高分解能

平成 27 年 論文博士学位請求論文

高分解能 SAR データによる 水田の利用形態の分類および

水稲の生育量・収量の推定

木 村 篤 史

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目次

第 1章 序論

1.1 研 究 の 背 景 1.2 研 究 の 目 的 1.3 本 論 文 の 構 成

第 2章 合成開口レーダ（ SAR）による稲作調査の現状と課題

2.1 SAR デ ー タ へ の 期 待

2.2 SAR デ ー タ に よ る 水 稲 の 観 測

2.2.1 稲 作 水 田 抽 出 か ら 水 田 利 用 形 態 の 分 類 2.2.2 水 稲 の 生 育 量 ・ 収 量 の 推 定 に つ い て 2.3 稲 作 調 査 の 現 状 と 課 題

第 3 章 水田利用形態の分類

3.1 水 田 利 用 形 態 の 分 類 の 必 要 性 3.2 理 論

3.3 実 験 方 法

3.3.1 実 験 対 象 圃 場 3.3.2 使 用 SAR デ ー タ 3.3.3 解 析 の フ ロ ー 3.3.4 閾 値 の 設 定 3.4 結 果 と 考 察

3.4.1 提 案 手 法 の 2009 年 の 解 析

3.4.2 提 案 手 法 の 2010 年 の 解 析

3.4.3 2009 年 既 往 の 閾 値 法

2 3.4.4 提 案 手 法 の 評 価

3.4.5 今 後 の 課 題 3.5 水 田 利 用 形 態 の 分 類

第 4 章 生育段階ごとの水稲生育量と SAR の後方散乱係数と の関係

4.1 SARの 入 射 角 ， 偏 波 と 水 稲 生 育 量 4.2 理 論

4.3 実 験 方 法

4.3.1 実 験 対 象 圃 場 4.3.2 使 用 SARデ ー タ 4.3.3 解 析 の フ ロ ー 4.4 結 果 と 考 察

4.4.1 生 育 量 お よ び 後 方 散 乱 係 数 の 時 系 列 変 化 4.4.2 生 育 量 と 後 方 散 乱 係 数 と の 関 係

4.4.3 TSX に よ る 水 稲 生 育 量 の 推 定 に 対 す る 考 察

4.5 生 育 段 階 ご と の 水 稲 生 育 量 と SAR の 後 方 散 乱 係 数 と の 関 係

第 5 章 生育量および収量の推定

5.1 生 育 量 お よ び 収 量 の 推 定 に 最 適 な SAR の 撮 影 時 期 5.2 理 論

5.2.1 高 い 時 間 分 解 能 の SAR デ ー タ の 応 用 5.3 実 験 方 法

5.3.1 実 験 対 象 圃 場 5.3.2 使 用 SAR デ ー タ

5.3.3 生 育 量 と 後 方 散 乱 係 数 の 時 系 列 変 化 5.3.4 生 育 量 と 後 方 散 乱 係 数 の 関 係 の 定 量 解 析 5.3.5 収 量 と 後 方 散 乱 係 数 の 関 係 の 定 量 解 析 5.4 結 果 と 考 察

5.4.1 TSX デ ー タ の 撮 影 と 現 地 地 上 調 査 5.4.2 生 育 量 の 時 系 列 変 化

5.4.3 水 稲 の 生 育 と 後 方 散 乱 係 数 の 時 系 列 変 化 の 関 係 5.4.4 品 種 の 違 い と 後 方 散 乱 係 数 の 時 系 列 変 化

5.4.5 生 育 量 ・ 収 量 と 後 方 散 乱 係 数 と の 関 係

5.5 生 育 量 お よ び 収 量 の 推 定

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第 6章 各章の要旨ならびに有用性

6.1 各 章 の 要 旨

6.2 本 研 究 の 新 し い 試 み と そ の 効 果 6.3 本 研 究 の 理 学 的 有 用 性

謝辞

参考文献

本研究に関連した発表論文

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第 1 章 序論

1.1 研究の背景

米 の 需 給 調 整 ，生 産 対 策 ，経 営 安 定 対 策 お よ び 技 術 指 導 の た め に ，農 林 水 産 省 で は ，水 稲 の 作 況 調 査 を 毎 年 お こ な い 公 表 し て い る 。現 状 の 水 稲 の 作 況 調 査 方 法 は ，全 国 の 農 地 を 単 位 区 と よ ば れ る 区 域 に 分 割 し ，そ の 母 集 団 か ら 標 本 単 位 区 を 抽 出 し ，作 付 面 積 ，作 柄 や 収 量 を 計 測 し ，標 本 理 論 に 基 づ い た 推 計 を お こ な う こ と で 作 付 面 積 ，作 況 指 数 お よ び 収 穫 量 を 調 査 し て い る 。こ の 調 査 方 法 は 膨 大 な 労 力 が か か る た め に ，最 近 で は ，衛 星 デ ー タ や GIS デ ー タ を 活 用 し た 効 率 的 な 調 査 方 法 の 検 討 が 進 め ら れ て い る ( 農 林 水 産 省 ， 2011) 。 ま た ， 第 2 次 世 界 大 戦 直 後 は ， 日 本 は 食 料 不 足 に 落 ち 込 み 米 増 産 を 進 め た が ， 1970 年 代 に な る と 米 余 剰 に 転 じ ，以 後 ，減 反 政 策 が 推 し 進 め ら れ ，多 く の 水 田 に 米 以 外 の 大 豆 や 麦 が 栽 培 さ れ る よ う に な っ て き て い る 。し か し ，政 府 は 2013 年 11 月 に ， こ の 減 反 政 策 の 2018 年 で の 終 了 を 打 ち 出 し て お り ， 水 田 で の 稲 の 作 付 け の 動 向 が 注 視 さ れ て い る 状 況 に あ る 。ま た ，近 年 ，稲 の 登 熟 期 の 異 常 高 温 に よ る 乳 白 色 米 等 で の 品 質 低 下 が 日 本 各 地 で 認 め ら れ る よ う に な っ た 。こ の た め ，田 植 え 時 期 を 慣 行 栽 培 よ り ，早 め た り ，遅 く し た り し て ，登 熟 期 に お け る 高 温 を 避 け る 努 力 が 始 ま っ た 。さ ら に ，省 力 化 を 目 指 し て ，田 植 え を せ ず に ，湛 水 し て な い 状 態 の 水 田 に ，籾 米 を 直 撒 き し て 発 芽 さ せ て ，あ る 程 度 ，生 育 さ せ て か ら 水 を 湛 え て 湛 水 状 態 に す る 乾 田 直 播 栽 培 が 実 施 さ れ は じ め た 。い ま ま で の 衛 星 デ ー タ の 利 用 に つ い て は ，稲 作 圃 場 の 抽 出 が 中 心 で あ っ た が ，今 後 は ，転 作 作 物 ，播 種 移 植 方 法 ，田 植 え 時 期 等 の 水 田 利 用 形 態 の 把 握 に 進 ん で い く も の と 考 え ら れ る 。

衛 星 搭 載 型 の 光 学 セ ン サ や 合 成 開 口 レ ー ダ（ SAR ）か ら 取 得 し た デ ー タ を 活

用 し た 稲 作 水 田 の 分 類 手 法 の 研 究 は ，各 衛 星 が 打 ち 上 げ ら れ る と す ぐ に 試 み ら

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れ て き た 。 例 え ば ， 光 学 セ ン サ で は LandsatTM で 観 測 し た デ ー タ を 用 い て ， 稲 作 水 田 の 分 類 を お こ な っ て い る（ Okamoto et al. ^， 1996 ，山 形 ら ， 1988 ）。

し か し ，光 学 セ ン サ は ，撮 影 時 に 雲 が 存 在 す る と 地 表 面 の 観 測 が お こ な え な い た め 稲 作 水 田 の 分 類 が で き な い 可 能 性 が あ る 。特 に ， Landsat 衛 星 シ リ ー ズ の 観 測 は 16 日 に 1 回 の た め ，雲 の 影 響 に よ り 観 測 が で き な く な る と 稲 作 水 田 の 分 類 が 困 難 に な る 。そ こ で ，雲 の 影 響 を 受 け な い SAR デ ー タ を 用 い た 研 究 が 進 ん で い る 。 Kurosu （ 1997 ， 1995 ）， LeToan et al . （ 1997 ）お よ び Ribbes et al.

