SpatiaLite を使ってみる

SpatiaLite の概要

SpatiaLite は SQLite 3 に空間データ機能を追加する拡張ライブラリである。空間データは SQLite 3 の BLOB 型（Binary Large Object、バイナリデータを格納するデータ型）属性に格納される。

SpatiaLite を使用するメリット

• SQL 文を使用して空間データの検索、分析、加工ができる
• 空間索引（空間データに特化した索引構造）により、位置に基づく検索が高速化される
• サーバー不要で、単一ファイルとしてデータベースを管理できる
• GIS ソフトウェア（QGIS など）との連携が容易である

主要な機能

• SQLite を拡張し空間データを扱えるようにしたもの
• AsText()、GeomFromText()、Area()、PointN() などの SQL 空間関数を実装
• OpenGIS（地理情報の標準化を推進する国際的なコンソーシアム）が定める関数（Overlaps()、Touches()、Union()、Buffer() など）
• OpenGIS が定める空間メタデータ（Spatial metadata）
• ESRI Shape ファイルのインポートとエクスポート（手順は本ページで説明）
• 座標の再投影（PROJ.4（座標変換ライブラリ）と EPSG（座標参照系の国際的な識別コード体系）geodetic parameters dataset を使用）
• ロケール・キャラクタセット（locale charsets、GNU libiconv を使用）
• SQLite 3 の RTree（空間データの高速検索に適した木構造の索引）上に空間索引を実装
• VirtualShape 拡張（外部の ESRI Shape ファイル、CSV ファイル、TxtTab ファイルを SpatiaLite にインポートせずに直接 SQL で問い合わせできる機能）

主なデータ型

SpatiaLite で扱う主なデータ型を以下に示す。

• Point: 点（緯度・経度などの単一座標）
• LineString: 線（複数の点を結んだ経路）
• Polygon: 多角形（閉じた領域）
• MultiPoint: 複数の点の集合
• MultiLineString: 複数の線の集合
• MultiPolygon: 複数の多角形の集合

参考資料

• SpatiaLite の cookbook: https://www.gaia-gis.it/fossil/libspatialite/wiki?name=misc-docs
• SpatiaLite の SQL 関数リファレンス: https://www.gaia-gis.it/gaia-sins/spatialite-sql-latest.html
• Ubuntu での SpatiaLite のインストール手順

SpatiaLite データベースファイルの生成とメタデータのロード

SpatiaLite を使用するには、最初にデータベースファイルの生成とメタデータのロードを行う。メタデータには、空間参照系の定義やジオメトリカラムの情報が含まれており、空間クエリを正しく実行するために必要である。

SpatiaLite バージョン 3.0.0 以降の場合

バージョン 3.0.0 以降では、spatialite コマンドを実行するだけでメタデータが自動的にロードされる。

実行手順例:

spatialite mydb

Ubuntu での実行結果例:

SpatiaLite バージョン 2.4.0 の場合

バージョン 2.4.0 では、データベース生成後に InitSpatialMetaData() 関数を実行してメタデータを初期化する必要がある。

実行手順例:

spatialite mydb
SELECT InitSpatialMetaData();

Ubuntu での実行結果例:

メタデータの確認

メタデータが正しくロードされたかを確認するには、以下の SQL 文を実行する。

SELECT * FROM sqlite_master;

SpatiaLite バージョン 3.0.0 の場合の実行結果例:

SpatiaLite バージョン 2.4.0 の場合の実行結果例:

SpatiaLite の終了

SpatiaLite を終了するには、.exit と入力する。

ESRI Shape ファイルの読み込み

ESRI Shape ファイルは GIS 分野で広く使用されているベクターデータ形式である。Shape ファイルを SpatiaLite に読み込むことで、SQL を使用した空間データの検索、分析、他データとの結合が可能になる。

事前準備

読み込む Shape ファイルのパスとベース名を確認しておく。以下の例では、QGIS が配布しているサンプルデータセットを使用している。

読み込みコマンドの書式

spatialite_tool コマンドを使用して Shape ファイルを読み込む。

spatialite_tool -i -shp ＜ファイルのベース名＞ -d ＜SQLite 3 データベース名＞ -t ＜テーブル名＞ -c CP1252 [-s 4326] [-g ＜読み込み先の属性名＞]

主なオプション:

• -i: インポートモード
• -shp: Shape ファイルのベース名（拡張子なし）
• -d: 出力先の SQLite 3 データベース名
• -t: 作成するテーブル名
• -c: 文字コード（例: CP1252、UTF-8）
• -s: SRID（Spatial Reference System Identifier、空間参照系識別子）。「4326」は「WGS 84」（GPS で使用される世界測地系）を意味する
• -g: ジオメトリ属性名（省略時は「geom」）

注意事項

• 文字コード: Shape ファイルの属性データに日本語が含まれる場合、適切な文字コード（Shift_JIS、UTF-8 など）を指定しないと文字化けが発生する
• SRID: Shape ファイルの座標系と異なる SRID を指定すると、座標値が正しく解釈されない

実行例

Ubuntu での実行手順例:

spatialite_tool -i -shp qgis_sample_data/shapefiles/regions -d /home/ubuntuuser/SQLite/mydb -t regions -c CP1252 -g Geom

SpatiaLite バージョン 3.0.0 の場合の実行画面例:

SpatiaLite バージョン 2.4.0 の場合の実行画面例:

読み込み結果の確認

読み込みが正常に完了したかを確認する方法を示す。

SpatiaLite バージョン 3.0.0 の場合

SpatiaLite GUI を使用した確認方法:

1. 「Geom」を右クリックし、「Map Preview」を選択する。

   

2. 地図が表示されることを確認する。

   

SpatiaLite コマンドラインを使用した確認:

SQLite を使用した確認（SQLite バージョン 3.7 系列がインストール済みであること）:

SQLiteman を使用した確認:

SpatiaLite バージョン 2.4.0 の場合

SpatiaLite を使用した確認:

SQLite を使用した確認（SQLite バージョン 3.7 系列がインストール済みであること）:

SQLiteman を使用した確認:

ESRI Shape ファイルへの書き出し

SpatiaLite データベースから ESRI Shape ファイルへ書き出すことで、QGIS、ArcGIS などの GIS ソフトウェアでデータを利用したり、Shape 形式を要求する外部システムとデータ交換したりできる。

書き出しコマンドの書式

spatialite_tool コマンドを使用して Shape ファイルを書き出す。

spatialite_tool -e -shp ＜ファイルのベース名＞ -d ＜SQLite 3 データベース名＞ -t ＜テーブル名＞ -g geom -c CP1252 [--type POINT]

主なオプション:

• -e: エクスポートモード
• -shp: 出力する Shape ファイルのベース名（拡張子なし）
• -d: 入力元の SQLite 3 データベース名
• -t: エクスポートするテーブル名
• -g: ジオメトリ属性名
• -c: 文字コード
• --type: ジオメトリタイプ（POINT、LINESTRING、POLYGON など）

注意事項

• Shape ファイルは1ファイルにつき1種類のジオメトリタイプしか格納できない。複数のジオメトリタイプが混在するテーブルをエクスポートする場合は、--type オプションで出力するタイプを指定する
• 属性名は10文字までに制限される。長い属性名は切り詰められる

実行例

SpatiaLite バージョン 2.4.0 の場合の Ubuntu での実行画面例:

OpenStreetMap データのファイルからの読み込み

OpenStreetMap（OSM）は、誰でも自由に利用できるオープンな地図データである。OSM データを SpatiaLite に読み込むことで、道路、建物、施設などの地理情報を SQL で検索、分析できる。

事前準備

読み込む OpenStreetMap データファイル（.osm 形式）のパスを確認しておく。OSM データは OpenStreetMap 公式サイトなどからダウンロードできる。

読み込みコマンドの書式

spatialite_osm_map コマンドを使用して OpenStreetMap データを読み込む。書式はバージョンによって異なる。

SpatiaLite バージョン 3.0.0 以降の場合:

spatialite_osm_map -o ＜ファイル名＞ -d ＜SQLite 3 データベース名＞

SpatiaLite バージョン 2.4.0 の場合:

spatialite_osm_map -o ＜ファイル名＞ -d ＜SQLite 3 データベース名＞ -T＜テーブル名＞ -m

注意事項

• 大きな OSM ファイル（数百 MB 以上）の読み込みには時間がかかる場合がある
• 読み込み時に複数のテーブル（道路、建物、POI など）が自動的に作成される

実行例

Ubuntu での実行画面例:

読み込み結果の確認

SpatiaLite バージョン 3.0.0 の場合、SpatiaLite GUI を使用して確認できる。

1. 「Geom」を右クリックし、「Map Preview」を選択する。

   

2. 地図が表示されることを確認する。

SpatiaLite の関数を使ってみる

SpatiaLite は空間データを操作するための SQL 関数を提供している。これらの関数を使用することで、座標の取得、図形の変換、空間演算などが可能になる。

前提条件

SpatiaLite バージョン 3.0.0 以降がインストールされていること。

サンプルデータベースの作成

以下では、地図データのページで説明しているファイル fukuoka-city.osm を使用してデータベースを作成する。事前にこのファイルを準備しておく。

次のコマンドでデータベースを作成する:

spatialite_osm_map -o ＜ファイル名＞ -d ＜SQLite 3 データベース名＞

エラーメッセージが表示されていないことを確認する。

行数の取得

count() 関数でテーブル内のレコード数を取得できる。データ量の把握や、フィルタ条件の検証に使用する。

SELECT count(*) FROM pg_building;

Geometry のテキスト表示

AsText() 関数は Geometry を WKT（Well-Known Text）形式の文字列に変換する。WKT は空間データを人間が読める形式で表現したもので、デバッグや他システムとのデータ交換に使用する。

SELECT *, AsText(Geometry) FROM pg_building;

Geometry の16進表示

HEX() 関数は Geometry のバイナリデータを16進数文字列に変換する。内部表現の確認やバイナリレベルでのデータ検証に使用する。

SELECT *, HEX(Geometry) FROM pg_building;

GeometryType の表示

GeometryType() 関数は Geometry の型（POINT、POLYGON など）を返す。データの種類を確認したり、型に応じた処理を分岐させたりする場合に使用する。

SELECT *, GeometryType(Geometry) FROM pg_building;

Geometry の Boundary の表示

Boundary() 関数は Geometry の境界を返す。Polygon の場合は外周の LineString が返される。図形の輪郭のみを取得したい場合に使用する。

SELECT *, AsText(Boundary(Geometry)) FROM pg_building;

Geometry の Envelope の表示

Envelope() 関数は Geometry を囲む最小の矩形（包絡線）を返す。図形の大まかな範囲を把握したり、空間インデックスの範囲検索に使用する。

SELECT *, AsText(Envelope(Geometry)) FROM pg_building;

Geometry の MBR（最小外接矩形）の表示

MbrMinX()、MbrMinY()、MbrMaxX()、MbrMaxY() 関数は、Geometry の最小外接矩形（MBR: Minimum Bounding Rectangle）の各座標値を個別に返す。範囲検索の条件指定や、座標値を使った計算に使用する。

SELECT *, MbrMinX(Geometry), MbrMinY(Geometry), MbrMaxX(Geometry), MbrMaxY(Geometry) FROM pg_building;