( 財 ) 日 本 建 設 情 報 総 合 セ ン タ ー 研 究 助 成 事 業 報 告 書
指 定 課 題 １ − １ 助 成 番 号 第 ２ ０ ０ ４ − ２ 号
地球観測衛星情報を導入した
リアルタイム環境・災害監視用データモデルの構築
平 成 １ ７ 年 ９ 月
広 島 工 業 大 学 環 境 学 部 環 境 情 報 学 科 教 授 菅 雄 三
― 目 次 −
１ ． は じ め に ··· 1
２ ． 直 接 受 信 処 理 の 地 球 観 測 衛 星 デ ー タ 諸 元 ··· 2
２ ． １ LANDSAT-7 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様 ··· 2
２ ． ２ EROS-A1 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様 ··· 2
２ ． ３ ENVISAT-1 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様 ··· 3
２ ． ４ 低 分 解 能 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様 ··· 4
３ ． 多 段 階 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ ··· 5
３ ． １ 対 象 地 域 及 び 使 用 デ ー タ ··· 5
３ ． ２ オ ル ソ 補 正 処 理 ··· 6
３ ． ３ パ ン シ ャ ー プ ン 処 理 ··· 6
３ ． ４ 光 学 ・ マ イ ク ロ 波 デ ー タ の 合 成 処 理 ··· 6
３ ． ５ 精 密 マ ッ ピ ン グ 画 像 の 生 成 ··· 7
３ ． ６ 多 段 階 リ モ ー ト セ ン シ ン グ に よ る デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ ··· 8
４ ． 環 境 モ ニ タ リ ン グ ··· 10
４ ． １ 環 境 変 化 検 出 ··· 11
４ ． ２ 植 生 変 化 検 出 ··· 12
４ ． ３ 海 岸 線 変 化 検 出 ··· 13
４ ． ４ 土 地 被 覆 変 化 検 出 ··· 15
４ ． ５ 農 作 物 生 育 変 化 検 出 ··· 16
５ ． 災 害 モ ニ タ リ ン グ ··· 20
５ ． １ 河 川 閉 塞 地 の 検 出 ··· 20
５ ． ２ 被 災 地 の 検 出 ··· 21
６ ． 光 学 系 お よ び マ イ ク ロ 波 セ ン サ デ ー タ の 融 合 化 ··· 22
７ ． 衛 星 ス テ レ オ 画 像 に よ る DEM 及 び オ ル ソ 画 像 の 作 成 ··· 24
８ ． 斜 面 崩 壊 危 険 度 推 定 画 像 の 作 成 ··· 26
９ ． お わ り に ··· 27
参 考 文 献 ··· 31
地 球 観 測 衛 星 情 報 を 導 入 し た リ ア ル タ イ ム 環 境 ・ 災 害 監 視 用 デ ー タ モ デ ル の 構 築
広 島 工 業 大 学 環 境 学 部 環 境 情 報 学 科 教 授 菅 雄 三
１ ． は じ め に
広 島 工 業 大 学 地 球 観 測 衛 星 デ ー タ 受 信 局 で は 、文 部 科 学 省 学 術 フ ロ ン テ ィ ア 推 進 事 業 の 一 環 と し て 、地 球 観 測 衛 星 デ ー タ の 直 接 受 信 処 理 に 基 づ く 環 境・災 害 監 視 シ ス テ ム の 研 究 開 発 を 実 施 し て い る（ 図 １ ）。こ の た め に 現 在 、LANDSAT-7/ETM+、
EROS-A1/NA-30、 ENVISAT-1/ASAR 、 TERRA・ AQUA/MODIS、 NOAA-15,16,17/AVHRR、
の 複 数 の 地 球 観 測 衛 星 デ ー タ の 直 接 受 信 処 理 を 行 っ て い る 。
本 稿 で は 、こ れ ら の 衛 星 デ ー タ の 特 性 を 生 か し た 各 種 衛 星 情 報 の 生 成 な ら び に 複 数 の 衛 星 デ ー タ を 用 い た 多 段 階 的 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ デ ー タ セ ッ ト 構 築 手 法 の 開 発 と 実 際 の 環 境 ・ 災 害 監 視 に 関 す る 適 用 事 例 に つ い て 報 告 す る 。
図 1 広 島 工 業 大 学 地 球 観 測 衛 星 デ ー タ 受 信 局
E R O S - A 1 © I S I L A N D S AT- 7 © U S G S
7 . 3 m 可 搬 型 衛 星 受 信 装 置© H I T 1 3 m 汎 用 型 衛 星 受 信 装 置© H I T
地 球 観 測 衛 星 デ ー タ 解 析 処 理 シ ス テ ム© H I T
© H I T / H E E I C
ヨ ー ロッ パ 地 球 環 境 観 測 衛 星 （E N V I S AT- 1 )
© E S A
２ ． 直 接 受 信 処 理 の 地 球 観 測 衛 星 デ ー タ 諸 元 ２ ． １ LANDSAT-7 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様
LANDSAT-7/ETM+ (Enhanced Thematic Mapper Plus) の デ ー タ 諸 元 は 、 表 １ に 示 す と お り で あ る 。ETM+の 観 測 デ ー タ は 、15ｍ 空 間 分 解 能 の パ ン ク ロ マ テ ィ ッ ク 、 30ｍ 空 間 分 解 能 の 可 視 ・ 近 赤 外 、 短 波 長 赤 外 そ し て 60ｍ 空 間 分 解 能 の 熱 赤 外 デ ー タ か ら 構 成 さ れ て い る 。
(出 典 ： U.S.Geological Survey)
２ ． ２ EROS-A1 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様
EROS-A1 衛 星 の 性 能 仕 様 は 、 表 ２ に 示 す と お り で あ る 。 高 度 480km、 降 交 点 地 方 時 刻 は 午 前 10 時 30 分 、 回 帰 日 数 は 15 度 以 内 の 円 錐 型 観 測 で 7 日 、 緯 度 40 度 で の 30 度 の 円 錐 型 観 測 で 2〜 7 日 、 45 度 の 円 錐 型 観 測 で 2 日 で あ る 。
撮 像 仕 様 は 、 表 ３ に 示 す と お り で あ る 。 撮 像 は 、 最 大 ス キ ャ ニ ン グ 速 度 750 ラ イ ン /秒 の プ ッ シ ュ ブ ル ー ム 方 式 を 採 用 し て お り 、 CCD セ ン サ に よ り 可 視 光 領 域 0.5〜 0.9μ m の パ ン ク ロ マ テ ィ ッ ク バ ン ド の 画 像 取 得 を 12 ビ ッ ト で 行 う 。 地 上 分 解 能 は 、 高 度 480km で の 天 底 点 に お い て 1.8m で 、 観 測 幅 は 12.5km で あ る 。 モ ノ ス ト リ ッ プ 画 像 、離 散 的 画 像 、モ ザ イ ク 画 像 、ス テ レ オ モ ノ ス ト リ ッ プ 画 像 、 ス テ レ オ 画 像 な ど の 画 像 取 得 が 、 そ れ ぞ れ の 画 像 サ イ ズ で 可 能 で あ る 。
EROS-A1 衛 星 画 像 の 直 接 受 信 処 理 に よ る 画 像 生 成 で は 、画 像 の 取 得 状 況 を リ ア ル タ イ ム で 確 認 で き る ク イ ッ ク ル ッ ク 処 理 及 び 画 像 生 成 処 理 を 行 っ て い る 。画 像
表 １ LANDSAT-7/ETM+ characteristics.
