GISクリップツール：ベクターレイヤーを境界で切り抜く

クリップツールでできること

クリップ（Clip）は、GISで最もよく使われるツールの一つです。2つのレイヤーを渡します。1つ目は入力レイヤーで、切り抜きたいデータです。たとえば道路、河川、バス停、土地の区画などです。2つ目はクリップレイヤーで、対象範囲を表す1つ以上のポリゴンです。たとえば市の境界やプロジェクトの敷地です。ツールはクッキーの型のように働きます。入力のうちクリップ用ポリゴンの内側にある部分だけを残し、外側はすべて捨てます。

出力のジオメトリタイプは入力と同じです。クリップした道路はラインのまま、バス停はポイントのまま、区画はポリゴンのままです。境界をまたぐ道路は、境界と交わるちょうどその位置で切られ、内側の部分だけが残ります。入力の属性テーブルはそのままコピーされるので、道路は名前、種別、その他すべてのフィールドを保ちます。クリップレイヤーが提供するのは形だけです。クリップレイヤー自身の属性は追加されません。これはArcGIS Pro、ArcMap、QGISのクリップツールと同じルールです。

このツールは、デスクトップGISを開くほどではない小さなクリップ作業のために作りました。ZIPにまとめたShapefile、GeoJSON、KML、KMZ、GPX、WKTを地図にドロップするか、自分で図形やクリップ用の四角形を描けます。入力レイヤーとクリップレイヤーを選び、Clipをクリックして結果をダウンロードします。計算はすべてオープンソースのジオメトリライブラリを使ってブラウザ内で行うため、ファイルがパソコンの外に出ることはありません。地図は軽く動作し、データに集中できるように、ベースマップなしで始まります。道路地図や衛星画像のベースマップはいつでもオンにできます。

対応ファイル形式

複数のファイルを一度に読み込め、形式を混ぜることもできます。各ファイルはLayersパネルでそれぞれ1つのレイヤーになります。1つのレイヤーにポイント、ライン、ポリゴンが同時に入っていても構いません。それぞれ適切な方法でクリップされます。

各ファイルは最大50 MBです。国全体のような非常に大きなデータセットには、今でもデスクトップGISの方が向いています。このページの下の方にある比較をご覧ください。

技術的な詳細

このツールがデータに対して何をするのかを正確にまとめました。ArcGIS ProやQGISのクリップツールをご存じなら、ほとんどが見慣れた内容のはずです。

入力ジオメトリタイプ

Point、MultiPoint、LineString、MultiLineString、Polygon、MultiPolygon。1つのレイヤーにすべてを混在させることもできます。

クリップのジオメトリタイプ

穴あり・穴なしのPolygonとMultiPolygon。ポリゴンを含まないレイヤーはクリップレイヤーに選べません。

複数のクリップ用ポリゴン

クリップレイヤーのすべてのポリゴンは、クリップ前に1つのマスクへ結合（ディゾルブ）されます。クリップ用ポリゴンが重なっている場所でも入力は1回しか切られないため、重複したフィーチャーはできません。

属性

入力フィーチャーの属性はすべてそのままコピーされます。クリップレイヤーの属性は追加されません（必要な場合はポリゴン交差ツールを使います）。オプションで clip_status（inside または clipped）、clip_area_m2、clip_length_m、clip_points を追加できます。

座標系

GeoJSONと同じWGS84の経度・緯度（EPSG:4326）です。.prjファイル付きのZIP形式Shapefileは、読み込み時にWGS84へ変換されます。

ジオメトリモデル

切り抜きは度単位の平面上で行います。Turf.jsや多くのWeb GISライブラリと同じモデルです。結果パネルの面積と長さは球面上（測地的）で、平方メートルとメートルで計算します。

