地学雑誌
Journal of Geography
104 (6) 827-842 1995
JERS-1
SAR
(合 成 開 ロ レー ダ) 画 像 デ ー タ に よ る
ブ ラ ジル 中 央 ア マ ゾ ニ ア 地 域 の 熱 帯 雨 林 の 解 析
橋
本
泰
明*
土
屋
清**
Investigation
of Tropical
Rain Forest
in Central
Amazonia,
Brazil
based
on JERS-1
SAR Images
Yasuaki HASHIMOTO * and Kiyoshi TSUCHIYA **
Abstract
Taking advantage of capability of SAR (Synthetic Aperture Radar) on board Japanese earth observation satellite, JERS-1, which can observe ground condition through clouds, an attempt is made to investigate of tropical rain forests in two sites in Central Amazonia, Brazil. The first site extends from 0.5 S to 5.5 S and from 59 W to 65 W and the second site is a smaller area of about 75 km •~ 150 km located to the south of the first site.
Since the coverage of 1 scene of SAR image is approximately 75 km •~ 80 km, it is neces-sary to mosaic 90 scenes of SAR images for the first site and 2 scenes of SAR images for the second site respectively. A practical scheme of processing a large amount of SAR image data is developed.
Through the analyses of the mosaic images following features are found. The tropical rain forest is well conserved in the first site while a fairly lage deforestation is found in the second site. The estimated deforested area from SAR images is at least 607.1 km2 on October 27
1992 and 661.5 km2 on June 4 1993 in Sena Madureira, while in Rondonia it is estimated that at least forest of 302.7 km2 was newly cut down between July 19 1992 and April 9 1993 and the deforested area is at least 4,629.0 km2 on October 2 1993. It is also found that features of river system under the continuous coverage of tree layer can be detected.
As the typical values of a° (differential scattering coefficient, which is the average value of the scattering cross-section per unit area) following values are obtained. (1) Dense forest
-10 .88∼-5.96dB,
(2) Forest in wet lands (or flooded land) -7.67•` - 2.48 dB, (3) Deforested
area -15.24•`-8.68 dB, (4) Shrubs/short trees in sterile soils called " campinarana " -17.87
∼-8 .16dB
, (5) River -20.20•` -9.61 dB.
* リモ ー トセ ン シ ン グ技 術 セ ン ター ** 帝 京 大 学 理 工 学 部(宇 宙 開 発 事 業 団 嘱 託)
* Remote Sensing Technology
Center of Japan
** School of Science and Engineering
, Teikyo University
(Consultant of National Space Development Agency of Japan)
1. は じ め に
衛 星 デ ー タ に よ る ブ ラ ジ ル 熱 帯 雨 林 の 研 究 に つ
い て は これ ま で も 多 く の 報 告 が あ り,そ れ ら に つ
い て はD/Souza and
Malingreau(1994),Bati-sta(1994),Miranda(1994)に よ っ て ま と め られ
て い る 。 衛 星 デ ー タ と し て 広 く利 用 され て い る の
は,極 軌 道 気 象 衛 星NOAAに 搭 載 され てい る セ
ン サAVHRR (Advanced Very High
Resolu-tion Radiometer)(表1お よ び 表2:木 村 ・村 山,
1990)お よ び ア メ リ カ の 陸 域 観 測 衛 星(我 が 国 の
分 類 で は 地 球 観 測 衛 星)Landsatに 搭 載 さ れ て
い るMSS(Multi Spectral Scanner)とTM
(Thematic Mapper)(表3:土 屋,1990)で,
特 にAVHRR に よ る 観 測 デ ー タ か ら計 算 され た
(1) 式 で 定 義 され るNDVI (Normalised
Diffe-rence Vegetation Index) が 世 界 中 で 利 用 され て
い る 。
(1)
上 式 でR(1),R(2)は そ れ ぞ れAVHRRの チ ャ ン ネ ル1(可 視)と2(近 赤 外)(表1)に お け る 観 測 値 で あ る 。 健 康 な 植 生 と 裸 地 の 太 陽 光 に 対 す る反 射 率 は,近 赤 外 光 域 と 可 視 光 域 で 大 き な 違 い が あ る 。 近 赤 外 光 域 で は,植 生 の 反 射 率 は 裸 地 の そ れ よ り も ず っ と 大 き い が,可 視 光 域 で は 逆 で, 植 生 の 反 射 率 は 裸 地 の そ れ よ り も ず っ と小 さ い 。 こ の こ と か ら(1)式 で 定 義 され る 指 数 の 大 き な 所 は 植 生 の 密 な 所 を 示 す こ と に な る の で 植 生 域 の 抽 出 に 利 用 さ れ て い る(詳 細 に つ い て は 土 屋(1993)を 参 照 され たい)。D/Souza and
Malingr-eau (1994)に よ れ ば,ア マ ゾ ン 流 域 に お け る 広
域 の 森 林 破 壊 域 の マ ッ ピ ン グ の べ 一 ス と し
てN-DVI は 有 効 で あ る 。 但 し,forestとnon-forest
の 境 界 の 識 別 に 空 間 分 解 能 の 高 いTMデ ー タ が
必 要 で,植 生 の 季 節 変 化 に よ る 太 陽 光 反 射 の 変 化
の 調 整 が 必 要 で あ る 。Kerber and Schutt (1986)
は,forestとnon-forest の 識 別 に はAVHRR
の チ ャ ン ネ ル3(熱 赤 外)の デ ー タ が 有 効 で あ る
こ と を 指 摘 し て い る 。 一 方Batista (1994)は,
ブ ラ ジ ル 中 部 のMato Grossoに お け るNOAA
AVHRRとLandsat TMデ ー タ か ら求 め た 森 林
域 の 比 較 に よ り,次 の よ う に 述 べ てい る
。AVHR-Rデ ー タ か ら求 め られ る 森 林 域 は,実 際 よ り も 大
表 1 NOAA AVHRR の観 測 波 長 域 と空 間分 解 能
Table 1 Observation spectra and spatial resolution
of NOAA AVHRR
空 間 分 解 能 はす べ て1.1km.
