レーザープロファイラデータを用いた初生地すべりの

土木技術資料 50-9(2008)
報文
レーザープロファイラデータを用いた初生地すべりの計測評価
笠井美青 ＊ 池田
学 ＊＊ 藤澤和範 ＊ ＊＊
ることで、レー
1．はじめに 1
N
ザープロファイ
地すべり災害を防止・軽減する為には、まず地
ラデータを解析
すべりを抽出してその活動状態を調べ、各々の斜
することによっ
面に適切なモニタリングや対策を施す必要がある。
て得られる初生
しかし「過去に移動したことのない斜面で初めて
地すべりの地形
発生し、かつ発生してからの年月が短い」地すべ
的特徴を明らか
り（ここで「初生地すべり」と定義）は、地すべ
にしようとした。
り地形に特徴的な緩斜面はまだ発達しておらず、
2.1 天ノ川地区
地すべりの輪郭も不明瞭である。その為、空中写
天ノ川地区で
真から作成した従来の等高線図を用いて、それら
は、新宮川水系
を判別する事は困難であった。一方で「初生地す
天ノ川に沿って
べり」では、最近の活動による亀裂や段差等の微
急峻な斜面が連
地形は地表に現れることから、近年発達の目覚ま
続 し （ 図 -1 ）、
しいレーザープロファイラデータを活用すること
地すべりはこの
が、判別を進める上で期待されている。レーザー
斜面で発生して
プロファイラを用いることにより、針葉樹林や疎
いる。地質は白
林、冬枯れした森林であれば、森林下であっても
亜紀に形成され
高密度且つ高精度な地表測量ができる。測量デー
た砂岩と頁岩が
タから作成された詳細な等高線図や地形のイメー
主 で あ り 、
ジ図は、地すべり判読の場に取り入れられてきて
チャートや緑色
いるところである。しかし地形情報が詳細であっ
岩類を伴う。全
ても、地すべりの判読には判読者の主観が反映さ
般に風化の程度
れる事は避けられない。そこでレーザープロファ
は弱い。この地
イラデータを解析して、初生地すべりが発生して
区 で は 2005 年 3
いる斜面の地形特性を数値で表す事が出来れば、
月にレーザープ
図-1
天ノ川地区
図-2
中津川地区
初生地すべりの判読に貢献出来ると考えた。
本報ではレーザープロファイラデータ起源の
DEMを 用 い て 地 形 解 析 を 行 い 、 初 生 地 す べ り を
計測評価した結果を報告する。
2．解析対象地
地 形解 析は 、 2地区 を対 象 に行 われ た。 それ ぞ
れの地区にて、初生地すべりの他にも、主に崩土
が 堆 積 し て いる 斜 面 （以下 、 崖 錐 斜 面 ）、 発 達し
た古い地すべり、地山斜面にて解析が行われた。
これらの斜面ブロックの解析結果を同時に比較す
────────────────────────
Characterizing geomorphic features of landslides in early
development stages by analyzing LiDAR-derived DEM
－ 12 －
表-1
天ノ川地区解析対象斜面ブロック概要
斜面番号
1
2
3
4
5
6
表-2
面積 (ha)
3.5
4
7.5
5.3
2.8
7.1
備考
崖錐斜面
崖錐斜面
地すべり地形
初生地すべりの可能性が高い
初生地すべりの可能性が高い
地山斜面
中津川地区解析対象斜面ブロック概要
斜面番号
1
2
3
4
5
面積 (ha)
1.9
0.5
0.9
1
10
備考
崖錐斜面
地すべり地形
初生地すべり
崖錐斜面
地山斜面
土木技術資料 50-9(2008)
α
認 され た。 斜面 番号 1, 2, 3, 4の 斜 面 ブ
法線ベクトルのばらつき
ロックは、現地調査結果を基に輪郭が
描かれた。地質は中新世の凝灰岩、安
山岩と玄武岩からなる溶岩及び火山砕
屑物が分布し、局所的には白亜紀の花
近傍8点から算出さ
れた近似平面の法
線ベクトル
対象グリッドポイント
の水平面に対する法
線ベクトル
図 -3
α
近傍8点から算出さ
れた近似平面
崗 岩 類 も 見 ら れ る 2) 。 2003 年 の 融 雪 期
対象グリッドポイント
における斜面勾配
測量が行われ、2mグリッドのDEMが作
各 グ リッ ドポ イン トに お け 図 -4
る斜面勾配
（ 5月 ） にレ ーザ ープ ロフ ァ イラ によ る
各グリッドセルにおける法線
ベクトルのばらつき概念図
成された。
3．解析手法
ロ フ ァ イ ラ に よ る 測 量 が 行 わ れ 、 1mグ リ ッ ド の
レーザープロファイラによる測量データを解析
