2025 Volume 33 Issue 1 Pages 11-23
To achieve sustainable urban digital transformation (DX) in Japan, the development of accessible 3D city models and Digital Urban Twins is essential. To address this need, Project PLATEAU was launched, and successfully achieved specification development, data creation, quality management, OSS development, use case development, and publication of large-scale Open Data within a short one-year timeframe. This paper analyzes the factors that led to its success, with a focus on the utilization of Open Standards, and proposes “StandardsOps” framework which integrates Standardization and Operations, and facilitates semantics localization and concurrent system development alongside data creation in collaboration with Open Communities. The proposed methodology and practical results demonstrate how these approaches accelerated the rapid social implementation in a nationwide project.
人口変動や災害の甚大化など都市を取り巻く状況が複雑化するなか,都市を記述する地理空間情報は2D図形から高度な利活用を可能とする詳細な3Dモデルへと変革を続けている.持続的な都市経営に向けたまちづくりのDXのためには,複雑かつ多様な都市環境を3D都市モデルで正確に再現して様々な主体や業務で共有利用し,エビデンスベースの計画立案や合意形成等に活用できる情報基盤である「都市のデジタルツイン(Urban Digital Twin,UDT)」が必要である.
そこで,誰もが利用可能なUDTを整備するため,地理空間情報の国際標準化団体Open Geospatial Consortium(OGC) 1)の3D都市モデル標準「CityGML」における標準化活動の知見に基づき,内閣府地方創生推進事務局が推進する都市再生に向けた「i-都市再生技術仕様(案)」が策定され,それらオープン標準を活用した国土交通省「Project PLATEAU」が立ち上げられた.Project PLATEAUでは単年度という短期間で製品仕様策定,データ作成,品質管理,オープンソースソフトウェア(OSS)やユースケースの開発など社会実装し,また都市計画関連の豊富な属性情報を有し,かつ品質管理された3D都市モデルの世界最大級のオープンデータ公開を達成,その後も成長を続けている(国土交通省,2021;内山,2022).
本論文では,Project PLATEAUの短期実装の達成要因について,標準の活用の観点から分析を試みる.分析にあたり,オープン標準を活用し,標準と運用を結び付け,社会実装を効率的に推進するための方法論である「StandardsOps」を提案する.具体的には,オープンコミュニティ,無償利用可能なオープン標準,都市の意味情報を記述するセマンティクス及びそのローカライズ,データ作成及びシステム開発,の構成要素から成る.
日本の地理空間情報分野では,OSSやオープンデータに比べ,それらを支えるオープン標準が注目される機会は多くなかった.その一因に,オープン標準を社会実装に適用する方法論が明らかでなかったことが挙げられる.本論文ではStandardsOpsが大規模プロジェクトの早期実装及び運用推進に如何に貢献したか,その方法論及び実践結果を示す.2章でStandardsOpsの提案,3章でStandardsOps実践による標準及びデータの実装結果,4章で結論を述べる.
UDTのような大規模なプロジェクトを短期間で効率良く立ち上げ,始動時から大きなスケールで社会実装する手段としては,既存の標準,特に様々な都市で有効性が確認されている「オープン標準(Open Standard)」の活用が有効と考えられる.オープン標準に織り込まれている知見や社会実装でのノウハウを流用でき,また既存のOSSや商用ソフトウェアを活用できるメリットもある.
しかし,オープン標準は単純に利用すれば良いものとは限らない.特に複雑かつ多様な社会活動の集積である「都市」の記述には地理空間情報の高度化(3D化,詳細化,属性記述等)が必須だが,海外や異なる業務分野の標準のままでは適用が難しい場合がある.例えば日本の都市に固有の特性への不適合(地下街等の地物の不足)や業務に必須の情報の不足(都市計画や災害リスクに関する情報)等である.また,標準は初版から100%完全な形で策定することは不可能であり,運用で得られた知見をフィードバックして標準に反映し,標準を成長させ運用性を向上し続けるプロセスも必要となる.
これらオープン標準の活用における課題に対する方策は,これまで明確ではなかった.相互運用性の向上及び運用への効率的な適用に向け,検討が必要な構成要素や手段,支援要素を明確化した方法論が必要であった.
従来事例としては,National/Urban Digital Twin分野では英国Gemini principles(Bolton et al., 2018),国連UN-IGIF(Integrated Geospatial Information Framework) 2)等がコンセプトレベルのガイドラインを提示し,情報管理や合意形成の要素の一つとして標準について言及している.一方,標準化分野では「柔らかい標準化」という概念が提唱され(江藤,2022),またIoTなど他分野の標準化戦略の議論では,標準化プロセスの変革,標準の開発と普及に関する戦略,オープン標準によるエコシステム構築など,標準化活動のフレームワークの重要性に関する指摘がある(Fukami and Shimizu, 2021).Project PLATEAUについては,3D都市モデルを共有財とした「デジタルコモンズ」が実現されようとしているなど,標準化の社会的意義の分析がみられる(瀬戸,2023).しかしながら,本提案と同等の具体的な項目や実践的な手順を示し,標準と運用の連携に関する方法論を確立しようとする提案は見当たらない.