表2NOAA-K,L,MAVHRR-3 の観 測 波 長 域
と空 間分 解 能
Table 2 Observation spectra and spatial resolution
of NOAA-K, L, M AVHRR-3
表3TMの 主 要 諸 元
き く な る(約15%)が,こ れ は ブ ラ ジ ル で"cer-rado"と 呼 ば れ て い る"non-forest"域 が 森 林 と判 定 さ れ る た め とNOAA AVHRR の 空 間 分 解 能(表1)に よ る た め で あ る 。 こ の 補 正 に は 空 間 分 解 能 の 高 いTM(表3)が 有 効 で あ る 。 た だ しTMデ ー タ は16目 毎 に し か 得 られ ず,し か も そ の と き に 雲 で 覆 わ れ て い れ ば 利 用 で き な い の で,実 際 に利 用 で き るTM画 像 が 著 し く少 な い の が 問 題 で あ る 。 特 に 雨 季 に は,こ の 地 方 の 雲 量 が 多 く,利 用 で き るTM画 像 は 皆 無 に 近 い 。 そ こ で 雲 が あ っ て も観 測 可 能 で,か つ 高 い 空 間 分 解
能 を 有 す るSAR(Synthetic Aperture Radar,
合 成 開 ロ レー ダ)へ の 期 待 が 寄 せ られ て い る 。 NDVIに つい て は 多 く の 研 究 者 が 有 効 で あ る こ と を 認 め て い る が,次 の よ う な 問 題 も あ る 。 "NDVI の 計 算 に 使 わ れ てい る 光 の 波 長 帯 は 煙 , 水 蒸 気,エ ァ ロ ソ ル そ の ほ か の 大 気 中 の微 粒 子 の 影 響 を 受 け る 。 特 に ア マ ゾ ン 地 域 で は そ れ らが 多 い の で 問 題 で あ る(Malingreau,1990)"。"NDVI はStanding biomassよ りは 葉 の 面 積 を 表 わ し て い る の でStanding biomass の 大 きい 森 林 と新 た に 生 え た 植 生 域 の 識 別 に 問 題 が あ る(Seller, 1986;Tuckeretal.,1984)"。 日本 が 運 用 し て い る 人 工 衛 星JERS-1 (日 本 名 ふ よ う1号,以 下 本 論 文 で はJERS-1 と い う)に 搭 載 され て い る SARの 観 測 用 電 波 の 周 波 数 で は 大 気 の 影 響 を 受 け る こ と な く,か つ 雲 が あ っ て も 地 表 面 観 測 が 可 能 で あ り,standing biomassの 観 測 も あ る 程 度 可 能 で あ る 。 ま た 観 測 値 は,対 象 物 の 誘 電 率,地 表 面 の 粗 度 に も依 存 す る 量 で 光 学 セ ン サ で は 得 られ な い 情 報 量 が 期 待 され て い る 。 一 方 観 測 可 能 幅 が 狭 く,観 測 デ ー タ に は 地 形 に よ る 位 置 の 歪 が あ る の で 広 域 の 調 査 に 必 要 な モ ザ イ ク画 像 の 作 成 に は 面 倒 な 処 理 が 必 要 で あ る。 SAR画 像 デ ー タ に よ る 熱 帯 雨 林 域 の 調 査 の 例
は 非 常 に 少 な い 。Ford and Casey(1988)は ボ ル
ネ オ の 熱 帯 雨 林 のmappingを 行 な っ た 。 ほ か に
わ ず か 一 例 で は あ る が,Miranda(1994)は ブ ラ
ジ ル の 熱 帯 雨 林 の 調 査 に,ス ペ ー ス シ ャ トル に 搭
載 さ れ たSIR(Shuttle Imaging Radar)-Bデ ー
タ が 植 生 の 密 度 と水 域 の 識 別 に 有 効 で あ る と い う
結 果 を報 告 して い る。
本 報 告 で は,JERS-1
に よ る数 個 の軌 道 で観 測
され たSARデ
ー タの モ ザ イ ク画 像 の作 成 法,ア
マ ゾ ン川 中流 域 に広 が るCentral
Amazoniaを
対 象 に作 成 した広 域 モ ザイ ク画 像 の判 読,お
よび
モ ザ イ ク画 像 の応 用 例 の1つ
と して ア マ ゾ ン支 流
域 で特 に森 林 伐 採 が大 規 模 に行 な われ て い る地 域
の一 部 で あ るSena
Madureira
お
よびRondo-niaで
の伐 採 面 積 とそ の推 移 の推 定 等 につ い て述
べ る。
II. JERS-1
合 成 開 口 レー ダの 概 要 と 使 用 し
た 資料
1) JERS-1
お よ びSARの
概 要
JERS-1
は 地球 の全 陸域 を観 測 し,資 源 探 査 を
主 目的 に 国土 調 査,農 林 漁 業,環 境 保 全,防 災,沿
岸 監 視 等 の観 測 を行 な う地 球 観 測 衛 星 で あ る 。高
性 能 の 合成 開 口 レー ダ(SAR)と
光 学 セ
ンサ(0-PS)に
よ っ て全 地 球 の デ ー タ を観 測 す
る。JER-S- 1の 主 要諸 元 を表4に 示 す 。
SARは
マ イ ク ロ波 を照射 し地 上 か らの反 射 波
表 4 JERS-1 (ふ よ う1号)主 要 諸 元Table 4 Specifications of JERS-1
表 5 JERS-1 搭 載SAR主 要 諸 元
Table 5 Specifications of JERS-1 SAR (Synthetic
Aperture Radar)
に よ り昼 夜 天 候 に左 右 され ず に地表 面 の特 性 や 起
伏,傾
斜 等 を観 測 す る能 動 型 セ ンサ ー で あ る
。S-RAは
合成 開 口 とパ ル ス圧 縮技 術 に よ り通 常 の レ
ー ダ に比 べ て 格 段 に高 い空 間 分 解 能 が 得 られ る と
い う優 れ た特 長 を持 っ て い る。SARの
主 要 諸 元
を表5に
示 す 。表 中 の観 測周 波数 の欄 に あ るHH
は送 受 とも水 平 偏 波 成 分 で あ る こ とを示 してい る。
2) 使 用 デ ー タ
本 報 告 で使 用 した デ ー タ はJERS-1/SARの
3ル ッ ク1),UTM 地 図 投 影 さ れ た レベ ル2,1C-CT2)で あ る 。 レベ ル2.1 CCTは,SARで 受 信 し た デ ー タ を,デ ー タ 受 信 処 理 局 で レ ン ジ 圧 縮 お よ び ア ジ マ ス圧 縮 し た 後,規 格 化 後 方 散 乱 断 面 積 σ°3)対応 の 変 換 と地 図 投 影 を施 し た 補 正 ず み デ ー タ で あ る 。Central Amazoniaの 広 域 モ ザ イ ク 画像,Sena Madureira お よ びRondonia の 伐 採 域
評 価 に 使 用 し た デ ー タ のpath,row お よ び 観 測 目 を表6,7お よ び8に 示 す 。 III. モ ザ イ ク 画 像 の 作 成 地 域 の 概 要 Central Amazonia は ア マ ゾ ン川 を 川 口 か ら 1,500km程 遡 っ た 中 流 域 に広 大 に広 が る熱 帯 雨 林 地 域 で あ り,多 種 多 様 な 樹 木 か ら な る 原 生 林 が 馨 蒼 と生 い 茂 っ て い る(図1)。 平 均 高 度 は海 抜 100m以 下 で,地 形 の 高 低 差 は 小 さ く 水 平 面 に 近 い 平 ら な 土 地 で あ る 。 こ の 中 を ア マ ゾ ン本 流 (Solimoes 川)と そ の 最 大 の 支 流(Negro 川) が 東 に 流 れ て お り,そ の 他 に も蛇 行 し た 支 流 が 非 常 に 多 数 分 布 し て い る 。Solim6es川 とNegro川 の 合 流 地 点 に は か つ て 天 然 ゴ ム 景 気 で 栄 え た 人 口 約80万 人 の ア マ ゾ ン川 流 域 で 最 大 の 都 市Manaus が あ り,こ の 地 域 で の 人 間 活 動 の 中 心 と な っ て い る 。 ま たManausか ら北 お よ び 南 西 に 延 び る パ ン ・ア メ リ カ ン ・ハ イ ウ ェ イ と そ の 他 に も周 辺 に は 道 路 が 多 数 あ り,道 沿 い に は 面 積 は 小 さ い が 森 林 を 切 り開 い て作 っ た 牧 場,耕 作 地 等 も 多 数 あ る 。 こ こ は 熱 帯 地 域 に あ る た め,気 温 は1年 を 通 じて 高 く,年 間 平 均 最 高 気 温 は31.5度,年 間 平 均 最 低 気 温 は23.3度,年 間 平 均 気 温 は26.8度 で あ る(1988 年 版 ブ ラ ジ ル 統 計 年 鑑)。 気 温 の 季 節 変 化 は 小 さ い が,雨 季 と 乾 季 の 差 は顕 著 で,雨 季 の 最 盛 期 は 2∼4月,乾 季 の 最 盛 期 は9∼10月 で あ る 。一 方, 河 川 流 量 の最 大 は5∼7.月,最 小 は10∼11.月 で あ る 。 特 に 川 の 流 域 で は 雨 季 と乾 季 で は 様 相 の 変 化 が 大 き い 。 広 域 モ ザ イ ク画 像 の 作 成 領 域 は,こ の Central Amazoniaの 北 緯0.5度 か ら南 緯5.5度, 西 経59度 か ら西 経65度 の 範 囲 に あ る 部 分 で あ る 。 ま た,近 年 熱 帯 雨 林 の 大 規 模 な 伐 採 に よ る 地 球 環 境 へ の 影 響 等 が 問 題 と され て い る が,こ の よ う な 伐 採 は ア マ ゾ ン地 域 の 南 東 か ら北 西 に 向 か っ て 表 6 Central Amazonia の 広 域 モ ザ イ ク 画 像 に 使 用 し たSARデ ー タ
