高解像度衛星 (IKONOS) データによる GIS データ抽出及び利用形態

NAOSITE: Nagasaki University's Academic Output SITE
Title
高解像度衛星 (IKONOS) データによる GIS データ抽出及び利用形態
に関する研究
Author(s)
全, 炳徳; 杉山, 和一; 茂地, 徹
Citation
長崎大学教育学部紀要. 自然科学. vol.66, p.11-21; 2002
Issue Date
2002-03-27
URL
http://hdl.handle.net/10069/6104
Right
This document is downloaded at: 2017-03-30T01:00:15Z
http://naosite.lb.nagasaki-u.ac.jp
長崎大学教育学部紀要
一自然科学 -
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2.3)
高解像度衛星 (
I
KONOS) デ ー タによる
GI
Sデ ー タ抽 出及び利 用形態 に関す る研究
全
柄 徳 ･杉 山
和 一 ･茂 地
徹
長崎大学教育学部数学教育講座
(
2
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01年 1
0月31日受理 )
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1. は
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2年 , アメ リカの地球 観測衛星 であ る ERTS- 1号 (
後 ,LANDSAT- 1と して改 名)
0
年の
が打 ち上 げ に成功 し,地球 の鮮 明 な表面情 報 を地球観 測 セ ンター に送 り始 め てか ら3
0メー トルか ら
歳 月が近づ いてい る ｡ この 間, 人工 衛星 デ ー タの解像 度 は 1ピクセ ル当 り8
8
0セ ンチの地球 表面情 報 (
I
KONOSの最高解像 度 の場 合) を と り始 め てい る 本格 的 な高
｡
解像 度衛星 の時代 が渡 来 してい る とい える｡
本研 究 で は,地球観測衛星 の解像 度 向上 に関す る歴 史的 な背景 をた どる意 味で, ア メ リ
カの LANDSATと,ヨー ロ ッパ の SPOT,そ して 日本 を代 表す る地球 観測衛星 MOSシ リー
ズ を紹 介 す る と もに,最 新 の高解 像 度衛星 デ ー タ と して注 目を浴 び てい る I
KONOSデ ー
タの画像 や解析 方 法 な どを紹 介 す る｡ また,解析 され た I
KONOSデ ー タの利 用 形 態 を探
る とともに,高解像 度衛星 の実利 用へ の可 能性 につ いて述べ る｡
2.地球観測衛星 シ リーズ1
)
2. 1 ラン ドサ ッ ト (
L
ANDSAT)シリーズ
ラ ン ドサ ッ ト (
LANDSAT,以下 , ラ ン ドサ ッ トと表記 ) シ リーズ は ,1
97
2年 7月2
3日
地球資 源技 術衛星 ERTS (
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れてか らス ター トした｡ ラ ン ドサ ッ トシ リーズ はその後, 3号機 が打 ち上 げ られ てか ら,
アー ツか らラ ン ドサ ッ トシ リーズ と改 名 し,現 在 の 7号 まで に至 ってい る2}｡
ラ ン ドサ ッ トシ リーズ は衛星 の形 や セ ンサ ーの特徴 な どが, 1-3号 まで と 4-5号 ,
また 7号 が大 き く異 な ってお り,大 幅 に変更 が加 え られてい る｡ 以下 にその主 な特 徴 を表
1
2
全
柄徳 ･杉 山
和一 ･茂地
徹
として ま とめ る｡
表 1 地球観測衛星 ラン ドサ ッ トシリーズの概要3)
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上記 の表 か ら もわか る よ うに, ラ ン ドサ ッ トシ リーズ の 1号 か ら 3号 まで は,地上分解
能(
以下 ,解 像 度 とす る)を80メー トル と設定 して観 測 して お り,主 なセ ンサ ー と して MSS
多重 ス ペ ク トル走 査 放 射 計 を利 用 して い る ｡ しか し, 4号 か らは新 しい セ ンサ ー と して
TM の セマ テ イ ツクマ ッパ ー を採 用 し,解 像 度 を30メー トル まで 向上 させ て い る｡この TM
セ ンサ ー に よ り,地上分解 能 は80メー トルか ら30メー トル まで 向上 した こ とにな る ｡
また, ラ ン ドサ ッ トシ リーズ の 7号 には,バ ン ド8を用 意 しパ ンクロマ チ ックデ ー タを
取得 してお り,解 像 度 を1
5メ ー トル まで上 げて い る ｡ この デ ー タを利 用 す る こ とに よ り,
