LIDAR データを用いた丘陵地における 微地形と植生の関係評価手法

平成
25
年度
課程博士学位請求論文
LIDAR データを用いた丘陵地における
微地形と植生の関係評価手法に関する研究
立正大学大学院地球環境科学研究科
環境システム学専攻
平春
Abstract
The obj ect ive of t his stud y i s t o develop the informati on t o be
provided for natural regenerati on b y investi gat ing the rel at ionshi p
bet ween
Mi cro -La ndform
and
veget at ion
in
hil l y
area
of
H ig as hi - mats u yam a Cit y in Sa itam a Pref . The Micro -La ndform was
cl assi fied based on t he conversi on li ne of t he sl ope angl e deri ved from
DEM (di git al el evat ion m odel ) generat ed from LIDAR ( Laser Im aging
Det ecti on And Rangi ng). Furt hermore , we s umm arized t he cl assi fi cat ion
sit uati on of each Mi cro - Landform b y ev er y t ree m easurem ent . Finall y,
the rel ati onship bet ween veget at ion and Mi cro - Landform i n the stud y
area was det ect ed b y anal yz ing t he rel ati onshi p bet ween t he summ ariz ed
sit uati on of Mi cro - Landform and the wood y l ife t ype correspond i ng t o
the Mi cro - Landform cl assi fi cat ion usi ng TW INSPAN.
(1) In chapt er one, the background , ori ent ati on , objecti on, previ ous
studi e s and characteri sti cs of this research were descri bed. Thi s
res earch is desi gned to obtain the di rect ion of t he subj ect of natural
regenerati on .
(2) In chapt er t wo, t he charact eri st ics of the stud y area and the dat a
us ed in t hi s st ud y were descri bed. We sum marized t he topographi c
conditi ons and vegetation condi ti ons of the stud y area and perform ed
fi el d s urve y for t he area that not undergoing veget at ion m anagem ent in
Iw ad on o Fo res t Pa rk . The LIDAR dat a and radi o cont rol heli copt er
aeri al photograph y t hat used as research dat a were al so demonst rat ed .
(3) In chapt er t hree, the accurac y assessm ent of LIDAR dat a was
perform ed. In order to derive the DEM dat a from LIDAR dat a, t he l aser
pul s e dat a was fil t er ed , and the l aser pulse that regarded as ground
surface was t hen ext ract ed t o interpol at e . Based on the filt eri ng
al gori thm proposed b y Kraus, whi l e t aking t he i ndivi dual feat ures of
target dat a i nt o considerati on, we used t he Quad -Tree m ethod to ut iliz e
the fi nal hi erarchi cal dat a model that generated b y di vi di ng t he sat isfi ed
grid int o quart ers repeat edl y. The error bet ween t he m easur ed el evat ion
dat a and fi lt eri ng resul t s was cal cul at ed, whi ch has a good agreem ent
i
wit h accurac y assessed area.
(4) In chapt er four, we i nvesti gat ed the possibi lit y of appl yi ng t he
radio cont rol heli copt er aeri al photograph y for anal yz i ng veget ati on and
terrai n as well as assessed t he accurac y. We ex am ine d t he rel at ionshi p
bet ween t he degree of t he sk y opening of the forest and t he spati al
dis tributi on of t he laser pulse LIDAR dat a for bot h the area under
Weed in g w ork and the are a th at no t und er Weed in g w ork as a
corres pon di ng t o veget ati on m anagem ent act iviti es. The d egree of sk y
opening of t he forest was cal cul at ed b y usi ng the cl assi fi cat i on resul t of
forest crown and b e tw een the crow n from aeri al phot ographs of radi o
cont rol heli copt er . Th e res ult s how s t h at, i n th e ma na ge d are a, much
more l ast pulse are refl ect ed from the space between crowns, whi ch has
a l ow average error b y compari ng with fi el d m easured dat a. However,
there was a cont r ary resul t in t he area wit hout m anagement . Based on
the dis t ance bet ween t he l aser pul se and ground surface, we creat e a
dis tributi on
m ap
of
t ree
hei ght.
T hen
by
i nvest i gat i ng
spati al
dis tributi on of the laser pul se and its perm eabili t y, t he vert i cal
dis tributi on of t he forest was obt ained.