Band Number
Spectral Range(microns)
Ground
Resolution(meters)
1 .45 to .515 30
2 .525 to .605 30
3 .63 to .690 30
4 .75 to .90 30
5 1.55 to 1.75 30
6 10.40 to 12.5 60
7 2.09 to 2.35 30
Pan .52 to .90 15
Swath width: 185 kilometers Repeat coverage
interval:
16 days (233 orbits) Altitude: 705 kilometers Quantization: Best 8 of 9 bits On-board data
storage:
〜375 GB (solid state)
Inclination: Sun-synchronous, 98.2 degrees Equatorial crossing: Descending node; 10:00am +/-
15 min.
生 成 で は 、放 射 系 補 正 さ れ た L1A 及 び 幾 何 学 系 補 正 さ れ た L1B プ ロ ダ ク ト の 生 成 処 理 を 行 い 、 受 信 後 約 15 分 程 度 で 第 1 シ ー ン 目 の 画 像 生 成 が 可 能 で あ る 。
(出 典 ： ImageSat International)
２ ． ３ ENVISAT-1 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様
ENVISAT-1/ASAR(Advanced Synthetic Aperture Radar)の デ ー タ 諸 元 は 、 表 ４ に 示 す と お り で あ る 。イ メ ー ジ・モ ー ド で は 、空 間 分 解 能 30m で 比 較 的 細 長 い 帯 状 の 領 域 (約 485km の 視 野 領 域 の 中 の 100km)か ら 観 測 デ ー タ を 収 集 す る 。ス キ ャ ン サ ー・モ ー ド で は 、さ ら に 広 い 帯 状 の 領 域 モ ー ド (約 400km)で 、空 間 分 解 能 150m で 画 像 の 取 得 が 行 わ れ る 。 偏 波 モ ー ド で は 、 同 じ シ ー ン の VV/HH、 HH/HV、 及 び VV/VH 偏 波 に お け る 画 像 の 取 得 が 行 わ れ る 。本 学 で は 、以 上 の ３ つ の モ ー ド で の 直 接 受 信 処 理 を 行 っ て い る 。こ の 他 に は 、ウ エ イ ブ モ ー ド で 、海 洋 表 面 波 か ら の レ ー ダ ー 後 方 散 乱 に お け る 変 化 の 測 定 や グ ロ ー バ ル モ ー ド で 、 広 い 帯 状 の 領 域 (約 400km)を 空 間 分 解 能 1km で 画 像 取 得 が 可 能 で あ る 。
表 ２ EROS-A1 satellite performance
Altitude 480 km ± 10 km Inclination 97.3° ± 0.04°
Local time of descending node 10:30 a.m. ± 15 min Revisit of any point above the
earth within a 15° cone
Within 7 days Revisit period within ± 40°
latitude 30°cone 45°cone
2 to 7 days
2 days
表 ３ EROS-A1 satellite tasking
Scanning Pushbroom（scanning speed of 750 lines/sec
max）
Image sunlight conditions
Sun-over-horizon angle More than 20°
Sensor type CCD
Spectral band 0.5 to 0.9μ Sampling depth of
images
12 bits Sampling depth of
transmitted
11 bits Signal to noise ratio <2/2,048 gray levels
after quantization Ground sampling
distance
1.8m at nadir from 480 km
Swath width At least 12.5 km at nadir from 480 km
(出 典 ： European Space Agency)
２ ． ４ 低 分 解 能 衛 星 デ ー タ の 性 能 仕 様
以 上 に 加 え て 、本 学 で は 表 ５ に 示 す 低 分 解 能 の 衛 星 デ ー タ の 受 信 処 理 も 行 っ て い る 。こ れ に よ り 、局 所 規 模 か ら 広 域 規 模 に 至 る 多 段 階 的 な 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ デ ー タ セ ッ ト の 構 築 を 定 常 的 に 実 施 し て い る 。
表 4 ENVISAT-1/ASAR Instrument Parameters
Image Wide Swath Alternating/cr
oss Polarization
Wave Global Monitoring Polarization VV or HH VV or HH VV/HH ,
VV/VH or HH/HV
VV or HH VV or HH
Spatial Resolution
along-track ≦30ｍ ≦150ｍ ≦30ｍ ≦10ｍ ≦1000ｍ
across-track
≦30ｍ (〜4looks)
≦150ｍ (〜12looks)
≦30ｍ (〜2looks)
≦10ｍ (single look)
≦1000ｍ
（＞7looks) Radiometric
Resolution ≦2.5dB ≦2.0dB ≦3.6dB ≦2.3dB ≦1.6dB
Swath Width
up to
100km ≧400km up to 100km
5km
vignette ≧400km
Ambiguity Ratio(point)
along-track ≧27dB ≧24dB ≧21dB ≧27dB ≧26dB
across-track ≧30dB ≧24dB ≧25dB ≧30dB ≧24dB
Ambiguity
Ratio(Distrib.)
along-track ≧23dB ≧22dB ≧20dB ≧23dB ≧23dB
across-track ≧13dB ≧13dB ≧13dB ≧17dB ≧13dB
Radiometric
Accuracy(36) ≦1.6dB ≦1.5dB ≦2.0dB ≦2.2dB ≦1.8dB
Centre Frequency 5.331 GHz
Pulse Repet. Frequ. 1650 to 2100 Hz
Chirp Bandwidth up to 16 MHz
Antenna Size 10m × 1.3m
表 ５ 低 分 解 能 衛 星 データの諸 元
衛 星 /センサ 空 間 分 解 能
(m)
観 測 幅 (km)
バンド数 波 長 帯 (μm) 回 帰 日 数 (日 )
量 子 化 ビ ッ ト 数 (bits)
NOAA-17/AVHRR 1100 2800 6 0.58-12.5 1-2 8, 10
TERRA/MODIS 250, 500, 1000
2330 36 0.405-14.385 1-2 12
AQUA/MODIS
250, 500,
1000 2330 36 0.405-14.385 1-2 12
３ ． 多 段 階 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ
広 島 工 業 大 学 で は 、光 学 セ ン サ 搭 載 衛 星 の EROS-A1/NA-30、LANDSAT-7/ETM+及 び マ イ ク ロ 波 セ ン サ 搭 載 衛 星 の ENVISAT-1/ASAR デ ー タ の 直 接 受 信 処 理 を 行 っ て い る 。本 研 究 で は 、こ れ ら の 衛 星 画 像 を 用 い て 、航 空 写 真 及 び 地 上 で の 電 子 平 板 測 量 の デ ー タ と の 統 合 処 理 を 試 み た 。こ れ に 基 づ く 多 段 階 的 な デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ を 提 案 し 、 そ の 適 用 事 例 に つ い て 報 告 す る 。
多 段 階 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ で は 、そ れ ぞ れ の 衛 星 が 持 つ 分 解 能 の 特 性 を 利 用 し 、デ ー タ セ ッ ト を 構 築 す る 。空 間 的 、ス ペ ク ト ル 的 、時 間 的 、放 射 量 的 分 解 能 の 異 な る 複 数 の 衛 星 デ ー タ か ら 、多 段 階 的 な 衛 星 画 像 デ ー タ セ ッ ト の 構 築 が 可 能 で あ る (図 ２ )。
３ ． 1 対 象 地 域 及 び 使 用 デ ー タ
本 研 究 で は 、広 島 市 及 び そ の 周 辺 を 対 象 と し て 、表 ６ に 示 す 衛 星 画 像 デ ー タ を 使 用 し た 。 ま た 、 1999 年 7 月 8 日 に 撮 影 し た 広 島 工 業 大 学 周 辺 に お け る オ ル ソ 補 正 処 理 さ れ た 航 空 写 真 画 像 及 び 学 内 で 行 っ た 電 子 平 板 測 量 デ ー タ を 使 用 し た 。 LANDSAT-7/ETM+画 像 に つ い て は 、数 値 地 図 25000 を 基 準 画 像 と し て 、地 上 基 準 点 を 用 い た 幾 何 補 正 を 行 っ た 。 こ の 場 合 、 リ サ ン プ リ ン グ の サ イ ズ を 30m と し た 。 EROS-A1/NA-30 画 像 に つ い て は 、 ス テ レ オ ペ ア 画 像 か ら オ ル ソ 補 正 を 行 っ た 。 ENVISAT-1/ASAR 画 像 に つ い て は 、 デ ィ セ ン デ ィ ン グ 及 び ア セ ン デ ィ ン グ で 観 測 さ れ た 画 像 と 数 値 地 図 50m メ ッ シ ュ 標 高 を 使 用 し 、フ ォ ア シ ョ ー ト ニ ン グ の 補 正 を 行 っ た 。
地 域 規 模
(中 分 解 能 衛 星 画 像) 局 所 規 模(高 分 解 能 衛 星 画 像) ©2002 ISI licensed by HEEIC図 ２ 多 段 階 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ デ ー タ セ ッ ト の 概 念
３ ． ２ オ ル ソ 補 正 処 理
オ ル ソ 補 正 は 、多 項 式 変 換 だ け で は 除 去 で き な い 地 形 の 影 響 に よ る 歪 み な ど を 補 正 す る た め に 、 DEM（ Digital Elevation Model） を 使 用 し て 、 正 射 投 影 変 換 す る こ と を 目 的 と し て い る 。 本 研 究 で は 、 EROS-A1 衛 星 画 像 に つ い て 、 1 時 期 2 枚 の ス テ レ オ ペ ア 画 像 か ら DEM を 生 成 す る こ と に よ り 、オ ル ソ 補 正 を 行 い 、正 射 投 影 画 像 を 生 成 し た 。こ の 場 合 、リ サ ン プ リ ン グ の サ イ ズ を 2.1m と し た 。ENVISAT-1 衛 星 画 像 に つ い て は 、幾 何 補 正 済 み の LANDSAT-7/ETM+画 像 と の 標 定 処 理 を 行 い 、 国 土 地 理 院 刊 行 の 数 値 地 図 50m メ ッ シ ュ 標 高 を 用 い て 、フ ォ ア シ ョ ー ト ニ ン グ 補 正 を 行 っ た 。 こ の 場 合 、 リ サ ン プ リ ン グ の サ イ ズ を 15m と し た 。
３ ． ３ パ ン シ ャ ー プ ン 処 理
LANDSAT-7/ETM+デ ー タ 及 び EROS-A1/NA-30 デ ー タ を 用 い て 、パ ン シ ャ ー プ ン 処 理（ ス ペ ク ト ル 情 報 を 残 し た ま ま 、低 い 空 間 解 像 度 の デ ー タ を 高 い 空 間 解 像 度 の デ ー タ へ リ サ ン プ リ ン グ す る 処 理 ）画 像 を 生 成 し た 。パ ン シ ャ ー プ ン 画 像 生 成 の た め の 手 順 と し て は 、 ま ず 中 分 解 能 で マ ル チ バ ン ド 画 像 で あ る ETM+に 対 し て 、 数 値 地 図 を 基 準 画 像 と し て 精 密 な 幾 何 補 正 を 行 っ た 。 次 に 、 幾 何 補 正 し た ETM+
の マ ル チ ス ペ ク ト ル 画 像 に 対 し て 、 15m に リ サ ン プ リ ン グ 処 理 し た ENVISAT-1/ASAR 画 像 デ ー タ と 2.1m に リ サ ン プ リ ン グ 処 理 し た EROS-A1/NA-30 画 像 デ ー タ を そ れ ぞ れ 、 RGB-HSI 変 換 に よ り H（ Hue）、 S（ Saturation） に ETM+
デ ー タ 、 I（ Intensity） に ASAR 及 び NA-30 デ ー タ を 割 り 当 て た レ ゾ リ ュ ー シ ョ ン ・ マ ー ジ 処 理 に よ り パ ン シ ャ ー プ ン 画 像 を 生 成 し た 。
３ ． ４ 光 学 ・ マ イ ク ロ 波 デ ー タ の 合 成 処 理
光 学 及 び マ イ ク ロ 波 デ ー タ の 合 成 処 理 の た め に 、 LANDSAT-7/ETM+ 画 像 と ENVISAT-1/ASAR 画 像 と の 間 で 標 定 処 理 を 行 い 、空 間 分 解 能 が ASAR 画 像 と 同 じ に な る よ う に リ サ ン プ リ ン グ 処 理 を 行 っ た 。 こ こ で は 、 広 島 市 周 辺 を 対 象 と し て 、
Satellite Sensor Date
Landsat-7 ETM+ ch:1,2,3,4,5,7
(30m) 2003/04/10 EROS-A1 NA-30 pan:1 (1.8m) 2001/05/26 2005/01/28 ENVISAT-1 ASAR pan:1 (30m)
2005/02/01
表 ６ 使 用 衛 星 デ ー タ
デ ィ セ ン デ ィ ン グ 及 び ア セ ン デ ィ ン グ で 撮 像 さ れ た 2 時 期 の ENVISAT-1/ASAR の フ ォ ア シ ョ ー ト ニ ン グ 補 正 画 像 に 合 わ せ 、ピ ク セ ル サ イ ズ 15m に リ サ ン プ リ ン グ 処 理 を 行 っ た 。 こ れ ら を レ イ ヤ ー 構 造 化 し て 、 R に ASAR、 G に ETM+ Band5、 B に ETM+ Band1 を 割 り 当 て て カ ラ ー 合 成 画 像 を 生 成 し た 。 赤 色 が 強 く な る ほ ど 地 表 面 の 起 伏 が 激 し い 場 所 で あ り 、 市 街 地 の 中 高 層 建 築 物 の 分 布 を 反 映 し て い る 。
３ ． ５ 精 密 マ ッ ピ ン グ 画 像 の 生 成
