に基づき刊行され、国土地理院の地形図を取り扱っている店ならどこででも購入することができる。
50mメッシュの名前の由来となっている50mは目安であり、実際は2万5千分の1地形図の緯度経度方向をそれぞれ200等分にて区画したものである。図1は数値地図50mメッシュDEMの概念である。2万5千分の１地形図における緯度方向は5分、経度方向は7分30秒なので、200等分された区画は緯度1.5秒、経度2.25秒となる。その区画の実距離は緯度経度によって異なるが、たとえば2万5千分の１「秋吉台」の場合、図郭線上の実長は緯度方向で11515mから11525m、経度方向で9245mとなっている。したがって「秋吉台」は約57.6m
ｘ 46.2mの区画中心の高度データ4万点から構成されている。
高度データの表記は0.1m単位で、国土地理院によると理論精度は標準偏差で7m程度とされているが、実証的にはもっと小さいとの同院の研究報告もある。50mメッシュはベクターデータであるが、純粋に三次元で緯度経度高度がそれぞれ独立したデータではなく、高度データは緯度経度の属性として定義付けされている。その意味では2.5次元データともいえよう。
また、数値地図50mメッシュのDEMデータおよびデータフォーマットはすべて開示されている。テキストデータであるため容易に高度データの数値を確認でき、初等のプログラミングの知識があれば処理も可能である。
このDEMデータを処理することによりいろいろなことが可能となるが、そのひとつに可視化処理がある。図２はDEMデータを処理し秋吉台およびその周辺区域を高度別に段彩したものである。紙面の関係で256階調のグレー処理としているが、もちろんカラー処理も可能である。秋吉台の地形は、その名「台」の由来どおり周辺の地域と比較するとなだらかである。なだらかな地形ゆえに傾斜がわかりにくいので等高線処理をする。その結果が図３である。両図のちょうど中心部が龍護峰である。地名等がはいってない地形図であるが、秋吉台の地形図を見慣れている本誌の読者には馴染みの地形であろう。
本図は北緯34度17分30秒 東経131度11分15秒を北西隅、北緯34度10分
東経131度22分30秒を南東隅とした区画内の9万点の高度データより、筆者がWindowsビットマップフォーマットの画像データとして作成したものである。したがって近年一般家庭へも普及が著しいパソコン上で保管や複写がおこなえ、画像操作のソフトウェアを用いれば加工や編集もおこなえる。
さらにはDEMデータを処理することにより、鳥瞰図（立体図）の作成なども容易に行なうことができる。すなわちコンピュータグラフィック（CG）の作成である。DEM使用の醍醐味はこのCGの作成にある。鳥瞰図を地形図より手作業にて展開するのは、図学の専門的な知識を要しかつ煩雑な作業であるがこれもパソコン上で可能となる。DEMデータの可視化すなわち地形図表示や鳥瞰図作成に関しては、フリーウェアやシェアウェアがインターネット上で提供されており容易に入手可能である。これらのソフトウェアとDEMデータを組み合わせることにより、プログラミングや座標系変換などの数学の知識がなくても誰でも容易にCGを作成することが可能となる。
またDEMデータの活用で地形の統計的な処理を合理的に行うことも可能となる。図４は秋吉台地表面高度の頻度分布である。秋吉台の西台東台での約3万点の高度データを計数し分布をグラフ化したものである。作成にあたっての高度データのサンプリング区域は、筆者が適当に選定したもので専門的な知識の裏付けによるものではない。図4はDEMデータの処理事例としてご覧いただきたい。
かつて秋吉台の高度分布に関する論文を拝読した記憶がある。おそらく2万5千分の1もしくは5万分の1地形図より解析されたのであろうが、その分布の集計はたいへんな作業であったとおもわれる。研究をされた先生方の労苦がしのばれる。その点でDEMデータがある現在は大変恵まれた時代といえる。2万5千分の１地形図1枚につき4万点のデータを等間隔でサンプリング可能となるのである。
本誌はケイビングクラブの会報であるので洞窟のことにも触れてみる。従来の地形図の特徴は、表現が二次元で集成範囲が2万5千分の１地形図で約10km四方と広いことがあげられる。人間の通常の行動様式は二次元的かつ広範囲なので地形図としての目的はかなっている。しかしながら、この地形図を洞窟の構造記述に利用しようとすると、洞窟の構造は三次元的でかつ秋芳洞のような一部の大規模洞窟を除けばほとんどが極めて小規模のため、地形図上への洞口位置プロットにとどまらざるをえない。だが、DEMを応用することにより洞窟の構造表現を地形図内にうまく組込むことが可能となるかもしれない。鳥瞰図で地表面を表現するように地中の洞窟を3次元表現するのである。DEMデータの分解能をあげればズームで部分拡大も可能となり、小規模洞窟も表現できるようになる。
もちろん課題も多い。たとえば、測図の整備、洞窟自体の測量精度、洞窟測量の基準点と地形図基準点との結合（洞口位置標定）、測量ポイントデータ書式や洞内形状の自由曲線の表現方法など。なかでも大きな課題は、ほとんどの洞窟長さが数十ｍ程度なのに対してDEMデータメッシュの分解能が50ｍ程度と粗いので、洞窟構造の表現が点となることである。洞窟構造を表現するとなるとメッシュの分解能を４倍向上させる必要がある。これが実現すると小ドリーネなども記載も可能となり、また鳥瞰図もより現実に近い表現が期待できる。
以上、DEMについて述べてきた。DEM応用は秋吉台とその洞窟の調査研究そして探検へ有用な情報を提供できる可能性がある。その基盤となるのは近年その進歩と普及がめざましいデジタル技術である。この技術の応用により秋吉台とその洞窟の地形情報システムのようなものを作ってみることは意義あることと考える。
＊本稿は，山口ケイビングクラブ会報第35号に掲載されたものを，山口ケイビングクラブおよび著者の許可を得た上で転載したものである．一部，著者により修正がなされている．