（ 1999 ）は ，田 植 え 期 を 含 ん だ 3 時 期 以 上 の 複 数 の SAR デ ー タ か ら 得 ら れ る 稲 作 水 田 の 特 徴 を 利 用 し て 稲 作 水 田 を 分 類 し て い る 。特 に 田 植 え 期 の 稲 作 水 田 に 水 を 湛 え る 湛 水 状 況 は ，稲 作 水 田 の 主 要 な 特 徴 で あ り ， SAR デ ー タ か ら 稲 作 水 田 を 分 類 す る 際 に 重 要 で あ る と し て い る 。し か し ，多 数 の SAR デ ー タ の 利 用 は ， SAR デ ー タ の 取 得 経 費 が か さ む 上 に ，デ ー タ の 処 理 に 時 間 を 要 す る た め ，な る べ く 少 な い SAR デ ー タ の 利 用 が 望 ま れ る 。 竹 内 ら （ 2000 ） は ， 田 植 え 期 前 と 田 植 え 期 の 2 時 期 の SAR デ ー タ を 用 い て ，稲 作 水 田 の 分 類 が お こ な え る 可 能 性 を 示 し て お り ， 石 塚 （ 2006 ） は ， 水 田 に 湛 水 さ れ た す ぐ 後 の 田 植 え 期 お よ び 稲 の 葉 や 茎 が 生 育 す る 生 育 期 の 2 時 期 の SAR デ ー タ や 1 時 期 の 多 重 波 長 ・ 多 重 偏 波 の SAR デ ー タ を 用 い て ，閾 値 法 に よ る 稲 作 水 田 の 分 類 の 可 能 性 を 示 し て い る 。こ れ ら の 既 往 の 研 究 で は ，空 間 分 解 能 が 6.25 m の RADARSAT/Fine や 12.5 m の RADARSAT/Standard ， ERS-1 を 用 い て い る 。空 間 分 解 能 と 分 類 精 度 と は ， 複 雑 な 関 係 が あ る 。 光 学 衛 星 デ ー タ の 場 合 ， LandsatTM の 30 m 分 解 能 で は ， 圃 場 内 の 作 物 と 土 壌 表 面 が 平 均 化 さ れ 作 物 判 定 が で き て い た が ，衛 星 の 分 解 能 が 向 上 す る に つ れ て ，作 物 自 身 と 土 壌 表 面 が 別 々 に 観 測 さ れ ，平 均 化 を し な い と 作 物 同 定 が で き な い と い う こ と が 起 こ っ た 。こ の た め ，高 分 解 能 デ ー タ の 場 合 ， ま ず 区 画 分 け （ Segmentation ） を 実 施 し ， こ の 区 画 （ Segment ） の 統 計 値 で 分 類 す る 手 法 （ 山 本 ら ， 2011 ） が 用 い ら れ る よ う に な っ た 。 ソ フ ト ウ ェ ア と し て eCognition お よ び ENVI Feature Extraction 等 が あ り ， 広 く 利 用 さ れ て い る が ， こ の 区 画 を 1 単 位 と し て 区 画 内 の 各 バ ン ド の 平 均 値 ま た は 区 画 内 の テ ク ス チ ャ ー を 用 い て 解 析 す る た め ，高 分 解 能 の 特 性 は ，区 画 の 算 出 に 利 用 す る だ け の 場 合 が 多 い 。 2007 年 に 打 ち 上 げ ら れ た TerraSAR-X （ 以 後 ， TSX ） は ， High Resolution SpotLight （ HS ） モ ー ド の 観 測 に よ り ， 入 射 角 が 約 50 度 の 場 合 ， グ ラ ン ド レ ン ジ 方 向 が 約 2 m ， ア ジ マ ス 方 向 が 約 2.5 m の 高 い 空 間 分 解 能 で 撮 影 が 可 能 で あ る 。

水 稲 の 生 育 量・収 量 の 予 測 に つ い て は ，既 往 の 稲 作 水 田 の 分 類 の 研 究 と 同 様

に 光 学 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ 技 術 を 用 い た 多 く の 研 究 が お こ な わ れ て き て

い る （ 脇 山 ら ， 2003 ， 秋 山 ら ， 2006) 。 こ こ で ， 生 態 学 で 生 育 量 は ， あ る 時

点 に お い て 空 間 に 存 在 す る 生 物 体 の 量 を あ ら わ し た も の で あ る が ，本 論 文 で は ，

植 物 体 の 生 育 の 状 況 あ ら わ す 草 丈 ，茎 数 ，草 高 な ど を 生 育 量 と い う 。光 学 衛 星

リ モ ー ト セ ン シ ン グ 技 術 を 用 い た 研 究 で は ，水 稲 の 分 光 反 射 特 性 か ら 植 生 指 数

や 葉 面 積 指 数 を 求 め ， 広 域 の バ イ オ マ ス や 水 稲 の 生 育 量 を 推 定 す る 。 し か し ，

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稲 作 水 田 の 分 類 と 同 様 に ，雨 が 多 い 時 期 に 生 育 す る 水 稲 で は ，雲 の 影 響 で タ イ ミ ン グ よ く 光 学 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ 観 測 が お こ な え な い と い う 問 題 に 直 面 す る 。 そ こ で ， 天 候 に 左 右 さ れ ず に 水 稲 を 観 測 で き る マ イ ク ロ 波 を 用 い た SAR に よ る 生 育 量 ・ 収 量 の 予 測 技 術 の 実 用 化 が 期 待 さ れ て い る 。

水 稲 は 株 を 形 成 す る が ，生 育 が 進 む に し た が っ て 茎 数 や 草 丈 な ど の 物 理 量 の 変 化 ， さ ら に ， 穂 の 生 育 や 倒 伏 な ど に よ り ， そ の 形 状 に 変 化 が 生 じ る 。 ま た ， 複 数 の 株 同 士 の 交 錯 に よ り 群 落 構 造 が 変 化 す る 。 形 状 や 群 落 構 造 の 変 化 は ， SAR デ ー タ に よ る マ イ ク ロ 波 の 後 方 散 乱 の 変 化 と し て 捉 え る こ と が で き る 。実 際 に ， 水 稲 の 生 育 に よ っ て ， 航 空 機 PiSAR の L バ ン ド と X バ ン ド の 偏 波 特 性 ， お よ び ，後 方 散 乱 の 特 性 に 変 化 が 現 れ る こ と が 報 告 さ れ て い る ( 石 塚 ら ， 2003) 。 ま た ， ERS ， Envisat お よ び RADARSAT の C バ ン ド 衛 星 SAR デ ー タ を 用 い た 水 稲 生 育 状 況 の モ ニ タ リ ン グ の 可 能 性 が 報 告 さ れ て い る (Kurosu ， 1995 ， LeToan et al. ^， 1997 ， Koay et al. ^， 2007 ， Bouvet et al. ^， 2009) 。こ れ ら の 衛 星 SAR で は 24 日 ま た は 35 日 の 回 帰 日 数 の 撮 影 ， す な わ ち ， 水 稲 の 生 育 期 間 に 対 し て 2 回 か ら 4 回 程 度 の 撮 影 デ ー タ し か 得 る こ と が で き な い 。 し た が っ て ， 水 稲 の 生 育 ，ま た は ，生 育 変 化 に 伴 う HH 偏 波 や VV 偏 波 の マ イ ク ロ 波 の 変 動 を ， 低 い 時 間 分 解 能 に よ り 撮 影 す る こ と に な る 。一 方 ， X バ ン ド の 利 用 に 関 し て は ， 航 空 機 搭 載 型 の SAR セ ン サ に よ る 測 定 (LeToan et al. ^， 1989) ，ま た ，地 上 ベ ー ス の マ イ ク ロ 波 散 乱 計 に よ る 測 定 (Inoue et al. ^， 2002) が あ る が ， X バ ン ド 衛 星 SAR デ ー タ が 利 用 で き る よ う に な っ た の は TSX 以 降 で あ る 。 TSX の 農 業 利 用 の 利 点 と し て ， (1) L バ ン ド や C バ ン ド よ り 波 長 が 短 い X バ ン ド の マ イ ク ロ 波 を 使 用 し て い る こ と に よ り ，観 測 デ ー タ が 植 生 の 下 層 よ り も 上 層 か ら の 信 号 を 多 く 含 ん で い る こ と ， (2) 高 分 解 能 SpotLight(HS) モ ー ド の 観 測 に よ り ， HH 偏 波 と VV 偏 波 の 2 偏 波 で ， グ ラ ン ド レ ン ジ 方 向 が 約 2 m ， ア ジ マ ス 方 向 が 約 2.5 m の 高 空 間 分 解 能 の 撮 影 が で き ，小 さ な サ イ ズ の 圃 場 の 情 報 が 得 ら れ る こ と ， (3) 従 来 の 衛 星 SAR に 比 較 し て 回 帰 日 数 が 11 日 と 短 く ， 形 状 や 群 落 構 造 の 変 化 が 速 い 対 象 物 の 撮 影 が で き る こ と が あ げ ら れ る 。そ の た め ， Lopez et al. ^（ 2010 ） は 時 系 列 の TSX を 用 い て ス ペ イ ン の 水 稲 の 生 育 と 偏 波 の 時 系 列 変 化 と の 関 係 を 詳 し く 調 べ て い る 。し か し ， X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR に よ る 日 本 の 水 稲 の 生 育 や 収 量 の 調 査 の 可 能 性 ，ま た ， X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR の 撮 影 条 件 の 検 討 は ま だ さ れ て い な い 。

1.2 研究の目的

本 研 究 で は ， X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR を 用 い た 水 田 利 用 形 態 の 分 類 手 法 の

開 発 ，お よ び ，水 稲 の 生 育 量・収 量 の 推 定 の 可 能 性 や SAR の 撮 影 条 件 を 明 ら か

に す る こ と を 目 的 と す る 。さ ら に ，物 理 学 に 基 づ く マ イ ク ロ 波 の 散 乱 メ カ ニ ズ

ム に よ り ，植 物 の 生 育 に と も な う 生 物 学 に お け る 事 象 を 説 明 す る こ と で ，今 後

7 の 研 究 促 進 に 努 め る 。

ま ず ， 水 田 利 用 形 態 の 分 類 手 法 の 開 発 で は ， 田 植 え 期 お よ び 生 育 期 の 2 時 期 の X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR の TSX デ ー タ を 用 い て ，早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水 田 ，遅 植 え 稲 作 水 田 ，乾 田 直 播 稲 作 水 田 ，大 豆 栽 培 水 田 等 の 水 田 利 用 形 態 分 類 の 可 能 性 を 検 討 す る 。ま た ，分 類 手 法 で は ，高 分 解 能 の TSX デ ー タ に よ る 圃 場 ご と の 判 別 お よ び 圃 場 ご と の 平 均 値 だ け で は な く ，圃 場 内 の 各 画 素 の 情 報 を 利 用 す る こ と を 検 討 す る 。次 に ，水 稲 の 栽 培 期 間 を 通 じ て ， TSX デ ー タ に よ る 異 な る 偏 波 お よ び 異 な る 入 射 角 で の 時 系 列 撮 影 を お こ な い ，水 稲 の 生 育 推 移 や 収 量 変 化 に 伴 う マ イ ク ロ 波 の 後 方 散 乱 の 変 化 に つ い て 定 量 的 に 把 握 し ， 水 稲 の 生 育 量 や 収 量 推 定 の 可 能 性 を 検 討 す る 。

1.3 本論文の構成

本 論 は ， 6 章 に よ り 構 成 さ れ て い る 。

第 1 章 で は ， 本 研 究 の 背 景 お よ び 目 的 に つ い て 述 べ る 。 ま た ， 本 論 文 の 構 成 に つ い て 記 述 す る 。