DEMが 作 成 さ れ た 。 こ の DEMを 用 い て 6斜 面 ブ
するにあたり、本研究では斜面の特徴を表す解析
ロッ クを対象 に地形解 析を行 った（図 -1、表 -1）。
要素として、斜面勾配と固有値比を用いた。斜面
このうちの2斜面ブロック（斜面番号：4,5）は現
勾配は、地すべりの活動による地形の変化を表現
地踏査によって、岩盤の緩みや陥没帯の存在から
出来る。また固有値比は地表面の粗さの指標であ
初生地すべりの可能性が高いとされた。その他の
ることから、微地形の発達による地表の凹凸の変
解析対象は、広い範囲で崩土が堆積していること
化を表すことが出来ると考えた。
が 現 地 に て 確 認 さ れ た 2つ の 崖 錐 斜 面 （ 斜 面 番
3.1 斜面勾配
号 ： 1,2）、 1つ の 発 達 し た 地 す べ り （ 斜 面 番 号 ：
DEM上 の あ る 点 に お け る 斜 面 勾 配 は 、 そ の 点
3）、 1つ の 地 山 斜 面 （ 斜 面 番 号 ： 6） で あ る 。 地
に お ける 水平 面の 法線 ベク ト ルと 、近 傍 8点か ら
山斜面は侵食前線より上方の緩斜面に位置する。
なる近似平面の法線ベクトルとがなす角として求
それぞれの斜面ブロックについては、現地調査及
めた（図-3）。
びレーザープロファイラデータから作成された
3.2 固有値比
DEMを 視 覚 化 し た 図 （ 図 -1） を 基 に 輪 郭 が 描 か
固 有 値 比 は DEMの 各 グ リ ッ ド セ ル 平 面 の 法 線
れた。
ベクトルの方向について、隣接するセル間のばら
2.2 中津川地区
1)
つ き を 表 す 値 で あ る 3) （ 図 -4）。 活 発 な 地 表 活 動
阿武隈川水系の摺上川ダムに流入する中津川沿
が起こっている場では地表面が粗くなり、固有値
い で 、 5斜面 ブロ ック を対 象 に地 形解 析を 行っ た
比 が小さ くなる事 が報告さ れてい る 4) 。固 有値比
（ 図 -2、 表 -2）。 斜 面 番 号 3は 、 2004年 に 緩 み 岩
の 求 め 方 を 以 下 に 示 す 。 グ リ ッ ド セ ル iに お け る
盤が確認され、その後のボーリング調査ですべり
法線ベクトルを（x i , y i , z i ）とすると、法線ベク
面が確認された初生地すべりである。他の解析対
トルの方位行列, Tは
象は、崖錐斜面（斜面番号：1,4）、地すべりとし


T =


ての活動を休止して久しいと見られる古い地すべ
り （ 斜 面 番 号 ： 2）、 尾 根 と 小 沢 を 含 む 地 山 斜 面
（ 斜 面番 号： 5） であ る。 崖 錐斜 面は 現地 にて 、
∑ x ∑ x y ∑ x z 
∑ y x ∑ y ∑ y z 
∑ z x ∑ z y ∑ z 
2
i
i
i
2
i
i i
i i
i
i i
i i
i
(1）
2
i
崩土が広く堆積した斜面ブロックであることが確
表-3
固有値比
1-2.25
2.25-2.5
2.5-2.75
2.75-3
3-4
4-5
5-6
固有値比と地表の様相（天ノ川地区）
亀裂の入った
又は緩んだ岩盤
○
○
○
崖錐堆積物
○
○
○
○
緩やかに
起伏した地表
○
○
○
表-4
固有値比と地表の様相（中津川地区）
固有値比
1-2
2-3
3-4
4-5
5-6
6-7
7-8
注）「穏やかに起伏した地表」の起伏はおよそ 1.5m以下
崖などの
崖錐
緩やかに
露岩地
堆積物
起伏した地表
○
○
○
○
この行列から
3個 の 固 有 値 が
得られるので、
○
○
○
○
○
値の大きいもの
○
○
○
○
か ら 順 に 、 λ1,
λ2, λ3 と す る 。
各固有値を法線
－ 13 －
土木技術資料 50-9(2008)
ベクトル数nで除算し、S 1 , S 2 , S 3 を求める。
(2)
本 研 究 で は 3行 3列 の グ リ ッ ド セ ル 間 の ば ら つ
1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
斜面番号
1
2
3
4
5
6
0.5
0.4
きを求めているので、n = 9を用いた。ここでは
0.3
McKean and Roerling 4) が用いた方法と同様に、
0.2
S 1 とS 2 から、固有値比γを以下の式から求めた。
ln(S 1 ／S 2 )
0.5
斜面番号
1
2
