JP3533524B2 - 地下水の探査方法 - Google Patents
地下水の探査方法Info
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- JP3533524B2 JP3533524B2 JP2002218017A JP2002218017A JP3533524B2 JP 3533524 B2 JP3533524 B2 JP 3533524B2 JP 2002218017 A JP2002218017 A JP 2002218017A JP 2002218017 A JP2002218017 A JP 2002218017A JP 3533524 B2 JP3533524 B2 JP 3533524B2
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/30—Assessment of water resources
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は人工衛星による地下
水探査のボーリング地点決定支援方法に関するものであ
る。
水探査のボーリング地点決定支援方法に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】一般に、人工衛星データを用いた土壌水
分の解析については、TRMM（可降水量を空間的に測定す
るために開発された人工衛星）データを使用する。しか
し、この方法は、全球を対象としているため、空間分解
能は粗く、非常に狭い地域を対象とするには不適だっ
た。
分の解析については、TRMM（可降水量を空間的に測定す
るために開発された人工衛星）データを使用する。しか
し、この方法は、全球を対象としているため、空間分解
能は粗く、非常に狭い地域を対象とするには不適だっ
た。
【０００３】近年、地上１ｍ×１ｍといわれる高分解能
化、広範囲な観測、一つの観測点について多波長分析を
行うことができる、ユーザーの指定日に観測を行うこと
ができる（ポインティングシステム搭載）、解析支援ソ
フトの高度化に代表されるように人工衛星およびそれを
取り巻く利用技術は飛躍的な進歩を遂げており、衛星デ
ータを用いた局所的な事象に対する研究開発が行われる
ようになってきたところである。
化、広範囲な観測、一つの観測点について多波長分析を
行うことができる、ユーザーの指定日に観測を行うこと
ができる（ポインティングシステム搭載）、解析支援ソ
フトの高度化に代表されるように人工衛星およびそれを
取り巻く利用技術は飛躍的な進歩を遂げており、衛星デ
ータを用いた局所的な事象に対する研究開発が行われる
ようになってきたところである。
【０００４】一方、従来の水源開発では、地質的な見地
からのボーリング調査が実施されてきた。しかし、調査
位置の特定は、経験的な要素に支配されており、調査経
費に対し必ずしも満足のゆく成果を得ることができない
のが現状である。
からのボーリング調査が実施されてきた。しかし、調査
位置の特定は、経験的な要素に支配されており、調査経
費に対し必ずしも満足のゆく成果を得ることができない
のが現状である。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、渇水時にお
ける新たな水源の確保を支援する、経験的見地に、客観
的根拠の裏付けを与える技術的な手法の確立を目的とし
ている。例えば香川県は、夏期に度重なる渇水に見舞わ
れており、早明浦ダム（高知県）を水源とする香川用水
の開設後においても、香川県独自の水源を確保すること
が水資源の安定供給のために不可欠となっている。とり
わけ、市町単位においては、その問題が切迫しており、
いかに安価に水源の確保ができるかが全県下共通の重要
課題となっている。以上の観点から、本発明では、渇水
時における新たな水源の確保を支援する手法を確立し、
水資源開発の抜本的問題解決を図ろうとするものであ
る。
ける新たな水源の確保を支援する、経験的見地に、客観
的根拠の裏付けを与える技術的な手法の確立を目的とし
ている。例えば香川県は、夏期に度重なる渇水に見舞わ
れており、早明浦ダム（高知県）を水源とする香川用水
の開設後においても、香川県独自の水源を確保すること
が水資源の安定供給のために不可欠となっている。とり
わけ、市町単位においては、その問題が切迫しており、
いかに安価に水源の確保ができるかが全県下共通の重要
課題となっている。以上の観点から、本発明では、渇水
時における新たな水源の確保を支援する手法を確立し、
水資源開発の抜本的問題解決を図ろうとするものであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明は、高空間分解能
の性能を持つ人工衛星データを使用して地表面を綿密に
調査・解析することにより、水資源開発の抜本的問題解
決を図ろうとするものである。本発明は、人工衛星デー
タの特徴を生かし、遠隔地（衛星）から土壌表面の含水
率を判断し、ボーリング対象地点を判断する指標として
含水率の高低を視覚的に表現する方法を確立することに
より、水源開発の精度向上およびコスト縮減を図るもの
である。
の性能を持つ人工衛星データを使用して地表面を綿密に
調査・解析することにより、水資源開発の抜本的問題解
決を図ろうとするものである。本発明は、人工衛星デー
タの特徴を生かし、遠隔地（衛星）から土壌表面の含水
率を判断し、ボーリング対象地点を判断する指標として
含水率の高低を視覚的に表現する方法を確立することに
より、水源開発の精度向上およびコスト縮減を図るもの
である。
【０００７】請求項１の発明は、高空間分解能の性能を
持つ人工衛星データを使用して地表面を綿密に調査・解
析することにより面的な土壌表面の含水率を抽出し、土
