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QFieldを利用した遺跡影響評価

From QGIS to QField and Vice Versa: How the New Android Application Is Facilitating the Work of the Archaeologist in the Field.

Roberto Montagnetti1 と Giuseppe Guarino2

† Presented at the ArcheoFOSS XIII Workshop—Open Software, Hardware, Processes, Data and Formats in Archaeological Research, Padova, Italy, 20–22 February 2019.

Abstract: The aim of this paper is to highlight the main benefits of using the QField app in archaeological jobs. In particular this article provides examples to use QField in open area excavation, Archaeological survey and impact assessment (HIA) projects.

キーワード: QField; archeology; VIARCH; HIA; QGIS

1. イントロダクション

The aim of this paper is to highlight the main benefits of using the QField app. An App that can be installed on an Android device for all archaeologists working in the field.

The main feature of this new application will allow the archaeologist to upload to his/her smartphone or tablet the .qgs project of the excavation based on the general information concerning the site that is already available to you. At this point, it is possible to implement the collection of data directly on site, maintaining constant updates to your system, thus allowing you to review the project throughout the excavation process.

QFieldによる "ポケットGIS "がついに現実のものとなったのである！

Working with QField in the field allows us to significantly reduce registration and computerization time of inputting data into the database system, eliminating the digitisation of field registers and all related paperwork. The advantage of entrusting all of the information to the main GIS platform of the project (master), which is stored inside the PC, means this leaves only the task of checking the collected data, along with the bonus of in-depth topographical and geospatial analysis.

In this article, we will show a practical example of integrated use of QGIS and QField, which relates to an open area excavation.

The intervention methodology proposed in this article was constructed by the personal experience of the authors; this specifically refers to open area excavation works in commercial archaeology projects.

2. QFieldの主な機能

QField is an Android app that can be downloaded from Google Play. This application, although it presents itself with a very simple interface, is rich in functions such as:

  • 現場でのデジタル化のためのツール；
  • ジオメトリと属性の編集；
  • GPS;
  • カスタム・ベースマップのアップロードが可能；
  • スマートフォン/タブレットのカメラの統合；
  • Many other functions

QField can be considered a “mobile” extension for QGIS. In fact, it allows us to view and manage a GIS project created with QGIS on an Android smartphone or tablet. Permitting the user to keep all set themes, labels and styles that are in the original project (Figure 1).

図1 - QGIS（下）とQField（上）での同じSurvey GISプラットフォームプロジェクトの例。画像：Giuseppe Guarino 2019。
図1 - QGIS（下）とQField（上）での同じSurvey GISプラットフォームプロジェクトの例。画像：Giuseppe Guarino 2019。

Furthermore, similar to QGIS, we can query each layer within QField by obtaining the respective information contained in its attribute table (however, there are also other GIS applications for mobile such as ArcGis, LiPAD, Bentley Map Mobile, GVSig Mobile, Geopaparazzi and others).

In order to work with a QGIS project within QField, the first step is to configure the properties of that project created in QGIS as “save relative paths”.

You will need to create a folder “folder_name” on your desktop and save in this path the .qgs file that you want to transfer to the smartphone or tablet; similarly, in the same folder, you have to enter all the data (vectors, raster and database) that make up this QGIS project.

これらのデータはさらにサブフォルダーに分けることもできる。

Finally, you need to copy the entire folder ‘folder_name’ to the tablet, following two possible paths:

  • 内部メモリーの Android > data > ch.opengis.QField > files > shareに保存する；
  • 外部SDのAndroid > data > ch.opengis.QField > filesに保存する。

3. 考古学的調査および考古学的リスク評価プロジェクトにおけるQFieldの活用

Until recently, paper maps were the only way of recording archaeological features and the fields’ visibility in an archaeological survey work. Such data were digitised into a CAD or GIS software creating the individual site sheets separately on a simple digital document afterwards.

Today, QField, thanks to its compatibility with QGIS, allows you to skip the transition from paper to digital or from different software, reducing time and costs.

