JP6555522B2

JP6555522B2 - 情報処理装置、情報処理方法およびプログラム

Info

Publication number: JP6555522B2
Application number: JP2015171962A
Authority: JP
Inventors: 範洋山口
Original assignee: Shimizu Corp
Current assignee: Shimizu Corp
Priority date: 2015-09-01
Filing date: 2015-09-01
Publication date: 2019-08-07
Anticipated expiration: 2035-09-01
Also published as: JP2017049089A

Description

本発明は、情報処理装置、情報処理方法およびプログラムに関する。

干渉ＳＡＲ（合成開口レーダ；Synthetic Aperture Radar）技術では、時期の異なるＳＡＲ画像２枚を干渉させ、異なる２時期に発生した地殻等の変動が取得される。ただし、変動が発生した地表位置の絶対値は直接得られない。そのため、宇宙空間でのＡＬＯＳ−２衛星の電波の照射位置・方向と地球楕円体モデルとの接点から、ＳＡＲ画像の各ピクセルの四隅には、暫定的な初期座標が与えられる。しかし、電波の照射方向にある高層ビル、山、斜面などは、ＳＡＲ画像では実際の地表面よりも手前（衛星に近い方向）にずれて表示される（フォアショートニング）ため、ＤＥＭに重ね合わせ、画像の引き伸ばし処理（ジオコーディング）を施して、高さ情報を取得し、より正確な地形図に近似した画像を取得する。その後、各種のＧＩＳ（地理情報システム；Geographic Information System）ソフトウェアに重ね合わせ、画像の細かな引き伸ばし（位置合わせ）を行い、地殻変動等の変動箇所を把握する。
この方法は、異なる２時期の変位のみを知るには有効であるが、ＧＩＳソフトウェアは国土地理院が過去に測量した位置情報に基づき作成されたものであり、例えば大規模な地殻変動や長引く余効変動等が考慮されておらず、リアルタイムな地図情報となっていない。

一方、特許文献１は、ＧＩＳソフトウェアで得られる緯度経度情報を必ずしも用いずにＳＡＲ画像から地表の変動量を求める方法の一例を開示する。特許文献１に記載されている方法では、ＳＡＲが放射したパルス波を反射する反射体を予め地上に設置する。そして、この反射波をＳＡＲが受信することで地表の位置が特定される。

特開２００４−３０９１７８号公報

特許文献１に記載の方法では、予め地表に反射体を設置しなければならず手間が掛かるという課題があった。

本発明は、上記の事情を考慮してなされたものであり、干渉ＳＡＲによって観測した変動量の地表位置の絶対値を容易に取得することができる情報処理装置、情報処理方法およびプログラムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の一態様は、マスタＳＡＲ画像の観測時と同時期に所定の位置に据え付けられた全地球測位システムの測位装置によって取得されたものであって当該マスタＳＡＲ画像中の第１画素に対応付けられた第１位置情報と、スレーブＳＡＲ画像の観測時と同時期に前記測位装置で取得された第２位置情報とに基づき、前記スレーブＳＡＲ画像中の第２画素に前記第２位置情報を対応付け、前記第１画素と前記第２画素間の絶対座標変化と、前記マスタＳＡＲ画像と前記スレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで得られた距離変化との相関関係を求め、前記第１画素および前記第２画素と異なる画素の距離変化に対して前記相関関係を用いて前記距離変化後の座標値を算出する情報処理部を備える情報処理装置である。

