JP7235204B2 - 高精度変位マップ生成方法、高精度変位マップ生成装置、および高精度変位マップ生成プログラム - Google Patents

Description

本発明は、高精度変位マップ生成方法、高精度変位マップ生成装置、および高精度変位マップ生成プログラムに関し、特に、人工衛星や航空機等の飛翔体（プラットフォーム）に搭載された合成開口レーダ（Synthetic Aperture Radar:以下「ＳＡＲ」とも略称する）により取得した原変位マップ精度を向上させる手法に関するものである。

近年、リモートセンシングの研究および利活用が盛んになり、様々な手法が提案されている。特に、レーダにおける干渉技術は、電波が有する位相情報を利用しており、人工衛星に搭載されたレーダを用いることで、広域の計測を効率よく実施することができる。このような背景から、レーダを搭載した周回衛星が数多く打ち上げられ、レーダ画像の取得頻度や入手性が向上している。

例えば、レーダ画像を用いて地表面を画像解析する様々な情報処理システムが開発されている。この中には、人工衛星や航空機等の飛翔体（プラットフォーム）に搭載された合成開口レーダ（ＳＡＲ）で取得されたレーダ画像を用いて地表面を解析するもの（以下、「ＳＡＲ画像解析」と略称する）が知られている。なお、合成開口レーダ（ＳＡＲ）とは、航空機や人工衛星などの飛翔体（プラットフォーム）にレーダ装置を搭載し、飛翔体（プラットフォーム）を移動させながらマイクロ波を地表面などに照射することで、レーダ画像を取得できるレーダである。ＳＡＲで取得されたレーダ画像は、ＳＡＲ画像とも呼ばれる。

ＳＡＲの主な特徴として、レーダ装置からマイクロ波を自ら発信し、雲などを透過するマイクロ波を用いることで、天候および昼夜に関係なく地表面を観測でき、かつ上空から観測することで一気に広範囲の地表面を観測できることが挙げられる。また、ＳＡＲの応用技術の一種として、撮影時期や軌道の異なるレーダ画像（ＳＡＲ画像）を干渉処理させる干渉型合成開口レーダ解析の技術が開発されている（例えば、特許文献１参照）。ここで、干渉処理とは、レーダ画像（ＳＡＲ画像）に含まれる位相情報を基に微小な距離変化の情報（以下、「変位情報」とも呼ぶ）を計測する処理をいう。この干渉処理により、原変位マップが取得される。ここで、原変位マップとは、ある一定期間に地表面および人工構造物が変位した速度を示す値の分布を示す。

特許文献１は、より多くのレーダ画像（ＳＡＲ画像）を干渉させることで精度を向上させる手法（技術）を開示している。特許文献１に開示された手法では、大気の遅延や軌道の誤差をより一層低減させることで、地表面や人工構造物のより微小な変位を捉えることができる。これにより、災害監視、港湾監視、火山監視などの多様な分野での利用が広がっている。特許文献１に開示された発明により、測量情報などと同程度の精度で変位情報（原変位マップ）を取得できることが可能となってきており、注目されている。

なお、周知のように、ＳＡＲは、二つの次元のＳＡＲ画像を作成する。ＳＡＲ画像の一つの次元はレンジと呼ばれ、レーダから照射対象物までの視線距離である。他の次元は、方位角（アジマス）と呼ばれ、レンジに直交する。ＳＡＲの最も重要な特徴は、コヒーレントな座標系であることである。したがって、同一面の二つ以上のＳＡＲ画像のレンジ差（ＳＡＲ干渉計）を、短いＳＡＲ波長の精度で、測定することが可能となる。ここで、二つ以上のＳＡＲ画像の中で、主画像はマスタＳＡＲ画像とも呼ばれ、二次画像はスレーブＳＡＲ画像とも呼ばれる。したがって、マスタＳＡＲ画像とスレーブＳＡＲ画像とを干渉させることで、距離変化の情報（変位情報；原変位マップ）が得られる。

一方で、地表面の変位を計測する周知の技術として、測量やＧＰＳ(Global Positioning System)などによって測量情報を取得する手法（技術）が知られている。これらの測量情報は、基準点を設けて、測量機器やＧＰＳ機器を地上に設置し操作することで、測量座標値、標高値および測量変位を計測した情報である。この測量情報を取得する手法は、現在、地表面の変位を計測する手法として広く利用されている。ただし、この手法には、広範囲にわたる計測には人手がかかるとともに測量機器を設置することが必要となるという欠点がある。そのため、測量情報を取得する手法に、干渉型合成開口レーダ（以下、「干渉ＳＡＲ」とも呼ぶ）によって取得した原変位マップを併用、補間、乗り換えなどすることが期待されている。

また、ＧＰＳと合成開口レーダ（ＳＡＲ）とを組み合わせた手法もいくつか知られている。

例えば、特許文献２は、干渉ＳＡＲ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を開示している。ＳＡＲ画像情報処理システムは、ＳＡＲを備えたＳＡＲ衛星と、ＳＡＲ画像データ蓄積・提供装置と、通信網と、複数の電子基準点と、ＧＮＳＳ（全地球測位システム；Global Navigation Satellite System）データ蓄積・提供装置と、情報処理装置とを備える。複数の電子基準点は、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る。ＧＮＳＳデータ蓄積・提供装置は、複数の電子基準点から受信した位置情報を蓄積し、通信網を介して情報処理装置等へ提供する。

