本日の内容

衛星観測による合成開口レーダ（SAR）について
SARを搭載する衛星：2007年以降ならば高分解能データDB作成可能

 宇宙からここまでわかる！最近10年で劇的に変化！

災害痕跡の読解

合成開口レーダーSARを用いた地盤変動探査技術の紹介

 インドネシアの活火山山体変化
 日本・高速道路の土構造物計測(環境・災害リモートセンシング)

 技術的な課題と今後の展望

東京大学生産技術研究所
人間・社会系部門

土木学会

地震工学委員会

地盤と地形に刻まれた

波長帯

1x3m

Sentin-1（EU）

5x20m

TerraSAR-X（ドイツ）

1x2m

回帰

価格

25x25km

Lバンド 14日

8万円

80x80km

Cバンド 12日

無料

10x10km

Xバンド 11日

48万円

波長Wataru Takeuchi, Ph. D. @ Institute of Industrial Science, University of Tokyo, JapanL

8万

日本全域カバー、撮影間隔長い

パスコ、RESTEC

TerraSAR-X

X

数十万

高分解能/高解像度、都市域中心パスコ

TanDEM-X

X

数十万

高分解能/高解像度、都市域中心

パスコ

COSMO-SkymedX

数十万

高分解能/高解像度、火山監視日本スペースイメージング

RADARSAT-2

C

数十万

高分解能/高解像度、都市域中心

パスコ

Sentinel-1

C

無料

12日周期

欧州宇宙機関地すべりブロック設定
もらい災害予測

水稲作付地の判別*最小分解能の場合

利用分野

L

C

X

地殻変動、地盤沈下◎△

×

土砂崩れ、崩落

〇

〇

〇

地すべり

◎

△×

土壌水分〇

〇

△

地質・資源

◎

△

△

のり面湧水の判別

・波長が長いほうが樹木を透過しやすい
Lバンド 24ｃｍ
Cバンド 6cm
Xバンド 3cm
・マイクロ波なのでロックフィルダム堤雲の影響は受けない
沿岸では8mm/年の沈下

体の長期挙動観測
盛土へ適用

2

AI, DX，オープンソース，オープンデータがもたらす社会変革

衛星関連企業の防災情報可視化・インフラヘルス分野への進出

販売代理店

ALOS-2

他分野における活用と土構造物への応用

・道路線形によっては干渉が得られない可能性あり

欧州宇宙機関が主導したオープンデータ化・日本も追随？
衛星名

ALOS-2（日本）

観測・草木の影響などの要因により、構造物毎に異なるバンド・衛星を使用

2021年10月13日 @zoom

特徴

観測幅*

土構造物に利用する場合の技術的課題

地震・災害痕跡データの公開促進小委員会

価格/枚

分解能*

観測波長による利用分野

 インドネシア・スラバヤ市の地盤沈下

竹内 渉

衛星・管理区域を網羅する過去の衛星データを入手
イニシャルコスト

・新規観測ごとに衛星データを入手（ALOS-2なら年4回程度）

ランニングコスト

・「道路防災点検業務に組み込む」などの活用の仕方
SARをスクリーニングに活用

国内外ベンチャー企業のインフラビジネスへの進出

ソリューションコンテストによる情報分野からの人材参入 sorabatake.jp

噴火の予兆・地盤変動を衛星から捉えられないか？

インドネシアの活火山監視

sorabatake.jp

時系列SARインターフェロメトリによる地盤変動解析 (InSAR)

Cycle of Volcano

Mt. Bromo
Physical ChangesEruption Precursor

Field survey
Volcano Geodesy
East Java > 38 million people
Source from BPS Jawa Timur 2016.

the effect ofatmosphericpropagation delay• TNBTS Caldera, Eastern Java, Indonesia

GAP of D-InSAR• Highly active: at least about 50 times eruption since 1775,
last eruption in 2004/5, 2011, and 2016
• Contain some of the most mineral soils and Perfectconditions for farming to produce healthy crops, thecharacteristic is similar to Mt. ASO.
[Arbad, 2020]

properties at a cycle of Mt. Bromo?
D-InSAR• 5 years cycle of the eruption

On-going eruption

1. How does InSAR monitoring the physicalTemporal Resolution

3Time-Series
D-InSARBetter constraints & multidisciplinary consistency

Population
Vector+

2. Do these results affect eruption
forecasting or hazard assessment ?

The objective of this research is to analyze the cycle of Mt. Bromo-Indonesia
eruption by time-series deformation monitoring through the InSAR analysis with.
[Arbad, 2020]

Distance

Secondary datasets
RasterLand
Displacement
Land Cover4[Arbad, 2020]6

地盤変動抽出結果

インドネシア・スラバヤ市の地盤沈下計測

噴火に伴う地盤変動抽出結果
A → Forest area

‘10/’11-eruption‘15/’16-eruption

Next Eruption period
02 Times higher

kjrn
Rate of Subsidence (cm / yr)

