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1 空間統計モデルを用いた つくばエクスプレス沿線の地価の分析 筑波大学大学院システム情報工学研究科 1 年都市交通研究室 瀬谷創

2 つくばエクスプレス (TX 005 年 8 月 4 日つくばエクスプレス開業 つくばと秋葉原を最短 45 分で結ぶ 首都圏の都市鉄道では我が国で最後といわれる大規模プロジェクト TX が沿線地域に与えた影響の一例 交通体系の変化 時間費用の低下 ライフスタイルの変化 観光客の増加 地価の上昇

3 TXによる時間短縮効果(1 秋葉原駅までの所要時間 S-plus levelplot関数を使用 TX開業前 分 TX開業後 10 関東鉄道 常総線 100 石下駅 つくば駅 土浦駅 TX 牛久駅 80 守谷駅 JR常磐線 60 取手駅 計算の前提 ① 最寄駅までの所要時間 全国平日混雑時旅行速度35.3km 平成17年度道路交通センサス速報値より を 各最寄駅までの直線距離に乗じることによって算出 ② 最寄駅から秋葉原駅までの所要時間 gooの路線検索を用いて 平日午前9:00に秋葉原駅到着という条件で検索 40 3

4 TX による時間短縮効果 ( 60 分以内に秋葉原駅に到達できる範囲 TX 開業前 TX 開業後 ( 分 TX 45 関東鉄道常総線 取手駅 JR 常磐線 算出の前提は前頁と同様である みらい平駅守谷駅 牛久駅

5 研究の目的 空間統計モデルを用いたつくばエクスプレス沿線地域の公示地価変化の視覚化 空間統計モデルを用いたつくばエクスプレス沿線地域の地価モデルの作成 5

6 空間統計モデル 通常の回帰モデル ( 最小二乗法 y = Xβ + ε ε ~ N(0 τ I 空間統計モデル y = Xβ + ε ε ~ N( 0 Σ and Σ = τ I + σ H ( φ where ( H ( φ = ρ( φ; d d = si s j 距離の関数 6

7 弱定常性 弱定常性 (weak stationary Ε[ ε ( ] = μ const. s i Cov [ ε ( s ε ( s ] = C( d i j covariogram 誤差項における空間的な自己相関を考慮 ( H ( φ = ρ( φ; d = exp( d / φ 地点 i j 間の共分散が i j 間の距離 d のみに依存 例 指数型 (exponential の場合 if d > 0 otherwise ρ( φ; d = where d 0 C(d = si s j d 7

8 本質的定常性 本質的定常性 (Intrinsically stationary Ε[ ε ( s ε ( s ] = Var i j 0 [ i j ε ( s ε ( s ] = γ ( d where d = si s j variogram γ ( d Variogram のパラメータ nugget : 微小スケールの変動測定誤差 τ +σ : sill range : 相関がある距離 d の最大値 τ : nugget range d sill : ペア i j 間の分散 γ (d の最大値 8

9 Covariogram と Variogram 確率場が弱定常で かつエルゴード性を満たす (C(d 0 as d とき C( d = C(0 γ ( d Variogram のパラメータ推定 OLS の残差から経験 variogram を作成し 非線形最小二乗法 等により理論モデルにあてはめる ( パラメータ推定 分散共分散行列既知のもとでGLSでβˆ を推定 { ε ( s ε ( } i s j Σˆ { ε ( s ε ( } i s j d d 9

10 Kriging Ordinary Kriging Ordinary Kriging 値が得られていない地点の値の内挿 ( 予測 を統計学的に厳密な方法で行うための手法 最良線形不偏推定量 (BLUP トレンド項 Xβ がないとする方法 任意地点における説明変数の値が不明な場合に 値の空間的な分布を表現する簡便な手段として有効 分析には S-plus の Spatial Stat を利用した 結果の表示も グラフィック用の様々な関数を用いれば 簡単に分かりやすい図が得られる 10