第 2 章 で は ，現 在 実 施 さ れ て い る SAR デ ー タ を 用 い た 稲 作 水 田 抽 出 お よ び 水 稲 の 生 育 量・収 量 の 推 定 方 法 に つ い て 概 説 し ，そ れ ら の 長 所 や 問 題 点 を 提 起 す る 。

第 3 章 で は ， 田 植 え 期 お よ び 生 育 期 の 2 時 期 の 高 分 解 能 SAR の TSX を 用 い て ， 水 田 利 用 形 態 （ 早 植 え 稲 作 水 田 ， 慣 行 植 え 稲 作 水 田 ， 遅 植 え 稲 作 水 田 ， 乾 田 直 播 稲 作 水 田 ， 大 豆 栽 培 水 田 等 ） の 分 類 手 法 を 提 案 し た 。

第 4 章 で は ， 異 な る 入 射 角 ， 異 な る 偏 波 の SAR デ ー タ を 用 い て ， 生 育 段 階 ご と の 水 稲 の 生 育 量 と マ イ ク ロ 波 の 後 方 散 乱 と の 関 係 を 定 量 的 に 把 握 す る こ と を 試 み た 。

第 5 章 で は ， 生 育 量 の 推 定 を 高 度 化 す る た め に ， 水 稲 の 栽 培 期 間 を 通 じ た 生 育 量 の 変 化 と マ イ ク ロ 波 の 後 方 散 乱 の 変 化 と の 関 係 ，お よ び ，出 穂 期 後 の 収 量 要 素 と マ イ ク ロ 波 の 後 方 散 乱 と の 関 係 に つ い て 調 べ ，生 育 量・収 量 を 推 定 す る た め の SAR デ ー タ の 撮 影 条 件 （ 偏 波 ， 入 射 角 等 ） を 検 討 し た 。 ま た ， 生 育 量 や 収 量 の 推 定 精 度 の 向 上 た め に ， 水 稲 の 品 種 の 分 類 を 検 討 し た 。

第 6 章 は ， 各 章 の 要 旨 ， 本 研 究 の 新 し い 試 み と そ の 効 果 ， お よ び ， 本 研 究 の 理 学 的 有 用 性 を 述 べ て 締 め く く る 。

最 後 に ， 謝 辞 ， 参 考 文 献 ， お よ び ， 本 研 究 に 関 連 し た 発 表 論 文 を 記 す 。

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第 2 章

合成開口レーダ（ SAR ）による稲作調 査の現状と課題

2.1 SAR データへの期待

雨 が 多 い 時 期 に 生 育 す る 水 稲 で は ，雲 の 影 響 で タ イ ミ ン グ よ く 光 学 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ 観 測 が お こ な え な い と い う 問 題 に 直 面 す る 。そ こ で ，天 候 に 左 右 さ れ ず に 水 稲 を 観 測 で き る SAR デ ー タ に よ る マ イ ク ロ 波 を 用 い た 稲 作 水 田 抽 出 お よ び 生 育 量・収 量 予 測 技 術 の 実 用 化 が 期 待 さ れ て い る 。 SAR デ ー タ に よ る こ れ ら の 技 術 は ，広 範 囲 の 水 稲 圃 場 の 面 的 な 観 測 お よ び 迅 速 で 客 観 的 か つ 正 確 な 生 産 管 理 が 可 能 な 情 報 と な る 。

こ の 章 で は ，現 在 お こ な わ れ て い る SAR デ ー タ を 用 い た 稲 作 水 田 抽 出 お よ び

水 稲 の 生 育 量・収 量 の 推 定 方 法 に つ い て 概 説 し ，従 来 の 研 究 に つ い て 述 べ ，問

題 点 を 提 起 す る 。

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2.2 SAR データによる水稲の観測

2.2.1 稲作水田抽出から水田利用形態の分類

稲 作 水 田 の 抽 出 に 関 す る 研 究 は ，稲 作 水 田 が 湛 水 さ れ る 特 徴 を 活 用 し て 進 め ら れ て い る （ Kurosu ， 1997 ， 1995 ， LeToan et al. ^， 1997 ， Ribbes et al. ^， 1999 ， 竹 内 ら ， 2000 お よ び 石 塚 ， 2006 ） 。 こ れ ら は 主 に 湛 水 面 か ら の マ イ ク ロ 波 の 散 乱 特 性 を 利 用 し た も の で あ る 。湛 水 面 か ら の 散 乱 特 性 は ，主 に 表 面 散 乱 に 起 因 す る 。 湛 水 面 は 平 ら で あ る た め ， マ イ ク ロ 波 が 鏡 面 反 射 す る 。

表 面 散 乱 は ，「 表 面 の 粗 さ 」に 対 し て ，入 射 す る マ イ ク ロ 波 の 波 長 と 角 度 に 依 存 す る 。 大 内 の 著 書 「 リ モ ー ト セ ン シ ン グ の た め の 合 成 開 口 レ ー ダ の 基 礎 」 よ り 抜 粋 し て 以 下 引 用 す る 。

あ る 入 射 角 を 持 っ て 鏡 面 に 入 射 す る マ イ ク ロ 波 は ，図 2-1 （ a ）の よ う に す べ て の 入 射 波 が 鏡 面 反 射 さ れ る 。し た が っ て ，鏡 面 方 向 に 受 信 ア ン テ ナ を 置 け ば 強 い 信 号 が 受 信 さ れ ，送 信 と 受 信 が 同 一 ア ン テ ナ で あ る 場 合 ，信 号 は 受 信 さ れ な い 。散 乱 面 が 少 し 粗 い と 図 2-1 （ b ）の よ う に 鏡 面 成 分 が 減 少 し ，入 射 波 の 一 部 が 鏡 面 反 射 方 向 以 外 の 方 向 に 散 乱 さ れ る 。後 者 の 現 象 は 拡 散 散 乱 と 呼 ば れ る 。 さ ら に 表 面 が 荒 く な る と ，図 2-1 （ c ）に あ る よ う に 鏡 面 成 分 が な く な り ，拡 散 成 分 の み に な る 。

表 面 の 粗 さ を ， マ イ ク ロ 波 の 波 長 （ λ ） と 入 射 角 （ θ

） で 示 す こ と が で き る 。 高 さ 平 均 を 0 と し た 参 照 面 か ら の 凹 凸 の 標 準 偏 差 を σ

と す る と 下 記 の 関 係 式 2.1 か ら 2.3 が 成 り 立 つ 。

σ

≪ λ / （ 8cos θ

） :smooth surface （ 2.1 ） σ

～ λ / （ 8cos θ

） :moderately rough surface （ 2.2 ） σ

≫ λ / （ 8cos θ

） :rough surface （ 2.3 ）

マ イ ク ロ 波 の 波 長 が 短 い ほ ど ，よ り 細 か い レ ベ ル で 表 面 の 粗 さ を 捉 え る こ と が

可 能 で あ る 。

図

22-1 表 面 の

（ 出 典 ： 大 内 著

の 粗 さ に よ

10

著 ， リ モ ー ト

る 表 面 散 乱

セ ン シ ン グ の

乱 の 鏡 面 成

の た め の 合 成 開

分 と 拡 散 成

開 口 レ ー ダ の 基

成 分

基 礎 ）

11

し か し な が ら ，平 ら な 地 表 面 は ，稲 作 水 田 の 湛 水 面 だ け で は な く ，道 路 や 貯 水 池 等 が 存 在 す る 。し た が っ て ，そ れ ら と 稲 作 水 田 を 分 類 す る た め に ，稲 作 水 田 の 特 徴 で あ る 湛 水 前 の 耕 起 の 状 況 や 稲 の 葉 や 茎 が 生 育 し た 状 況 を 合 わ せ て 解 析 す る 必 要 が あ る 。耕 起 の 状 況 や 生 育 し た 状 況 を 加 え る こ と で ，マ イ ク ロ 波 の 散 乱 特 性 は ， 鏡 面 反 射 成 分 以 外 の 体 積 散 乱 成 分 や 2 回 散 乱 成 分 等 が 加 わ る こ と に な る 。体 積 散 乱 と 2 回 散 乱 の 概 念 を 図 2-2 に 示 す 。体 積 散 乱 は ，複 雑 な 内 部 構 造 を も つ 対 象 物 に マ イ ク ロ 波 が 入 射 し た 場 合 に 生 じ る（ 図 2-2 （ a ））。マ イ ク ロ 波 が 対 象 物 内 に 進 入 し な け れ ば な ら な い の で ，特 に 波 長 の 長 い マ イ ク ロ 波 に 影 響 す る 。 図 2-2 （ b ） に 示 す 2 回 散 乱 は ， 地 表 面 に 対 し て 垂 直 な 地 物 と 地 表 面 と の 間 で 生 じ や す い 。

上 記 の 散 乱 特 性 の 活 用 に よ り ， 湛 水 を お こ な う 田 植 え 期 を 含 ん だ 3 時 期 以 上 の 複 数 の SAR デ ー タ を 用 い て ，稲 作 水 田 を 分 類 し て い る（ Kurosu ， 1997 ， 1995 ， LeToan ， 1997 ， Ribbes ， 1999 ， Nguyen ， 2012 お よ び Kirsi ， 2014 ） 。

し か し ， 多 時 期 の SAR デ ー タ の 利 用 は ， 次 の よ う な 問 題 が 残 る 。 1 ） SAR デ ー タ の 取 得 経 費 の 増 大

2 ） SAR デ ー タ の 処 理 時 間 の 増 大

こ れ ら の 問 題 を 解 決 す る た め に 田 植 え 期 前 と 田 植 え 期 の 2 時 期 の SAR デ ー タ や 田 植 え 期 と 生 育 期 の 2 時 期 の SAR デ ー タ お よ び 1 時 期 の 多 重 波 長 ・ 多 重 偏 波 の SAR デ ー タ を 用 い た 研 究 が お こ な わ れ て い る（ 竹 内 ら ， 2000 ，石 塚 ， 2006 ）。

こ れ ら の 研 究 で は ， 空 間 分 解 能 が 6.25 m の RADARSAT/Fine や 12.5 m の RADARSAT/Standard ， ERS-1 を 用 い て い る 。