境界のルール

クリップ境界のちょうど上にあるポイントは残ります。境界に沿って走るラインの部分も残ります。ArcGISとQGISも同じルールです。

標高（Z）

既存のZ値はその頂点に残ります。ラインを切った位置にできる新しい頂点には、両隣の頂点から線形補間したZ値が入ります。

マルチパート出力

1つのフィーチャーが複数の部分に切られた場合、ArcGIS Proと同じく、それらは1つのマルチパートフィーチャー（MultiLineString、MultiPolygon、MultiPoint）としてまとめられます。「Split multipart results」にチェックを入れると、部分ごとに1つのフィーチャーになります。

不正なジオメトリ

入力フィーチャーのジオメトリが壊れている場合（たとえば自己交差するポリゴン）、そのフィーチャーはスキップして数えられ、レイヤーの残りは通常どおりクリップされます。

制限

1ファイル50 MBまで。複数のファイルを一度にアップロードできます。速度は端末によります。数万件のフィーチャーなら通常1秒ほどでクリップできます。

プライバシー

すべてブラウザ内で動作します。ファイルもジオメトリもサーバーには送信されません。

クリップツールの使い方（ステップごと）

組み込みのサンプルデータを使った全体の流れです。自分のファイルでも同じように使えます。

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ステップ1: ツールを開く

地図は空の状態で、ベースマップなしで開きます。不要なものは読み込まれません。ツールバーには、Point、Line、Polygon、Clip Rectangleの描画ツール、Uploadボタン、Sample Dataボタンがあります。

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ステップ2: 入力レイヤーとクリップレイヤーを追加する

ファイルを地図にドラッグ＆ドロップするか、Uploadをクリックします。ここではSample Dataをクリックしました。区画、道路、ポイントを含む市街地レイヤーと、湖がくり抜かれた調査範囲のポリゴンが追加されます。

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ステップ3: レイヤーとオプションを選ぶ

Clipパネルで、入力レイヤー（切り抜くデータ）とクリップレイヤー（ポリゴンの境界）を選びます。クリップの一覧にはポリゴンを含むレイヤーだけが表示されます。clip_status、面積、長さの追加フィールドが必要か、マルチパートの結果を分割するかを決めます。

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ステップ4: Clip Layerをクリックする

結果は塗りつぶしの新しいレイヤーとして表示され、入力レイヤーは非表示になります。結果ボックスには、入力と出力のフィーチャー数、完全に内側だった数、境界で切られた数、捨てられた数、残った面積・長さ・ポイント数の合計が表示されます。

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ステップ5: ベースマップと属性で結果を確認する

「Show basemap」にチェックを入れると、道路地図や衛星画像の上で結果を確認できます。クリップされたフィーチャーをクリックすると属性が開きます。元のフィールドがすべて残っており、オプションのクリップ用フィールドも入っています。

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ステップ6: クリップしたレイヤーをダウンロードする

Exportパネルでレイヤーを選び、GeoJSON、KML、またはWKT列付きのCSVでダウンロードします。Layersパネルの各レイヤーの横にある小さな矢印は、GeoJSONのクイックダウンロードです。

ポリゴン（とライン、ポイント）をクリップする方法

考え方はどのGISソフトでも同じです。一方のレイヤーが切られ、もう一方のレイヤーが切ります。このツール、ArcGIS Pro、ArcMap、QGISでポリゴンレイヤーをクリップする方法と、arcpyでスクリプトから行う方法を紹介します。

コードで同じクリップを行う

同じ種類のデータを毎週クリップするなら、スクリプトにすると時間を節約できます。どの例も、道路レイヤーを調査範囲のポリゴンで切り抜きます。

import arcpy

arcpy.env.workspace = r"C:\data\city.gdb"

# ArcGIS Pro: Analysis toolbox > Extract > Clip
arcpy.analysis.Clip("roads", "study_area", "roads_clip")

# Older ArcMap syntax (same tool, old name)
arcpy.Clip_analysis("roads", "study_area", "roads_clip")

# QGIS Python console: Vector > Geoprocessing Tools > Clip
processing.run("native:clip", {
    "INPUT": "C:/data/roads.shp",
    "OVERLAY": "C:/data/study_area.shp",
    "OUTPUT": "C:/data/roads_clip.gpkg",
})

