「デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析」

空間情報科学研究センターシンポジウム

流出解析の基礎情報としての細密 DEM
杉盛 啓明 （東京大学空間情報科学研究センター）
本稿では，山地や丘陵地における流出解析に，レーザレーダ測量により得られた高解像度の DEM（空間解像度50cm）を利用する可能性について検討した．まず，流域斜面形状の再現性に優れている等高線モデルを，東京大学農学部附属愛知演習林内の小流域に適用した．その際には，GIS による平滑化処理を用いることにより，レーザレーダ測量データに含まれる微細な凹凸を効率的に除去した．また，流出解析に必要な地表面の形状データを得るために，樹冠面を捉えたオリジナルデータから地表面を推定する方法について検討した．現地で樹高計測を行ったところ，尾根部より谷部で樹木が高い傾向が認められ，地表面推定の際には地形条件による樹高分布の相違を考慮すべきことが判明した．

1．はじめに．はじめに

2．解析方法．解析方法

流域に お け る 流出過程を 解析す る 上で ， DEM （ DigitalDEM をもとに流出過程のトポロジーを構築する方法には，グリElevation Model）は流域の起伏形状を表現する基礎的情報としてッドモデルとベクターモデル（等高線モデル）の 2 タイプがある．

重要である．しかし，これまで国内で流通してきた代表的な DEM

DEM は格子状であることが多いため，従来はグリッドモデルによである「数値地図50mメッシュ（標高）」（国土地理院発行）では，起るトポロジー構築が多用されてきた．その手順は図1の通りであり，伏の激しい丘陵地における微地形や流域面積の再現性に限界がGISアプリケーションを用いて容易に構築することができる（図2）．

あり（小口・勝部，2000），流出解析における流出量・貯留量・洪水

このようにグリッドモデルはアルゴリズムが確立されているというメ到達時間などの算出精度に影響を及ぼすと思われる．そこで今リットがある．しかし，斜面に沿った流出過程の再現性という観点

回は，レーザレーダ測量により得られた空間解像度50cmの DEM

からは，等高線およびそれと直交する境界線で斜面要素を構成（坪井・村手，2000）を用いて，流出解析に必要な地形情報を入手するベクターモデルの方が，流下方向が限定されてしまうグリッドする可能性について検討した．

モデルよりも優れているといえる．そこで今回はベクターモデルの適用を試みた．

DEM
3．結果
．結果
解析対象地域は，東京大学農学部附属愛知演習林内の小流域である（図 3）．

Fill Sinks

レーザレーダ測量データ（以下，50cm-DEM と称する）を用いて 1m 間隔の等高線を生成してみたところ，図 4 のように微小な閉曲線が数多く含まれていた．これは，50cm-DEM が樹冠面の形状

Flow Directionを表現しているために，個々の樹木が閉曲線として表されていると解釈できる．しかし，流出解析で必要となるのは樹冠面ではなく地表面であるため，何らかの形で樹木の影響を除去し，地表面をFlow Accumulation推定する必要がある．
そこで，GIS の平滑化機能を用いて樹木に由来する微細な凹凸を除去する処理を行った（図 5）．これは，樹冠面に比較して地Stream Line

表面の凹凸は滑らかであるという考えに基づいている．平滑化されたデータから，図 6 のような等高線モデルが得られた．

図 1 グリッドモデルにおけるトポロジー構築手順- 27 -

Filled DEM

Flow Direction
1248163264128

Flow Accumulation
0 - 46.556
46.556 - 93.111
93.111 - 139.667
139.667 - 186.222
186.222 - 232.778
232.778 - 279.333
279.333 - 325.889
325.889 - 372.444
372.444 - 419

Stream Line

図 2 GIS を用いたグリッドモデルによるトポロジー構築

50cmDEM
300 ‑ 310
310 ‑ 320
320 ‑ 330
330 ‑ 340
340 ‑ 350
350 ‑ 360360 ‑ 370
370 ‑ 380
380 ‑ 390390 ‑ 400
400 ‑ 410 mbasin boundary0

図 3 レーザレーダ測量により得られた対象流域の 50cm-DEM- 28 -100 m地表面の高さを得るためには，凹凸の平滑化とともに，樹冠面データから樹高を差し引く必要がある．そこで，現地で樹高を計測した（図 7）．その結果，尾根部よりも谷部で樹木が高い傾向が認められ，2 次曲線による近似を行うと，谷と尾根の樹高差が中･上流では約6～7m になり，下流では約11m になるという結果が得られた．今回幸運にも，現地測量による対象流域の等高線データが入手できたので，それと上記の樹冠面データとの差を求めたところ，尾根と谷の樹高差についてほぼ同様の傾向が得られた（図8-（a）,（b）,（c））．したがって，今回の手法の妥当性がある程度示されたと考える．

Contours of 50cmdem

Basin boundary05 m

図 4 50cm-DEM から発生させた 1m 間隔の等高線（拡大図）
4．まとめ
．まとめ
本報告では，細密 DEM を流出解析に利用する手法を検討するために，等高線モデルによるトポロジー構築や，樹冠面から地表面を推定する方法について検討を行った．今後は，対象流域で実施している水文気象観測データを入力し，実際に流出解析をResample

行い，以下の点を明らかにしたい．

（5mに解像度を下げる）

1） DEM の空間解像度による流出現象の再現性の違い
2） 樹冠面と地表面の形状の違いによる流出現象の再現性の違いSmooth3） 土地被覆状態の違いによる流出特性の違い（曲面の平滑化）【 文献 】
小口 高・勝部圭一 （2000）: 細密DEM を用いた地形解析．『デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大学空間情Fill

報科学研究センター公開シンポジウム―』，杉盛啓明ほか編，（窪地処理）

地域環境 GIS 研究会，19-26．
坪井知美・村手直明 （2000）: レーザレーダ 50cm-DEM の作成方
図 5 樹冠面から樹木の影響を除去する処理手順

法と精度. 『デジタル観測手法を統合した里山の GIS 解析 ―東京大学空間情報科学研究センター公開シンポジウム―』，杉盛啓明ほか編，地域環境 GIS 研究会，15-18．

0

図 6 50cm-DEM の加工編集後に得られた等高線モデル- 29 -100 メ ー ト ル

下流
中流

上流

図 7 樹高計測を行った測線の位置

400

350

390345340

370(m)

(m)

380

360
350

330

― 50cmDEMによる樹冠面― 等高線による地表面

325

340
20406080100(m)

120

140

160

180

320

200

― 樹冠面（地表面+樹高）― 地表面― 50cmDEMによる樹冠面― 等高線による地表面

05101520(m)2530

354045― 樹冠面（地表面+樹高）
― 地表面

30（ｍ）

25020

40

6080

100 120（ｍ）

140

160

180

20
1510200

50051015（a）上流

2025（ｍ）

（b）中流
345
340
335(m)605040
30
201000330
325
320
315

― 50cmDEMによる樹冠面― 等高線による地表面

310
305
05101520(m)2530

303540― 樹冠面（地表面+樹高）
― 地表面

25（ｍ）

（ｍ）

330

335

2015
105005101520（ｍ）

2530（c）下流
図 8 樹冠面と地表面の高度差- 30 -

3540

30354045