壌マップ化する地下水探査のボーリング地点決定支援方
法であって、正規化植生指数（ＮＤＶＩ）を算出し、植
生エリアを除外する第１のステップと、前記第１のステ
ップで抽出された植生エリア以外の地点について、クラ
ス分類を行う第２のステップと、前記第２のステップで
分類されたクラスから、明らかに含水率が高いと思われ
るクラスのみを抽出し、当該抽出された各クラス値に比
例した着色を行うことで、土壌含水率の高低を視覚的に
表現する第３のステップと、を有することを特徴とす
る。
持つ人工衛星データを使用して地表面を綿密に調査・解
析することにより面的な土壌表面の含水率を抽出し、土
壌マップ化する地下水探査のボーリング地点決定支援方
法であって、正規化植生指数（ＮＤＶＩ）を算出し、植
生エリアを除外する第１のステップと、前記第１のステ
ップで抽出された植生エリア以外の地点について、クラ
ス分類を行う第２のステップと、前記第２のステップで
分類されたクラスから、明らかに含水率が高いと思われ
るクラスのみを抽出し、当該抽出された各クラス値に比
例した着色を行うことで、土壌含水率の高低を視覚的に
表現する第３のステップと、を有することを特徴とす
る。
【０００８】請求項２の発明は、請求項１の発明にの前
記ステップ１において、前記正規化植生指数（ＮＤＶ
Ｉ）を下記式２で算出し、当該算出されたＮＤＶＩが
０．２以上の地域を全て植生域と判断することを特徴と
する。
記ステップ１において、前記正規化植生指数（ＮＤＶ
Ｉ）を下記式２で算出し、当該算出されたＮＤＶＩが
０．２以上の地域を全て植生域と判断することを特徴と
する。
【数２】 ＮＤＶＩ＝〔チャンネル４（近赤外）−チャ
ンネル３（赤）〕／〔チャンネル４（近赤外）＋チャン
ネル３（赤）〕
ンネル３（赤）〕／〔チャンネル４（近赤外）＋チャン
ネル３（赤）〕
【０００９】請求項３の発明は、請求項１または２の発
明にの前記ステップ２において、前記クラス分類は、教
師無し分類であることを特徴とする。
明にの前記ステップ２において、前記クラス分類は、教
師無し分類であることを特徴とする。
【００１０】請求項４の発明は、請求項１ないし３のい
ずれかの発明において、前記人工衛星データがＩＫＯＮ
ＯＳデータであることを特徴とする。
ずれかの発明において、前記人工衛星データがＩＫＯＮ
ＯＳデータであることを特徴とする。
【００１１】
【００１２】
【発明の実施の形態】《対象区域》夏期において渇水状
況を引き起こす地域で、かつ対象地域の地表面土壌が露
出しているところに対して有効である。これらの条件よ
り、典型的な瀬戸内海気候（温暖寡雨）で、水田や畑が
多く、土壌表面の状態をよく把握することができる区域
は、本発明の対象地区として、最適の場所といえる。本
発明の実施例では、対象地区として香川県三豊郡豊中町
を中心とする約１０ｋｍ×１０ｋｍの範囲を計画対象区
域とした。
況を引き起こす地域で、かつ対象地域の地表面土壌が露
出しているところに対して有効である。これらの条件よ
り、典型的な瀬戸内海気候（温暖寡雨）で、水田や畑が
多く、土壌表面の状態をよく把握することができる区域
は、本発明の対象地区として、最適の場所といえる。本
発明の実施例では、対象地区として香川県三豊郡豊中町
を中心とする約１０ｋｍ×１０ｋｍの範囲を計画対象区
域とした。
【００１３】《IKONOS搭載センサの概要》IKONOSについ
ては、狭い地域を詳細に観測することができる（地上１
ｍ×１ｍの高分解能）ため、本発明では、IKONOSデータ
を活用することとした。IKONOSに搭載されたセンサは、
可視（青、緑、赤）・近赤外域の４波長を観測してい
る。これらの波長帯は、地表面を覆っている物質やその
状態を観測するに、充分な情報を与えてくれる。また、
このセンサは、空間分解能（１画素の範囲）１ｍ×１ｍ
と、高分解能の画像データを取得することができる。こ
れは、日本のように建物や敷地、田畑など面積の小さい
対象域を観測するに適している。この分解能の特性を利
用して、実施例１のように詳細な土壌水分分類図を作成
することができるようになった。IKONOS はまた、商用
衛星としての実績があり、今後、人工衛星画像データの
ニーズの高まりに対応することができる。例として主に
土地利用、緑被率図などで利用され、実施例１で示した
ように、土壌水分分布図も作成できる。
ては、狭い地域を詳細に観測することができる（地上１
ｍ×１ｍの高分解能）ため、本発明では、IKONOSデータ
を活用することとした。IKONOSに搭載されたセンサは、
可視（青、緑、赤）・近赤外域の４波長を観測してい
る。これらの波長帯は、地表面を覆っている物質やその
状態を観測するに、充分な情報を与えてくれる。また、
このセンサは、空間分解能（１画素の範囲）１ｍ×１ｍ
と、高分解能の画像データを取得することができる。こ
れは、日本のように建物や敷地、田畑など面積の小さい
対象域を観測するに適している。この分解能の特性を利
用して、実施例１のように詳細な土壌水分分類図を作成
することができるようになった。IKONOS はまた、商用
衛星としての実績があり、今後、人工衛星画像データの
ニーズの高まりに対応することができる。例として主に
土地利用、緑被率図などで利用され、実施例１で示した
ように、土壌水分分布図も作成できる。
【００１４】《地下水の探査方法・手順》地質状態の如
何にかかわらず、地下水深度と土壌表面の含水率の間に
は、何らかの相関があると考えられる。本発明では、IK
ONOSから提供される人工衛星データを処理し、土壌水分
が比較的多い部分を抽出し、その地点での値と、実施さ
れたボーリングで得られた地下水深度との相関を求める
こととする。IKONOSデータは地上分解能が高いという利
点を有するが、一方でデータ量は膨大なものとなる。こ
