日 環 セ 所 報

No.37. 平成 22 年

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【技術報告】

最終処分場におけるリモートセンシング技術の応用（まとめ）Application of Remote Sensing Technology on the Final Disposal Site
八村智明*、大野博之**、西隆行*、宮原哲也*、中山裕文***、島岡隆行***
Tomoaki HACHIMURA, Hiroyuki OHNO, Takayuki NISHI, Tetsuya MIYAHARA,
Hirohumi NAKAYAMA, Takayuki SHIMAOKA【要約】筆者らは、地上の探査技術も含めた遠隔探知(リモートセンシング)技術について、最終処分場に係る各種の調査等への有効性について検討した。その結果、分光反射特性を利用した、①廃棄物の種類の判別、②遮水シートの劣化状態の把握の可能性が示されると共に、衛星リモートセンシングとして、③処分場周辺の植生環境への影響の把握、④処分場の地表面温度の把握、⑤廃棄物の水分状態の把握、⑥処分場の管理・監視及び不法投棄の監視への応用、といったことに利用可能である。また、地上リモートセンシングとして、⑦廃棄物層内の不適正物の把握、⑧海洋投棄における廃棄物の動態把握、⑨火災や発熱の調査、⑩処分場内の構造物の劣化の把握などに利用可能である。今後、こうした遠隔探知の技術を発展させていくことで、最終処分場のより適切な状況把握や維持管理等が可能となろう。

キーワード：最終処分場、リモートセンシング、分光反射特性、衛星リモセン、地上リモセン・探査

１．はじめに
３．分光反射特性
本研究は平成16年度から実施した多様な継続研究である。リモートセンシング技術の応用に関す

3.1 廃棄物の分光反射特性とその利用る研究は多くの成果を挙げ、実用に供しつつあり、3.1.1

今後の更なる発展が期待される。そこで、本稿はそれらの成果をまとめた最終報告である。

分光反射特性

最終処分場における適正管理や不法投棄の現場の早期発見において、リモートセンシング技術を応用する基礎として、廃棄物の分光反射特性につ

２．本研究の目的いて述べる。
一般に、廃棄物等の分光反射特性は、図-1のようなものとなる。

廃棄物の最終処分場における適正管理や不法投棄現場の早期発見に対し、人工衛星や地上におけ0.30るリモートセンシング技術を調査技術として応用0.25し、現地との適合性を確認し、より的確な判断、判別する技術を研究開発することを目的とした。
なお、ここでは、リモートセンシングを人工衛星の電磁波データのみならず、地上の各種の非破壊検知技術を含めた、広義の遠隔探知(リモートセンシング)の意味で用いている。

0.20

土壌混合ごみ（乾燥）混合ごみ（低湿潤）
混合ごみ（高湿潤）
廃木材（乾燥）廃木材（湿潤）反射率 0.15

0.10
0.05
0.00
300500700900

1100

1300

1500

1700

1900

2100

2300

2500

波長（nm）*(財)日本環境衛生センター西日本支
局企画事業部
Dept. of Planning, West Branch,
JESC** ㈱環境地質技術部
Dept. of Engineering, Kankyo
Chishitsu Co.Ltd.
***九州大学 Kyushu University

図-1

典型的な廃棄物の反射率（分光特性）

この図に見られるように廃棄物の種類や状態により異なった分光特性を示す。こうした特性をより顕著に捉えるために、大野他(2003)1)は、正規化指標(NDTI)と呼ばれる以下の指標を用いている。

80

Bulletin of JESC No.37. 2010

NDTI 

( Band i  Band j )( Band i  Band j )

(1)

3.1.2

廃棄物の種類の判別

前述した正規化指標(NDTI)や正規化微分指標(N

ここで、Bandi：ｉバンド（波長帯）のセンサーの反射率、Bandj：ｊバンド(波長帯)のセンサーの反射率である。

DDI)を用いることで、廃棄物の種類を迅速に分類

また、さらに詳細な違いを把握するために、ス

ど）では、場内に搬入されたごみを展開調査と呼ペクトルグラフの反射率を微分して以下のようなばれる方法などで搬入管理している。この展開調

正規化微分指標（NDDI）と呼ばれる指標を用い査は、展開型の車両(トラック)の荷台などの中身ている。

を上から目視で観察し（あるいは、カメラを使っすなわち、各波長における反射率(スペクトルデータ)を A1 , A2 , A3 ,  , Ai ,  , An

1  i  n  とした

とき、微分を計算するための波長間（データ間）の差を m で表すと、１次微分は、

1m , j  A j  Am  j





1m, j



1  j  n  m 

1m, m  j

一般に、最終処分場や中間処理施設（焼却場なた画像を観察し）、搬入ごみの種類とその量などを大枠判断するものである。これにより、申告など の 通 りの適 正 な 廃棄物 が 搬 入され て い るかどうかなどの管理を行い、廃棄物の処理の方法や手1  j  n  m 順を決定することになる。しかし、こうした展開２次微分は、2m, j