2.2 StandardsOpsの概要本論文では,標準を効率的に運用に適用するための方法論である「StandardsOps」を提案する.StandardsOpsは開発分野のDevOpsや機械学習分野のMLOps等と同様に,「標準(標準化活動,Standards / Standardization)」と「運用(Operations)」を組み合わせた造語である.地理空間情報分野の事例を通じ,標準と運用を結び付ける方法論として整理したが,適用分野は限定しない方法論である.
図1,表1にStandardsOpsの流れ及び構成要素(図中の丸数字)を従来方式と対比して示す.従来方式では数年に渡る検討調査を経て製品仕様を策定するウォーターフォール型のプロセスに5年単位の時間が必要な場合があった.例えば都市計画GISの例では,1997年度の検討調査業務開始から標準化ガイドライン(案)の策定などを経て都市計画GISデータ共通仕様(案)の公開に至るまでに8年を要した 3).なお,符号化規則としてXML形式を採用していたが,政策判断に基づき2023年に都市計画データ標準製品仕様書に置き換えられている 4).
一方,提案方式のStandardsOpsでは,①オープンコミュニティの支援による加速を通じ,②誰もが無償で利用可能なオープン標準を採用,③セマンティクス(意味情報)を必要に応じてローカライズし製品仕様を策定,④データ作成と並行してシステムを先行開発することで,迅速に運用に供し,またオープン標準へフィードバックするサイクルを確立する.Project PLATEAUではサイクルを1年で回せることを実証し,大規模なオープンデータ公開も達成した.また運用やデータ作成におけるニーズ(例えば曖昧な製品仕様の修正)を迅速かつ継続的にデータ及び標準に反映することで,運用及びデータ管理の継続性を維持する仕組みを実践した.
StandardsOpsの構成及び社会実装のイメージを図2に示す.StandardsOpsは2点の特徴を有する.1点目は,構成要素は単純な構造ではなく,オープン標準を主軸として標準化活動及び運用の個々のサイクルが相互に関連し,フィードバックし続ける「多重サイクル構造」となっている点である.これらサイクルを短期間で繰り返し回すことで社会実装を早めつつ標準を継続的に更新し,生きた標準(Living Standard)として運用や適用技術,社会状況等の変化に合わせて成長させ続けられる.標準を循環させオープンイノベーションを誘発するエコシステムを構築する仕組みとも言える.なお構成要素はProject PLATEAUを通じ実践的に抽出したものだが,StandardsOpsにおけるプロセスの「フェーズ」としての側面も持ち,各構成要素を考慮しつつフェーズを進めることで標準の社会実装を推進できる.
2点目の特徴は,オープン標準やOSS等を開発する「オープンコミュニティ」との連携である.オープンコミュニティを標準策定及び運用拡大のキーとし,標準化活動,運用適用ノウハウに基づく運用設計の支援,運用におけるローカライズやユースケース開発の支援,運用から標準へのフィードバックなど,全ての構成要素/フェーズを支援する役割を果たす主体と位置付ける.運用成果の標準へのフィードバックを通じ,コミュニティと運用サイクルが双方向で影響を与え合うことで,標準及び運用が持続的に成長できる仕組みの原動力となる.
StandardsOpsの特徴を整理するため,DevOpsとの比較について述べる.DevOpsはソフトウェアの信頼性を保証しつつ継続更新するための組織の協調的な取り組みである(Leite et al., 2019).組織内の開発及び運用部署間の連携に向けた文化の醸成と自動化ツールの2つの柱から成り,後者はOSSなど様々な支援技術が実践を促進している.一方,StandardsOpsでは標準及び運用のコミュニティなど異なる組織間での協調が必要なため,主に標準と運用の連携に向けた文化の醸成方策を提供する.DevOpsの自動化ツールに相当する支援技術はないが,むしろ「オープンコミュニティ」を支援要素と位置付け,コミュニティに参画して議論し,その知見を活用する点に特徴がある.オープン標準の高度な活用には当該分野での知見を要し,標準化団体などコミュニティの支援が必須である.その他のツールとしては,既存標準の活用により「品質管理ツール」をデータ作成と並行して開発し,早期に提供することも重要である.
2.3 StandardsOpsの構成要素の概要及び要件 2.3.1 オープンコミュニティ都市の複雑な標準について,海外先進都市から如何に効率よくユースケース等の知見を学べるかは,プロジェクトの運用拡大を左右するポイントである.そのため,StandardsOps推進に必須の支援要素として「オープンコミュニティ」を位置付けた.
