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地理空間情報の平面位置正確度の評価
地理空間情報の平面位置正確度の評価
Estimation of the Horizontal Positional Accuracy of Geospatial Data
測地部 小清水寛・村上真幸
Geodetic Department Hiroshi KOSHIMIZU and Masaki MURAKAMI
要
旨
測位情報精度の更なる向上への期待を背景として,測位情報を用いたサービスの更なる高度化へ向けた取
り組みが活発になっている.例えば ITS(高度道路交通システム)サービス分野では,誰もが共通に利用で
きる高精度地図(オーソリティマップ)を利用した各種運転支援サービスが検討されている(ITS Japan, 2013)
.
今後,測位情報とペアとなるべき地図の平面位置正確度に関する情報開示が,今まで以上の詳細さで求めら
れると予想される.
地図を描画するための幾何情報が収録されている地理空間情報の位置正確度については,公共測量の作業
規程の準則(国土交通省, 2013)において標準偏差と呼ばれる指標の制限値が設定されている.縮尺が 1/2500
に相当する地図表現精度を有する数値地形図データに対する平面位置の標準偏差は,新規測量の場合には
1.75m 以内,修正測量の場合には 2.50m 以内と規定されている.
しかしながら,この規定値をそのまま地理空間情報の位置正確度とするには問題がある.まず,標準偏差
と呼ばれる指標の従う確率分布が明示されていない.さらに,上記制限値は公共測量の実態や他国の制限値
と比べて大きすぎるのではないかという問題提起がなされている(村上ほか, 2010).
そこで,米国連邦地理データ委員会(FGDC)の位置正確度策定基準(FGDC, 1998)に影響を与えた
Greenwalt-Shultz(1968)による二次元正規分布の考察結果を用いて,指標の明示的な定義を与える.さらに,
縮尺 1/2500 相当の数値地形図データのサンプル集合を対象として,指標の実勢値(平均値や実質的な制限値)
を大まかに見積もる調査を実施する.
1. 指標の明示的な定義
1.1 全体の流れ
地理空間情報のサンプルをひとつ指定して,
検証点残差の成分値を実現値にもつような確率変数を設定し,
それら確率変数の間に相関がない場合の正確度指標を Greenwalt-Shultz(1968)の手法に従って導入する.導
入された正確度指標は Circular Standard Error(以下,
「CSE」と略する.
)と呼ばれる.本調査では,正確度
指標 CSE の定義を,確率変数の間に相関がある場合にまで拡張し,検証点数に応じた指標の推定値の誤差を
把握する.最後に,実際に地理空間情報の検証点残差を計算する上での障害となるバイアスの処理方法に関
する指針を与える.
1.2 議論の出発点
地理空間情報のサンプルから n 個の検証点 p1,…, pn をランダムに抽出し,各検証点 pi における水平座標
成果値を (sxi, syi ) とおく.更に,地理空間情報の作成(写真測量)とは独立でより正確度の高い測定方法
(GNSS 測量機を用いた現地測量)によって得られた各検証点 pi の水平座標値を (exi, eyi ) とする.検証点 pi
における水平座標値の残差を xi = sxi - exi,yi = syi - eyi で定める.また残差の平均値 < x >,< y > を以後バイ
アスと呼び,< x > = 0,< y > = 0 が成立するとき,残差にはバイアスが含まれないということにする.地理
情報標準(国土地理院,2007)によれば,
「位置正確度-絶対正確度(外部正確度)
」は「測定された座標値
「真又
と真又は真とみなす座標値との近さ」と定義される.本調査では,
「測定された座標」を (sxi, syi ) に,
は真とみなす座標値」を (exi, eyi) に対応付け,この条件のもとで「位置正確度-絶対正確度(外部正確度)」
を残差 (xi, yi ) に対応付ける.残差 xi ,yi を実現値にもつ確率変数を各々 X,Y とする. X は母平均 mX = 0,
母分散σX2 を有する正規分布 fX に従い,Y は母平均 mY = 0, 母分散σY2 を有する正規分布 fY に従うものと
する:
 x2
1
X ~ f X x; m X 
0, X2 exp 
2
2  X
 2 X