することができる。

 A j  2 Am  j  A2 m  j

調査などによる搬入管理は、目視で経験的に判断しているもので、実際の廃棄物の種類やその量ととなり、正規化微分指標 NDDI は以下のようになる。

大きく異なる場合がある。
廃棄物の種類を区分し、その中の可燃ごみの量

n i  n j
NDDI n ij  n
 i  n j(2)を 定 量 的に見 積 も ること が あ る程度 の 誤 差範囲で可能となれば、焼却によるエネルギーコストの低減化（効率化）、展開調査等の搬入管理の省力

これらの指標を用いることによって、図-2のよ化、場内の横待ち等の時間の短縮・簡便化などがうに廃棄物の種類によって特徴的な指標値となる期待できる。こうした可燃ごみ量の定量化は、遂ことが示される。

次 の 燃 焼効率 を コ ントロ ー ル するこ と も 可能となることを意味し、その時々のCO2排出量の制御にも結びつく。
また、処理場のストックヤードなどに搬入された廃棄物を、再資源化施設などに搬出する際の判断基準にも繋がる。例えば、再資源化可能物が、あ る 決 められ た 割 合以下 で あ れば直 接 埋 立に回し、その値以上であれば再資源化施設に搬出するなどの判断を、廃棄物の種類とその割合がある程度把握できるようになれば可能となろう。このよ
うに、再資源化施設等における処理効率の向上にも繋がる。これにより、無駄の少ない循環型社会の確立が可能となってこよう。
以上のような状況を踏まえ、処理・処分施設に搬入されてくる廃棄物の種類の区分と、その種類ごとの廃棄物量の算出を可能にするため、図-3に図-2種類の異なる廃棄物の正規化指標値示す例のような分類法を提案した。

日 環 セ 所 報

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81

図-5のように、シートの強度と可視～中間赤外域（400～2500nm）の傾きの変化により、シートの強度も変化することが示された。
このように、リモートセンシングによってシートの劣化を捉えることが可能となる。

引張強度保持率とdR/dλ 400-2500nmの関係例

図-5４．衛星リモートセンシングによる調査
4.1

図-3 分光反射特性からの廃棄物の分別

植物活性度から見た周辺環境変化

前述の(1)式を用いる方法の一つに、iバンドを近赤外波長の反射率、jバンドに赤色波長の反射率を用

3.2 遮水シートの分光反射特性とその利用いる「植生指標(NDVI)」と呼ばれる指標を用いて、3.2.1

周辺環境への影響を調べることができる。

分光反射特性

最終処分場の遮水工として用いられている遮水シートは、紫外線等によって経年的に劣化してい図-6及び図-7は、複数の時期に撮影した衛星画像による植生指標の変化を表したものである。

く場合があることが知られている。島岡・中山 2)

これらの図は、経年の気候の変化などに影響されは、こうしたシートの劣化を捉えるために、シーたことが示されるものの、処分場A周辺の植生環境

トの劣化状況とその分光反射特性の関係を図-4の(図-7の菱形と正方形)と処分場Aから離れた部分のように示した。この図に見られるように、室内保植生環境（図-7の三角）の変化が同じであることが管した比較的健全な遮水シートと比較し、明らか示されている。すなわち、現状、この処分場は周辺に暴露したシートでは、波長400～2500nmの領域の植生環境に影響を及ぼしていないことが示されてで、反射率と波長との傾きが異なることがわかる。

いる。

図-6 衛星画像による植生指標の変化の例3)
0.7
処分場裏側渓流左岸針葉樹 NDVI
処分場南側針葉樹林 NDVI
処分場北側針葉樹林 NDVI

図-4

遮水シートの分光反射特性

NDVI

0.6

0.5

0.4

3.2.2

遮水シートの劣化の把握

前述したシートの経年変化後の反射特性から、

2007/7/7

2007/3/7

計測時期

図-7 処分場A周辺の植生環境の変化の例

2007/11/7

2006/7/7

2006/3/7

2006/11/7

2005/7/7

2005/3/7

2005/11/7

2004/7/72004/3/7

2004/11/7

2003/7/7

2003/3/7

2003/11/7

2002/7/7

2002/3/7

2002/11/7

2001/7/7

2001/3/7

2001/11/7

2000/11/7

0.3

82

Bulletin of JESC No.37. 20104.2

熱赤外域の利用

最終処分場の廃止基準では、廃棄物の温度が異常な高温となっていないことが必要条件となってある処分場跡地に、白色の高温部ありいる。また、廃棄物層内の有機物で微生物が加水分解し発熱が生じたとき、熱の逃げにくい構造となった廃棄物層の場合、熱が蓄積し、プラスチックや油分の酸化熱が加わり発火に至ることがある。
従って、こうした処分場内の地温を捉えることが図-8

