ALOS-2を使った、植生地域におけるInSAR モニタリングの運用「変動をモニタリングし、危険を低減」

2019年3月11日

何故 InSAR なのか?

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ブルマジーニョ尾鉱ダム決壊事故
ブラジル・ミナスジェライス州
2019年…
• 1,200万m3 の尾鉱が流出• 177名が死亡、133名が行方不明• 300km に及ぶ河川の汚染• 190億ドル(2兆1千億円)の企業価値が毀損
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ビンガム郡鉱山
米国ユタ州
2013年4月…
• 25億立方フィート(7,000万km3)の土砂と岩石が流出• 北米史上最大級の地すべり
InSAR で事故前日に崩壊を予知し、作業員は避難していた4

ハスキー・エナジー社のパイプライン流出事故 カナダ・サスカチュワン州
2016年7月…
• 22万5千リットルのオイルが河川に流出• 主要２都市に供給される飲料水が汚染• 1億1千万ドル(123億円)の除去費用
53vGeomatics (3vG) スリー・ヴィー・ジオマティクス• カナダ・バンクーバーにて2007年に創立• 従業員数40＋、InSAR に100%特化… 我々の仕事の全てです!
• 50～100% の年間成長率• 衛星に中立… 個別のプロジェクトに合わせて最適なデータ源を選択• 実証された技術力: 年間1,500以上の InSAR レポートを世界30カ国以上の顧客に対して提供中
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InSAR とは?

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InSARは複数時期に撮影されたレーダー衛星の画像を使い、地面や構造物の動きを正確に計測
レーダー画像1

レーダー画像 2、3、4… インターフェログラム

高度な後処理出力

対象範囲: 1画像につき 50 ～ 2万6千km2 (解像度 25cm ～ 20m)

データ密度: 50,000+ データ点 / km2 (元画像の解像度に依存)
精度 / 検出限界: ミリメートルからセンチメートル
計測頻度: 4 ～ 14日間隔

現地の必須要件: 現地調査の必要無し(リモートセンシング)
8提供される解析結果で、(地すべり等の)ジオハザードを検出し経過を追跡
変位速度

各データ点毎の時系列グラフ

ジオハザード2cm/年

Displacement(mm)

ジオハザード5cm/年

9近年の技術革新が InSAR の成長を牽引

衛星画像の潤沢化

処理アルゴリズムの革新

ITハードウェアの改善• 更に多くの衛星• 更なる自動化• より大きなストレージ• より高い解像度• 精度の向上• より高速な処理• より高頻度な撮影• データカバレッジの増加→(1990s – 2000s)

早期先行導入 → 大規模な運用(2005 – 2015)• 1画像につき6千万個以上のデータ・ポイント• 数時間以内のレポート出力• 運用技術• 画像の低価格化
学術研究

広大なエリアの迅
速な解析(2015 – 現在)• 即時使用可能な情報
10顧客による 4つの主な InSAR の使われ方
1継続したモニタリング

未知のジオハザードを発見し不具合や事象を能動的に防ぐ

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一回限りの解析

リスク緩和

経年評価

どこが、いつ、どの程度移動したのかを計測

資産管理

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変位箇所の場所と大きさを検出し、検査・保守エリアの優先度を決定する

4計画立案

広域エリア内で最も安定した地域を特定し、基準を設定

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現在の SAR衛星 の選択肢
衛星バンド精度

植生透過性

解像度*

画像サイズ

撮影年

回帰日数

TerraSAR-X

X

4 mm

×3m

50km x 30km

2007 – 現在(4, 7) 11

Cosmo
(CSK)

