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令和４年度砂防学会研究発表会概要集

衛星 SAR を用いた土砂移動箇所の検出
国土技術政策総合研究所 〇三浦 俊介，瀧口 茂隆，中谷洋明

1. はじめに
災害初動期において，土砂移動箇所を迅速かつ精確に把握することは，捜索救助活動や二次的な災害を防ぐために非常に重要である．しかし，従来の航空機・ヘリ調査では，広域災害の場合には面的調査に時間がかかることや，夜間・悪天候時には情報収集に遅延が生じるなどの課題があった．一方，
合成開口レーダ（SAR）は，マイクロ波を照射してその反射波の後方散乱強度と位相を観測するアクティブセンサーであるため夜間・悪天候時にも広域的に観測を行うことができる．
このことから，これまで国土技術政策総合研究所では，災害初動期における SAR の活用方法，特に地表面観測に適した Lバンドの観測を行うALOS-2/Palsar-2の活用方法を検討してきた．鈴木ほか 1) 2)では災害前後二時期の SAR データを用いて，後方散乱強度の変化から土砂移動箇所を推定・判読する手法の検討を行っており，実際の災害時に活用されるなど，一定程度の成果を挙げている．しかし，この手法は土砂移動箇所の検出率が低く，過去の災害事例では検出率が 35%程度（65%程度は見逃し）であったと報告されている 1)．検出率を低下させる主な要因としては，画像解像度（Palsar-2 の高分解能モード（UBS）の場合は 3m）の低さや斜め観測による不可視領域（レイオーバやレーダーシャドウ領域）の発生，後方散乱強度がスペックルノイズや植生による体積散乱等の影響でばらつきやすいこと等が考えられるが，これらの要因は，センサーの性能や観測方法などに起因するもので，ユーザー側で解決することが難しい．そのため，従来のような推定・判読手法では検出率の向上を望むことは難しい．また，過去の災害において，SAR の判読結果は被害の概略把握に利用されることが多く，必ずしも土砂移動箇所別の判読結果が必要になるとは限らない．そこで本研究では，SAR による土砂移動箇所の評価方法を見直し，多時期の SAR データを使用して，任意のメッシュ単位で相対的に土砂移動面積や発生可能性が高い箇所を推定する新たな手法の検討を行い，SAR 判読の課題であった精確性の向上を図ることを目的とした．

2.2. 対象災害（地域）と使用した SAR データ
本研究では，1）平成 30 表 1 使用した SAR データ
年北海道胆振東部地震（北海道厚真町周辺），2）平成30 年 7 月豪雨（広島県広島市周辺），3）令和元年台風
19 号（宮城県丸森町周辺）の 3 災害を対象事例とした．SAR データは ALOS2/Palsar-2 で観測されたジオコード済み標準プロダク
ト（L2.1）で，各事例ともアーカイブ画像は 10 枚以上，災害後画像は 1 枚使用した（表 1）．土砂移動範囲のデータは，災害後に測量会社が実施した判読結果のうち崩壊地と侵食部分（以下，合わせて「土砂移動範囲」と呼ぶ．
）を使用した．
No.

対象災害

12345
6 平成30年
7 北海道胆振8 東部地震
910111213
12345
6 平成30年
7 7月豪雨89101112
12345678
9 令和元年
10 台風19号
1112131415161718

オフナディア角

観測パス

中心フレーム番号

32.4

18275032.412968032.4

182850

観測日時

2015/9/24 2:40
2015/12/3 2:40
2016/6/16 2:40
2016/8/11 2:40
2016/11/17 2:40
2017/6/15 2:40
2017/8/24 2:39
2017/11/16 2:40
2018/5/17 2:40
2018/6/14 2:40
2018/7/26 2:40
2018/8/23 2:39
※ 2018/9/6 2:40
2014/8/23 15:00
2015/3/7 15:00
2015/6/13 15:04
2015/11/14 15:04
2016/2/20 15:04
2016/6/11 15:04
2016/11/12 15:04
2017/2/18 15:04
2017/5/27 15:04
2018/1/20 15:04
2018/3/17 15:05※ 2018/7/21 15:04
2015/2/12 2:41
2015/9/24 2:40
2015/12/3 2:40
2016/3/10 2:41
2016/6/16 2:40
2016/8/11 2:40
2016/11/17 2:40
2017/3/9 2:41
2017/6/15 2:40
2017/8/24 2:39
2017/11/16 2:40
2018/3/8 2:41
2018/6/14 2:40
2018/8/23 2:39
2018/11/15 2:40
2019/3/7 2:41
2019/8/22 2:39
※2019/11/14 2:40
※災害後の緊急観測結果