のため、解析の実施に際しては、マクロ的な視点からミ
クロな視点への絞込みを目的とした３段階の解析過程を
導入し、解析精度を保ちつつ分析時間の短縮を図ること
とした。これらの解析手順は、１）一次解析（植生エリ
アの除外）、２）二次解析（詳細解析エリアの抽出）、
３）三次解析（詳細解析と解析結果の視覚化）、４）現
地調査との相関関係の検証と土壌マップの作成、であ
り、以下、各解析の詳細を説明する。
何にかかわらず、地下水深度と土壌表面の含水率の間に
は、何らかの相関があると考えられる。本発明では、IK
ONOSから提供される人工衛星データを処理し、土壌水分
が比較的多い部分を抽出し、その地点での値と、実施さ
れたボーリングで得られた地下水深度との相関を求める
こととする。IKONOSデータは地上分解能が高いという利
点を有するが、一方でデータ量は膨大なものとなる。こ
のため、解析の実施に際しては、マクロ的な視点からミ
クロな視点への絞込みを目的とした３段階の解析過程を
導入し、解析精度を保ちつつ分析時間の短縮を図ること
とした。これらの解析手順は、１）一次解析（植生エリ
アの除外）、２）二次解析（詳細解析エリアの抽出）、
３）三次解析（詳細解析と解析結果の視覚化）、４）現
地調査との相関関係の検証と土壌マップの作成、であ
り、以下、各解析の詳細を説明する。
【００１５】１）一次解析（植生エリアの除外）
植物の生えている場所を取り除く。これは、正規化植生
指数（NDVI）と呼ばれる指数を用いる。この指数は、植
生の部分のコントラストが大きくなるように、規格化す
るもので、さまざまな研究において使用されている。ND
VI式は次のようになる。
指数（NDVI）と呼ばれる指数を用いる。この指数は、植
生の部分のコントラストが大きくなるように、規格化す
るもので、さまざまな研究において使用されている。ND
VI式は次のようになる。
【数３】
NDVI＝（近赤外−赤）／（近赤外＋赤） （３）
ここで、近赤外と赤とは、それぞれの波長帯をカバーす
るチャンネルの値（デジタル値）あるいは反射率で、赤
はチャンネル３、近赤外はチャンネル４である。本発明
においては、多時期のデータを用いず、大気補正の必要
がないので、IKONOSのデジタル値を使用することとし
た。また、植生エリアの同定については、一般に植生は
NDVI＞０．２５とされているが、植物種によってNDVI値
が異なるため、本発明においてはNDVI＞０となる地点を
すべて植生域と仮定することとした。土壌が露出してい
る部分は、明らかにNDVI＜０であるため、この仮定に研
究開発上の問題はない。以上より、NDVI＜０となる地点
を二次解析の対象地点とする。
るチャンネルの値（デジタル値）あるいは反射率で、赤
はチャンネル３、近赤外はチャンネル４である。本発明
においては、多時期のデータを用いず、大気補正の必要
がないので、IKONOSのデジタル値を使用することとし
た。また、植生エリアの同定については、一般に植生は
NDVI＞０．２５とされているが、植物種によってNDVI値
が異なるため、本発明においてはNDVI＞０となる地点を
すべて植生域と仮定することとした。土壌が露出してい
る部分は、明らかにNDVI＜０であるため、この仮定に研
究開発上の問題はない。以上より、NDVI＜０となる地点
を二次解析の対象地点とする。
【００１６】２）二次解析（詳細解析エリアの抽出）
二次解析として、一次解析で抽出された植生エリア以外
の地点についてクラス分類を行う。分類手法は、教師無
しスペクトル分類（ISODATA分類）である。この分類
は、多チャンネル（スペクトル）のみにおいて有効であ
る。この分類手法は、スペクトルの形が似ているものを
同じクラスとして分類することができる。土壌水分が多
く含まれている地点では、すべてのチャンネルにおいて
低い値をとる。したがって、低い値をとるスペクトルと
なる地点を抽出すれば、自ずと、含水率の多い地点を抽
出することができる。実施に際しては、含水率の高いも
のほど、クラス値を小さくなるように分類する。この段
階では、三次解析の前処理として１０クラスに分類す
る。
の地点についてクラス分類を行う。分類手法は、教師無
しスペクトル分類（ISODATA分類）である。この分類
は、多チャンネル（スペクトル）のみにおいて有効であ
る。この分類手法は、スペクトルの形が似ているものを
同じクラスとして分類することができる。土壌水分が多
く含まれている地点では、すべてのチャンネルにおいて
低い値をとる。したがって、低い値をとるスペクトルと
なる地点を抽出すれば、自ずと、含水率の多い地点を抽
出することができる。実施に際しては、含水率の高いも
のほど、クラス値を小さくなるように分類する。この段
階では、三次解析の前処理として１０クラスに分類す
る。
【００１７】３）三次解析（詳細解析と解析結果の視覚
化） 二次解析で得られた結果のうち、明らかに含水率が高い
と思われるクラス1から５を抽出し、その地点について
三次解析を行い、再度教師無しスペクトル分類（ISODAT
A）を行い、さらに１０クラスに細分類する。なお、ク
ラス０については水域とし、三次解析エリアからは除外
することとする。三次解析の結果は、画像処理を用いて
クラス値に比例した着色（小さいほど青くする等）を行
い、含水率の高さを視覚的に表現する。含水率が高いほ
どクラス値は小さくなるため、色の濃淡によって含水率
の高低を容易に判断することができる。
化） 二次解析で得られた結果のうち、明らかに含水率が高い
と思われるクラス1から５を抽出し、その地点について
三次解析を行い、再度教師無しスペクトル分類（ISODAT
A）を行い、さらに１０クラスに細分類する。なお、ク
ラス０については水域とし、三次解析エリアからは除外
することとする。三次解析の結果は、画像処理を用いて
クラス値に比例した着色（小さいほど青くする等）を行
