QGIS講習会_GNSS編 - Speaker Deck

QGIS講習会_GNSS編

by jyun

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QGIS講習会 2018.2.2 空知森林管理署田中　淳ハンディGPS連携

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2 はじめに配布データ【QGIS】→【data】フォルダ内の【GarminCustomMap】フォルダを【C：】→【ユーザー】→【各自ユーザ名】→ →【.qgis2】→【python】→ →【plugins】フォルダ内に移動させてください

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3 本日のお品書き・GNSSに関する基礎知識・ハンディGPSとQGISの連携　　　GPSのデータをGISで使う　　　GISのデータからGPS用の地図を作成　　　GISにないデータはどうする？　　　国有林外のデータは？

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4 まず基礎知識

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5 Global Positioning System（全地球測位システム）　アメリカのシステムであり、現在はロシアや中国、EUでもシステムの運用・計画が進行中。　航法衛星システムを総称する際は、 GNSS（Global Navigation Satellite System）と呼ぶ。 GPSとは？

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6 GNSS（Global Navigation Satelite System）　　　　全地球航法衛星システム GNSSとRNSS Hiroshi FUKUDA CC BY-SA 3.0 RNSS（Regional Navigation Satelite System）　　　　地域航法衛星システム

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7 GNSS 　アメリカ：GPS（Global Positioning System）　ロシア　：GLONASS(GLObal NAvigation Satellite System) 　中国　　：北斗衛星導航系統(Compass）※現在はRNSS 　欧州　　：ガリレオ(Galileo）※構築中 RNSS 　インド　：インド地域航法衛星システム（IRNSS）※構築中　日本　　：準天頂衛星システム ※構築中　　　　　　(QZSS：Quasi-Zenith Satellite System) 主なGNSS・RNSS

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8 現在地の座標(x,y,z）を知るためには、 GNSSの仕組み理論上、3つの衛星からの距離が分かれば良い (x,y,z) 　↓ 距離　＝　時間　×　速さ衛星までの距離＝電波の伝搬時間 × 光速伝搬時間＝受信時刻（受信機）－発信時刻（衛星） ●

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9 時計の誤差 GNSSの仕組み　・衛星の時計は、数千年に1秒の誤差　　…原子時計　・受信機の時計は、1ヶ月に15～30秒　 …クォーツ　100万分の1秒の誤差で、300mズレる

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10 時計の誤差(t)が発生 GNSSの仕組み (x,y,z,t)を求めるためには、4つ以上の衛星から電波を受信する必要がある (x,y,z,t) ※ただし、GPS衛星2個＋GLONASS衛星2個では、測位できない。　また、安定的な測位には衛星8個以上の電波を受信するのが望ましい。

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11 単なる時計大雑把に言うとGPS衛星って…

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12 マルチパス GNSSの精度（誤差要因）　山や建物等に反射した電波を受信することによって生じる誤差　テレビ（アナログ）のゴーストも同じ現象

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13 大気による影響 GNSSの精度（誤差要因）　電波が電離層や対流圏の影響を受け、速度が遅延する　高仰角からの電波の方が影響を受けにくい電離層対流圏遅延の発生誤差：少誤差：多

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14 DGPS（Differential GPS） GNSSの精度（誤差の補正）　座標が確定している基地局で、 GNSSによる位置情報との誤差を計測。　ハンディGPSで補正情報を受信し、誤差を補正する。既知点 (x,y,z) 誤差を補正補正情報

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15 SBAS GNSSの精度（誤差の補正）　地上にある固定基地局では、補正データを送信できる範囲が狭いので、静止衛星を経由させることで広範囲に提供する。固定基地局補正情報静止衛星誤差を補正

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16 　日本：MSAS（MTSAT Satellite-based Augmentation System）　米　：WAAS（Wide Area Augmentation System）　欧州：EGNOS 　　　（European Geostationary Navigation Overlay Service） SBAS（Satellite Based Augmentation System） Garmin製ハンディGPS（GPSMAP、eTrex）等には、 DGPS（WAAS/EGNOS）の設定があるので確認してみよう。電池の消耗が早くなるらしいので、気になるならOFFにしましょう。

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17 ・GPS衛星が位置情報を送信している・方位も分かる・標高も分かる・受信機を持っていると、自分の居場所が筒抜け・スマホのGPSは、圏外では使えない・準天頂衛星（みちびき）の電波で精度が上がるよくある勘違い