# GDAL / OGR command line
ogr2ogr -clipsrc study_area.shp roads_clip.gpkg roads.shp

# GeoPandas
import geopandas as gpd
roads = gpd.read_file("roads.shp")
area = gpd.read_file("study_area.shp")
roads_clip = gpd.clip(roads, area)

私の考えでは、普通のサイズのファイルを1回だけクリップするなら、このツールがファイルから結果までの最短ルートです。何度も繰り返すクリップや、大きな処理の一部として行うクリップは、arcpyかPyQGISのスクリプトを一度書いて使い回すのがよいでしょう。

ツールの仕組み（ステップごと）

Clip Layerをクリックしてからデータがたどる流れです。どのステップもブラウザ内で動きます。

1. 入力を読み込んで整える. すべてのファイルをWGS84のGeoJSONフィーチャーに変換します。GeometryCollectionは同じ属性を持つ別々のフィーチャーに分けるので、クリップ処理は単純なジオメトリタイプだけを扱います。
2. クリップレイヤーをディゾルブする. クリップレイヤーのすべてのポリゴンを、ポリゴンのユニオンで1つのジオメトリ、マスク M にまとめます。穴は穴のまま残ります。重なったクリップ用ポリゴンは1つの形になるので、重なった2つのクリップ用ポリゴンの中にある道路も1回だけ残ります。
3. バウンディングボックスによる高速判定. 入力フィーチャーごとのバウンディングボックスを M のバウンディングボックスと比べます。2つの箱が接していなければ、そのフィーチャーは内側にあり得ないので、細かい計算なしですぐに捨てます。大きなレイヤーでは、これで処理の大部分を省けます。
4. ポイントをクリップする. 各ポイントを M に対するポイント・イン・ポリゴン判定で調べます。内側または境界上のポイントは残ります。MultiPointの場合は、内側のポイントだけが残ります。
5. ラインをクリップする. ラインの各線分を、近くにある M の各辺と比べます。線分が辺と交わる場所をすべて見つけ、そこで切ります。次に、切った小さな部分それぞれの中点を調べ、中点が M の内側ならその部分を残します。接している部分どうしは、もう一度1本のラインにつなげます。
6. ポリゴンをクリップする. 各ポリゴンと M の交差を、スイープライン方式のブール演算アルゴリズム（Martinez-Rueda）で求めます。これにより、M に穴がある場所には新しい穴も含めて、共通部分の面積を正確に得られます。
7. 属性をコピーしてフィールドを追加する. 出力フィーチャーはそれぞれ、元の入力フィーチャーの全属性のコピーを受け取ります。指定があれば、clip_status と、残った面積・長さ・ポイント数を追加します。マルチパートのオプションにチェックがあれば、ここでマルチパートの結果をシングルパートに分けます。
8. 集計して描画する. 完全に内側だった、境界で切られた、捨てられた、スキップされたフィーチャーを数え、残った面積と長さを合計し、結果を新しいレイヤーとして地図に追加します。結果が見やすいように、入力レイヤーは非表示にします。

このように分けているのは、ジオメトリタイプごとに必要な数学が違うからです。ポイントは内側か外側かの判定だけで済みます。ラインには交点が必要です。ポリゴンには完全なブール演算のオーバーレイが必要です。タイプごとに正しく、かつ最も軽い方法を使うことで、ツールを速く保っています。

クリップの理論と数学

クリップは地図上では単純に見えますが、計算幾何学の古典的な成果の上に成り立っています。ツールが使う順に紹介します。

Clip(A, M) = { a ∩ M  :  a ∈ A  かつ  a ∩ M ≠ ∅ }

M = M₁ ∪ M₂ ∪ … ∪ Mₖ     （すべてのクリップ用ポリゴンを先に結合）

点 P = (x, y)。辺は (xi, yi) から (xj, yj)。

次の条件を満たすとき、辺と交わる：
  (yi > y) ≠ (yj > y)
  かつ  x < xi + (y − yi) · (xj − xi) / (yj − yi)