Table 6 SAR image data utilized for wide area
mosaic images covering Central
Ama-zonia, Brazil
表 7 Sena Madureira の 伐 採 域 評 価 に 使 用 し た SARデ ー タ
Table 7 SAR image data utilized for estimating
deforested area of Sena Madureira area
表 8 Rondonia の伐 採 域 評 価 に使 用 したSAR デ ー タ
Table 8 SAR image data utilized for estimating
進 ん で い る と 言 わ れ て お り,上 述 の 地 域 よ りや や
南 に 位 置 す るSena madureiraお よ びRondonia
が そ の 一 部 に あ た っ て い る 。Sena madureiraで は 伐 採 は矩 形 状 に 広 く 行 な わ れ て お り,伐 採 域 は 牧 場 と し て 使 わ れ る こ と が 多 く,牛 等 の 家 畜 が 放 牧 され て い る 。 土 地 が 痩 せ て 牧 草 の 成 育 が 悪 く な る と新 た に 矩 形 状 の 伐 採 が 行 な わ れ る と い っ た こ と が 繰 り返 され て い る 。Sena madureira で の 乾 季 は5月 か ら9月 ま で,雨 季 は10月 か ら4月 ま で で あ る 。 一 方,Rondoniaで は 魚 の ア バ ラ 骨 状 (フ ィ ッ シ ュ ・ボ ー ン と 呼 ば れ る)に 伐 採 が 行 な わ れ て い る 。 フ ィ ッ シ ュ ・ボ ー ン は 魚 の 骨 状 に 作 られ た 道 の 両 側 に 移 住 民 らが 個 人 規 模 で 切 り開 い た 農 耕 地 が 多 数 集 ま っ て で き た も の で,そ れ ぞ れ の 農 耕 地 の 伐 採 面 積 は 矩 形 状 伐 採 に 比 べ れ ば 小 さ い が,そ の 数 は 非 常 に 多 い 。Rondonia で の 乾 季 は4月 か ら10月 ま で,雨 季 は11.月 か ら3.月 ま で で あ る 。 森 林 の 伐 採 面 積 とそ の 推 移 の 推 定 は こ れ ら の領 域 で 行 な う。 IV. モ ザ イ ク 画 像 の 作 成 方 法 使 用 し た レベ ル2.1SAR画 像 はUTM 投 影 さ れ た 画 像 で あ る が,対 象 シ ー ン が ア マ ゾ ン で 赤 道 付 近 の 低 緯 度 地 帯 な の で,メ ル カ ト ー ル 座 標 の 広 い 領 域 上 に モ ザ イ ク 図 を作 成 した 。 処 理 は 図2に 示 す よ う に 大 別 して3つ の ス テ ッ プ か ら な る 。 1) 画 像 デ ー タ の 平 均(ノ イ ズ 除 去) オ リ ジ ナ ルSAR画 像 中 の ス ペ ッ ク ル ・ ノ イ ズ (speckle noise) 4)を 除 去 す る た め,レ ベ ル 2.1 S-ARCCT(画 素 サ イ ズ12.5m×12.5m) を入 力 デ ー タ と し て,8(画 素)×8(画 素)の ブ ロ ッ ク 内 で 平 均 した 平 均 画 像(画 素 サ イ ズ100m×100 m)を 作 成 す る 。 ま た 平 均 画 像 に し た と き の 濃 度 は1バ イ トで 十 分 表 わ せ る こ と か ら,オ リ ジ ナ ル の2バ イ ト画 像 デ ー タ を1バ イ ト化 す る 。8(画 素)×8(画 素)が ベ ス トで あ る 理 論 的 根 拠 は な い が,trialanderrorの 結 果 が 良 か っ た の で 採 用
図 1 研究地域の位置図
Central Amazonia : 広 域SARモ ザ イ ク 画 像 作 成 地 域,Sena Madureiraお よ びRondonia : 森 林 伐 採 域 の 解 析 実 施 域
Fig. I Location of the study area
A large SAR mosaic image was made for
Cen-tral Amazonia, while 2 scenes mosaic images
were made for Sena Madureira and RondOnia
area.
図 2 モ ザ イ ク画 像 作 成 の フ ロー チ ャ ー ト
Fig. 2 Flow chart showing a scheme mosaic
し た 。 こ の結 果1画 素 は100m×100mに な る が, 本 調 査 の 目的 に は 十 分 で あ る 。 2) リ サ ン プ リ ン グ SAR画 像 デ ー タ を記 録 し たCCT中 に あ る リ ー ダ ・フ ァ イ ル の 中 に あ る 変 換 係 数 よ り,平 均 画 像 上 の 点 に 対 応 す る メ ル カ トー ル 座 標 上 の 対 応 点 を 求 め て リサ ン プ リ ン グ す る 。 対 応 点 は(2), (3) 式 に よ っ て 算 出 し た 。 ・ レ ベ ル2 .1SAR画 像(UTM投 影)の ピ ク セ ル(画 素)番 号(P),ラ イ ン(走 査 線)番 号 (L) 座 標 か ら(緯 度(φ),経 度(λ))座 標 へ の 変 換
(2)
こ こ でao,a1…ag, bo, b1,…b, は 変 換 係 数 で あ る 。 ・(緯 度(φ) ,経 度(λ))座 標 か ら メ ル カ ト ー ル 座 標(X,Y) へ の 変 換(3)
こ こ でRa : 赤 道 半 径 (=6,377.397155km) Rb : 極 半 径 (=6,356.078962km) π : 円周 率 (=3.14159265)で あ る 。 リサ ン プ リ ン グ は2次 多 項 式 に よ る 変 換 で 内 挿 に は 最 近 隣 法 を使 っ た 。 3) 画 像 の 接 合 2つ の 相 隣 れ る シ ー ン のSAR画 像 の 接 合 に は,2つ の シ ー ン を そ れ ぞ れ 上 述 の 手 順 で メ ル カ トー ル 座 標 上 に リサ ン プ リ ン グ し て,リ サ ン プ リ ン グ 画 像 を2つ 作 成 し て お く 。 これ ら の 画 像 の 接 合 に 当 た っ て,隣 接 す る シ ー ン のSAR画 像 間 に は 重 複 す る 部 分 が あ る が,こ の 部 分 は 一 方 の 画 像 を 優 先 させ る 。3シ ー ン 目以 降 を 接 合 させ る 場 合 は,そ れ 以 前 に 接 合 し た 画 像 と追 加 す る 画 像 を 接 合 す る 。 上 記 の 操 作 を 繰 り 返 し,必 要 シ ー ン 数 分 の 接 合 を 行 な い,モ ザ イ ク画 像 を 完 成 す る 。CentralAmazoniaに は90シ ー ン(表6),Sena
Madure-iraに は2時 期 に そ れ ぞ れ2シ ー ン(表7),お よ びRondonia に は3時 期 に そ れ ぞ れ2シ ー ン(表 8) を 接 合 し た 。 接 合 し た シ ー ン の 位 置 ず れ は パ ス(衛 星 の 移 動)方 向 で 最 大800m程 度 で あ る が,画 素 の サ イ ズ が100mで あ る た め か そ れ 程 目立 た な い 。 ま た こ の ア マ ゾ ン 地 帯 は 地 形 の 高 低 差 が 小 さ く,水 平 面 に 近 い な だ ら か な 地 形 で あ る 。SARの 場 合, 衛 星 か ら電 波 を送 信 し,対 象 物 で 反 射 さ れ る 電 波 を 受 信 す る 関 係 で,急 岐 な 山 岳 地 等 で は 山 の 頂 上 近 くの 衛 星 直 下 点 か ら の距 離 は実 際 よ り も 短 く な っ て し ま う。こ の 歪 を倒 れ 込 み(foreshortening)5) と 呼 ぶ が,対 象 域 は 平 坦 な の で こ の 歪 が 小 さ く, 簡 単 な 方 法 を用 い た に も か か わ ら ず 比 較 的 良 く接 合 され た 。 V. モ ザ イ クSAR画 像 の 判 読
