技術資料

空撮写真の画像解析による藻場の現状把握手法について
渡邉浩二

伊東公人

梶原瑠美子

丸山修治

１．はじめに藻場は、コンブ等有用水産物の漁場となっているだ
けでなく、魚介類の産卵場、幼稚仔の保育場、ウニ・アワビの餌場等、多様な水産生物の生息場としての機能や、窒素・リン等の栄養塩の吸収による水質浄化機能等様々な機能を有している1）。
しかしながら近年、気候変動に伴う海水温上昇等の影響により、海藻草類の衰退、藻場構成種の変化、分藻場調査

布域の北上が懸念されている2）。また、北日本に分布する主要なコンブ11種を対象とした今後の地球温暖化シナリオに基づく分布域の推定では、今後分布域が大単位：ｍ幅に北上する、もしくは生育適地が消失する可能性のあることが予測されている 3）。このようなことから、海藻の繁茂状況等の藻場の継続的なモニタリングの重要性は高くなってきている。

図－1

元稲府漁港における調査箇所図、二重堤断面図

藻場のモニタリングは、海藻種の繁茂期を含め年1回以上の頻度で被度と面積を把握し、得られた結果を経時的に比較する方法が示されている4）。しかし、特元稲府漁港では、港内を拡幅する際、外郭施設の港に漁業者等の地元関係者が藻場の状況を継続的にモニ内側である二重堤間（北防波堤と北護岸との間）にマタリングする場合、潜水調査では測線本数・測点間隔ウンドを造成し、藻場環境の創出を図っている。造成等のモニタリング方法の設定や労力・費用等の課題がされたマウンドでは、毎年、オホーツク海側に代表さある。

れる大型のリシリコンブが繁茂し、2007年からコンブこのような課題に対応し、できるだけ費用を抑えて藻場として活用されている。また、漁港内で採取した簡易に藻場の被度や面積を把握でき、かつ長期にわたエゾバフンウニの実入り向上を目的として、2006年かり継続的に藻場のモニタリングが行えるよう、水産土ら当該箇所へ移植放流し、ウニ増殖場としても活用さ木チームでは、空撮写真を用いた簡易な藻場の現状把れている6）。

握手法の検討に取り組んでいる。これまでの丸山らの二重堤間における藻場調査は、従来から一般的な潜研究 により、活用可能性のある手法の開発が進めら

水調査と同様に潜水技師による目視観察が行われてれてきたことから、本技術資料では、その内容についいる。具体的には、二重堤間の4測線（L=90m）を対て簡単に紹介する。

象として、起点と終点をGPSで測位し、起終点間の海２．
元稲府漁港における二重堤間藻場の潜水調査の概（1m×1m）を設置した上で、枠内の海藻被度を目視5)底に配置したロープを潜水移動して5m間隔に方形枠観察するものである。今回も同様の方法で2017年6、8、

要12月、2018年6、9月に潜水調査を行った。
検討の対象とした元稲府漁港は、北海道雄武町に位無節サンゴ藻等殻状海藻を除く海藻を対象とした全置する第4種漁港である。調査箇所図及び二重堤の標

測線平均の海藻被度と被度組成の推移を図－2に示す。
7月以降の海藻被度はリシリコンブ漁の影響が考え準図を図－1に示す。
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られるが、夏季6月の平均海藻被度は2017年が75.0％、３．空撮写真の画像解析による藻場の現状把握

2018年は46.9％であった。水産庁の改定磯焼け対策ガイドライン4)で示されている海藻被度区分（表－1）で３．１

空撮と画像作成

は、50％以上を「密生」と区分していることから、概二 重 堤 間 全 域 の 藻 場 の 空 撮 は 、 マ ル チ コプター

ね良好な藻場が形成されていると判断される。また、（PHANTOM4 PRO DJI社）（以下、「ドローン」という）リシリコンブは、各海藻種の被度割合を表す被度組成により、2017年8月の潜水調査時に行った（写真－2）。

