2018年度 河川技術に関するシンポジウム
OPS1：河川技術としてのリモートセンシングの計測技術とデータ解析

建設技術研究所○平生昭二・阿左美敏和・吉村真・西口祐輝・河合彩里伊1. 研究背景・目的
2. 画像解析による粒度分布把握手法の概要
2.1 対象地点の河道特性
2.2 解析画像の撮影方法
2.3 解析画像の撮影条件
2.4 画像解析ソフト
3. 画像解析による精度検証
3.1 精度検証の真値とする粒度分布3.2 精度検証結果
3.3 撮影高度とカメラ性能の関係
4. 結論

2

© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

H28.4熊本地震による大規模崩壊地の状況※災害直後は近づけない

乙石川

H29.7九州北部豪雨

大規模崩壊土砂を踏まえた復旧対策が必要↓
地形・土砂量はLP等で把握可能であるが、粒径に関する情報が不足（河床変動解析による検討が困難）

赤谷川

3

撮影日：H29.7.13
出典)国土地理院HP© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.



現在，UAV等による高解像度の河床表層の写真撮影が容易になってきており，これまで現地計測していた河床表層の粒度構成も撮影写
真を画像解析ソフトにかけることにより数cm単位で広範囲に把握可能となってきている．



河床材料の粒度構成に関する画像解析ソフトは，精度，写真解像度との関係が不明なものが多く，実用化にあたっては課題も多い．
高度な位置から撮影されたUAV写真や航空写真を用いて河床材料の粒度分布を把握する既往研究は少なく，撮影条件と画像解析精度の関係を検証する必要がある．

背景課題



研究
目的

洪水前後，河道改修・置き土前後や災害後における河床表層の粒度構成変化を広範囲に，かつ効率的（省力化，迅速，安価）に把握することを目的に，各種撮影条件下でのUAV撮影画像による粒度構成の精度検証を行い，河道管理への活用性を検討した．

4© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.



画像解析ソフトの精度検証の対象地点は，画像解析により粒径の判読が可能な砂礫堆が発達する河床をフィールドとした．
項目地点1

河川名地点2地点3阿賀野川水系 阿賀川

距離標13.4k右岸

19.9k右岸

23.1k左岸

勾配

1/580

1/200

1/200

区間平均代表粒径 d60(mm)

36107

107

セグメントSeg 2-1

Seg 1

Seg 1

※d60：ふるい分け試験により得られた粒度分布から求めた値
仙台市●
新潟市●

阿賀野川水系阿賀川
東京都●

5© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

項目

デジタルカメラ撮影

UAV撮影

撮影高度 約2m（脚立を使用）
1m四方の枠を設置し，真上から撮影
撮影方法
後，画像処理により歪みを補正①10m，②20m，③50m1m四方の枠を設置し，真上から撮影

撮影状況

6

© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.



各種撮影条件における解析精度を検証するため，撮影条件は下記6ケースの組み合わせとした．
解析目的

1

カメラの性能による影響の確認

2

UAV撮影高度による影響の確認

3456

解析ケース
①デジタルカメラ ※画素数：1610万画素②Phantom4Pro(UAV) ※画素数：2000万画素③Phantom2(UAV) ※画素数：1400万画素
①10m
②20m
③50m
①乾燥した河床材料②水を撒いた河床材料（雨天を想定）

撮影時の天候（乾湿）による影響の確認
細粒分を解析結果から除去すること ①全データを使用（ポピュレーションブレイク）②粒径10mm以下を除去による影響の確認①画像処理なし
礫や石の種類，表面模様，影，汚れ②モノクロ写真等を細粒分として捉えることによる①画像処理なし
解析精度低下の抑制可能性を確認②明度アップ7© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

解析目的
解析ケース

1. カメラ性能による影響の確認①デジタルカメラ②Phantom4Pro(UAV)③Phantom2(UAV)※画素数：1610万画素※画素数：2000万画素※画素数：1400万画素