特許文献２において、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画像との間の位置づれを計測することで変動量を求める処理である。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、ＳＡＲ画像の横方向（レンジ方向）と縦方向（アジマス方向）の２つの成分からなる。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、ＳＡＲ衛星と地表面とを結ぶ線に沿った変動（変位）を表す。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ＳＡＲ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して計測することができる。

同一の電子基準点が、マスタＳＡＲ画像では第１画素に対応づけられているのに対して、スレーブＳＡＲ画像では第２画素に対応づけられている。情報処理部は、第１画素と第２画素の絶対座標変化とＳＡＲの観測距離変化の相関式（相関関係）を得る。観測距離変化は、ＳＡＲ衛星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。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ＳＡＲアンテナ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することができる。また電子基準点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。

また、特許文献３は、地表変位測定値を表す方法を開示している。干渉ＳＡＲは、高空間解像地表変位マップを得るために使用される。干渉ＳＡＲの１つの制限は、それが画像を取得する宇宙飛行体や飛行機の視線方向における地表面変位情報を提供するだけであることである。連続的に自動動作する準センチメートル感度を提供できる高解像ＧＰＳ局が、表面変位測定値の精度を改善するために干渉ＳＡＲ測定技術と統合される。ＧＰＳデータは、干渉ＳＡＲデータと同じ時間スパンで集められ、干渉ＳＡＲデータによって表される視線方向に分解される。干渉ＳＡＲデータに対する補正は、ＧＰＳ測定値が利用可能な位置で、干渉ＳＡＲデータにＧＰＳデータをマッチングするために決定される。補正は、シーンの端の回りの視線方向の変位の平均が、ユーザによって決定されるように、零として監視されるように、平面が干渉ＳＡＲデータにフィットされる。何故なら、補正は、シーン端とＧＰＳ位置との間の線形補間であり、改善された結果が、最も近接した位置を表すシーン端を、安全に零変位を持つと仮定され得るように監視される領域に規定することによって得られるからである。このように決定された補正は、知られた点間の最小曲平面を使用して干渉ＳＡＲデータに適用される。補正の適用は、結果として、補正した視線方向の画像を得る。

米国特許第６５８３７５１号明細書 特開２０１７－０４９０８９号公報 米国特許出願公開第２００９／０２３７２９７号明細書

しかしながら、上記特許文献２および３には、次に述べるような問題がある。

すなわち、特許文献２は、干渉ＳＡＲによって観測した変動量を、ＧＰＳを利用して取得した位置情報を用いて修正して、地表位置の絶対値を取得する技術的思想を開示しているに過ぎない。ここでの位置情報とは、地球重心座標ＸＹＺ及び経度・経度・楕円体高を計測して得られた情報である。すなわち、特許文献２において、位置情報は、各測量位置（座標ＸＹ）における各時点での標高値Ｚ（絶対値）を表しているに過ぎず、異なる時期の標高値Ｚの差分を示す測量変位ΔＺ（相対値）を表してはいない。

特許文献３は、ＧＰＳ測定値が利用可能な位置で、干渉ＳＡＲデータをＧＰＳデータとマッチングするように、干渉ＳＡＲデータを補正する技術的思想を開示しているに過ぎない。ここでのＧＰＳデータとは、上記特許文献２と同様に、ＧＰＳを利用して取得した位置情報であると考えられる。すなわち、特許文献３においても、ＧＰＳデータは、各測量位置（座標ＸＹ）における各時点での標高値Ｚ（絶対値）を表しているに過ぎず、異なる時期の標高値Ｚの差分である測量変位ΔＺ（相対値）を表してはいない。

このように、特許文献２および３のいずれも、各測量位置での異なる時期の標高値の差分である測量変位を含む測量情報を使用することを開示も示唆もしていない。

一方、このような測量情報を原変位マップに併用、補間、乗り換えようとする場合、次に述べるような問題がある。

すなわち、両方の計測手法の違いなどから、両計測手法の基準点には比較的大きな相違があり、測量情報を原変位マップに併用、補間、乗り換えすることが困難であるという課題がある。詳述すると、測量情報と原変位マップとの間にある誤差の主な要因は、基準点の違いにある。ここで、基準点は、固定点や不動点とも呼ばれる。両計測手法とも、ある指標に基づき、基準点を定め、そこからの相対的な標高値または変位量を算出している。そのため、各計測手法単体での相対的な変位の精度は高いが、両計測手法を比較すると誤差が生じてしまう。なお、ここでの「基準点」は、特許文献２に記載の「電子基準点」とは、意味合いが全く異なることに注意されたい。すなわち、特許文献２に記載の「電子基準点」は、位置情報を取得する測位装置（測量箇所）を意味する。これに対して、本発明における「基準点」とは、ある指標に基づき定められる点（固定点；不動点）を意味する。

本発明は、上記問題に鑑みて成されたものであり、その目的は、原変位マップの精度を向上させることが可能な、高精度変位マップ生成方法、高精度変位マップ生成装置、および高精度変位マップ生成プログラムを提供することにある。