P は内側  ⇔  交わった辺の数が奇数

線分：  P(t) = p + t · r,   r = q − p,   0 ≤ t ≤ 1
辺：    E(u) = a + u · s,   s = b − a,   0 ≤ u ≤ 1

cross(v, w) = v.x · w.y − v.y · w.x
w = a − p

t = cross(w, s) / cross(r, s)
u = cross(w, r) / cross(r, s)

実際に交わる  ⇔  0 < t < 1  かつ  0 ≤ u ≤ 1
cross(r, s) = 0  ⇔  線分と辺が平行

道路：  p = (−5, 5)   q = (15, 5)   r = (20, 0)

部分 (t)       中点 x     判定          残す
0.00 – 0.25    −2.5       外側          いいえ
0.25 – 0.45     2.0       内側          はい → (0, 5) – (4, 5)
0.45 – 0.55     5.0       穴の中        いいえ
0.55 – 0.75     8.0       内側          はい → (6, 5) – (10, 5)
0.75 – 1.00    12.5       外側          いいえ

結果： MultiLineString [ (0,5)–(4,5) , (6,5)–(10,5) ]

リングの面積（λ = 経度、φ = 緯度、ラジアン）：
A = (R² / 2) · | Σ (λ(i+1) − λ(i−1)) · sin φi |

線分の長さ（ハバーサイン）：
h = sin²(Δφ / 2) + cos φ1 · cos φ2 · sin²(Δλ / 2)
d = 2R · asin(√h)

R = 6 371 008.8 m

GISで最適なクリップツールは？このツール、ArcGIS Pro、QGISを比較

GISで一番よいクリップツールはどれかとよく聞かれます。正直な答えは「作業によって違う」です。並べて比べてみましょう。

おすすめ：すでにArcGIS Proを持っていて、データがジオデータベースにあるなら、そこでClipかPairwise Clipを使ってください。結果がプロジェクトの他の部分とうまくつながり、arcpyで作業を繰り返せます。無料で本格的なデスクトップGISが欲しいなら、QGISには優れたクリップツールがあり、ほぼすべての形式を読めます。

このツールが一番役に立つのは、ファイルから結果までの速さを何より重視するときです。同僚からKMLやZIP形式のShapefileが届き、敷地の境界の内側だけが欲しく、何もインストールしたり開いたりしたくない、という場面です。ソフトをインストールできないパソコンでも便利ですし、地図上で各ステップが見えるので、クリップの働きを学ぶのにも分かりやすい方法です。