い、含水率の高さを視覚的に表現する。含水率が高いほ
どクラス値は小さくなるため、色の濃淡によって含水率
の高低を容易に判断することができる。
【００１８】４）現地調査との相関関係の検証と土壌マ
ップの作成 最後に、ボーリング調査などグランドツルースが現存す
る周辺の地点において、画像解析結果と対応させ、解析
結果の妥当性を検討する。また、検討による修正を踏ま
え、解析結果を視覚的に理解しやすいように、地図化す
る。
ップの作成 最後に、ボーリング調査などグランドツルースが現存す
る周辺の地点において、画像解析結果と対応させ、解析
結果の妥当性を検討する。また、検討による修正を踏ま
え、解析結果を視覚的に理解しやすいように、地図化す
る。
【００１９】
【作用】本発明では、これら人工衛星データの特徴を生
かし、遠隔地（衛星）から土壌表面の含水率を判断し、
別途実施するボーリング調査による地下水深度との間に
相関関係を見いだし、ボーリング対象地点を判断する指
標として確立することにより、水源開発の精度向上およ
びコスト縮減を図ることができる。
かし、遠隔地（衛星）から土壌表面の含水率を判断し、
別途実施するボーリング調査による地下水深度との間に
相関関係を見いだし、ボーリング対象地点を判断する指
標として確立することにより、水源開発の精度向上およ
びコスト縮減を図ることができる。
【００２０】人工衛星によるリモートセンシングは、現
地調査に比較して多くの制限を有するが、本発明が目指
すところの現地調査との併用など利用用途を限定するこ
とにより、極めて大きな潜在的可能性を秘めている分野
であると考える。また、人工衛星の観測範囲は広範囲に
わたる。このため、本発明の成果が実用化された場合、
同様の問題を抱える多くの自治体が共同で対処すること
が可能となり、予算の大幅な縮減へとつながるものであ
る。
地調査に比較して多くの制限を有するが、本発明が目指
すところの現地調査との併用など利用用途を限定するこ
とにより、極めて大きな潜在的可能性を秘めている分野
であると考える。また、人工衛星の観測範囲は広範囲に
わたる。このため、本発明の成果が実用化された場合、
同様の問題を抱える多くの自治体が共同で対処すること
が可能となり、予算の大幅な縮減へとつながるものであ
る。
【００２１】
【実施例】本願発明の詳細を実施例で説明する。本願発
明はこれら実施例によって何ら限定されるものではな
い。
明はこれら実施例によって何ら限定されるものではな
い。
【００２２】実施例１
実施例１は、低井戸水源地の特定を目的として、人工衛
星画像データ（IKONOS）の画像解析を行ったものであ
る。本解析では、人工衛星データから表層における土壌
水分分布図を作成し、その土壌水分の多寡は地下水位に
依存するとという作業仮説を立て、その結果から有用な
水源地を特定する。人工衛星によって得られるデータ
は、青・緑・赤・近赤外（段落番号００１４のIKONOS
搭載センサの概要参照）それぞれの画像データである。
この４波長の画像データを元に、表層土壌水分の分類図
を作成する。
星画像データ（IKONOS）の画像解析を行ったものであ
る。本解析では、人工衛星データから表層における土壌
水分分布図を作成し、その土壌水分の多寡は地下水位に
依存するとという作業仮説を立て、その結果から有用な
水源地を特定する。人工衛星によって得られるデータ
は、青・緑・赤・近赤外（段落番号００１４のIKONOS
搭載センサの概要参照）それぞれの画像データである。
この４波長の画像データを元に、表層土壌水分の分類図
を作成する。
【００２３】《対象地域》香川県豊中町を研究対象地域
に選定した。
に選定した。
【００２４】《土・植物の情報抽出モデル》
図１は、植物、土に関する情報抽出モデルである。縦軸
は近赤外チャンネル、横軸は赤チャンネルとした。それ
ぞれの単位は、デジタル値（DN 値）である。この図
に、画像データ上のそれぞれの地点をプロットすると、
図で示されるような、植物、水、土で囲まれた三角形の
中にほぼ入ることが分かっている。ここで、赤色の楕円
で囲まれた部分に着目する。赤と近赤外波長における土
の反射率を比較すると、両者はほぼ同じ値かやや高い値
を示す。したがって、様々な土について赤と近赤外の２
波長で散布図を描くと、どのような土も式（４）の回帰
線上に並ぶ。
は近赤外チャンネル、横軸は赤チャンネルとした。それ
ぞれの単位は、デジタル値（DN 値）である。この図
に、画像データ上のそれぞれの地点をプロットすると、
図で示されるような、植物、水、土で囲まれた三角形の
中にほぼ入ることが分かっている。ここで、赤色の楕円
で囲まれた部分に着目する。赤と近赤外波長における土
の反射率を比較すると、両者はほぼ同じ値かやや高い値
を示す。したがって、様々な土について赤と近赤外の２
波長で散布図を描くと、どのような土も式（４）の回帰
線上に並ぶ。
【数４】ＩＲ ＝ aＲ＋ｂ (４)
ここで、ＩＲは植物群落の近赤外域における反射率、Ｒ
は赤色域の反射率、ａ、ｂは回帰定数である。
は赤色域の反射率、ａ、ｂは回帰定数である。
【００２５】この回帰直線はソイルラインと呼ばれ、土
壌の明るさを表す。土壌の明るさを規定する要因は土壌
有機物と土壌水分である。しかし、本実施例のように、
研究対象地域が水田に限定され、かつその範囲も比較的
小さな領域においては、土壌有機物の面的な変動は小さ
いと考えられる。したがって、赤色の楕円で囲まれた部
分は水分状態を示す範囲とみなすことができる。ソイル
ライン上で水に近いほど土壌水分が多く、逆に土に近い
ほど少ない。本実施例では、この部分、すなわち植生の
影響がない地点の情報を抽出して、土壌水分状態を数値
化する。なお、植生に関する情報は以下のような考え方
に基づいて抽出される。植生の分光反射率曲線は４００
〜５００ｎｍ（青）と６５０〜６９０ｎｍ（赤）ではク