5メー トル に向上 で きる｡これ らの結 果 ,ラ ン ドサ ッ
バ ン ド1か らバ ン ド 7まで の解 像 度 は 1
972年 7月23日に打 ち上 げ られ た 1号 か ら,1
999年 4月 1
5日に打
トシ リーズ の解 像 度 は, 1
5メー トル まで 向上 した｡ ラ ン ドサ ッ トシ リー
ち上 げ られ た 7号 に よ り,80メー トルか ら1
ズ は1
8年 間,地上 分 解 能 の解 像 度が
3倍 以上 よ くな ってい る｡
2. 2 スポ ッ ト (
SPOT) シ リーズ
SPOT, 以 下 ス ポ ッ トと表記 ) は フ ラ ンス が 開発 した衛 星 で ,1
9
86年 2月22
スポ ッ ト (
日に第 1号 が打 ち上 げ られ た｡ そ の後 ,運 営 は民 間 に移 され , SPOT イ メー ジ社 が担 当 し
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てい る｡SPOT は フラ ンス語 で ,Sys
た もので ,訳 す る と ｢地球 観 測 シス テ ム｣ で あ る ｡
ス ポ ッ トシ リーズ は,
1号 か ら 3号 までが 同 じ形 態 のセ ンサ ー を搭 載 してい る
｡
しか し,
4号 か らは 中間赤外 の情 報 を取 得 してお り,バ ン ドをひ とつ増 や してい る｡ なお ,パ ンク
ロマ チ ックデ ー タ と して取 得 して い た ,0
.
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73岬 1のバ ン ド範 囲 が , 4号 か らは0.
61
-0.
68pm に変 更 して い る ｡ これ はパ ンクロデ ー タ を解 像 度 向上 だ け の役 割 に と ど ま らず ,
高解像度衛星 (
I
KONOS)デ- 夕に よる GI
Sデ ー タ抽 出及 び利用形態 に関す る研 究
1
3
赤 バ ン ドの情報 と して も利用 しよう とす る意 図が あ る｡ 特 に,近年 ,地球環境 問題 に関心
が高 ま り,地球 表面上 の植生 分布 の変化 な どが有効 な ツール と して利 用 され始 めてい る こ
とか ら, ス ポ ッ トには広 域 の植生 情報 が抽 出可 能 な VAGETATI
ON (
植 生 )バ ン ドを用 意
して い る｡VAGETATI
ON (
植 生 ) バ ン ドの解 像 度 は低 い もの の,地球 表 面 上 の広域 的 な
環境 評価 に有効 な情 報 を提 供 す る｡ 以下 に, スポ ッ トの概要 を表 にま とめ る｡
表 2 地球観測衛星スポ ッ トシリーズの概要3
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スポ ッ トの場 合 は,解像 度 の変化 が ない｡ これ は技 術 的 な問題 よ りも, デー タの整 合性
を整 えるためであ り,過去 の デー タと現 在 の デー タが比較 で きる ようにす る利 用 目的 をサ
ポー トす るね らいが あ る｡
2. 3 もも (
MOS) シ リーズ
MOS,以下 , も もと表記 ) シ リーズ は, 日本 の地球観測衛星 の第 1号 と して1
987
もも (
年 2月1
9日に打 ち上 げ られ た｡正 式 な名称 は MOS (
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日本 で は通称 名 と して ｢もも｣ と名づ けてい る｡
ももシ リーズ には MSR (
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計) や VTI
セ ンサ ーが搭載 され てお り, 人工 衛星 の名称 とお り地球上 の広 い面積 を占め る海洋 の情 報
取得 を 目的 と してい る｡ その ため低精度解像 度 に よる海全体 の温 度分布 な どが取得可能 に
なってい る｡ 以下 に, ももシ リーズの概 要 を表 と して ま とめ る｡
1
4
柄徳 ･杉山 和一 ･茂地
全
徴
表 3 地球観測衛星である ももシリーズの概要3)
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種
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表4 I
KONOSの仕 様 5)
衛
星
運
名
用
称
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KONOS (
イコノス)
国
米国
運
用
機
関
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打
ち 上
げ
1
999年 9月25日
次
世
代
機
2
00
3年頃 (
最高5
0c
m 解像度 を予定)
設
計
寿
命
7年
回
帰
日 数
11日 (
直下 より1
0度以内に戻 る場合)
軌 道 傾 斜 角
9
8.