また、本発明の一態様は、上記の情報処理装置であって、前記測位装置が、電子基準点である。

また、本発明の一態様は、上記の情報処理装置であって、前記情報処理部が、前記距離変化後の座標値に基づいて地形情報を修正する。

また、本発明の一態様は、情報処理部が、マスタＳＡＲ画像の観測時と同時期に所定の位置に据え付けられた全地球測位システムの測位装置によって取得されたものであって当該マスタＳＡＲ画像中の第１画素に対応付けられた第１位置情報と、スレーブＳＡＲ画像の観測時と同時期に前記測位装置で取得された第２位置情報とに基づき、前記スレーブＳＡＲ画像中の第２画素に前記第２位置情報を対応付け、前記第１画素と前記第２画素間の絶対座標変化と、前記マスタＳＡＲ画像と前記スレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで得られた距離変化との相関関係を求め、前記第１画素および前記第２画素と異なる画素の距離変化に対して前記相関関係を用いて前記距離変化後の座標値を算出する情報処理方法である。

また、本発明の一態様は、マスタＳＡＲ画像の観測時と同時期に所定の位置に据え付けられた全地球測位システムの測位装置によって取得されたものであって当該マスタＳＡＲ画像中の第１画素に対応付けられた第１位置情報と、スレーブＳＡＲ画像の観測時と同時期に前記測位装置で取得された第２位置情報とに基づき、前記スレーブＳＡＲ画像中の第２画素に前記第２位置情報を対応付け、前記第１画素と前記第２画素間の絶対座標変化と、前記マスタＳＡＲ画像と前記スレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで得られた距離変化との相関関係を求め、前記第１画素および前記第２画素と異なる画素の距離変化に対して前記相関関係を用いて前記距離変化後の座標値を算出する処理を情報処理部が有するコンピュータに実行させるプログラムである。

本発明によれば、干渉ＳＡＲによって観測した変動量の地表位置の絶対値を容易に取得することができる。

本発明の一実施形態を説明するための構成図である。図１に示した情報処理装置７の動作例を説明するためのフローチャートである。図１に示した情報処理装置７の動作例を説明するための説明図である。図１に示した情報処理装置７の動作例を説明するための説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明の実施形態に係るＳＡＲ画像情報処理システム１００の構成例を示した構成図である。図１に示したＳＡＲ画像情報処理システム１００は、ＳＡＲ２を備えた衛星１と、ＳＡＲ画像データ蓄積・提供装置３と、通信網４と、複数の電子基準点５と、ＧＮＳＳ（全地球測位システム；Global Navigation Satellite System）データ蓄積・提供装置６と、情報処理装置７とを備える。

衛星１は、ＳＡＲ２を用いた観測データをＳＡＲ画像データ蓄積・提供装置３へ送信する。ＳＡＲ画像データ蓄積・提供装置３は、衛星１から受信した観測データを蓄積し、生の観測データまたは所定の処理を施して得たＳＡＲ画像データを通信網４を介して情報処理装置７等へ提供する。

通信網４は、有線または無線の通信網であり、インターネットを含んでいてもよい。複数の電子基準点５は、複数のＧＰＳ（全地球測位システム；Global Positioning System）衛星からの電波を受信することで位置情報を取得する測位装置であり、国土地理院によって全国に約２０ｋｍ間隔で据え付けられている。敷設地点の位置情報を地球重心座標ＸＹＺ及び緯度・経度・楕円体高として計測し、計測結果をＧＮＳＳデータ蓄積・提供装置６へ通信網４を介して送信する。ＧＮＳＳデータ蓄積・提供装置６は、複数の電子基準点５から受信した位置情報を蓄積し、通信網４を介して情報処理装置７等へ提供する。

情報処理装置７は、コンピュータであり、情報処理部８と、記憶装置９とを備えるともに、図示していない通信装置、入出力装置等を備える。情報処理部８は、例えばＣＰＵ（中央処理装置）を有し、記憶装置９等に記憶されているプログラムを実行することで各種処理を実行したり各部の動作を制御したりする。