ロロフィルによる吸収のため反射率は低い。また、緑の
植生は７５０〜１２００ｎｍ（近赤外）で高い反射を示
す（図２参照）。近赤外と赤のこのような特徴はバイオ
マスの評価に重要な指標と考えられている。
壌の明るさを表す。土壌の明るさを規定する要因は土壌
有機物と土壌水分である。しかし、本実施例のように、
研究対象地域が水田に限定され、かつその範囲も比較的
小さな領域においては、土壌有機物の面的な変動は小さ
いと考えられる。したがって、赤色の楕円で囲まれた部
分は水分状態を示す範囲とみなすことができる。ソイル
ライン上で水に近いほど土壌水分が多く、逆に土に近い
ほど少ない。本実施例では、この部分、すなわち植生の
影響がない地点の情報を抽出して、土壌水分状態を数値
化する。なお、植生に関する情報は以下のような考え方
に基づいて抽出される。植生の分光反射率曲線は４００
〜５００ｎｍ（青）と６５０〜６９０ｎｍ（赤）ではク
ロロフィルによる吸収のため反射率は低い。また、緑の
植生は７５０〜１２００ｎｍ（近赤外）で高い反射を示
す（図２参照）。近赤外と赤のこのような特徴はバイオ
マスの評価に重要な指標と考えられている。
【００２６】《解析手順》上述の土・植物の情報抽出モ
デルに基づき、かつ現地の状況を考慮した、土壌水分情
報の抽出を目的とした解析手法を開発した。この解析手
法の手順について、説明する。本解析手順は、１．植生
の除去、２．画像分類による裸地の抽出、３．表層土壌
水分分布図の作成の３段階に大きく分けられる。最初の
２段階において解析の対象となる画素が決定され、最後
のステップで土壌水分情報が数値化される。IKONOS 衛
星は高空間分解能であるため、必要となる解析対象とな
る画素以外の情報が多く含まれる。そのため、このよう
に段階を踏んだ解析が必要になる。以下に各段階の詳細
を述べる。
デルに基づき、かつ現地の状況を考慮した、土壌水分情
報の抽出を目的とした解析手法を開発した。この解析手
法の手順について、説明する。本解析手順は、１．植生
の除去、２．画像分類による裸地の抽出、３．表層土壌
水分分布図の作成の３段階に大きく分けられる。最初の
２段階において解析の対象となる画素が決定され、最後
のステップで土壌水分情報が数値化される。IKONOS 衛
星は高空間分解能であるため、必要となる解析対象とな
る画素以外の情報が多く含まれる。そのため、このよう
に段階を踏んだ解析が必要になる。以下に各段階の詳細
を述べる。
【００２７】１．植生の除去
上述の土・植物の情報抽出モデルに基づけば、解析対象
は、植被が存在しない裸地に限定されるので、植物が生
育している植生部分を取り除く必要がある。図２に、植
物の分光反射曲線を示した。赤色域と比較して、近赤外
領域で分光反射率が顕著に高くなっていることが容易に
理解できる。一方、土壌の場合、このような特異的に反
射したり吸収したりするような波長は存在せず、分光反
射率は波長とともに、緩やかに増加するのが一般的傾向
である。植生を表す指標として通常よく用いられる植生
指数も、赤色域と比較して、近赤外領域で分光反射率が
顕著に高くなる特性に基づいている。この植生指数に
は、近赤外領域の反射率を赤領域の反射率で除したもの
など、各種の評価式が提案されてきたが、最もよく用い
られているものが正規化植生指数（NDVI）である。NDVI
は式（５）で表される。
は、植被が存在しない裸地に限定されるので、植物が生
育している植生部分を取り除く必要がある。図２に、植
物の分光反射曲線を示した。赤色域と比較して、近赤外
領域で分光反射率が顕著に高くなっていることが容易に
理解できる。一方、土壌の場合、このような特異的に反
射したり吸収したりするような波長は存在せず、分光反
射率は波長とともに、緩やかに増加するのが一般的傾向
である。植生を表す指標として通常よく用いられる植生
指数も、赤色域と比較して、近赤外領域で分光反射率が
顕著に高くなる特性に基づいている。この植生指数に
は、近赤外領域の反射率を赤領域の反射率で除したもの
など、各種の評価式が提案されてきたが、最もよく用い
られているものが正規化植生指数（NDVI）である。NDVI
は式（５）で表される。
【数５】（近赤外の反射率−赤の反射率）
NDVI＝ （５）
（近赤外の反射率＋赤赤の反射率）
このNDVIの値は−１から１まで変化するが、基本的には
値が小さいほど植被率が低い。この特性を利用して、植
生が被覆している地点を解析対象から取り除く。植生が
被覆している場合、そのNDVIは０．２＜NDVI＜１の範囲
の値を示すと一般に言われている。安全率を加味してND
VIの値が、NDVI＜０．０を示す地点（画素）を解析の対
象とする。
値が小さいほど植被率が低い。この特性を利用して、植
生が被覆している地点を解析対象から取り除く。植生が
被覆している場合、そのNDVIは０．２＜NDVI＜１の範囲
の値を示すと一般に言われている。安全率を加味してND
VIの値が、NDVI＜０．０を示す地点（画素）を解析の対
象とする。
【００２８】２．画像分類（土地利用分類）
この第１段階の画像分類の目的は、土壌水分の推定に適
さない地点、すなわち裸地以外に土地が利用されている
地点の画素を解析の対象から除外することである。リモ
ートセンシン画像の分類には、大きく分けて、教師なし
分類と教師付き分類がある。前者は画像情報のみから画
像を分類する方法であり、後者は画像情報と分類の指標
となる地上で得られた付加的な情報（グランドツルース
と呼ばれる）を組み合わせて、画像を分類する方法であ
る。当然、後者の方が分類に用いる情報は豊富であり、
分類精度も高い。教師なし分類としてはクラスター分析
が、教師付き分類としては最尤法が通常よく用いられ
る。クラスタ−分析は、リモ−トセンシングデ−タで識
別できる地表面の単位領域（この単位領域を画素と呼ば
