【研究分野】水工学

【研究領域課題番号】26889077 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

水文学 / 河川 / 湖沼 / リモートセンシング / 全球 / データベース

【研究成果の概要】

１．水面マップから河道幅を自動計算するアルゴリズムを開発し、全球衛星水面マップに適用することで、「全球河道幅データ：GWD-LR」を構築した。衛星観測に基づいた全球規模の河道幅データ構築は世界初の成果であり、洪水予測・生物多様性評価・水資源量推定など、多様な分野の研究者にデータを提供した。
２．Landsat画像33,890枚を用いて「全球水面マップ：G3WBM」を構築した。水面頻度を考慮した高解像度の全球水面マップとして世界唯一のプロダクトであり、本研究の河道幅データの精度向上に用いた他、水域生態系・洪水リスク評価・マラリア予測などの国内外の研究者にデータを提供した。

【研究種目】研究活動スタート支援

【研究期間】2014-08-29 - 2016-03-31

【配分額】2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】16651084 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

マルチハザード / 災害対応支援 / GIS(地理情報システム) / 緊急時業務内容 / メタデータ / 災害エスノグラフィー / データベース / ワールドトレードセンター / EMDC / リモートセンシング / 自治体

【研究成果の概要】

昨年度行った「ワールドトレードセンター(WTC)ビル崩壊災害における空間情報技術の活用」に関するヒアリング調査の結果等をふまえて、マルチハザード危機管理対応のための空間情報デジタルワークスペースの要求性能を明確化し、データベースシステム、システムインターフェースを構築、実装した。
データベース構築のために、自治体の現在の防災用緊急対応マニュアルにおける業務内容を時系列で分析し、対応業務と空間データ活用の関連づけを明らかにすることによって、緊急対応のために必要なGIS空間データベースを整理し、横浜市保土ヶ谷区においてデータベースを構築した。
インターフェースに関しては、災害前または直後にキーワード、場所、カテゴリーごとにデータベースから簡単に閲覧、ダウンロード可能な防災情報受・発信共有機能(メタデータエクスプローラーシステム)を備えるようにし、一つのシステムとして統合した。
さらに、構築された防災用のGIS空間データベースをより実践的なものに補強するために、神戸の震災での体験を体系的、具体的、網羅的に記録した「エスノグラフィー」を読み込み、分析した結果に基づく必要な空間データの整理、横浜市保土ヶ谷区を対象としたデータベース化を行った。なお、エスノグラフィーの分析方法として、主観的な分析とコンピュータソフトウェアによる客観的な分析を行って、結果を比較するとともに、手法の標準化について考察した。これらにより、過去の教訓を十分活かした、経験者の知恵を大事にする日本社会に適した危機管理対応のためのシステム構築の方向性をまとめることができた。

【研究種目】萌芽研究

【研究期間】2004 - 2005

【配分額】3,500千円 (直接経費: 3,500千円)

【研究分野】水工水理学

【研究領域課題番号】13555140 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リモートセンシング / 土壌水分 / 熱帯降雨観測衛星 / 大気陸面相互作用 / 衛星リモートセンシング / 地球観測 / データベース / 地球環境