1
20
軌 道 の 種 類
太陽同期準極軌道
衛
680
km
星
高
度
も もシ リーズ は ミッシ ョンを終 え ,1
996年 4月 1
9日付 で デ ー タ受 信 を終 了 してい る｡ も
2年 間の ミッシ ョンを閉
もシ リーズ は解 像 度 に変化 が ない ス ポ ッ トと同様 , 同 じ解 像 度 で 1
じて い る ｡
3. 高解像度衛星, l
KONOS4)
I
KONOS とは,古代 ギ リシ ャ語 の ｢
画像 ｣を意 味す る単 語 か ら由来 す る｡ 高解 像 度衛 星
であ る ｢画像 ｣,I
KONOSにつ い て は, そ の記 録 が イ ンター ネ ッ ト上 に公 開 されて い る4
)
｡
999年 4月27日か ら約 5ケ月伸 びて ,1
999
この記 録 か らもわか る ように,
打 ち上 げの予 定 は1
年 9月2
4日カ リフ ォルニ ア州 バ ンデ ンバ ー グ空 軍基 地 か ら打 ち上 げ られ た｡
ア メ リカ政府 は偵 察衛 星 と して使 って い た 1メー トル精 度 の衛星 仕 様 を ,1
994年 4月 ス
ペ ース イ メー ジ ング社 に対 して民 間利 用 の ため の運 用 を許 可 し,高解 像 度衛 星 時代 を開い
KONOS1号 は, 730kg足 らず の重 量 なが ら,高解 像 度 の地 上 分 解 能 を持 つ 地 球 観 測
た ｡I
0km 以 上 離 れ た宇 宙 空 間 か ら秒 速 6.
4km の 速 度 で移 動 しなが ら,地 球 の表 面
衛 星 で ,65
KONOSの仕様 を表 4に ま とめ る ｡
情報 を撮 影 す る よ うに設 計 され てい る ｡I
高解像度衛星 (
I
KONOS)デー タに よる GI
Sデー タ抽 出及 び利 用形態 に関す る研 究
1
5
I
KONOS1号 は,特 有 の画像 生成 能力 に よって,世 界 初 の カ ラー画像 を 1メー トル精 度
で生 成 してい る｡ なお , これ に 4メー トル解像 度 の セ ンサ ー も加 えて搭 載 してい る ｡ しか
ち, 1メー トル解 像 度 の デ ー タは三 日 ご とに, また 1メー トル よ りも劣 る 4メ ー トル の
デ ー タは一 日ご と,地球 上 の どん な場 所 に も回帰 す る能力 に よって,必 要 なユ ーザ ー- の
更新 画 像 を提 供 す る｡ この能力 は,農業 ,建設業 ,地 図事 業 ,公共事業 ,旅行業 ,都市 計
画 ,保 険 及 び危機 管理 ,報 道 そ の他 を含 む,幅広 い分野 の産業 に とって必 要 な情 報 を提 供
で きる能力 を備 えてい る｡
1メー トル解像 度 のパ ンクロマ チ ック (白黒 )画像 で見 える細 部 は,例 えば, トラ ック
や タクシー,バ スや道路 ,パ イプ ラ イ ン,個 別 の樹 木 ,作 物 ,大型機 材 ,小 型 ボー ト,船
舶 ,及 び少 な くと も 1メー トルの大 きさを有 す る物 体 を含 んで い る ｡ 人が手 を広 げ, うま
KONOS に撮 影 され れ ば,人 間の姿 もなん とな くわか る とい われ て い る｡I
KONOS
い具 合 に I
の画像取 得 の セ ンサ ー は,個 々の 人間 を完 全 に見分 け る程 ,強力 で はないが ,今 までの解
像 度 をは るか に上 回 る高 精 度 を実 現 して い る ｡ 以 下 に I
KONOS に搭 載 され た セ ンサ ー の
仕様 を紹 介す る｡
表5 I
KONOSに搭載 されたセ ンサーの仕様5.
