はじめに

わが国では、宇宙実証用ハイパースペクトルセンサ HISUI (Hyperspectral Imager SUIte 経済産業省実施事業、令和元年 12 月に国際宇宙ステーションの日本実験棟「きぼう」 に搭載、2020 年 9 月から画像の取得)により、宇宙から のハイパースペクトルデータが利用可能です。ハイパースペ クトルセンサの特徴は、対象物の性質 ・ 物性を示す反射ス ペ クト ル を 広 範 囲 の 波 長 帯 で 連 続 的 に 得 る こ と が で き る こ とです(従前のマルチスペクトルセンサによる衛星画像は 4 種 類 程 度 の 離 散 的 な 波 長 帯 を 使 用 。)。 ア ジ ア 航 測 は 、 こ れまで、経済産業省から委託を受けた一般財団法人宇宙システム開発利用推進機構が実施する事業「次世代地球観測 衛星利用基盤技術の研究開発(ハイパースペクトルセンサ・ データの高度利用に係る研究開発)」に参画し、ハイパース ペクトルデータの利用研究を実施してきました。本研究では そ の 一 環 として、 過 去 に 航 空 機 デ ー タ を 用 い て 開 発 し た 水 深推定手法が HISUI に適用可能であることを実証しました。

ま た 、 当 社 独 自 の 検 討 を 行 い 、 高 解 像 度 マ ル チ ス ペ クト ル衛星に HISUI を組み合わせることにより、現地調査が不 要で地上解像像度が高い水深分布図を作成する手法を開発 しましたので、ご紹介します。

衛星画像を用いた水深推定手法

沿岸海域の水深情報は船舶の安全航行や領海警備にお いて非常に重要です。わが国の領海および排他的経済水域 は広大なため、浅海域の水深情報を面的に低コストで取得 で き る 技 術 が 必 要 と さ れ て い ま す。 こ の よ う な ニ ー ズ に 対 し て、 人 工 衛 星 か ら 得 ら れ る 画 像 を 利 用 して 水 深 情 報 を 取 得 する技術(SDB: Satellite Derived Bathymetry)は有効な 手段と言えます。

SDB は、観測波長帯が数バンドのマルチスペクトルセン サ を 用 い る 方 法 が 一 般 的 で す が、 画 像 の 輝 度 値 と 現 地 で サ ン プ リン グ 計 測 し た 水 深 と の 関 係 か ら 経 験 的 に エリ ア 全 域 の水深を求める方法のため、通常は衛星画像の観測エリア 毎に、現地での計測が必要となります。これに対してハイパー ス ペ クト ル セ ン サ は 、 波 長 分 解 能 が 非 常 に 高 い の で、 セ ン サが観測した波長帯毎の値と光の伝達モデルに基づいてシミ ュ レ ー シ ョ ン し た 値 の 一 致 の 度 合 い を 調 べ る こ と に よって 、 シミュレーションの入力条件の一つである水深を逆推定(イ ンバージョン)することが 可能です。インバージョン法では現 地の 水 深 デ ー タ が 不 要 で す の で 、 調 査 コ スト を 抑 え ら れ 、 アクセスが困難な海域にも有効な方法と考えられます。

水深分布図の高解像度化

ハイパースペクトルセンサの HISUI はインバージョン法を 用いることができますが、地上解像度が 20 ~ 30m 程度と や や 低 い ので、 サンゴ 礁 などの 複 雑 な 地 形 表 現 が 難しいで す。 一 方 、 マ ル チ ス ペ クト ル セ ン サ の 衛 星 画 像 は 一 般 に 地 上解像度が数十 cm ~数 m 程度と非常に高いので微地形 の表現が可能と考えられます。そこで、本研究では、HISUI からインバージョン法によって得られた水深を用いて、同一 地 域 を 観 測 し た 高 解 像 度 マ ル チ ス ペ クト ル 衛 星 画 像 の 輝 度 値と組み合わせ、経験的な方法により高解像度の水深分布 図を作成する方法を開発しました(図 1)。

図 2 に、沖縄県久米島に本手法を適用した結果を示しま す。図 2(b)は、HISUI からインバージョン法により現地 の水深データを用いずに推定して得られた海底地形の赤色 立体地図です。礁嶺や溝の部分は把握できますが、地形が 粗く鈍っています。これに対して、HISUI とマルチスペクト ル 衛星(WorldView-3)の 組み合わせにより作成した海 底 地形の赤色立体地図(図 2(d))では、礁縁部の複雑な地 形 が 微 細 に 表 現 さ れ て い ま す。 な お 、 本 手 法 で は 画 像 中 の 砕波や海藻類が水深推定に影響しますので、元の衛星画像 を確認しながら注意して用いる必要があります。

図2 水深推定により得られた海底地形の赤色立体地図(沖縄県久米島)

おわりに

本 稿 で は 、 従 前 の マ ル チ ス ペ クト ル セ ン サ を 用 い た 水 深 推定に HISUI を併用することで現地調査を不要にする手法 をご紹介しました。HISUI は実証用のセンサですが、国外 で は 近 年 、 商 用 の ハ イパ ー ス ペ クト ル 衛 星 が 登 場 して お り 、 今 後 国 内 で も 容 易 に 利 用 で き る 可 能 性 が あ り ま す。 そ の ため、本研究で得られた知見を活かし、測量船が入れないサ ンゴ礁海域や、噴火により測量船や航空機が近づくことが で き な い 離 島 な ど ア ク セ ス が 困 難 な 海 域 に お い て、 音 響 測 深や航空レーザ測深の予察や代替手段として利用が期待で き ま す。