リモートセンシング工学 Remote Sensing Engineering

環境リモートセンシング研究センター 久世宏明 hkuze@faculty.chiba-u.jp

ヨサファット (Josaphat Tetuko Sri Sumantyo) jtetukoss@faculty.chiba-u.jp

齋藤尚子 nsaitoh@faculty.chiba-u.jp

開設年度 2016 年度

科目コード T1U0520

授業コード T1U052001

授業科目名 リモートセンシング工学

同上英語名 Remote Sensing Technology

単位数 2.0 単位 （専門選択必修）

開講学科 工学部情報画像学科 (T1U)

開放区分 学部開放科目、千葉工大開放科目

担当教員 久世宏明, JosaphatT.Sri Sumantyo, 齋藤尚子

開講時限・ 講義室等

3年後期金曜2限 工 5号棟 104教室

科目区分

2013年入学生： 専門選択必修F20（T1U:情報画像学科）

シラバス

● 授業概要

地球環境をターゲットとしたリモートセンシングによる情報抽出の技術的基礎について、環境リモートセンシング研究センター所属の教員が分担して講義する。

● 到達目標

（１）リモートセンシングについて科学的な言葉で説明できる

（２）リモートセンシングの環境計測への応用について考察できる。

● 授業計画・授業内容

リモートセンシング技術の概観、リモートセンシングによって得られる環境情報、応用例、データ処理手法、リモートセンシングと地球大気、リモートセンシングの基礎をなす物理過程、地上検証、土地被覆モニタリングへの応用、マイクロ波リモートセンシングの原理など。特に予備知識は要求しませんが、地球環境、衛星による地球観測、関係する地上からの測定、衛星データ処理などに関心をもって受講してください。

授業概要・内容

10月7日 ガイダンス、リモートセンシングと地球環境のモニタリング10月14日 衛星リモートセンシング手法

10月21日 衛星リモートセンシングのデータ解析

10月28日 衛星データと地上検証

11月11日 地上からの大気リモートセンシング

11月18日 植生リモートセンシング

11月25日 衛星リモートセンシングと大気放射の基礎

11月29日 衛星による大気微量成分の観測法

12月2日 大気環境問題とRS（地球温暖化） 12月9日 大気環境問題とRS（成層圏オゾン層・大気汚染）

12月16日 宇宙観測・合成開口レーダの歴史

1月6日 合成開口レーダ（SAR）の概要

1月13日 SARの画像生成方法

1月27日 SARの特性と応用

2月3日 SAR：センサ開発・無人航空機・小型衛星

授業予定（暫定版）

●目的・目標

講義を通じて下記の内容について理解する。

（１）衛星観測を中心としたリモートセンシングについて

（２）リモートセンシングの学際的特徴について

（３）衛星画像情報の解析について

（４）マイクロ波によるリモートセンシングについて

● 教科書・参考書

・日本リモートセンシング研究会編 図解リモートセンシング 日本測量協会

・リモートセンシングの基礎、Rees著、久世他訳、森北出版

・基礎からわかるリモートセンシング、日本RS学会編

● 評価方法・基準 出席・小レポートなど

講義の目標

基礎からわかるリモートセンシング

単行本: 319ページ

出版社: 理工図書 (2011/06)