Deflation

UpliftInflation

kota
Deflation

Eruption

klnk

B → Urban area
Inflation

Subsidence

waru

-0.75

-1.5

-2.25

rkut-3•In the forest area, the ground surface;relatively stable•

In the urban area, the ground surface;getting subsidence

•

KOTA

KLNK

KJRN

RKUT

WARU

•

2015 – 2017 observation shows the uplift deformation
larger than 2010 – 2011 observation withdisplacement reach up ~10cm•

2 Times bigger in 2020 ? *regarding 5 years cycle

Research Objective•

We lose some information between May 2011 to Feb2015▪To apply Interferometric Synthetic Aperture Radar (InSAR) technique in order to•

Due to the earth is dynamics. So…

How to achieve deformation value for cover whole area in Surabaya ?

C → Mt. Bromo

And the volcano area shows uplift when thevolcano started eruption

Eruption period

obtain spatial distribution of deformation

How to extract the gaps (future research challenging)

TimeFun Algorithm

SBAS Algorithm[Arbad, 2020][Arbad, 2020]9

インドネシア国土地理院と共同で地上踏査と基準点測量の実施 39

衛星の軌道情報が過去15年で格段に向上した▪To investigate suspected factor contribute for surface deformation in Surabaya

arif@iis.u-tokyo.ac.jp111438沿岸部工場地帯，低所得者住宅での地下水組み上げ

41

PALSARPALSAR-2 is better than PALSAR-1.

Ground lower[Arif, 2018]

But, the temporal resolution-12 cmPALSAR-1 is better than PALSAR-2
in study area.

This parameter can be affected for
SBAS method characteristics
Ground lower

Ground lower

Ground lower

Cracking Wall

PALSAR-2

to enhance Spatial correlation
among images.

GPS Control Point

Ground lower extend

Groundwater Pumping

Road CrackInundation

Inundation

13[Arif, 2018]基準点測量との比較により衛星計測の校正が可能

16

酒田地区のInSAR解析例

リモートセンシング技術を活用した

道路土構造物の維持管理の効率化に関する研究開発
国総研，本郷・古関先生，生研・清田先生，基礎地盤，NEXCOとの共同研究研究開発の内容

技術的課題（背景）・・・・・・・・・・・・

ノイズ低減フィルターの開発

成果（目的）
森林

最適な周波数帯の検討

地すべり

課題1：築造当時からのDBがない

のり面工

草木

盛土

アスファルト舗装

・・・・・・・・・・・・

課題2：目視中心で定量的把握が困難

15

11.3
累7.5
積
3.8
変

実変状とのキャリブレーション
マニュアル
・・・・・
・・・・・

[Arif, 2018]

課題3：対策優先順位が不明

地盤工学的原因究明

変状解析のマニュアル作成

地理院タイルを加工して作成

過去に遡って変状箇所のDB構築が可能（課題1）

位0deformation monitoring from 2014 – 2017.

道路面沈下量

粘性土優勢：沈下量大砂質土優勢：沈下量小
一つの衛星画像で数kmにおよぶ広域を分析し、沈下量の大きい領域を抽出

対象：広域の道路土構造物の点検・維持管理

The R2 value show positive relation between InSAR and GPS result in term of

15[Arif, 2018]

arif@iis.u-tokyo.ac.jp[Arif, 2018]

時間◯◯mm沈下035810

定量的な管理が可能（課題2）
変位大変位大優先度を考慮した保全計画（課題3）[MLIT, 2020][MLIT, 2020]

Lバンド(日本JAXA)とCバンド(欧州ESA)との比較

衛星観測方向と変位抽出の限界点

変状範囲の推定、複数の衛星データの適用

任意断面における鉛直、水平変位抽出

LバンドSAR時系列解析結果

CバンドSAR時系列解析結果（解析期間：2014/9/20〜2018/3/31（豪雨前））（解析期間：201５/5/３〜2018/８/９（豪雨後））

法面中央部に衛星から遠ざかる変位が蓄積地すべり線の推定
測線Bにおける推定地すべり線（時系列イメージ）①踏査前

現場の状況に合う結果が出ていない③地質調査後初期スクリーニング段階

主測線方向

主測線方向を正として各地点の水平変位、鉛直上向きを正として各地点の鉛直変位を抽出

値の小さい範囲では、解析値、実測値ともに整合値の大きい範囲では、解析値と実測値が乖離②踏査後

現地法面状況

測量点

測量点

踏査による変状範囲[MLIT, 2020]

変状発生時期の推定↓
点検のきっかけとなりうる可能性
変状範囲の外にも同様の傾向があり、切り分けが難しい

解析条件：多角形平行法、単純平均①普及に向けたコスト
変状範囲の推定・Cバンドデータによる解析では、植生がノイズとなり変状範囲を精度よく推定するこ2017/3/4（豪雨前）とができなかった。

