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FAQ/ ASC形式からインポート可能なNetCDF形式への変換

テクニカルリファレンス 入出力機能/ 地形・粗度・盛土のインポート機能/ NetCDF形式 について、インポート可能なnetCDFファイルを作成する方法を教えてください。

回答

netCDFを作成する方法には、いくつかの方法があります。

  • テキストファイルから ncgen.exe というツールを使って netCDF形式に変換する方法
  • QGISなどのGISソフトを使って、メッシュデータをASC形式でエクスポートし、PowerShellなどのプログラミング言語を使って netCDF形式を作成する方法

ここでは、2番目の方法について説明します。 1番目の方法については、こちらをご参照ください。

  1. GISソフトなどを使って地形・粗度・盛土などのデータを作成し、ESRI ASC Raster形式で作成します。
    サンプルデータを示します。これらのファイルを デスクトップに保存します。

    内容 サンプルファイル
    標高データ glev_asc.txt
    粗度データ roughness_asc.txt
    盛土天端データ leveeHeight_asc.txt
    盛土フラグデータ leveeFlag_asc.txt
  2. PowerShellをインストールします。
    Microsoft Store から、PowerShell をインストールします。
    Microsoft Store を使わずにインストールする場合は Windows への PowerShell のインストール を参照してください。

  3. netCDFライブラリをインストールします。
    NetCDF の公式サイトの Installing and Using netCDF-C Libraries in Windows から netCDF4 64-bit版を取得します。
    2021年10月現在の最新バージョンは、netCDF4.8.0-NC4-64.exe です。
    以降の説明では、このバージョン4.8.0をインストールしたものとして説明します。
    既定では C:\Program Files\netCDF 4.8.0\ に netCDFライブラリがインストールされます。

  4. PowerShellのためのnetCDFライブラリをインストールします。
    NetcdfCs.dll をダウンロードし、C:\Program Files\netCDF 4.8.0\bin にコピーします。
    必要に応じて、.NET 5.0 をインストールします。Windows に .NET をインストールする

  5. PowerShellスクリプトを作成します。 サンプルを示します。

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    # 入力ファイル
    $GlevAscFile = Get-Item "glev_asc.txt"
    $roughnessAscFile = Get-Item "roughness_asc.txt"
    $leveeHeightAscFile = Get-Item "leveeheight_asc.txt"
    $leveeFlagAscFile = Get-Item "leveeflag_asc.txt"
    
    # 出力ファイル
    $ncFileName = Join-Path (Get-Location) "DiovistaDomainData.nc"
    
    # dllファイル
    $dllFileName = Get-Item "C:\Program Files\netCDF 4.8.0\bin\netcdfCs.dll"
    [void]([System.Reflection.Assembly]::LoadFile($dllFileName))
    
    # エラー時停止
    $ErrorActionPreference = "Stop"
    
    enum NcType {
        NC_BYTE = 1
        NC_SHORT = 3
        NC_INT = 4
    }
    class AscData {
        [System.IO.FileInfo]$file
        [int]$ncols
        [int]$nrows
        [double]$xllcorner
        [double]$yllcorner
        [double]$dx
        [double]$dy
        [double]$nodataValue
        [double[]] $data
        [int[]] $intData
        [int16[]] $shortData
        [byte[]] $byteData
        [int]$validMin
        [double]$scaleFactor
    
        # ctor
        AscData([System.IO.FileInfo]$file, [NcType]$ncType, [int]$validMin, [double]$scaleFactor) {
            $this.file = $file
            $this.validMin = $validMin
            $this.scaleFactor = $scaleFactor
            $scaleFactorInverse = 1.0 / $scaleFactor
            $headerLines = 7
            $lines = Get-Content -Encoding utf8 $this.file.FullName
            foreach ($headerLine in $lines[0..($headerLines - 1)]) {
                $header = $headerLine -split " +"
                if ($header[0] -like "NCOLS") {
                    $this.ncols = $header[1]
                }
                elseif ($header[0] -like "NROWS") {
                    $this.nrows = $header[1]
                }
                elseif ($header[0] -like "XLLCORNER") {
                    $this.xllcorner = $header[1]
                }
                elseif ($header[0] -like "YLLCORNER") {
                    $this.yllcorner = $header[1]
                }
                elseif ($header[0] -like "DX") {
                    $this.dx = $header[1]
                }
                elseif ($header[0] -like "DY") {
                    $this.dy = $header[1]
                }
                elseif ($header[0] -like "NODATA_VALUE") {
                    $this.nodataValue = $header[1]
                }
                else {
                    throw [System.Exception] (("{0}: found not supported header: {1}" -f $this.file, $header[0]))
                }
            }
            $this.DumpHeader()
            $this.data = New-Object double[] ($this.ncols * $this.nrows)
            for ($j = 0; $j -lt $this.nrows; $j++) {
                $ws = $lines[$j + $headerLines] -split " +"
                $i0 = $j * $this.ncols
                for ($i = 0; $i -lt $this.ncols; $i++) {
                    $this.data[$i0 + $i] = $ws[$i]
                }
            }
            if ($ncType -eq [NcType]::NC_BYTE) {
                $this.byteData = New-Object byte[] ($this.ncols * $this.nrows)
                for ($k = 0; $k -lt $this.data.Length; $k++) {
                    $value = $this.data[$k]
                    if ($value -eq $this.nodataValue) {
                        $this.byteData[$k] = 0;
                    } else {
                        $this.byteData[$k] = $value
                    }
                }
            }
            elseif($ncType -eq [NcType]::NC_SHORT) {
                $this.shortData = New-Object int16[] ($this.ncols * $this.nrows)
                for ($k = 0; $k -lt $this.data.Length; $k++) {
                    $value = $this.data[$k]
                    if ($value -eq $this.nodataValue) {
                        $this.shortData[$k] = $validMin - 1;
                    } else {
                        $this.shortData[$k] = [int16]($value * $scaleFactorInverse)
                    }
                }
            }
            elseif($ncType -eq [NcType]::NC_INT) {
                $this.intData = New-Object int[] ($this.ncols * $this.nrows)
                for ($k = 0; $k -lt $this.data.Length; $k++) {
                    $value = $this.data[$k]
                    if ($value -eq $this.nodataValue) {
                        $this.intData[$k] = $validMin - 1;
                    } else {
                        $this.intData[$k] = [int]($value * $scaleFactorInverse)
                    }
                }
            }
    