高 空 間 分 解 能 を 有 す る マ ル チ ス ペ ク ト ル 画 像 の 生 成 を 目 的 に 高 空 間 分 解 能 の EROS-A1/NA-30デ ー タ と LANDSAT-7/ETM+デ ー タ の 観 測 及 び 受 信 処 理 を 行 っ た 。 取 得 さ れ た 両 画 像 か ら 解 像 度 融 合 処 理 に よ り パ ン シ ャ ー プ ン 画 像 を 作 成 し た ( 図 ３ )。 高 空 間 分 解 能 及 び マ ル チ ス ペ ク ト ル 分 解 能 特 性 を 生 か し た 衛 星 画 像 に よ る 統 合 処 理 か ら 精 密 マ ッ ピ ン グ 画 像 の 生 成 が 期 待 で き る 。
LANDSAT-7/ETM+
2003年4
月
10日(広 島 市
)図 ３ 衛 星 画 像 統 合 処 理
EROS-A1 HS L1B 2003年10月2
日
©2003 ISI licensed by HEEIC
パ ン シ ャ ー プ ン 画 像
３ ． ６ 多 段 階 リ モ ー ト セ ン シ ン グ に よ る デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ
GPS と CAD を 用 い た 精 密 デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ に つ い て の 検 討 も 行 っ た 。こ こ で は 、GPS 測 量 に よ る 基 線 解 析・ 点 検 計 算・ 三 次 元 網 平 均 計 算 か ら 平 面 直 角 座 標 値 及 び 標 高 値 を 算 定 し た 。こ れ ら を 、ト ー タ ル ス テ ー シ ョ ン と CAD に よ る 電 子 平 板 測 量 の た め の 基 準 点 と し 、二 次 元 及 び 三 次 元 CAD デ ー タ を 作 成 し た 。さ ら に 、CAD デ ー タ と オ ル ソ 補 正 さ れ た 航 空 写 真 と の 合 成 処 理 に よ り 精 密 デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ を 行 っ た 。電 子 平 板 測 量 で 使 用 す る 基 準 点 に つ い て は 、ト ー タ ル ス テ ー シ ョ ン を 用 い て 精 度 検 証 を 行 っ た 。 こ こ で は 、 水 平 距 離 １ cm 未 満 を 許 容 範 囲 と し た 。 ま た 、国 土 地 理 院 か ら 公 表 さ れ て い る 電 子 基 準 点 の 成 果 値 を 用 い て 、電 子 平 板 測 量 で の 基 準 点（ 103 点 ）を 算 定 し た 。こ こ で の 水 平 距 離 誤 差 の 最 小 値 は 0m、最 大 値 は 0.009m、平 均 値 は 0.005m で あ っ た 。広 島 工 業 大 学 及 び そ の 周 辺 の 航 空 写 真 を オ ル ソ 補 正 し た 画 像 を 使 用 し て 、測 量 CAD デ ー タ と の 合 成 処 理 を 行 っ た 。オ ル ソ 補 正 航 空 写 真 の 1 画 素 は 、 地 上 距 離 に し て 0.499m で あ り 、 標 定 残 差 は 1 画 素 以 内 で あ っ た 。こ れ に 上 述 の パ ン シ ャ ー プ ン 画 像 を 基 図 と し て 多 段 階 的 に 標 定 及 び 合 成 処 理 し て 、 デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ 画 像 を 生 成 し た （ 図 ４ 、 ５ 、 ６ ）。
本 研 究 で は 、 LANDSAT-7/ETM、 EROS-A1/NA-30、 ENVISAT-1/ASAR の 衛 星 画 像 を 用 い て パ ン シ ャ ー プ ン 処 理 、合 成 処 理 に よ る 衛 星 画 像 の 再 編 集・生 成 を 行 い 、そ れ ぞ れ の 衛 星 デ ー タ の 特 性 を 生 か し た 画 像 の 生 成 及 び 判 読 に つ い て 実 証 し た 。ま た 、オ ル ソ 補 正 航 空 写 真 や 測 量 CAD デ ー タ と 衛 星 画 像 を 標 定・合 成 処 理 す る こ と に よ っ て 、地 上 測 量・航 空 写 真・衛 星 画 像 を 用 い た 多 段 階 リ モ ー ト セ ン シ ン グ に よ る デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ を 提 案 し 、そ の 適 用 事 例 に つ い て 実 証 す る こ と が で き た 。
図 ４ パ ン シ ャ ー プ ン 衛 星 画 像
（
EROS-A1/NA-30、
LANDSAT-7/ETM+）図 ５ 光 学 ・ マ イ ク ロ 波 デ ー タ 合 成 衛 星 画 像
（
ENVISAT-1/ASAR、LANDSAT-7/ETM+）
図 ６ 多 段 階 リ モ ー ト セ ン シ ン グ に よ る デ ジ タ ル マ ッ ピ ン グ 画 像
（ パ ン シ ャ ー プ ン 衛 星 画 像 、 オ ル ソ 補 正 航 空 写 真 、 測 量
CAD）４ ． 環 境 モ ニ タ リ ン グ
多 段 階 衛 星 画 像 デ ー タ セ ッ ト の 応 用 事 例 と し て 、2003 年 3 月 22 日 に 北 海 道 地 域 を 観 測 し た TERRA/ MODIS デ ー タ を 使 用 し 、 正 規 化 差 雪 指 標 画 像 (NDSI:
Normalized Difference Snow Index)を 作 成 し た (図 ７ )。MODIS デ ー タ に よ る NDSI は 、 下 式 に 示 す よ う に バ ン ド 4 と バ ン ド 6 に よ る 比 演 算 か ら 算 出 さ れ る (Hall, Riggs, & Salomonson, 1995)。
NDSI=(band 4 ‒ band 6)/(band 4 + band 6)
MODIS デ ー タ か ら は 、 2,330km 観 測 幅 で の 広 域 的 観 測 に 基 づ き デ ー タ セ ッ ト 構 築 が で き る 。こ の 時 期 は 、サ ハ リ ン か ら 北 海 道 に か け て 流 氷 の 接 岸 や 陸 域 で の 積 雪 が み ら れ る 。MODIS 雪 指 標 画 像 で は 、NDSI の 値 が 0.6 以 上 の 部 分 が 積 雪 及 び 流 氷 と し て １ 画 素 500m サ イ ズ で 抽 出 さ れ て い る 。 こ の 指 標 画 像 上 で は 、 積 雪 、 流 氷 が 雲 と は 明 瞭 に 区 別 さ れ て い る 。
さ ら に 、 図 ８ に 示 す よ う に 2005 年 2 月 21 日 観 測 の ENVISAT-1/ASAR デ ー タ を 使 用 し 、流 氷 検 出 画 像 を 作 成 し た 。こ れ に よ り 、同 一 地 点 に お け る 広 域 規 模 か ら 局 所 規 模 ま で の 雪 氷 状 態 を 的 確 に 把 握 す る こ と が 可 能 で あ る 。
こ の よ う に 、多 段 階 的 な 衛 星 画 像 デ ー タ セ ッ ト を 構 築 す る こ と に よ り 、広 域 ・ 地 域 規 模 か ら 局 所 規 模 で の 環 境 モ ニ タ リ ン グ が 可 能 で あ る 。ま た 、光 学 セ ン サ で は 雲 や 大 気 の 状 態 に よ り 情 報 抽 出 の 精 度 が 制 約 さ れ る た め 、所 定 の 期 間 で の 観 測 デ ー タ の 組 み 合 わ せ や 合 成 開 口 レ ー ダ デ ー タ と の 併 用 が 有 効 で あ る 。
TERRA/MODIS 正 規 化 差 雪 指 標 画 像 2003
年
3月
22日 北 海 道