The archaeological survey (for a comprehensive account of methods of the Archaeological survey, see Cambi, Terrenato 1994, pp. 117–143, and Renfrew, Bahn 2016 [1,2]) must be preceded by the construction of a GIS platform that takes into consideration both the data acquired during the field survey phase and the bibliographic ones. For this reason, it will be necessary to work on two tables:

  • One is spatial, which is useful in the field.
  • The other is alphanumeric.

Both will be joined in a single spatial table, useful for consultation on the GIS desktop. This process is possible through the use of a relational geo-database such as SpatiaLite and PostGIS or, alternatively, through the creation of a join between the tables and the geometries.

However, the big advantage of using a geo-database is the ability to create queries capable of merging information from two or more tables into a single table (view) (for more in-depth information on the use of GIS and Geodatabases in archaeology, see Fronza, Nardini, Valenti 2009 [3]).

This process further speeds up field work by minimising the data to be stored during archaeological survey.

The data collected in the field during the survey will be recorded and digitised through three different layers (point, line and polygon). The attribute tables connected to the three layers record the following information: Project Name (String), Municipality (String), Location (String), Feature Number (Integer), Place Name (String), Location (String), Date (Date), Site Definition (String), Visibility (String) and Photos (String).

The attribute values, “Project name” and “Feature Number”, between the two tables must be Unique Constraint in order to identify only one unique “Project name” and only one “Feature Number”.

The GIS platform must also have base maps such as Google Satellite, Open Street Map, Orthophotos and so on. In this case, we used the following maps: Carta Tecnica Regionale (1:10.000), Open Street Map e Google Satellite. To make these maps lighter, we created first overviews (pyramids) in QGIS.

The positioning of the archaeological features identified can be recorded through the GPS internal device. However, for a greater accuracy, QField can be connected to a GNSS antenna.

In archaeological consultancy and archaeological risk assessment jobs, it is recommended to upload into the GIS project an infrastructure layer containing the infrastructure’s geometric information, measurements and others, besides a buffer of itself.

After setting the basics of our project on QGIS, we need to export the project through the use of the QFieldSync plugin within QField. Alternatively, we can carry this out by simply copying the folder containing the project file with the *. QGIS extension, the database and the rasters (or the GeoPackage containing our rasters: IGM, Basemap and so on) into our smartphone or tablet.

デフォルトでは、QFieldはプロジェクトを保存するフォルダ（Android/data/ch.opengis.QField/files）を作成しますが、QFieldをデバイスからアンインストールすると、フォルダとファイルがすべて削除され、データが削除される危険性があるため、常に外付けSSDに保存することをお勧めします。

QGISでGISプロジェクトのベースを設定した後、QField-Syncという適切なプラグインを使ってQFieldにエクスポートする必要がある。

しかし、QGISプロジェクトと関連するデータセットをAndroid端末に転送（コピー＆ペースト）するだけでも、このタスクを実行することができる。QGISプロジェクトは.QGSとして保存する必要があります。

4. 考古学的調査および考古学的リスク評価におけるQField使用の利点と欠点

QFieldは、他の最先端ツールと同様に、機器の使用に関連するいくつかの制限があります。その主なものは、帯域幅が狭いか、インターネットがないことに起因するかもしれません。このような場合、GNSSを使用しても、遺跡の地物を精度よく登録することはできません。同時に、Google SatelliteやOpen Street MapなどのWMSサービスをアップロードすることもできません。画面、データ接続、GPSを常にアクティブにしておくと、たとえ携帯用パワーバンクを持参したとしても、デバイスのバッテリー寿命が極端に短くなります。一方、QFieldを使用するメリットはたくさんある。実際、調査中に確認された遺跡を紙の地図に登録したり、関連情報を紙のシートに手書きで記入したりしていた場合、QFieldを使用することで多くの手順を減らすことができる。さらに、もうひとつの利点は、QFieldを使ってカメラやGNSSアンテナを統合できることである。これらにより、データの収集が容易になり、精度が向上すると同時に、時間、コスト、労働力が削減される。

G.G.