写 真1はCentral Amazonia のSARモ ザ イ ク
画 像 で あ る 。SARの1シ ー ン は75km×80km
の 範 囲 で あ り,こ の モ ザ イ ク画 像 は こ れ を9path
×10row(衛 星 デ ー タ のpath 414か ら422,row
300か ら309の 範 囲)の90シ ー ン(表6)分 接 合 し た も の で 約540km×670kmの 範 囲 を カ バ ー し て い る 。 こ れ は 日本 の 国 土 面 積(37万8千km2)に ほ ぼ 匹 敵 す る 面 積 で あ る 。 観 測 日 は1993年2月23 目 か ら3月3目 ま で の 連 続 し た9日 間 で 右(東) のpathか ら1つ ず つ 左(西)のpathに ず れ て い る(但 し,path 421,row 309は4月15目 観 測)。 こ の 時 期 は 雨 季 最 盛 期 に あ た る が,雲 を透 過 して 地 表 の 様 子 が 良 く 映 し 出 さ れ て い る の が わ か る 。 画 像 を横 切 っ て い る 黒 い 筋 は川 で あ る 。 滑 らか な 水 面 は マ イ ク ロ 波 を ほ と ん ど鏡 面 反 射 し て 後 方 散 乱 波 は弱 く な る た めSAR画 像 で は 黒 く 映 る 。 8(画 素)×8(画 素)の ブ ロ ッ ク 内 で 平 均 し た σ。(以 下 本 論 文 で は これ を平 均 σ。 と言 う)は お よ そ-20.20dBか ら-9.61dBの 範 囲 に あ る 。 一 方,都 市 部 は 建 造 物 等 に よ り 多 重 散 乱 が 起 こ り 明 る く 映 る 。 画 像 に はNegro 川 とSolimoes 川 の 合 流 地 点 にManaus市 が あ る 様 子 が 映 し 出 さ れ て い る 。 以 下,写 真1か ら判 読 で き る 特 徴 を 写
写 真 1 地 球 資 源 衛 星1号(JERS-1)のSARデ ー タ か ら作 成 し た 中 央 ア マ ゾ ニ ァ に お け る モ ザ イ ク 画 像(北 緯 0,5度 ∼ 南 緯5.5度,西 経59度 ∼ 西 経65度,観 測 日:1993年2月23日 ∼1993年3月3日, path 414∼422, row300∼309,90シ ー ン)
A∼Hは 本 文V章 中 の 判 読 対 象 地 域.(a)∼(f)は 口 絵1-1(a)∼(f)に,a,bは 写 真2-a,写 真2-bに そ れ ぞ れ 対 応 す る.
Plate 1 The mosaic image of Central Amazonia covering the area 0.5•‹N•`5.5'S, 59•‹W•`65•‹W, which was produced from 90 digitally processed JERS-1 SAR data of 23 Feb.•`3 Mar. 1993 (path 414•` 422, row 300•`309)
A•`H are the areas for decipherment described in Section V. (a)•`(f) corresponds to Frontis-piecee 1-1 (a)•`(f) respectively, a, b corresponds to Plate 2-a, Plate 2-b respectively.
真1中
に アル フ ァベ ッ トで示 した地 域 毎 に整 理 し
て述 べ る。
地 域A:画
像 全 体 に広 が って い る グ レー の部 分
は熱 帯 多 雨 林 で あ る 。 口絵1-1(a)に
示 す よ うに,
樹 高 が30mか
ら40mの
多 種 多 様 な 巨木 が一 面 に
生 い茂 っ てい る。 こ の原 生 林 内 部 に達 す る光 量 は
少 な い た め,背 丈 の低 い植 物 は割 合 少 な い。 平 均
σ0は お よ そ-10.88dBか
ら-5.96dBの
範 囲 に
あ る。樹 冠 部(葉,枝),幹
部 で の表 面 散 乱 や 体 積
散 乱 に よ り,や や 強 い反 射 波 が 返 って きて い る。
地 域B:森
林 域 で あ るが 地域Aと
は異 な るテ ク
ス チ ャ(き め)を
も って い るの が わ か る。地 域A
は比 較 的平 らな地 面 上 の原 生 林 で,地 域Bは 地 面
に小 さな丘 の よ うな 凹 凸 が あ る原 生 林 で あ る 。 た
だ し,こ の モ ザ イ ク シ ー ン全 体 に わ た り,海 抜 高
度 は200m以
下 で あ る。
域 地C:画
像 中 に あ る幾 筋 も の 白 い線 は ア マ ゾ
ン の支 流 で,水 面 上 に は多 くの樹 木 等 が 立 ち茂 っ
て い る(口 絵1-1(b))。
こ の よ うな川 は,樹 冠 に
よ っ て遮 られ るた め,光 学 セ ンサ の 画 像 デ ー タ に
は映 らな い。 一 方,SARで
は,水 面 で 鏡 面 反 射
され た マ イ ク ロ波 が 幹 や 枝 で再 び 反 射 され る こ と,
或 い はそ の 逆 の 過 程 等 の 多重 散 乱 に よ り,後 方
(レ ー ダ方 向)へ の 散 乱 が 強 ま るた め に画像、
上 で は
明 る く映 る。 ア マ ゾ ン流 域 のCabalianaを
ボ ー
トで観 察 した と こ ろで は,水 面 上 に 繁 る樹 木 の群
れ や水 位 の 変化 に伴 って 生 長 す る草 等 が数 多 く見
られ た 。 ま た こ こ は水 位 最 高 期(流
量最 大 期)と
水 位 最 低 期 で は10m程
度 の水 位 変 化 が あ り,乾
季 に は岸 の上 に あ る樹 木 も増 水 期 に は川 に浸 り,
水 面 と の 多 重 散 乱 を ひ きお こ す もの とみ られ る
(写真2-a)。 平 均 σ° は約-7.67dBか
ら-2.48
dBで
あ る。
地 域D:Balbinaダ
ム の建 設 に よ っ て流 れ が せ
き止 め られ て作 られ た湖 で あ る。 こ の ダ ム は樹 木
が馨 蒼 と繁 る原 生 林 の 中 に建 設 され た も ので あ る。
そ この 地形 は高 低 差 が小 さい た め,湖 の水 深 は浅
く,広 大 な領 域 に わ た って水 域 が広 が って い る。
そ の た め,森 林 が水 で浸 され て,非 常 に 多 くの樹
木 が広 い面 積 にわ た っ て水 面 上 に林 立 して い る。
そ の結 果,樹 木 と水 面 との多 重 散 乱 が起 こ り,強
い 散 乱 波 を後 方(レ ー ダ方 向)に 返 し て い る 。 地 域 鱈:川 の 流 域 に 白 と グ レ ー の う ね る よ う な 模 様 が,特 にSolimoes川 の 流 域 に 見 られ る 。 か つ て の 洪 水 に よ っ て,あ る い は か つ て の 川 の 道 に 沿 っ て 形 成 され た 地 形 で あ る 。Cabalianaで の 実 地 調 査 で は,細 い 水 路 の よ う な 川 が 幾 本 も筋 状 に 分 布 し て い る こ とが わ か っ た 。 こ の よ う な 川 は, 乾 季 に は 減 水 し て 一 部 干 上 が り,大 き な 川 と分 離 さ れ て 孤 立 す る が,増 水 期 に は 再 び 大 き な 川 とつ な が る 。 写 真 2 現 地 写 真(ブ ラ ジ ル 北 部CentralAma-zonia)(撮 影1994年9月) a : 水 面 上 に林 立 す る 樹 木(乾 季).水 位 最 高 期 に は 幹 の 色 が 濃 くな って い る 部 分(矢 印)ま で 水 位 が 上 昇 す る. (cabaliana) b : 伐 採 後 に焼 か れ て い る樹 木.Plate 2 Pictures showing study areas (Central
Amazonia, Northern
Brazil) taken in
September 1994
a : Trees standing on river water (dry
season) . In the peek of flood season,
river water rises up to the level
pointed with an arrow
where the
color of the trees appears darker.