(5)
In
chapt er
five,
the
Mi cro - La ndform
cl assi fi cat i on
was
perform ed based on t opographi cal surve y, fi eld observat ion , and
geol ogi cal and soil surve y. F i eld observat ion is to observe t he posi tion
of parti cul ar convert ed point and t he shape of pl ane at a slope as well as
the condi tion of col lapsed t errai n . Topographi cal surve y i s to capt ure
the conversion poi nt at a slope b y using t he reference poi nt s t hat used t o
vali dat e the accuracy of the LIDAR dat a fil t ering b y the t ool of TS. S oi l
surve y i s t o i nvesti gat e the change of Mi cro - Landform at a sl ope due t o
di fferent soi l l a yer s, because t he wat er erosi on coul d cause t hi ckness of
accumul at ed sedi m ent oft en change. Accordi ng to the resul t, t he l ocal
Mi cro - Landform could be cl assi fied as Lower si desl ope , Crestslope,
Upper sidesl ope, Headholl ow and lower sidesl ope.
(6) In chapt er six, The Mi cro -Landform was cl assi fi ed b y using
conversi on li ne of the incl ination angl e from DEM generat ed from
LIDAR dat a. This result was com pared wi th t he Micro - Landform
cl assi fied b y t he fi eld m easurem ent dat a, and the result indi cat ed that
ii
two cl assifi cati on data were consi st ent with hi gh accurac y.
(7) In chapt er seven, t he li fe t ype of t he t rees i n hi ll y area was
inv esti gat ed b y summ arizing the sit uat ion of the Mi cro - Landform
cl assi ficati on after measurem ent of every t ree in t he stud y area. Fi nall y,
the rel ati onshi p bet ween veget ati on t ype and Mi cro - Landform in t he
stud y area was reveal ed b y anal yz i ng t he rel ati onship bet ween the
Mi cro - Landform
cl assi fi ed
in
t hi s
stud y
and
wood y
li fe
t ype
corres ponds to t he Mi cro - Landform cl assi fi cation using TW INSPAN.
(8) In chapt er ei ght , sum mar y of the main results .
iii
要旨
本論文は，埼玉県東松山市に位置する岩殿丘陵を対象とし，丘陵地に
おける微地形と植生の関係を評価し，自然再生に供する情報を推定する
こ と を 目 的 と し た 。微 地 形 の 区 分 に は L ID A R（ L as er Ima g i ng D et ect ion
And Ra ng in g ） か ら 生 成 し た D EM を 使 用 し た 。 こ の D E M か ら 傾 斜 角
の変換線を抽出し，微地形の区分を行った。対象地域における毎木調査
を行い，微地形区分に対応する木本植生生活型との関係を解析し，対象
地域研究地域の植生と微地形の関係の評価手法につき検討した。
本論文は 8 章から構成される。
1 章では研究背景と位置づけ，研究目的，既往の研究，及び研究特徴
について述べた。すなわち，自然再生という課題に注目し，微地形と植
生の関係を評価することよりその方向性を把握することである。
2 章では研究対象地域の特徴，使用データについて述べた。対象地域
の地形概況と植生概況をまとめた。研究調査地は，比企丘陵自然公園に
位置する下草刈り管理を行っている場所としていない場所，二つの小流
域 で 設 置 し た 。 研 究 使 用 デ ー タ で あ る L ID A R デ ー タ と ラ ジ コ ン ヘ リ デ
ータについて簡単な説明をした。
3 章 で は ， ラ ジ コ ン ヘ リ に よ り 撮 影 し た 空 中 写 真 を 使 用 し て ， L ID AR
データの植生と地形解析に応用する可能性，精度などを検討した。植生
管理に応じて分別された下草刈り作業行っている場所としていない場所
で ，L ID A R デ ー タ の レ ー ザ ー パ ル ス の 空 間 分 布 と 森 林 の 開 空 度 と の 関 係
を調べた。森林の開空度はラジコンヘリによる空中写真より樹冠と樹冠
の間と分類した結果を使用した。この結果，管理されている場所では樹
冠の間から反射するラストパルスが多く，現地測量データと比較した平
均誤差が低い。管理されていない場所ではこの結果が逆だった。また，
レーザーパルスの地表面からの距離より樹高分布図を作成し，そのレー
ザーパルスの空間分布を調べ，その透過性から森林の垂直分布状況を把
握できた。
4 章 で は ， L ID AR デ ー タ に よ り D EM を 作 成 し ， 現 地 測 量 デ ー タ と 比
較しその精度を検証した。レーザーパルスデータをフィルタリング処理