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18 準天頂（仰角70°以上）に衛星を配置させることで、都市部や山間部など、見通しの悪い場所でも電波を受け取れるようになる。　日本の真上を通る軌道に衛星を乗せると、日本上空には8時間程度しか留まれないため、常に日本上空に衛星を配置するためには3機以上の衛星が必要となる。　 2010年の初号機打ち上げ以降、2017年6・8月に2・3号機が打ち上げられ、10 月に4号機が打ち上げられた。　 3号機は静止軌道に打ち上げられたので、4号機打ち上げ以降、常に日本上空に衛星が配置されることとなる。　基本的には、アメリカのGPSと同じ信号（補完信号）しか使えないため、実質 GPS衛星が1つ増えるだけに過ぎないが、誤差補正情報を含んだ補強信号を使えば数cm単位の測位が可能になる（ただし、専用の受信機が必要）。　今後、2023年までに7機体制にするらしい。準天頂衛星システム（QZSS）

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19 　受信機全般をただ単に『GPS』と呼んでいるケースが多いが、基本測量に使えるような高精度なものから、移動経路を記録するだけのロガーまで、多岐に渡る。　現場で使用しているような機器（GPSMAP64）などは、ハンディGPS（英語では、Handheld GPS）と言う。受信機について

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20 　電源を入れるだけで使える上に、価格が2～5万円程度と安価なため広く普及している（日本語版は2～3倍）。　精度は5～10ｍくらい。　基本的な機能は、現在地の測位・ポイントや軌跡の記録。　機種によって、地図の表示・面積算出などが出来る。　地図の作成に、GISの知識が必要。専用機（Garmin社製 eTrex、GPSMAP等）

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21 　OSとしてWindows Mobileを搭載している。　精度は5m以下と良いが、高価（数十万円）。　操作が複雑なうえ、Windows機なので別途ソフトが必要。　シェープファイルを直接読み込めるが、処理能力が低いので使い物にならないケースが多く、やはりデータの加工が必要となりGISの知識が必要（さらに別途ソフトが必要）。 PDA（MobileMapper、Trimble等）

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22 　ディスプレイの大きさ、アプリの種類等汎用性を考慮すると最も将来性は高い。　関東・中部局でタブレットを導入しているが、高価であり機種の更新等に問題が発生している模様。　耐久性（水・寒・埃・衝撃）や稼働時間に問題あり。　手袋をしたまま操作できる機種もあるが、北海道で防寒手袋を付けたまままともに操作できるとは思えない。スマートフォン・タブレット

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23 『価格・使いやすさ・精度』のバランスや、ネット上の情報量などを勘案するとGarmin社製ハンディGPSが無難。　ただし、これは林業の現場で日常的に使う場合林業の現場で日常的に使う場合という基準。　ある程度の精度を求められる測量をするなどの用途であれば当然選定基準が変わってくる。　用途に合わせて正しい機種を選択しましょう。個人的オススメ

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24 ハンディGPS との連携

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25 GPS → GIS Vector Graphics

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26 ハンディGPSとの連携【QGIS】→【project】→【GPS連携.qgs】ファイルを開く

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27 ハンディGPSとの連携・簡易な周囲測量　　　ポイントの記録・路網管理　　　軌跡（トラック）の記録

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28 ハンディGPSとの連携・簡易な周囲測量　　　ポイントの記録・路網管理　　　軌跡（トラック）の記録

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29 ポイントを登録簡易な周囲測量平均化処理で精度が上がる直接計測も可

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30 データは【GPXフォルダ】にある簡易な周囲測量 → → → 　　↑ パソコンにコピー ※今回は、配布したデータ【waypoint.gpx】を使用します。

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31 そのままQGISに表示させると… 簡易な周囲測量ポイントは表示されるが面積は計測できない

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32 GPSツール簡易な周囲測量ポイントをルートに変換しつつ取り込む　点　　　線

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33 ラインデータで表示されたら簡易な周囲測量 → 【ベクタ】→【ジオメトリツール】→【ラインをポリゴンに】

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34 変換元のレイヤと出力先を設定簡易な周囲測量ポリゴンに変換

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35 面積を算出簡易な周囲測量編集モードを切り替えて、フィールド計算機を開く属性テーブルを開く

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36 簡易な周囲測量【出力フィールド名】…面積【出力フィールドタイプ】… real 【出力フィールド幅】… 10くらい【精度】… 2 【関数】…ジオメトリ → $area 【式】… 単位がメートルなので、　　　　 1/10,000にして haに換算

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37 必要に応じて林班・小班等のデータを追加しましょう簡易な周囲測量 Muroran City OpenData by Muroran City is licensed under a CC BY 2.1 JP