コミュニティは標準活用のための重要な要素であり,逆にコミュニティ形成こそが標準化活動の成果とも言える.特に地理情報標準のような複雑な標準では,標準の継続的な発展及び運用のための要件となる.StandardsOpsでは「標準化コミュニティ」と「運用コミュニティ」を定義し,標準化活動及び運用支援を含む双方向のインタラクションを形成した.
(1) 標準化コミュニティオープン標準を策定する国際標準化団体には,標準の策定や先行実装に向け各国の政府機関,大学等の有識者,ソフトウエアベンダやFOSS(Free/Open Source Software)エンジニア,先進都市ユーザなど幅広い分野のエキスパートが参画する.これを単なる標準認可団体ではなくコミュニティと捉えることで,国内外のエキスパートとの意見交換や海外先進都市におけるデータ仕様や利用状況等の情報共有により短期でノウハウを獲得でき,またFOSSコミュニティ等との連携も可能となる.
標準化コミュニティへの要件としては,運用コミュニティと連携し,オープン標準の導入やセマンティクスの解釈,ローカライズ作業など幅広い支援が得られるよう,エキスパートとの議論や協働の場を備えることが挙げられる.更に,無償利用可能なオープン標準を策定する仕組み(知的財産ポリシー,合意形成プロセス)を備えることも必要である.
また既存標準が存在せず新規標準を策定する場合も,オープンな合意形成プロセスを備えたコミュニティで策定することで,海外エキスパートやOSS開発者などからの支援も期待でき,その後の利用拡大につなげられるメリットもある.
(2) 運用コミュニティユーザ(地方公共団体や企業),市民技術者(シビックテックやFOSSコミュニティ)など,ユースケースやOSS等を開発し,運用を推進または支援する主体である.運用コミュニティの形成は,標準の業務利用拡大に必須である.特に地方公共団体のユーザコミュニティと市民技術者のFOSSコミュニティへの働きかけを通じ,ユースケースやOSS等の開発を継続する仕組みが必要である.なお,運用コミュニティは団体として存在することは必須ではなく,運用における標準活用の機運を喚起し続ける活動及び参加者を維持することが要件となる.
2.3.2 オープン標準要求を満たす国際標準が存在する場合,それを活用し必要に応じてカスタマイズすることで「車輪の再発明」を防ぎ,各国の知見を取り込みつつ国内の利活用に即した標準を短期で策定できる.また,既存のOSSや商用ソフトウェア等が利用可能となるメリットもあり,短期でのデータ作成や業務アプリケーション開発を支える基盤として重要である.
ここで,標準は単なる技術的な製品仕様ではない.エキスパートや先進ユーザによる製品仕様の策定やアプリケーション開発等の事例を通じて蓄積・凝縮されたノウハウ・知見・知識の集大成である.特に「オープン標準」は,誰でも,無償で,知財の問題なく利用可能な標準である.その定義は,国や団体,分野等により異なるが,欧州連合による定義では,単なるデファクト標準ではなく「非営利標準化団体により管理された標準」であることが要件となっている(European Commission, 2004).地理空間情報分野の標準化団体及び標準の例としては,ISOによるデジュール標準(ISO 19100シリーズなどISO規格)(黒川,2019)や,OGC,IETF,W3C等の業界標準化団体によるフォーラム標準がある.StandardsOpsでは,政府による標準(JPGISやi-都市再生技術仕様(案)等)も広義のオープン標準として扱う.
また,標準によってはライセンス料が必要な場合や標準文書が有償の場合もある点に注意が必要である.特に国家規模のプロジェクトの推進においては,無償かつベンダー中立で,広く自由に利用できる標準を選定することは重要な要件である.
2.3.3 セマンティクス及びローカライズ様々な業務アプリケーションでUDTを共有利用するためには,実世界の都市が有する「セマンティクス(意味情報)」を3Dモデル上に記述しつつ相互運用性を確保する必要がある.更に国や都市,業務の特性に応じたセマンティクスの記述を可能とするため,「ローカライズ(拡張標準の策定)」が可能な標準のデザインも求められる.このような複雑な標準を新たに策定するにはエキスパートの高度な知見や時間,コストを要するため,現実的には困難な場合が多い.海外先進都市で得られたノウハウを活用するためにも,セマンティクスの記述及びローカライズの仕組みを備える既存のオープン標準を採用することが有効である.
以下,セマンティクス及びローカライズの詳細を示す.なお,本項はStandardsOpsを他分野に適用する場合には必須ではなく,省略も可能である.
(1) セマンティクスUDTでは,都市の形状(Geometry)の情報だけでなく,都市そのものの「概念」のモデル化が重要である.特に都市の構成要素や各オブジェクトの属性など「セマンティクス」を3D都市モデル上に記述し,様々な分野のユーザや業務アプリケーションで共有することで,高度な分析や応用が可能となる.
