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発表・掲載日:2016/04/01

衛星観測データに付加価値を付けた「ASTER-VA」を無償提供

-地球観測衛星TERRAの光学センサーデータの利活用を促進-

ポイント

  • NASAの衛星に搭載したセンサーのデータを活用した付加価値プロダクトを提供するシステムを構築
  • 衛星画像データを、目で見たときに分かりやすく処理して使いやすいインターフェースで提供
  • 長年の観測実績から得られた視認性の高い衛星画像で、防災・環境・農林水産業などの分野に貢献


概要

 国立研究開発法人 産業技術総合研究所【理事長 中鉢 良治】(以下「産総研」という)地質情報研究部門【研究部門長 牧野 雅彦】は、地球観測衛星データを処理した付加価値プロダクト「ASTER-VA」を、平成28年4月1日から無償で一般に提供する(https://gbank.gsj.jp/madas/)。

 産総研は、米国航空宇宙局(以下「NASA」という)が運用する地球観測衛星TERRAに搭載された経済産業省開発の光学センサーASTERで観測された衛星データを、NASAからインターネット回線を通じて取得・処理し、わかりやすいインターフェースで提供する。ASTER-VAは、産総研独自の擬似天然色画像合成技術を適用した画像データのほかに、地質情報を含む地図との重ね合わせのために地形の凹凸やずれをあらかじめ補正(オルソ補正)したデータ、標高データで構成される。また、様々な地理空間情報の閲覧ソフトウェアなどで使用できるように、二種類のファイル形式から選択することができる。

 ASTER-VAは全世界のデータを備えており、防災や環境、農林水産業など広範な分野で利活用できる。また、利用制限のない公的データ(知的基盤データ)として、地理空間情報を活用したビジネスでの利用も期待される。

付加価値プロダクトASTER-VAのデータ生成・配信の仕組みと活用イメージ図
付加価値プロダクトASTER-VAのデータ生成・配信の仕組みと活用イメージ


開発の社会的背景

 人工衛星に搭載したセンサーから地球表面付近を観測する衛星リモートセンシング技術は、地球を広範囲に同じ指標(センサー)で継続して測定できることから、地球規模の環境影響評価や、台風や地震など大規模災害時の被害推定などに広く利用されている。

 一方で、過去に撮影した衛星データには限りがあり、特に2000年代初頭から10年以上の長期にわたって観測を行っている例は少ない。地球観測衛星として最も長期間運用され、2008年からは衛星データが無償公開されているランドサットも2003年にセンサーの不具合により観測データの一部に欠損が生じた。こうした背景から、ランドサットと同様の性能を持つ無償で利用可能な衛星データへの潜在的な需要が高かった。

研究の経緯

 産総研は、ASTERセンサーの開発段階から携わり、運用を開始した2000年から15年以上にわたり、ASTERから得られるデータを保管してきた。また、地質情報研究部門と情報技術研究部門は、GEO Grid(地球観測グリッド)プロジェクトの一環として、データ処理、配信、アクセス技術のプロトタイプシステムを開発し、石油資源探査の技術開発やASTERを利用した地震や火山などの地質災害モニタリング研究を行ってきた(2005年10月21日 産総研プレス発表2007年5月17日 産総研主な研究成果)。

 防災対策や資源探査のみならず、多様なビジネスにおいて、こうした地理空間情報の活用を推進するためには、ASTERから得られる従来のデータに、産業ニーズに対応した付加価値をつけた高品質なデータを知的基盤として広く公開する必要があると考えられる。そのため、今回、NASAとの国際協力のもと、幅広いビジネスで利用できるASTER付加価値プロダクトASTER-VAを提供するシステムの研究開発を実施することとした。

研究の内容

 開発したシステムは、付加価値プロダクトASTER-VAを作成するシステムとASTERの運用・データ処理・配信を行うシステムで構成される。

1.ASTER-VA作成システムと提供するデータの種類

 ASTERは設計上、青バンドの情報を持たない。そのため、青色を推定して擬似天然色画像を合成する独自技術を開発し、人間が目視で判読しやすい天然色データに変換する機能をシステムに搭載した。これにより、例えば森林地域がより自然に近い緑色となる(図1)。また、衛星データは他の地理空間情報と重ね合わせるためには地形補正が必要なため、全てのASTERデータに地形補正(オルソ補正)を施して地理空間情報と容易に重ね合わせができるようにした。

図1 ASTER-VAの静岡県御前崎沖のデータ(左が天然色化前、右が天然色化後)の図
図1 ASTER-VAの静岡県御前崎沖のデータ(左が天然色化前、右が天然色化後)