SAR デ ー タ の 任 意 の 点 に お け る 空 間 分 解 能 は ，プ ラ ッ ト フ ォ ー ム の 進 行（ ア ジ マ ス ） 方 向 の 分 解 能 と ア ジ マ ス 方 向 に 直 交 す る レ ン ジ 方 向 の 分 解 能 の 2 次 元 で あ る 。レ ン ジ 方 向 の 分 解 能 は ，マ イ ク ロ 波 の パ ル ス 長 に 比 例 す る 。し た が っ て ，パ ル ス 長 が 短 い と ，レ ン ジ 方 向 の 分 解 能 が 向 上 す る 。グ ラ ン ド レ ン ジ の 分 解 能（ G

）は パ ル ス 長 の 距 離（ c τ ）と 入 射 角（ θ

）に 依 存 し ，下 記 の 関 係 式

（ 2.4 ） が 成 り 立 つ 。

G

＝ c τ /2sin θ

（ 2.4 ）

ま た ，ア ジ マ ス 方 向 の 分 解 能（ A

）は ，実 開 口 レ ー ダ の 場 合 ，ア ジ マ ス 方 向 の ア ン テ ナ の ビ ー ム 幅 と ス ラ ン ト レ ン ジ 距 離 （ R

） に よ っ て 式 （ 2.5 ） の 関 係 と な る 。

A

＝ β

R

（ 2.5 ）

図

（ 出 典 ： 大 内 著

図 2-2 体 積

12

（ a ） 体 積 散

（ b） 2 回 散

著 ， リ モ ー ト

積 散 乱 と 2 散 乱

散 乱

セ ン シ ン グ の

回 散 乱 の 概

の た め の 合 成 開

概 念

開 口 レ ー ダ の 基基 礎 ）

13

空 間 分 解 能 と 分 類 精 度 と は ，複 雑 な 関 係 が あ る 。空 間 分 解 能 が 向 上 す る ほ ど ， 今 ま で 分 類 で き な か っ た 早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水 田 ，遅 植 え 稲 作 水 田 ， 乾 田 直 播 稲 作 水 田 ，大 豆 栽 培 水 田 等 と い っ た 詳 細 な 水 田 利 用 形 態 の 分 類 の 可 能 性 が あ る 。高 分 解 能 の 光 学 衛 星 デ ー タ に よ る 農 作 物 の 分 類 の 例 と し て ，山 本 ら

（ 2011 ）は ，ま ず 区 画 分 け（ Segmentation ）を 実 施 し ，こ の 区 画（ Segment ） の 統 計 値 で 分 類 す る 手 法 を 研 究 し て い る 。区 分 け の 理 由 は ，高 分 解 能 の 光 学 衛 星 デ ー タ で は ， 作 物 自 身 と 土 壌 表 面 が 別 々 に 観 測 さ れ る た め で あ る 。

以 上 に 述 べ た 分 類 方 法 は ，非 常 に 工 夫 さ れ た も の で あ る け れ ど も ，次 の よ う な 問 題 を 解 決 す る に は 至 っ て い な い 。

1 ） 空 間 分 解 能 が 高 い と 圃 場 内 の SAR の マ イ ク ロ 波 は ，稲 体 自 体 か ら の 散 乱 ， 湛 水 面 や 土 壌 面 か ら の 散 乱 等 が 混 在 す る よ う に な る 。こ れ ら の 異 な る マ イ ク ロ 波 の 散 乱 特 性 を 考 慮 し た 水 稲 圃 場 の 分 類 手 法 が 開 発 途 上 で あ る 。 2 ） 現 場 で の 水 稲 の 栽 培 管 理 で は ，気 象 条 件 に 合 わ せ て 田 植 え の 時 期 を 早 め

た り ，遅 く し た り し て ，水 稲 の 高 温 障 害 等 に よ る 品 質 ，収 量 の 低 下 を 回

避 し て い る 。ま た ，コ ス ト 削 減 の た め に ，籾 米 を 水 田 に 直 播 す る 栽 培 方

法 が 実 施 さ れ は じ め て い る 。さ ら に ，水 田 を 大 豆 圃 場 に 転 換 す る 場 合 も

あ る 。適 切 な 栽 培 管 理 の た め に は ，早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水 田 ，

遅 植 え 稲 作 水 田 ，乾 田 直 播 稲 作 水 田 ，大 豆 栽 培 水 田 等 を 分 類 す る 必 要 が

あ る 。

14

2.2.2 水稲の生育量・収量の推定について

水 稲 は 生 育 が 進 む に つ れ て ，茎 数 ，草 丈 ，植 被 率 な ど ，稲 体 の 形 状 が 変 化 す る 。こ の 形 状 の 変 化 は ， SAR デ ー タ の 偏 波 の 後 方 散 乱 係 数 の 変 化 と し て 捉 え る こ と が で き る 。

偏 波 は ，マ イ ク ロ 波 の 振 動 の 方 向 を 示 し ，多 く の SAR は ，図 2-3 （ a ）に 示 す 水 平 偏 波 （ H ） ， 図 2-3 （ b ） に 示 す 垂 直 偏 波 （ V ） を 送 信 ， 受 信 で き る よ う に 設 計 さ れ て い る 。マ イ ク ロ 波 の 送 信 ，受 信 の 特 性 は ，一 般 的 に「 送 信 時 の 偏 波 の 振 動 方 向 ，受 信 時 の 偏 波 の 振 動 方 向 」と 記 載 さ れ る 。水 平 偏 波 を 送 信 し ，水 平 偏 波 の み を 受 信 す る 場 合 ，「 HH 」 と 記 載 す る 。 こ の 偏 波 の 特 性 は ， 観 測 対 象 の 物 理 的 性 質 を 計 測 す る こ と が で き る 。一 例 と し て ，垂 直 方 向 に 張 ら れ た ワ イ ヤ ー 格 子 に よ る 偏 波 状 態 の 変 化 を 図 2-4 に 示 す 。 格 子 間 隔 は ， マ イ ク ロ の 波 長 よ り も 短 い も の と す る 。 図 2-4 に 示 す よ う に ， 垂 直 の ワ イ ヤ ー 格 子 に 対 し て 垂 直 偏 波 の マ イ ク ロ 波 の 電 場 E が 入 射 す る と ，ワ イ ヤ ー 格 子 中 の 自 由 電 子 が 振 動 し 垂 直 偏 波 の マ イ ク ロ 波 の 電 場 E’ が 再 放 射 さ れ ，反 射 方 向 に 再 放 射 さ れ た 電 場 が 反 射 波 と な る 。角 振 動 数 ω の 電 場 E( t ) と 荷 電 q は 式（ 2.6 ）の よ う に あ ら わ せ る 。

qE( t ) ＝ qE

cos( ω t) （ 2.6 ）

ニ ュ ー ト ン の 第 2 法 則 に よ り 荷 電 粒 子 に 働 く 合 力 は ， 粒 子 の 質 量 (m) と 加 速 度 に よ り 式 （ 2.7 ） の よ う に あ ら わ せ る 。

qE

cos( ω t ) ＝ m(d

y/dt

) （ 2.7 ）

電 子 は 入 射 電 場 と 同 じ 周 波 数 で 振 動 す る 。よ っ て ，電 子 の 変 位 y(t) と 入 射 電 場 に よ る 力 qE(t) は 式 （ 2.9 ） の よ う に あ ら わ せ る 。

y(t) ＝ y

cos( ω t) （ 2.8 ） y(t) ＝ － qE

cos( ω t)/m ω

（ 2.9 ）

一 方 ，水 平 偏 波 の マ イ ク ロ 波 は ，垂 直 方 向 の 格 子 ワ イ ヤ ー に 入 射 し て も 入 射 エ

ネ ル ギ ー を 失 う こ と は な い 。逆 に 水 平 偏 波 は ，水 平 方 向 の 格 子 ワ イ ヤ ー に よ っ

て 強 く 反 射 さ れ る こ と に な る 。つ ま り ，垂 直 お よ び 水 平 の マ イ ク ロ 波 の 稲 体 へ

の 入 射 に よ る 反 射 波 の 違 い に よ り ，稲 体 の 形 状 の 物 理 的 特 性 を 計 測 す る こ と が

可 能 で あ る 。ま た ，地 物 に 対 す る 入 射 の 方 向 は ，入 射 角 に 依 存 す る 。入 射 角 は

対 象 物 に 入 射 す る レ ー ザ と 地 表 と 直 角 の 法 線 と の な す 角 で あ る 。一 般 的 に 入 射

角 の 違 い は ，対 象 物 を 観 測 す る 方 向 に 変 化 が 伴 う た め ，マ イ ク ロ 波 の 偏 波 特 性

の 変 化 に つ な が る 。

図 2-

（

（

（ 出 典 ： 大 内 著

3 水 平 偏

15 a ） 水 平 偏

b ） 垂 直 偏

著 ， リ モ ー ト

偏 波 お よ び 垂 偏 波

偏 波

セ ン シ ン グ の

垂 直 偏 波 の

の た め の 合 成 開

の 電 場

開 口 レ ー ダ の 基基 礎 ）

図 2-4

（ 出 典 ： 大 内 著

ワ イ ヤ ー

16

（ a ）

（ b ）

著 ， リ モ ー ト

ー 格 子 に よ る

セ ン シ ン グ の

る 偏 波 状 態

の た め の 合 成 開

態 の 変 化

開 口 レ ー ダ の 基基 礎 ）

17

マ イ ク ロ 波 の 散 乱 特 性 を 用 い た 後 方 散 乱 係 数 と 生 育 量 の 関 係 に 関 し て は ，後 方 散 乱 係 数 か ら 草 高 お よ び バ イ オ マ ス 量 を 推 定 す る 研 究 （ LeToan et al . ， 1997 ），水 稲 の 草 高 や 重 量 を 指 数 に 変 換 し た 値 を 推 定 す る 手 法 (Kurosu et al . ， 1995) ， お よ び ， 葉 面 積 指 数 (LAI) を 推 定 す る 手 法 ( ShuangHe et al.