一般に,セマンティクスを扱うにはオントロジーの構築が必要だが,具体的で実用に耐えうるオントロジーの構築には膨大な時間がかかる.そこでオントロジーとして利用可能なレベルに成熟した3D都市モデルの標準を採用することが有効と考えられる.都市のセマンティクスを扱う3Dモデル標準としては,地理空間情報分野のCityGMLや,BIM(Building Information Modeling)分野のIFC(Industry Foundation Classes)が知られている(Zlatanova et al., 2012).IFCが物理的な建築部材等を記述する詳細なモデルであるのに対し,CityGMLは幾何形状の境界面(サーフェイス)を記述するモデルのため相対的に軽量で,都市スケールのデータ記述に適するという差異がある.対象とする業務により適切な標準を選定することがUDT成功の要件となる.
(2) ローカライズ一般論として,全ての都市に適合する完全な都市モデルは存在しない.国,地域,都市毎の文化に応じて,異なるセマンティクスの記述や管理が必要となるためである.また,分野や業務に固有のクラスや属性情報が必要となり,オープン標準そのものでは国内での利用が難しい場合もある.
ここで,IT分野では,表示メッセージの翻訳などソフトウェアを特定の言語や地域に適合させる工程を「ローカライズ(地域化,Localization)」という.地理空間情報分野では,地域固有の文化に応じて3D都市モデルの国際オープン標準に項目を追加修正し,国内や都市毎に必要な情報を記述可能な製品仕様を策定することもローカライズと定義する.
3D都市モデルのローカライズについては,2段階の構成が要件となる.1段階目は「全国の都市に共通のローカライズ」である.日本のように唯一の機関がデータ整備しない(国が標準を定め,地方公共団体が個別にデータ整備する)場合,データ検証など品質管理の仕組みも合わせて提供する必要がある.2段階目は「都市毎の個別のローカライズ」である.都市毎にニーズは多様かつ変化し続けるため,地方公共団体毎に固有の情報を任意に追加記述できる仕組みが必要である.これら2段階のローカライズにより,既存OSSの活用などオープン標準採用のメリットを享受しつつ,都市の特性に適合した製品仕様を策定でき,国内利用を拡大できる.
2.3.4 データ作成及びシステム開発既存のオープン標準の活用により,データ作成と並行してシステムも開発でき,データ完成時に即座にシステムを稼働し運用に適用できる.これにより,運用の成果によるフィードバックを速やかに獲得して標準に反映でき,標準及び運用を年単位で迅速に継続更新できる.
システム開発では,特に「品質管理ツール」が重要である.製品仕様書として品質基準を定めるだけでなく,品質を簡易に確認できるツールを開発して提供することで,様々なデータ作成者の参入を可能としつつ,業務アプリケーション間で共有利用が可能なレベルのデータ品質を担保できる.
i-都市再生技術仕様(案),Project PLATEAUでは,国際標準を日本の運用に即した形で導入しプロジェクトを効率推進する方策を模索しつつ活動してきた.本章では,StandardsOps構成要素に従い選定したコミュニティや標準,セマンティクスのローカライズにより策定した仕様及び整備したデータの概要を述べる.また海外先進事例との比較分析など考察する.
3.1 オープンコミュニティの概要 3.1.1 標準化コミュニティとしてのOGC地理空間情報分野におけるオープン標準の標準化団体として注目されるのが,1994年設立の業界団体「Open Geospatial Consortium(OGC)」である.地理空間情報分野の世界最大のコミュニティとも言われ,約500の各国の主要なプレイヤーが参画している(国家機関,地方公共団体,企業,大学等).概念標準やデータ符号化形式,API等のフォーラム標準を策定し,ファストトラック(既存標準を採用し迅速に規格策定する)制度でそのままISO 19100シリーズのデジュール標準となる場合もあり,地理空間情報の標準策定及び普及促進に広く貢献している.
ここで,標準化団体の活動実態は規約等のみでは把握できない.そこでOGCに実際に参加し,オープンな合意形成プロセスにより無償利用可能なオープン標準を策定していることを確認し,国内プロジェクトで連携する標準化コミュニティとして選定した.具体的には,広く利用可能なオープン標準の成立に重要な知的財産ポリシーについては,標準を策定するため「標準策定WG(Standards Working Group)」を設立する際,非差別合理的条件で無償利用を可能とする「RAND-Royalty Free」を宣言することが慣例となっており,例え有償条件の「RAND for fee」を宣言してもWG設立の決議時に否決できる.また合意形成プロセスについては,WGでの議論を経て全会一致で標準ドラフトを策定し,RFC(Request for Comments)でOGC内外から広く意見を募り,全ての意見を解決してから採決投票にかけられる.またドラフト内容に関する特許を保有するメンバは申告及び解決(特許の無償利用許諾,記載の削除等)が必須となる.これらにより,OGCに参加する大手IT企業や地理空間情報関連企業等との知財の問題が生じないことが保証され,ホールドアップ(後から特許権者が現れること)を抑えられる.また標準文書及びスキーマファイルは無償公開され,ISO規格となったOGC標準についても継続利用できる.