では、2017年6月から2018年9月までの5回の調査にお太陽光の反射などの影響が出ないよう低高度でのテス

いて80～94％を占め当海域の最優占種であった（写真

ト飛行により高度を100mとして、撮影した複数枚の－1）。

写真をラップ率80％以上でつなぎ合わせて二重堤間の画像を作成した。
緑藻

リシリコンブその他の褐藻

8080606040402020002017.6

図－22017.82017.122018.6３．２

紅藻1002018.9

海藻被度と被度組成の推移（全測線の平均）

画像解析の手法

３．２．１
被度組成（％）

海藻被度（％）

平均海藻被度100

画像解析のフロー

検討した空撮写真の画像解析による藻場の現状把握（海藻被度の面的な把握）の簡易的な方法のフローチ
ャートを図－3に示す。
はじめに、対象範囲の潜水調査と同時にドローンで空撮を行った。次に、空撮写真の幾何補正を行った後に教師設定を行い、教師付き分類画像を作成した。最後に、潜水調査結果との比較により画像解析の精度を確認した上で、対象箇所全域の海藻被度の分布とその面積を算出した。今回行った教師付き分類とは、作成した教師の統計的特徴に基づき写真画像を分類するこ表－1

海藻被度の区分4)とである。そのため教師として、あらかじめ分類可能

写真－2

空撮に使用したマルチコプター【潜水調査】【空 撮】

・調査地点の位置と主要海藻種の被度の把握

・写真作成（複数枚のつなぎ合わせ）【画像解析】
・幾何補正
・教師設定
・教師付き分類画像の作成
・精度評価
・分類区分の面積算出（面的）

写真－1

28

コンブ漁後の繁茂状況（2018年9月）

図－3

簡易的な画像解析のフローチャート
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な海藻の被度階級の区分を設定した。に属する潜水調査のリシリコンブの平均被度から、分画像を解析するソフトは、簡易に空撮写真の画像解類画像全域のリシリコンブの被度を求めた。精度は、析が可能で2008年9月から一般公開・随時更新されて潜水調査全76地点のリシリコンブの被度の平均値と比いる「RSP Ver3.06 」とした。当該ソフトは日本語較し評価した。

7)の利用マニュアルとともに一般公開され、動作環境（OS）がWindows7,10で空撮写真の幾何補正から面的３．３な海藻被度の面積算出まで、このソフトのみで簡易に３．３．１できることから、地元関係者による作業を想定した場

画像解析の結果
幾何補正と教師設定

ドローンにより空撮した二重堤間の写真の一部を写合、活用ソフトとして適していると考えられる。

真－3に示す。このような写真を複数枚撮影し、ラッ３．２．２

プ率80％以上でつなぎ合わせて合成画像を作成（写真

幾何補正と教師設定

幾何補正とは、写真のゆがみを補正するために行う前処理のことである。作成した元稲府漁港二重堤間の－4）した後、幾何補正を行った。幾何補正後の空撮
写真を写真－5に示す。

空撮写真をRSPで読み込み、防波堤の角など任意の4

また教師設定に関しては、調査地点のリシリコン点を選んで、その緯度経度をRSP上での座標に変換すブの被度と空撮写真のR、G、B値との関係について、る。これにより空撮写真のRSP上での位置（座標）が空間解像度1m×1mでの結果を図－4に示す。海藻被分かるようになる。

度の階級については、改訂磯焼け対策ガイドライン4)

教師とは、予め分類可能な海藻被度の階級を定め、で示されている被度の階級区分（0～5、5～25、25～各階級に属する空撮写真の色のデータのことである。

50、50～75、75～100％）の中から、「密生」として区

今回は潜水調査結果から、優占するリシリコンブの被分されている50％と着生の有無の把握が可能な5％を度を対象として、区分した被度階級で、潜水調査地点境界とした0～4、5～49、50～100％の3階級でR、G、の半数を用い教師を作成した。写真の色は基本色であBの有意差の有無を検定した。その結果、Gは3階級どる赤（R）、緑（G）、青（B）で構成され（最小値0、うし全てに有意差（P<0.05）があり、Bは0～4％と5最大値255）、それぞれの色の波長の反射量で発色が決まる。このため、分類する被度の階級は、R、G、B値に差が出るように区分することが重要である。被度階級は、改訂磯焼け対策ガイドライン4)で示されている海藻被度の区分を勘案して設定した。
３．２．３