セ ンサータイプ
素子数 (ピクセル数)
波長域 (
バ ン ド)
リニアア レイ
マルチスペ ク トル
1
3,
81
6個
3,
45
4個
∃
日三
0.
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地上分解能 (
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直下)
撮影角度260 (
オフナデ ィア260)
マルチスペ ク トル
撮影角度 00 (
直下)
撮影角度260 (
オフナデ ィア260)
撮影幅
撮影角度 00 (
直下)
撮影角度260 (
オフナデ ィア2
60)
撮影傾斜角度 (
ポインテ ィング)
全方向に45度迄
0.
82m
1.
0m
i3.
3m
4.
0m
l
l.
3
km
1
3.
8
km
972年 に打 ち上 げ られ た ラ ン ドサ ッ ト 1号
以上 の結 果 か ら, 人工 衛星 デー タの解像 度 は1
の80メー トルが ,82セ ンチ メー トルの情 報 をキ ャ ッチす る ところ まで至 ってい る｡
1
6
全
柄徳 ･杉 山 和一 ･茂地
徹
4.本研 究 に使 用 した I
KONOSデ ー タ
本研 究 で は,長崎市及 び横 須賀市 の デ ー タを使用 し,GI
Sデー タ と関連 した情 報抽 出 を
試 み た｡特 に,今 回のデー タは両方 とも ｢
斜 面 地 区｣に限定 した調査 区域 を設定 し,詳細
Sデ ー タの情 報 抽 出 を行 う とと もに,現 地 調 査 を実 施 す る こ とに よ り,
測量 にか か わ る GI
コンピュー タに よる結果 の検 証 を行 った｡
以下 の表 6に,長崎市 と横 須賀 市 の メ タデー タの一部 を ま とめてい る｡
表 6 本研 究で用 いた I
KONOSデータのメタデータリス ト
メタデータの項 目
長
崎
市
横
須
賀
市
Cr
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YOKOSUKASHI(
KANAGAWA)
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中略)
NAGASAKI
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NAGASAKI
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中略)
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中略)
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0725
811 20
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1
51
860
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62
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Ⅰ
KONOS- 2
Ⅰ
KONOS- 2
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長崎市 のデ ー タは2001年 3月11日の午前 10時 55分 に現 地 を撮 影 してお り,現 地撮 影精 度
は緯 度方 向 に対 して91セ ンチ メー トル,経 度方 向 に対 して86セ ンチ メー トルのス キ ャニ ン
グ精 度 を維持 してい る｡ なお,横 須賀 市 のデー タは2000年 8月19日の午前 10時 15分 に現 地
4セ ンチ メー トル,経 度方 向が85
を撮 影 してお り,現 地の ス キ ャニ ング精 度 は緯 度方 向が8
セ ンチ メー トルの精 度 を維持 してい る｡
高解像度衛星 (
I
KONOS)データによる GI
Sデータ摘出及び利用形態に関する研究
1
7
図 1 本研究で使用 した I