5. オープンエリア掘削でのQFieldの作業

オープンエリアでの発掘調査のシナリオでは、QFieldのようなアプリを使用する利点と利便性は数え切れません。これは特に商業的な考古学の現場において言えることで、作業の実施期限や考古学的調査に使える予算が非常に厳しい場合が非常に多いのです。そのため、現場の天候や視界が悪いことが多いにもかかわらず、タイミングや資産を最大限に最適化して作業を行わなければなりません（図2）。

図2 - 現場の天候と視界条件が悪い場合の例。画像：Roberto Montagnetti 2019年。
図2 - 現場の天候と視界条件が悪い場合の例。画像：Roberto Montagnetti 2019年。

では、なぜQFieldを使用することで作業時間が短縮され、同時に考古学的調査に投入される資源の節約が保証されるのか、Android用GISアプリを使用した実践的な例を挙げて説明しよう。

この種の作業では、まず機械を使って調査対象地域をはぎ取り、表土を除去し、最終的には下層土を除去する。

その後、現地で直接、あるいは航空リモートセンシングや物理探査の結果と比較しながら、考古学的地物を特定する。

特定された考古学的地物は、次にGPSまたはトータルステーションによってデジタル検出される。

最後に、確認された考古学的な地物間の層序的関係を理解する上でより関連性の高い、調査区域（スロット）内で完了させる必要のあるすべての発掘調査介入を概説する。

この作業段階は「事前調査」と呼ばれる。

事前調査は、QGISでプロジェクトのGISプラットフォームを作成するための地形ベースとなるもので、この地域のベースマップ、TBM、遺跡の航空正射写真とともに作成されます。同じプラットフォーム内に、以下のデジタル化に必要なレイヤーを含むジオデータベースもアップロードする：

a. 現地で確認された考古学的地物；

b 計画していたスロット；

c. 調査したコンテクストとその関連レベル；

d. マニュアル図面に使用された平面および断面線；

e. 遺跡の考古学的調査中に検出する必要があると思われるすべての要素。

しかし、同じデータベースには、事務処理シートに関連するテーブルも存在する。

したがって、建設現場で発掘調査の記録としてよく使われる紙の台帳やその他の関連書類のデジタル版に匹敵する。

このデータベース（次に出てくるのはデータベース構造の一例である。テーブルやジオメトリは、現場の特徴や実施すべき調査のトポロジーによって異なることがある。いずれにせよ、テーブルとベクトルは、相互作用するために、互いに関連していなければならない。QFieldは、QGISで設定されたプロジェクト関係を認識する）は以下のような要素で構築される：

  1. Sites（ベクター）： 企業が取り組んでいるすべてのサイトのリストと説明 が含まれます。
  2. Context_Layer (ベクター)： このレイヤーは、発掘プロジェクトで確認され、 発掘されたすべてのコンテクストをグラフィカルに表している。
  3. Slots（ベクター）： このレイヤーは、発掘されたすべてのスロットをグラフィカルに表し、 紙のスロット登録の情報を含む。
  4. Level_Layer (ベクター)： このレイヤーは、各スロットの掘削中に取得されたすべてのレベルを グラフィカルに表します。
  5. Drawings_Vector（ベクトル）： このレイヤーは、手動図面に使用される平面線と断面線を グラフィカルに表します。
  6. Drawing_Point（ベクトル）： このレイヤーは、平面線と断面線が通過する点を グラフィカルに表します。
  7. Context_Register (ジオメトリなし): 調査されたすべてのコンテクストを含む デジタルレジスタ。
  8. Drawings_Register (ジオメトリなし): すべての図面のデジタルレジスタ。
  9. Permatrace_Register (ジオメトリなし): パーマトレースシートのデジタルレジスタ。
  10. Sample_Register (ジオメトリなし): 採取したサンプルのデジタル登録。
  11. Photo_Register (ジオメトリなし): 撮影されたすべての写真のデジタル登録。
  12. Small_Find_Register (ジオメトリなし）: 収集された小発見物のデジタル登録。
  13. Finds_Bag_Register (ジオメトリなし): 発掘中に収集されたすべての出土品袋の デジタル登録。
  14. Context_Sheets（ジオメトリなし）： この層はコンテクストシート登録のデジタル版であり、 調査された各コンテクストに関連するすべての情報を含む。

