リバーフロント研究所報告第14号

2003年10月

水路網データ構造の標準化に関する研究
Standardization of channel network data structure

高田晋

小川鶴蔵

パシフィックコンサルタンツ株式会社

三平良雄

国際航業株式会社

石井邦宙

研究第四部
審主任研究員議 役

河川流域の合理的な水管理を実現するためには、水循環に関するさまざまなデータを、誰でも入手できる環境を整えることが必要である。これを実現する手段には、データ構造を標準化する方法と、異なったデータを理解するインターフェースを介在させる方法とがある。
このうち、データの標準化は、国際標準として ISO（国際標準化機構）の専門委員会（TC２１１）において、地理情報の標準化が現在進行中で、成果は順次発表されている。日本においては、この「TC２１１」の検討結果を基に、国土地理院と民間企業の共同研究により「地理情報標準第２版（２００２年３月）」が示されており、現在、JIS 化に向けて作業が行われている状況にある。
本研究では、この「地理情報標準第２版」に従い、多くの水に関するデータの種類のうち、汎用性が高い、「水路網」に関するデータ構造に限定して検討し、「水路網データ構造ガイドライン Ver０.５」を提案するものである。この成果は、JIS に反映される方向を有しているものである。
データ構造の検討にあたっては、さまざまな低水管理の課題を内包している江戸川とその関連水系をモデルとした。
キーワード：取排水、水循環、データ構造の標準化、水路網データ、水辺空間データ、ガイドライン
In order to achieve rational water management in river basins in Japan, it is necessary to establish an environment in which various hydrological-cycle-related data are available to anybody. This can achieved
either by standardizing data structure or by providing an interface that is capable of understanding different
data.
With respect to the standardization of data structure, an ISO technical committee（TC211）is working on
the standardization of geographic information, and the results of the committee’s effort have been announced
in stages. In Japan, on the basis of TC211’s study results, the Geographical Survey Institute and privatecompanies jointly prepared and issued Japanese Standards for Geographic Information 2.0（March 2002）,and work is currently in progress to turn them into JIS standards.
In this study, out of the many types of water-related data, ”channel network” data, which can be used fora wide range of purposes, are chosen, and their data structure is determined. The result is proposed asGuidelines for Channel Network Data Structure, Ver. 0.5. This result is designed for incorporation into JIS.
For the study of data structure, the Edo River, which is afflicted with various low-flow management problems, has been chosen.
Key words : water intake and drainage, hydrological cycle, standardization of data structure, water channel data, riverfront data, guideline

233「水循環」に関する研究報告

1．はじめに流域における健全な水循環系を管理するためには、水量と水質、水辺の形状、その他の水循環に関する要素と水の挙動を理解することが不可欠である。また、これらの要素の多面的な利用を図るためには、データ構造を標準化しておくことが必要である。IT の進展に伴い、複雑な水路網をネットワーク情報として整備し、さらに、水循環に関する要素を３次元で表現する

図−2 水辺空間データ構造イメージ図ことも可能となってきた。
一方、「水に関するあらゆる情報を収集整備し、国 2．データの構造化・標準化
民がそれを共有し、活用することによって実現された、 構造化、標準化は以下の様に定義する。
安全で多様な文化を持つ国土」という、理念に基づき、 ◆構造化：各々のデータについて、その定義を明確に現在、「水情報国土」プロジェクトが進められている。

するとともに、データ間の関係を持たせるその一環として、水循環に関する情報の標準化、構造こと。
◆標準化：データの構造化における共通ルールを作化が求められている。

成・運用することで、共通認識可能なデー

江戸川流域は、多様な水循環構造を有しており、全タとすること。
（ガイドラインの作成）

国の河川のケーススタディとして検討する意義が高い。ここで得られた標準的な水辺空間構造は、全国にも広く応用が可能であり、これによって作られたデー

2−1 目的
データを構造化・標準化する目的は、水循環に関す

タは、河川局が推進する水情報国土プロジェクトの主るさまざまなデータを、誰でも入手できるようにする要なデータ群となるものである。
本研究では、データ構造として、図−１に示すようこと、河川流域の合理的な水管理を実現することであな水路網データ構造を基本形として提案した。この検る。具体的な利点としては以降に示すようなことが考討を継続し、発展させることで図−２に示すような水えられる。