3
4
5
0.3
0.2
0.1
0.0
0.0
10
20
30
40
50
60
70
80
0
10
(3)
図-5
4．現地調査
を行い、地表の様相を調べた。それぞれの場にお
いて、観察された地表の様相と、地形解析によっ
て得られた固有値比の値を照合し、関連を調べた。
5．結果
density
解 析 対 象 斜 面 ブ ロ ッ ク （ 図 -1と 図 -2） は 踏 査
斜面勾配の累積密度
（天ノ川地区）
図-7
1.0
1.0
0.9
0.9
0.8
0.8
0.7
0.7
0.6
0.6
0.5
0.4
0.3
0.3
0.2
0.2
0.1
0.1
0
内の 6割以上 が 40度以上の急な斜面 単位からな っ
60
70
斜面勾配の累積密度
（中津川地区）
2
4
6
8
10
12
0
図-6
固有値比の累積密度
（天ノ川地区）
2
4
6
8
10
12
γ
γ
ブ ロ ッ ク （ 斜 面 番 号 ： 4,5） で は 、 斜 面 ブ ロ ッ ク
50
0.0
0.0
天ノ川地区の初生地すべりの可能性が高い斜面
40
30
0.5
0.4
5.1 天ノ川地区
20
slope (degree)
slope (degree)
density
=
0.6
0.4
0.1
0
γ
density
= λk / n
density
Sk
1.0
図-8
固有値比の累積密度
（中津川地区）
割 以 上 、 35 度 以 下 の 斜 面 単 位 が 2 割 以 上 分 布 し
た （ 図 -5）。 ま た 斜 面 ブ ロ ッ ク 内 の 約 1割 が 固 有
（ 図 -7）、 他 斜 面 ブ ロ ッ ク よ り も 勾 配 の 分 布 に ば
値 比 2.5以 下 で あ り 、 他 の 斜 面 ブ ロ ッ ク と 比 較 し
らつきが見られた。これは地表に様々な様相が混
て 2倍 ほ ど 高 か っ た （ 図 -6）。 初 生 地 す べ り の 可
在している為であり、斜面ブロック内ではそれら
能性が高い斜面ブロックでは、亀裂が入ったり緩
の 様 相 を 含 む 固 有 値 比 4-5 （ 表 -4 ） の 割 合 が 高
んだりしている岩盤が、他斜面ブロックと比較し
かっ た。固有値比 5-6の割合 も高く、固有 値比 4-
て現地で多く見られた。天ノ川地区の解析対象斜
6で あ る 斜面 単位 の割 合は 、 初生 地す べり ブロ ッ
面全体について、現地で観察された地表の様相と
ク 内 の 約 2割 を 占 め た （ 図 -8）。 ま た 初 生 地 す べ
その場における固有値比の関係を整理したところ
りでは、現地にて急崖が各所に確認されており、
（表-3）、固有値比が2.75以下の場ではそのような
こ の 様 相 が 存 在 す る 固 有 値 比 2.5以 下 の 斜 面 は 、
岩盤が分布しており、初生地すべりの可能性が高
ブ ロ ック 全体 のほ ぼ 1割を 占 めた 。こ の範 囲の 固
い斜面ブロックにおける現地観察結果と一致した。
有値比の斜面単位は、崖錐斜面内（斜面番号：
一 方 、発 達し た地 すべ り（ 斜 面番 号： 3） では 、
1,4） で は そ の 割 合 の 半 分 以 下 で あ っ た 。 一 方 、
勾 配 35度 以 下 の 斜 面 単 位 の 割 合 が 半 分 以 上 を 占
地 山 斜面 （斜 面番 号： 5） で は、 尾根 や小 沢な ど
め た （図 -5）。ま た斜 面ブ ロ ック 内に おい て固 有
の急な傾斜の変換点を多く含んでいる為に、この
値 比 4-6（ 表 -3） で あ る 斜 面 単 位 の 割 合 が 約 3割
範囲の固有値比の斜面単位が占める割合が、初生
と 、 他斜 面ブ ロッ クに 比べ て 多か った （図 -6）。
地すべりより若干少ない程度であった。
古い地す べり（斜面番号： 2）では 、勾配が 35
現地調査結果との比較では、この範囲の固有値比
の 場 で は 、 0.5m深 の 陥 没 等 、 緩 や か な 地 形 の 変
度以下の斜面単位の割合が約４割を占めて、全体
形が見られた。
的 に 緩勾 配で あっ た（ 図 -7）。 お そら く活 動を 停
5.2 中津川地区
止してからの時間の経過が長かった為に、地表面
中 津川 地区 の初 生地 すべ り （斜 面番 号： 3） で
は、地すべ り内にて勾配45度 以上の斜面単位が 4
は 侵 食 さ れ て 滑 ら か で あ り 、 固 有 値 比 2.5以 下 の