この時点で、QGISで作成したマスタープロジェクトとすべての「プロジェクト関係」と「ウィジェット」をタブレットやスマートフォンに転送し、現場でQFieldを使って直接管理するだけで、その利点と利便性をすぐに理解することができる（図3）。

図3 - QGIS（上）とQField（下）での同じオープンエリア発掘GISプラットフォームプロジェクトの例。画像：Roberto Montagnetti 2019。
図3 - QGIS（上）とQField（下）での同じオープンエリア発掘GISプラットフォームプロジェクトの例。画像：Roberto Montagnetti 2019。

実際、主にこのシステムを使うことで、現場で作業している考古学者は、発掘中に特定されたコンテクスト番号をQField内のQFieldデータベースの適切な「コンテクスト登録」テーブルに直接登録できるようになる。

この側面は、紙の台帳を編集するために、現場から屋敷、あるいは現場から車やバン、あるいはその逆を行ったり来たりする時間を節約することによって、現場での作業をすでにスピードアップしている。特に、日常的に、車や屋敷が発掘現場からかなり離れた場所にあるという事実を考慮すれば、なおさらである。

さらに、通常、現場には装置が1台しかなく、これは通常、現場管理者か監督者が持っているため、現場考古学者が特定されたコンテクストに正しい番号を割り当てているかどうかをチェックすることが容易になる。

特に、悪天候のために発掘現場が劣悪であった場合、現場が混乱してしまうことがよくある。また、上記のような問題だけでなく、同じ地物を異なるカット番号で登録したり、異なる地物に同じコンテクスト番号を割り当ててしまうなどのエラーに遭遇することもある。

このようなことは、フィールドチームが多数の考古学者で構成され、互いに別々の発掘枠で作業する場合に、さらに頻繁に発生する。これらのスロットは発掘調査区域のあちこちに散らばっているため、チーム間の交流や意思疎通が難しくなる。

この問題はまた別の問題とも関連している。つまり、現場で作業する者にとって、調査エリアや確認された考古学的地物を常に俯瞰することは不可能であり、コンテキスト番号の登録時に混乱やミスを引き起こすことが多いのである。

このような観点から、QFieldは、現場で作業する人々に、いつでも、次のような可能性を提供することで、真のブレークスルーを意味します：

i. 掘削エリアの全体像を把握すること；

ii. 調査された考古学的地物を問い合わせること；

iii. 遺跡の条件が悪くても掘らなければならない事前調査段階で確認された考古学的特徴の形状と方向を確認する。

QFieldは、悪天候や雨天による時間の浪費、継続的に現場に入る人々や車両によってかき回される、常にぬかるんだ泥土など、現場で遭遇するさまざまな難題を解決してくれる。こういった問題は、数日後に遺跡が剥ぎ取られると、確認された考古学的地物が分からなくしてしまう（図2）。

GPSを利用することで、現場の視界が悪くても、ある程度の誤差はあるものの、発掘エリア内を移動し、発掘すべき遺跡を見つけることができる。

同様に、そうすることで、視界が悪いときでも、事前調査段階で事前に特定された考古学的地物のスロットを中心に据えることが容易になり、自然遺跡を掘るという誤算を防ぐことができる。

この典型的な例は、圃場を横切る溝があり、その全長を肉眼で確認することが難しくなってきた場合である。

一般的に、この種の問題を解決するために、考古学者は発掘現場で印刷された地図を使用する。しかし、これは確かに助けにはなるが、実際には、デジタル地図の利便性、ひいてはQFieldの利便性には、いくつかの理由で及ばない：