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38 ハンディGPSとの連携・簡易な周囲測量　　　ポイントの記録・路網管理　　　軌跡（トラック）の記録

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39 豆知識

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40 GPXファイルについて GPXファイルには、3種類のデータがある　・waypoint：ウェイポイント（点）　・route：ルート（線）　・track：トラック（線）ルートとトラックの違いって何？

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41 事前に作成する計画行程ルートについて A岳 B山

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42 実際に歩いた軌跡トラックについて A岳 B山一般的に、ルートよりも細かいデータになる

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43 GPSで軌跡データを取得路網管理軌跡を記録する設定を忘れずに！　　　　　　 →　　　　　 →　　　　　 →

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44 GPSで軌跡データを取得路網管理歩いたら保存を忘れずに！こまめに保存しないと、複数日分のデータが全て繋がってしまいます　　　　　　 →　　　　　 →　　　　　 →

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45 データをパソコンに路網管理 → → → 　　↑ パソコンにコピー ※今回は、配布したデータ【track.gpx】を使用します。

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46 GPSツール路網管理ファイルを直接QGISにドラッグ＆ドロップでも可

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47 【名前をつけて保存】でシェープファイルに変換路網管理 → ハンディGPSのCRSは WGS84で設定されているので平面直角座標系に変換しつつ保存する。

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48 路網管理・必要ない属性データ（カラム）の消去・作業道の名前を付ける・路網延長の計算・路線名、延長距離のラベル表示

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49 こうなったら OK 路網管理

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50 路網管理・必要ない属性データ（カラム）の消去・作業道の名前を付ける・路網延長の計算・路線名、延長距離のラベル表示

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51 属性テーブルを開く路網管理編集モード切り替え　　↓ カラムを削除する →

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52 路網管理・必要ない属性データ（カラム）の消去・作業道の名前を付ける・路網延長の計算・路線名、延長距離のラベル表示

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53 名前を入力路網管理 →

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54 路網管理・必要ない属性データ（カラム）の消去・作業道の名前を付ける・路網延長の計算・路線名、延長距離のラベル表示

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55 フィールド計算機を開く路網管理

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56 路網延長の計算設定【新しいフィールドを作る】にチェックを入れる【出力フィールド名】… 延長【フィールドタイプ】… 整数【出力フィールド幅】… 任意【ジオメトリ】… $length 路網管理

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57 属性データが追加される路網管理

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58 路網管理・必要ない属性データ（カラム）の消去・作業道の名前を付ける・路網延長の計算・路線名、延長距離のラベル表示

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59 ラベル設定路網管理 ← ← クリッククリック【このレイヤのラベル表示】を選択【このレイヤのラベル表示】を選択

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60 【フィールドと値】から　name と延長データを表示させる。 “name”||”延長”||'m' 『||』は文字列の連結 '文字' → 任意の文字列を表示『'\n'』で改行が可能路網管理

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61 路網管理

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62 GIS → GPS Vector Graphics

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63 ハンディGPSとの連携・国有林の図面　　　そもそも自分で作らねば… ・GISにないデータ　　　天1とか・国有林外の地図　　　道路とか…

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64 ハンディGPSとの連携・国有林の図面　　　そもそも自分で作らねば… ・GISにないデータ　　　天1とか・国有林外の地図　　　道路とか…

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65 という予定でしたが… 職場のPCでは、GPSMapEditが動かないケースがある cGPSmapperの公開が停止されてしまった　　　↓ 参考に変換方法の資料は残しておきますが、実習はしないこととしますまた、資料中では、CRS【Japan Plane Rectangular XII】を使用していますが、実際にはGPSの設定に合わせて事前にWGS84のシェープファイルを用意してください。

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66 おおまかな手順 Garmin社製GPS用の地図ファイルを作成 GPSMapEdit でシェープファイルを表示・調製　↓ cGPSmapper でimgファイルを出力　↓ Garmin GPSで表示

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67 http://www.geopainting.com/ GPSMapEdit をダウンロード　↑ インストーラなしのバージョンを　　　　　　　　　ダウンロード →

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68 http://www.cgpsmapper.com/ cGPSmapper をダウンロード Downloadページから、 Free cGPSmapperの【Download exe only(ver…)】を　　　　　　　　　　ダウンロード → 現在、公開停止現在、公開停止

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69 解凍したフォルダ内の　　　　　　をクリック GPSMapEditを起動 GPSMapEdit ＆ cGPSmapperのzipファイルを解凍