記憶装置９は、国土地形情報１０と、ＳＡＲ画像データ１１と、ＧＮＳＳデータ１２と、対応付データ１３とを記憶する。国土地形情報１０と、地殻変動要素を含めた地図情報である。国土地形情報１０は、自然物の位置や大きさを示す情報に限らず、建物、道路等の人工物等の位置や大きさを示す情報を含んでいてもよい。ＳＡＲ画像データ１１は、ＳＡＲ画像データ蓄積・提供装置３から受信したＳＡＲ画像データやＳＡＲの生の観測データ等である。ＧＮＳＳデータ１２は、ＧＮＳＳデータ蓄積・提供装置６から受信した電子基準点５の測位情報である。対応付データ１３はＳＡＲ画像の特定のピクセル（画素）と特定の電子基準点５の位置情報とを対応付ける情報である。

次に、図２〜図４を参照して、情報処理装置７の動作例について説明する。図２は、情報処理装置７の動作例を示したフローチャートである。情報処理装置７は、図２に示した処理を開始すると、情報処理部８が、まず、変動量を得るための２枚のＳＡＲ画像データであるマスタＳＡＲ画像とスレーブＳＡＲ画像とを記憶装置９から読み込む（ステップＳ１）。次に、情報処理部８が、ピクセルオフセット解析を行う（ステップＳ２）。

ステップＳ２のピクセルオフセット解析は、二つの振幅画像であるマスタＳＡＲ画像とスレーブＳＡＲ画像との間の位置ずれを計測することで変動量を求める処理である。通常、二時期に取得した画像間には、(１) 画像全体にかかる位置ずれ（平行移動、回転、大きさ）と、(２) 画像の一部でおこる局所的な位置ずれが含まれる。(１)の画像全体にかかる位置ずれは、主にセンサの位置や姿勢の違いに起因し、(２)の局所的に現れる位置ずれは、地物の位置の変化（地殻変動）に起因する。地殻変動による変化を抽出するためには、まず、図３に示したように、二つの画像間でマスタＳＡＲ画像ＩＭに対するスレーブＳＡＲ画像ＩＳのオフセットを求める。そして、求めたオフセットから、(１)の画像全体にかかる位置ずれの成分を取り除くことで (２)の局所的な位置ずれ量を得る。

具体的には、画像マッチングによって二つの画像間で対応点（ピクセル）を探し、各ピクセルについてオフセットを計算する。得られたオフセットを用いてスレーブＳＡＲ画像ＩＳをマスタＳＡＲ画像ＩＭに合わせるための座標変換式（多項式）を求める。この変換式を用いて(１)のオフセットを計算し、各ピクセルにおける二つの画像間のオフセットから差し引くと、(２)の局所的な地殻変動によるオフセットが残る。

ピクセルオフセット解析によって得られる位置ずれの情報は、画像の横方向と縦方向の２つの成分からなる。レーダ座標系の画像であれば、縦方向はアジマス方向、横方向はレンジ方向の変動成分に対応する。アジマス方向の成分は、そのまま地表面におけるアジマス方向の変動（隆起）を表す。一方、レンジ方向の成分は、衛星と地表面を結ぶ線に沿った変動（変位）を表す（図４（ａ）および（ｂ）参照）。

なお、図３はピクセルオフセット解析を説明するための図であり、マスタＳＡＲ画像ＩＭに対するスレーブＳＡＲ画像ＩＳが有する各格子がピクセルに対応する。また、図４は、位置ずれの情報を説明するための図である。

ピクセルオフセット法は、２枚のＳＡＲ画像の精密な位置合わせにより、地表変位を計測する技術で、この方法では、２つの画像の位置合わせ（マッチング）をして残った局所的な位置ずれを地表変位とみなして計測することができる。

次に、情報処理部８は、マスタＳＡＲ画像におけるピクセルとＧＮＳＳデータとの対応付データ１３を読み込む（ステップＳ３）。対応付データ１３は、例えば図３に示したように、マスタＳＡＲ画像ＩＭの観測時と同時期に所定の位置に据え付けられたＧＮＳＳの電子基準点５Ａによって取得された絶対位置情報（第１位置情報）と当該マスタＳＡＲ画像ＩＭ中のピクセルＰ１（第１画素）とを対応付けるデータである。