図 ７ 正 規 化 差 雪 指 標 画 像 デ ー タ セ ッ ト
N
D
S
I +1
-1
４ ． １ 環 境 変 化 検 出
時 系 列 衛 星 デ ー タ セ ッ ト を 用 い て 、 広 域 ・ 地 域 規 模 か ら 局 所 規 模 に い た る 環 境 ・ 災 害 に 関 す る 変 化 検 出 に つ い て 、 以 下 の 適 用 事 例 に つ い て 試 み た 。
衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ の 利 用 分 野 と し て 、変 化 検 出 に つ い て の 検 討 を 次 の 内 容 で 行 っ た 。 １ ） 植 生 変 化 検 出 ： 森 林 及 び 農 耕 地 を 対 象 と し た 植 生 指 標 の 算 出 と そ の 時 系 列 的 変 化 検 出 、 ２ ） 海 岸 線 変 化 検 出 ： 侵 食 ・ 堆 砂 に 伴 う 変 化 検 出 、 ３ ） 土 地 被 覆 変 化 検 出 ： 人 間 活 動 に 伴 う 土 地 被 覆 /利 用 の 変 化 検 出 、 ４ ） 農 作 物 生 育 変 化 検 出 ： 農 作 物 の 生 育 に 伴 う 変 化 検 出 。 本 研 究 で は 、 こ れ ら の 変 化 検 出 に 際 し て 、 利 用 す る 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ デ ー タ の 特 性 （ 空 間 分 解 能 、 ス ペ ク ト ル 分 解 能 、 時 間 分 解 能 、 放 射 量 分 解 能 ） を 考 慮 し た 定 性 的 か つ 定 量 的 な 変 化 検 出 手 法 に つ い て 検 討 を 行 っ た 。
本 研 究 で は 、表 ７ に 示 す 低・中・高 分 解 能 分 解 の 複 数 の 衛 星 デ ー タ か ら 時 系 列 衛 星 デ ー タ セ ッ ト を 構 築 し て 、 変 化 検 出 を 行 っ た 。
図 ８ ENVISAT-1/ASAR IS2 V/V 画 像
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2005
年
2月
21日
00：45：56(UTC)北 海 道 浜 頓 別 町
表 ７ 使 用 衛 星 デ ー タ
４ ． ２ 植 生 変 化 検 出
図 ９ に 示 す よ う に 、 TERRA/MODIS、 AQUA/ MODIS デ ー タ に つ い て 、 そ れ ぞ れ 季 節 ご と の 4 時 期 の デ ー タ を 用 い て 、西 日 本 地 域 を 対 象 と し た 正 規 化 差 植 生 指 標 画 像 を 生 成 し 、時 系 列 デ ー タ セ ッ ト を 構 築 し た 。TERRA/MODIS で は 夏 か ら 秋 の 植 生 指 標 の 値 が 高 く な っ て お り 、冬 か ら 春 の 値 が 低 く な っ て い る 。夏 に お い て は 、山 間 部 の み で な く 田 畑 の 農 作 物 が 生 育 し て い る た め 、都 市 部 を 除 く 陸 域 の 植 生 指 標 の 値 が 全 体 的 に 高 く な っ て い る こ と が わ か る 。さ ら に 、時 系 列 で の 正 規 化 差 植 生 指 標 画 像 デ ー タ セ ッ ト を 構 築 す る こ と に よ り 、西 日 本 地 域 に お け る 季 節 ご と の 植 生 の 分 布 状 況 の 変 化 を 的 確 に 把 握 す る こ と が 可 能 で あ る 。
衛 星 /セ ン サ 空 間 分 解 能 (m)
観 測 幅 (km)
バ ン ド 数
波 長 帯 (μ m)
回 帰 日 数 (日 )
量 子 化 ビ ッ ト 数 (bits) TERRA/MODIS 250,500,1000 2330 36 0.405-14.385 1-2 12 AQUA/MODIS 250,500,1000 2330 36 0.405-14.385 1-2 12 LANDSAT-7/ETM+ 15, 30,
60 183 8 0.450-2.350 16 8 SPOT-4/HRVIR-X 20 6 0 , 1 2
0 4 0.50-1.75 26 8 SPOT-5/HRG-X 10, 20 6 0 , 1 2
0 4 0.50-1.75 26 8
IKONOS 0.82, 3.3 11.3 5 0.45-0.90 11 11
４ ． ３ 海 岸 線 変 化 検 出
海 岸 線 の 変 化 を 把 握 す る こ と は 、侵 食・堆 砂 の 原 因 究 明 、将 来 の 変 化 予 測 等 に お い て 重 要 で あ る 。2003 年 4 月 10 日 、2000 年 5 月 3 日 観 測 の LANDSAT-7 画 像 デ ー タ を 使 用 し 、 画 像 間 標 定 処 理 を 行 い 、 海 岸 線 変 化 検 出 を 行 っ た (図 １ ０ (a))。
対 象 地 域 で あ る 島 根 県 大 田 市 の 西 部 に あ る 静 間 町 、五 十 猛 町 に は 和 江 港 、自 然 海 岸 で あ る 逢 浜 海 岸 が 広 が っ て い る 。図 中 の 赤 色 部 は 、海 岸 線 の 拡 大 も し く は 干 満 の 差 に よ る 変 化 域 で あ る 。 一 方 、 人 工 海 岸 で あ る 大 阪 湾 を 対 象 と し て 2000 年 5 月 5 日 、 2003 年 1 月 6 日 観 測 の LANDSAT-7 画 像 デ ー タ を 使 用 し 、 同 様 に 海 岸 線 変 化 検 出 を 行 っ た (図 １ ０ (b))。 図 中 の 赤 色 部 は 、 埋 め 立 て に よ る 造 成 が 行 わ れ た 地 域 で あ る 。以 上 の よ う に 、複 数 時 期 の 衛 星 デ ー タ か ら 自 然 海 岸 及 び 人 工 海 岸 に お け る 変 化 域 の 検 出 が 可 能 で あ る 。
-1 +1
2003年 8月 23日 2003年 9月 5日
2004年 2月 20日 2004年 4月 21日
図 ９ 植 生 指 標 時 系 列 データセット(TERRA)
(b)大 阪 湾 及 び そ の 周 辺
図 １ ０ 海 岸 線 変 化 検 出 画 像
(a)逢 浜 海 岸 及 び そ の 周 辺
４ ． ４ 土 地 被 覆 変 化 検 出
図 １ １ に 示 す よ う に 、 1972 年 10 月 8 日 観 測 の LANDSAT-1 /MSS、 1980 年 2 月 29 日 観 測 の LANDSAT-3/MSS、 2003 年 4 月 10 日 観 測 の LANDSAT-7/ETM+の LANDSAT 衛 星 時 系 列 デ ー タ を 使 用 し て 、2003 年 の 画 像 を 基 準 と し た 画 像 間 標 定 処 理 を 行 い 、広 島 都 市 圏 規 模 で の 土 地 被 覆 変 化 検 出 画 像 の 作 成 を 行 っ た 。こ の 画 像 か ら 、沿 岸 部 の 埋 立 地 (赤 色 部 )や 内 陸 部 の 宅 地 開 発 (橙 色 部 )な ど の 土 地 被 覆 変 化 を 的 確 に 判 読 す る こ と が 可 能 で あ る 。陸 域 で の 土 地 被 覆 変 化 で は 、森 林 伐 採 に よ る 宅 地 開 発 が 主 で あ る が 、場 所 に よ っ て は 季 節 変 化 に よ る 植 生 変 化 も 検 出 さ れ て い る こ と を 考 慮 に い れ る 必 要 が あ る 。水 域 に お け る 土 地 被 覆 変 化 で は 、海 岸 線 の 埋 立 や 河 川 の 護 岸 整 備 に よ る 変 化 が 検 出 さ れ て い る 。画 像 か ら 、埋 立 地 (赤 色 部 ) や 宅 地 開 発 (橙 色 部 )な ど の 土 地 被 覆 変 化 を 視 覚 的 に 判 読 す る こ と が 可 能 で あ る 。 本 研 究 で は 、 20〜 30 年 間 で の 地 方 都 市 圏 規 模 の 土 地 被 覆 変 化 を 検 出 す る こ と に よ り 、衛 星 デ ー タ か ら 定 期 的 に 土 地 被 覆 変 化 検 出 を 定 量 化 す る こ と が 可 能 で あ る こ と を 実 証 し た 。こ れ に よ り 、衛 星 デ ー タ を 用 い た 国 土 調 査 に お け る 土 地 情 報 デ ー タ ベ ー ス 構 築 に 活 用 す る こ と が で き る と 考 え ら れ る 。