,

 y2 
1
Y ~ f Y y ; mY 
0, Y2 exp 
2
2  Y
 2 Y 


・・・ (1.2.1).
更に fX,fY を周辺分布に有する二次元分布を fXY,X と Y の相関係数 σXY /σXσY をρと記す.
24
国土地理院時報
2014
No.125
1.3 正確度指標(CSE)の導入
本節では確率変数 X と Y の間に相関がない(ρ= 0 )ことを仮定し,Greenwalt-Shultz(1968)による CSE
(Circular Standard Error,再掲)の概念を導入する.相関がない場合の二次元分布は fXY (x, y) = fX (x) fY (y) で
あり,これを極座標表示する:
f XY x , y dxdy  g r ,  drd
 g r ,  
rf XY r cos  , r sin   
 r 2
exp 
2 X  Y
 2
r
 cos 2  sin 2 


2
 Y2
 X


.
極座標表示 g (r,θ)を用いて任意に取得した検証点が原点 (0,0) を中心とした半径 R の閉円板内に収まる確
率 P (R) を構成することができる:
P R   
R

2

r 0
 0
g r ,  drd 
2
2
2
( a   X  Y , x  R  1  a  , v  r
2 
2
4 Y  a 
4 Y2
2a
1 a2
1 a2
 2
 a

x
0
e  v  I 0 kv dv
・・・ (1.3.1).
1  a 2 , I (・): 0 次の第一種変形ベッセル関数)
,
0
 k 
1 a2

上式において二番目の等号の証明は命題 5.1 において与えられる.X と Y の分散が等しい(σX=σY)場合に
は,この等しい値をσC として,
g r ,  
 r2
 
exp
2
2 C2
 2 C
r
 ,
2
2
 P R  1  exp R / 2 C 

・・・ (1.3.2)
である.
X と Y の分散が等しい(σC =σX=σY)場合に P(σC) ≒ 0.3935 となることを利用して,分散が等しくな
い(σX≠σY)場合にも,P (σC ) = 0.3935 を満たす σC を二次元正規分布 fXY の標準偏差と定義し,CSE
と名付けることにする.確率変数の従う正規分布に関する仮定(mX = 0,mY = 0)は,確率変数の実現値と
しての検証点残差にバイアスがないことを意味しているので,σC の推定値は平面位置の正確度に関する指
標と考えることができる.
σC を(分散が等しいとは限らない場合にも)具体的に与えるには,σC とσX,σY の関係を数学的に記述
する必要がある.Greenwalt-Shultz(1968)はこの記述を数値解析的な手法を用いて与えている.σY ≧σX
(換言すると a≦1)と仮定して,命題 5.2 を P (R) = F (R /σY, a)に対して適用すると,P (R) = 0.3935 ⇒ R/
σY≒0.5+0.5a,すなわち,
σC =(σX+σY) / 2 ・・・ (1.3.3)
が得られる.上式はσX とσY に関する対称式であるから,X と Y の役割を入れ替えてσC の関係式を求めて
も結果は同じである.つまり,σC の表現式(1.3.3)は任意の (σX, σY) に対して成立する式である.
以上により,σX の不偏推定値 uX = {Σxi2 / (n - 1)}1/2,σY の不偏推定値 uY = {Σyi2 / (n - 1)}1/2 から,σC の
推定値 u を以下に定める:
.
u = ( uX + uY ) / 2 ・・・(1.3.4)
1.4 相関がある場合への CSE の拡張
本節では,確率変数 X と Y の間に相関がある(ρ≠ 0 )ことを仮定して,前節 1.3 で導入した CSE の概
念を拡張する.相関がある場合の二次元分布 fXY は,
f XY x, y  
1
2 X  Y
 1
exp x
2
1 
 2
 x
y M   ,
 y
M
1
1  2
 1  X2

   X  Y
   X Y 

1  Y2 
と表現される.第 1.3 節と同様な枠組みのもとで正確度指標を定義するために,座標変換:
x, y   x, y  r, 
を考える.第一の矢印(変換)は,
( x  r cos  , y  r sin  )
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地理空間情報の平面位置正確度の評価
Ax 2  2Hxy  By 2  
x
y M  
 y
1
x
2
に対して,命題 5.3 によって定められる直交変換である.この変換により,二次元分布 fXY は以下のように
極座標表示される:
f XY  x, y dxdy  g r , drd
 r2

r
 g r ,  
exp 
 cos 2    sin 2  
rf XY r cos   , r sin     
2
2 X  Y 1  
 2
.