) が C バ ン ド デ ー タ を 用 い て 研 究 さ れ て い る 。マ イ ク ロ 波 は 波 長 が 短 い 方 が 葉 や 茎 の 透 過 が 小 さ く ，ま た ，葉 の 重 な り に よ る 後 方 散 乱 係 数 の 変 化 が 大 き く ，草 冠 の 群 落 構 造 の 変 化 が 測 定 で き る 。 C バ ン ド よ り 波 長 の 短 い X バ ン ド デ ー タ を 用 い た 研 究 で は ，ス ペ イ ン や ベ ト ナ ム 等 の 水 稲 圃 場 の 後 方 散 乱 係 数 の 時 系 列 変 化 が 報 告 さ れ て い る ( Lopez et al.

2010， 2009， Nguyen， 2012お よ び Inoue

2014 ) 。 こ れ ら の SAR デ ー タ に よ る 水 稲 の 生 育 量 の 推 定 方 法 は 非 常 に す ぐ れ た も の で あ る け れ ど も ， 次 の よ う な 問 題 を 解 決 す る に は 至 っ て い な い 。

1 ） 水 稲 は 生 育 が 進 む に つ れ て 茎 数 や 草 丈 な ど の バ イ オ マ ス の 変 化 ，さ ら に ， 出 穂 や 倒 伏 な ど に よ り ，そ の 形 状 に 変 化 が 生 じ る 。ま た ，複 数 の 株 同 士 の 交 錯 に よ り 群 落 構 造 が 変 化 す る 。こ れ ら の 変 化 は ，偏 波 や 入 射 角 に よ る 後 方 散 乱 係 数 の 変 化 に 影 響 す る 。異 な る 偏 波 ，異 な る 入 射 角 の 後 方 散 乱 係 数 と 水 稲 の 生 育 の 進 行 に よ る 稲 体 の 形 状 の 変 化 と の 関 係 を 明 ら か に す る 必 要 が あ る 。

2 ） L バ ン ド や C バ ン ド よ り 波 長 が 短 い X バ ン ド の マ イ ク ロ 波 を 使 用 す る こ と に よ り ，水 稲 の 群 落 構 造 の 下 層 よ り も 上 層 か ら の 信 号 を 多 く 含 む こ と に な る 。 常 に 水 稲 群 落 の 上 層 を 捉 え る 時 系 列 の X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR に よ る 日 本 の 水 稲 の 生 育・収 量 の 推 定 の 可 能 性 が 検 討 さ れ て い な い 。 3 ） 実 利 用 の た め に は ，な る べ く 撮 影 回 数 を 少 な く し て ，撮 影 コ ス ト や 処 理

量 を 減 ら す こ と が 望 ま れ る 。こ の 問 題 を 解 決 す る た め に ，日 本 の 水 稲 の

生 育・収 量 の 推 定 に 必 要 な X バ ン ド 衛 星 SAR の 最 低 限 の 撮 影 回 数 や 撮 影

時 期 ， 入 射 角 ， 偏 波 な ど の 撮 影 条 件 を 明 ら か に す る 必 要 で あ る 。

18

2.3 稲作調査の現状と課題

本 章 で は ，現 在 お こ な わ れ て い る SAR デ ー タ を 用 い た 稲 作 水 田 の 抽 出 方 法 お よ び 水 稲 の 生 育 ・ 収 量 の 推 定 方 法 に つ い て 概 説 し ， そ の 問 題 点 を 提 起 し た 。

従 来 の SAR デ ー タ を 用 い た 稲 作 水 田 の 抽 出 の 研 究 で は ，

1) 早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水 田 ，遅 植 え 稲 作 水 田 ，乾 田 直 播 稲 作 水 田 ， 大 豆 栽 培 水 田 等 の 水 田 利 用 形 態 の 分 類

2) 高 い 空 間 分 解 能 に よ る 水 田 利 用 形 態 の 分 類 な ど の 問 題 が 解 決 に 至 っ て い な い 。

ま た ， 従 来 の SAR デ ー タ を 用 い た 水 稲 の 生 育 量 ， 収 量 の 推 定 方 法 の 研 究 は ， 1) 異 な る 偏 波 ，異 な る 入 射 角 の 後 方 散 乱 係 数 と 水 稲 の 生 育 の 進 行 に よ る 稲 体

の 形 状 の 変 化 と の 関 係

2) 時 系 列 の X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR に よ る 日 本 の 水 稲 の 生 育 や 収 量 の 調 査 の 可 能 性

3) 水 稲 の 生 育 ・ 収 量 の 推 定 に 適 し た X バ ン ド 高 分 解 能 衛 星 SAR の 撮 影 条 件

な ど が 明 ら か に な っ て い な い こ と を 提 起 し た 。

19

第 3 章

水田利用形態の分類

3.1 水田利用形態の分類の必要性

第 2 章 で 指 摘 し た よ う に ，空 間 分 解 能 が 高 い と 圃 場 内 の SAR の マ イ ク ロ 波 の 後 方 散 乱 は ，稲 体 か ら の 散 乱 ，湛 水 面 や 土 壌 面 か ら の 散 乱 等 が 混 在 す る よ う に な る 。こ れ ら の 異 な る マ イ ク ロ 波 の 散 乱 特 性 を 考 慮 し た 水 稲 圃 場 の 分 類 手 法 が 開 発 途 上 で あ る 。

現 場 で の 水 稲 の 栽 培 管 理 で は ，気 象 条 件 に 合 わ せ て 田 植 え の 時 期 を 早 め た り ， 遅 く し た り し て ， 水 稲 の 高 温 障 害 等 に よ る 品 質 ， 収 量 の 低 下 を 回 避 し て い る 。 ま た ，コ ス ト 削 減 の た め に ，籾 米 を 水 田 に 直 播 す る 栽 培 方 法 が 実 施 さ れ は じ め て い る 。さ ら に ，水 田 を 大 豆 圃 場 に 転 換 す る 場 合 も あ る 。こ れ ら の 違 い は 水 稲 の 生 育 の 違 い や 水 田 に 作 付 け さ れ る 作 物 の 変 化 を 伴 う 。適 切 な 栽 培 管 理 の た め に は ，早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水 田 ，遅 植 え 稲 作 水 田 ，乾 田 直 播 稲 作 水 田 ， 大 豆 栽 培 水 田 等 を 分 類 す る 必 要 が あ る 。

本 章 で は ，田 植 え 期 お よ び 生 育 期 の 2 時 期 の 高 分 解 能 SAR デ ー タ を 用 い た

水 田 利 用 形 態 の 分 類 手 法 の 開 発 を 目 的 と し ，早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水

田 ，遅 植 え 稲 作 水 田 ，乾 田 直 播 稲 作 水 田 ，大 豆 栽 培 水 田 等 の 水 田 利 用 形 態 分 類

の 可 能 性 を 検 討 し た 。 ま た ， 分 類 手 法 で は ， 高 分 解 能 SAR デ ー タ に よ る 圃 場

ご と の 判 別 お よ び 圃 場 ご と の 平 均 値 だ け で は な く ，圃 場 内 の 各 画 素 の 情 報 を 利

用 す る こ と を 検 討 し た 。

20

3.2 理論

本 章 で は ，田 植 え 期 お よ び 生 育 期 の 2 時 期 の 高 分 解 能 SAR デ ー タ を 用 い て ， ク ラ ス タ ー 分 類 を 実 施 し ，圃 場 内 の 各 ク ラ ス タ ー の 占 有 率 に よ り ，水 田 作 付 け 作 物 を 分 類 す る 手 法 を 提 案 す る 。 使 用 す る 高 分 解 能 SAR デ ー タ は ， TSX の High Resolution SpotLight （ HS ）モ ー ド の 観 測 に よ る 約 2.3 m の 空 間 分 解 能 画 像 で 1 m × 1 m に リ サ ン プ リ ン グ し た も の で あ る 。 1 画 素 は ， 分 解 能 が 低 い と い く つ か の 構 成 要 素 の 平 均 で あ る の に 対 し て ，高 分 解 能 で あ る と そ れ ぞ れ の 構 成 要 素 の 値 を あ ら わ す こ と に な る 。 高 分 解 能 SAR を 用 い る こ と に よ り ， 各 画 素 は 1 要 素 に 近 い も の か ら な る と 考 え ら れ る 。 稲 作 水 田 の 場 合 は ， 条 間 30 cm ，株 間 20 cm ，栽 植 密 度 19 株 / ㎡ で 植 え て あ る の で ，約 2.3 m の 空 間 分 解 能 で ， 平 均 100 株 ほ ど 稲 が 植 え ら れ て い る 状 態 を 1 画 素 と し て 観 測 す る こ と と な る 。こ の 田 植 え 期 の 稲 作 水 田 は ， SAR で は 通 常 暗 く 観 測 さ れ ， 「 ほ ぼ 滑 ら か な 面 」と 言 え る の で ，こ の 田 植 え 期 の「 湛 水 面 に 田 植 え し た 稲 が 認 め ら れ る 」 状 況 を 1 要 素 と 考 え る 。

こ の 田 植 え 期 と 生 育 期 の 2 時 期 の SAR デ ー タ を 2 バ ン ド と し て ，対 象 範 囲 に 対 し て ク ラ ス タ ー 分 析 を お こ な う 。 1 圃 場 ご と に ポ リ ゴ ン を 作 成 し て お き ， そ の ポ リ ゴ ン 内 に お け る 各 ク ラ ス タ ー に 属 す る 画 素 の 比 率 に よ り 水 田 利 用 形 態 ご と の 早 植 え 稲 作 水 田 ，慣 行 植 え 稲 作 水 田 ，遅 植 え 稲 作 水 田 ，乾 田 直 播 稲 作 水 田 ， 大 豆 栽 培 水 田 等 を 明 ら か に す る 試 み で あ る 。