 また今回提供を開始する地球観測データの空間分解能は、これまで無料で自由に利用できるランドサットのデータの空間分解能よりも高く、バンド数も多い。可視光線領域・近赤外線領域で15 m(3バンド)、短波長赤外線領域で30 m(6バンド)、熱赤外線領域で90 m(5バンド)である(無料公開中のランドサット8号の場合、可視光線領域~中間赤外線領域で30 m、9バンド(バンド8のみ15 m)、熱赤外線領域で100 m、2バンド)。

 また、これらの衛星観測データに加えて、ASTERデータから作成した標高データも提供する。
 

2.ASTERの運用・データ処理・配信システム

 産総研は、NASAと経済産業省との包括的協力協定に基づき、2014年12月より一般財団法人 宇宙システム開発利用推進機構(JSS)と協力し、正式なデータ処理機関としてNASAと米国地質調査所(USGS)にデータを提供するシステムを構築し、ASTERデータの処理を行っている。また、定常運用時のセンサー機器のモニタリングや緊急観測計画を含む長期観測計画についてもNASA、JSSと協力し、運用を行っている。

 今回このシステムに蓄積したASTERデータをさらに付加価値処理してASTER-VAデータとしたが、ユーザーは観測日時や画像にかかっている雲の量の多さなどを指定してデータを検索できる(図2)。検索結果は、該当する画像が画面左側にサムネイルで表示され、必要なデータをダウンロードできる。また、Overlayをクリックすると選択したASTER-VA(擬似天然色画像)を地図上に表示できる(図3)。

画像検索画面のレイアウト画像
図2 画像検索画面のレイアウト
1) 画像の取得時期(開始年月日と終了年月日)を入力し、2) 検索したい画像データの観測範囲を決めた上で、3) Search(検索)をクリックする。

検索結果画面画像
図3 検索結果画面

 ASTER-VAデータは、KML形式GeoTIFF形式のいずれかを選択でき、形式を問わず、簡単な操作でダウンロードできる。

 KML形式のASTER-VAデータはGoogle Earth™等で表示でき、オルソ補正済みで、地表面の状態を視認しやすくするための擬似天然色画像合成技術が適用されている。また、衛星画像閲覧ソフトウェアを用いるとタブレット端末やスマートフォンでも閲覧できる。KML形式のASTER-VAデータには、標高データは含まない。

 GeoTIFF形式のASTER-VAデータには、後方視データ(バンド3B)を除く、全てのオルソ補正済みデータと標高データ(空間分解能30 m)が含まれる。GeoTIFF形式のASTER-VAデータには、擬似天然色画像技術を適用した画像は含まない。

今後の予定

 ASTERは、当初の設計寿命であった5年を大幅に上回る15年以上の観測実績があり、今後も長期観測が可能な状況である。この貴重なデータを有効に活用するために、ハードウェア(ASTERセンサー)と、アーカイブを含む運用の効率化と配信に係る研究開発をJSSとの共同研究計画に基づき進める。また、ASTERを用いた新たなビジネス創出を希望する企業との共同研究を推進する。