WGメンバにはボランティアも多く,そのようなコミュニティで関係構築し支援を獲得するには,単に会議に参加し情報収集するだけでなく,議論や提案,ユースケース実装など積極的な貢献による協働が必要である.日本でのCityGML実装にあたりWGメンバから幅広い支援を得たが,逆にWGメンバからも日本での社会実装は歓迎され,日本での知見は全てオープンデータやオープン標準,OSSとして情報共有しフィードバックした.
またOGCはFOSSエンジニアが所属するOSGeo財団(The Open Source Geospatial Foundation)とMoUを締結しており,OGCが特許等に妨げられず自由に利用できるオープン標準を提供,OSGeoが全てのコミュニティに利益をもたらすOSSを提供するなど協働している 5).OGCを通じFOSSコミュニティと連携した結果,独Karlsruhe Institute of TechnologyのフリーソフトFZKViewer 6)の日本測地系準拠やOSS 3D City Databaseのi-都市再生技術仕様(案)への対応 7)など支援を得て,データ作成やシステム開発の効率化につながった.
3.1.2 運用コミュニティの形成活動Project PLATEAUでは運用コミュニティの形成に向け様々な施策を講じた.特に一般利用者を含むユーザの裾野を広げるため,公式HP上で初心者向けマニュアルを公開 8),GitHubでOSSを公開 9),アプリコンテストPLATEAU AWARDやハッカソンなどイベント開催しOSS開発支援 10)など実施した.またSNSで積極的に情報発信し,コミュニティからフィードバックを受けるチャネルとしても活用した.その結果,GIS業界や地理空間情報系だけでなく,XR(Extended Reality)やクリエイティブ,スタートアップといった多様なコミュニティの参画を得て,ソリューションの多様性が生まれた.アプリケーション層,ユーザ層へのアプローチの重要性を確認した.
また,国土交通省の提案により「スマートシティ官民連携プラットフォーム」に「3D都市モデルの整備・活用促進に関する検討分科会」を設立し,政府関連府省及び地方公共団体との情報共有を進めるなど,従来型のコミュニティ支援策も実施した 11).
これら幅広い活動により運用コミュニティは着実に成長し,地方公共団体による政策活用や企業による事業化など社会実装を加速できた(内山,2022).
3.2 標準及びデータの概要Project PLATEAUではオープン標準CityGMLと,CityGMLに準拠し日本及び都市計画/都市再生分野向けにローカライズしたi-都市再生技術仕様(案)を採用し,更にProject PLATEAU向けにローカライズした3D都市モデル標準製品仕様書を策定した(図3参照).以下,各標準の概要及びStandardsOpsの観点からの特徴,データの実装結果等を述べる.
3.2.1 CityGML(City Geography Markup Language)
CityGMLは,ドイツの標準化団体SIG3Dが2004年にOGCに提案し策定した,3D都市モデルの記述,管理及び交換のための標準である(Gröger et al., 2012;石丸,2014).地物の幾何形状や位相,属性情報を記述する汎用のXMLデータ標準であるGML(Geography Markup Language)に準拠した応用スキーマ(XMLスキーマ)として定義され,欧州を中心にアジアを含む各国都市で採用されている.
特徴は,都市の「概念モデル(Conceptual Model)」及び「データ符号化形式(Encoding)」から構成されている点にある.単なるデータ交換形式ではなく,都市とは何か,というセマンティクスの観点から都市の概念そのものをモデル化しており,GMLなど汎用の標準のように国や都市毎に異なるスキーマが策定されることを回避できる.例えば,都市の構成要素である「地物」の種別(建築物や道路等),地物毎に異なる「属性情報」(建築物では用途や階数,道路では路線名や道路法上の区分等),また建築物等の構成要素では屋根面や壁面等も区別して記述でき,様々な業務アプリケーション間での共有利用や詳細な3Dシミュレーション等への適用も容易となる.
更に日本の都市分野への適用にあたり,特筆すべき2つの機構を有する.1点目は,多様な都市の記述に向け概念モデル及び実装形式をローカライズする機構として,拡張したクラスや属性情報を定義しパッケージ化するADE(Application Domain Extension)と,任意の汎用クラスや属性情報を追加するモジュール(Generics)が備わっている点である.これにより日本固有の地物クラスや属性等を追加した製品仕様を策定しつつ,CityGML準拠ソフトウェアでの利用が可能となる.2点目は,異なるスケール/詳細度のデータを地物毎に纏めて記述するLOD(Level Of Detail)機構である.これにより都市全体は粗い形状,街区レベルは詳細な形状での解析などが可能となり,様々なスケールで利用可能なUDTを構築できる.
i-都市再生技術仕様(案)及びProject PLATEAUでは,都市計画に特化したオープンデータの活用によるコミュニティの形成をもとにしたまちづくりでの蓄積(赤星ほか,2010, 2017)を踏まえ,セマンティクスを記述でき,かつADE及びLOD機構を備え既存の課題を解決できるCityGML 2.0を採用することとした.都市スケールでセマンティクスを含む3Dモデルの記述が可能となり,セマンティクスを活用した様々なユースケースの開発につながった 12).