斜 面 単位 は非 常に 少な かっ た （図 -8）。ま た初 生
－ 14 －
土木技術資料 50-9(2008)
地 すべ りと比 較し て、固有 値比 が 4-6である 斜面
なお地質的な条件が異なる地域では、初生地す
単 位 の割 合は 若干 少な かっ た が、 固有 値比 が 6以
べりの地形的特徴や、解析要素と地表の様相との
上の割合は1割多かった。
関係が、本研究の結果とは異なる可能性が大きい
と考える。また解析要素と地表の様相との関係に
6．まとめ
つ い て は 、 地 質 ・ 地 形 的 要 因 の 他 に も 、 DEMの
両地区の初生地すべりについては、他斜面ブ
サイズが関係すると思われる。例えば中津川地区
ロックと比べて急勾配の斜面単位が多かったこと、
では天ノ川地区と比較して、同様の地表の様相を
ま た 固 有 値 比 が 2.5 以 下 で あ る 斜 面 の 割 合 が ブ
表す固有値比の範囲が、やや高い値で幅広く現れ
ロ ッ ク内 の約 1割 を占 めた こ とが 共通 して いた 。
た 。 こ れ は 前 者 の DEMの グ リ ッ ド サ イ ズ は 後 者
これは両地区の初生地すべりが、緩んだり亀裂が
よりも大きく、地形が若干ならされて表現される
入ったりした岩盤や、急崖を多く含むためであっ
ことが原因の1つであると考えられる。
た。また中津川地区では、初生地すべり内に様々
今後は、他地域についても同様の研究を続け、
な 様相 の地表 が存 在するこ とで 、固有 値比 が 4-6
汎用性のある初生地すべりの計測評価方法を検討
である斜面単位の割合も多かった。
していきたい。
一方、天ノ川地区は中津川地区と異なり、固有
値 比 4-6が分 布する 場では 、穏 やかな 地表 の起 伏
謝
辞
が主に見られた。この地区では発達した地すべり
本研究の実施にあたり、データの提供をしてい
に、この範囲の固有値比をとる斜面単位の割合が
ただいた奈良県及び国土交通省東北地方整備局摺
多 かっ た。こ れら の結果か ら、 固有値 比 4-6の場
上川ダム管理所に深く感謝いたします。
における地表の様相は異なるにしても、それぞれ
の地区においてこの範囲の固有値比の斜面単位が
参考文献
ブロック内に占める割合を、地すべりの発達や活
1） 笠井美青、池田学、藤澤和範、松田昌之、鈴木雄介：
航空レーザー測量データから作成されたDEMの解析
に基づく地すべり地形発達プロセスの推定、地すべり
学会誌, pp26-32, 2008
2） (社 )東 北 建 設 協 会 :建 設 技術者 の た め の 東 北地 方 の
地質、東北建設協会、408p、2006
3） Woodcock, N.H.: Specification of fabric shapes
using an eigenvalue method, Geol. Soc. Amer.
Bull., Vol. 88, pp1231-1236, 1977
4） McKean, J., Roering, J.: Objective landslide
detection and surface morphology mapping
using high-resolution airborne laser altimetry,
Geomorphology, Vol. 57, pp331-351, 2004
動の度合いの指標と出来る可能性があることも分
かった。
本研究では、地すべりの地形的特徴が現地調査
によって地表の様相とともに明らかに出来れば、
その様相を表す固有値比や斜面勾配の空間分布を
地すべり判読の際の指標として活用できる可能性
を示すことができた。これらの解析値の空間分布
は、レーザープロファイラデータから作成された
等 高 線 図 や DEMを 視 覚 化 し た 図 な ど と 組 み 合 わ
せることにより、初生地すべりの輪郭を想定する
際に役立つと考えられた。
笠井美青*
独立行政法人土木研究所つくば
中央研究所土砂管理研究グルー
プ地すべりチーム研究員, PhD
(環境科学)
Dr. Mio KASAI
池田
学**
エイトコンサルタント㈱技術本
部プロジェクト部防災・解析
チーム（前 独立行政法人土木
研究所つくば中央研究所土砂管
理研究グループ地すべりチーム
交流研究員）
Manabu IKEDA
－ 15 －
藤澤和範***
独立行政法人土木研究所つくば
中央研究所土砂管理研究グルー
プ地すべりチーム上席研究員
Kazunori FUJISAWA