れている）を画素間の多次元分光情報の類似性に基づい
て、類似度が高い画素を幾つかのグル−プにまとめる統
計処理手法である。類似性の尺度としては、「距離」と
いう概念を用いる。分光情報に関する多次元空間におい
て、画素が近いほど、画素はより似ていることになる。
距離としては、直覚的なユ−クリッド距離をはじめとし
て、様々な尺度が提案されている。最尤法は、まず、判
別しようとする分類項目を決定し、設定した分類項目を
代表すると考えられる画素領域（トレ−ニングエリア）
を、グランドツル−スに基づいて、抽出する。つぎに、
分類項目別にトレ−ニングエリア内の多次元分光デ−タ
の平均、分散、共分散を計算し、これらの値から、各カ
テゴリ−が出現する確率密度分布を多次元正規分布関数
によって表現する。最後に、画像中の各画素が各カテゴ
リ−に属した場合の確率密度を計算し、各画素を確率密
度が最も確率密度が高い分類項目へ割り当てる。本解析
においては、充分な現地調査を行う時間が確保出来たか
ったこと、またIKONOS衛星の空間分解能が非常に高いた
めに、均質なトレ−ニングエリアを同定する事が困難で
あると判断したことから、教師付き分類ではなく教師な
し分類を行った。実際に用いた方法は、世界的に定評が
ある、ISODATA法という非階層的クラスター分析であ
る。しかしながら、この画像分類で裸地とそれ以外の土
地利用項目に明確に分類出来なかった。裸地と分類され
た画素の中にも、住宅地などの様々な土地利用項目が含
まれていた。そこで、この時点で裸地と認識された画素
以外は、その後の画像処理を行わないための、マスク画
像を作成した。このマスク画像を参照しながら、この段
階で裸地とそれ以外の土地利用項目を分割した。この様
な階層的画像分類を行うことにより、図１の赤い範囲で
示された裸地の画素を抽出することができた。この段階
では、解析対象となる裸地に対応する画素を特定するだ
けである。裸地における表層土壌水分分布については、
次の段階で数値化作業を行う。
さない地点、すなわち裸地以外に土地が利用されている
地点の画素を解析の対象から除外することである。リモ
ートセンシン画像の分類には、大きく分けて、教師なし
分類と教師付き分類がある。前者は画像情報のみから画
像を分類する方法であり、後者は画像情報と分類の指標
となる地上で得られた付加的な情報（グランドツルース
と呼ばれる）を組み合わせて、画像を分類する方法であ
る。当然、後者の方が分類に用いる情報は豊富であり、
分類精度も高い。教師なし分類としてはクラスター分析
が、教師付き分類としては最尤法が通常よく用いられ
る。クラスタ−分析は、リモ−トセンシングデ−タで識
別できる地表面の単位領域（この単位領域を画素と呼ば
れている）を画素間の多次元分光情報の類似性に基づい
て、類似度が高い画素を幾つかのグル−プにまとめる統
計処理手法である。類似性の尺度としては、「距離」と
いう概念を用いる。分光情報に関する多次元空間におい
て、画素が近いほど、画素はより似ていることになる。
距離としては、直覚的なユ−クリッド距離をはじめとし
て、様々な尺度が提案されている。最尤法は、まず、判
別しようとする分類項目を決定し、設定した分類項目を
代表すると考えられる画素領域（トレ−ニングエリア）
を、グランドツル−スに基づいて、抽出する。つぎに、
分類項目別にトレ−ニングエリア内の多次元分光デ−タ
の平均、分散、共分散を計算し、これらの値から、各カ
テゴリ−が出現する確率密度分布を多次元正規分布関数
によって表現する。最後に、画像中の各画素が各カテゴ
リ−に属した場合の確率密度を計算し、各画素を確率密
度が最も確率密度が高い分類項目へ割り当てる。本解析
においては、充分な現地調査を行う時間が確保出来たか
ったこと、またIKONOS衛星の空間分解能が非常に高いた
めに、均質なトレ−ニングエリアを同定する事が困難で
あると判断したことから、教師付き分類ではなく教師な
し分類を行った。実際に用いた方法は、世界的に定評が
ある、ISODATA法という非階層的クラスター分析であ
る。しかしながら、この画像分類で裸地とそれ以外の土
地利用項目に明確に分類出来なかった。裸地と分類され
た画素の中にも、住宅地などの様々な土地利用項目が含
まれていた。そこで、この時点で裸地と認識された画素
以外は、その後の画像処理を行わないための、マスク画
像を作成した。このマスク画像を参照しながら、この段
階で裸地とそれ以外の土地利用項目を分割した。この様
な階層的画像分類を行うことにより、図１の赤い範囲で
示された裸地の画素を抽出することができた。この段階
では、解析対象となる裸地に対応する画素を特定するだ
けである。裸地における表層土壌水分分布については、
次の段階で数値化作業を行う。
【００２９】３．表層土壌水分分布図
既往の地質図やボーリング結果などの表層土壌水分に関
する数多くの資料を参照しながらIKONOS 衛星画像を視
察すると、裸地だけに注目すると、土壌水分とほぼ比例
するチャンネルデータが存在することが明らかになっ
た。それは、近赤外のチャンネル４である。この値が小
さい地点ほど土壌水分が多い傾向が確認された。この傾
向に基づき、このチャンネルデータに、処理結果が容易
に識別できるようなある一定の区分点を設け、このチャ
ンネルデータをスライスし、数値化した。以上の作業に
より、土壌水分情報を得ることができる。
する数多くの資料を参照しながらIKONOS 衛星画像を視
察すると、裸地だけに注目すると、土壌水分とほぼ比例
するチャンネルデータが存在することが明らかになっ
た。それは、近赤外のチャンネル４である。この値が小
さい地点ほど土壌水分が多い傾向が確認された。この傾
向に基づき、このチャンネルデータに、処理結果が容易
に識別できるようなある一定の区分点を設け、このチャ
ンネルデータをスライスし、数値化した。以上の作業に