し ， 地 表 面 と 考 え ら れ る レ ー ザ ー パ ル ス を 抽 出 し ， そ れ を 補 間 し D EM
iv
を 作 成 し た 。フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 手 法 は ，K ra us ら が 開 発 し た フ ィ ル タ
リ ン グ ア ル ゴ リ ズ ム に 基 づ き ， 四 分 木 （ Q uad - Tr ee ） 法 を 用 い て ， 解 析
対 象 デ ー タ の 局 部 特 徴 を 配 慮 し な が ら ，一 定 な 条 件 を 満 た す 格 子 に 限 り ，
該当格子を繰返し四等分割し，最終的に階層的なデータモデルを利用し
た 。フ ィ ル タ リ ン グ 結 果 を 現 地 測 量 に よ る 標 高 デ ー タ と の 誤 差 を 計 算 し ，
その精度を検証したところよく一致した。
5 章では，現地観察と地形測量，地質調査と土壌調査手法により微地
形分類を行った。現地観測には斜面の特等的な傾斜変換点や平面の形状
（凹凸型）などの位置と崩壊地形の状態を調査した。地形測量には，ト
ー タ ル ス テ ー シ ョ ン を 使 用 し ，L ID AR デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 精 度 検 証
に使用した基準点を利用して，斜面の傾斜変換点を捉え測量を行った。
土壌調査では，水の浸食作用で運ばれる堆積物の厚さが変わり，それよ
り斜面微地形の土壌層が違うためその変換を調査した。この結果現地の
微地形を頂部斜面，上部谷壁斜面，谷頭凹地，下部谷壁斜面などに区分
できた。
6 章 で は ， L ID AR デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 よ り 作 成 し た D EM を
利 用 し ， 斜 面 微 地 形 分 類 を 行 っ た 。 こ の D EM よ り 傾 斜 角 を 計 算 し ， 断
面図を作成し，断面上の傾斜の変換点を抽出した。その傾斜変換点をつ
なげ，傾斜変換線を作成し，斜面微地形の分類を行った。また，現地測
量 に よ る 微 地 形 分 類 図 を 比 較 し ， L ID AR D EM に よ る 分 類 し た 微 地 形 分
類図の精度を検討した結果，よく一致した。
7 章では，研究地域における植生と地形の関係評価を行った。まず，
研 究 地 域 に お け る 毎 木 調 査 を 行 い ， 樹 種 ， D BH ， 樹 木 の 位 置 ， 樹 高 を 測
定した。次に，樹種と樹木の位置情報を利用し，その対応の地形条件を
調べ，微地形ごとに分類した。そのあと，各樹種の植生生活型を調べ，
TW IN SPAN （ Tw o - Wa y I nd ica tor Sp eci es A nal ys is ） を 用 い て 微 地 形 と
樹木植生生活型の関係を評価し，研究地域における植生と微地形の関係
を明らかにした。
8 章では，本論文における成果をまとめた。
v
目次
Abs t rac t . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . i
要 旨 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . iv
第 1 章
序 論 ............................................................................... 1
1. 1 研 究 背 景 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1. 1. 1 自 然 再 生 の 必 要 性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
1. 1. 2 植 生 と 地 形 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2
1. 2 研 究 目 的 と 特 徴 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1. 3 研 究 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1. 4 本 論 文 の 構 成 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
第 2 章
研 究 対 象 地 域 の 概 況 ......................................................... 7
2. 1 対 象 地 域 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. 1. 1 地 形 概 況 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2. 1. 2 地 質 概 況 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
2. 1. 3 植 生 概 況 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
第 3 章
L ID A R デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 と 精 度 検 証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3. 1 既 往 の 研 究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
3. 2 使 用 デ ー タ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3. 2. 1L ID AR デ ー タ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3. 2. 2 ラ ジ コ ン ヘ リ に よ る 空 中 写 真 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3. 2. 3 現 地 測 量 デ ー タ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