本発明の１つの態様として、高精度変位マップ生成方法は、複数の測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記複数の測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップとを受け付ける工程と；前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせしつつ、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、該算出した誤差を基に内挿処理して誤差マップを生成する工程と；前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する工程と；補正した変位マップを高精度変位マップとして出力する工程と；を含む。

本発明の他の態様として、高精度変位マップ生成装置は、複数の測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記複数の測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付けるデータ取得部と；前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせしつつ、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、該算出した誤差を基に内挿処理して誤差マップを生成する誤差マップ生成部と；前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する変位マップ補正部と；補正した変位マップを高精度変位マップとして出力するデータ出力部と；備える。

本発明の他の態様として、高精度変位マップ生成プログラムは、コンピュータを、複数の測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記複数の測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付けるデータ取得手段と；前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせしつつ、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、該算出した誤差を基に内挿処理して誤差マップを生成する誤差マップ生成手段と；前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する変位マップ補正手段と；補正した変位マップを高精度変位マップとして出力するデータ出力手段と；して機能させる。

本発明によれば、原変位マップの精度を向上させることが可能である。

本発明の実施形態に係る高精度変位マップ生成装置を含む高精度変位マップ生成システムを示すブロック図である。 図１に示した高精度変位マップ生成装置で実施される高精度変位マップ生成方法を説明するためのフローチャートである。 図１に示した高精度変位マップ生成装置のハードウェア構成を示すブロック図である。 図３に示した高精度変位マップ生成装置に使用される誤差マップ生成部の詳細な構成を示すブロック図である。 図４に示した誤差マップ生成部の動作を説明するためのフローチャートである。 測量情報と原変位マップの一例を示す図である。 誤差マップの生成の一例を示す図である。 高精度変位マップの生成の一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

［実施形態］
図１は、本発明の実施形態に係る高精度変位マップ生成装置を含む高精度変位マップ生成システムを示すブロック図である。本例では、飛翔体（プラットフォーム）は人工衛星１であるとする。しかしながら、飛翔体（プラットフォーム）は航空機であってもよい。人工衛星１は、衛星本体１ａと、ＳＡＲアンテナ１ｂと、通信アンテナ１ｃとを備える。尚、人工衛星１は、衛星本体１ａ内に干渉ＳＡＲ解析回路（図示せず）を内蔵している。人工衛星１は、ＳＡＲアンテナ１ｂを備えるので、ＳＡＲ衛星とも呼ばれる。

人工衛星１は、所定の軌道方向に軌道運動しつつ、ＳＡＲアンテナ１ｂから同一条件で地表面上の観測領域（所定領域）へ向けて斜め方向に異なる複数時刻（時期）で、それぞれ複数の送信波を送信（照射）する。ここで、「同一条件」とは、緯度、経度、および高度や送信波の照射角度等が同じことを指す。また、「観測領域（所定領域）」は、後述する複数の測量箇所を含む領域であって、例えば、１０ｋｍ×１０ｋｍの矩形領域であってよい。本例では、送信波はマイクロ波から成る。尚、測量箇所は１つであってもよい。

ＳＡＲアンテナ１ｂは、複数の送信波が観測領域（所定領域）により後方方向へそれぞれ後方散乱されてなる複数の後方散乱波を、複数の後方散乱受信波データ要素から成る後方散乱受信波データ群として受信する。後方散乱受信波データ群は、多時期（２枚以上）のＳＡＲ画像を示す。

人工衛星１の干渉ＳＡＲ解析回路は、後方散乱受信波データ群（多時期のＳＡＲ画像）を干渉ＳＡＲ解析して、観測領域（所定領域）の後方方向の変位データを計算する。この後方方向の変位データは、衛星視線方向の変位データである。この変位データは、縦軸および横軸が、それぞれ、「アジマス方向」および「レンジ方向」のデータである。通信アンテナ１ｃは、この変位データを地上へ向けて送信する。

地上には、原変位マップ提供装置３が設置されている。原変位マップ提供装置３は、上記変位データを受信する。原変位マップ提供装置３は、図示しない投影処理回路（座標変換回路）を内蔵している。なお、投影処理回路は、衛星画像を地図上に投影する処理を実施する回路であって、例えば、ジオコーディングやオルソ補正等であってよい。投影処理回路（座標変換回路）は、上記変位データの縦軸および横軸を、「アジマス方向」および「レンジ方向」から、「緯度」および「経度」へ座標変換して、原変位マップを生成する。したがって、この原変位マップは、上記所定領域における、「経度」および「緯度」のＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む。

また地上には、上記所定領域内の上記複数の測量箇所に、それぞれ、第１乃至第Ｍ（Ｍは２以上の整数）の測量機器５－１、５－２、・・・、５－Ｍが設置されている。尚、第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍは、仮設されてもよい。なお、本例では、第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍは、それぞれ、ＧＰＳ（global positioning system）測位情報や人工衛星１からの直接観測によって、それらの設置位置（個々の絶対位置とそれぞれの相対位置）が正確に把握されているとする。

第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍの各々を使用して、その都度、作業者が現地で測量作業を実施して測量情報を計測する。したがって、測量機器は、時間的な頻度は高くないが、コスト的に安価であり、ＧＰＳ機器よりは高密度で計測でき、広域を網羅できる。測量情報は、「緯度」および「経度」の測量座標値と標高値と測量変位とを含む。