次に、情報処理部８は、スレーブＳＡＲ画像においてＧＮＳＳの電子基準点５Ａが敷設されたピクセルを特定する（ステップＳ４）。すなわち、情報処理部８は、スレーブＳＡＲ画像ＩＳの観測時と同時期に電子基準点５Ａで取得された絶対位置情報（第２位置情報）とに基づき、電子基準点５Ａが敷設されたピクセルを特定する。図３において、スレーブＳＡＲ画像ＩＳの観測時と同時期の電子基準点５Ａの位置を電子基準点５Ａａとして示している。この場合、電子基準点５Ａａの位置情報（第２位置情報）は、電子基準点５Ａの位置情報（第１位置情報）からずれが生じている。図３に示した例では、同一の電子基準点５が、マスタＳＡＲ画像ＩＭではピクセルＰ１に対応づけられているに対して、スレーブＳＡＲ画像ＩＳでは異なるピクセルＰ２に対応づけられている。

次に情報処理部８はスレーブＳＡＲ画像ＩＳにおけるピクセルＰ２と電子基準点５Ａａの位置情報であるＧＮＳＳデータとの対応付データを記憶装置９に対応付けデータ１３として書き込む（ステップＳ５）。

次に情報処理部８は特定されたピクセルの絶対座標変化（図３の例ではピクセルＰ１とピクセルＰ２の絶対座標変化）とＳＡＲの観測距離変化の相関式（相関関係）を得る（ステップＳ６）。なお、観測距離変化は、衛星１の北行軌道と南行軌道の２つの軌道からの結果を合成して求めることができる。この場合、東西方向と上下方向の変位は分離できるが、上下方向は厳密な上下方向（水平面から９０°）ではなく、水平面から約８０°（南側に傾く）となる。また、ＧＮＳＳでは地表の変動を３次元（地球重心座標ＸＹＺ及び緯度・経度・楕円体高）で捉えるのに対し、干渉ＳＡＲが計測できるのは図４に示したようにＳＡＲアンテナ２と地表を結ぶ直線の方向（衛星視線方向）の１次元である。そのため、ＧＮＳＳで得られる変動量を、ＳＡＲ衛星１の視線方向に変換することで、互いの変動量の相関を把握できる。また電子基準点５がない場所の変動量も、ＳＡＲで得られた面的な地形縞から計算できる。

次に情報処理部８はステップＳ６で得た相関式を、ＳＡＲ解析結果において観測距離変化が同様の動きを示すピクセルに広げ、変化後の座標値を算出する（ステップＳ７）。

次に情報処理部８は国土地形情報１０を記憶装置９から読み込む（ステップＳ８）。

次に情報処理部８は変位後の座標を国土地形情報に適用し、適用結果を国土地形情報１０として記憶装置９に書き込む（ステップＳ９）。

大地震等では数１０ｋｍ幅で地殻は大きな変位する。合成開口レーダでも面的な変位が観測されるが、２枚の画像のピクセル差分（変位）のみである。上記の処理では、ピクセルオフセット解析においてＧＮＳＳ点（電子基準点）のあるピクセルを特定し、地殻変動時の絶対座標変化も同時に捉え、合成開口レーダで得られた観測距離変化・方向（面的な同色域）を絶対座標値に変換させることで変位後の地形情報とすることができる。

なお、上記の処理において、スレーブＳＡＲ画像におけるピクセルとＧＮＳＳデータとの対応付データ１３は、マスタＳＡＲ画像におけるピクセルとＧＮＳＳデータとの対応付データ１３と、同一の電子基準点の２時期の測位データとに基づいて求めることができる。一方、マスタＳＡＲ画像におけるピクセルとＧＮＳＳデータとの対応付データ１３は、例えば次のようにして取得することができる。すなわち、例えば地表の特定の建造物等、学校や空港等でＳＡＲの解像度で十分把握可能な大きさを有するものを用いて地表の複数の地点の絶対位置を特定し、その特定結果に基づき電子基準点５とピクセルとを対応付ける。あるいは、特許文献１に記載されているように反射体を地表に設置するなどしてＳＡＲ画像のピクセルと電子基準点５とを対応付けることができる。