(cabaliana)
地 域F:Manausか ら北 お よ び 南 西 へ 延 び て い る 黒 い 線 は パ ン ・ア メ リ カ ン ・ハ イ ウ ェ イ で あ る 。 ハ イ ウ ェ イ に 沿 っ て 画 像 上 の 北 の 方 に は,森 林 の 伐 採 跡 が 黒 い 筋 と な っ て 見 られ る 。 そ の 形 状 か ら "フ ィ ッ シュ ・ボ ー ン"と 名 付 け られ て い る 。 こ こ は 小 さ な 農 耕 地 の 集 合 体 で あ る 。 こ の モ ザ イ ク 領 域 内 で は,そ の 伐 採 規 模 は 小 さ い が,よ り南 に あ るRondoniaで は 大 規 模 な フ ィ シ ュ ・ボ ー ン 型 伐 採 が 行 な わ れ て い る 。 伐 採 域 は 電 波 に 対 す る 後 方 へ の 散 乱 体 が 少 な い た め に 暗 く 映 る 。 平 均 σoは 約-15.24dBか らｰ8.68dBに な る 。 地 域G:ハ イ ウ ェ イ の 両 側 に は 小 さ な 暗 い 領 域 が 多 数 見 られ る 。 ル ー ト010をManausか ら北 東 へ70km程 走 っ た 所 の 道 に 両 側 に は,小 規 模 で は あ る が い た る 所 に 森 林 伐 採 跡 が あ り(口 絵1-1 (c),写 真2-b),村,工 場,農 耕 地,矩 形 状 に 切 り 開 か れ た 牧 場(口 絵1-1(d))等 に な っ て い る 。 同 様 の 伐 採 跡 は ル ー ト070沿 い に も 見 ら れ る(口 絵1-1(e))。 大 規 模 な 矩 形 型 伐 採 は,こ の モ ザ イ ク領 域 か らや や 南 西 に あ るSena Madurelraや 南 東 に あ るMato Grossoで 大 規 模 に 行 な わ れ て お り,特 にMato Grossoで は 個 々 の 矩 形 が10数km 四 方 と広 大 な ば か りで な く そ の 数 も非 常 に 多 い 。 そ こ で 伐 採 され た 樹 木 は建 築 材 料 等 木 材 資 源 と し て 使 わ れ て い る 。 こ れ ら の 道 沿 い に は,伐 採 後 自然 に再 生 し た2 次 林 も 多 数 あ る 。 こ の 熱 帯 多 雨 地 域 で は 植 物 の 生 長 が 早 く,8年 程 経 過 し た2次 林 で は樹 高 が10m を 超 え る 樹 木 も 多 い(口 絵1-1(f))。 ま た 原 生 林 に 比 べ る と ヤ シ が 多 く見 られ る 。2次 林 内 部 に入 射 す る 光 量 が 多 少 あ る た め,背 丈 の 低 い 樹 木 や 蔓 植 物 も 多 い 。 σ。 の 大 き さ は バ イ オ マ ス に 比 例 す る 。 画 像 上 で 暗 い(σ° の 小 さ い)所 は 樹 齢 の 若 い2次 林,明 る い(σ° の 大 き い)所 は 樹 齢 の 高 い2次 林 に 対 応 し て い る 。 た だ し樹 齢 の 高 い2次 林 と原 生 林 の σ。 の 差 は 小 さ い の で 原 生 林 と樹 齢 の 高 い2次 林 と の 識 別 は σ° だ け か ら で は 難 し
い。
地 域H: こ の 暗 い 領 域 は"campinarana"と 呼 ば れ る所 で,そ こ の 土 壌 は 他 の 原 生 林 域 に 比 し て や せ て い る 。 し た が っ て 原 生 林 域 の 樹 木 に 比 べて植 物 は成 育 が悪 く背丈 も低 い 。暗 く映 る の は バ
イ オ マ スが 小 さ く,電 波 に対 す る散 乱体 が少 な い
た め,後 方 散 乱 波 が 弱 くな る た め で あ る。 平 均
σ。 は約-17.87dBか
ら-8.16dBで
あ る。
VI. 森 林 の 伐 採 面 積 と その 推 移 の推 定
写 真3-Aは,Sena
madureiraのSAR画
像
(path427,row316,1993年6月4日
観 測),写
真3-Bは
RondoniaのSAR画
像(path415,
row 318,1993年10月2目
観 測)で,両
者 と も に
大 規 模 な森 林 伐 採 が行 な われ て い る地 域 で あ る。
背 丈 の低 い樹 木 や 乾 燥 した土 地 は繁 茂 した森 林 と
比 較 して レー ダ波 の 後 方 散 乱 の 値 が 小 さい の で
SAR画
像 で は暗 く映 る。 伐 採 され た領 域 も レー
ダ波 を反 射 す る樹 木 が少 な くな る た め に後 方 散 乱
の値 が小 さ くな る の で,画 像 で は暗 く映 る 。写 真
3-Aで
は伐 採 域 は矩 形 状 に,写 真3-Bに
は フ ィ
ッシ ユ ・ボ ー ン状 に 映 って い る。
Senamadureira
の一 部 の 地域(SAR画
像2
シ ー ン分 の領 域)お よびRondoniaの
一 部 の地 域
(SAR画
像2シ
ー ン分 の領 域)に お け る森 林 の伐
採 面 積 お よ び そ の 推 移 を評 価 す るた め に,伐 採 域
の 抽 出,面 像 の接 合 お よび モ ザ イ ク画 像 の重 ね 合
わ せ を行 な った 。表7お
よび表8に 使 用 した デ ー
タが 示 して あ る。 なお,現 地 の グ ラ ン ド ・トゥル
ー ス ・デー タ は必 ず しも十 分 で は なか った の で
,
主 と して衛 星 画 像 か ら伐採 域 を判 別 し,抽 出 す る
方 法 を と った 。
1) 伐 採 域 の 抽 出
前 述 の平 均 σ° の 値 を基 に伐 採 域 の 抽 出 を行
な っ た 。SenaMadureiraの
画 像(写
真3-A)の
矩 形 状 の暗 い 部 分 は伐 採 され た 跡 で あ る と推 定 で
き る 。 しか しなが ら,平 均 σ° の値 のみ か らこ の
伐 採 域 を森 林 内 に点 在 す る暗 い部 分 や 川 岸 と分 離
す る こ とは 困難 で あ る た め,更 に ブ ロ ックサ イ ズ
が3(画
素)×3(画
素)の 移動 平均,9(画
素)
×9(画
素)の 移 動 平 均 お よび5(画
素)×5(画
素)の 標 準 偏 差 を算 出 し,こ れ らを用 い て分 離 し
た 。伐 採 域 の5×5標
準 偏 差 は川 岸 の それ よ り も
小 さ く,伐 採 域 の9×9移
動 平 均 は森 林 内 に点 在
す る暗 い部 分 の それ よ りも小 さい傾 向 が あ る 。 こ
(A)
(B)
写 真 3 JERS-1 SAR 画 像
れ ら3種 類 の 統 計 量 を 要 素 に し て,マ ル チ レベ ル ス ラ イ ス 法 に よ り伐 採 域 を 抽 出 し た 。表9はSena
MadureiraのSARデ ー タ(path 427,row 316,