教師付き分類画像の作成

教師付き分類画像とは、作成した教師に基づき分類される画像のことで、RSPでは最尤法により分類画像を作成するようになっている。
教師を作成する際、潜水調査では1m×1mの方形枠

写真－3

ドローンで撮影した二重堤間の空撮写真（一部）内の被度を把握していることから、その調査地点と同じ地点（1m×1m）のR、G、B値で教師を設定し、教師付き分類画像を作成した。
３．２．４

精度評価

精度評価は、リシリコンブの教師を3.3.1で後述する3段階の被度の区分で、教師設定に用いなかった残りの地点の潜水調査結果（参照データ）と、作成した教写真－4合成した二重堤間の空撮写真（幾何補正前）

師付き分類画像（分類結果）を比較し、正確に分類された地点の割合を全体精度として評価することとした。
３．２．５

分類区分の面積の算出作成した教師付き分類画像から各分類区分の面積を算出した。さらに、各分類区分の面積とその分類区分
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写真－5

幾何補正後の二重堤間の空撮写真29

～49％に、0～4％と50～100％に有意差（P<0.05）がして白色に教師付けを行った。

あったことから分類可能と考え、この3階級で区分す３．３．３

1m×1mの空間解像度で作成した教師付き分類画像ることとした。
３．３．２

精度評価の精度評価を表－3に示す。全体精度は70％であった。

教師付き分類画像の作成

設定した教師を表－2に、設定した教師で作成した

環境省では藻場と藻場以外の区分や干潟と干潟以外の教師付き分類画像を図－5に示す。なお、二重堤間に区分に対する画像解析の精度評価について60～80％のは水上部が存在するため、あらかじめ水上部を陸域と指標値を用いて全体精度と比較している8）。今回の検討では藻場の被度階級の区分を3つとしており、藻場と藻場以外など環境省の事例と区分内容が異なるため、指標値（60～80％）と単純に照らし合わせること