解析画像例（13.4k）(dry／10m)

8(dry／10m)© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

解析目的
解析ケース

2. UAV撮影高度による影響の確認
①10m

②20m

③50m

解析画像例
（13.4k）(Phantom4pro／dry)(Phantom4pro／dry)

9(Phantom4pro／dry)© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

解析目的

3. 撮影時の天候（乾湿）による影響の確認

解析ケース

水を撒いた河床材料（雨天を想定）礫や石の種類，表面模様，影，汚れ等を細粒分として捉えることによる解析精度低下の抑制可能性を確認
4. モノクロ写真

5. 明度アップ

解析画像例（13.4k）(Phantom4pro／wet)(デジカメ／白黒)

10(デジカメ／明)© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

河床材料粒度構成の画像解析ソフトは，一般公開されているBASEGRAINを使用．
 各種撮影条件における画像から河床材料の輪郭を自動取得し，粒度分布を自動解析．
 本研究では真値が不明な条件下で効率的に河床粒度分布を把握することを目的とするため，画像解析時の各種パラメータ調整は自動設定値を採用．
▼解析画像▼撮影画像

BASEGRAIN
自動解析

11© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

パラメータ設定（最適値をトライアルで設定）＋手動（分割・合体・削除）■最小粒径、斑模様、隙間・境界線の調整
Step 1

Step 2

Step 3■斑模様の減少調整

Step 4■解析対象の最小粒径の調整

Step 5※赤枠の部分を修正
12© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.



画像解析ソフトの精度検証において真値とする粒度分布および代表粒径d60は，CAD上で目視・手作業により，河床表層画像の石礫の輪郭を設定してその粒径の計測を行い，粒度分布（面積百分率）を作成して代表粒径d60を算定した．

石礫の輪郭を設定

粒径を計測

粒度分布

代表粒径d60を作成

を算定（目視・手作業）100

河床材料表層解析

9070

通過百分率（%）

CADを用いて目視・手作業により粒径を計測

8060

d60

50403020
1000.0130.1

1.010.0
粒径（mm）

100.0

1000.0© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.



100

河床材料表層解析
デジカメ_dry
デジカメ_wetPhantom4pro_dry_10m
Phantom4pro_dry_20m
Phantom4pro_dry_50m
Phantom4pro_wet_10m
Phantom4pro_wet_20m
Phantom4pro_wet_50m
Phantom2_dry_10m
Phantom2_dry_20m
Phantom2_dry_50m
Phantom2_wet_10m
Phantom2_wet_20m
Phantom2_wet_50m

908070

通過百分率（%）

表面模様や影を誤って細粒分として認識してしまうことにより，解析精度が低下する．

60504030

誤って捉えた細粒分を含む

20

表面模様や影を誤って細粒分として認識してしまう⇒解析精度が低下

100
0.0

0.1

1.0

10.0
粒径（mm）

100.0

1000.014© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

100

通過百分率（%）

70
605040河床材料表層解析
デジカメ_dry_p
デジカメ_wet_p
Phantom4pro_dry_10m_p
Phantom4pro_dry_20m_p
Phantom4pro_dry_50m_p
Phantom4pro_wet_10m_p
Phantom4pro_wet_20m_p
Phantom4pro_wet_50m_p
Phantom2_dry_10m_p
Phantom2_dry_20m_p
Phantom2_dry_50m_p
Phantom2_wet_10m_p
Phantom2_wet_20m_p
Phantom2_wet_50m_p

9080
70
通過百分率（%）

8020100

河床材料表層解析
デジカメ_dry
デジカメ_wetPhantom4pro_dry_10m
Phantom4pro_dry_20m
Phantom4pro_dry_50m
Phantom4pro_wet_10m
Phantom4pro_wet_20m
Phantom4pro_wet_50m
Phantom2_dry_10m
Phantom2_dry_20m
Phantom2_dry_50m
Phantom2_wet_10m
Phantom2_wet_20m
Phantom2_wet_50m

9030

ポピュレーションブレイクを行うことにより，誤って認識していた細粒分が除去され，真値に近づけることが可能．

60504030

ポピュレーションブレイク（粒径10mm以下を除去）

面積百分率の粒度分布に近づく

201010000.00.1

1.010.0
粒径（mm）

100.0

1000.00.0

150.1

1.010.0
粒径（mm）

100.0© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

1000.