1993年6月4目 観 測)か ら得 た マ ル チ レベ ル ス ラ イ ス の し き い 値 で あ る 。3×3移 動 平 均,5×5 標 準 偏 差,9×9移 動 平 均 の 値 の 組 が 表9に 示 す 範 囲 に あ る も の を伐 採 域 と し た 。 一 方,Rondon-iaは フ ィ シ ュ ボ ー ン状 に 伐 採 が 行 な わ れ て お り, 平 均 σ° の 値(写 真3-B)の み か ら 伐 採 域 を判 別 す る こ と が 困 難 で あ る た め,Sena Madureiraの 画 像 デ ー タ か ら得 た 表9の し き い 値 を用 い て,マ ル チ レ ベ ル ス ラ イ ス 法 に よ り抽 出 を 行 な っ た 。 2) 画 像 の 接 合 隣 接 す る シ ー ン のSAR画 像 問 に は 重 複 す る部 分 が あ り,複 数 の シ ー ン に ま た が っ て 分 布 す る伐 採 域 の 面 積 を求 め る た め に は,シ ー ン 問 で 重 複 す る 部 分 を2重 に 勘 定 し な い よ うに す る こ と が 必 要 に な る 。 こ の た め に,前 記IV章 モ ザ イ ク画 像 の 作 成 方 法 に よ り,伐 採 域 を抽 出 し た 画 像 の 接 合 を 行 な い,モ ザ イ ク画 像 を作 成 す る 。 3) モ ザ イ ク 画 像 の 重 ね 合 わ せ 伐 採 域 の 経 時 変 化 を 調 査 す る た め に,時 期 が 異 な る,伐 採 域 が 抽 出 さ れ た モ ザ イ ク 画 像 を 重 ね 合 わ せ る 。 重 ね 合 わ せ は,2つ の モ ザ イ ク 画 像 に 対 し,相 対 的 に 対 応 す る 点 の 問 でGCPを と り,ア フ ィ ン 変 換 を 行 な っ た 後,最 近 隣 法 で リサ ン プ リ ン グ で す る 。 4) 伐 採 域 の 推 移 の 推 定 本 方 法 に よ り抽 出 さ れ た 伐 採 域 の 推 移 に つ い て 以 下 に 述 べ る 。 写 真4-Aは,1992年10.月27目 の
Sena Madureiraに お け るSAR画 像 を2シ ー ン
接 合 した モ ザ イ ク 画 像 で,画 像 中 の 白色 部 分 は抽 出 さ れ た 伐 擦 域 で あ る 。1992年10月27日 と1993年 6月4日 のSAR画 像 か ら伐 採 域 と判 定 さ れ た 面 積 を 比 較 す る と,607.11km2か ら572.34km2へ と 減 少 して い る 。 口 絵1-2(A)は,こ の2つ の 時 期 の 画 像 を 重 ね 合 わ せ た も の で あ り,黄 色 部 分 は 両 時 期 で 共 通 に 抽 出 され た 伐 採 域,緑 色 部 分 は 1992年10月27日 の デ ー タ か ら は 抽 出 さ れ た が1993 年6月4日 の デ ー タ か ら は 抽 出 さ れ な か っ た 伐 採 域,赤 色 部 分 は1992年10月27日 の デ ー タ か ら は 抽 出 さ れ な か っ た が1993年6月4日 の デ ー タ か ら は 抽 出 さ れ た 伐 採 域 で あ る 。 そ れ ぞ れ の 伐 採 域 の 面 積 を 表10に 示 す 。 表 中"Y"は 伐 採 域 と して 抽 出 さ れ た こ と を,"N"は 抽 出 さ れ な か っ た こ と を 表 わ す 。 緑 色 部 分 が,1993年6月4目 のSAR画 像 デ ー タ で は 伐 採 域 と判 定 され な か っ た の は,以 下 の 理
表 9 伐採域の しきい値
8(画 素)×8(画 素)で の 平 均 画 像 か ら更 に 算 出 した3×3移 動 平 均, 5×5 標 準 偏 差,9×9 移 動 平 均値.Table 9 Thresholds for deforested area
Moving average of 3 pixels •~ 3 pixels, standard deviation computed for 5 pixels •~ 5 pixels subareas and moving average of 9 pixels •~ 9 pixels computed from the average image data of 8 pixels x 8 pixels
(A)
(B)
由 に よ る と 考 え ら れ る 。SARデ ー タ で は,バ イ オ マ ス が 小 さ い 植 生 は σoが 小 さ く,バ イ オ マ ス の 増 加 と と も に σ。 も増 大 す る 。熱 帯 雨 林 で あ る ア マ ゾ ン で は 植 物 の 生 長 速 度 が 速 く,特 に 雨 季 の 間 に 急 速 に 生 長 す る 。Sena Madureira で は,10 月 は 乾 季 が 終 わ っ た 雨 季 の 始 ま り,6.月 は 雨 季 が 終 わ っ た 乾 季 の 始 め に あ た る 。 伐 採 域 の 中 で 雨 季 の 問 に植 生 の 急 生 長 の あ っ た 所 は,σ 。 の 値 が し き い 値 よ り も 大 き く な っ た た め に 伐 採 域 と 判 定 さ れ な か っ た た め で あ る 。 ま た,σ 。 は 物 質 の 誘 電率 に も依 存 し,誘 電 率 は土 壌 水 分 量 や 植 生 の水 分
量 に も依 存(水 分 量 と正 比 例)す る(Ulaby et al.,
1986)た
め,雨 季 の始 ま りと乾 季 の始 め とで の植
物 や 土 壌 の誘 電 率 の差 も影 響 して い る と思 わ れ る。
一 方
,雨 季 を経 た に もか かわ らず 増加 した 赤 色 部
分 は,幾 何 学 的 な 形 を して い る こ とか ら,人 間 に
よ り矩 形 型 伐採 が新 た に行 な わ れ た 地域 で あ る と
推 測 で き る。
以 上 よ り,緑 色 部 分 も伐 採 が行 な われ た跡 と見
な して,1992年10月27目
に は伐 採 面 積 は少 な く と
写 真 4 JERS-1 SAR デ ー タ か ら抽 出 した伐 採 域(白 色 部 分)の モ ザ イ ク画 像Plate 4 The mosaic image of the deforested area (white part) , which was extracted
from JERS-1 SAR data