辺空間データ構造（立体と時間が表現できる）が構築◇流域内の水の動きをネットワークとして明確に認されると考える。

識できる。これにより、問題点・課題の所在等を明確にすることができる。

◆水路網データ構造
水路網の基本データとなるネットワーク情報を整備したデータ構造で、水路だけでなく取排水ポイントおよび集配水域表現可能なデータ構造とする。（図−１）

図−1 水路網データ構造イメージ図◆水辺空間データ構造
水路網データ構造に加えて三次元データを持つことで、具体的な課題解決に対応できるデータ構造とする。
（図−２）
234

図−3 構造化されたデータのイメージ

リバーフロント研究所報告第14号

2003年10月◇取排水地点等の情報が定義され、これらの情報を電子化、DB 化することにより、データの再利用、共通利用が容易となる。例えば、水量・水質の入口出口管理のシステム化が可能になる。
◇水管理以外の場面においても、各種データを活用した高水管理、施設管理等効率的な河川行政の展開が可能になる。

図−4 標準化されたデータの DB 化と利用イメージ

2−2 考え方
構造化・標準化の検討は、以下の観点で行った。
（図−５）◆実世界をどの様に記述するか？
◇実世界は地物の集合体であると考える。
（地物とは：実世界の現象、施設等を抽象化し表現したもの）◆どういう構造・構成をしているか？
◇地物は主に以下の観点で整理する。
・どこに、どういう形状のものがあるか（空間的位置づけ）
・いつ発生して、いつなくなったか（時間的な位置づけ）
・上記以外でどのような特質をもっているか（主題的な位置づけ）
・データ間の関連◇上記を一定の目的のために地物ごとに作成し、その集合体を作成（応用スキーマ、地物カタログ）。
◇低水路、高水敷、堤防等の地物毎のデータを作成し、その関連を整理。
図−5 構造化・標準化の考え方のイメージ

235

「水循環」に関する研究報告

2−3 水路網データ構造の検討（１）河川行政サービス内容の整理

水路網データ構造の検討に当たっては、前項２−２

水路網データ構造については、低水管理と言う観点の図−５に示した考え方を踏まえ、水路網データをどに絞り、以下に示す様な河川行政サービスを実現するのような場面で利用するのか、何を表現するものなの上で必要不可欠な構造とすることを検討した。

かを明らかにする必要がある。よって、水路網データ・危機管理の高度化

構造の検討は、図−６に示したフローに沿って行った。 ・水環境の最適化
・水管理の高度化
・河川管理業務の効率化（２）情報項目の整理
上記河川行政サービスについて、そのサービスを実現のために必要となる情報の整理を行った。必要となる情報の整理にあたっては、各サービスをさらに具体的な作業、業務までブレイクダウンし、必要となる情報項目を抽出した。
そこで示した各サービス、各情報項目について、全ての河川行政サービスを対象とすることは困難である
ため、当面は以下に示す３つの観点で水路網データを利用して行うサービスの絞込みを行った。このサービス絞込みの結果を用いて、水路網データの適応範囲を
図−6 データ構造検討のフロー

表−１に定義した。
・日常業務において比較的行う頻度の高いもの
・高度な解析技術を要しないもの

表−1 水路網データ適用サービス（平成１４年度時点）
河川行政サービス
サービス
サブサービス１
サブサービス２
危機管理の 水質事故が発生した場合に 影響範囲を推定する。
高度化
早急な対応を行う。

