次世代安心・安全ICTフォーラム
気象・火山・環境観測検討会

火山観測における航空機SAR

2014年10月24日
情報通信研究機構 電磁波計測研究所
浦塚清峰

合成開口レーダ（SAR)による地表面観測
SARの特徴一見航空写真高高度からも高分解能
広域の観測幅
全天候
雲・雨・噴煙を透過夜でも昼でも直下でなく斜め横を観測

NICT開発の航空機SAR(Pi-SAR: 1998-2005)(Pi-SAR2: 2008)
分解能 : 1.5m 30cm
立体視:
インターフェロメトリ 2m以下の高さ精度
偏波を使った詳細な識別:
ポラリメトリ 広い観測幅 5～10km

光学センサによる噴火活動中の有珠山

Pi-SARによる噴火活動中の有珠山

2日本国内の近年の火山噴火災害
1976年8月
1977年8月
1979年9月
10月
1983年10月
1986年11月
11月
1990年11月～93年
1995年2月
1997年7月
9月
11月
2000年3月～翌9月
6月～
2004年8月～11月
2007年1月
2011年1月
2013年8月
11月
2014年9月
日本の活火山（１万年前以内に噴火記録のある110火山）（気象庁編：日本活火山総覧第4版より）

草津白根山（火山ガス:死者3名）
北海道有珠山（泥流：死者2名）
阿蘇山（爆発：死者3名）
御嶽山（2万年ぶり噴火）
三宅島（溶岩：全島民避難）伊豆大島（噴火：全島民避難）
桜島（噴火：負傷8名）
雲仙普賢岳（火砕流：死者不明44名）
焼岳（水蒸気爆発：死者4名）
八甲田山（火山ガス：死者3名）
安達太良山（火山ガス：死者4名）
阿蘇山（火山ガス：死者4名）
北海道有珠山（噴火：住民避難）
三宅島（噴火：全島民避難）
浅間山（降灰）御嶽山（水蒸気噴火）
霧島山新燃岳（住民一時避難）
桜島(噴火，降灰）
西之島(噴火）御嶽山（爆発：死者56名不明7名）
青字：Pi-SARによる緊急観測
赤字：Pi-SAR2による緊急観測3

Pi-SARによる火山噴火観測（2000年）
北海道有珠山x•2000年3月31日に26年ぶりに活動開始•2つの火口群が日に日に拡大•火口群付近に40mを越える隆起•約3ヶ月で収束•Pi-SAR観測(4/6,4/12,5/30,8/2)

東京
福岡x

三宅島
•2000年6月30日から活動はじまる•7月8日に頂上からの大噴火とともに大陥没•数度の噴火を繰り返す•10月以降は主に火山ガスの噴出•Pi-SAR観測(7/6,8/2,8/30,11/12,3/1,3/19)

Pi-SARによる有珠山の観測(2000年)
Apr. 6, 2000

Apr. 12, 2000

May 30, 2000

Aug. 2,2000

火山災害にSARの有効性が大きいことをはじめて実証
数10mの地殻変動を面的にとらえる
ただし観測準備に1週間、処理に３日

5

Pi-SARによる三宅島の観測(2000年)
NNNN

Illumination

VV-polarization image of X-band

2000年7月6日

2000年8月2日

2000年8月30日2000年11月12日

1000
900
800

高度（ｍ）

700
7月6日
8月2日
8月30日
11月12日

600
500
400
300

N

200
100
0
10 数100mの地形変動をとらえることで有効性を実証
101
201
301
401
501
601
701
801
12345678
水平距離(km)
相対距離( x10m)

NPi-SARによる地震・火山災害観測の有効性
1000
900
800
700

高度（ｍ）

ＮＩＣＴが開発した航空機映像レーダ（Pi-SAR)
1.5mの識別能力
２つのアンテナで立体視することができる（ｲﾝﾀｰﾌｪﾛﾒﾄﾘ）、高さ計測精度2m
電波の振動の向きを使った詳細な分析可能(ﾎﾟﾗﾘﾒﾄﾘ）、識別能力の向上
一度に10km以上の幅での観測（通常の航空写真は2km程度）

7月6日
8月2日
8月30日
11月12日

600
500
400
300
200
100
01

2000年三宅島火山噴火●火山災害：逐次の観測が、続いての災害予測に有効●地震災害：災害後の状況把握に有効

101201

301 401 501 601
相対距離 ( x10m)