【研究成果の概要】

能動型マイクロ波リモートセンシングによる土壌水分推定手法として,TRMMに搭載された降雨レーダ(PR)を利用した土壌水分推定手法を開発した.降雨観測用レーダとしては波長の比較的短いKuバンドの周波数を利用しているため,降雨による減衰を評価する必要性から,地表面の後方散乱係数sigma0を観測・記録しているが、これを土壌水分推定に利用した.昨年度までの結果をふまえて,igma0に植生がどう影響を与えているのかを考察した.レイヤーモデルとモザイクモデルでは,どちらも形式的な表現は同じになるが,とくにPRの場合,使用するマイクロ波周波数が地表面観測には高いことやサヘルなど一部地域でしかsigma0の季節変動に植生の影響がみられないことから,植生被覆率fをパラメータとしたモザイクモデルで考えるのが適当である.このモデルを利用して,植生被覆率fと土壌面からの散乱強度sigma0_sのどちらがsigma0に強く影響するかをみると,入射角が小さい方がsigma0_sの影響が大きい.また,入射角12度の場合に植生被覆率$f$の影響が最小となる.そこで,まず植生被覆率の影響の大きい入射角3度のsigma^0を利用してfを決定し,次に毎回の入射角12度でのsigma0からsigma0sをもとめ,Fung(1992)による土壌面の散乱モデルIEM(=Integral Equation Model)により土壌水分に変換するアルゴリズムを作成した.月単位の結果は良好であったが日単位の実用化にはやはり観測頻度が問題となった。次に,同じくTRMMに搭載された受動型のマイクロ波放射計TMIによる土壌分推定アルゴリズムを開発した.既往の研究よりも,とくに植生層の影響を物理的な手法に基づき評価することを目的とし,土壌・植生・大気を結合した放射伝達モデルを作成し利用した.大きく8種類の推定手法を用いて,それぞれに土壌水分を月単位で推定し,その季節変動を比較した.工夫した最適化手法により土壌水分推定が可能な割合を大きく増やすことができた.R, TMIを利用したどちらの手法もサヘルやアジアモンスーン城など熱帯域の主要な地域で季節変動の再現,中緯度帯での降雨イベントに対応した日単位変化の再現などに成功している.日内変動などをみると,TMIの場合には完全には地表面温度の影響が消えていないことから,この影響のほとんどないPRの方が優れている.また,PRの方がアルゴリズムが簡潔で,外部データ(NDVIなど)を一切使用しないで済むという点で優れている.しかし,近い将来の衛星観測計画を考えると,観測頻度やセンサの継続性の面からTMIなどマイクロ波放射計による土壌水分推定は必要である.このため,TMIの季節変動をPR季節変動にあうように放射伝達モデルのパラメータを決定し,TMIから日単位あるいは数時間単位で推定を行うといった複合アルゴリズムの開発が今後の課題としてあげられる.これらのアルゴリズムによって作成された過去数年分の全球土壌水分データセットは近日インターネット上で公開される。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2001 - 2002

【配分額】13,500千円 (直接経費: 13,500千円)

【研究分野】広領域

【研究領域課題番号】11490015 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

森林 / 農耕地 / 草地・草原 / 持続的生産性 / 炭素動態 / 種多様性 / リモートセンシング / モデル / 持続的生産 / 土壌呼吸 / 土地荒廃 / 物質循環 / 耕地生態系 / 草原生態系 / 衛星データ / 環境保全 / 生態系 / 持続性 / 草原 / データベース / ベータ・二項分布

【研究成果の概要】

本研究では農林生態系の持続的生産性を表現しうる指標作りを行った。手法として、(1)生態系への炭素蓄積量やその動態によって判断する方法、(2)生態系を構成する種の多様性や不均一性を数学モデルで指標化する方法、そして、(3)物質循環の連続性を表す数学モデルや分光放射値から植生指数を作成して系の安定性判定に適用する方法について、森林、草原、農地に当てはめて検討した。
(1)炭素収支から推定する方法:小泉は、水田、一毛作畑地、二毛作畑地を対象に炭素の動態と収支を測定した結果、水田作が最も持続性の高い農法で、次いで二毛作畑、一毛作畑の順に持続性が高いと判定した。一方、秋山らは1haの冷温帯落葉広葉樹林の炭素貯留量と動態を、100地点で生態系構成要素別に測定する詳細現地調査法で計測した。7つの構成要素の現存量と炭素含有率を調べた結果、土壌圏が炭素の巨大なプールになっていることが判明した。
(2)種多様性から推定する方法:草原生態系の安定性は草原を構成する種の多様性と空間分布によって推定できる。ベータ二項分布を使って中国内蒙古草原を調査した結果、種の出現率は放牧圧によって変化し、禁牧によって植生が回復する過程をベータ二項分布等の指標で表示することができた。
(3)モデルとリモートセンシングによる監視法:秋山らは衛星データを使った正規化植生指数及び気象データから内蒙古草原の草量の季節変化を推定した。これを用いて地域別の草量分布や適正家蓄頭数、草量の年変化を推定することができる。一方、板野は色々な生育状態のライグラス草地の分光放射特性を計測し、植生の粗密、生育の遅速等を判定し、草量、植被率、自然草高との関係をモデル式で表した。篠田は流域内での物質循環の連続性を表す指標を提案した。用いる流域内物質収支モデルの構築、およびその境界条件データの特定化に必要となる詳細な土地被覆情報を、人工衛星画像から抽出する方法を提案した。
以上の結果、対象とする生態系ごとに持続的生産性を表す適当な指標を設定することができた。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】1999 - 2002