必要となるデータ項目

サブサービス３
下流部分のどこに取水施設があるか調べる。
どの範囲に水が送られるか調べる
渇水時に流況調整を行う。 利水者が現在、どれだけ 利水者の持つ水利権量を調取水しているかを調べる べる
利水者が実際に取水している量を調べる
どのような水が排出され 排水位置、排水量、排水のているかを調べる
水質を調べる。
水量や取水制限等に関係 流量に関係する河川管理施する河川管理施設を調べ 設を調べるる。
取水制限等に関係する河川管理施設を調べる。

流域水循環の健全化を図る
水管理の高度化

流域水循環の状態を把握す 水の移動を把握する
る
水利 権 の 改 定 が 行 え る よ 水利権を調べる
う、対象河川の水利権を整理する。

水の流れを把握する
取水の状態を把握する
排水の状況を把握する
飲料水に関する水利権を調べる

工業用水に関する水利権を調べる

かんがい用水に関する水利権を調べる

236

下流にある水路
取水施設の位置
配水範囲
影響を受ける人の数などの程度の情報
取水施設の位置水利権者、水利権量、利水目的
取水施設の位置、実際の取水量（観測値）
排水施設の位置
排水量（観測値）
排水の水質（観測項目、観測値）
ダム・貯水池の位置、貯水量
堰の位置
水門の位置
水利権者（水利権量、取水地点）
樋門の位置、管理者
樋管の位置、管理者
ダム・貯水池の位置、管理者
堰の位置、管理者
水門の位置、管理者
河川、用水路、上水道、下水道などの水路（つながり）取水（取水地点、取水量、利用目的、配水範囲）
排水（排水地点、排水量、利用目的、集水範囲）
水利権者
水利権量
取水地点（場所）
水利権有効期間
実際の取水量（観測値）
水利権者
水利権量
取水地点（場所）
水利権有効期間
実際の取水量（観測値）
水利権者
水利権量
取水地点（場所）
水利権有効期間
実際の取水量（観測値）

リバーフロント研究所報告第14号

2003年10月

・概略の検討で行えるもの

岐するところには、「分合流」という地物を定義し（３）データ構造の検討た。
「分合流」を定義することで、河川のどこから水路網データの策定は、表−１に示した河川行政サ取水されるか、河川のどこに排水されるかといったービスに適応可能となるよう、その情報項目を実現す

水路間の接続関係だけでは表現できないものを表現るための必要不可欠なデータ間の関係や構成等のデーできるようにした。
「分合流」には、主体となる水タ構造について検討を行った。

路の左右岸どちらにあるか、主体となる水路から水その結果、水路網データとして必要となる情報項目が流出するのか（分流）流入するのか（合流）を情として次のものが挙げられた。

報として持たせた。
・農業用水路や上水道、下水道などの河川管理者が確水路／ダム、堰、水門、樋門・樋管、揚排水機場な実に把握することが困難な水路に対し、水がいきわど／取水施設／配水範囲／排水施設／排水範囲／水たる範囲を概略的に表現できるように「区域」を定利権義した。これによりかんがい区域や給水区域として表現を行うことができる。

これらの各情報項目に対して、サービス内容及びそ・かんがい区域等として表現した場合に、幹線についれを実現するために必要となるデータ間の関係やデーて把握できているような場合を考慮し、「区域」をタ構造を検討した。検討した結果の例（一部）を表−「水路」のある特殊な形態のものとして定義した。

２に示した。

従って水路同士の接続関係と同様、「区域」と「水路」、「区域」と「区域」の接続関係を表現した。

表−2 必要となるデータ構造の考え方の例
情報項目 説明
持つべきデータ構造・データ内容
・水質事故発生時に ・水の流下する方向を表す構造が必要。
水路
影響範囲を推定す ・水が流れうるところすべての場所が必要。
るため、事故発生地点の下流（水の流下する方向）を把握するためのもの・流域水循環実態把 ・河川、用水路、上水道、下水道、工業用水など、握のために必要水が流れるルートを追うことができる構造が必要。
・一般に水がどちらに流れるかという情報が必要
・水の流れの合流や分岐の情報が必要。
ダム、堰、・渇水時に流況調整 ・取水が行われる施設であるかどうかの情報が必要
水門、樋 を行うために、流 ・どこの河川のどの場所から行われるかという情報
門・樋管 量の調整や取水制 が必要限を行うための施 ・流量の調整方法や取水の調整方法等の情報が必要
設として必要。