R： ETM+ BAND 7,2003 年 4 月 10 日 G： MSS BAND 7,1972 年 10 月 8 日 B： MSS BAND 4,1972 年 10 月 8 日
図 １ １ 土 地 被 覆 変 化 検 出 画 像
４ ． ５ 農 作 物 生 育 変 化 検 出
水 稲 は 日 本 の 基 幹 作 物 で あ り 、そ の 生 育 状 況 を モ ニ タ リ ン グ す る こ と は 食 料 管 理 の 上 で 重 要 で あ る 。 し か し 、 LANDSAT/TM な ど の 光 学 セ ン サ は 天 候 に 左 右 さ れ る た め 、水 稲 の 観 測 に 必 要 な 時 期 の デ ー タ を 毎 年 定 期 的 に 取 得 す る こ と は 非 常 に 困 難 で あ る 。 そ こ で 、 マ イ ク ロ 波 セ ン サ ASAR を 搭 載 し た ENVISAT-1 衛 星 に よ る 水 稲 の モ ニ タ リ ン グ を 行 っ た 。
使 用 し た デ ー タ は 広 島 工 業 大 学 で 直 接 受 信 し た ENVISAT-1/ASAR の 偏 波 モ ー ド VV/VH で 観 測 し た 2005 年 6 月 4 日 か ら 2005 年 8 月 29 日 ま で の 17 シ ー ン で あ る 。 解 析 対 象 地 域 は 広 島 県 東 広 島 市 と 愛 媛 県 松 前 町 (図 １ ２ )で あ り 、 ASAR 観 測 に 合 わ せ て 稲 高 、 茎 径 な ど の 現 地 調 査 も 合 わ せ て 行 っ た 。
水 稲 の 田 植 え か ら 刈 り 取 り 時 期 ま で の ASAR デ ー タ か ら 5x5 画 素 を 平 均 し て 後 方 散 乱 係 数 (σ
0)の 変 化 を 抽 出 し た 。 そ の 結 果 を 図 １ ３ 、 １ ４ に 示 す 。 ま た 現 地 で 計 測 し た 稲 高 の 平 均 値 を 図 １ ５ に 示 す 。
田 植 え 後 の 6 月 4 日 に は す で に 田 植 え が 行 わ れ て い る が 、水 面 が 良 く 見 え る 状 態 で あ り 稲 の 影 響 は 少 な く 、 主 に 水 面 か ら の 鏡 面 反 射 に よ り σ
0は 低 い (東 広 島 市 ： V/V -16.2dB V/H -18.1dB、 松 前 町 ： V/V -12.8dB V/H -16.8dB)。 そ の 後 、 水 稲 の 生 長 に よ り σ
0が 増 加 し て お り 最 大 で 東 広 島 市：V/V -3.8dB V/H -10.8dB、
松 前 町 ： V/V -6.2dB V/H -9.4dB で あ る 。
図 １ ６ に 示 し た ASAR 画 像 は 田 植 え 初 期 の 6 月 4 日 、稲 が 実 っ た 8 月 13 日 と そ れ ら の 合 成 画 像 で あ る 。合 成 画 像 上 で 赤 く 表 示 さ れ て 部 分 は 水 稲 の 生 長 に よ り 後 方 散 乱 が 増 加 し た 箇 所 で あ る 。
ASAR の V/V 偏 波 で は 7 月 初 旬 頃 か ら σ
0の 増 加 傾 向 が 緩 や か に な り 東 広 島 市 で は 8 月 末 か ら 逆 に 低 下 傾 向 に な っ て い る 。 一 方 、 V/H 偏 波 で は V/V 偏 波 の σ
0が あ ま り 増 加 し な く な る 7 月 以 降 も 増 加 を 続 け て い る 。こ れ は 、V/V 偏 波 で は 水 稲 か ら の σ
0が -4〜 -6dB で 飽 和 し て い る の に 対 し て 、 V/H 偏 波 で は 収 穫 期 に お い て も σ
0が -10dB 程 度 で あ り 飽 和 レ ベ ル に ま で 達 し て い な い も の と 考 え ら れ る 。
水 田 に お け る 田 植 え 期 か ら 収 穫 期 ま で の 後 方 散 乱 係 数 の 変 化 を 定 量 的 に 解 析 し た 結 果 、 ENVISAT-1/ASAR の 偏 波 モ ー ド VV/VH に よ る 定 期 的 な 観 測 が 水 稲 の 生 育 モ ニ タ リ ン グ に 有 効 で あ る と 考 え ら れ る 。
図 １ ２ モ ニ タ リ ン グ 対 象 地 域
広 島 県 東 広 島 市
愛 媛 県 松 前 町
ENVISAT-1/ASAR
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図 1３ 水 稲 の 後 方 散 乱 係 数 変 化 (東 広 島 市 )
-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0
2005/5/28 2005/6/11 2005/6/25 2005/7/9 2005/7/23 2005/8/6 2005/8/20 2005/9/3 日付
後方散乱係数(dB)
V/V V/H 多項式 (V/V) 多項式 (V/H)
-20 -18 -16 -14 -12 -10 -8 -6 -4 -2 0
2005/5/28 2005/6/11 2005/6/25 2005/7/9 2005/7/23 2005/8/6 2005/8/20 2005/9/3 日付
後方散乱係数(dB)
V/V V/H 多項式 (V/V) 多項式 (V/H)
図 1４ 水 稲 の 後 方 散 乱 係 数 変 化 (松 前 町 )
図 1５ 稲 の 高 さ
0 20 40 60 80 100 120
5月28日 6月11日 6月25日 7月9日 7月23日 8月6日 8月20日 9月3日
日付 稲
高 ( c m )
東広島市 松前町 多項式 (東広島市) 多項式 (松前町)
ENVISAT-1/ASAR IS5 V/V (2005 年 6 月 4 日 ) 東 広 島 市
ENVISAT-1/ASAR IS5 V/V (2005 年 8 月 13 日 ) 東 広 島 市
ENVISAT-1/ASAR IS5 V/V (2005 年 6 月 4 日 ) 松 前 町
ENVISAT-1/ASAR IS5 V/V (2005 年 8 月 13 日 ) 松 前 町
図 1６ 水 稲 生 育 モ ニ タ リ ン グ 画 像
ENVISAT-1/ASAR
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ENVISAT-1/ASAR IS5 V/V
2005 年 6 月 4 日 、 2005 年 8 月 13 日 合 成 画 像 東 広 島 市
ENVISAT-1/ASAR IS5 V/V
2005 年 6 月 4 日 、 2005 年 8 月 13 日
合 成 画 像 松 前 町
５ ． 災 害 モ ニ タ リ ン グ ５ ． １ 河 川 閉 塞 地 の 検 出