X

4 mm

×3m

40km x 40km

2007 – 現在

4Sentinel

C

8 mm

△20m

250km x 160km

2014 – 現在

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Radarsat-2

C

5 mm

△3m

20km x 20km

2008 – 現在

24

ALOS-2

L2 cm

◎

3m

50km x 70km

2014 – 現在

14* X-バンド衛星にはより高い解像度(25cm、 1m等)も存在するがシーン・サイズが小さくなる12

L-バンド InSAR の商業応用• 広大な地域から未知のジオハザードを特定• 既知のジオハザードの変位が加速しているかを継続監視
ダム・溜池

パイプライン

鉄道・道路建設

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パイプライン: 過去に遡った ALOS-1 InSAR 解析で破断事故前の傾斜面変位を検出• 2007~2011年に撮影された
ALOS-1 の画像を使い、InSAR 解析を2018年に実施

破断個所• 最大10cm/年の地表面変位を検出• パイプラインは2013年6月に地滑りによって破断した

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2018年: パイプライン・オペレーターに対して3vGはカナダ北部の300+kmのパイプラインを解析• 複数個所で進行中のジオハザード、2016
年にパイプラインを閉鎖• 5個のフットプリント毎に15枚のSM3画像を新規撮影✓ 4月～10月にかけて14日おき• テキサス州ヒューストンで先週開催されたパイプライン研究交換会(PRCI REX2019)にて解析結果を JAXA 高橋氏と共に結果を発表
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ALOS-2画像の InSAR 処理には電離層補正が必要
未加工の計測結果• 電離層のイオンは擾乱を発生させる。その中を通過する際にレーダー波は「汚される」• この効果はインターフェログラムの中でいくつもの干渉縞となって表れるが、それは数十cm～メートルの変位に相当する

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ALOS-2画像の InSAR 処理には電離層補正が必要
幾何補正後• 電離層のムラにより、衛星進行方向にピクセルがずれる• 各シーンにおいて同じピクセルが同じ場所を計測している事を保証するために、区分的な幾何補正が必要

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ALOS-2画像の InSAR 処理には電離層補正が必要
スプリット・バンド法による電離層推定の補正後• 電離層による位相のずれを計算して相殺する必要がある• ここでの各フリンジ(カラー・スケールの1巡)は、～24㎝の位相の差を表している

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300km のパイプライン InSAR 解析結果

✓ ALOS-2 のデータでほぼ100% 対象域をカバー!

✓ パイプライン設置個所(ROW)＋3km幅バッファーに対して、920万個強のデータ点✓ 6か月間の観測で変位のノイズレベルは4㎝? 10m解像度での最小検出可能変位面積は100m x 100m
• ALOS-2 の3m解像度… 30mx30m
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5スタックによるALOS-2 InSARの結果• 地すべり検出• 永久凍土融解の境界線

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5スタックによるALOS-2 InSARの結果• 河川浸食によるパイプライン設置個所(ROW)の影響

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コロンビアイテュワンゴ・ダム• ダム建設中に、地すべりが仮設排水トンネルを閉塞• 計画より6カ月も早く、ダムの完成前に貯水池が溜まり始める

新たな亀裂

護岸

貯水池

地すべり

• 28,000 人が避難• 2018年7月から14日おきにSM1画像を撮影(継続中)

新たな亀裂

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イテュアンゴ InSAR 結果 – 顧客へ渡された解析結果
速報レポート (ALOS-2 の観測毎に配信)

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イテュアンゴ InSAR 結果 –顧客へ渡された解析結果
変位速度 (10 画像を使った解析)242019年のフォーカス –アパラチア山脈(ウェスト・バージニア地域)
米国の地すべり予想マップ

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パイプライン網: アパラチア山脈

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アパラチア山脈の地すべりは天然ガス・パイプラインを頻繁に破損

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アパラチア山脈の InSAR 監視には L-バンドが必要

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カナダ・ブリティッシュ・コロンビアの InSAR 解析
ALOS-1• ジオ・ハザード検出のためにブリティッシュ・コロンビア州全土(945,000km2)を解析• ALOS-1 データ (2007～2011年)✓502スタック、6,675枚の画像• 3,000箇所以上の地盤変位を検知• 広域地すべり警戒システム(WALAS)に結果を取り込み中29