3. 2. 4 そ の 他 の デ ー タ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3. 3 L ID A R デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 と 透 過 性 を 解 析 手 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3. 3. 1L ID AR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3. 3. 2 空 中 写 真 に よ る 樹 冠 と 樹 冠 間 の 解 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
3. 3. 3 L ID AR デ ー タ の 透 過 性 の 検 討 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3. 3. 4 L ID AR デ ー タ の 精 度 検 討 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3. 4 L ID A R デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 と 透 過 性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3. 4. 1L ID AR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3. 4. 2 樹 冠 と 樹 冠 間 の 解 析 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
3. 4. 3L ID AR デ ー タ の 透 過 性 の 検 討 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3. 4. 4L ID AR デ ー タ の 精 度 評 価 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
3. 6 考 察 と ま と め . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42
第 4 章 L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ と 精 度 検 証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4. 1 L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4. 1. 1 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 必 要 性 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 45
4. 1. 2 既 往 の 研 究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 46
4. 2 フ ィ ル タ リ ン グ 方 法 と 精 度 検 証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4. 2. 1 フ ィ ル タ リ ン グ 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
4. 2. 2 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 精 度 検 証 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 51
4. 3 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 と 精 度 検 証 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4. 3. 1 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 52
4. 3. 2 フ ィ ル タ リ ン グ 精 度 評 価 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 56
4. 3 考 察 と ま と め . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
第 5 章
現 地 測 量 に よ る 微 地 形 分 類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5. 1 丘 陵 地 の 自 然 環 境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5. 1. 1 丘 陵 地 の 自 然 環 境 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5. 1. 2 丘 陵 地 の 地 形 分 類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 60
5. 2 微 地 形 分 類 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5. 2. 1 現 地 測 量 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 64
5. 2. 2 土 壌 調 査 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 66
5. 3 微 地 形 分 類 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5. 3. 1 微 地 形 分 類 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
5. 3. 2 土 壌 調 査 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 69
5. 4 考 察 と ま と め . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
第 6 章
L ID A R デ ー タ に よ る 微 地 形 分 類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6. 1 既 往 の 研 究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 72