  1. 印刷された地図は、風や湿気、特に人の手によって扱われることによって 非常に早く劣化する。
  2. 発掘調査エリア全体を網羅するためには、しばしば非常に大きなフォーマットで印刷する必要があり、 そのためには高価で扱いが困難な特殊なプロッタ が必要になる。
  3. 紙の地図はインタラクティブではないので、問い合わせることができない。
  4. また、遺跡の位置を正確に把握する必要があるため、 現場の視界が悪いときにスロットを使って調査しなければならないという問題 も解決できない。

特に、現場でQFieldを使用することで、発掘調査の計画における管理者や監督者の作業が簡素化され、現場の考古学者に発掘現場で直接指示することが容易になります。そうすることで、現場チームは、掘削しなければならない遺構に関する正確な情報を、タブレットのグラフィック補助を使った説明や、すでに調査され、プロジェクトのデータベースにアップロードされた遺構に関する詳細でサポートしながら、効率的にトレーニングすることができる。

現地調査とは別に、QFieldは記録段階でも考古学者の仕事を容易にし、書類作成の作業を簡素化します。すでに述べたように、発掘したコンテクストのセクション番号やプラン番号、同じコンテクストの写真番号、その他の関連情報など、紙の記録用紙に記載する必要がある必要な情報を、タブレットに継続的に問い合わせることができます。

さらに、一般的にコンテクスト・シートに必要とされる位置図も、自分が掘ったものの解釈を提供するために利用できる情報が格段に増えるため、より簡単に描くことができるようになる。

QFieldを使用する際に考慮すべきもう一つの非常に重要な点は、スロット番号、コンテクスト番号、抽選番号、サンプル番号、写真番号などの手動登録プロセスを完全に削除できる可能性があるということです。同時に、このシステムを使うことで、以下のような問題も避けることができる：

  1. 手作業による紙台帳のデータベースへのデータ入力；
  2. 理解しがたいカリグラフィーを解読する問題は、 転記ミスの可能性を大きくする。

実際、不鮮明なカリグラフィは、発掘記録、特に台帳の手作業による記録に関する繰り返し起こる問題である。このことは、コンピュータ化の際にデータベースに登録しなければならない情報の正確さにも影響する。

さらに、書類作成に携わる考古学者は、コンテクスト番号や図面番号など、他の同僚によって発掘され記録された考古学的地物や自分自身の地物に関連する他の種類の情報を文書に含めなければならない。このような状況において、おそらく同僚の筆跡が不明瞭であるために、ある番号と別の番号を混同してしまうことは、非常によくある間違いである。

最悪のシナリオとは次のようなものだ：

  1. データベースのデジタル登録簿と紙の登録簿の間に 一致するものがなくなる；
  2. 各種コンテクストシートの情報が信頼できなくなる；
  3. 両方のケース（前述の通り）。

そのため、エラーを追跡して修正するのに多くの時間と労力を費やすことになる。

その代わり、デジタル記録を使用することで、この問題が解消され、エラーのチェックが容易になる。

GISツールの主な利点は、データのクロスチェックが可能なため、地物の照会が可能になり、チェックプロセスがスピードアップすることです。

具体的な例を挙げると、デジタル登記簿のコンテクスト番号や図面番号、その他の番号を調整する必要がある場合、QGISの "フィールド計算機 "を使用すれば、わずか数秒の簡単な作業で済みます。

台帳や紙だけの文書を使って同じ作業をする場合、特に大規模な発掘調査で収集された膨大な量のデータを扱う場合、どれだけの時間がかかるか考えてみてほしい。

この場合、まず修正すべき番号の数字列を含むフォルダをたどり、修正すべき番号を見つけるまですべての台帳を一つ一つ閲覧し、最終的に修正する必要がある番号を、それに続くすべての番号とともに見つけなければならない。これは、登録簿だけでなく、コンテクスト・シートの特定のセクション内でも修正する必要がある。

つまり、コンテクスト番号、図面番号、写真番号が誤って登録された場合、登録簿だけを修正すればよいわけではなく、記載された番号に関連するすべての書類を修正しなければならない。