11 Kriging による住宅地公示地価の視覚化 平成 7 年平成 8 年平成 9 年 万円 /m 5 0 常磐線 常総線 15 平成 10 年平成 11 年平成 1 年

12 Kriging による住宅地公示地価の視覚化 平成 13 年平成 14 年平成 15 年 万円 /m 平成 16 年平成 17 年平成 18 年 10 TX 5 1 0

13 Kriging による地価上昇率の視覚化 平成 7~8 年平成 8~9 年平成 9~10 年 万円 /m 平成 10~11 年平成 11~1 年平成 1~13 年

14 Kriging による地価上昇率の視覚化 平成 13~14 年平成 14~15 年平成 15~16 年 万円 /m 平成 16~17 年 平成 17~18 年つくば駅研究学園駅 TX 守谷駅 JR 常磐線 平成 17 年の TX 開通後 守谷駅 つくば駅 研究学園駅周辺で局所的に地価が上昇 TX の駅がない常磐線沿線市町村では 依然地価の下落に歯止めがかからない

15 Universal Kriging トレンドがある場合に ある地点 0のBLUP ( 最良線形不偏推定量 を得るための手法 期待二乗誤差最小化 min : E[{ y( s y(ˆ } 0 s 0 ] yˆ = x βˆ + ˆ γ Σˆ 1 ( y Xβˆ 0 0 Var( yˆ = ˆ τ + σˆ ˆ γ Σˆ 1 ˆ γ 0 ˆ Kriging 分散 Var( y 0 は Σ を既知としており パラメータに関する不確実性を含まない ˆ 1 15

16 Bayesian Kriging パラメータを推定する代わりに パラメータに事前分布をおき データを用いてパラメータを更新する ( 事後分布 パラメータを確率変数として その不確実性を Kriging 内挿に組み込む Step 1. 事前分布の選定. データを用いて事前分布を更新 ( 事後分布 3. x0 X yが与えられた下での y0 の条件付分布 ( 予測分布 を導出し これをもとに内挿 Bayesian Kriging 16

17 17 モデル ( ( φ σ τ H I X N + β θ ~ y ( = φ σ τ β θ ( ( ( ( ( φ σ τ p p p p p β θ = φ σ τ φ σ τ d d d p p ( ( = y y β β θ θ θ = d X y p x y p ( ( 0 0 y θ θ = d x X y p X x y p ( ( y y 事前分布 where 予測分布 周辺事後分布の例 ( β Bayesian Kriging Banerjee et al.(004 を参考に は正規分布 は逆ガンマ分布に従うとする β φ σ τ

18 MCMC( マルコフ連鎖モンテカルロ 予測分布の推計値を得るためには 通常 MCMC( マルコフ連鎖モンテカルロ 法が用いられる ベイズ統計学においては事後分布が多次元であることが多く あるパラメータに関する周辺事後密度を数値積分により求めたり それに基づく推論を行うことは難しい このため 事後分布からの (t 確率標本 θ ( 添え字 t は反復ステップ回数 をMCMC 法によりサンプリングし 得られた確率標本を用いることにより 事後分布に関する要約や 事後分布に推論を行う ( 伊庭他 (005 (1 ( ( T 事後分布からのサンプル θ θ K θ を用いて bayes. Kriging による予測値は次のように求められる ( 今回 T = とし 初期値に依存する最初の 1000 回は捨てた pˆ ( y 1 T = ( t 0 x0 X y p( y0 y θ x0 T t= 1 18