        }
        [void] DumpHeader() {
            $message = "file: {0}`n" -f $this.file.FullName
            $message += "ncols: {0}`n" -f $this.ncols
            $message += "nrows: {0}`n" -f $this.nrows
            $message += "xllcorner: {0}`n" -f $this.xllcorner
            $message += "yllcorner: {0}`n" -f $this.yllcorner
            $message += "dx: {0}`n" -f $this.dx
            $message += "dy: {0}`n" -f $this.dy
            $message += "nodataValue: {0}`n" -f $this.nodataValue
            Write-Host $message
        }
    }
    
    # load asc files
    $GlevAsc = New-Object AscData($GlevAscFile, [NcType]::NC_INT, -100000, 0.01)
    $roughnessAsc = New-Object AscData($roughnessAscFile, [NcType]::NC_SHORT, 0, 0.001)
    $leveeHeightAsc = New-Object AscData($leveeHeightAscFile, [NcType]::NC_INT, -100000, 0.01)
    $leveeFlagAsc = New-Object AscData($leveeFlagAscFile, [NcType]::NC_BYTE, 0, 1.0)
    $asc = $GlevAsc
    
    # create netcdf file
    $ncFile = New-Object netcdfCs.NcFile
    if ((Test-Path $ncFileName) -eq $true) {
        Remove-Item $ncFileName
    }
    # Options(bool isNetCDF4, bool forceOverwrite, int compressionLevel
    $ncOption = New-Object NetcdfCs.NcFile+Options($true, $true, 6)
    $ncFile.Create($ncFileName, $ncOption)
    Write-Host ("Create {0}" -f $ncFileName)
    
    # global attributes
    # 表 9(1)ファイル識別子
    [void]$ncFile.AddAttribute("title", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "DioVISTA calculation domain data")
    # 使用するnetcdf規約のバージョン(CF-1.6)
    [void]$ncFile.AddAttribute("Conventions", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "CF-1.6")
    # その他コメント
    [void]$ncFile.AddAttribute("comment", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, ("generated on {0} by netcdfPs1_Convert-From-Asc-To-DiovistaDomainNc.ps1" -f (Get-Date)))
    
    # dimensions
    $dimLon = $ncFile.AddDimension("lon", $asc.ncols)
    $dimLat = $ncFile.AddDimension("lat", $asc.nrows)
    
    # variables
    $varLon = $ncFile.AddVariable("lon", [netcdfCs.NcType]::NC_SHORT, $dimLon.DimId)
    [void]$varLon.AddAttribute("add_offset", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $asc.xllcorner + $asc.dx * 0.5)
    [void]$varLon.AddAttribute("scale_factor", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $asc.dx)
    [void]$varLon.AddAttribute("units", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "degrees_east")
    
    $varLat = $ncFile.AddVariable("lat", [netcdfCs.NcType]::NC_SHORT, $dimLat.DimId)
    [void]$varLat.AddAttribute("add_offset", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $asc.yllcorner + $asc.dy * 0.5)
    [void]$varLat.AddAttribute("scale_factor", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $asc.dy)
    [void]$varLat.AddAttribute("units", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "degrees_north")
    
    $varGlev = $ncFile.AddVariable("glev", [netcdfCs.NcType]::NC_INT, ($dimLat.DimId, $dimLon.DimId))
    [void]$varGlev.AddAttribute("valid_min", [netcdfCs.NcType]::NC_INT, [int]$GlevAsc.validMin)
    [void]$varGlev.AddAttribute("scale_factor", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $GlevAsc.scaleFactor)
    [void]$varGlev.AddAttribute("units", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "m")
    