3. 研究結果
3.1. 土砂移動範囲内における後方散乱強度変化の検出
はじめに，土砂移動範囲内における災害前後の後方散乱強度の変化を，本研究の手法のうち手順 1）及び 2）で捉えることができるかを確認するため，土砂移動範囲ごとに災害後画像における平均±2σ以上のピクセル数，アーカイブ画像における平均±2σ以上のピクセル数の平均を算出した（図 1）．
その結果，すべての土砂移動範囲において，災害後画像でピクセル数が増加する傾向がみられ，本研究の手法は，土砂移動現象による後方散乱強度の変化を十分に検出できるといえる．

2. 研究方法
2.1. 変化の検出と集計方法
本研究では，SAR の観測範囲を任意の大きさのメッシュで区切り，災害前後の後方散乱強度の変化をメッシュ単位で集計することで，相対的に土砂移動面積の大きい箇所や発生可能性が高い箇所を推定する手法を検討した．手順の流れとしては，1）多時期のアーカイブ画像からピクセルごとに後方散乱強度の平均±2σ値を算出，2）災害後に土砂移動現象があった場所では災害前後の後方散乱強度の変化が十分大きいと仮定して，災害後画像で平均±2σ値以上となるピクセルを抽
出，3）標準地域メッシュの 3 次メッシュごとに，ピクセル総数と手順 2）で抽出したピクセル数の比を算出することで，災害前後における後方散乱強度変化の検出を行った．なお，解析対象範囲は不可視領域を除いた可視範囲とした．

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図 1 土砂移動範囲内の後方散乱強度変化の検出結果（縦軸に土砂移動範囲内の平均±2σ 以上のピクセル数，横軸に土砂移動範囲内のピクセル総数をとっている）

3.2. メッシュ単位における後方散乱強度変化の検出
つぎに，災害後画像とアーカイブ画像からそれぞれ 3 次メッシュごとにピクセル総数と平均±2σ以上のピクセル数の比を求め，災害後画像のピクセル数比とアーカイブ画像のピクセル数比の平均値との差を算出した．さらに，ピクセル数比と土砂移動面積の相関関係を線形と仮定して，各事例において線形回帰と決定係数 R2 を算出した（図 2，表 2）．平成30 年 7 月豪雨と令和元年台風 19 号では，メッシュ面積あたりの土砂移動面積比がある程度まとまった領域に分布しているため，高い決定係数を得ることができなかった．一方で，平成 30 年北海道胆振東部地震では決定係数 0.74 と高い決定係数が得られており，3 事例を組み合わせた場合は決定係数0.75 と概ね良好な相関関係が得られた．また，田畑や水域など，平坦な地形で土砂移動現象の発生が考えにくい地形場の影響を除くために勾配マスク処理を行った．その結果，変a)b)化の検出範囲を勾配 2 度以上と勾配 10 度以上に限定した場
合，3 事例を組み合わせた決定係数はそれぞれ 0.77 と 0.81で勾配マスク処理を行わない場合よりも向上した．
さいごに，メッシュごとの災害前後における後方散乱強度変化の空間分布を確認した（図 3）．3 事例とも土砂移動範囲と後方散乱強度変化が大きいと推定されたメッシュの空間分布が概ね一致していることが確認できた．今後は災害事例を増やして閾値設定などの検討を行っていく予定である．
表 2 各事例における線形回帰の決定係数 R22

決定係数R
可視範囲
平成30年北海道胆振東部地震
平成30年7⽉豪⾬
令和元年台⾵19号
3事例を組み合わせた場合

可視範囲かつ可視範囲かつ勾配2度以上範囲 勾配10度以上範囲

0.740.280.004
0.75

0.75
0.290.030.770.79
0.390.040.81c)

図 2 メッシュごとの後方散乱強度変化の検出結果（縦軸に災害後画像とアーカイブ画像でそれぞれピクセル総数と±2σ 以上のピクセルの比を算出した結果の差，横軸にメッシュごとの土砂移動面積とメッシュ面積の比を求めた結果をとっている）
解析対象範囲として a)可視範囲全域，b)可視範囲かつ勾配 2 度以上範囲，c)可視範囲かつ勾配 10 度以上範囲を設定

a)

b)

c)

図 3 メッシュごとの後方散乱強度変化の空間分布a)平成 30 年北海道胆振東部地震，b)平成 30 年 7 月豪雨，c)令和元年台風 19 号
＜参考文献＞
1）鈴木ほか（2020）：合成開口レーダ（SAR）画像による土砂災害判読の手引き，国土技術政策総合研究所資料，第 1110 号.
2）鈴木ほか（2021）：災害時における合成開口レーダ（SAR）の散乱変化事例解説集，国土後術政策総合研究所資料，
No.1159.
【謝辞】本研究で使用した ALOS-2/Palsar-2 のデータは JAXA との「陸域観測技術衛星 2 号「だいち 2 号」による土砂災害監視手法の開発に関する共同研究」において JAXA よりご提供頂いたものである．記して感謝申し上げます．

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