用語の説明

◆ASTER(Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer
TERRA衛星に搭載されている高性能光学センサーで、経済産業省が開発した。地球を構成する地圏、水圏、雪氷圏、生物圏、大気圏やそれらの相互関係の研究を目的としている。合計で14種類(バンド)の観測データが得られ、さらに直下視と後方視の2種類のデータ(波長0.76~0.86 µm)を組み合わせることにより、標高データも取得できる。熱赤外線のデータを調べると、対象物の温度が推定できる。複数の熱赤外線領域のデータを取得することにより、大気が熱赤外線の強度などに与える影響の補正などを行い、より正確に温度の推定ができるようになる。[参照元へ戻る]
◆地球観測衛星TERRA
NASAの宇宙計画「地球観測システム(EOS)」で開発された最初の衛星である。地球環境システムのメカニズムの解明を目的として、1999年12月18日米国ヴァンデンバーグ空軍基地よりNASAが打ち上げた。この人工衛星にはASTERの他に、NASAが開発した可視光線領域や赤外線領域を測定できる光学センサーMODISなど5種類の観測装置が搭載され、多面的な観測をほぼ同時に行うことができる。[参照元へ戻る]
◆天然色
宇宙から人間が目で地球を直接見たときと同じ色調のこと。[参照元へ戻る]
◆オルソ補正
地形の凸凹や画像の傾きを補正する処理のこと。処理を施すことで、衛星データを地理情報システム(GIS)の背景データとして使用することができる。[参照元へ戻る]
◆知的基盤
知的基盤(Intellectual Infrastructure)は国の公共財(ソフトインフラ)であり、社会基盤(道路や橋などのハードインフラ)の整備と同様に国の責務として位置付けられる。経済産業省は、国の国際競争力の維持・強化、イノベーション促進、企業活動の信頼性向上、中堅・中小企業のものづくり基盤、国民生活の安全・安心の確保等を図るため、計量標準、微生物遺伝資源、地質情報等を「知的基盤」として整備を進めている。[参照元へ戻る]
◆リモートセンシング
対象物を離れた(リモート)ところから測定する(センシング)技術。人工衛星や航空機などから地球表面付近を観測する技術を指すことが多い。測定装置(センサー)と、センサーを搭載するためのプラットフォーム(衛星)が必要である。ASTERセンサーはTERRA衛星に搭載されている。[参照元へ戻る]
◆GEO Grid(地球観測グリッド)
グリッドコンピューティングやクラウドコンピューティングなど、ネットワークで繋がれた多数のコンピューターを協調させて処理能力の向上や記憶容量を大きくする技術(分散・並列処理技術)を用いて、衛星観測データの大規模アーカイブ・高度処理を行い、さらに各種観測データベースや地理情報システムデータと融合し、ユーザーが安全かつ手軽に扱えることを目指したプロジェクト。また、そのプロジェクトで研究開発・運用しているシステム。[参照元へ戻る]
◆バンド
地球観測衛星に搭載されたASTERやMODISセンサーは光学センサーと呼ばれ、一種のデジタルカメラのような機能をもち、地表面の状態(太陽光の反射や熱の放射等)を撮影する。通常のデジタルカメラと違い、可視光線の波長帯だけではなく、植生の活性度観測に適した近赤外線の波長帯や赤外線(熱バンド)の波長帯など複数の波長を同時に観測する。それぞれの波長帯ごとにバンドという単位で画像を取得する。
ASTERは、可視光線から熱赤外線の波長帯を幅広く観測することができるが、可視光線のうち、青の波長帯を観測するバンドを持たない。[参照元へ戻る]
ASTERのバンドと波長帯、空間分解能の関係
  バンド 波長帯 空間分解能
(µm) (m)
可視光線 緑―黄 1 0.520–0.600 15
可視光線 赤 2 0.630–0.690 15
近赤外線 3N(直下視) 0.760–0.860 15
3B(後方視) 0.760–0.860 15
短波長赤外線 4 1.600–1.700 30
5 2.145–2.185 30
6 2.185–2.225 30
7 2.235–2.285 30
8 2.295–2.365 30
9 2.360–2.430 30
熱赤外線 10 8.125–8.475 90
11 8.475–8.825 90
12 8.925–9.275 90
13 10.250–10.950 90
14 10.950–11.650 90
◆空間分解能
地球観測衛星に載せられたセンサーが、地上の物体をどれくらいの大きさまで見分けることができるかを示す。空間分解能が高いほど、地上の細かい様子を観測するのに優れている。単位はメートル。[参照元へ戻る]
◆可視光線、近赤外線、短波長赤外線、熱赤外線の各データ
可視光線は、電磁波のうち、ヒトの目で見える波長(0.4~0.7 µm)のもの。波長が長いほうから赤、橙、黄、緑、青、藍、紫となる。赤外線は、可視光の長波長側の端、約0.7 µmから1 mmぐらいまでの波長の電磁波のことを指す。可視光線に近いほうから近赤外線、短波長赤外線、熱赤外線などと呼ぶ。[参照元へ戻る]
◆KML形式
地理空間情報として利用できるファイル形式の一つ。GISソフトウェアやGoogle Earth™、衛星画像閲覧ソフトウェアなどを用いると、タブレット端末やスマートフォンでも表示できる。[参照元へ戻る]
◆GeoTIFF形式
地理空間情報として利用できるファイル形式の一つ。GISソフトウェアや画像処理ソフトウェアで利用できる。[参照元へ戻る]
◆後方視データ
ASTERには近赤外線(0.760~0.860 µm)を観測するセンサーが二つ搭載されている。一つは衛星の直下(Nadir)を、もう一つは衛星の後方(Backward)を同時に観測する。この二つのセンサーで同じ場所を違う角度から撮影することで、立体視、すなわち標高情報の取得が可能となる。[参照元へ戻る]


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