より、土壌水分情報を得ることができる。
【００３０】《解析結果》解析結果を図３に示す。図３
は、解析結果の一部分を切り出し、その一部を拡大した
のものである。なお、撮影日時は２００１年６月であ
る。図中の等高線が土壌水分の分布を表しているが、等
高線の色が赤色から緑色、青色になるに伴って、土壌水
分が多くなるように図示した。解析したIKONOS 画像デ
ータは、２００１年６月と２００２年３月に取得された
ものである。３月においては、裸地が占める面積が比較
的に大きいが、渇水期であるため、表層の土壌水分は比
較的少なく地点間の変動が小さい画像が得られる。他
方、６月においては、裸地が占める割合は３月のそれよ
り少ない。しかし比較的土壌水分が高いために、地域全
体でも予測土壌水分は大きく、また地点間の変動も比較
的高い画像が得られた。この２時期の解析結果を比較
し、一致する場所を探すことにより、どこが１年を通し
て土壌水分が高い地域であるかを確認することができ
る。今回の結果からは、９箇所において一致した。ま
た、それらの地点を結ぶラインと、地下水の流れのライ
ンとが一致する結果となった。これは、比較的浅い深度
で地下水が流れており、その地下水が表層土壌水分との
間に相関がある可能性が示唆された。 これらの地点に
ついてボーリングなどの実測が備われば、地下水と表層
土壌水分との対応関係に関する作業仮設が実証され、さ
らに精度の高い結果となる。
は、解析結果の一部分を切り出し、その一部を拡大した
のものである。なお、撮影日時は２００１年６月であ
る。図中の等高線が土壌水分の分布を表しているが、等
高線の色が赤色から緑色、青色になるに伴って、土壌水
分が多くなるように図示した。解析したIKONOS 画像デ
ータは、２００１年６月と２００２年３月に取得された
ものである。３月においては、裸地が占める面積が比較
的に大きいが、渇水期であるため、表層の土壌水分は比
較的少なく地点間の変動が小さい画像が得られる。他
方、６月においては、裸地が占める割合は３月のそれよ
り少ない。しかし比較的土壌水分が高いために、地域全
体でも予測土壌水分は大きく、また地点間の変動も比較
的高い画像が得られた。この２時期の解析結果を比較
し、一致する場所を探すことにより、どこが１年を通し
て土壌水分が高い地域であるかを確認することができ
る。今回の結果からは、９箇所において一致した。ま
た、それらの地点を結ぶラインと、地下水の流れのライ
ンとが一致する結果となった。これは、比較的浅い深度
で地下水が流れており、その地下水が表層土壌水分との
間に相関がある可能性が示唆された。 これらの地点に
ついてボーリングなどの実測が備われば、地下水と表層
土壌水分との対応関係に関する作業仮設が実証され、さ
らに精度の高い結果となる。
【００３１】《まとめ》IKONOS 衛星多チャンネル画像
データを解析することにより、地表面の土壌水分情報を
数値化することができた。この結果から豊中町を中心と
する低深度の地下水の存在と実測すべき地点が示され
た。豊中町を中心とする地域の地質を考えると、これは
土壌表面の水分状態をあらわす指標だけでなく、数ｍ下
に存在している非圧地下水の分布を説明付ける情報とな
ることが分かった。
データを解析することにより、地表面の土壌水分情報を
数値化することができた。この結果から豊中町を中心と
する低深度の地下水の存在と実測すべき地点が示され
た。豊中町を中心とする地域の地質を考えると、これは
土壌表面の水分状態をあらわす指標だけでなく、数ｍ下
に存在している非圧地下水の分布を説明付ける情報とな
ることが分かった。
【００３２】
【発明の効果】上記構成の本発明は以下の効果を期待す
ることができる。予備調査による経費削減ができる。目
的とする深度の水源を探し出すことにより、地質学的な
経験的見地に対する客観的根拠の裏付けデータを得るこ
とができる。ボーリング実施回数を減らし、経済的な水
源の確保が可能となる。人工衛星データは広範囲にわた
って観測できるため、同じような問題に直面している地
方自治体が共同して行うことができる。
ることができる。予備調査による経費削減ができる。目
的とする深度の水源を探し出すことにより、地質学的な
経験的見地に対する客観的根拠の裏付けデータを得るこ
とができる。ボーリング実施回数を減らし、経済的な水
源の確保が可能となる。人工衛星データは広範囲にわた
って観測できるため、同じような問題に直面している地
方自治体が共同して行うことができる。
【図１】植生の影響を除去し、土壌の反射率を強調する
ための模式図である。
ための模式図である。
【図２】植物の分光反射曲線を表す図である。
【図３】解析結果の一部分を切り出し、その一部を拡大
した図である。
した図である。
フロントページの続き
(56)参考文献 特開2000−194833（ＪＰ，Ａ)
池村雅司外３名，ランドサットデータ
による浅層地下水位把握，土木技術資
料，日本，1982年，Ｖｏｌ24．Ｎｏ12,
627〜632頁
大久明障人、高木潤治、黒柳直彦、波
多江直之、田村正行，衛星データと同期
調査による広域土壌水分の推定，日本リ
モートセンシング学会誌，日本，1999
年，Ｖｏｌ．19．Ｎｏ．１，第33−44頁
(58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名)
G01V 9/02
Claims (4)
- 【請求項１】 高空間分解能の性能を持つ人工衛星デー
タを使用して地表面を綿密に調査・解析することにより
面的な土壌表面の含水率を抽出し、土壌マップ化する地
下水探査のボーリング地点決定支援方法であって、 正規化植生指数（ＮＤＶＩ）を算出し、植生エリアを除
外する第１のステップと、 前記第１のステップで抽出された植生エリア以外の地点