本発明の実施形態によれば、干渉ＳＡＲによって観測した変動量の地表位置の絶対値を容易に取得することができる。

なお、本発明は、上記のものに限定されない。例えば、ＧＮＳＳデータの測位装置は電子基準点に限らず、所定の位置に設置されたＧＰＳ受信機やＶＲＳ（ネットワーク型ＲＴＫ−ＧＰＳ観測（リアルタイムキネマティックＧＰＳ測量）のうちの仮想基準点方式）を用いることもできる。また、上記の動作例では、電子基準点５と１つのピクセルとの対応付けデータに基づき相関関係を求めるとしているが、複数の電子基準点５と複数のピクセルとを対応付けるようにしてもよい。また、情報処理部８を構成するＣＰＵが実行するプログラムの一部または全部はコンピュータ読取可能な記録媒体または通信回線を介して頒布することができる。

５電子基準点
７情報処理装置
８情報処理部
９記憶装置
１０国土地形情報
１１ＳＡＲ画像データ
１２ＧＮＳＳデータ
１３対応付けデータ

Claims

マスタＳＡＲ（合成開口レーダ；Synthetic Aperture Radar）画像の観測時と同時期に所定の位置に据え付けられた全地球測位システムの測位装置によって取得されたものであって当該マスタＳＡＲ画像中の第１画素に対応付けられた第１位置情報と、
スレーブＳＡＲ画像の観測時と同時期に前記測位装置で取得された第２位置情報とに基づき、
前記スレーブＳＡＲ画像中の第２画素に前記第２位置情報を対応付け、
前記第１画素と前記第２画素間の絶対座標変化と、前記マスタＳＡＲ画像と前記スレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで得られた距離変化との相関関係を求め、
前記第１画素および前記第２画素と異なる画素の距離変化に対して前記相関関係を用いて前記距離変化後の座標値を算出する
情報処理部を
備える情報処理装置。
前記測位装置が、電子基準点である
請求項１に記載の情報処理装置。
前記情報処理部が、前記距離変化後の座標値に基づいて地形情報を修正する
請求項１または２に記載の情報処理装置。
情報処理部が、
マスタＳＡＲ画像の観測時と同時期に所定の位置に据え付けられた全地球測位システムの測位装置によって取得されたものであって当該マスタＳＡＲ画像中の第１画素に対応付けられた第１位置情報と、
スレーブＳＡＲ画像の観測時と同時期に前記測位装置で取得された第２位置情報とに基づき、
前記スレーブＳＡＲ画像中の第２画素に前記第２位置情報を対応付け、
前記第１画素と前記第２画素間の絶対座標変化と、前記マスタＳＡＲ画像と前記スレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで得られた距離変化との相関関係を求め、
前記第１画素および前記第２画素と異なる画素の距離変化に対して前記相関関係を用いて前記距離変化後の座標値を算出する
情報処理方法。
マスタＳＡＲ画像の観測時と同時期に所定の位置に据え付けられた全地球測位システムの測位装置によって取得されたものであって当該マスタＳＡＲ画像中の第１画素に対応付けられた第１位置情報と、
スレーブＳＡＲ画像の観測時と同時期に前記測位装置で取得された第２位置情報とに基づき、
前記スレーブＳＡＲ画像中の第２画素に前記第２位置情報を対応付け、
前記第１画素と前記第２画素間の絶対座標変化と、前記マスタＳＡＲ画像と前記スレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで得られた距離変化との相関関係を求め、
前記第１画素および前記第２画素と異なる画素の距離変化に対して前記相関関係を用いて前記距離変化後の座標値を算出する
処理を情報処理部が有するコンピュータに実行させるプログラム。