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70 【m_keikaiten】をインポートシェープファイルの表示【ファイル】→【インポート】→【シェープファイル】 → 境界点の形を選択する。例）0x0600 都市(中) ガーミンに設定

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71 　境界点では、必要ないので【ラベルのためのフィールドを選択】のチェックを外して、【次へ】　林班・小班・林道のシェープファイルを取り込む際は、GPSに林班名などを表示させるために設定を行う。（後述）シェープファイルの表示ラベルのソースを選択

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72 　ここは設定の必要がないので、そのまま【次へ】シェープファイルの表示属性の追加設定

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73 【座標系】　　　Japan Plane Rectangular 　　　Zone XII 　シェープファイルが旧日本測地系の場合は、　　　Japanese Gridを選択シェープファイルの表示座標系の設定実際には、ハンディGPSの設定に合わせた測地系・座標系のシェープファイルを事前に用意します。変換時も、それに応じた設定にしてください。（ほぼWGS84になると思います）

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74 　レベル0 にチェックが入っていることを確認して【完了】他のカテゴリでは設定する必要がある（後述）シェープファイルの表示ズームレベルの設定

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75 　境界点が表示されていればOK 　これでシェープファイルを1つインポート完了シェープファイルの表示ズームレベルの設定

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76 　次のシェープファイルを取り込む前に、地図のプロパティを開いて、設定を行う必要がある。シェープファイルの表示地図のプロパティを開く

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77 【レベル】タブを開く。 Level0 と Level1が表示されるので Level1を選択した後に、　　　　【前に挿入】をクリックして　　　　　レベルを0～4に設定。　　　　　内容は画像参照。シェープファイルの表示ズームレベルの設定この設定は、地図の縮尺によって表示内容を切り替えるための設定。ズームアウトした時に、境界点や等高線などを表示しないようにするため。

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78 シェープファイルの表示ズームレベルの設定　設定が終わったら、地図を拡大・縮小してみて、右下のレベルが0の時だけ境界点が表示されることを確認してみよう。

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79 【m_shohan】をインポートシェープファイルの表示　小班をインポート → 0x0014 国立公園

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80 【ラベルのためのフィールドを選択】にチェックを入れる。【小班】を選択【コードページ】日本語(シフトJIS) 【翻字】　行うしないでシェープファイルの表示ラベルのソースを選択この設定を行うことで、ハンディGPSに小班名を表示できる

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81 　地図のプロパティを設定したことでズームレベル0~3が表示されている。　小班（小班名）は、ズームアウトされた状態ではあまり必要ないので、　レベル2・3のチェックを外す。シェープファイルの表示ズームレベルの設定

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82 【境界】　0x0008　ズーム0～3 【林道】　0x0001　ズーム0～3 林道名のラベル表示設定【林班界】0x0018　ズーム0～2 【作業道】0x0005　ズーム0～2 【小班界】0x0023　ズーム0～1 【林班】　0x0014　ズーム0～2 林班名のラベル表示設定【等高線】0x0019　ズーム0 以上の設定でシェープファイルを追加してみよう。シェープファイルの表示その他カテゴリの設定について

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83 こんな感じになったでしょうか？シェープファイルの表示

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84 【ID】任意の8桁英数字　　　（他の地図と重複しないように　　　　作成年月日などにする）【名前】任意（GPS機種名など）他の項目は、画像を参照シェープファイルの表示地図のプロパティを開く

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85 【S-透明な地図、透明な背景を持つ】に設定。他は特に必要なし。そのままでOK シェープファイルの表示 cGPSmapperタブの設定

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86 ファイルの変換前に、必ずポリッシュフォーマット形式(.mp)で保存する。 IMGファイルに変換まず【名前をつけて保存】

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87 IMGファイルに変換【ファイル】→【エクスポート】→【ガーミンIMG/cgpsmapper.exe】 imgファイルの名前・保存先を選択

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88 右側の【…】ボタンから cgpsmapper.exeがあるフォルダを設定して【実行】あとは、ただ待ちます。 IMGファイルに変換 cGPSmapper

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89 IMGファイルは【Garmin】フォルダ内にコピー → → IMGファイルをハンディGPSに

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90 注意点 GPSMapEditで表示した内容がそのまま反映されるわけではなく、ハンディGPSの機種によって、線の色や太さが変わってしまう。今回の設定は、Garmin eTrex20での設定。他機種のimgファイルを作成する時は、【imgファイルを作成 → ハンディGPSで表示】を繰り返し、見やすい地図を作るしかありません＿ﾉ乙(、ﾝ、)＿別途配布したファイル【GPSMapEdit設定.pdf】に eTrex20、OREGON450、GPSMAP64の3機種の対応表があります。