そのため、デジタル登記簿（表）を使用することで、作業は数分で済むが、紙の書類を手作業で作業していた場合、何時間も苦労することになる。

最後に考慮すべき非常に重要な点は、紙の節約と、それに伴う金額の節約である。QFieldとデジタル・ドキュメンテーションを使用することで、発掘データを効率的に管理することができる。この方法で作業することで、調査図面、台帳、事務処理シートを印刷する必要がなくなる。

しかし、所轄官庁（郡考古学）または顧客から、現場で作成されたすべての文書の紙版を明確に要求された場合は、プロジェクト終了時に、すべての修正が行われた時点で、すべてを印刷することが可能になります。これにより、先に述べたような他の問題とともに、不必要な紙の無駄遣いを避けることができる。

この場合でも、QGISの "プリントコンポージャ"を使用すれば、カスタマイズしたレイアウトを作成し、保存していつでも使用することができます。

6. 結論

デジタル化が進む世界では、紙で作業を続けることは許されない。特に、作業の最後には、アーカイブの必要性から、すべての紙文書をデジタル化しなければならないからだ。実際、今日、博物館も考古学会社の倉庫も、紙のフォルダーを保管するためのスペースが少なくなっている。この時点で、発掘プロセスの初期段階でデータをデジタル形式で管理し、時間と資源を即座に節約することは有益である。

台帳、コンテクストシート、そして一般的に、現場で作成されたすべての文書のPDF文書をスキャンすることは、現実的かつ持続可能な解決策ではない。前述したように、大規模な発掘プロジェクトでは、このような文書が何千枚もの書類で構成されていることが多い。私は、PDFスキャンした書類ですべての層序レポートをチェックし、発掘マトリックスを再構築することに挑戦したい。このような作業では、様々なコンテクスト間の関係を探すためにPDF文書を上下にスクロールし続けなければならず、時間とエネルギーの大きな無駄となる。

考古学的発掘調査は、常に厳しい、そしてますます短くなる期限に追われている。発掘データの管理にGISを使うことは、もはや必要不可欠である。現在、QFieldのような "オープンソース "で "ポケット"のGISプラットフォームの可能性は、現場での考古学者の作業をより簡単に、より速く、より正確にするまたとない機会となっている。

前述したように、ポスト調査段階において、デジタル・システムを使用することで、マトリクスを構築し、確認された考古学的特徴の位相分類をコンパイルすることがはるかに容易になる。したがって、GISのようなクエリーを起動し、データを継続的に相互参照できる機器でなければ、この種の作業を迅速かつ効率的に行うことはできない。

同時にGISは、現場で作成されたデータを継続的に概観し、地理空間分析を用いて調査に関する情報をさらに実施することを可能にし、最終的な解釈の再構築を促進するのに役立つ。

要するに、紙が永遠に残るという原則は、もはや受け入れられないのである。なぜなら、それは真実ではないからであり、第二に、特に多くの場合、文書館や博物館、あるいは考古学会社のサイトの地下に保管されている場合、時間の経過とともに劣化していくからである。

加えて、紙の文書は、データの共有や参照という点で、簡単に共有できるデジタル文書と比較して、多大な流通上の困難を伴う。

R.M.

施設審査委員会の声明:該当なし。

インフォームド・コンセントに関する声明：該当なし。

参考文献

  1. Cambi, F.; Terrenato, N. Introduzione All’archeologia dei Paesaggi; Carocci Editore: Roma, Italy, 1994; pp. 117–143.
  2. Renfrew, C.; Bahn, P. Archaeology, Theories, Methods, and Practice. Archaeol. J. 2016, 148, 329–330.
  3. Fronza, V.; Nardini, A.; Valenti, M. Informatica e Archeologia Medievale: L’esperienza Senese; All’insegna del Giglio: Firenze, Italy, 2009.

  1. adArte s.r.l. Archeologia, Restauro, ICT, 47921 Rimini, Italy; Correspondence: robertomontagnetti@gmail.com ↩

  2. Department of History and Cultures—DISCI, University of Bologna 40124 Bologna, Italy; guarino.archeo@gmail.com ↩