も607.11km2(口 絵1-2(A)の 黄 色 と緑 色 の 部 分,2シ ー ン 全 面 積10,097.01km2の6.01%)で あ っ た が,約7ヵ 月 後 の1993年6月4目 に は 少 な く と も54.37km2(赤 色 部 分,2シ ー ン全 面 積 の 0.54%)が 更 に 伐 採 され,全 伐 採 面 積 は 少 な く と も661.48km2(黄 色,緑 色 お よ び 赤 色 部 分,2シ ー ン全 面 積 の6 .55%)に な っ た と推 測 で き る 。 Rondoniaで の 乾 季,雨 季 を 経 た 伐 採 域 の 変 化 は よ りダ イ ナ ミ ッ ク で あ る 。 写 真4-Bは,1992年 7月19日 のRondoniaに お け るSAR画 像 を2 シ ー ン接 合 し た モ ザ イ ク 画 像 で,画 像 中 の 白 色 の 部 分 は 抽 出 さ れ た 伐 採 域 を 示 し て い る 。1992年7 .月19目,1993年4月9日 お よ び1993年10月2目 の デ ー タ か ら 抽 出 され た 伐 採 面 積 を 比 較 す る と, 3,064.13km2か ら2,747.77km2へ と 減 少 し た 後,4,186.48km2へ と大 き く増 加 し て い る 。Ro-ndoniaで は,7月 は 乾 季 の 中 頃,4月 は 雨 季 が 終 わ っ た ば か りの 乾 季 の 始 ま り,10月 は 乾 季 の 終 わ りで あ り,伐 採 域 と判 定 され た 面 積 は,雨 季 を 経 る に 従 っ て 減 少 し,乾 季 を経 る に 従 っ て 増 加 し て い る 。 口 絵1-2(B)は,こ れ ら3つ の 時 期 の 画 像 を重 ね 合 わ せ た も の で あ る 。 そ れ ぞ れ の 伐 採 域 の 色 と面 積 を表11に 示 す 。 マ ジ ェ ン タ 部 分 は,1992年7月19日 か ら1993年 4月19日 へ と伐 採 域 と判 定 され た 面 積 が 大 き く減 少 し た 領 域 で あ る が,こ れ は,Sena Madureira の 場 合 と 同 様 に,雨 季 を経 て 生 長 した 植 生 の σ° が 大 き く な っ て,原 生 林 の も の と は 区 別 し に く く な っ た た め と 考 え られ る 。 ま た,青 色 部 分 は, 1993年10月2日 に 伐 採 域 と判 定 され た 面 積 が 大 き く増 加 し た 領 域 で あ る 。Rendoniaの フ ィ シ ュ ・ ボ ー ン型 伐 採 域 が,個 人 規 模 の 農 耕 地 の 集 合 体 で,
表 10 Sena Madureira に お い てJERS-lSARデ ー タ か ら伐 採 域 と
判 定 され た面 積 の 変 化
Table 10 Variation of deforested area in Sena Madureira, which was
extracted from JERS-1 SAR data
表 11 Rondonia に お い てJERS-1 SAR デ ー タ か ら伐 採 域 と判 定 され た面 積 の変 化
乾 季 に は一 斉 に樹 木 を焼 くこ とか ら伐 採 面 積 が 急
激 に増 加 した と考 え られ る。 一 方,1992年7月19
目か ら1993年4月9目
へ と雨 季 を経 て増 加 した シ
ア ン部 分 の抽 出 域 は,伐 採 が進 ん だ領 域 で あ る と
推 測 され る。 ま た,黄 色 お よ び赤 色 部 分 は,1993
年10月2日
に は σ° で は 原 生 林 との 区別 が 困難
に な る程 度 ま で に2次 林 の生 長 が あ った領 域 で あ
る と推 測 され る。
以 上 か ら,1992年7月19目
か ら1993年4月9目
の 間 に,少 な く とも新 た に302.69km2(口
絵1-2
(B) の シ ア ン部 分)が 伐 採 され,1993年10月2目
に は以 前 に伐 採 され た跡 も伐 採 域 に含 め て,全 伐
採 面 積 は少 な く と も4,629.01km2(赤,緑,青,
黄,マ
ジ ェ ン タ,シ ア ンお よび 白色 部 分,2シ
ー
ン全 面 積9,644.31km2の48.00%)で
あ っ た と
推 測 で き る。
VII. 結
論
光 学 セ ンサ ー で は雲 に遮 られ て観 測 しに くい赤
道 付 近 の低 緯 度 地 帯 にお い て,能 動 型 マ イ ク ロ波
セ ンサ ー で あ るSARに
よ っ て取 得 され た デ ー タ
が 広 域 の モ ザイ ク画 像 の作 成 等 に有 効 で あ る こ と
が わ か っ た。特 に ア マ ゾ ンの よ うな比 較 的 平 坦 な
揚 所 で は,こ こ で採 用 した よ うな簡 単 な方 法 で も
モザ イ ク画 像 は比 較 的 よ くつ な が る 。SAR画
像
に特 有 な ス ペ ッ ク ル ノ イ ズ の 除 去 に,8画
素 ×
8画 素 の平 均 操 作 が 有 効 で あ る。 森 林 伐 採 域 は,
SARデ
ー タ で は森 林 域 に 比 べ て σ。 の値 が小 さ
い こ とか ら判 定 可 能 で あ る が,森 林 内 に あ る川 岸
や 地 形 そ の他 の影 響 で σ。 の値 が小 さい所 との 区
別 が 困難 に な る。 こ の 困難 を除 去 す る の に は,5
画 素 ×5画 素 内 の σ。 の標 準 偏 差,3画
素 ×3画
素,9画
素 ×9画 素 の ブ ロ ック で の移 動 平 均 等 の
利 用 が有 効 で あ る 。 こ の調 査 を通 じて,JERS-1
のSARデ
ータ が 広 範 な領 域 の水 系 や 森 林 伐 採 域
の推 移 の把 握 等 に役 立 つ こ とが 明 らか に な っ た。
謝
辞
本研 究 は平成5年 度,6年
度宇宙開発事業団地球観測
業務"SARデ
ータを用いた森林 モニ タ リングの解析"
の一環 として行なわれた もので,使 用 したSAR画
像 は
通 産省,科 学技術 庁,宇 宙開発事業 団か ら提供 された も
の で あ る 。 こ こ に3機 関 に対 して,深 長 な 謝 意 を 表 し ます 。 ま た宇 宙 開発 事 業 団地 球 観 測 セ ン タ ー の 島 田政 信 氏,Ake Rosenqvist氏,な らび に ブ ラ ジル 国 立 航 空 宇 宙 研 究 所,国 立 ア マ ゾン研 究 所,ペ トロブ ラス石 油 公 社 の 関係 者 か らは い ろ い ろ と援 助 を頂 き ま した 。 ま た査 読 者 か らは多 くの貴 重 な御 指 摘 を頂 き ま した 。 こ こ に各 位 に対 して感 謝 の意 を表 します 。 注1) ル ック数 (number of multi look)
SAR 画 像 処 理 で ス ペ ック ルi雑音 を減 少 させ る た め の マ ル チ ル ック処 理 に お け る マル チ ル ック数 の こ とを 示 す 。 ス ペ ック ル雑 音 の軽 減 に は,特 定 の位 相 関係 に な い画 像 を複 数 個 重 ね合 わせ る方 法 が効 果 的 で あ り, こ の手 法 を マル チル ック とい う。最 も多 く実 用 され て い る マ ル チ ル ック処 理 は周 波 数 分 割 に よ る方 法 で あ り, ア ジ マ ス圧 縮(衛 星 の飛 行 方 向 の デ ー タ の信 号 処 理) 時 に ア ジ マ ス方 向 の周 波 数 ス ペ ク トル を マ ル チ ル ック 数 分 だ け分 割 し,そ れ ぞれ 独 立 に圧 縮 して得 た各 ル ッ ク の画 像 を加 算 す る 。Nル ック処 理 を施 した場 合,ス ペ ック ル雑 音 は1/√Nに 低 減 され る が,分 解 能 はN 倍 劣 下 す る 。宇 宙 開発 事 業 団 で は1ル ックお よび3ル ック処 理 を行 な って い る 。 