実装したデータは,汎用のGML形式をベースとしているため,CityGMLに未対応のGISソフトウェアでも利用可能とできた.またXML形式のため,テキストエディタや様々なプログラミング環境でも簡易に扱うことが可能となった.またGMLのCodeList機構により共通コードを定義及び共有でき,異なる地方公共団体がデータ整備する際の基準とできた.以上から,CityGMLの採用により,Project PLATEAUのオープンデータは新たに整備されたデータでありながら,広く利用可能なデータとできた.
3.2.2 i-都市再生技術仕様(案)i-都市再生技術仕様(案)は,内閣府地方創生推進事務局により日本の都市計画/都市再生に向け策定されたCityGML ADE形式の標準である(内閣府地方創生推進事務局,2021;Akahoshi et al., 2020).日本の都市計画及び都市再生での課題である立地適正化計画の立案等に向け,都市構造の可視化及び分析に必要な情報を記述し交換するため,ADEにより都市計画基礎調査の成果を地物や属性として記述する設計とした.これにより,従来は個別に管理されていた3Dモデルと都市計画基礎調査の成果を統合し,簡易に併用できる仕組みを構築した.またADEの策定ではCityGML本体との整合を重視し,将来の標準統合などコミュニティ貢献も見据え,「Urban Planning ADE」としてOGCに提起した(Ishimaru et al., 2020).
一般に,新しい実装標準の採用時における品質管理の最大の課題は,論理一貫性(書式一貫性,概念一貫性)の検証である.CityGMLのADE機構の採用により,小規模なデータの書式一貫性及び概念一貫性の検証はXMLスキーマ対応のテキストエディタのみで可能となり,日本及び都市管理に必要な情報(例えば都市計画区域・地下街・洪水浸水想定区域等の地物クラス,都市計画基礎調査に関する属性情報等)をCityGMLの3D都市モデルに追加してローカライズしつつ,適合性評価の一部を簡易に実現できた.これにより,プロジェクト立ち上げ時のデータ作成及び品質管理の作業効率化を可能とした.
3.2.3 Project PLATEAUProject PLATEAUは,まちづくりのDXに向け,3D都市モデルの整備,活用,オープンデータ化のエコシステム構築のため,2020年度より国土交通省が推進しているプロジェクトである(国土交通省,2021;内山,2022).UDT構築に向け,プロジェクトを迅速に立ち上げ早期に成果を公開するため,CityGML及びi-都市再生技術仕様(案)を採用し,更にそれらを拡張した「3D都市モデル標準製品仕様書」を策定した.これにより,概念モデル及びデータ実装形式の策定にかかる時間を短縮し,また既存のOSSや商用ソフトウェアの活用によりシステム実装にかかる時間も大幅に削減でき,品質管理システムや可視化/共有システム等を早期に実装できた.
Project PLATEAUではセマンティクスを2段階でローカライズした.1段階目の「全国の都市に共通のローカライズ」については,i-都市再生技術仕様(案)を採用し,全国の地方公共団体に共通する項目をCityGMLのADE機構により追加した.加えて,Project PLATEAU独自の属性情報も標準製品仕様書で規定し,またデータへの品質要求及び評価手順も定義した(地図データレベル2500相当の精度等).また都市に関わる様々な地理空間情報を格納する基盤とすべく,「3次元空間における都市計画決定情報の可視化」「災害リスク情報の3次元可視化」に関する属性情報をCityGMLのGenerics機構により追加し,またCityGMLの水面クラスWaterBodyを応用して洪水浸水想定の浸水面などもモデル化した.
2段階目の「都市毎の個別のローカライズ」については,個別仕様の拡張規則である「3D都市モデル標準作業手順書」を策定し,「3D都市モデル拡張製品仕様書」の策定ガイドラインを提供した 13).具体的には,CityGMLのGenerics機構により任意の属性情報の追加を許容し,地方公共団体や都市毎に異なるニーズに対応可能とした.
これらにより,プロジェクト初年度の2020年度,実質1年以内という短期間でデータ製品仕様を策定,データ品質管理手法を確立してデータ作成し,大規模なオープンデータ(図4参照)の公開を達成した.
3.3 考察
StandardsOpsの2023年度迄の活動成果(図5参照)に基づき有効性,他国比較,課題等を考察する.
3.3.1 StandardsOpsの有効性
コミュニティについては,OGCに参画することで,先進都市との意見交換やエキスパートからの支援等を得て,短期での製品仕様策定につながった.逆に日本の成果は全て公式HP経由で共有しフィードバックすることで,コミュニティと双方向の連携サイクルを確立でき,その後の更なる協働につながった.