尚、各測量機器として、ＧＰＳ機器を使用してもよい。ＧＰＳ機器は、一定時間設置して長い時間の測量変位を高頻度に取得することができる。しかしながら、ＧＰＳ機器は、設置コストの関係から、空間的に高密度に配置することができない。

本実施形態に係る高精度変位マップ生成システムは、原変位マップ提供装置３および上記第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍに接続された、高精度変位マップ生成装置１００を備える。

次に、図２を参照して、高精度変位マップ生成装置１００で実施される高精度変位マップ生成方法について説明する。

まず、高精度変位マップ生成装置１００は、第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍの各々から測量情報を取得する（ステップＳ２０１）。

引き続いて、高精度変位マップ生成装置１００は、原変位マップ提供装置３から原変位マップを取得する（ステップＳ２０２）。

そして、高精度変位マップ生成装置１００は、測量情報の測量変位と原変位マップのＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理することにより誤差マップを生成する（ステップＳ２０３）。

次に、高精度変位マップ生成装置１００は、誤差マップを用いて原変位マップを補正する（ステップＳ２０４）。

最後に、高精度変位マップ生成装置１００は、補正した変位マップを高精度変位マップとして出力する（ステップＳ２０５）。

図３は、本発明の実施形態に係る高精度変位マップ生成装置１００のハードウェア構成を示すブロック図である。図示の高精度変位マップ生成装置１００は、プログラム制御により動作するコンピュータで実現可能である。

図示の高精度変位マップ生成装置１００は、通信インターフェイス（以下、「通信Ｉ／Ｆ」と記す）１０１と、データを入力する入力装置１０２と、データを出力する出力装置１０３と、後述するプログラムやデータを記憶する記憶装置１０４と、データを処理するデータ処理装置１０５とを備えている。

通信Ｉ／Ｆ１０１は、専用のデータ通信回路から成る。通信Ｉ／Ｆ１０１は、通信ネットワーク（図示せず）を介してまたは無線により受信したデータを、データ処理装置１０５へ送出する機能を有する。図示の例では、通信Ｉ／Ｆ１０１は、原変位提供装置３および第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍと有線または無線により接続されている。

入力装置１０２は、キーボードや、タッチパネル、マウスなどから成る。入力装置１０２は、オペレータの操作を検出して、その操作情報をデータ処理装置１０５へ送出する機能を有する。

出力装置１０３は、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）やＰＤＰ（Plasma Display Panel）などの表示装置やプリンタからなる。出力装置１０３は、データ処理装置１０５からの指示に応じて、各種情報を表示したり、最終結果を印字出力する機能を有する。

なお、入力装置１０２と出力装置１０３との組み合わせとして、タッチパネル付き表示器を使用してもよい。

記憶装置１０４は、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）やＳＳＤ（Solid State Drive）、ＲＯＭ（Read-Only Memory）およびＲＡＭ（Random Access Memory）などのメモリからなる。記憶装置１０４は、データ処理装置１０５における各種処理に必要な処理情報（後述する）やプログラム２０１を記憶する機能を有する。

データ処理装置１０５は、ＭＰＵ（Micro Processing unit）などのマイクロプロセッサやＣＰＵ（Central Processing Unit）、複数のＧＰＵ（Graphics Processing unit）から成る。データ処理装置１０５は、記憶装置１０４からプログラム２０１を読み込んで、プログラム２０１に従ってデータを処理する各種処理部を実現する機能を有する。

データ処理装置１０５で実現される主な処理部は、データ取得部３０１、誤差マップ生成部３０２、変位マップ補正部３０３、およびデータ出力部３０４から成る。

データ取得部３０１は、通信Ｉ／Ｆ１０１を介して、第１乃至第Ｍの測量機器５－１～５－Ｍおよび原変位マップ提供装置３から、それぞれ、上記測量情報２０２および上記原変位マップ２０３を取得する。

データ取得部３０１は、取得した測量情報２０２および原変位マップ２０３を記憶装置１０４に保存（保持）する。

誤差マップ生成部３０２は、記憶装置１０４から、測量情報２０２および原変位マップ２０３を読み出す。そして、誤差マップ生成部３０２は、測量情報２０２の測量変位と原変位マップ２０３のＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理することにより誤差マップ２０４を生成する。誤差マップ生成部３０２は、生成した誤差マップ２０４を記憶装置１０４に保存する。尚、誤差マップ生成部３０２の詳細な構成や動作については、後で図面を用いて説明する。

変位マップ補正部３０３は、記憶装置１０４から、原変位マップ２０３および誤差マップ２０４を読み出す。誤差マップ補正部３０３は、誤差マップ２０３を用いて原変位マップ２０３を補正する。変位マップ補正部３０３は、補正した変位マップ２０５を記憶装置１０４に保存する。

データ出力部３０４は、記憶装置１０４から補正した変位マップ２０５を読み出す。そして、データ出力部３０４は、補正した変位マップ２０５を高精度変位マップとして出力装置１０３へ送出して、表示または印字出力させる。

図４は、誤差マップ生成部３０２の詳細な構成を示すブロック図である。誤差マップ生成部３０２は、位置合わせ部４０１と、選定部４０２と、誤差算出部４０３と、内挿処理部４０４とから成る。