について、クラス分類を行う第２のステップと、 前記第２のステップで分類されたクラスから、明らかに
含水率が高いと思われるクラスのみを抽出し、当該抽出
された各クラス値に比例した着色を行うことで、土壌含
水率の高低を視覚的に表現する第３のステップと、 を有することを特徴とする地下水探査のボーリング地点
決定支援方法。 - 【請求項２】 前記ステップ１において、前記正規化植
生指数（ＮＤＶＩ）を下記式１で算出し、当該算出され
たＮＤＶＩが０．２以上の地域を全て植生域と判断する
ことを特徴とする請求項１の地下水探査のボーリング地
点決定支援方法。 【数１】 ＮＤＶＩ＝〔チャンネル４（近赤外）−チャ
ンネル３（赤）〕／〔チャンネル４（近赤外）＋チャン
ネル３（赤）〕 - 【請求項３】 前記ステップ２において、前記クラス分
類は、教師無し分類であることを特徴とする請求項１ま
たは２の地下水探査のボーリング地点決定支援方法。 - 【請求項４】 前記人工衛星データがＩＫＯＮＯＳデー
タであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
の地下水探査のボーリング地点決定支援方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002218017A JP3533524B2 (ja) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | 地下水の探査方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2002218017A JP3533524B2 (ja) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | 地下水の探査方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2004061220A JP2004061220A (ja) | 2004-02-26 |
| JP3533524B2 true JP3533524B2 (ja) | 2004-05-31 |
Family
ID=31939324
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002218017A Expired - Fee Related JP3533524B2 (ja) | 2002-07-26 | 2002-07-26 | 地下水の探査方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3533524B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023063343A1 (ja) | 2021-10-12 | 2023-04-20 | サントリーホールディングス株式会社 | 推定モデル取得装置、河川流量推定装置、推定モデルの製造方法、河川流量推定方法、及びプログラム |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP5224906B2 (ja) * | 2008-05-23 | 2013-07-03 | 株式会社Ｉｈｉ | 植生検出装置および方法 |
| KR101293741B1 (ko) * | 2010-03-05 | 2013-08-16 | 대한민국 | 토양수분의 탐지시스템 및 이를 이용한 토양수분 탐지방법 |
| JP5636227B2 (ja) * | 2010-08-31 | 2014-12-03 | アジア航測株式会社 | 地盤立体表示システム |
| CN105352893B (zh) * | 2015-07-15 | 2018-02-06 | 电子科技大学 | 一种适用于植被稀疏区的叶绿素反演方法 |
| CN105872491A (zh) * | 2016-02-24 | 2016-08-17 | 北京航星网讯技术股份有限公司 | 基于北斗通讯精度可调的农牧业数据采集还原现场的装置 |
| JP6887142B2 (ja) * | 2018-10-12 | 2021-06-16 | 株式会社ナイルワークス | 圃場画像分析方法 |
| CN111504425B (zh) * | 2020-04-24 | 2021-03-23 | 中国水利水电科学研究院 | 一种估算干旱平原地区生态地下水位的方法及装置 |
-
2002
- 2002-07-26 JP JP2002218017A patent/JP3533524B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 大久明障人、高木潤治、黒柳直彦、波多江直之、田村正行，衛星データと同期調査による広域土壌水分の推定，日本リモートセンシング学会誌，日本，１９９９年，Ｖｏｌ．１９．Ｎｏ．１，第３３−４４頁 |
| 池村雅司外３名，ランドサットデータによる浅層地下水位把握，土木技術資料，日本，１９８２年，Ｖｏｌ２４．Ｎｏ１２，６２７〜６３２頁 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2023063343A1 (ja) | 2021-10-12 | 2023-04-20 | サントリーホールディングス株式会社 | 推定モデル取得装置、河川流量推定装置、推定モデルの製造方法、河川流量推定方法、及びプログラム |
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|---|---|
| JP2004061220A (ja) | 2004-02-26 |
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