一 般 的 に 、災 害 発 生 後 、対 象 地 域 付 近 は 天 候 が 悪 く 、光 学 衛 星 に よ る 観 測 が 非 常 に 難 し い 状 態 に あ る 。 マ イ ク ロ 波 セ ン サ ASAR を 搭 載 し た ENVISAT-1 衛 星 及 び EROS-A1 衛 星 の 観 測 要 求 に よ っ て 、新 潟 県 中 越 地 震 (2004 年 10 月 23 日 )に よ る 被 災 地 の 観 測 と 画 像 生 成 を 行 っ た (図 １ ７ (a))。 地 震 発 生 後 、 そ れ ぞ れ の 衛 星 観 測 の 」 要 求 を 行 っ た 。 ENVISAT-1/ASAR は 回 帰 日 数 と 観 測 モ ー ド の 調 整 の 結 果 、 最 短 で の 観 測 と 受 信 処 理 が 行 わ れ た 。EROS-A1/NA-30 は 、雲 に よ る 影 響 の 結 果 、そ の 観 測 と 受 信 処 理 が 行 わ れ た 。 図 １ ７ (b)は 、 新 潟 県 山 古 志 村 で 発 生 し た 河 川 閉 塞 地 区 の 検 出（ 赤 ○ 部 分 ）を そ れ ぞ れ の 衛 星 画 像 か ら 行 っ た も の で あ る 。衛 星 観 測 要 求 に 基 づ く 受 信 処 理 及 び 画 像 生 成 に よ る 被 災 地 検 出 の 可 能 性 を 示 し た も の で あ る 。
ENVISAT-1/ASAR IS2 V/V (2004 年 11 月 11 日 )
©ESA2004, reproduced by Hiroshima Institute of
Technology under license from Eurimage
EROS-A1/NA-30 (2004 年 12 月 7 日 )
©2004 ISI licensed by HEEIC
図 １ ７ 河 川 閉 塞 被 災 地 検 出 画 像 (新 潟 県 山 古 志 村 )
(a) (b)
５ ． ２ 被 災 地 の 検 出
2004 年 12 月 26 日 に 発 生 し た イ ン ド ネ シ ア ・ ス マ ト ラ 島 沖 地 震 に よ る 被 災 地 の 検 出 を 試 み た 。 SPOT-4、 SPOT-5、 IKONOS に よ っ て 観 測 さ れ た タ イ ・ カ オ ラ ッ ク 、イ ン ド ネ シ ア・バ ン ダ ア チ ェ 、イ ン ド 領 ニ コ バ ル 諸 島 カ チ ャ ル 島 と 対 象 と し て 地 震 発 生 前 後 の デ ー タ を 用 い て 、そ れ ぞ れ 画 像 間 標 定 処 理 を 行 い 、被 災 地 の 検 出 を 行 っ た 。被 災 地 が 海 岸 線 か ら 1km 以 上 に 渡 っ て お り 、海 岸 の 消 滅 、低 地 の 水 没 な ど 、 地 震 ･津 波 に よ る 被 害 は 非 常 に 大 き い も の で あ る こ と が わ か る 。 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン デ ー タ に よ る 災 害 情 報 生 成 手 法 の 検 討 を 行 い 、時 系 列 に よ る 複 数 衛 星 デ ー タ を 用 い た 解 析 事 例 を 示 す こ と が で き た 。ま た 、災 害 発 生 当 初 、こ れ ら の 被 害 地 域 や 被 害 規 模 な ど は ま っ た く と い っ て い い ほ ど 把 握 で き て お ら ず 、救 難 活 動 や 支 援 は 混 乱 を 極 め た 。 本 研 究 で は 、 災 害 の 1〜 3 日 後 に 観 測 さ れ た 衛 星 デ ー タ を 用 い 、衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ に よ る 迅 速 な 被 災 地 情 報 の 提 供 の 可 能 性 を 実 証 す る こ と が で き た (図 １ ８ )。
現 在 利 用 可 能 な 複 数 の 衛 星 デ ー タ を 用 い て 、時 系 列 衛 星 デ ー タ セ ッ ト を 構 築 し 、 衛 星 リ モ ー ト セ ン シ ン グ デ ー タ の 特 性 を 生 か し た 、広 域・地 域 規 模 か ら 局 所 規 模 に い た る 環 境 ・ 災 害 に 関 す る 変 化 検 出 の 有 効 性 を 明 ら か に す る こ と が で き た 。
(a)タ イ ・ カ オ ラ ッ ク (b)イ ン ド ネ シ ア ・ バ ン ダ ア チ ェ
図 １ ８ 地 震 津 波 被 災 地 検 出 画 像
IKONOS image © CRISP 2004 IKONOS image © CRISP 2004
６ ． 光 学 系 お よ び マ イ ク ロ 波 セ ン サ デ ー タ の 融 合 化
光 学 系 と マ イ ク ロ 波 デ ー タ の 特 性 を 生 か し た デ ー タ 生 成 を 目 的 と し て 、 LANDSAT-7/ETM+、 ENVISAT-1/ASAR デ ー タ の 観 測 と 画 像 生 成 に 基 づ き 、 デ ー タ フ ュ ー ジ ョ ン 処 理 を 行 っ た (図 １ ９ )。そ れ ぞ れ の 画 像 か ら 対 象 地 域 で あ る 、中 国 北 京 市 及 び 上 海 市 を 抽 出 し 、IHS 変 換 お よ び 逆 変 換 処 理 を 行 い 、デ ー タ フ ュ ー ジ ョ ン 画 像 を 生 成 し た 。こ れ に よ り 、マ ル チ ス ペ ク ト ル 光 学 デ ー タ の カ ラ ー 表 示 に よ る 地 形・地 物 判 読 に 加 え て 、マ イ ク ロ 波 デ ー タ の 地 表 面 の 凹 凸 や 電 気 的 特 性 と い っ た 両 者 の デ ー タ 特 性 を 生 か し た 複 合 的 な 衛 星 画 像 情 報 を 生 成 す る こ と が で き 、 視 覚 的 な 判 読 を さ ら に 容 易 に す る こ と が 可 能 で あ る 。
日 本 列 島 の よ う な 山 岳 地 域 を 対 象 と す る 場 合 、 LANDSAT-7/ETM+ 、 ENVISAT-1/ASAR デ ー タ に よ る デ ー タ 合 成 処 理 に 際 し て は 、 精 密 な 幾 何 学 的 補 正 処 理 が 必 要 で あ る 。SAR 画 像 に は 、山 間 部 が セ ン サ 方 向 に 倒 れ こ ん で 見 え る フ ォ ア シ ョ ー ト ニ ン グ 歪 み が 生 じ て い る 。こ の た め 、数 値 地 図 ５ ０ ｍ メ ッ シ ュ デ ー タ
（ 国 土 地 理 院 発 行 ）を 衛 星 デ ー タ の 分 解 能 ３ ０ ｍ に 内 挿 し て 、対 象 地 域 内 の 各 画 素 で の 標 高 を 求 め 、 フ ォ ア シ ョ ー ト ニ ン グ 補 正 を 行 う 必 要 が あ る 。
ENVISAT-1/ASAR の 大 き な 特 徴 と し て 多 偏 波 観 測 モ ー ド が あ り 、VV/HH、HH/HV、
VV/VH で の 観 測 が 可 能 で あ る 。 広 島 市 を 中 心 に HH/HV で 観 測 及 び 受 信 処 理 し た ASAR デ ー タ に フ ォ ア シ ョ ー ト ニ ン グ 補 正 を 行 い 、 ETM+デ ー タ と 合 成 処 理 を 行 っ た 。
図 １ ９ 光 学 お よ び マ イ ク ロ 波 セ ン サ デ ー タ の 融 合 化 画 像 北 京 市 街 地
ENVISAT-1/ASAR IS2 V/V
(2004 年 2 月 18 日 02:28:07 UTC)
©ESA 2004, reproduced by Hiroshima Institute of Technology under license from Eurimage
LANDSAT-7/ETM+ (2003 年 2 月 2 日 )
上 海 市 街 地 ENVISAT-1/ASAR WS V/V (2004 年 2 月 19 日 01:58:22 UTC)
©ESA 2004, reproduced by
Hiroshima Institute of