（４）データ構造のモデル化（応用スキーマの構築）必要となるデータ構造を示した表−２をもとに、水路網データのデータ構造のモデル化を行った。

図−7 水路網の考え方

水辺空間の保全・再生、整備を考えた場合、農業用水や上水道、下水道、工業用水など他機関との調整や構築した水路網データモデルを以下に示す。

情報のやり取りが必要である。従って、地理情報標準に準拠してモデル化を行うこととした。地理情報標準

水路網データ応用スキーマ

では、UML（Unified Modeling Language：統一モデリ

水路網データは、水路網データの空間属性を表現すング言語）によりモデルを表現するよう定められているための空間スキーマプロファイルと、時間属性を表る。従って UML により水路網データモデルを記述し 現するための時間スキーマプロファイル、および水路た。

網データの地物を表現する水路網データパッケージか水路網の考え方を、図−７に示した。水路網は、水ら構成される。の流れを表現するものである。水が流れるところとして、水路、分合流、区域を定義した。
・水路と水路の接続関係を明らかにし、「水路１は水路２の上流である」、「水路２は水路１の下流である」という関係を持たせた。
・複数の水路が合流するところおよび複数の水路に分237

「水循環」に関する研究報告

水路網データパッケージ（５）ガイドライン（案）の作成

水路網データは、水路網パッケージ、水路パッケージ、河川施設パッケージ、観測パッケージ、取排水パ

水路網データ構造の標準仕様について検討し、そのガイドライン（案）を作成した。

ッケージ、上水道パッケージ、下水道パッケージより構成される。

ガイドラインは、水路網データを作成する際に、そのデータが網羅しなければならない内容を記載したものである。従って、ガイドラインは、データの製品仕様が記述されたものとし、標準化を念頭におき、地理情報標準の「製品仕様書標準」で規定している項目を記載した。
ガイドライン（案）に記載した内容は、表−３に示す通りである。
表−3 ガイドラインの構成
項目
概要
ガイドラインについて ガイドライン構築の経緯
地理情報の標準化について
目的
地理的範囲座標系
取得するデータの内容 地物定義：定義、空間属性、時間属性、主題属性
UML クラス図
データ構造を UML（統一モデリング言語）によって記述
品質要求
品質要求の内容
メタデータ
地理情報標準−メタデータ のコアメタデータに基づき作成
符号化仕様
水路網データの記録仕様（フォーマット）、およびその規則を記述する。
描画法
線の色や太さ、シンボルの形状等、アプリケーションでデータを表現する場合の描画方法について記述
成果品
求めるべき成果品を記述する。
水路網データ、品質確認報告書、メタデータ
その他の事項
必要に応じて、以下のものを記述
引用規定、用語の定義
空間データの概要

水路網パッケージ
水路網パッケージは、水路や分合流、河川施設などの水路網データを構成する地物を定義した。水路網データはすべて設置期間とデータの有効期間の情報をもつ。

（６）検索・参照システムの開発「水路網データ構造ガイドライン（案）」に沿って作成されたデータを用い、検索・参照を行うためのシステムの開発を行った。システムの構築に先立ち、本システムをユーザがどのように利用するのかについて、
水路パッケージ

例えば、水質事故発生時を考え、表−４に示すユース

水路パッケージは、図−７に示した水路のネットワケースを想定した。なお、エンジンとしては、江戸川ークを構成する水路、分合流、区域を定義した。これ工事事務所が保有する SIS を採用した。図−８は任意