2) JERS-1 SAR デ ー タ処 理 レベ ル 宇 宙 開発 事 業 団 で作 成 され るJERS-1 SARデ ー タ は 補 正 や 処 理 の 各 段 階 に 応 じてCCT(Computer Compatible Tape) の処 理 レベ ル が定 め られ て い る。 レベ ル0:補 正 を全 く行 な っ て い な い デ ー タ を記 録 す る 。 ま た,高 次 の補 正 に必 要 な デ ー タ を記 録 して い る 。 レベ ル1.0:基 本 的 に レン ジ 圧 縮(距 離 方 向 の デ ー タ の信 号 処 理)の み を行 な っ た デ ー タ を記 録 す る もの で,補 助 デ ー タ と して レン ジ参 照 関数 を記 録 す る 。 レベ ル1.1:レ ベ ル1.0に 加 え て ア ジ マ ス圧 縮 を行 な っ た デ ー タ で あ る 。 た だ し,ア ジ マ ス圧 縮 を行 な う際 に レン ジ マ イ グ レー シ ョン補 正(衛 星 と地 表 との等 距 離 軌 跡 が直 線 に な らな い,衛 星 と地 球 の相 関 運 動 が あ る な どの原 因 に よ る歪 を取 り除 く補 正)を 行 な いル ック処 理 と して は3ル ッ ク と1ル ック の2種 類 が選 択 可 能 で あ る。 レベ ル2.0:レ ベ ル1.1ま で の レン ジお よび ア ジ マス 圧 縮 され た デ ー タ につ いて,σ° 対 応 の変 換 をす る 。さ らに,リ サ ンプ リン グ を行 な いSlant Range(レ ン ジ方 向 にお け る ア ン テ ナ と地 上 の 目標 物 との斜 め 距 離)を 地 上 距 離 に変 換 す る 。座 標 は,X軸 が ア ジ マ ス方 向 でY軸 が レン ジ方 向 とな る 。 レベ ル2.1:レ ベ ル1.1の デ ー タ につ い て,地 図 投 影 を 考 慮 して リサ ン プ リン グ を行 な う。地 図投 影 と して は,UTM(ユ ニバ ー サ ル横 メル カ トー
ル,Uni-versal Transverse Mercator system)お よびPS(ポ
ー ラ ス テ レオ 図法 ,Polar Stereo Projection)の
2種 類 が あ る。 宇 宙 開 発 事 業 団 で は,こ の処 理 を標 準 処 理 とす る。
レベ ル3:レ ベ ル1.1ま で の処 理 に加 え て,GCP (地
上 基 準 点,Ground Control Point) を 用 い た 精 密
幾 何 補 正 を行 な う。本 処 理 レベ ル にお い て は,標 高 に よ る補 正 を行 な わ ない 。
レベ ル4:数 値 情 報(DTM,Digital Terrain Model)
を使 用 して,レ ベ ル1.1ま で の処 理 に 加 え て 標 高 に よ る歪 補 正(Foreshortening 補 正)を 行 な う。 3) 規 格 化 後 方 散 乱 断 面 積 σ° 広 が りの あ る面 が レー ダ ー の電 波 を電 波 の入 射 方 向 (レ ー ダ ー の方 向)に 散 乱 す る度 合 を 表 わす 量 。 定 量 的 に は"単 位 面 積 当 た りの後 方 散 乱 断 面積"と して定 義 され る。 次 元 はm2/m2で 見掛 け 上無 次元 で あ る 。 σ°は 散 乱 面 の 粗 さ,傾 き,誘 電 率,電 気 伝 導 度,内 部 の 不均 一 さ等 に よ って 変化 し,ま た観 測 条件,す な わ ち 電 波 の 周 波 数,入 射角,送 信 と受信 の偏 波 の組 み 合 わ せ に よ って 変 わ る。SAR画 像 の 濃淡 模 様 は σ° の 大 小 に対 応 して い る。σ°の 大 きな 区域 は 画 像 上 で 明 る く,σ° の 小 さな 区域 は 画 像 上 で 暗 い 。 本 文 中 で は 単 位 にdB(decibel)を 用 い た 。 例 えば,σ°:0.01 の と き,σ°=10・log10 0.01=10・(-2)=-20(dB)。 詳 細 につ い て は 文 献Ulaby et al. (1981, 1982, 1986)を 参 照 され た い 。
(a)
(b)
4) スペ ッ クル ・ノイ ズ(speckle noise) レー ダの 受 信 信 号 は,画 素 中の 多 数 の 散 乱 点 か らの 反 射 信 号 の合 成 で あ る が,こ れ らがそ れ ぞ れ 特 定 の 位 相 を 持 って い る の で画 像 信 号 に濃 淡 の チ ラ ツ キ が生 じ る 。 こ れ を ス ペ ッ クル ・ノイ ズ ま た は ス ペ ック ル雑 音 と言 う。 5) フ オ ア シ ョー トニ ン グ(foreshortening) SAR は 自 らマ イ ク ロ波 を 送信 し,地 表 物 体 で散 乱 され た マ イ ク ロ波 を受 信 す る 。 こ の とき受 信 波 は受 信 され た順 番 に記 録 さ れ る た め,SAR画 像 上 の地 表 物 体 の位 置 は衛 星 か らの 距離 に基 づ くこ とに な る 。 こ の こ とがSARに 特 有 な 幾 何 学 的 歪 み を 引 き起 こす 原 因 とな る 。 ま ず,平 面 上 に あ る物 体 を観 測 す る場 合 に は こ の 幾 何 学 的 歪 み は 生 じな い 。図3-aに 示 す よ うに平 面 上 に あ る3点A,B,Cは,衛 星 か らの 距離 が そ れ ぞ れ Sa,Sb,Scに な る た め に 相 対 的 な 位 置 の歪 み を生 じ な い 。 一 方,起 伏 の あ る地 形 を観 測 す る場 合 は相 対 的 な 位 置 の 歪 み が 生 じ る。 図3-bに 示 す よ うな起 伏 を持 つ 地 形 の 揚 合,B点 はD点 に位 置 づ け られ るの で,本 来 は d点 に映 るべ きで あ る。 しか しSARで は 衛 星 か ら の 距 離 がSBに 等 しいb点 に 移動 し,bdだ け 近 くに あ る よ うに見 え る。ABの 傾 射 が 更 に大 き くな る とb 点 はa点 の 前 に移 動 す る。 この よ うに起 伏 の 前 面 が 衛 星 に 近 づ き,後 面 が 延 び る 歪 み を フ ォ ア シ ョー トニ ン グ(foreshortening)と 言 う。 文 献Batista, G. T. (1994) : Assessment of AVHRR data
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dis-図 3 SAR 画 像 に お け る地 形 に よる 幾 何 歪 み(フ
オア シ ョー トニ ン グ)
Fig. 3 Geometric
distortion
caused by terrain
in SAR images (foreshortening)
crimination
using
SIR-B
data of the
Guiana
Shield, northwestern
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