変換 (x, y) → (x’, y’) が直交的であることは x2 + y2 = x’2 + y’2 = r2 を意味する.従って,任意に取得した検証
点が原点 (0,0) を中心とした半径 R の閉円板内に収まる確率 P (R) は,やはり第 1.3 節と同様に,
P R   
R

2
r 0
 0

g r ,  drd
で表現される.第 1.3 節の場合との対応関係:
 X  1  ,  Y  1  ,  X  Y  a :
 
に留意しつつ命題 5.1 を適用することにより,
P R   
R

2

r 0
 0
g r ,  drd 
2a
1 a
2

x
0
e  v  I 0 kv dv
2
2
1 a2 )
(a    ,
R 2  1  a  ,
r 2  1  a  ,
k


x
v
2
 2 
 2 
4  a

4  a

1 a
が導かれる.従って,さらに α≧β>0 を仮定して命題 5.2 を
P R   F

 R, a

( a    とおく)
に対して適用すると,P(σC) ≒ 0.3935 を満たす σC は近似的に以下のように特徴付けられる:
1
・・・ (1.4.1)
.

 C 1   1
 2
 X2   Y2  2 1   2  X  Y
2
なお、上式において第二の等号は命題 5.3 の二次方程式に対する解と係数の関係にもとづいて得られる.第
1.3 節と同様に,式の対称性を勘案してα≧β という仮定を外しても一般性を失わない.そこで,相関のあ
る二次元分布 fXY に対する CSE を(1.4.1)で表現されるσC によって定義する.明らかに,相関がない場合
(ρ≠0 )のσC は第 1.3 節の(1.3.3)に一致するので,本節で定義した CSE は相関がない場合の定義の自
然な拡張となっている.
また,σX の不偏推定値 uX = {Σxi2 / (n - 1)}1/2,σY の不偏推定値 uY = {Σyi2 / (n - 1)}1/2,およびσXY の不偏
推定量 uXY = Σxi yi / (n - 1) を用いて,σC の推定値 u を以下のように定める:


u
 

1 2
u X  uY2  2 1   2 u X uY ,
2
  u XY u X uY
・・・ (1.4.2).
1.5 検証点数に応じた CSE 推定値の誤差
前節までの議論により,正確度指標 CSE の推定値 u を(1.4.2)によって定めることができた.しかしなが
ら,地理空間情報のサンプルにおいて得られる検証点数 n は一定ではなく,検証点数 n が小さいと推定値の
誤差Δu が大きくなると予想される.従って,CSE 推定値の制限値(上限値)は u ではなく,ucor(ucor = u +
Δu)によって見積もることが望ましいと考えられる.
つぎにΔu を求める(推定する)方法について考える.直接的に求めることは困難であると思われるので,
ΔuX とΔuY を何らかの方法で求め,誤差伝播公式を用いてΔu を定める方針を採用する:
u  h u X u X  h uY uY
ここで,u の定義式(1.4.2)の右辺を uX と uY の関数とみなした: u = h( uX, uY ) .
本調査では,ΔuX とΔuY として,一次元正規分布に関する命題 5.4 を参考にして得られる値:
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国土地理院時報
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No.125
ΔuX = κn uX, ΔuY = κn uY
をあてはめる.ここでκn は命題 5.4 で導入される定数 1/√{2(n-1)} である.
簡単な計算により,
Δu =κnu, ucor = u +Δu = (1 +κn) u ・・・ (1.5.1)
であることが分かる.κn の値は n = 10 で約 0.2,n > 50 では高々0.1 程度である.
1.6 バイアスの処理
残差成分値 xi = sxi - exi,yi = syi - eyi を実現値として持つ確率変数 X,Y を出発点として,正確度指標 CSE
を導入・拡張し,CSE の推定値とその誤差の計算方法を提案してきた.ここで留意しなければならないのは,
確率変数 X,Y に対して条件(1.2.1)が仮定されていることである.他方,地理空間情報の現実のサンプル
における残差成分値 xi,yi には,一般的に異常値や系統的なずれ等に伴うバイアスが含まれ,< x > = 0,< y >
= 0 が満たされるとは限らない.正確度の指標である CSE の推定値を計算するためには,正確度を推定する
という前提を保ちつつ,バイアスを除去する方法を前処理として与えなければならない.現実には,バイア
スの原因を完全に特定し,合理的に除去することは必ずしも容易ではないため,バイアスの原因に関して大
まかな仮定をおいたうえでバイアスの影響を極力除去し,正確度指標 CSE を推定する必要がある.
まず,バイアスが生じる原因を,以下の(a)
(b)いずれかであるものと仮定する:検証点の成果値集合 { (sxi,
(a)異常値が含まれる,もしくは,
(b)真値からの系統
syi ) },もしくは基準値集合 { (exi, eyi ) } について,
的なずれが生じている.とくに,
(a)の異常値が含まれる背景としては,経年変化による成果値と基準値の
ずれや、基準値の測定の異常が考えられる.
つぎに,バイアスの処理方法について,以下の二段階の処理を施す.
第一段階は異常値に対する処理である.理想的には,異常値をもつ検証点を抽出して除去し,残った検証
点の配置が偏っている場合には全検証点を取得しなおす必要がある.
しかしながら,
予算の制約などにより,
そのような作業を実践することが困難である場合が多い.
本調査で用いた地理空間情報サンプルの検証点も,
残念ながら合理的に異常値を除去できる状態にはなかった.代替案として,調査対象とする地理空間情報の
サンプルの集合のうち,検証点数が十分に大きいサンプルのみを抽出して正確度調査の対象とする.検証点
数の大きさにより,< x > , < y > の値をノイズレベルに低減することが期待されるからである.
第二段階は CSE の推定値の設定処理である.(xi^, yi^) = (xi - <x>, yi - <y>) とおくと,(<xi^>, <yi^>) = (0, 0) が
成立するから,xi^, yi^ に対して(1.4.2)によって CSE 推定値 u = u^ を定めることができる.この値 u^ は,
uXb = {Σ(xi - <x>)2 / (n - 1)}1/2,uYb = {Σ(yi - <y>)2 / (n - 1)}1/2,および uXYb= Σ(xi - <x>) (yi - <y>) / (n - 1) を用い
て定められる値 ub :

ub
1 b2
u X  uYb 2  2 1   2 u bX uYb ,
2
  u bXY u bX uYb
・・・ (1.5.1)
と一致する.つまり,(1.5.1)で定まる値 ub は,(1.4.2)で定まる値 u = u^ を,バイアスがある場合へ自然
に延長したものである.さらに,バイアスに関する仮定と第一段階の処理により,(<x>, <y>) はほぼ系統的
なずれを表すものと見なせるから,これを差し引いて定まる ub は残差 xi,yi の正確度を表現する指標であ
ると解釈できる.
以上により,
(1.5.1)で定義される ub を(バイアスがある検証点残差に対する)CSE の推定値と定め,記
号としては添え字 b を省略して u に統一する.記号 uXb,uYb,uXYb についても,各々 uX,uY,uXY に統一す
る.
2. 指標の実勢値の調査
2.1 数値地形図サンプルの抽出
本節では,第 1 章で定めた CSE 推定値を用いて,地理空間情報のサンプルの集合から CSE の実勢値(推
定値の平均値や実質的な制限値)を見積もる.地理空間情報の全サンプルは,平成 14 年~平成 19 年に整備
され,その後検証点が取得された縮尺 1/2500 相当の基盤地図情報合計 229 サンプルである.
但し,検証点の異常値が適正に抽出・除去されていないため,異常値の影響を極力除去できるよう検証点
数 n が 50 以上である 26 サンプルのみを抽出した.この 26 サンプルのうち 24 サンプルはバイアスの絶対値
Rm := { <x>2 + <y>2 }1/2 が 0.0m~0.2m の範囲に連続的に分布しているが,残りの 2 サンプルは 0.2m を大きく
超えて孤立的に分布している(図-1 の左).
この 24 サンプルについては,相関係数ρの推定値 uXY/uXuY は理想的な値 0 の近傍で-0.3~0.2 と連続的に
27
地理空間情報の平面位置正確度の評価
分布しており,標準偏差比率 σmin /σmax の推定値 umin / umax も理想的な値 1 の下方近傍で 0.7~1.0 と連続的
に分布している(図-1 の中・右)ことから,座標成分間に強い相関は見られない.
そこで,バイアスの影響が小さい 24 サンプルを調査対象として CSE の実勢値を見積もることにする.
2.2 CSE 推定値の計算
第 1 章の議論により,相関やバイアスを含む検証点残差に対する CSE の推定値,およびその誤差を考慮し
た補正値(上限値)は各々:
1 2
CSE 推定値:

u
u X  uY2  2 1   2 u X uY ,
  u XY u X uY
2
( u X2

1 , u
 x   x   n 
  y   y   n  1,
i
2
2
Y
2
i
u XY
 x   x   y   y   n  1
i
i
)
CSE 推定補正値(上限値): u
1   n 
u ,  n 1 2n  1
cor
で与えられた.これらの式に基づき,第 2.1 節で抽出された 24 サンプルに対して計算をすると,CSE 推定値
は 0.3~0.4m を平均値にもち,補正値(上限値)は概ね 0.8m 以下に収まった(図-2).
頻 度
頻 度
頻 度
uXY/uXuY
Rm
umin/umax
図-1 バイアス(左)
・相関係数(中)
・標準偏差比率(右)
頻 度
頻 度
u
ucor
図-2 CSE の推定値:u(左)
・ucor(右)
3. 指標の定義と実勢値に関する議論
3.1 FGDC の定める指標値(RMSE)と CSE の関係
米国連邦地理データ委員会(FGDC)では,地理空間情報の平面位置正確度を表現する指標値として,平
均二乗誤差(以下「RMSE」と呼ぶ)を採用している.数値地形図サンプルに対して第 1.2 節で得られた検証
点残差 xi,yi に対して,RMSE の定義は,



 xi2  y i2 2n : X   Y の場合
RMSE  
2
2
  xi n   y i n 2 : X   Y の場合


で与えられる(FGDC, 1998).但し,確率変数 X と Y の間には相関がない(ρ= 0 )と仮定され,残差成分
値にバイアスが含まれている場合には事前に可能な限り取り除くこと( <x> = <y> = 0 )が前提とされてい
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国土地理院時報
2014
No.125
る.これらの仮定と前提により,n がある程度大きい場合には,
RMSE ≒ ( uX + uY ) / 2 = (1.3.4)の中で定義される u
となる.すなわち,RMSE は CSE の推定値にほぼ一致することがわかる.
3.2 国内外の基準値と CSE の実勢値の比較
本調査冒頭の要旨で述べたように,公共測量の作業規程の準則(国土交通省, 2013)において標準偏差と呼
ばれる指標の制限値が設定されており,縮尺が 1/2500 に相当する地図表現精度を有する地理空間情報に対す
る平面位置の標準偏差は,新規測量の場合には 1.75m 以内,修正測量の場合には 2.50m 以内と規定されてい
る.但し,標準偏差の定義は明示的ではなく,本調査で得られた CSE や RMSE との関係は不明である.
他方,国外においても,地理空間情報の平面位置正確度に関する制限値がいくつか知られている.村上ほ
か(2010)の調査によれば,米国地質調査所(USGS)が 1947 年に定めた中小縮尺図に対する制限値は RMSE
換算で地上約 0.6m,国連アジア極東地域地図会議が 1958 年に勧告した制限値は,精度が高い地図(A 級)
では地上約 0.6m,精度がそれよりも劣る地図(B 級)では地上約 1.2m とされている.
準則における標準偏差の定義が明確ではないため,国内外の制限値を直接的に比較することは不可能であ
る.そこで,本調査では公共測量成果である基盤地図情報(縮尺 1/2500 相当)の平面位置正確度を,サンプ
ル抽出によって計算した.その結果,CSE 推定値の平均値は 0.3~0.4m 程度,上限値は概ね 0.8m であること
いう見積もりが得られた(第 2.2 節).この見積もりは,地理空間情報の平面位置正確度の指標として CSE
を採用するならば,指標制限値を国外の制限値並に厳しくする必要性を示唆している.
4. まとめ
地理空間情報の平面位置正確度に関する準則の現行基準(国土交通省, 2013)は見直す必要がある.第一に
正確度の基準を数学的に明示する必要がある.定義の明確さや諸外国の基準との整合性を考慮すれば,CSE
に由来する推定量を採用することが合理的である.第二に平面位置正確度の制限値は現行の値よりもかなり
厳しく設定することが現実的である.
他方,制限値としてどのような値を採用すべきかについては更なる調査検討が必要である.本調査では制
限値のひとつの候補値として 0.8m という値を得たが,検討の過程で明らかになったように,地理空間情報
のサンプルの検証点残差からバイアスを合理的に除去して正確度指標を精密に絞り込むことは実務上の限界
がある.したがって,制限値の設定には別の観点からの調査が必要であると予見される.今後は,地理空間
情報の調製にかかる各種測量工程毎の誤差を技術の進展も踏まえて定量的に見積もり,制限値をさらに絞り
込むことを試みたい.
5. 補足説明
本節では,主に第 1 章で必要とされる数式や数値解析についてとりまとめる.第 1 章の複数箇所から引用
される,もしくは,数式の背景にある概念を補う必要があるなどのため,第 1 章の議論展開から分離させて,
本章に集約する.
命題 5.1(Greenwalt-Shultz, 1968)
g r ,  
 r 2
exp 
2 X  Y
 2
r
 cos 2  sin 2   