【配分額】12,400千円 (直接経費: 12,400千円)

【研究分野】交通工学・国土計画

【研究領域課題番号】06750574 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

農業生態ゾーン / グローバル / 土地適性評価 / リモートセンシング / データベース / AVHHR / DCW / 上海

【研究成果の概要】

FAOが提唱した農業生態ゾーンをはじめとするいくつかの土地適性評価方法を整理し、土地適性評価の基本方法とプロセスを明らかにした。“評価目的の設定"、“土地利用の選定"、“当該土地利用の気候、土壌への要求"、“データベース整備"、“データと土地利用の要求とのマッチング及び期待生産高の予測"、“生産コストと適性のクラス分け"及び“土地利用区分図の作成"の7つのステップに対して今年度は“土地利用の選定"と“データベースの整備"を重点的に進めた。
グローバル適性評価の最終的目的は広域の農業的土地利用適性区分図の作成であることを明確にした上、FAOのフレームワークを踏まえて東アジア地区主要各国の農業統計から評価の対象となりうる主要農作物を抽出した。その結果、稲と小麦をはじめとする20種類をリストアップした。評価を行うためにはこれらの作物ごとに気候や土壌への要求を整理し、システム化する必要がある。20種類を同時に実施することが困難であることを鑑み、現在稲と小麦を中心に評価知識の整理と知識ベース化を行っている。
評価の実態のもう一つの条件であるデータについて、既存のグローバルデータセット、人口衛星データを総合的に調査し、その有効性に関する試験利用を行った。地球規模に整備されている植生データ(GRASS Ecosystem Data)と世界地図(Thed Digital Chart of the World)が入手できて、東アジア地区を抽出し、データベース化した。しかし、これらのデータは解像度が低い(10キロ以上)ため、利用が限定されている。それを補うために、試験的に上海地区のAVHRR画像(赤道直下では解像度1キロ)とランドサットTM画像(解像度30メートル)を導入した。植生の季節的変化を分析し、土地被覆分類を行った結果、上海地区の農作物のを地域分布と市街地の拡大の様子を定量的に抽出できた。今後、これらの高解像度画像をグランドトールスとしてAVHRRデータ及びDCWを補完し、広域土地評価のための効率的なデータベース整備方法を検討する。
評価システムについて、既存のシステムの改良作業が進んでおり、農作物ごとに評価知識ベースを構築する予定である。

【研究種目】奨励研究(A)

【研究期間】1994

【配分額】1,100千円 (直接経費: 1,100千円)

【研究分野】林学

【研究領域課題番号】63860018 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リモ-トセンシング / 地理情報システム / 森林調査 / FREDAM / 環境モニタリング / 森林管理 / 林型区分 / 樹冠疎密度 / CVA解析 / テクスチャ-解析 / 衛星画像 / GIS(地理情報システム) / 林分構造 / 生態モデル / 天然林 / データベース / リモートセンシング / TMデータ