実際の活用例10選

クリップは、地図を扱うほぼすべての分野で使われています。よく見かける作業を紹介します。

1. 市の境界内の道路. 交通計画の担当者は全国の道路網を持っていても、必要なのは1つの市の道路だけです。道路網を市の境界でクリップすれば、市内の道路の正確な延長がわかり、そのまま報告書や交通モデルに使えます。
2. 環境影響評価. コンサルタントは、生息地の地図、保護区、湿地を、事業の区域やそのバッファでクリップします。結果から、事業がどの生息地にかかり、それぞれ何ヘクタールが影響を受けるかがわかります。
3. 農場と圃場の計画. 農家や農業技術者は、地域の土壌図を圃場の境界でクリップします。圃場ごとに元の土壌属性を持つ土壌ポリゴンができ、可変施肥や可変播種の計画の土台になります。
4. サービス区域ごとのインフラ網. 水道、電力、通信の会社は、管路、ケーブル、光ファイバーを保守地区やサービス区域でクリップします。各チームは自分の担当部分だけを受け取り、クリップした延長は計画や予算の役に立ちます。
5. 開発区域の区画と用途地域. 都市計画の担当者や不動産アナリストは、地籍と用途地域のレイヤーを開発予定区域でクリップします。所有者、土地利用、用途地域コードなどの属性は、クリップされた各区画に残ります。
6. 浸水想定区域での防災計画. 防災担当者は、建物、学校、病院、道路を浸水想定区域や避難区域でクリップします。出力は属性付きのリスク対象の一覧になり、そのまま対応計画に使えます。
7. 公園内のGPSトラック. レンジャーやハイカーは、GPXトラックを国立公園や自然保護区の境界でクリップします。ルートのうち何キロメートルが本当に公園内を通るかがわかり、各点の標高も残ります。
8. 林業と伐採区. 林業技術者は、林分ポリゴンを伐採区や管理単位でクリップします。クリップした林分は樹種、林齢、材積を保ち、クリップした面積はそのまま伐採量の計算に使えます。
9. Web地図用にファイルを軽くする. Web開発者は、全国規模の大きなGeoJSONやShapefileから始めることがよくあります。地図に表示する地域でクリップすると、ファイルサイズを大きく減らせ、Web地図の読み込みがずっと速くなります。
10. 研究と教育. 研究者は、統計解析の前に、調査地点、サンプル地点、移動軌跡を調査範囲でクリップします。教員は、ソフトをインストールしなくてもクリップの働きが目で見えるので、GISの授業でこのツールを使います。

よくある質問

GISでのクリップについてよく聞かれる20の質問に、端的に答えます。

使用ライブラリとクレジット

このツールはオープンソースソフトウェアの上に作られています。これらのプロジェクトを書き、保守している皆さんに感謝します。

• Leaflet 1.9 · BSD-2-Clause · Volodymyr Agafonkin and contributors
  インタラクティブな地図、レイヤー、描画ツール、ポップアップを描画します。
• Turf.js 7 (@turf/intersect, @turf/union, @turf/area, @turf/boolean-point-in-polygon) · MIT · Turf authors
  ポリゴンを切り抜くための交差、クリップレイヤーをディゾルブするためのユニオン、測地的な面積、ポイント・イン・ポリゴン判定を担当します。
• polyclip-ts · MIT · Luiz Felipe Machado Barboza, based on polygon-clipping by Mike Fogel
  Turfのintersectとunionの裏で動くポリゴンのブール演算エンジンです。任意精度の計算でMartinez-Ruedaのスイープラインアルゴリズムを使います。
• point-in-polygon-hao · MIT · Rowan Winsemius
  どのポイントやラインの部分がクリップ範囲の内側にあるかを決める、高速なポイント・イン・ポリゴン判定です。
• shpjs · MIT · Calvin Metcalf
  ZIP形式のEsri Shapefile（.shp、.shx、.dbf、.prj、.cpg）をブラウザで読み込みます。
• proj4js · MIT · proj4js contributors
  投影座標のShapefileを、.prjファイルを使ってWGS84に変換します（shpjsが使用）。
• @tmcw/togeojson · BSD-2-Clause · Tom MacWright
  KMLとGPXのファイルをGeoJSONに変換します。
• JSZip · MIT or GPL-3.0 · Stuart Knightley
  KMZアーカイブを開いて、中のKMLファイルを読み込みます。
• @terraformer/wkt · MIT · Terraformer contributors
  WKTの入力を読み込み、CSV出力のWKTジオメトリ列を書き出します。
• OpenStreetMap, Protomaps (hosted by KONAKTIVE), CARTO, Esri World Imagery · ODbL / provider terms · OpenStreetMap contributors, Protomaps, KONAKTIVE, CARTO, Esri
  ベースマップのタイルと衛星画像です。ベースマップをオンにしたときだけ表示されます。

ラインをクリップする処理（境界との交点で線分を分割し、各部分を判定する処理）は、このツールのために書きました。クリップエンジンは自動テストで確認しています。テストは、穴を通るライン、境界に沿うライン、境界上のポイント、穴の上のポリゴン、重なったクリップ用ポリゴン、Z値の補間をカバーしています。

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