GIS×AI活用ガイド【地理空間データとAIの融合】
GISとAIを組み合わせることで、空間データ分析の可能性が大きく広がります。
この記事では、GISとAIの連携方法と実践的な活用例を解説します。
1. GIS×AIでできること
従来のGISの課題
【時間がかかる作業】 ・大量データの分類 ・画像からの地物抽出 ・パターンの発見 ・レポート作成 【専門知識が必要】 ・複雑な分析 ・プログラミング ・統計処理
AIによる解決
| 課題 | AI活用 |
|---|---|
| 大量データの処理 | 自動分類・抽出 |
| 画像からの情報抽出 | 物体検出・セグメンテーション |
| パターン発見 | 機械学習による分析 |
| レポート作成 | 自動文章生成 |
具体的な活用例
【画像認識】 ・航空写真から建物を自動抽出 ・道路損傷の自動検出 ・農地の作物分類 【自然言語処理】 ・住所データのクレンジング ・地名の正規化 ・レポート自動生成 【予測分析】 ・需要予測 ・リスク評価 ・最適配置
2. 主な活用パターン
パターン1: 画像からの情報抽出
【入力】航空写真・衛星画像
↓
【AI処理】物体検出・セグメンテーション
↓
【出力】GISデータ(建物、道路等)
パターン2: データの自動分類
【入力】大量のポイントデータ
↓
【AI処理】クラスタリング・分類
↓
【出力】カテゴリ別データ
パターン3: 予測モデル
【入力】過去データ + 空間情報
↓
【AI処理】機械学習モデル
↓
【出力】予測結果の地図化
パターン4: 文書処理
【入力】住所リスト・地名データ
↓
【AI処理】正規化・ジオコーディング
↓
【出力】座標付きデータ
3. 画像認識との連携
VLM(Vision Language Model)の活用
【できること】 ・地図画像の読み取り ・航空写真の説明生成 ・図面からの情報抽出 【モデル例】 ・LLaVA ・Qwen2-VL ・Llama 3.2 Vision
具体的な活用
Python
# 地図画像の説明生成
def analyze_map_image(image_path):
prompt = """
この地図画像を分析してください:
1. 表示されている地域
2. 主な地物(道路、建物等)
3. 特徴的なポイント
"""
# VLMで処理
result = vlm_process(image_path, prompt)
return result
建物検出の例
Python
# 航空写真から建物を検出
def detect_buildings(image_path):
prompt = """
この航空写真から建物を検出してください。
各建物について:
- おおよその位置(画像内の座標)
- 建物の種類(住宅、商業施設等)
- 大きさの目安
"""
result = vlm_process(image_path, prompt)
return result
4. 自然言語処理との連携
住所データの正規化
Python
def normalize_address(address):
prompt = f"""
以下の住所を正規化してください:
- 都道府県から記載
- 数字は半角
- ハイフンは「-」に統一
入力:{address}
出力(住所のみ):
"""
return call_llm(prompt)
# 使用例
addresses = [
"東京都新宿区1-1",
"新宿区1-1",
"東京 新宿 1丁目1番"
]
for addr in addresses:
print(normalize_address(addr))
地名の抽出
Python
def extract_place_names(text):
prompt = f"""
以下のテキストから地名(都市、地区、施設名)を抽出してください。
JSON形式で回答:
{{"places": ["地名1", "地名2", ...]}}
テキスト:{text}
"""
return call_llm(prompt)
レポート生成
Python
def generate_gis_report(data):
prompt = f"""
以下のGIS分析結果からレポートを作成してください。
データ:
{data}
形式:
1. 概要(3行)
2. 主な発見事項
3. 考察
"""
return call_llm(prompt)
5. 予測分析への活用
需要予測
【入力データ】 ・過去の需要データ(位置情報付き) ・人口分布 ・施設配置 ・交通網 【AIモデル】 ・時系列予測 ・空間回帰 ・機械学習 【出力】 ・将来需要の予測マップ ・最適配置の提案
リスク評価
【入力データ】 ・地形データ ・過去の災害履歴 ・気象データ ・インフラ情報 【AIモデル】 ・リスクスコアリング ・パターン認識 【出力】 ・リスクマップ ・優先対策エリアの特定
Python実装例
Python
import pandas as pd
from sklearn.ensemble import RandomForestClassifier
def train_risk_model(training_data):
"""
リスク予測モデルの学習
"""
# 特徴量
features = ['elevation', 'slope', 'distance_to_river',
'soil_type', 'vegetation']
X = training_data[features]
y = training_data['risk_level']
model = RandomForestClassifier()
model.fit(X, y)
return model
def predict_risk(model, grid_data):
"""
グリッドデータに対するリスク予測
"""
predictions = model.predict(grid_data)
return predictions
6. ツールと環境
GISツール
| ツール | AI連携 |
|---|---|
| QGIS | Python、プラグイン |
| ArcGIS Pro | 機械学習ツール内蔵 |
| Python(GeoPandas) | 柔軟なAI連携 |
AIツール
| ツール | 用途 |
|---|---|
| Ollama | ローカルLLM |
| LangChain | LLMアプリ構築 |
| PyTorch/TensorFlow | 画像認識 |
| scikit-learn | 機械学習 |
連携構成例
【基本構成】 QGIS + Python + Ollama 【処理フロー】 1. QGISでデータ準備 2. Pythonで前処理 3. OllamaでAI処理 4. 結果をQGISで可視化
環境構築
bash
# Python環境
pip install geopandas
pip install shapely
pip install rasterio
pip install requests # Ollama API用
# Ollama
ollama pull qwen2.5
ollama pull llava # 画像対応
7. 実践事例
事例1: 現場写真の自動整理
課題
現場写真が大量にあり、整理に時間がかかる
【解決策】 1. 写真をVLMで分析 2. 内容を自動分類 3. 位置情報と紐付け 4. GISで地図上に配置 【効果】 ・整理時間:90%削減 ・検索性向上 ・報告書作成が容易に
事例2: 住所データのクレンジング
課題
顧客データの住所表記がバラバラ
【解決策】 1. LLMで住所を正規化 2. ジオコーディングで座標取得 3. GISで可視化 【効果】 ・マッチング率:60%→95% ・作業時間:80%削減
事例3: 巡回ルートの最適化
課題
営業担当の巡回ルートが非効率
【解決策】 1. 顧客データをGISで可視化 2. AIで最適ルートを計算 3. 時間・距離を考慮した提案 【効果】 ・移動時間:30%削減 ・訪問件数:20%増加
8. 始め方
ステップ1: 環境準備
1. Ollamaをインストール 2. 画像対応モデル(LLaVA)を取得 3. Python環境を整備 4. QGISを準備
ステップ2: 簡単な処理から
1. 住所の正規化を試す 2. 画像の説明生成を試す 3. 結果をGISで可視化
ステップ3: 業務に適用
1. 効果の高い業務を特定 2. 小規模で試行 3. 効果を測定 4. 本格運用へ
9. まとめ
GIS×AIの活用パターン
活用パターン
- 画像からの情報抽出
- データの自動分類
- 予測分析
- 文書処理・レポート生成
導入のポイント
1. まず簡単な処理から 2. ローカルLLMで安全に 3. 既存ワークフローに組み込む 4. 効果を測定しながら拡大
期待できる効果
期待できる効果
- 処理時間の大幅削減
- 分析精度の向上
- 属人化の解消
- 新たな知見の発見
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