らの水路ネットワークと取水、排水施設の関係は分合の地点（星印地点）より下流の水路および取水施設を流を定義することで関係付けを行った。

検索した場合の例であり、赤く表示されているのが検索された水路および取水施設である。
表−４ 検索・参照システムのユースケース

その他、河川施設パッケージ、取排水パッケージ、観測パッケージ、上水道パッケージ、下水道パッケー
ジについても同様の定義を行っている。

ユースケース
細分
上流にあたる水路 任意の水路上の指定した地点より上流にあの検索たる水路を検索する。
下流にあたる水路 任意の水路上の指定した地点より下流にあの検索たる水路を検索する。
上流にある施設の 任意の水路上の指定した地点より上流にある取水施設を検索する。
検索
任意の水路上の指定した地点より上流にある排水施設を検索する。
下流にある施設の 任意の水路上の指定した地点より下流にある取水施設を検索する。
検索
任意の水路上の指定した地点より下流にある排水施設を検索する。
情報の表示
任意の水路、地物の属性を表示する。

238

リバーフロント研究所報告第14号

2003年10月

参考にさらに高度なシミュレーションをする上で必要と考えられる情報項目およびその構造について検討した。これらの検討を幾つかの課題に対して行い、水辺空間データで必要となるデータ構造として整理し、データモデルの構築の考え方を整理した。
今後は、今回検討した構築のための考え方を基に、水辺空間データ構造に関しても、水路網データ構造と同様に、ガイドラインをとりまとめることが望まれる。

3．おわりに
本研究では、水路網データ構造に関して「水路網データ構造ガイドライン（案）Ver０.５」をとりまとめた。

図−8 検索・参照システムの画面

今後は、他の水系への適応を考慮した改良や、多種多2−4 水辺空間データ構造の検討

様な課題の解決への利用を考慮した「水辺空間データ水路網データ構造の発展形である水辺空間データ構 構造ガイドライン（案）」を引き続き検討することが造は、図−９に示すように、水辺空間データの一部分 必要である。あわせて、これらのガイドラインによりを用いてシミュレーションすることで、各課題に対し 作成されたデータについて、データベースに格納するての検討を行えるデータとなるよう考える。

ための品質管理および更新のための体制を検討し、確立することも必要である。
このような一連の取り組みは、将来の課題解決とデータの公表、共通利用、更新等を実現する上で急務であると考える。
最後に、本研究を進めるに当たり、東京大学空間情報科学研究センター
学研究所

沖柴崎亮介教授、総合地球環境大幹助教授をはじめとし、国土交通省

河川局河川環境課・河川計画課、関東地方整備局江戸川工事事務所（現江戸川河川事務所）、独立行政法人土木研究所などの関係者の方々に多大なるご支援とご図−9 水辺空間データの考え方協力を頂きました。この場をお借りして厚くお礼申し

水辺空間データ構造の検討は、基本的に水路網デー 上げます。
タ構造の検討と同様に、図−６に示す流れで行った。
まず、実際に検討されている幾つかの課題を解決す 〈参考文献〉
るためのシミュレーションで使用しているモデルやデ

１）地理情報標準推進委員会／国土交通省国土地理ータ項目、データ内容、データ構造について整理した。

院：地理情報標準第２版（JSGI ２.０）
（平成１４年

これらのシミュレーションは、業務委託先において必３月）

要となる情報の収集を行い、それをデータ化して検討

２）社団法人日本河川協会：河川改修事業関係例規集
平成１４年度版が行われている。そのため、収集しうる情報項目や情報内容に制限があり、また様々な機関から情報を収集

３）（財）河川環境管理財団：江戸川管内水環境管理検討業務（平成１２年２月）

することより、情報の内容の程度もばらつきがある。
このため水辺空間データ構造の検討にあたっては、既４）（財）リバーフロント整備センター：江戸川流水

往調査における必要データを整理したのち、文献等を239

保全水路検討業務（平成２年３月）