140

色（R）

120
100

平均値58

平均値62

はできないが、3つの被度階級に区分した全体精度が、平均値57

評価指標値の範囲内であることを評価すると、本手法

80の精度に問題はないと考えられた。

60３．３．４40140 0

色（G）

120

20

80

100

潜水調査結果のリシリコンブ平均被度と教師付き分示す。教師付き分類画像から求めたリシリコンブ全域

80

被度は48.2％であり、潜水調査結果のリシリコンブ平平均値95

40
140 0

平均値85

20

平均値78

有意差あり

4060
有意差あり
リシリコンブ被度（％）

平均値108

平均値103120

均被度（52.3％）と同程度であった。このことから、
80100

潜水調査の平均被度による元稲府漁港二重堤間の藻場の経過観察（図－2）に、被度階級を区分する必要は

10080

分類区分の面積の算出

類画像から求めたリシリコンブの全体被度を表－4に有意差あり有意差あり

10060

色（B）

4060
有意差あり
リシリコンブ被度（％）

あるものの、本手法は活用可能と考えられた。
平均値10060400

図－4204060
リシリコンブ被度（％）

80

100

リシリコンブ被度と空撮写真R,G,B値との関係

表－2

被度階級（％）

地点数

0～4
5～49
50～100111847

教師

空間解像度
1m×1m
RG
B
58
951086285
10357
78100

表－3

参照データ

空間解像度
1m×1m

0-4
500
50-4
5-49
分類結果
50-100
合計
全体の精度

表－4

精度評価

5-49
225950-100
1319230.70

合計852437平均被度（潜水調査）と全域被度（画像解析）
教師付き分類画像
潜水調査

被度階級
地点数（％）
0-4
5-4950-100
陸域

図－5 教師付き分類画像（黄：0～4％，黄緑：5～49％，緑：50～100％，白：陸域）

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計111847－
76

空間解像度
1m×1m

リシリコンブ
平均被度（％）

面積
リシリコンブ2（m ） 全域被度（％）
5,141
48.2
4,278
12,949

0.0
24.2
75.3

52.3

－

－798－

－

23,166

寒地土木研究所月報№814－

2021年２月

走開発建設部紋別港湾事務所に資料の提供をはじめ多４．まとめと今後に向けてくのご協力をいただいた。ここに記して謝意を表す
北海道雄武町に位置する元稲府漁港の二重堤の藻場る。

について、潜水調査結果とドローンによる空撮写真を用い、一般公開されている画像解析ソフトを活用し参考文献て、対象藻場の現状の把握を試みた。その結果、空撮
写真と潜水調査結果を関連付けた画像解析により、二1） 一般社団法人寒地港湾技術研究センター：寒冷重堤全体の藻場の現状を把握することが可能と考えら地における沿岸構造物の環境調和ガイドブック、れた。

p.5、2017．

藻場は、漁業生産の場をはじめ様々な機能を有しているが、環境変化の影響等により衰退したり消失した

2） 水産庁：気候変動に対応した漁場整備方策に関するガイドライン、p.70、2017．

りすることがあることから、その状態を適切にモニタ

3） Kenji Sudo、Kentaro Watanabe、Norishige

リングして、順応的に管理・保全していく必要がある。

Yotsukura、Masahiro Nakaoka：Predictions of

検討した空撮写真と潜水調査結果を関連付けた画像

kelp distribution shifts along the northern coast of

解析による藻場の現状把握に関する手法の開発は、モjapan、Ecological Research、Vol.35(1)、pp.47-60、ニタリングに係る労力や費用の低減を図り、かつ長期2019.

的な取組にもつなげることを目的としている。これまでの検討において、潜水調査地点数を測線上20m間隔

4） 水産庁：改訂磯焼け対策ガイドライン、pp.150152、2015．

として、5m間隔よりも1／4に減らし教師に用いた場

5） 丸山修治、梶原瑠美子、石井馨：空撮写真を用合においても、本手法で画像解析した全域被度は同程いた簡易的な面的海藻被度の把握、土木学会論度であった 。つまり、空撮調査を組み合わせること

文集B3（海洋開発）、Vol.76(2)、pp.l 828-l 833、で、少ない潜水調査地点で藻場のモニタリングが可能

2020．

5)になると考えられる。

6） 元稲府漁港の概要、国土交通省北海道開発局網走

さらに現在、潜水調査回数を減らすため撮影時期の異なる画像間での補正方法や他地域での解析等についても検討を進めているところである。

開発建設部HP7） リモートセンシング Remote Sensing Information、
http://rs.aoyaman.com/（2020年12月10日確認）8） 環境省：瀬戸内海における藻場・干潟分布状況調

謝辞：本調査（藻場、空撮）の実施に当たっては、雄査結果（西部海域）、p.19、2018.

武町、雄武漁業協同組合、国土交通省北海道開発局網

渡邉 浩二
WATANABE Koji

伊東 公人
ITO Kimihito

梶原 瑠美子KAJIHARA Rumiko

丸山 修治
MARUYAMA Shuji

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
水産土木チーム
上席研究員
技術士（水産）（現 国土交通省
北海道開発局
農業水産部水産課長）

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
水産土木チーム
主任研究員

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
水産土木チーム
研究員
博士（環境科学）

寒地土木研究所
寒地水圏研究グループ
水産土木チーム
主任研究員（現 国土交通省
北海道開発局
稚内開発建設部築港課課長補佐）

寒地土木研究所月報№814

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