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91 ハンディGPSとの連携・国有林の図面　　　そもそも自分で作らねば… ・GISにないデータ　　　天1とか・国有林外の地図　　　道路とか…

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92 基本図には載っていない（署によっては独自に書き込み）　↓ GISのデータは局の基本図が元になっている　↓ 天1のGISデータは存在しない　↓ 下刈の監督・検査等には紙図面で対応例えば、天1施業（※） ※天然下種第1類（天1）　天然下種による更新を主体としつつ、地表処理、刈出し、植込み等の更新補助作業を行う方法

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93 天1のGISデータを作成（デジタイズ編を参照）例えば、天1施業　↓ カスタムマップを作成　↓ ハンディGPS（スマホ）で地図を表示　↓ 天1箇所はもうバッチリ！

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94 天1施業箇所を表示したら例えば、天1施業

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95 Garmin CustomMap プラグイン例えば、天1施業

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96 設定は、ほぼそのままでOK ←【Zoom-Factor】3くらい kmzファイルが生成される例えば、天1施業

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97 QGISに表示している内容がそのまま座標付き画像データに例えば、天1施業

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98 kmzファイルをGarmin製GPSの【CustomMaps】フォルダにコピーハンディGPSの地図として画像を表示することができる例えば、天1施業

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99 kmzファイルを読み込めるアプリの例　・iOS … FieldAccess2、Geographica 　・Android … Geographica、Yamanavi imgファイルを読み込めるアプリの例　・iOS … ImgMaps（現在app storeにない…）　・Android … OruxMaps 参考

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100 ハンディGPSとの連携・GISにないデータ　　　天1とか・国有林の図面　　　そもそも自分で作らねば… ・国有林外の地図　　　道路とか…

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101 国有林外の地図 Garmin社製のハンディGPSには、最初から世界地図が入っているが… 実際には役に立たない。国道くらいしか道路データがない上に精度が低い。

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102 国有林外の地図じゃあ、道路地図を買う？価格は、だいたい1～2万円くらい。勿体無い。地図の更新はどうする？さて、どうしましょう…

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103 そこで OpenStreetMap OSM OSM

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105 OpenStreetMap Contributors

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106 OSM OSM 最大の特徴最大の特徴

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107 地図を自分で地図を自分で編集できる編集できる

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108 自分で編集できるインターネット地図道路・建物・店・公園・史跡・駐車場・公衆トイレ・郵便ポスト・自動販売機・街灯・公衆電話・AED・消火栓・森林・河川・農地・草地・街路樹　etc... 地図の地図のWikipedia Wikipedia

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110 Garmin用データ（日本語版用） https://osm-for-garmin.org/downloads/

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111 Garmin用データ（英語版用） http://tmz.skr.jp/data/gmap

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112 Garmin用データ

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113 OpenStreetMap 無料地図を自分で更新できる Garmin用地図を作ってくれる人がいる　↓ 使わない手はないでしょう

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114 OpenStreetMap もし興味があれば、 OSMの編集方法　　　利用方法もレクチャーします

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115 2018年2月17日（土）小樽マッピングパーティ https://dgh.connpass.com/event/75380/ というイベントがあります。 OpenStreetMapについて地図を編集する方法を学びながら小樽の地図を作っていきます。詳細は、上記サイトを参照もしくはググってください。

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116 参考リンク集 Wikipedia 　　https://ja.wikipedia.org/wiki/グローバル・ポジショニング・システム　　https://ja.wikipedia.org/wiki/衛星測位システム GPS/GNSS研究会　　http://gnss.j-navigation.org/ GNSS Technologies Inc. 　　http://gnss.co.jp/研究論文一覧 DGPSとRTK 　　http://www.rex-rental.jp/knowledge/gps/gps_003.html SBAS 　　http://www.timber.co.jp/library/tech/041001.html Garmin（USA）　　http://www.garmin.com/us/ Garmin（日本）　　http://www.garmin.co.jp/ Garmin英語版　　http://item.rakuten.co.jp/ida-online/c/0000000192/ Magellan 　　http://www.geosurf.net/products/outdoor/outdoor.html GPSMapEdit 　　www.geopainting.com/ cGPSmapper 　　http://www.cgpsmapper.com/（閉鎖） Garmin用日本地図　　https://osm-for-garmin.org/downloads/（日本語版用）　　http://tmz.skr.jp/data/gmap.html（英語版用） OpenStreetMap 　　http://www.openstreetmap.org