  2
 Y 2  
 X
に対して,
2 a x v
e  I 0 kv dv
1  a 2 0
2
2
2
2
2
 Y , x  R  1  a  , v  r  1  a  , k  1  a 2 , I0(・): 0 次の第一種変形ベッセル関数)
2 
2
2 
2


1 a
4 Y  a 
4 Y  a 
R
 
2

r 0
 0
( a  X
g r , drd 
が成立する.
証明:
LHS 

1
2 X  Y
R
 
2
 0
r 0
1
2 X  Y
 r 2  cos 2  sin 2 
r  exp 

2
 Y2
 2  X
 r2
r exp
r 0
 4

R

drd

 r2
 1
1   2
 2  2   4  exp
  X  Y    0
 4
2
sin
 (1  cos 2 ) 2
 
 1
1 
 2  2  cos 2 d  dr


Y 
 X
 
2
cos
 (1  cos 2 ) 2
29
地理空間情報の平面位置正確度の評価


1
 XY
1
 XY

R
r 0
 r2
r exp
2
 4 Y
 r 2
r exp
2
r0
 4 Y

R
  1
  
  
  Y2
1  2
 X

2
1  Y2
 
X



0
 r2
exp 2
 4 Y
 r2
 
  I 0  2

 4

 Y
 
  Y2

 2  1 cos  d  dr
X

 
  2
  Y2

 2  1 dr  RHS .


 X

(証明終)
命題 5.2(Greenwalt-Shultz, 1968)
F b, a  
2a
1 a2
b 2  1 a 2
4  a 2
0

とおく.このとき,
方程式 F b, a   0.3935




1  a2
e v  I 0 
2
1 a
は,直線

v dv

0  a  1 , I 0  : 0 次の第1種変形ベッセル関数
b  0.5  0.5a
で近似できる.
結論を導く手法は Greenwalt-Shultz(1968)において与えられていないが,数値解析の手法を用いて結論式
を再現することが可能である.また,結論式の適用範囲は特に指定されていないが,a の値が小さくなるほ
ど近似の精度は相対的に劣化する(図-3)
.
図-3 横軸 a と縦軸 b の関係
命題 5.3
ここで,
A  0 , B  0 , AB  H 2  0
⇒
図-4 座標軸の回転
Ax 2  2 Hxy  By 2  x 2  y  2
・  ,  は二次方程式 2   A  B   AB  H 2   0 の解
1
・  x   cos   sin    x ここで,   tan 2H  A  B 


 y   sin  cos   y 
 4
  
 