位置合わせ部４０１は、測量情報２０２の測量座標値と原変位マップ２０３のＳＡＲ座標値との位置合わせを実施し、座標系および測地系を統一させる。ここで、「座標系」とは、地球上のある位置を示したい場合、緯度経度またはＸＹといった座標値を使って示すが、そういった座標値によって地球上の位置を表す際の決まりのことをいう。座標系には、大きく分けて、経度緯度座標系（球形座標系）と、ＸＹ座標系（数学座標系）とがある。一方、「測地系」とは、測量を行う場合に、採用する地球の形（楕円体）を決め、基準点を決めるが、その地球の楕円体モデルの種類のことをいう。測地系には、大きく分けて、日本測地系と世界測地系とがある。「緯度」および「経度」には、上述のように、様々な座標系や測地系があるため、それを統一する処理が必要である。この位置合わせにより、両測定手法の基準点を一致させることができる。

選定部４０２は、複数の測量箇所から１つ又は複数の誤差算出点を選定する。詳述すると、複数の測量箇所は、上記所定領域内になるべく分散するように配置される。例えば、１つの誤差算出点を選定する際には、選定部４０２は、複数の測量箇所の中から、最も小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、１つの誤差算出点として選定する。又は、選定部４０２は、１つの誤差算出点を、なるべく原変位マップ内の端ではなく、中央付近に位置するように選定する。一方、複数の誤差算出点を選定する際には、選定部４０２は、複数の測量箇所の中から、小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、順番に複数の誤差算出点として選定してもよい。それ以外に、選定部４０２は、なるべく分散した分布となるように、複数の誤差算出点を選定してもよい。

誤差算出部４０３は、選定した誤差算出点における、測量情報２０２の測量変位と原変位マップ２０３のＳＡＲ変位との間の誤差を算出する。例えば、誤差算出部４０３は、誤差算出点における、測量情報２０２の測量変位から原変位マップ２０３のＳＡＲ変位を減算して、上記誤差を求める。この場合、変位マップ補正部３０３（図３）は、原変位マップ２０３に誤差マップ２０４を加算することで、原変位マップ２０３を補正する。

内挿処理部４０４は、誤差を基に内挿処理を実施して、誤差マップ２０４を生成する。この「誤差マップ」は、原変位マップ２０３とほぼ同等の大きさ（面積）の誤差情報の分布をしめす。尚、内挿処理の種類／手法は限定されない。内挿処理の種類としては、ＩＤＷ（Inverse Distance Weighted;逆距離加重）法、自然近似法、スプライン法等がある。これら手法の中からどれを選択するかは、測量点の密度、計測精度等に依存する。

次に、図５を参照して、誤差マップ生成部３０２の動作について説明する。

まず、位置合わせ部４０１は、測量情報２０２の測量座標値と原変位マップ２０３のＳＡＲ座標値とを位置合わせして、座標系および測地系を統一させる（ステップＳ３０１）。

次に、選定部４０２は、複数の測量箇所から１つの誤差算出点を選定する（ステップＳ３０２）。

引き続いて、誤差算出部４０３は、誤差算出点における、測量情報２０２の測量変位と原変位マップ２０３のＳＡＲ変位との間の誤差を算出する（ステップＳ３０３）。

最後に、内挿処理部４０４は、誤差を基に内挿処理を実施して、誤差マップ２０４を生成する（ステップＳ３０４）。

次に、本実施形態の効果について説明する。

本実施形態によれば、測量情報２０２の測量変位と原変位マップ２０３のＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理をすることにより誤差マップ２０４を生成しているので、全体的に平均化されて面的に精度のよい高精度変位マップ２０５を生成することができる。

詳述すると、本実施形態により、測量情報２０２と原変位マップ２０３との間の誤差を低減することが可能である。これにより、現在広く使用されている測量情報２０２に近い変位量を原変位マップ２０３でも算出することができ、測量情報２０２を扱っている方でも利用しやすく、高精度な変位マップ２０５を取得できる。周知の測量情報２０２は、現地作業などが伴うため、人手や費用面の関係もあり、干渉型合成開口レーダに比較して高密度に広く測量情報２０２を取得することは困難である。一方で、干渉型合成開口レーダは、飛翔体（プラットフォーム）から電波（マイクロ波）を照射して撮影するため、広域かつ高密度にＳＡＲ変位量を計測することが可能であり、公知の測量では計測できていなかった空間的に高密度な変位分布を計測できる。本実施形態の高精度変位マップ２０５によって、測量情報２０２との併用、補間、乗り換えなどが期待される。

本実施形態では、測量情報２０２と原変位マップ２０３との間の誤差の関係性が重要である。両計測手法の間で生じる誤差の原因は、主に基準点の違いにある。両計測手法ともに、ある任意の点を基準点（精度の高い標高値が取得できる点、変位量がゼロの点など）と定義して、そこからの差分を算出している。そのため、各計測手法において、その選定された点からの相対的な変位（測量変位、ＳＡＲ変位）を取得していることとなる。しかしながら、両計測手法において、基準点の選定方法は異なるため、まったく同一の点を選定することはほぼ不可能である。この基準点の相違によって、測量情報２０２と原変位マップ２０３との間において空間的にバイアス誤差が生じている。