【研究成果の概要】

1.天然林の資源・環境管理と地理情報システム(GIS)
森林資源情報,森林管理情報,地沢情報のような数値情報と,森林基本図,林相図,土壌図などの図形情報から成る地理情報システムを作成し,このGIS情報と現地情報,リモ-トセンシング情報との照合を行った。
ついで,リモ-トセンシング情報を統計処理・画像処理するための,天然林の資源,環境モニタリングシステム・FREDAM(Forest,Remote Sensing Data Analysis System)を作成し、東京大学秩父演習林と北海道演習林の森林に適用した。
2.資源・環境モニタリングの設計とその天然林への応用
秩父演習林の森林については,1984,1987,1988年の3時期のランドサット・TMデ-タを用いてCVA(Change Vector Analysis)解析を行った結果,国道開設に伴う森林伐採箇所や河川の埋め立て地を検出することができた。また,北海道演習林の天然林を対象に,テクスチャ-解析により林型区分を行ったところ,この手法が樹冠疎密度区分に有効であることが確認された。さらに,1990年に撮影されたSPOTのパンクロマチックデ-タ(解像度10m)とマルチスペクトルデ-タ(解像度20m)をRGBーHRV変換を使って合成し,5万分の1のカラ-衛星画像マップを作成した。この図では,広大な演習林の森林状態が詳細に表現されており,誰にでも森林環境を把握することが可能である。
3.残された問題点と今後の課題
技術的には,雲や影による衛星情報の損失の問題,各センサの特質の解析などがある。また,資源調査、環境モニタリングシステムを森林管理の中核に位置づけるための,体制づくりとものの見方の転換が必要である。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1988 - 1990

【配分額】9,400千円 (直接経費: 9,400千円)

【研究分野】情報学

【研究領域課題番号】63880007 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

リモ-トセンシング / 並列処理 / デ-タベ-ス / 画像処理 / 並列コンピュ-タと超高速デ-タベ-ス処理 / 気象衛星NOAA / 画像デ-タベ-ス / Meteorological Satellite NOAA / Image Processing / Image Database / 並列処理 Parallel Processing / 画像データベース / Prallel Processing

【研究成果の概要】

本研究は,NOAA衛星に於けるAVHHRセンサの観測画像を処理対象とし,リモ-トセンシングデ-タの受信から,受信デ-タの直接的利用可能な地図画像や,温度分布画像の生成までを自動的に行なう統合システムの関発を目的しとている。
特にユ-ザへのデ-タ配布の迅速化を達成するため処理の高速化を主たる研究目的とし,NOAAモ-トセンシング画像のラジオメトリック補正ならびに幾何補正手法に関し,そのアルゴリズムの詳細化を行なうと共に本研究費により導入した共有メモリ型並列コンピュ-タ,シ-ケント社,シンメトリS81を利用し,アルゴリズムの並列化を行ない,実際にS81上にインプリメンテ-ションを行なった。この結果,ラジオメトリック補正に関してはライン間での補正が必要であるもののピクセル毎の処理を独立に実行可能であることから高度の並列性を抽出することができ大きな性能向上が得られた。又,幾何補正はラジオメトリック補正に比べ,より問題が複雑であるものの並列処理効果は大きく,並列処理の導入により既設のメインフレ-ムコンピュ-タに比べ処理速度を向上させることが出来た。特にリモ-トセンシング画像から地図画像への変換に関しては,変換効率向上の為ある程度の大きさのメッシュサイズに区切って変換し,他の点は補間処理によって行なう。このメッシュサイズの最適化は処理効率上重要な決定事項となるが,衛星画像,地図画像上で高中低緯度の種々のエリアに於ける実験を繰り返し,最適値を求めると共に並列化を各処理段階で徹底した。又,誤差の定量的評価についても詳細な検討を行なった。

【研究種目】試験研究(B)

【研究期間】1988 - 1990

【配分額】54,500千円 (直接経費: 54,500千円)