ISBN-10: 4844607790

ISBN-13: 978-4844607793

発売日： 2011/06

商品の寸法: 25.6 x 18.6 x 2.4 cm

English version

Remote Sensing

an introductory

textbook

Maruzen Planet

RS2016 RS2016

環境リモートセンシング

【リモートセンシング Remote Sensing 】 ○ 衛星観測： 気象衛星、地球観測衛星、軍事（偵察）衛星、商用衛星

（cf. 通信衛星、放送衛星、宇宙観測衛星、…） ○ 地上測定、地上検証 validation, ground truth

【 環境 Environment 】 － 地球表層環境

→ 行政、災害、土木、資源、持続可能性、…

○ 陸域： 植生、砂漠、森林、農業、…

→ 地理データ、水収支、炭素収支、生態系…

○ 海洋： 海水温度、漁業、沿岸環境、…

○ 雪氷： 極域、北極航路、…

○ 大気： 気象、温暖化 （CO2、H2O – 熱輸送、雲、凝結核‐エアロゾル）

Development, Launch, Operation, and Data Use of Satellite Sensors

出典： 内閣府 RSの現状と動向

http://www.kantei.go.jp/jp/singi/utyuu/RSSkentou/dai1/siryou2.pdf

リモートセンシング画像と環境情報

測定対象

Observation

Target

可視光 Visible

赤外光 Infrared

マイクロ波 Microwave

人工衛星

Satellite

画像情報伝送

Downlink

受信・処理

画像データ配信

Data processing

Distribution

実利用

科学利用

Practical and

scientific

applications

【 波長域 】 ○ 可視 波長 0.4～0.7 mm (400 -700 nm) visible

○ 近赤外 1～3 mm near-infrared

○ 熱赤外 8～14 mm thermal infrared

○ マイクロ波 波長 1-100 cm microwave

リモートセンシングの波長

S.C. Reising, CSU http://slideplayer.com/slide/2856503/

Types of sensors

光学センサ (optical cameras & scanners)

赤外放射計・マイクロ波放射計

(infrared & MW radiometers)

レーダとライダー

(radar & lidar)

(passive) 受動センサ

(passive)

(active) 能動センサ

反射

熱放射

後方散乱

S.C. Reising, CSU http://slideplayer.com/slide/2856503/

Natural sources of thermal infrared & microwave (MW) radiation

1984.8.14 1985.1.23

地表面温度分布 urban heat island

http://dbx.cr.chiba-u.jp/edu/lec/sougou/veg.pdf

http://www.miyakejima.gr.jp/map/index.html

差分干渉合成開口レーダーによる

三宅島火山活動の観測

ALOS PALSAR DInSAR Differential Interferometry Synthetic Aperture Radar

Q1

衛星リモートセンシングのタイプと取得できる環境情報について説明しなさい。 Explain the types of satellite remote

sensing and environmental information

that can be retrieved.

Low Earth Orbit (LEO)

低軌道衛星

（地球観測衛星） 高度 700km

極軌道

Geostationary Orbit (GEO)

静止軌道衛星

（気象衛星） 高度 36000 km

赤道上空に静止

http://www.telecomengine.com/article/leo-

satellite-constellations-understanding-

strengths-and-limitations

Distribution of LEO satellites as seen from

a geostationary orbit

https://www.agi.com/resources/educational

-alliance-program/curriculum_exercises_

labs /TUM_2012/

GPS衛星 高度 20,000 km

6軌道面に4衛星

カリフォルニアの大旱魃

January 18, 2013 January 18, 2014

http://www.imart.co.jp/earth-dekigotop1.html

2013年～2014 年は、記録上最も乾燥。2 年間の最も顕著な違いは、山の降雪量の違いで、シエラネバダ山脈には非常に雪が少ない。沿岸範囲とカスケード山脈にはほぼ完全に雪がない。カリフォルニア山の雪から、水の供給の 3 分の

1 を取得するが、暖かい、乾燥した天候のため、2014 年 1 月の降雪は通常の

10～30%であった。

西之島

https://twitter.com/satellite_jaxa/status/410713426206289920

JAXA第一衛星利用ミッション本部 2013年12月11日 【防災利用実証】台湾国家宇宙センターNSPO）とJAXAの協力に基づき、

FORMOSAT-2で西之島近くにできた新島を観測

http://www.sapc.jaxa.jp/gallery/cat02/detail/D-1017_pl.html

ロシアの森林火災 June 26, 2018: AVNIR-2 onboard ALOS satellite

世界人口の推移

Global

population

http://jemimacooper.wordpress.com/2012/03/15/the-global-population/

http://photos.mongabay.com/09/forecast_gdp_line.jpg

GDP projection

Non-OECD Asia

United States

China OECD Europe

Japan

India

世界のエネルギー生産 World Energy Production

Fossil fuels (coal, oil, and natural gas) will be depleted during the

21st century. These sources will be largely replaced by a

combination of biomass, nuclear, wind, and solar energy sources.