前述の誤差の特徴を考慮して、本実施形態では、１点または複数点の測量情報２０２から誤差を算出し補正することで、原変位マップ２０３全体の誤差を低減することが可能となる。

以下、本発明の実施例について説明する。

前述したように、データ取得部３０１は、測量情報２０２および原変位マップ２０３を取得する（図２のステップＳ２０１、Ｓ２０２参照）。

図６に、測量情報２０２と原変位マップ２０３の一例を示す。図６において、縦軸および横軸は、それぞれ、「緯度」および「経度」を示す。白黒のグレースケールは、変位量を示し、白いほど変位が小さく、黒いほど変位が大きいことを表している。ここで、測量情報２０２とは、測量機器やＧＰＳ機器などで取得されたある地点（座標）の標高値や測量変位量(異なる時期の標高値の差分)を示す。一方、原変位マップ２０３とは、２枚以上のレーダ画像（ＳＡＲ画像）を干渉処理することで取得されたＳＡＲ変位量を示す。また、取得された空間的な点の密度は、一般的に測量情報２０２よりも原変位マップ２０３の方が密である。

次に、誤差マップ生成部３０２は、測量情報２０２の測量変位と原変位マップ２０３のＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理をすることにより誤差マップ２０４を生成する（図２のステップＳ２０３参照）。

図７に、誤差マップ２０４の生成の一例を示す。まず、位置合わせ部４０１は、入力された両データの座標値の位置合わせを実施し、座標系や測地系を統一させる（図５のステップＳ３０１参照）。次に、選定部４０２は、１点または複数点の測量情報２０２および原変位マップ２０３の誤差を算出する点(誤差算出点)を選定する（図５のステップＳ３０２参照）。選定された誤差算出点において、誤差算出部４０３は、両手法における変位量の差分(測量情報２０２の測量変位から原変位マップ２０３のＳＡＲ変位を減算)を算出した（図５のステップＳ３０３参照）後、内挿処理部４０４は、誤差マップ２０４を生成する（図５のステップＳ３０４参照）。誤差マップ２０４は、原変位マップ２０３とほぼ同等の大きさ(面積)の誤差情報の分布であり、内挿処理部４０４は、誤差算出点の誤差情報を基に、内挿処理を実施して誤差マップ２０４を生成する。

引き続いて、変位マップ補正部３０３は、誤差マップ２０４を用いて原変位マップ２０３を補正し（図２のステップＳ２０４参照）、最後に、データ出力部３０４は、補正した変位マップ２０５を高精度変位マップとして出力する（図２のステップＳ２０５参照）。

図８に、高精度変位マップ２０５の生成の一例を示す。変位マップ補正部３０３は、原変位マップ２０３に前述の処理で生成された誤差マップ２０４を加算することで、原変位マップ２０３を補正する。そして、データ出力部３０４は、最後に、前述の通り測量情報に基づき補正した変位マップ２０２を高精度変位マップとして出力する。

本図６～図８の例では、測量情報２０２および原変位マップ２０３の変位量が、どちらも左下が大きく、右上が小さいという傾向にあるが、全体的に原変位マップ２０３の変位量が小さい例を示している。本現象をバイアス誤差という。そこで変位量が全体的にプラスとなるような誤差マップ２０４が生成され、補正した変位マップ２０５は空間的に相対的な変位の傾向を維持しつつ、全体的に変位量が増加したようなものとなっている。

上述した高精度変位マップ生成装置１００の各部は、コンピュータシステムのハードウェアとソフトウェアとの組み合わせを用いて実現することができる。このコンピュータシステムは、所望の形態に合わせた、１ないし複数のプロセッサとメモリを含んでよい。また、このコンピュータシステムの形態では、各部は、上記メモリに高精度変位マップ生成プログラム２０１が展開され、このプログラム２０１に基づいて１ないし複数のプロセッサ等のハードウェアを実行命令群やコード群で動作させることによって、実現すればよい。この際、必要に応じて、このプログラム２０１は、オペーレティングシステムや、マイクロプログラム、ドライバなどのソフトウェアが提供する機能と協働して、各部を実現することとしてもよい。

メモリに展開されるプログラムデータは、プロセッサを１ないし複数の上述した各部として動作させる実行命令群やコード群、テーブルファイル、コンテンツデータなどを適宜含んでよい。

また、このコンピュータシステムは、必ずしも一つの装置として構築される必要はなく、複数のサーバ／コンピュータ／仮想マシンなどが組み合わさって、所謂、シンクライアントや、分散コンピューティング、クラウドコンピューティングで構築されてもよい。また、コンピュータシステムの一部／全ての各部をハードウェアやファームウェア（例えば、一ないし複数のLSI：Large-Scale Integration，FPGA：Field Programmable Gate Array，電子素子の組み合わせ）で置換することとしてもよい。同様に、各部の一部のみをハードウェアやファームウェアで置換することとしてもよい。

また、このプログラム２０１は、記録媒体に非一時的に記録されて頒布されても良い。当該記録媒体に記録されたプログラム２０１は、有線、無線、又は記録媒体そのものを介してメモリに読込まれ、プロセッサ等を動作させる。