田 植 え 期 の 稲 作 水 田 は ， SAR デ ー タ に お い て 水 面 に よ る 鏡 面 散 乱 や ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ が 混 在 し ，生 育 期 で は 水 面 に よ る 鏡 面 散 乱 ，稲 体 か ら の 散 乱 ，水 面 と 直 立 す る 稲 体 の 間 の 二 回 散 乱 お よ び ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ が 混 在 し て い る 。田 植 え 期 の 乾 田 直 播 稲 作 水 田 お よ び 大 豆 栽 培 水 田 は ，土 壌 面 か ら の 散 乱 と ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ が 混 在 し ，生 育 期 の 乾 田 直 播 稲 作 水 田 で は ，水 面 に よ る 鏡 面 散 乱 ，稲 体 か ら の 散 乱 ，水 面 と 直 立 す る 稲 体 の 間 の 二 回 散 乱 お よ び ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ が 混 在 す る 。生 育 期 の 観 測 に お け る 大 豆 栽 培 水 田 は ，大 豆 が 播 種 直 後 で あ る た め ， 土 壌 か ら の 散 乱 で あ る と 考 え ら れ る 。こ れ ら の 2 時 期 の SAR デ ー タ を 2 バ ン ド と し て ク ラ ス タ ー 分 析 を す る と ，① 両 時 期 と も 主 に 水 面 か ら の 低 い 後 方 散 乱 ，

② 両 時 期 と も 土 壌 面 の 中 程 度 の 後 方 散 乱 ，③ 田 植 え 期 は 水 面 で 低 く ，生 育 期 は

稲 体 か ら の 中 程 度 ま た は 水 面 と 直 立 す る 稲 体 の 間 の 二 回 散 乱 に よ る 強 い 後 方

散 乱 ，④ 田 植 え 期 は 土 壌 で 中 程 度 の 散 乱 ，生 育 期 は 水 面 の 低 い 後 方 散 乱 ，⑤ 両

時 期 と も 畝 と 側 面 等 で 衛 星 方 向 と 対 峙 す る 高 い 後 方 散 乱 等 の ク ラ ス タ ー が で

き る と 想 定 さ れ る 。 圃 場 ポ リ ゴ ン 内 の こ れ ら の ク ラ ス タ ー の 存 在 割 合 に よ り ，

水 田 利 用 形 態 を 分 類 す る 手 法 で あ る 。

21

3.3 実験方法

3.3.1 実験対象圃場

作 付 け 状 況 の 現 地 調 査 は ，稲 の 栽 培 が 盛 ん な 宮 城 県 大 崎 市 の 古 川 農 業 試 験 場 内 の 稲 や 大 豆 を 作 付 け た 98 の 水 田 圃 場 で あ る 。 こ の 98 圃 場 に 対 し て ， 2009 年 と 2010 年 の 2 カ 年 連 続 し て 圃 場 の 作 付 け 状 況 の 調 査 を お こ な っ た 。 2010 年 の 調 査 は ，年 次 間 差 の 有 無 の 確 認 の た め に お こ な っ た 。研 究 対 象 の 圃 場 数 を 表 3-1 に 示 す 。 稲 作 水 田 は ， 田 植 え の 時 期 や 田 植 え の 方 法 が そ れ ぞ れ 異 な る 。 2009 年 の 作 付 け は ， 例 年 の 栽 培 通 り に 湛 水 し た 圃 場 に 対 し て 稲 を 5 月 10 日 前 後 に 移 植 し た 慣 行 植 え 稲 作 水 田（ 以 後 ，慣 行 植 え _ 稲 ），慣 行 圃 場 よ り 早 い 時 期（ 5 月 1 日 前 後 ）に 稲 を 移 植 し た 早 植 え 稲 作 水 田（ 以 後 ，早 植 え _ 稲 ），慣 行 圃 場 よ り 遅 い 時 期 （ 5 月 20 日 前 後 ） に 稲 を 移 植 し た 遅 植 え 稲 作 水 田 （ 以 後 ， 遅 植 え _ 稲 ），圃 場 へ の 湛 水 や 苗 の 移 植 を お こ な わ ず に 稲 の 籾 米 を 圃 場 に 直 接 播 種 し た 乾 田 直 播 稲 作 水 田 （ 以 後 ， 乾 田 直 播 _ 稲 ）， 大 豆 を 栽 培 し た 水 田 （ 以 後 ， 大 豆 ） に 分 か れ る 。

2010 年 は ， 2009 年 に 対 象 と し た 圃 場 と 同 じ 圃 場 を 現 地 調 査 対 象 と し た 。 2009 年 と 2010 年 の 圃 場 利 用 形 態 は 異 な り ， 2010 年 の 作 付 け 状 況 の 2009 年 と の 差 異 は ，早 植 え _ 稲 が 2 圃 場 減 少 し 2 圃 場 ，遅 植 え _ 稲 が 1 圃 場 減 少 し て 4 圃 場 ， 乾 田 直 播 _ 稲 が 4 圃 場 減 少 し て 3 圃 場 ， 大 豆 が 1 圃 場 増 加 し て 18 圃 場 で あ っ た 。 一 方 で ， 慣 行 植 え _ 稲 は 同 数 で 65 圃 場 で あ っ た 。 ま た ， 作 付 け が 変 更 さ れ て 小 麦 が 作 付 け さ れ た 圃 場 が 5 圃 場 ， 何 も 作 付 け し な い 圃 場 が 1 圃 場 で あ っ た 。こ の 何 も 作 付 け し な い 圃 場 は ，反 復 が 無 い の で ，解 析 か ら 除 外 し た 。

3.3.2 使用 SAR データ

使 用 し た SAR の 2009 年 の 田 植 え 期（ 5 月 23 日 ）に 撮 影 さ れ た HH 偏 波 の 画 像 を 図 3-1 に 示 す 。 図 の 白 点 線 内 が 現 地 調 査 を お こ な っ た 範 囲 で あ る 。 SAR 画 像 は ， 11 日 に 1 回 の 撮 影 が 可 能 な X バ ン ド SAR 衛 星 の TSX を 用 い て ， 作 付 け 状 況 の 現 地 調 査 の 年 度 と 同 期 し て 2009 年 と 2010 年 の 2 カ 年 連 続 し て 田 植 え 期 と 生 育 期 の 撮 影 を お こ な っ た 。 各 年 の TSX デ ー タ の 緒 元 は 同 様 で ， 下 記 の 通 り で あ る 。

x 偏 波 ： HH ， VV

x 空 間 分 解 能 ： 観 測 時 約 2.3 m ， 解 析 時 1 m に リ サ ン プ リ ン グ x 入 射 角 ： 49.21 度 か ら 49.89 度

x 衛 星 軌 道 ： ア セ ン デ ィ ン グ

x 撮 影 モ ー ド ： 高 分 解 能 SpotLight モ ー ド

x プ ロ ダ ク ト タ イ プ ： マ ル チ ル ッ ク 処 理 ， 地 図 投 影 処 理 お よ び 地 形 補 正

22

し た Enhanced Ellipsoid Corrected （ EEC ） プ ロ ダ ク ト

田 植 え 期 と 生 育 期 の TSX の 撮 影 時 期 は ， 2009 年 の 場 合 ， 田 植 え 期 が 5 月 23

日 ，生 育 期 が 6 月 25 日 で あ り ， 2010 年 の 場 合 ，田 植 え 期 が 5 月 21 日 ，生 育

期 が 6 月 23 日 で あ る 。

23

表 3-1 研 究 対 象 の 圃 場 数 2009年 2010年

4 2

65 65

5 4

7 3

17 18

0 5

0 1

98 98

乾田直播_稲 大豆

小麦 作付なし

合計

水田の利用形態 圃場数 早植え_稲

慣行植え_稲 遅植え_稲

図

33-1 湛 水 期

5

23

24

3

H HH

25

3.3.3 解析のフロー

本 研 究 で 提 案 す る TSX デ ー タ を 用 い た 稲 作 水 田 を 分 類 す る 手 法 の 解 析 フ ロ ー を 図 3-2 に 示 す 。

（ 1 ） 圃 場 ポ リ ゴ ン の 作 成

圃 場 ご と の 後 方 散 乱 係 数 を 算 出 す る た め に ，圃 場 ポ リ ゴ ン を 作 成 す る 。古 川 農 業 試 験 場 の 2009 年 の 試 験 圃 場 図 を 参 考 に ， 2001 年 に 撮 影 し た 空 中 写 真 を 用 い て ，圃 場 の 畦 畔 を 確 認 し な が ら 作 成 す る 。圃 場 ポ リ ゴ ン に は ，属 性 と し て 圃 場 番 号 を 付 与 す る 。

（ 2 ） 2 時 期 の 後 方 散 乱 係 数 の 算 出

2009 年 の 田 植 え 期 ， 生 育 期 の 2 時 期 の TSX デ ー タ は ， 次 の 式 3.1 を 用 い て 後 方 散 乱 係 数 を 算 出 す る （ Infoterra ， 2008 ）。

σ

dB ＝ β

dB + 10 × log

(sin θ

) （ 3.1 ） β

dB ＝ 10 × log

( β

)

β

＝ ks ×｜ DN ｜

β

： ス ラ ン ト レ ン ジ の 単 位 面 積 あ た り の レ ー ダ 反 射 強 度 ks ： TSX の 撮 影 条 件 に よ る マ イ ク ロ 波 の 校 正 係 数

DN ： TSX デ ー タ の デ ジ タ ル ナ ン バ ー

β

dB ：ス ラ ン ト レ ン ジ の 単 位 面 積 あ た り の レ ー ダ 反 射 強 度 を デ シ ベ ル に 変 換 し た 値

σ

dB ：グ ラ ウ ン ド レ ン ジ の 単 位 面 積 あ た り の レ ー ダ 反 射 強 度 を デ シ ベ ル 変 換 し た 値

θ

： EEC プ ロ ダ ク ト の Geocoded Incidence Angle Mask に よ る 局 所 入 射 角

（ 3 ） 水 田 の 状 況 と 後 方 散 乱 係 数 の 関 係 把 握

早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 ，乾 田 直 播 _ 稲 ，大 豆 に つ い て ，水 田 の 状 況 と 後 方 散 乱 係 数 の 関 係 を 把 握 す る 。 こ の 関 係 の 把 握 で は ， 各 圃 場 の 湛 水 ， 土 壌 の 耕 起 お よ び 作 物 の 生 育 状 況 等 の 水 田 の 状 況 に お け る 後 方 散 乱 係 数 を 把 握 し ，早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 ，乾 田 直 播 _ 稲 ，大 豆 の 後 方 散 乱 係 数 の 大 小 の 違 い を 検 討 す る 。