衛星の熱赤外画像による高温部の抽出重要となる。
数μm～十数μmの波長の熱赤外領域は、温度をSWIR1-IR

SWIR2-SWIR1

SWIR3-SWIR1

SWIR4-SWIR1

SWIR5-SWIR1

SWIR6-SWIR1

SWIR6-SWIR20.20

捉えることのできる波長帯である。遠隔探知であ響があり、温度を必ずしも正確に捉えられない場合があるが、温度の高低の差などを比較的適切に把握することはできる。

ND Type Index

るので、センサーと対象物との間の大気などの影

0.100.00-0.10-0.20-0.30-0.40
Soil

Disposal1

例えば、衛星により図-8のような画像を得るこ
図-9とができる。このように、処分場内の比較的温度

Disposal2
Kinds of Material

Disposal3

Vegetation

覆土・廃棄物の違いによるNDTIの高い部分を捉え、管理・監視を行うことができる。
4.3

中間赤外域の利用廃棄物の種類の判別でも示したように、1600～2500nmの波長の中間赤外は、廃棄物の状態（主に含水状態）の違いなどを捉えることができる。
廃棄物(Disposal)の含水状態の違い(Disposal1，2，3の順で含水比が増加)と覆土(soil)、植生(vegetation)による中間赤外のNDTIの変化を図-9に示した。この図のように、廃棄物の含水状態が増加することで、中間赤外(特に、SWIR5とSWIR1、SWIR6とSWIR1)のNDTIが減少する 1)。また、覆土は最も大きなNDTIとなり、逆に植生はもっとも小さくなっている。
このことを利用して、処分場の状況等の変化を管理することが可能となる。
4.4

処分場・不法投棄の調査

前述したように、衛星データにより、最終処分場の状況の判断が可能となる。
図-10は、最終処分場の植生指標(NDVI)、正規化指数(NDTI)、地表面温度の分布を衛星画像より求

図-10

最終処分場のNDVI、NDTI、温度分布

中間赤外のNDTIと、温度分布を並べて見ると、図中の白い範囲が一致している場所がある。ここは、廃棄物が露出している埋立中の区画であり、廃 棄 物 の影響 で 温 度が高 く な ってい る 部 分と考えられる。
このように最終処分場の状況の管理等に衛星画像を用いることができる。このことは、環境省で進められている、衛星画像を用いた不法投棄の早期発見の取り組みの一助にもなろう。

めたものである。

５．地上リモートセンシングによる調査

NDVIを用いて植生がある区画 (図中の白色部)が把握できる。この区画は、埋立完了後一定期間経過した区画、あるいは未埋立区画であると考えられる。

5.1

表面波・電気探査

表面波探査は、地表付近を伝播する表面波の内、

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No.37. 平成 22 年

レイリー波の位相速度から地表付近のS波速度を83有効である。

求める探査手法である。この表面波探査では、処安定型最終処分場の状況を図-14に示す。この図

分場内の不適正物などの判断に利用する試みがなさに見られるように、多くの処分場の法尻の部分でれている。

発熱していることがわかる。

図-11に表面波探査結果の例を示す。この処分場では埋立中に災害廃棄物が埋立処分されたものであり、図中の左上部に遅い速度の部分が見られ、この部分が災害廃棄物であった。

Altitude (m)Waste layer before the disaster
Waste layer before 2005

Rock layer

S-wave velocity (m/s)

Disaster waste layer in 2006

図-13

音波探査による水中降下物の把握

Measure distance (m)図-11 処分場のS波速度の分布4)No.18

一方、比抵抗電気探査は、地盤の比抵抗（電気のNo.20

通りやすさ）を捉え、埋立廃棄物層の水分含有状態 な ど を間接 的 に 把握す る た めに最 終 処 分場でNo.19利用されてきている。
最 終 処分場 の 覆 土前後 の 比 抵抗分 布 の 違いの1614