尚、本明細書では、記録媒体は、類似するタームの記憶媒体やメモリ装置、ストレージ装置なども含むこととする。この記録媒体を例示すれば、オプティカルディスクや磁気ディスク、半導体メモリ装置、ハードディスク装置、テープメディアなどが挙げられる。また、記録媒体は、不揮発性であることが望ましい。また、記録媒体は、揮発性モジュール（例えばRAM：Random Access Memory）と不揮発性モジュール（例えばROM：Read Only Memory）の組み合わせを用いることとしてもよい。

なお、実施形態および実施例を例示して本発明を説明した。しかしながら、本発明の具体的な構成は前述の実施形態および実施例に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の変更があってもこの発明に含まれる。例えば、上述した実施形態および実施例のブロック構成の分離併合、手順の入れ替えなどの変更は本発明の趣旨および説明される機能を満たせば自由であり、上記説明が本発明を限定するものではない。また、測量には、様々な種類（例えば、水準点、基準点、Ｏ級水準点、ＧＰＳ計測など）があるが、どの手法で計測した測量変位であっても本発明の処理は適用可能である。

また、上記の実施形態の一部又は全部は、以下のようにも記載されうる。尚、以下の付記は本発明をなんら限定するものではない。

［付記１］
少なくとも１つの測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付ける工程と、
前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理することにより誤差マップを生成する工程と、
前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する工程と、
補正した変位マップを高精度変位マップとして出力する工程と、
を含む高精度変位マップ生成方法。

［付記２］
前記測量箇所が複数存在し、
前記誤差マップを生成する工程は、
前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせする工程と、
前記複数の測量箇所から１つ以上の誤差算出点を選定する工程と、
前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の前記誤差を算出する工程と、
前記誤差を基に前記内挿処理を実施して、前記誤差マップを生成する工程と、
を含む、付記１に記載の高精度変位マップ生成方法。

［付記３］
前記誤差を算出する工程は、前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位から前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位を減算する工程であり、
前記原変位マップを補正する工程は、前記原変位マップに前記誤差マップを加算する工程である、
付記２に記載の高精度変位マップ生成方法。

［付記４］
前記位置合わせする工程は、前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値との間の座標系および測地系を統一させる工程である、付記２又は３に記載の高精度変位マップ生成方法。

［付記５］
前記誤差算出点を選定する工程は、１つの誤差算出点を選定する際、前記複数の測量箇所の中から、最も小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、前記１つの誤差算出点として選定する、付記２乃至４のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成方法。

［付記６］
前記誤差算出点を選定する工程は、複数の誤差算出点を選定する際、前記複数の測量箇所の中から、小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、順番に前記複数の誤差算出点として選定する、付記２乃至４のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成方法。

［付記７］
少なくとも１つの測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付けるデータ取得部と、
前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理することにより誤差マップを生成する誤差マップ生成部と、
前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する変位マップ補正部と、
補正した変位マップを高精度変位マップとして出力するデータ出力部と、
備える高精度変位マップ生成装置。

［付記８］
前記測量箇所が複数存在し、
前記誤差マップ生成部は、
前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせする位置合わせ部と、
前記複数の測量箇所から１つ以上の誤差算出点を選定する選定部と、
前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の前記誤差を算出する誤差算出部と、
前記誤差を基に前記内挿処理を実施して、前記誤差マップを生成する内挿処理部と、
から成る、付記７に記載の高精度変位マップ生成装置。

［付記９］
前記誤差算出部は、前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位から前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位を減算することで、前記誤差を算出し、
前記原変位マップ補正部は、前記原変位マップに前記誤差マップを加算することで、前記原変位マップを補正する、
付記８に記載の高精度変位マップ生成装置。

［付記１０］
前記位置合わせ部は、前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値との間の座標系および測地系を統一させて、前記位置合わせをする、付記８又は９に記載の高精度変位マップ生成装置。

［付記１１］
前記選定部は、１つの誤差算出点を選定する場合、前記複数の測量箇所の中から、最も小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、前記１つの誤差算出点として選定する、付記８乃至１０のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成装置。

［付記１２］
前記選定部は、複数の誤差算出点を選定する場合、前記複数の測量箇所の中から、小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、順番に前記複数の誤差算出点として選定する、付記８乃至１０のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成装置。

［付記１３］
コンピュータを、
少なくとも１つの測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付けるデータ取得手段と、
前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、内挿処理することにより誤差マップを生成する誤差マップ生成手段と、
前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する変位マップ補正手段と、
補正した変位マップを高精度変位マップとして出力するデータ出力手段と、
して機能させるための高精度変位マップ生成プログラム。

［付記１４］
前記測量箇所が複数存在し、
前記誤差マップ生成手段は、前記コンピュータを、
前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせする位置合わせ手段と、
前記複数の測量箇所から１つ以上の誤差算出点を選定する選定手段と、
前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の前記誤差を算出する誤差算出手段と、
前記誤差を基に前記内挿処理を実施して、前記誤差マップを生成する内挿処理手段と、
して機能させる、付記１３に記載の高精度変位マップ生成プログラム。

［付記１５］
前記誤差算出手段は、前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位から前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位を減算することで、前記誤差を算出し、
前記原変位マップ補正手段は、前記原変位マップに前記誤差マップを加算することで、前記原変位マップを補正する、
付記１４に記載の高精度変位マップ生成プログラム。