701801

三宅島断面の変化

実績●前兆現象や災害復興のためにはより高い精度(50cm以下）が必要●データの迅速な提供が必要
2004年新潟県中越地震

高精度航空機SARの開発（Pi-SAR2)
30cmの識別能力（世界最高性能）
２つのアンテナで立体視することができる
電波の振動の向きを使った詳細な分析可能
一度に5km～10kmの幅での観測
2010年度に完成

機上の高速処理装置（画像化）
ICT技術を融合して高速伝送
7

Pi-SARからPi-SAR2へ： 高分解能化

88

SARにより計測可能な地表面変動スケール
数cm

数m

数10m
Pi-SAR

推定 形状判読・
計測手法

Pi-SAR2
ALOS2
TeraSAR-X

画像マッチングによる変位量推定

Pi-SAR2

Pi-SAR
ALOS2
TeraSAR-X

干渉SARによる
DEMの比較
差分干渉SARによる変位量推定数10cmPi-SAR
Pi-SAR2

ALOS2
TeraSAR

9Pi-SAR２による火山噴火観測（2011-2014年）
霧島新燃岳(2011.2-3)•2014年1月19日からマグマ水蒸気噴火•噴石および火山灰により周辺地域に被害•Pi-SAR2観測(2/22,23,26,3/8)

x東京

福岡xx

桜島(2013.8)•2013年8月18日から昭和火口で爆発的噴•5000mを超える高さの噴煙による火山灰被害•Pi-SAR2観測(8/20)

御嶽山(2014.10)•2014年9月27日突然の水蒸気噴火•死者56名、不明7名•Pi-SAR2観測(10/2)

Pi-SAR2による霧島・新燃岳の観測（2011.2)

新燃岳火口周辺(2011/2/22)
2kmx2km 速報版

新燃岳火口周辺(2011/2/22)
5km x5km 偏波カラー合成

機上処理(速報)データには制約（単色,1km四方）
機上から伝送する手段なし

11

Pi-SAR2による霧島・新燃岳火山災害の状況の把握(3)
新燃岳の３次元イメージ

３次元データの処理が迅速にできなかった（当時）12桜島におけるPi-SAR2観測(2013.8.20)

過去（噴火活動前）のデータとの比較が有効

13

Pi-SAR2準リアルタイム伝送(2013.8.20)
11:17 離陸….
13:14 機上処理開始
13:16 データ切り出し
13:17 画像再生処理
13:22 伝送終了….
15:00頃 関係機関へ配布….
15:40 着陸観測から伝送までの実績例(2013.9.20:コース10/ 画像サイズ：2km×2km)
観測5分

データ切り出し

2分

画像
再生

画像圧縮

伝送

インマルサット航空機局
利用の伝送(320kpbs)

5分

1分
8分

コース

コース変更

機上処理データの制約が少ない（カラー,2km四方以上）
機上から伝送することも実証！

14

Pi-SAR2による御嶽山の観測(機上処理）

９コースのうち４コースのデータについて3km x 3kmの機上で偏波画像処理、すぐに衛星回線経由でNICTサイトに掲載（間引き圧縮jpeg形式)。
着陸後、フル分解能データを掲載(tiff形式）。

1

Pi-SAR2による御嶽山の観測（速報画像）

火山噴火予知連絡会（気象庁）ほか関係機関へデータサイトを周知(1)準リアルタイムデータ(2)フル分解能の２段階
1

Pi-SAR2による御嶽山の観測（KMZ）

データにはKMZファイルを同梱
Google Earthがあれば容易にオーバレイ、３次元化

1

Pi-SAR2による御嶽山の観測（噴火口の同定）

D

E

C
A

B

国土地理院の協力を得て、噴火口を同定

1

Pi-SAR2による御嶽山の観測（噴火口Dの拡大）

D火口の拡大：フル分解能まで引き延ばすと詳細な火口列が確認できる
1

まとめと課題
御嶽山の緊急観測
URL: http://www2.nict.go.jp/aeri/rrs/pisar2-ontake/index.html

 有珠山(Pi-SAR)から経験と課題解決を進めてきた 観測からデータ提供までのシナリオどおり
 高次処理（高さ変化抽出等）も機上でできないか 判読・解析の手法（SARだけではわからない）
国内火山の観測（活動前データの収集）
 Pi-SAR初号機を含め20/110の火山はデータあり
 データの充実が必要

実運用に向けて （他の災害も含め）迅速な観測には、Pi-SAR2
技術を普及させること

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