Technology under license
from Eurimage
図 ２ ０ (ｄ )は 、 ASAR HV（ 赤 ）、 ASAR HH（ 緑 ） そ し て ASAR HV（ 青 ） を カ ラ ー 合 成 し て 表 示 し た も の で あ る 。HH と HV の 明 る さ の 違 い は 、衛 星 の 観 測 方 向 と 構 造 物 の 角 度 や 向 き に 大 き く 依 存 す る 。 緑 色 に 見 え る 地 域 は 、 衛 星 の 観 測 方 向 (レ ン ジ 方 向 )に ほ ぼ 垂 直 で HH か ら の 後 方 散 乱 が 強 い 地 域 で 、観 測 方 向 に 対 し て 傾 い て い る と 紫 色 の HV の 方 が 強 い 。
さ ら に 、図 ２ ０ (e)は マ イ ク ロ 波 デ ー タ と 光 学 系 デ ー タ を 用 い て 、ASAR HV（ 赤 ）、
ASAR HH（ 緑 ） そ し て ETM+の バ ン ド ５ （ 青 ） を カ ラ ー 合 成 し て 表 示 し た も の で あ る 。
多 偏 波 観 測 で は 構 造 物 の 方 向 、 植 生 構 造 、 土 壌 の 湿 度 に 敏 感 に 反 応 す る た め 、 単 偏 波 観 測 と 比 較 し て 、 土 地 被 覆 パ タ ー ン を 詳 細 に 把 握 す る こ と が 可 能 で あ る 。 さ ら に 、光 学 系 デ ー タ と の 合 成 処 理 に よ り 地 表 面 構 造 と の 比 較 判 読 が 容 易 と な る 。
©E S A 2 00 5, r e pr o du ce d by Hi r os hi ma I n st i tu te o f T ec h no lo gy un de r li c en s e fr om E u ri m ag e
©E SA 2 00 5 , r ep ro du ce d b y H ir os hi m a I ns ti tu te of Te ch no lo g y un de r li c en s e fr om E u ri m ag e
(a) LANDSAT-7/ETM+
(2003 年 4 月 10 日 )
(b) ENVISAT-1/ASAR IS2 H/H(2005 年 4 月 8 日 )(12:59:49 UTC)
ENVISAT-1/ASAR
IS2 H/V(2005 年 4 月 8 日 ) (12:59:49 UTC)
©ESA/Eurimage/HIT
(e)
R:ENVISAT-1/ASAR H/V G:ENVISAT-1/ASAR H/H B:LANDSAT-7/ETM+
range azimuth
range azimuth
(d)
R:ENVISAT-1/ASAR H/V G:ENVISAT-1/ASAR H/H B:ENVISAT-1/ASAR H/V
図 ２ ０ ENVISAT-1/ASAR 偏 波 画 像
７ ． 衛 星 ス テ レ オ 画 像 に よ る DEM 及 び オ ル ソ 画 像 の 作 成
EROS-A1 衛 星 で は 、高 分 解 能 の ス テ レ オ 画 像 観 測 が 可 能 で あ る 。こ こ で は 、GPS に よ る 地 上 基 準 点 (GCP)を 用 い た 標 定 処 理 に 基 づ く 、 EROS-A1 ス テ レ オ 画 像 か ら の 数 値 標 高 モ デ ル (DEM : Digital Elevation Model)の 抽 出 及 び オ ル ソ 画 像 の 生 成 を 行 っ た 。
表 ８ に 示 し た EROS-A1 の L1A ス テ レ オ 画 像 デ ー タ (3 時 期 )の 観 測 と 画 像 生 成 行 っ た 。基 本 画 像 サ イ ズ は 12.5km×12.5km で あ り 、最 大 45 度 ま で の ポ イ ン テ ィ ン グ 観 測 が 可 能 で あ り 、 こ れ に よ り ス テ レ オ 観 測 を 行 う こ と が で き る 。 表 ８ で は 、 観 測 日 ご と の 画 像 取 得 時 の 方 位 角 、ポ イ ン テ ィ ン グ 角 、太 陽 方 位 角 、太 陽 高 度 角 、 地 上 解 像 度 が 示 さ れ て い る 。
図 ２ １ は 、 2001 年 11 月 22 日 に 観 測 及 び 受 信 処 理 し た EROS-A1/L1A ス テ レ オ 画 像 で あ る 。 対 象 地 域 は 、 広 島 市 佐 伯 区 及 び そ の 周 辺 の 山 地 を 含 む 地 域 で あ る 。 画 像 標 定 用 基 準 点 デ ー タ を 取 得 す る た め 、 GPS 観 測 を 行 っ た 。 標 定 用 の GCP は 、 検 証 の た め に 68 点 選 定 し 、 WGS-84 楕 円 体 高 で 32.650m か ら 701.113m の 間 で 分 布 し て い る 。
EROS-A1 ス テ レ オ ペ ア 画 像 上 で の GCP の 選 定 及 び 地 上 で の GPS 観 測 に 基 づ き 、 標 定 精 度 の 検 証 を 行 っ た 。こ こ で は 、2 次 多 項 式 近 似 を 適 用 し て 、最 小 二 乗 法 に よ る 標 定 残 差 の 算 定 を 行 っ た 。
表 ９ に そ の 結 果 を 示 す 。 3 時 期 と も 平 均 二 乗 誤 差 (rms)で ピ ク セ ル 方 向 が 1.0 か ら 1.4 画 素 、ラ イ ン 方 向 が 1.3 か ら 2.2 画 素 で あ っ た 。軌 道 方 向 に 沿 っ て 前 後 に 撮 像 す る た め 、ピ ク セ ル 方 向 に 比 べ て ラ イ ン 方 向 で の 残 差 が 大 き く な っ て い る 。 最 近 隣 内 挿 法 に よ る 再 配 列 処 理 を 所 定 の 画 素 サ イ ズ で 行 い 、画 像 相 関 の た め の ス テ レ オ ペ ア 画 像 を 作 成 し た 。同 一 地 点 の 検 出 の た め の 画 像 相 関 処 理 で は 、格 子 サ イ ズ を 可 変 に し て 、相 関 性 を 改 善 で き る よ う に 配 慮 し て い る 。作 成 さ れ た ス テ レ オ ペ ア 画 像 に 基 づ き 、視 差 計 算 か ら DEM 及 び オ ル ソ 画 像 の 作 成 を 行 っ た 。図 ２ ２ は 、 最 終 的 に 作 成 し た ３ 次 元 画 像 で あ る 。
Observation date 26 May 2001 22 November 2001 13 May 2002
Scene# #1 #2 #1 #2 #1 #2
Imaging azimuth(deg.)
59.0 143.0 358.0 207.0 360.0 205.0
Pointing angle(deg.) 23.5 23.6 25.0 24.5 35.0 35.4 Sun azimuth(deg.) 32.5 32.3 64.1 63.8 30.8 30.4 Sun elevation(deg.) 59.9 60.0 30.6 30.7 60.8 61.1 Ground sampling
distance(m)
2.10 2.10 2.20 2.20 2.70 2.80
表 ８ Specification of EROS-A1 stereo pair images used in this study
図 ２ ２ EROS-A1 衛 星 デ ー タ に よ る 3 次 元 画 像
図 ２ １ EROS-A1 ス テ レ オ ペ ア 画 像 2001 年 11 月 22 日 ： 広 島 市 佐 伯 区
26 May 2001 22 Nov. 2001 13 May 2002
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