KOWOS画像デー タ (
左が長崎市,右が横須賀市)の様子
5.l
KONOSデータの解析処理 と GI
Sデータの抽出
5. 1 長崎 市 のデ ー タ
KONOSデ ー タか らの土 地
長 崎市 の デ ー タはテ ス トエ リア と して ｢
立 山地 区｣ を選 び ,I
NDVI
) と GI
Sデ ー タ抽 出 を試 み た｡ その手順 は図 2の とお りで あ る ｡
被 覆 の植 生 分布 (
今 回使 用 した I
KONOSデ ー タの オ リジナ ル は,縦 と横 幅 が 約 5キ ロ メー トル に上 り,
フー ルサ イズの 四 バ ン ド全 部 を含 む場 合 , 合 計 1
00メ ガ を超 え る大 容 量 とな って い る ｡ 本
研 究 で は,立 山地 区 を四 角の ポ リゴ ン と して選 び ,I
KONOSデ ー タを必 要 な部 分 のみ カ ッ
トし使用 して い る｡
KONOSデ ー タは, グ リ ッ ドデ ー タ と して 変換 し, 簡 易
立 山地 区 の みが カ ッ トされ た I
ポ リゴ ン作 成 の ため に用 い た｡ グ リ ッ ドデ ー タ と して変換 したバ ン ドの うち,簡 易 ポ リゴ
KONOSデー タ解析処理手順
図 2 長崎寸卜 立山地区の I
1
8
全
柄徳 ･杉山 和一 ･茂地
徹
ン作 成 に用 いた もの は GREEN バ ン ドである｡ 簡易 ポ リゴ ンデー タの作 成 には, カラー画
像 をその まま利用 し,画像 の高能率符号化法 として色相差 を用 いた領域統合法6)
な どの様 々
な手法が提案 されているが,今 回は簡便 に行 える もの として二値化 の方法 を用 いていた｡
画像 を見 なが ら しきい値 を決 め,画像 の コ ン トラス トを強調 させ,極端 に変 わる部分 を線
cVi
e
w を用 い て,一 つ一 つ の ポ リゴ ン
や ポ リゴ ンと して抽 出 した｡結 果 を基 図 と して Ar
のデー タを再抽 出 した｡ この ように して出来上が った もの を最終 的 なポ リゴンの結果 とし
た｡
(
a)I
KONOS立 山地 区
(
b)二値化による簡易ポリゴン生成
(
C)バ ン ド4とバ ンド3による NDVI結果
(
d)Ar
c
Vi
e
w からのポリゴン生成結果
図 3 NDVIとポリゴン生成結果
高解像 度 衛星 (
I
KONOS) データによる GI
Sデータ抽出及び利用形態に関する研究
1
9
特 に, 図 3の (
C) の結 果 は, 白 くな るほ ど植 生 の状 態 が よい こ とを表 し,暗 くな る ほ
KONOSデー タに よる NDVI (
植物 活性 度) の
ど植生 の反応 が鈍 い こ とを意 味 してい る｡I
結果 であ る ｡ この結 果 は ラ ン ドサ ッ トや も もな どの低解像 度 か らは得 られ なか った,町 ご
との植生状 況調査 を可能 に してお り,撮影 の周期 が短 い こ とか ら,環境評価 や簡便 な植生
調査 な どに有効 な ツールであ るこ とが分 る ｡ 実 際,立 山地 区 を歩 き,植生調査 を行 って見
た経験 か らす れ ば ,I
KONOSデー タの有効性 は十分 にあ る｡
5. 2 横 須賀市 のデ ー タ
本来 な らば ,I
KONOSデー タはステ レオ画像 か ら 3次元 デ ー タが抽 出可 能 となってお り,
ステ レオ写真測量 の新 しい提 案 を切 り開 くものであ る｡ 残 念 なが ら,今 の ところ 3次元抽
出が可 能 なステ レオペ アーの画像 は少 な く,特 に,斜面地 にお け るデ ー タは得 られ ないの
が現状 であ る｡ そ こで,本研 究 で は斜 面が広が る横 須賀市 の谷戸 地 区 をテス トエ ー リア と
選定 し, ステ レオデー タか ら得 られ るであ ろ う, レーザ プロ フ ァイラーデ ー タを重 ね, ど
れ だけ詳細 な情 報が得 られ るか を確 認 した｡手順 は図 4の とお りであ る｡
図 4 横須賀市 ･逸見町の谷戸地区における I