オープン標準については,CityGML及びi-都市再生技術仕様(案)を採用した.運用から得た成果を反映し,i-都市再生技術仕様(案)及びProject PLATEAUの3D都市モデル標準製品仕様書とも毎年継続更新し,StandardsOpsにより標準と運用のサイクルを年単位で継続的に回せることを実証した.またi-都市再生技術仕様(案)で必要となったコードリスト参照型の属性情報の有用性をOGCにフィードバックし,CityGML 3.0のGenericsモジュールに「CodeAttribute」データ型が追加された(Kolbe et al., 2021).
セマンティクスについては,公式HP上のユースケース 12)を調査した結果,地物については建築物の屋根面や壁面の区別,複数地物の併用(建築物における複数LODの使い分けを含む),また属性情報については用途や階数,構造種別を考慮したシミュレーション等がみられた.ユースケース登録数は2020年度の44件から2023年度迄に計104件と倍増しているが,うち69%(72/104件)でセマンティクスが活用され,年度毎の活用案件の割合も2020年度の12%(3/26件)から,40%(2/5件),93%(42/45件),89%(25/28件)と増加傾向にある.セマンティクスが様々な業務に適用可能と確認できた.
ローカライズについては,都市毎に異なるニーズに基づき,延べ209都市(注:東京都の建築物は23区及び一部の市町村のみ整備)のうち80都市の拡張製品仕様で独自属性が追加された(地方公共団体固有の分類やコード等).また都市毎にデータの開示範囲や整備対象が異なり,標準製品仕様書で定義されている地物や属性情報についても公開の有無に差があることを確認した.全208地物のうち実際に記述された数は都市あたり最大43・最小1・平均22件,また全20,901属性情報のうち実際に記述された数は都市あたり最大477・最小22・平均202.6件であった 14).都市毎のニーズの差は大きく,従来のような画一的な標準でのモデル記述は困難であり,2段階のローカライズにより,都市毎の拡張製品仕様書で任意の記述を可能とすることが必須と確認できた.
データ作成については,Project PLATEAU開始時の2020年度の単年度で,全国56都市,約1万km 2,建築物1,000万軒以上という,品質管理された世界最大級のオープンデータの公開を達成した.2024年4月現在,都市数は209都市に拡大,建築物も約1.5万km 2,2,181万軒と増加している 14).
システム開発については,データ作成者向け品質管理ツールとして書式・概念一貫性検証,位相一貫性検証,主題属性正確度検証などの機能を開発した.特に初年度はデータ作成の支援が重要であることからクラウド上で品質評価システムを提供し,データ検証結果(書式・概念一貫性エラー約383万件,位相一貫性エラー約7万件,主題属性正確度エラー約123万件等)をデータ作成者にフィードバックし,大規模なデータの初期整備作業を効率化した.更にコミュニティからの要望等もオープンデータに反映した.開発した機能やマニュアル等はOSSとして公開し 9),また2年目以降はCMS(Contents Management System)も提供した.またデータ可視化WebアプリPLATEAU VIEWや,Unity/UnrealにCityGMLデータを直接取り込むPLATEAU SDK,IFCデータ変換スクリプトなどもOSS公開した.またCMS機能でAPI開発しPLATEAU SDKに情報配信し,また3D TilesやCesium向けPLATEAU Terrainも配信した.オープン標準をベースとすることで,データ作成前にシステム開発を並行して推進でき,データ及びユースケースを効率よく拡大できた.
3.3.2 他国Urban Digital Twinとの標準・データ比較CityGML採用先進事例のフィンランドHelsinki 3D+ 15)やシンガポールOneMap 16)は,CityGML形式の3DモデルとOBJ形式等の可視化用Reality Meshモデルを整備し,Helsinki 3D+はオープンデータ化している.いずれも自機関がデータ整備主体で品質管理できるため,ADEは策定せず,CityGML形式そのものを採用している.一方,Project PLATEAUでは複数の地方公共団体や測量会社がデータ整備するため,CityGML ADEであるi-都市再生技術仕様(案)を利用し,スキーマ検証による品質管理を実現した.
オランダ3D Basisvoorziening 17)は全国3DデータをCityJSON形式で整備している.かつてオランダではCityGML形式でIMGeo 3D ADEを策定していたが,現在はCityJSON形式に移行している.JSON形式はタグの記述方式がシンプルでデータ容量が小さいというメリットがある一方,XML形式におけるGMLに相当する汎用3D標準がないため,現状では他標準と互換性が無い独自形式となる.Project PLATEAUでは汎用性を重視し,幅広いソフトウェアで扱え,JPGISとの親和性も高いGMLベースのCityGMLを基本標準として採用した.また軽量でCGソフト等でも扱いやすいFBX,OBJ,3D Tiles形式等への変換ツールや,Unity/UnrealでCityGMLを直接利用可能なPLATEAU SDK等も公開した 9).