ポピュレーションブレイク
により面積百分率の粒度分布に近づく

誤差：-10％

Phantom2_wet_50m_p
Phantom2_wet_20m_p
Phantom2_wet_10m_p
Phantom2_dry_50m_p
Phantom2_dry_20m_p
Phantom2_dry_10m_p
Phantom2_wet_50m
Phantom2_wet_20m
Phantom2_wet_10m
Phantom2_dry_50m
Phantom2_dry_20m
Phantom2_dry_10m
Phantom4pro_wet_50m_p© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

16

Phantom4pro_wet_20m_p
Phantom4pro_wet_10m_p
Phantom4pro_dry_50m_p
Phantom4pro_dry_20m_p
Phantom4pro_dry_10m_p
Phantom4pro_wet_50m
Phantom4pro_wet_20m
Phantom4pro_wet_10m
Phantom4pro_dry_50m
Phantom4pro_dry_20m
Phantom4pro_dry_10m
デジカメ_dry__明_p
デジカメ_dry__明
デジカメ_dry__白黒_p
デジカメ_dry__白黒
デジカメ_dry_p
デジカメ_dry
河床材料表層解析

11010090807060
50403020d60 （mm）

130

白黒・③明度処理：
表面模様が不鮮明● 河床材料表層解析になり，解析精度が向上● デジカメ● Phantom4prowet：● Phantom2
誤って細粒分と認識し，解析精度が低下
誤差：+10％kR 120

ポピュレーションブレイクによる細粒分の除去を行う方法や明度アップが概ね誤差10%以内にあり，有効である．
UAVを用いた撮影を行う場合、地上画素寸法が1cm／画素以内を確保する必要がある． ※ Phantom4proの場合，地上画素寸法が1cm／画素以内となる撮影可能高度は約37m以下である．


撮像素子サイズ

輪郭を捉えるためには3px×3px以上の画素数が必要．

13.2mm8.8mm

60

焦点距離 9mm※地上画素寸法：1cm／画素以内

5040

高度（m）

約37m

撮影高度 20m

3020
デジカメ
1019.6m（3648px）

Phantom4pro

00.0000.27cm 0.005
0.54cm1.34cm0.010
0.015
1画素あたりの地上寸法（m）

被写体（地上）29.3m （5472px）

Phantom21cm0.020※ 空中写真測量（無人飛行機）を用いた出来形管理の監督・検査要領（土工編）

17© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

表面模様や影を誤って細粒分として認識してしまうことにより，解析精度が低下する．
 ポピュレーションブレイクによる細粒分の除去を行う方法や明度アップが概ね誤差10%以内にあり，有効である．
 UAV撮影画像を元にした画像解析は，粒径10mm以下が少ない砂礫堆やアーマーコート化した河床において，実務レベルで必要とする精度を確保できる．
 調査地点数によっては自動取得と手動補正を組み合わせることが有効と考えられる．
 今後は，小礫や砂成分が卓越する河床（Seg2-2）や石分が卓越する河床（SegM）を対象に画像解析を行い，粒度分布の精度や適用範囲を検討していく．この細粒分の存在率も把握可能となれば，置き土やダム排砂対策等による土砂供給増加による細粒化などの変化も効率的に把握可能となる．
18© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.

ご清聴ありがとうございました19© 2014 CTI Engineering Co., Ltd. All Rights Reserved.