    $varRoughness = $ncFile.AddVariable("roughness", [netcdfCs.NcType]::NC_SHORT, ($dimLat.DimId, $dimLon.DimId))
    [void]$varRoughness.AddAttribute("valid_min", [netcdfCs.NcType]::NC_SHORT, [int16]$roughnessAsc.validMin)
    [void]$varRoughness.AddAttribute("scale_factor", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $roughnessAsc.scaleFactor)
    [void]$varRoughness.AddAttribute("units", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "m^(-1/3).s")
    
    $varLeveeHeight = $ncFile.AddVariable("leveeHeight", [netcdfCs.NcType]::NC_INT, ($dimLat.DimId, $dimLon.DimId))
    [void]$varLeveeHeight.AddAttribute("valid_min", [netcdfCs.NcType]::NC_INT, [int]$leveeHeightAsc.validMin)
    [void]$varLeveeHeight.AddAttribute("scale_factor", [netcdfCs.NcType]::NC_DOUBLE, $leveeHeightAsc.scaleFactor)
    [void]$varLeveeHeight.AddAttribute("units", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "m")
    
    $varLeveeFlag = $ncFile.AddVariable("leveeFlag", [netcdfCs.NcType]::NC_BYTE, ($dimLat.DimId, $dimLon.DimId))
    [void]$varLeveeFlag.AddAttribute("flag_meanings", [netcdfCs.NcType]::NC_CHAR, "east north")
    $flagMasks = New-Object byte[] (2)
    $flagMasks[0] = 1
    $flagMasks[1] = 2
    [void]$varLeveeFlag.AddAttribute("flag_masks", [netcdfCs.NcType]::NC_BYTE, $flagMasks)
    
    $ncFile.SaveDefinitions()
    # Write-Host "Save Definitions"
    
    # set variable data
    # x
    $shortData = New-Object int16[] $dimLon.Length
    for ($i = 0; $i -lt $asc.ncols; $i++) {
        $shortData[$i] = $i
    }
    $varLon.Values = $shortData
    $varLon.SaveData($ncFile.NcId)
    
    # y
    $shortData = New-Object int16[] $dimLat.Length
    for ($j = 0; $j -lt $asc.nrows; $j++) {
        $shortData[$j] = $asc.nrows - 1 - $j
    }
    $varLat.Values = $shortData
    $varLat.SaveData($ncFile.NcId)
    
    # Glev
    $varGlev.Values = $GlevAsc.intData
    $varGlev.SaveData($ncFile.NcId)
    
    # roughness
    $varRoughness.Values = $roughnessAsc.shortData
    $varRoughness.SaveData($ncFile.NcId)
    
    # leveeheight
    $varLeveeHeight.Values = $leveeheightAsc.intData
    $varLeveeHeight.SaveData($ncFile.NcId)
    
    # leveeheight
    $varLeveeFlag.Values = $leveeflagAsc.byteData
    $varLeveeFlag.SaveData($ncFile.NcId)
    
    $ncFile.Close()
    # Write-Host ("Close {0}" -f $ncFileName)
    
    • 2~5行目に、入力するファイルを指定します。
    • 8行目に、出力するファイルをフルパスで指定します。ここでは、デスクトップに DiovistaDomainData.nc を出力する設定をしています。
    • 11行目に、ステップ2でインストールした、PowerShell用のnetCDFライブラリのパスを指定します。ここでは、"C:\Program Files\netCDF 4.8.0\bin\netcdfCs.dll" を指定しています。
    • スクリプトをテキストエディタに貼り付け、デスクトップにファイル名 netcdfPs1_Convert-From-Asc-To-DiovistaDomainNc.ps1 として保存します。
  6. PowerShell でスクリプトを実行します。
    + R を押し、出現したダイアログ [ファイル名を指定して実行] に pwsh と入力します。
    PowerShell が立ち上がるので、次の文字列をコピーして貼り付けて実行します。

    1
    2
    3
    cd $env:USERPROFILE\Desktop
    Set-ExecutionPolicy RemoteSigned -Scope Process
    .\netcdfPs1_Convert-From-Asc-To-DiovistaDomainNc.ps1
    

    デスクトップに DiovistaDomainData.nc が作成されます。

  7. 作成した netCDF をDioVISTA に取り込みます。

    1. DioVISTAを立ち上げます。
    2. メニュー > [ファイル] > [テンプレートから新規作成] > [緯度経度座標] を選択します。

    3. プロジェクト > [計算領域] > [NetCDFからインポート] を選択します。

    4. 出現したダイアログのファイル名に、 DiovistaDomainData.nc を指定します。
      メッシュサイズに 25 m を指定します。

    5. DioVISTAにデータが取り込まれました。

最終更新日: 2021-11-25
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