分解能

日本

Lバンド

5千〜8万

低

海外

Xバンド

50万〜100万

高③PS点の増加
大↑しきい・干渉SARの解析結果から任意断面の鉛直変位、水平変位を抽出することができた。
土木分野における有効性の確認

高↑

精度値

Lバンドデータで十分な精度が得られる可能性が示された。

②検討断面方向の変位・任意断面の水平変位をもとに、地すべり線を推定することができた。

↓低↓少←PS点→多小
解析精度を維持しつつPS点を増加させる最適な閾値

・難しいというのが本当のところ

変状深さの推定・現状の解析技術としてはMAI法が挙げられる・変状範囲と変状深さの推定により、変状規模を推定することができた。

干渉SARと比較すると精度が低くなる（数10㎝程度）

より具体的な保全計画の立案が可能

2018（H30）年7月豪雨時の

価格

Cバンド

衛星データの限界確認

相対的な沈下傾向が蓄積しつつある部分[MLIT, 2020]

一般性確保のための課題

・Lバンドデータを利用した解析により、変状範囲を精度よく推定することができた。

解析期間：2014/9/20

詳細調査によって明らかにされた地層断面図

地すべり線推定プログラム（土木研究所）[MLIT, 2020]

3．研究成果−まとめ−

10シーン〜

火山灰層

変状範囲の一部において既に変位が蓄積しつつあった可能性

使用データ：ALOS2（Lバンド）

砂礫小段の落差

法枠のずり落ち？

吹き付け法面であれば適用は可能か？

踏査と同程度の変状範囲を推定可能

地すべり線を推定

中空植生のある斜面ではCバンドの適用は難しい

LバンドSARにより地質調査による推定地すべり線

踏査により変状範囲決定後、大きな変動は法枠が地盤から剥離した可能性

解析方法：SBAS（時系列解析）

地すべり線を推定

測線B

SARによる推定変状範囲

LバンドSAR時系列解析結果

地質調査よりすべり面決定後、SARの解析結果から地すべり線を推定

干渉性低の下の影響が大きい
電離層の影響を受けやすい

沿岸では変状範囲

8mm/年の沈下

解析結果

・観測は進行方向に対して左右の観測が可能、理論上、北向、南向合わ

沿岸では沈下傾向のみに着目せて4方向の観測が可能

8mm/年の沈下

日常的に実施されれば3次元解析が可能となるかもしれない

LOS方向の変位速度

LOS方向の変位速度

2.5次元解析は準東西成分[MLIT, 2020]

成果による道路政策への貢献

 AI, DX，オープンソース，オープンデータがもたらす社会変革が，防災情報可①具体的な研究の成果による道路政策への貢献内容

道路変状を定期的にモニタリングが可能
・変状が多い箇所を重点的に点検

視化・インフラヘルス分野で今起こりつつある ソリューションコンテストによる情報分野からの人材参入

・道路土構造物の点検、維持管理の効率化

切土・点検費用の縮減
・路線全体の均一的な耐久性の向上

アンカー変状 国内外の衛星関連企業の防災情報可視化・インフラヘルス分野への進出

管理外からのもらい災害（地すべりなど）

切土

切土

深礎杭変状

橋梁

路面沈下

路面盤膨

盛土

路面段差

広域の道路変状を一括して定期的にモニタリング

Wataru Takeuchi, Ph. D.

道路施設の点検、維持作業の効率化

GPS測量、３次元レーザー測量、急激な変状箇所を抽出 インドネシア・スラバヤ市の地盤沈下，InSAR解析とGPS基準点測量の活用が有利だが，欧州のCバンド衛星は無料で利用可能

広域で劣化しつつある道路土構造物の性能・対策優先度の評価

 インドネシアの活火山山体変化, InSAR解析が噴火の予兆を捉える 日本・高速道路の土構造物計測，InSAR解析，計測精度は日本のLバンド衛星②成果が社会に果たす役割、成果の実用性について過去に遡ってDBを作成[MLIT, 2020]

本日のまとめ研究の成果により期待される具体的な成果および・リモセン技術を用いて路線毎に広域の[MLIT, 2020] 3次元レーザー測量，UAV SfM計測，GPS計測と組み合わせることで時空間的にシームレスなインフラヘルスモニタリングシステムの構築が可能に

UAV写真測量技術を組み合わせ変状計測精度の向上

災害発生前に調査、対策工の施工[MLIT, 2020]

Wataru Takeuchi, Ph. D. @ Institute of Industrial Science, University of Tokyo, Japan

26

Institute of Industrial Science
The University of Tokyo, Japan
http://wtlab.iis.u-tokyo.ac.jp/wataru/
wataru@iis.u-tokyo.ac.jp