3.3.3 課題,将来対応方針StandardsOpsの方法論に関する課題2点を抽出した.1点目はStandardsOpsの汎用性の検証である.StandardsOpsは机上検討ではなく実例を一般化して導出した実証済みの方法論であり,標準と運用の連携が必要な他の分野にも適用可能な汎用性を有すると考えるが,実際に異なる分野で有効性を検証することは今後の課題である.特に運用コミュニティの観点からの事例を蓄積し,有効性を検証することが望ましい.2点目はオープン標準が不在の場合における方策の整理である.都市分野ではCityGMLの採用により運用を加速できたが,分野によっては最適なオープン標準があるとは限らず,独自標準の策定で社会実装を早められる場合もある.様々な分野でStandardsOpsのノウハウを蓄積し,StandardsOps自体も更新していく必要がある.
また,StandardsOpsの運用拡大における課題3点を抽出した.1点目は標準の継続更新である.Project PLATEAUの3D都市モデル標準製品仕様書からi-都市再生技術仕様(案)へは毎年フィードバックしたが,CityGMLへのフィードバックも推進し,日本の運用への適合性を更に向上する取り組みも必要である.StandardsOpsサイクルの継続により,Project PLATEAUの対象を全国1700地方公共団体に拡大するなど,運用の加速が期待される.2点目は他国との協働である.1点目の課題に取り組むには他国の運用における課題も考慮し,コミュニティに関与し続ける必要がある.他国と密に議論し協働できる点を探ることで,StandardsOpsの重要な要素であるコミュニティの効率的な拡大方策になると考えられる.3点目はStandardsOpsのデータ品質向上に関する検証である.支援要素として品質管理ツールを活用したが,品質向上への寄与を定量的に検証し,更なる品質向上に向けた方策やツールの在り方の検討が必要である.
都市は成長し,社会課題も変わり続ける.標準も策定すること自体が目的ではなく,継続更新し,運用拡大により社会に貢献する必要がある.本論文では標準と運用の効率的な連携のための方法論であるStandardsOpsを体系化し,特に都市の地理空間情報のオープン標準に必要なセマンティクスの重要性及びローカライズの仕組み,データ作成及びシステム開発の方針,コミュニティとの連携方策等を明確化した.これによりProject PLATEAUでは単年度という短期間で3D都市モデルのオープンデータ公開を達成し,UDTの早期実装及び運用への適用を実現した.またi-都市再生技術仕様(案)及びProject PLATEAU標準製品仕様書とも継続改訂し,データ整備範囲及びユースケース数とも増加し続けている.また得られた知見はコミュニティに還元し,CityGML 3.0にも反映された.以上よりStandardsOpsの有効性を実証した.
今後,オープン標準を活用したUDTにより,社会コストを低減しつつ都市経営効率化を加速することで,オープンイノベーションを誘発し続ける仕組みを創出するなど,StandardsOpsが日本及び世界の都市の持続的な発展へ貢献することが期待される.
米MobileGIS社Carl Smyth氏,独virtualcitysystems社Claus Nagel博士,英Ordnance Survey Carsten Rönsdorf氏,独Technical University of Munich Thomas H. Kolbe教授及びTatjana Kutzner博士,独Stuttgart University of Applied Sciences Volker Coors教授,独Karlsruhe Institute of Technology Karl-Heinz Häfele氏及びAndreas Geiger氏,Panasonic Life Solutions India社 大石智久氏,OGC CityGML Standards WGメンバ及びScott Simmons氏,青山学院大学 古橋大地教授,駒澤大学 瀬戸寿一准教授,東京大学 関本義秀教授,国土交通省 石井儀光様,匿名の査読者の皆様,その他,ご指導を頂いた全ての皆様に深く感謝します.
1) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUQM7ST655TMH
2) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/M7UXT5JPPWYC655TMH/UN-IGIF/
3) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/toshi/tosiko/content/001510040.pdf
4) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/toshi/tosiko/toshi_tosiko_tk_000187.html
5) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUQPNUXK53PN73GH/resources/ogc-memorandum-understanding/
6) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUJMFVT645JPRYGK3DW/english/1648.php
7) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/M7VYI4DWMIYGG55N/3dcitydb/iur-ade-citydb
8) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/plateau/learning/
9) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/M7VYI4DWMIYGG55N/Project-PLATEAU
10) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/plateau-next/
11) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/scpf/archives/
12) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/plateau/use-case/
13) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUNNSVYILUHN6YGV6A/plateau/libraries/handbooks/
14) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUHMWYYG6DBPSVXC5BPNJZA/ckan/dataset/plateau
15) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/NNRYE7DVMEYGR3LMF3UGJ/3d/
16) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLUQN3TX4ZLRF3UX87SPPNUB/home/
17) https://yz-jsjc-gov-cn-1416.res.gxlib.org.cn:443/rwt/1416/https/P75YPLURMSYXXLUPNE/introductie/-/article/3d-basisvoorziening-1