世界の原油生産量

Gb=109 barrels = 1.6×1011 ℓ

http://www.eia.gov/pub/oil_gas/petroleum/feature_articles/2004/worldoilsupply

/oilsupply04.html

Annual production scenarios of world oil supply

This figure depicts the 2% demand growth experience of recent years extended up to

the production peak and then the decline path from the peak at a constant reserve to

production (R/P) ratio of 10. The three divergent curves shown reflect alternative

resource base volumes. U.S. Energy Information Administration (EIA)

■1次エネルギー primary energy

エネルギー転換を行う前のエネルギー。石油、石炭、天然ガスの化石燃料、原子力や再生可能エネルギーである水力、地熱、太陽光、風力などがある。

■日本における最終エネルギー消費 final energy consumption

産業部門(46.2%)、民生部門(27.5%)、運輸部門(24.7%)、非エネルギー部門(1.6%)

■ 確認埋蔵量 proved reserves

石油 1.19兆バレル 可採年数42年

天然ガス 180兆立方メートル 可採年数 67年

石炭 0.910兆トン 可採年数164年

➢可採埋蔵量は、技術の進歩や燃料価格によって変化する。

➢石油の究極可採埋蔵量は2.2兆バレル程度と見積もられており、そのうち8750億バレルがこれまでに消費されている。

１次エネルギー

日本の1次エネルギーの推移（65-11年）

//http://www.enecho.meti.go.jp/about/whitepaper/2013html/2-1-1.html

○ 高度経済成長期をエネルギー供給の面で支えたのは、中東を中心とする石油であった。○ 1973年度には国内エネルギー供給の75.5％を石油に依存。しかし、 1973年に第四次中東戦争で発生した第一次オイルショック後、原子力、天然ガス、石炭の導入を推進した。

○第二次オイルショック（1979年）では、イラン革命でイランでの石油生産が中断。原子力、天然ガスや、新エネルギーの開発を更に加速させた。

日本の最終エネルギー消費（73-11年）

http://www.enecho.meti.go.jp/about/whitepaper/2013html/2-1-1.html

○ 36年間でのGDPの伸びに呼応して家庭と業務部門でのエネルギー消費量が増加。○ 運輸部門も増加したが、産業部門の消費は省エネルギーの努力により抑制された。

○ 2008年度から2009年度、景気悪化によって製造業・鉱業の生産量が低下し、産業部門エネルギー消費が大幅に減少した。

日本の食料自給率

http://www.maff.go.jp/hokuriku/kids/tanken/oneself05.html

各国の食料自給率（カロリーベース）50年間の推移

1人あたりのGDP（20年間の国際比較）

http://column.ifis.co.jp/economy/monex-economic/15565

○ IMFのデータによる購買力平価ベースでの国際比較。

○ 2010年における経済規模の上位22カ国が対象。

○ 2011年においてシンガポール59,710、米国48,328、日本34,748USD。

日本の名目GDPの内訳

http://kiracchi-serendipity.sblo.jp/article/29143340.html

名目ＧＤＰに占める産業別割合の推移

http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/chukyo/chukyo10/shiryo/

http://www.jftc.or.jp/kids/kids_news/japan/item.html

2011年の商品分類別貿易額

http://www.tankonyvtar.hu/en/tartalom/tamop425/0032_vizkeszletgazdalk

odas_es_vizminoseg/ch01.html

Human overuse of water resources, primarily for agriculture, and diffuse

contamination of freshwater from urban regions and from agriculture are

stressing the water resources in the terrestrial water cycle.

The ecological functions of water bodies, soils and groundwater (e.g. filtration,

natural decomposition of pollutants, buffer capacity) in the water cycle are

hampered.

Water

Resources

Virtual water balance

Virtual water balance per country and direction of gross virtual water flows related

to trade in agricultural and industrial products over the period 1996–2005. Only the

biggest gross flows (>15 Gm3∕y) are shown.

The biggest net virtual water importers are North Africa and the Middle East,

Mexico, Europe, Japan, and South Korea

The water footprint of humanity, A.Y. Hoekstra and M. M. Mekonnen, PNAS, 109(9),

pp. 3232–3237, 2012.

Cropland

Pastu

re

Agricultural Lands of the World

Using advanced satellite imagery to map out the most fertile lands on the planet for

agricultural crops as well as other lands best suited for pastures, the researchers

have concluded that more than a fair amount of this land is being misused.

Currently some of the best crop lands are being used to raise and grow cattle for

the consumption of meat, as well as vast amounts of rich jungle and forest being

removed for the same effect despite the fact that there is ample space available for

pastures elsewhere. http://www.21stcenturyfood.com/blog/2011/scientists-unveil-plan-

to-double-worlds-food-production/

Q2

本日の授業で新しく得た考え方や知識について説明しなさい。（疑問や要望があれば、それも記入可。） What’s new?