［付記１６］
前記位置合わせ手段は、前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値との間の座標系および測地系を統一させて、前記位置合わせをする、付記１４又は１５に記載の高精度変位マップ生成プログラム。

［付記１７］
前記選定手段は、１つの誤差算出点を選定する場合、前記複数の測量箇所の中から、最も小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、前記１つの誤差算出点として選定する、付記１４乃至１６のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成プログラム。

［付記１８］
前記選定手段は、複数の誤差算出点を選定する場合、前記複数の測量箇所の中から、小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、順番に前記複数の誤差算出点として選定する、付記１４乃至１６のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成プログラム。

本発明は、一般的に合成開口レーダが良く利用されている、災害監視、港湾監視、火山監視などの地球観測分野で幅広く利用可能である。また、本発明は、共通する基準に基づく測量情報として精度が出せるため、建築、ハザードマップ、地下施設監視などに適用可能である。

１ 人工衛星
１ａ 衛星本体
１ｂ ＳＡＲアンテナ
１ｃ 通信アンテナ
３ 原変位マップ提供装置
５－１ 第１の測量機器
５－２ 第２の測量機器
５－Ｍ 第Ｍの測量機器
１００ 高精度変位マップ生成装置
１０１ 通信Ｉ／Ｆ
１０２ 入力装置
１０３ 出力装置
１０４ 記憶装置
１０５ データ処理装置
２０１ プログラム
２０２ 測量情報
２０３ 原変位マップ
２０４ 誤差マップ
２０５ 補正した変位マップ（高精度変位マップ）
３０１ データ取得部
３０２ 誤差マップ生成部
３０３ 変位マップ補正部
３０４ データ出力部
４０１ 位置合わせ部
４０２ 選定部
４０３ 誤差算出部
４０４ 内挿処理部

Claims (10)

1. 複数の測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記複数の測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付ける工程と、
   前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせしつつ、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、該算出した誤差を基に内挿処理して誤差マップを生成する工程と、
   前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する工程と、
   補正した変位マップを高精度変位マップとして出力する工程と、
   を含む高精度変位マップ生成方法。
2. 前記誤差マップを生成する工程は、
   前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせする工程と、
   前記複数の測量箇所から１つ以上の誤差算出点を選定する工程と、
   前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の前記誤差を算出する工程と、
   前記誤差を基に前記内挿処理を実施して、前記誤差マップを生成する工程と、
   を含む、請求項１に記載の高精度変位マップ生成方法。
3. 前記誤差を算出する工程は、前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位から前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位を減算する工程であり、
   前記原変位マップを補正する工程は、前記原変位マップに前記誤差マップを加算する工程である、
   請求項２に記載の高精度変位マップ生成方法。
4. 前記位置合わせする工程は、前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値との間の座標系および測地系を統一させる工程である、請求項２又は３に記載の高精度変位マップ生成方法。
5. 前記誤差算出点を選定する工程は、１つの誤差算出点を選定する際、前記複数の測量箇所の中から、最も小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、前記１つの誤差算出点として選定する、請求項２乃至４のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成方法。
6. 前記誤差算出点を選定する工程は、複数の誤差算出点を選定する際、前記複数の測量箇所の中から、小さい測量変位を持つ測量情報を測定した測量箇所を、順番に前記複数の誤差算出点として選定する、請求項２乃至４のいずれか１つに記載の高精度変位マップ生成方法。
7. 複数の測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記複数の測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付けるデータ取得部と、
   前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせしつつ、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、該算出した誤差を基に内挿処理して誤差マップを生成する誤差マップ生成部と、
   前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する変位マップ補正部と、
   補正した変位マップを高精度変位マップとして出力するデータ出力部と、
   備える高精度変位マップ生成装置。
8. 前記誤差マップ生成部は、
   前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせする位置合わせ部と、
   前記複数の測量箇所から１つ以上の誤差算出点を選定する選定部と、
   前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の前記誤差を算出する誤差算出部と、
   前記誤差を基に前記内挿処理を実施して、前記誤差マップを生成する内挿処理部と、
   から成る、請求項７に記載の高精度変位マップ生成装置。
9. 前記誤差算出部は、前記誤差算出点における、前記測量情報の前記測量変位から前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位を減算することで、前記誤差を算出し、
   前記変位マップ補正部は、前記原変位マップに前記誤差マップを加算することで、前記原変位マップを補正する、
   請求項８に記載の高精度変位マップ生成装置。
10. コンピュータを、
    複数の測量箇所で測定された、測量座標値と標高値と測量変位とを含む測量情報と、干渉型合成開口レーダ（干渉ＳＡＲ）により取得した、前記複数の測量箇所を含む所定領域におけるＳＡＲ座標値とＳＡＲ変位とを含む原変位マップと、を受け付けるデータ取得手段と、
    前記測量情報の前記測量座標値と前記原変位マップの前記ＳＡＲ座標値とを位置合わせしつつ、前記測量情報の前記測量変位と前記原変位マップの前記ＳＡＲ変位との間の誤差を算出し、該算出した誤差を基に内挿処理して誤差マップを生成する誤差マップ生成手段と、
    前記誤差マップを用いて前記原変位マップを補正する変位マップ補正手段と、
    補正した変位マップを高精度変位マップとして出力するデータ出力手段と、
    して機能させるための高精度変位マップ生成プログラム。

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