6. 2 L ID A R デ ー タ に よ る 微 地 形 分 類 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6. 2. 1 条 件 検 索 方 法 に よ る 微 地 形 分 類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73
6. 2. 2 断 面 図 の 解 析 に よ る 微 地 形 分 類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 74
6. 3 L ID A R デ ー タ に よ る 微 地 形 分 類 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6. 3. 1 条 件 検 索 方 法 に よ る 微 地 形 分 類 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6. 3. 2 断 面 図 解 析 に よ る 微 地 形 分 類 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 76
6. 4 考 察 と ま と め . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6. 4. 1 条 件 検 索 方 法 の 考 察 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6. 4. 2 現 地 測 量 に よ る 微 地 形 分 類 結 果 と の 比 較 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 78
6. 4. 3L ID AR D EM に よ る 地 形 表 現 と 地 形 図 と の 比 較 . . . . . . . . . . . . . . . . 80
6. 4. 4 ま と め . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 80
第 7 章
微 地 形 と 植 生 の 関 係 解 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7. 1 既 往 の 研 究 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7. 2 微 地 形 と 植 生 の 関 係 評 価 方 法 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7. 2. 1 植 生 調 査 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
7. 2. 2 植 生 生 活 型 の 分 類 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 83
7. 2. 3 微 地 形 と 植 生 の 関 係 解 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 85
7. 3 微 地 形 と 植 生 の 関 係 評 価 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7. 3. 1 植 生 調 査 結 果 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
7. 3. 3 微 地 形 と 植 生 の 関 係 解 析 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
7. 4 考 察 と ま と め . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
第 8 章
結 論 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 95
謝 辞 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 97
参 考 文 献 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
第 1章
序論
1.1 研 究 背 景
1.1.1 自 然 再 生 の 必 要 性
人間が行ってきた自然の再生産能力を超えた自然資源の過度な利用
などの行為により，自然環境の悪化が進んできた。その結果，生物多様
性は減少し，人間生存の基盤である有限な自然環境が損なわれ，生態系
は衰弱している。自然に対する人為の働きかけによって維持されてきた
里地里山等における二次的な自然環境の質も，生活・生産様式の変化，
人口の減少など，社会経済の変化に伴い，その働きかけが縮小撤退する
ことにより変化している。このように，直接間接を問わず，様々な人間
活動，人為の影響等によって，自然海岸や干潟，湿原などが減少してい
るほか，人工林や二次林の手入れ不足，耕作放棄地の拡大等により，日
本の生態系の質の劣化が進んでおり，身近な野生生物の絶滅のおそれが
高まるなど，自然環境は大きく変化している。
このような過去に損なわれた生態系その他の自然環境を取り戻すこ
と を 目 的 と し た 自 然 再 生 推 進 法 が ， 平 成 15 年 1 月 1 日 よ り 施 行 さ れ て
いる。この法律では，生物多様性の保全にとって重要な役割を担うもの
で あ り ， 行 政 機 関 ， 地 域 住 民 ， N PO ， 専 門 家 な ど 様 々 な 方 の 参 加 に よ り
行われ，河川，湿原，干潟，藻場，里山，里地，森林，サンゴ礁などの
自然環境を保全，再生，創出，又は維持管理することを求めている（環
境 省 ， 2 00 3 ）。 こ の 自 然 再 生 事 業 は 都 市 公 園 ・ 緑 地 事 業 ， 河 川 事 業 ， 港
湾事業等の所管事業を通じて，湿地の再生，蛇行河川の復元，干潟・藻
場の保全・再生，樹林地や里山の保全・再生など様々な自然再生に関す
る 取 組 を 地 域 の 多 様 な 主 体 の 参 画 を 得 て 進 め て い る（ 国 土 交 通 省 ，20 03 ）。
この場所のほとんどが二次的自然であり，人間の手より本来の生態系
が変わっている。では，自然再生事業ではこの二次的自然を元に戻した
らよいのか？現存の状態を保全したほうがよいのか？など方向性を決め
る必要がある。この問題が二次林管理，里山再生などに関わり，環境を
回復するにはどこまで回復すればよいか？現存植生を残すのか？，潜在
植 生 を 取 り 戻 す の か と い っ た 点 を 把 握 す る 必 要 が あ る 。以 上 の 課 題 に は ，
1