覆土前よりも広がっている。

12

比抵抗400.00
200.00120.00Te mpe ratu re (C )例を図-12に示す。覆土後は、高比抵抗の範囲は65.00

夜間108

撮影時点の温度

6No.18
No.19No.20

430.00
20.00
10.00

26.00
3.00
1.00

0(Ωm)

0

図-12 覆土前(左)と覆土後(右)の比抵抗の変化

406080100120140Time

図-145.220

安定型最終処分場内での発熱の状況

音波探査

音波探査は、廃棄物の海洋投棄のときにその投棄の状況を把握することに利用できる。特に、底5.4

処分場内構造物の劣化調査

処分場内には、擁壁などのコンクリート構造物面遮水層である粘土層などへの影響が懸念される。 が設置されている場合がある。それらの劣化状況
これに対して、図-13に示すように、海洋投棄物のを捉えることは、耐震性などの観点から重要であ沈降速度を把握することができる。
以上のことから、沈降速度を捉えることで、底面影響を予測評価することや、処分場の埋立管理などに有効利用が可能と思われる。

る。その方法の一つとして、熱赤外による表面の劣化と、P波探査による深部の劣化の調査の組み合わせが挙げられる。
図-15に熱赤外映像とP波探査の結果の例を示す。
この場合、温度差が大きいところは昼間の日当

5.3

熱赤外画像による発熱・火災調査

地上の熱赤外画像装置は、衛星画像と同じように、処分場内の発熱や火災の発生を捉えることにたりの良い部分とほぼ対応しており、空洞の存在を示唆するものは見られない。

84

Bulletin of JESC No.37. 2010
一方、P波探査では、水平2層構造を仮定したと６．おわりにき、走時曲線の傾きから算出したP波速度は、第１層で1700～1800m/sec、第２層で2500～7000ｍ/地上の探査技術も含めた遠隔探知(リモートセンシンsecであった。通常のコンクリートが3500～4500グ)技術は、最終処分場に係る各種の調査等において、有m/secであることを考えれば、その半分程度の速効な手法であることを示した。今後、こうした遠隔探知度しかなく、コンクリートの圧縮強度が大きく低の技術を発展させていくことで、最終処分場のより適切下していることが示される。

な状況把握や維持管理等が可能となろう。

すなわち、空洞等は無いものの、コンクリートそ の も のの劣 化 が 表面で 生 じ ている こ と が示された。

引用文献・参考文献
1) 大野博之・小宮哲平・中山裕文・島岡隆行・眞鍋和俊・八村智明(2003)：廃棄物埋立地表層の広域的な環境地盤工学的特性のモニタリング，

堰堤天端
16

P波到達時間(1/1000秒)

第5回環境地盤工学シンポジウム講演論文集，py = 0.375x + 3.9583
R2 = 0.9323

1412p.11-16

y = 0.425x + 2.7917
R2 = 0.972

10
y = 0.7x - 4.5333
R2 = 0.9932

y = 0.3946x + 1.6143
R2 = 0.9113

86

y = 0.5565x
R2 = 0.9607

2

白いほど温度差が大きい図-155.50052) 島岡隆行・中山裕文(2008)：ごみ埋立地の遮水シートの損傷・劣化と耐久性，日本遮水工協会

41015距離(m)2025

熱赤外の昼夜差分(左)とP波走時曲線(右)近赤外カメラによる周辺植生調査

近赤外カメラは、図-16のようなものが市販されている。
近赤外カメラで撮影された画像は、図-17に見られるように、植生の変化を捉えることができる。

秋期全国大会
3) 大野博之・八村智明・斉藤大・浅見和弘(2008)：
アーカイブ衛星データを用いた建設事業の植生への影響のモニタリング，環境情報科学，第37巻，第3号，pp.106-117．
4) T.Hachimura, M.Yamanaka, H.Ohno and S.Has
egawa (2010)：New Investigation Method to Es
timate Waste Properties of Existent Landfills,
Proc. of the Twentieth (2010) Int’l Offsho
re and Polar Engineering Conference, pp.
739-742．
5) 大野博之・斎藤大・伊藤尚敬・後藤惠之輔(2004)：ダム放流効果の検討のための超低空リモートセンシングによる付着藻類調査，土木学会
論文集，No.769/Ⅶ-32，pp.65-74．

図-16

近赤外カメラの例（http://www.tsukuba-agriscience.com/agri_camera.htmより）Summary
We examined the application of remotesensing technology to the survey of THEfinal
disposal site.; THEREFORE, it is useful for
grasping situations of final disposal site bysatellite and ground survey data. In the future,
remote sensing would become good tools for
management of disposal site.
図-17

河川放流前後の近赤外画像とNDVIの変化 5)