KONOSデータの活用解析手順
横 須賀市 のデー タは, まず ,横 須賀市役所 を中心 とす るほぼ全域 が入 る よう配慮 した｡
しか し,谷 戸地 区 (
斜面 地 匝)が発達 した地域 は市 の北 部 に位置 してい る こ とか ら,市 内
か ら一番最 初 の谷戸 地 区であ る逸 見町周辺 の地域 を,テス トエ ー リア と して選定 した｡ ま
た,本来 な らステ レオ画像 か ら 3次元 デー タを抽 出す る予定 で したが蓄積 画像 が ない こ と
か ら, 3次元 デー タが抽 出 された ときの可 能性 を調べ るため, レーザ プロフ ァイラーデー
タを購 入 した｡ レーザ プ ロフ ァイラーデー タは斜面 地が並 ぶ谷戸地 区 と山の地域 を含 む も
a)
の赤 い線 で囲 ったポ リゴ ン地域 を選 んだ｡
の と し,図 5の(
1メー トル
本研 究 で は, これ らの レーザ プ ロフ ァイラーデー タか ら三次元 画像 を作 成 し,
KONOSデ ー タの利 用 可 能性 につ い て調 べ た｡ 3
精 度 の 3次 元情 報 が抽 出 され た ときの I
次 元画像 を作 成す るための順 番 と して は,まず ,レーザ プロフ ァイラーデ ー タ(
ポ イン ト)
2
0
仝
柄徳 ･杉山 和一 ･茂地
徹
をグ リッ ドデー タに変換 し, 3次元表示 を試 み た｡ また, 3次元環境 の 中で様 々な角度 か
ら観 測 可 能 にす るため に, グ リ ッ ドデ ー タを TI
Nデ ー タに変換 し,Ar
c
Vi
e
wの 3D ツー
ル を利 用 し表現 した｡ これ らの結果 を図 5に示 してい る｡
(
a
)I
KONOS横須賀市域
(
b) グリッ ドデー タによる三次元表示
(
C) 1メー トル間隔の等高線抽出
(
d
)TI
Nデータによる 3D表現
図5
3次元情報 を重 ねた横須賀市 の谷戸地 区 (
逸見町)
高解像 度衛星 (
I
KONOS)デ - 夕に よる GI
Sデー タ抽 出及 び利用形態 に関す る研 究
5.結
21
請
以上 の結果か ら,以下の ような結論が得 られる｡
(
1) I
KONOSデー タによる高解像度の NDVI作成が可能であった｡
(
2) I
KONOSデー タによる GI
Sデー タ (
ポ リゴンや ライ ン)の作 成がで きた｡
(
3) I
KONOSデー タか ら得 られ た と仮定 した ｢レーザ プロファイラーデー タ｣ による斜
面地 区 (
谷戸地区)の 3次元表示がで きた｡
(
4) 起伏 が激 しい斜面地の 1メー トル間隔の等高線作成がで きた｡
6.お
わ
り に
本研 究 は, まだ多 くの未解決部分があ り,可能性 を明 らか に した とはいいがたい｡ しか
し, これか ら使 えるであろ う I
KONOSの使 い道 につ いて,二 ･三 の方法 を提 案 す る こ と
がで きた｡ また,斜面地 区 にお け る I
KONOSデー タの利活用が大 い に期待 で きる こ とが
わか った｡
しか し,斜面地区における幾何補正 や正射投 影 は欠かせ ない ものであ り,I
KONOSの画
像 にお ける幾何補正 は,単純 なアフ ィン ･ヘ ルマ ッ ト変換 では解決 で きない｡
Sデー タ抽 出
今後 の課題 としては,ステ レオ画像 か らの 3次元 デー タの抽 出で あ り,GI
のための色相差 をもちいた領域統合法 を適用 した結果 を試み るこ とである｡ また,精度 よ
い幾何補正 の方法 を探 る必要があ る｡
最後 に,本研 究 の ための長崎市 の I
KONOSデ ー タを提供 して くだ さった,長崎 県 GI
S
研究協議会の梅 田和子理事 に感謝 の意 をあ らわす次第である｡
参
考
文
献
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6.谷口慶治,画像処理工学 ｢
応用編｣,p
p.
327-33
3,共立出版,20
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