（ 4 ） ク ラ ス タ ー 分 析 の 実 施

Iterative Self-Organizing Data Analysis Technique （ ISODATA ） 法

（ Memarsadeghi et al. ^， 2007 ） を 用 い て ク ラ ス タ ー 分 析 を お こ な う 。 ク ラ ス

タ ー 分 析 は ， 2009 年 と 2010 年 そ れ ぞ れ の 田 植 え 期 お よ び 生 育 期 の TSX デ ー

タ に 対 し て お こ な う 。

図

3-2 本

26

本 研 究 の 解解 析 フ ロ ー

27

（ 5 ） 圃 場 ご と の 特 徴 量 を 構 成 す る 各 ク ラ ス タ ー の 割 合 の 算 出

圃 場 ご と の 各 ク ラ ス タ ー の 割 合 は ，圃 場 ポ リ ゴ ン を 用 い て ，各 ク ラ ス タ ー の 画 素 数 と 圃 場 の 画 素 数 の 割 合 か ら 計 算 す る 。 以 下 の 式 3.2 か ら 算 出 す る 。

CPn ＝ Cn/N × 100 （ 3.2 ） CPn ： 1 圃 場 に 占 め る ク ラ ス タ ー n の 割 合

Cn ： ク ラ ス タ ー n に 分 類 さ れ た 画 素 数 N ： 1 圃 場 の 画 素 数

（ 6 ） 各 ク ラ ス タ ー の 意 味 把 握

田 植 え 期 と 生 育 期 の 水 田 利 用 形 態 の 特 徴 を あ ら わ す 後 方 散 乱 係 数 の 値 を 用 い て ， 類 型 化 さ れ た 各 ク ラ ス タ ー の 特 徴 の 把 握 を お こ な う 。

（ 7 ） 各 ク ラ ス タ ー の 割 合 の 大 小 関 係 に よ る 分 類 式 の 作 成 と 分 類 実 施

分 類 式 は ，圃 場 内 の ク ラ ス タ ー 分 析 に よ る 各 ク ラ ス タ ー の 割 合 に よ り 閾 値 を 決 定 し て 作 成 す る 。閾 値 設 定 の 方 法 に つ い て は 次 節 3.3.4 で 述 べ る 。導 き 出 し た 分 類 式 を も と に ，早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 ，乾 田 直 播 _ 稲 ，大 豆 の 分 類 を 実 施 す る 。

（ 8 ） 分 類 式 を 用 い た 水 田 利 用 形 態 の 分 類 マ ッ プ

分 類 結 果 は ， 圃 場 ポ リ ゴ ン の 属 性 と し て 記 録 し ， マ ッ プ を 作 成 す る 。

（ 9 ） 提 案 手 法 の 検 証

① 現 地 調 査 結 果 と の 比 較

上 記 の （ 1 ） か ら （ 7 ） の 処 理 で 作 成 し た 分 類 式 を 用 い て ， 早 植 え _ 稲 ， 慣 行 植 え _ 稲 ， 遅 植 え _ 稲 ， 乾 田 直 播 _ 稲 お よ び 大 豆 を 分 類 す る 。 分 類 し た 結 果 と 現 地 調 査 か ら 得 ら れ た 2009 年 の 圃 場 の 作 付 け 状 況 と 比 較 し て 提 案 手 法 の 精 度 を 調 べ る 。

② 他 年 次 デ ー タ へ の 適 用

本 手 法 の 有 効 性 を 調 査 す る た め に ， 他 年 次 の 2010 年 の TSX デ ー タ を 用 い て ， 本 手 法 と 同 様 の 方 法 で 分 類 式 を 作 成 し ， 2010 年 の 現 地 調 査 結 果 と 比 較 す る 。

③ 既 往 の 閾 値 法 と の 比 較

分 類 手 法 の 分 類 精 度 の 確 認 の た め に ，本 研 究 で 提 案 す る 手 法 と 従 来 用 い ら れ

て い る 閾 値 法 に よ る 早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 ，乾 田 直 播 _ 稲 を 含 む

稲 作 と 大 豆 と の 分 類 結 果 で 比 較 す る 。閾 値 法 に 使 用 す る デ ー タ は ，ス ペ ッ ク ル

ノ イ ズ の 低 減 を お こ な っ た 2009 年 の 田 植 え 期 と 生 育 期 の TSX デ ー タ お よ び

圃 場 ポ リ ゴ ン で あ る 。ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ を 低 減 す る た め の フ ィ ル タ は ， Lee フ

ィ ル タ （ Lee ， 1980 ） を 3 × 3 の ウ ィ ン ド ウ サ イ ズ で 適 用 す る 。 ま た ， 閾 値 の

決 定 手 法 は ， 客 観 性 を 保 つ た め に P-tile 法 （ 石 塚 ， 2006 ） を 用 い る 。

28

3.3.4 閾値の設定

前 節 3.3.3 （ 7 ） の 閾 値 設 定 で は ， Tukey （ 1977 ） が 提 唱 し た 探 索 的 デ ー タ

解 析 法 （ Exploratory data analysis ： EDA ） に よ る 箱 ひ げ 図 を 用 い る 。 箱 ひ

げ 図 は 細 長 い 箱 と ，そ の 両 端 か ら ひ げ を 出 す こ と に よ り ，最 小 値 ，最 小 値 か ら

最 大 値 ま で を 並 べ て 最 小 値 か ら 1/4 （ 25% ）の 第 1 四 分 位 点 ，中 央 値 ， 3/4 （ 75% ）

の 第 3 四 分 位 点 ， 最 大 値 を 示 す こ と が で き る 。 箱 は 第 1 四 分 位 点 と 第 3 四 分

位 点 を 短 辺 し た 長 方 形 で あ り ，こ の 箱 に ひ げ と し て 最 小 値 と 最 大 値 が 付 い て お

り ，箱 内 に あ る 横 棒 が 中 央 値 で あ る 。箱 ひ げ 図 で は ，水 田 利 用 形 態 ご と の 各 ク

ラ ス タ ー の 外 れ 値 ， 中 央 値 お よ び 四 分 位 数 を 視 覚 的 に 確 認 す る こ と が で き る 。

よ っ て ，各 水 田 利 用 形 態 を 分 類 す る た め の 閾 値 は ，箱 ひ げ 図 を 確 認 し な が ら 各

水 田 利 用 形 態 が 重 複 し な い よ う に 設 定 す る 。

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3.4 結果と考察

3.4.1 提案手法の 2009年の解析

（ 1 ） 水 田 の 状 況 と 後 方 散 乱 係 数 の 関 係

水 田 の 利 用 形 態 ご と の 田 植 え 期 （ 5 月 23 日 ）， 生 育 期 （ 6 月 25 日 ） そ れ ぞ れ の HH 偏 波 お よ び VV 偏 波 の 後 方 散 乱 係 数 を そ れ ぞ れ 図 3-3 の（ a ）と（ b ） に 示 す 。

ま ず ， 田 植 え 期 で の 後 方 散 乱 係 数 の 中 央 値 を み る と ， HH ， VV 偏 波 と も ， 田 植 え で 湛 水 し て い る 早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 お よ び 遅 植 え _ 稲 は ，乾 田 直 播 _ 稲 ， 大 豆 と 比 べ て み る と 非 常 に 低 い 値 で あ る 。 乾 田 直 播 _ 稲 と 大 豆 の VV 偏 波 を 比 較 し て み る と ， 乾 田 直 播 _ 稲 が 大 豆 よ り 後 方 散 乱 係 数 が 大 き い 。 こ の 理 由 は ，大 豆 は 播 種 前 で 耕 起 等 の 作 業 に も 入 っ て い な い 状 況 で あ る の に 対 し ，乾 田 直 播 _ 稲 は 筋 状 に 播 種 さ れ 畝 た て が お こ な わ れ て お り ， 土 壌 表 面 の 凹 凸 が あ る た め と 考 え ら れ る 。早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 お よ び 遅 植 え _ 稲 を 比 べ る と ， HH 偏 波 で は ，早 植 え _ 稲 ＞ 遅 植 え _ 稲 ＞ 慣 行 植 え _ 稲 で あ り ， VV 偏 波 だ と 早 植 え _ 稲 ＞ 慣 行 植 え _ 稲 ＞ 遅 植 え _ 稲 と な っ て い る 。 X バ ン ド SAR で の 後 方 散 乱 係 数 は ，作 物 が 大 き く な る と 後 方 散 乱 係 数 が 大 き く な る こ と が 知 ら れ て い る 。し か し ，早 く 田 植 え を お こ な っ た 順 に 後 方 散 乱 係 数 が 大 き く な っ て い な い 。こ の 理 由 は ，植 え た 苗 の 大 き さ が 統 一 さ れ て な い こ と と ，田 植 え 後 に ，ま ず ，根 が 生 育 し ，そ の 後 に 地 上 部 が 生 育 す る た め ，田 植 え 後 1 ～ 2 週 間 は 地 上 部 が 生 育 せ ず に 重 量 が 減 少 す る こ と が あ り ，こ の 結 果 は 妥 当 で あ る と 考 え ら れ る 。生 育 期 で の HH 偏 波 を み る と ，早 植 え _ 稲 ＞ 慣 行 植 え _ 稲 ＞ 遅 植 え _ 稲 ＞ 大 豆 ＞ 乾 田 直 播 _ 稲 と な る 。 大 豆 は 田 植 え 期 よ り 生 育 期 の 後 方 散 乱 係 数 が 低 い が ， 播 種 直 後 で あ り ，大 豆 の 発 芽 率 を 上 げ る た め ，ロ ー ラ を 用 い た 土 壌 を 鎮 圧 す る 作 業 に よ り 土 壌 面 が 平 ら に な っ て い る こ と に よ る 。 乾 田 直 播 _ 稲 の 稲 は ， ま だ 小 さ く ， 湛 水 状 態 に あ る た め ，田 植 え 期 よ り 後 方 散 乱 係 数 が 低 い の は 当 然 で あ る 。生 育 期 で の VV 偏 波 を み る と ， 早 植 え _ 稲 ＞ 慣 行 植 え _ 稲 ＞ 乾 田 直 播 _ 稲 ＞ 遅 植 え _ 稲 ＞ 大 豆 と な っ て い る が ，そ の 差 は 少 な い 。遅 植 え _ 稲 よ り 乾 田 直 播 _ 稲 の 後 方 散 乱 係 数 が 小 さ い の は ， こ の と き ， 遅 植 え _ 稲 の 生 育 期 の 水 田 で 縦 構 造 の 形 状 が 少 な か っ た こ と に よ る と 考 え ら れ ，稲 の 葉 が 展 開 し て 縦 構 造 か ら 横 構 造 に 変 化 し た た め と 考 え ら れ る 。こ の よ う に ，水 田 利 用 形 態 に よ る 後 方 散 乱 係 数 の 違 い は ， HH 偏 波 お よ び VV 偏 波 と も に わ ず か な 場 合 が 多 く ，こ れ ら の 形 態 を 閾 値 法 で 分 類 す る こ と は 困 難 で あ る 。