A  B
A  B
とする.
証明:以下の式
F  x, y   Ax 2  2 Hxy  By 2 
x
 x
y M  ,
 y
A
M 
H
H
B 
とおく.
30
国土地理院時報
2014
No.125
で定まる M は正則な対称行列ゆえ,直交行列で対角化可能である.すなわち,
cos  
cos  
M
    sin  ,
 sin  


 sin  
 sin  
M
    cos  
 cos  


を満たすω, α, βが存在する.とくにαとβは固有方程式 det (M -λI) = 0 の解として与えられる.図-4 の
ように反時計周りに座標軸をω回転することによる (x, y) の変換座標を (x’, y’) とおく:
 x
 x   cos   sin    x 
・・・(☆)
R

 y
 
 y 
 
 sin 

cos    y  .
 x
y M    x
 y

y R 
0
 
すると,
F  x, y   x
0
 x
R 1    x 
 y

y 
0
0   x 
   y 
 x  2  y  2
である.特に,上式の第二式に(☆)を代入したときに x’y’の項が消去されるべきであるという条件から,
ωの値が結論のように定まる.(証明終)
母数の推定に関する復習と補足:次に,母数の推定の一般的な考え方を復習しつつ,標本標準偏差の誤差
を評価する式を導く.確率分布 fX に従う確率変数 X について,分布の母平均 mX と母分散σX2 が未知である
とする.このとき,標本 x1, … , xn を取得することにより,標本平均,標本不偏分散と呼ばれる指標が各々:
2
 x 
n , u X2  xi   x   n  1
 xi 
で定まる.これらの指標を各々確率変数:
 X 
n , U X2
 X i /
  X   X   n  1
i
2
の実現値と見なす.ここで,X1, … , Xn は X と同一の確率分布 fX に従うお互いに独立な確率変数である.こ
れらの確率変数が,母数(母平均,母分散)の不偏推定量となる:
E  X  m X , E U X2    X2
ことはよく知られている.従って,指標 <x>,uX2 が各々母平均 mX と母分散σX2 の不偏推定値として採用さ
れる.さらに,確率変数 UX の平均 E [UX] と分散 V [UX] に関して,以下が導かれる:
命題 5.4(吉澤, 2004)
X ~ f X  N m X ,  X2  ならば,
E U X   cn X , V U
d n2   n2   X2
X 
が成立する.ここで,κn, cn, dn は

n 1
2n  1 , c n 
2
n 2 
,dn

 1
n  1 n  1 2 


2n  1 1  c n2  1
で定義される.とくに,
確率変数U X の標準偏差 ≒  n  X
である.
(公開日:平成 26 年 3 月 3 日)
参 考 文 献
Federal Geographic Data Committee (1998): Geospatial Positioning Accuracy Standards, Part3: National Standard for
Spatial Data Accuracy, FGDC-STD-007.3-1998,http://www.fgdc.gov/standards/projects/FGDC-standards-projects/
accuracy/part3/chapter3 (accessed 19 Jun, 2013).
Greenwalt, C.R. and M.E. Shultz (1968): Principles of error theory and cartographic applications, ACIC Techinical
Report No.96.
ITS Japan(2013)
:道路情報基盤活用委員会 2012 年度活動報告書,ITS Japan,道路情報基盤活用委員会.
国土地理院(2007):品質の要求,評価及び報告のための規則 Ver 1.0,国土交通省国土地理院,
http://www.gsi.go.jp/common/000021696.pdf (accessed 23 Jan, 2014).
国土交通省(2013)
:公共測量作業規程の準則,http://psgsv2.gsi.go.jp/koukyou/jyunsoku/index.html (accessed 19 Jun,
2013).
村上真幸, 鎌田高造, 田中大和, 出口智恵, 島田久嗣(2010)
:大縮尺地理空間情報の平面位置正確度の評価の
結果, JpGU Meeting 発表原稿.
吉澤康和(1989):新しい誤差論-実験データ解析法-,261pp,共立出版.
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