19 本研究の位置づけ 社会経済データに関するBayes. Krigingの実証研究は非常に少ない ( 例えば Knight et al.(1998valente et al.(005 国内ではBayes. Krigingに関する研究は皆無 TX 沿線地域の住宅地公示地価を用いて Univ.KrigingとBayes.Krigingの実証比較を行う Univ.Krigingには 空間統計モデルの汎用ソフトウェアとして最も有名なS+SpatialStatを用いる Bayesian Krigingには ベイズ分析のフリーソフトウェアである WinBUGSを用いる WinBUGSは S-Plusの文法に従っており S-plusユーザーに使いやすい WinBUGSでは 事後分布の密度関数の計算にMCMC( マルコフ連鎖モンテカルロ を用いる 通常 WinBUGSのMCMCのoutputに対して S-plusのライブラリ codaを用いて マルコフ連鎖の収束判定を行う (Gewekeの値等 19

20 対象地域 対象データ :TX 駅 : 常磐線駅 : 常総線駅 : 平成 7 年度住宅地公示地価 : 平成 18 年度住宅地公示地価 TX JR 常磐線 対象地域 茨城県南部 TX 沿線地域 1 TX の駅有 つくば市 つくばみらい市 守谷市 TX の駅無 土浦市 阿見町 牛久市 取手市 ( 旧藤代町除く 阿見町 対象データ 平成 18 年度住宅地公示地価 関東鉄道常総線 0

21 モデルの前提 使用するデータ y = Xβ + ε y :ln ( 平成 18 年度住宅地公示地価 x 1 :TX 最寄り駅距離 (m x :TX 以外の最寄り駅距離 (m x 3 : 容積率 (% x 4 : 地積 (m x 5 : 水道ダミー ( 有 :1 無 :0 x 6 : ガスダミー ( 有 :1 無 :0 x 7 : 下水道ダミー ( 有 :1 無 :0 評価の方法 Validation(RMSE による比較 対象地域全地点数 170 点の50% を用いてパラメータを推定し 残りの50% の値を内挿 Validationは5 回行った 1

22 ある試行におけるパラメータ推定結果 OLS Univ. Kriging Bayes. Kriging 係数 標準誤差 係数 標準誤差 係数 標準誤差 Geweke 切片 TX 最寄駅距離 TX 以外最寄駅距離 容積率 地積 水道ダミー ガスダミー 下水道ダミー 残差分散 nugget Partial-sill(sill-nugget phi Geweke は 収束診断のための母集団の差の仮説検定の p 値であり マルコフ連鎖が収束していることが分かる

23 アウトプットの一例 semivariance 事後分布 :TX 最寄り駅からの距離 距離 (km ある試行における Univ. Kriging の Variogram ある試行における Bayes. Kriging の事後分布の例 3

24 Validation の結果 RMSE: ave. max. min. 千 j= 1 [( y exp( yˆ ] 0 obs 0 最大 OLS Univ.Kri Bayes.Kri 最小 平均 Bayes.Kri のほうが精度が若干高いという結果 0.00 OLS Univ.Kri Bayes.Kri 4

25 結論とまとめ S-plus と Ordinary Kriging を用いて TX 沿線地域における住宅地公示地価の視覚化を行った 空間統計モデルを用いて TX 沿線地域の地価モデルを作成した Univ. Kriging と Bayes.Kriging を実証比較し Bayes. Kriging によって高い精度の内挿が可能であることを示した 5

26 参考文献 CressieN.A.C.(1993 Statistics for Spatial Data revised edition. John Wiley & Sons Banerjee S. Carlin B.P. and Gelfand A.E.(004 Hierarchical Modeling and Analysis for Spatial Data Chapman & Hall/CRC Knight J. R. Sirmans C. F. Gelfand A. E. and Ghosh S. K.(1998 Analyzing Real Estate Data Problems Using the Gibbs Sampler Real Estate Economics 6 (3 pp Valente J. Wu S.S. Gelfand A. and Sirmans C. F.(005 Apartment Rent Prediction Using Spatial Modeling Journal of Real Estate Research 7 pp 伊庭幸人他 (005 計算統計 Ⅱ 岩波書店 井上亮 木越尚之 清水英範 (005 時空間クリギングの地価推定への適用可能性の検討 地理情報システム学会講演論文集 Vol.14 pp

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