田 植 え 期 か ら 生 育 期 へ の 後 方 散 乱 係 数 の 中 央 値 の 変 化 は ， 早 植 え _ 稲 ， 慣 行

植 え _ 稲 ， 遅 植 え _ 稲 が 増 加 し た 。 早 植 え _ 稲 は HH 偏 波 が 約 － 8 dB の 増 加 ，

VV 偏 波 が 約 － 4 dB の 増 加 ，慣 行 植 え _ 稲 は ， HH 偏 波 が 約 － 7 dB の 増 加 ， VV

偏 波 が 約 － 5 dB の 増 加 ，遅 植 え _ 稲 は ， HH 偏 波 が 約 － 6 dB の 増 加 ， VV 偏 波

が 約 － 5 dB の 増 加 で あ っ た 。一 方 で ，乾 田 直 播 _ 稲 と 大 豆 は ，後 方 散 乱 係 数 が

30

田 植 え 期 か ら 生 育 期 に か け て 減 少 し た 。 乾 田 直 播 _ 稲 は ， HH 偏 波 が 約 － 4 dB

の 減 少 ， VV 偏 波 が 約 － 2 dB の 減 少 ， 大 豆 は ， HH 偏 波 ， VV 偏 波 と も に 約 －

1 dB の 減 少 で あ っ た 。 HH 偏 波 は VV 偏 波 よ り も 大 き な 増 加 の 変 化 が あ っ た 。

図 3-3 田 植

（

（ 植 え 期 と 生

31

（ a ） HH 偏

（ b） VV 偏 育 期 の 後 方

偏 波

波

方 散 乱 係 数 数 （ 2009 年 年 ）

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（ 2 ） ク ラ ス タ ー 分 析 の 実 施

ク ラ ス タ ー 分 析 は ， い く つ の 分 類 に す る か と い う ク ラ ス タ ー 数 を 指 定 す る 。

こ の た め ，本 分 析 に 先 立 ち ，事 前 の ク ラ ス タ ー 分 析 を 実 施 し た 結 果 で は ，ク ラ

ス タ ー 数 が 4 以 下 で あ る と 稲 作 水 田 と 大 豆 の 特 徴 量 の 傾 向 が 類 似 し て い た 。

ク ラ ス タ ー 数 が 5 以 上 で あ れ ば ， 稲 作 水 田 と 大 豆 の 特 徴 量 の 傾 向 が 異 な る こ

と が 確 認 で き た 。し た が っ て ，本 研 究 で の ク ラ ス タ ー 数 は ，稲 作 水 田 と 大 豆 の

特 徴 量 の 傾 向 が 異 な る 最 小 の ク ラ ス タ ー 数 の 5 と し た 。 HH 偏 波 の 田 植 え 期（ 5

月 23 日 ） と 生 育 期 （ 6 月 25 日 ） の 後 方 散 乱 係 数 を 2 バ ン ド と し て ク ラ ス タ

ー 分 析 を 実 施 し ， 図 3-4 に 各 ク ラ ス タ ー の 2 時 期 の 後 方 散 乱 係 数 を 示 し ， 図

3-5 に 各 水 田 利 用 形 態 圃 場 に お け る 各 ク ラ ス タ ー 値 の 分 布 画 像 を 示 し た 。

図 3 -4 各 ク ラ ラ ス タ ー の田 植 え 期 と

33

と 生 育 期 の の 後 方 散 乱係 数（ 20099 年： HH 偏 偏 波 ）

図 3 -5 各 水 田 田 利 用 形 態圃 場 に お け H

34 け る 各 ク ラ

HH 偏 波 ）

ラ ス タ ー 値 の 分 布 画 像 像 （ 2009 年 ：

35

（ 3 ） 各 ク ラ ス タ ー の 意 味

5 つ の ク ラ ス タ ー を 構 成 す る 田 植 え 期 と 生 育 期 の 後 方 散 乱 係 数 の 特 徴 に つ い て ， 図 3-3 ， 図 3-4 お よ び 図 3-5 か ら 把 握 し た 。

・ ク ラ ス タ ー 1

ク ラ ス タ ー 1 の 後 方 散 乱 係 数 の 中 央 値 は ， 両 時 期 と も に 小 さ い 値 で あ る が ， 田 植 え 期 よ り 生 育 期 の 方 が よ り 小 さ か っ た （ 図 3-4 ）。 図 3-5 を み る と ， い ず れ の 水 田 利 用 形 態 も ク ラ ス タ ー 1 が 少 し ず つ 存 在 し て い る こ と が 認 め ら れ る 。 図 3-3 に 示 す 田 植 え 期 の 湛 水 し た 稲 作 水 田（ 早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 ） の 後 方 散 乱 係 数 と 図 3-4 に 示 す 田 植 え 期 と 生 育 期 の 後 方 散 乱 係 数 が ほ ぼ 同 様 で あ る た め ，田 植 え 期 と 生 育 期 の 水 面 等 の 滑 ら か な 面 に よ る 鏡 面 散 乱 を あ ら わ し て い る と 考 え ら れ る 。理 解 の た め に「 田 植 え 期 の 主 な 散 乱 体・生 育 期 の 主 な 散 乱 体 」と 記 述 す る と「 ほ ぼ 滑 ら か 面・滑 ら か 面 」の ク ラ ス タ ー と 記 述 で き る 。

・ ク ラ ス タ ー 2

ク ラ ス タ ー 2 は 田 植 え 期 か ら 生 育 期 に か け て 後 方 散 乱 係 数 が 増 加 し て お り

（ 図 3-4 ），早 植 え _ 稲 ，慣 行 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 で 卓 越 し て い た（ 図 3-5 ）。図 3-3 と 図 3-4 を 比 べ る と 田 植 え 期 で は ， 湛 水 し た 稲 作 水 田 （ 慣 行 植 え _ 稲 ， 早 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 ）よ り 後 方 散 乱 係 数 が 小 さ く ，水 面 か ら の み の 散 乱 と な り ， 生 育 期 に お い て は ， 生 育 し て い る 植 物 体 に よ る 散 乱 を あ ら わ し て い る 。「 滑 ら か 面 ・ 植 物 体 」 と 記 述 す る 。

・ ク ラ ス タ ー 3

ク ラ ス タ ー 3 も ク ラ ス タ ー 2 と 同 様 に ，田 植 え 期 か ら 生 育 期 に か け て 増 加 し て い る が ，田 植 え 期・生 育 期 と も ，ク ラ ス タ ー 2 よ り 後 方 散 乱 係 数 が 大 き い（ 図 3-4 ）。 ま た ， い ず れ の 水 田 利 用 形 態 で も 存 在 し て い る （ 図 3-5 ）。 こ の ク ラ ス タ ー は ，図 3-3 に 示 す 田 植 え 期 に お い て は ，水 面 が 主 な 慣 行 植 え _ 稲 ，早 植 え _ 稲 ，遅 植 え _ 稲 よ り 後 方 散 乱 係 数 が 大 き く ，土 壌 を 主 に 観 測 し て い る 乾 田 直 播 _ 稲 ，大 豆 よ り 小 さ い 値 で あ る 。生 育 期 に お い て は ，植 物 体 に よ り 後 方 散 乱 係 数 が 大 き く な っ て お り ， 早 植 え _ 稲 ， 遅 植 え _ 稲 ， 慣 行 植 え _ 稲 よ り も 大 き な 値 と な っ て い る 。 こ の た め ，「 中 間 の 面 ・ 植 物 体 」 と 記 述 す る 。

・ ク ラ ス タ ー 4

ク ラ ス タ ー 4 は 田 植 え 期 か ら 生 育 期 に か け て 後 方 散 乱 係 数 が 減 少 し た （ 図 3-4 ）。こ の ク ラ ス タ ー 4 は ，主 に 乾 田 直 播 _ 稲 ，大 豆 に 存 在 し て い る（ 図 3-5 ）。

田 植 え 期 の 値 は ， 図 3-3 の ど の 値 よ り も ほ ぼ 高 く ， 乾 田 直 播 _ 稲 の 値 に 最 も 近 い 。 生 育 期 は ， 大 豆 と 同 等 な 値 で あ る 。「 粗 い 面 ・ 中 間 の 面 」 と 記 述 す る 。

・ ク ラ ス タ ー 5

ク ラ ス タ ー 5 は 各 時 期 と も － 10 dB 以 上 の 後 方 散 乱 係 数 を 示 し た （ 図 3-4 ）。

図 3-3 に 示 す い ず れ の 値 よ り 大 き く ，畝 な ど の 土 壌 面 等 の 入 射 方 向 に 強 い 散 乱

が 2 回 と も 観 測 さ れ て お り ，乾 田 直 播 _ 稲 や 大 豆 に 存 在 し て い る（ 図 3-5 ）。ク

ラ ス タ ー 5 は 「 粗 い 面 ・ 粗 い 面 」 と 記 述 す る 。