現存植生と立地環境の関係を解析し，関係性が高いものを残し，関係性
が低いものを計画することにより，生態系の再生と保全の方向性と決め
る必要がある。
1.1.2 植 生 と 地 形
現存植生と立地環境の関係解析の一つ目として，現存植生状況を把握
す る た め に 環 境 省 か ら 自 然 環 境 保 全 基 礎 調 査 を 実 施 さ れ 全 国 の １ / 2. 5 万
の植生図のデータ整備をしている。植生調査においては，作成年度が異
なる植生調査情報を比較することで，全国の植生概況の変遷を把握する
ことができている。植生調査結果の集計に当たっては，全国の現存植生
図を基準地域メッシュ単位で小円選択法により群落コード化し，全国現
存 植 生 図 （ １ K m 2 メ ッ シ ュ 単 位 ）， 主 要 群 落 の 全 国 分 布 図 等 の 作 成 ， 植
生自然度別の集計等を行っている。ここで「植生自然度」とは，植物社
会学的な観点から，群落の自然性がどの程度残されているかを示す一つ
の 指 標 と し て 導 入 さ れ も の で あ る 。植 生 自 然 度 は ，10 ラ ン ク に 区 分 さ れ
て い る （ 環 境 省 ， 生 物 多 様 性 調 査 セ ン タ ー ， 1 99 8 ）。 し か し な が ら ， 自
然再生事業では，植生自然度が高い植生を保全し，自然度が低い植生を
廃棄し，潜在植生に取り戻した方が良いとは言い難い。そのため，現存
の植生調査を行うと伴に，現地の地形をベースとした立地環境の調査を
行い，植生と地形の関係を評価する必要がある。この評価より関係が強
い種類を保全し，弱い種類を計画することにより，自然再生事業の方向
性を決めることが重要である。
現存植生と立地環境の関係解析の二つ目として，立地環境は，地表に
起伏があることから導き出され，大きな起伏から生まれる高度差から，
植生帯の垂直分布が出現する。起伏があればこそ斜面が現出し，斜面の
方 位 ，傾 斜 の 別 が 生 ま れ ，そ れ ら の 違 い は 日 射 や 風 あ た り ，積 雪・残 雪 ・
土壌水分などの差を生みだし，それぞれ特有の植生が成立される。植生
の分布に対する直接的な要因は，気候条件や土壌条件であるが，地形は
それらの条件を生み出す背景であり，植生に対する要因としては間接的
条件である。ここでいう地形の起伏は微地形，小地形，亜小地形，ある
いはさらに大きい地形スケールの起伏のことを指し，起伏を生み出した
地形形成作用が，現に生きている植生に大きな影響を与えている。大き
いスケールの植生の分布は気象条件や土壌条件の影響は決定的作用があ
り，大きいスケールの地形条件に対応しているが，小さいスケールの植
2
生分布には微地形の作用が大きい。そのため，細かい自然再生事業の計
画，里山再生をするには微地形の分類を行い，現地の植生を調べ，地形
と植生の関係を評価する必要があると考えられる。
1.2 研 究 目 的 と 特 徴
本研究では， 自然再生事業，里山再生などに代表される自然と共生
する社会を実現する重要な課題に着目し，土地と環境要素の関係を定量
的に評価し，土地のもつポテンシャルと環境要素との関係の強さを見積
もり，関係が強い要素を保全し，自然再生事業のあり方を決定する必要
があるものと考える。以上の背景から，本研究では，植生と丘陵地にお
ける微地形構造との関係を定量化に評価することを目的とした。微地形
に つ い て ，従 来 の 方 法 を 改 良 し ，最 も 高 精 度 化 す る た め に ，L ID A R デ ー
タ を 使 用 し た 。 植 生 の 生 活 型 を 調 べ ， T WI NS PA N （ Tw o- Way I ndi cat or
Speci es A na lys is ）を 用 い て 地 形 と 植 生 の 関 係 を 評 価 す る 手 法 を 提 案 し ，
現地観測結果を踏まえて実証的に検証する。
微地形と植生の関係評価手法に関して，既往の研究では定性的な評価
手法が多く，定量的に評価する手法を開発する必要がある。また，既往
の方法による微地形は現地観測や空中写真判読より分類していたが，現
場に立ち入る事が出来ない，空中写真判読の精度の限界があり，森林の
下の地形を見にくいことがある。広い範囲の微地形を把握することや，
森 林 下 の 地 形 を 計 測 す る た め に ，L ID A R パ ル ス の 中 で も 森 林 を 通 り 地 面
か ら 反 射 す る パ ル ス を 利 用 し て D EM を 作 成 す る こ と で き れ ば ， さ ら に
数値地図から微地形の判読が可能になると考えられる（土支田ほか，
20 07 ， 大 野 ほ か ， 2 00 8）。 本 研 究 で は L ID A R デ ー タ を 利 用 し て 丘 陵 地
の微地形を把握する方法を開発し，その精度を検討した。
また，微地形と植生の関係を定量的に評価するため，植生の生活型を
調 べ ， TW IN S PA N を 用 い て 微 地 形 と の 関 係 を 評 価 し た 。 生 活 形 は 植 物
の外部形態を類型的にとらえたものをいう。生物の生理的な機能と外部
形態，構造は周囲の環境との長い年月にわたる相互作用のもとにつくり
だされたものであるため，生活型は環境条件を反映していると考えられ
る。
3
1.3 研 究 方 法
本研究の目的と設置した，丘陵地における微地形と植生の関係性を評
価 す る こ と を 目 指 し ， 既 往 の 研 究 を 調 査 お よ び 考 察 す る こ と で ， L ID AR
デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 に よ り DEM を 生 成 し ， さ ら に 微 地 形 の 分
類を行い，その結果を現地調査による微地形分類結果を比較検討し，植
生 の 生 活 型 と の 関 係 を 評 価 す る た め の 方 法 論 と 流 れ を 図 1－ 1 に 提 示 す
る。
L ID A R
空間分布特性
全天写真
ラジコンヘリ
植生調査
フィルタリング
地形測量
精度検証
D EM
精度
土壌調査
生活型
微地形
微地形
TW IN SPAN
精度検証
地形と植生関係評価
図 1－ 1 研 究 フ ロ ー
4
1.4 本 論 文 の 構 成
本 論 文 は 本 章 を 含 め て 全 8 章 か ら 構 成 さ れ る 。 そ の 構 成 は 1. 2 で 示 し て
いる研究目的の流れに準拠している。
第 1 章 で は 本 研 究 の 背 景 ，研 究 目 的 ，本 研 究 の 特 徴 と 構 成 を 説 明 す る 。
第 2 章 で は 本 研 究 の 対 象 地 域 の 概 況 と 研 究 方 法 を 説 明 す る 。概 況 で は
地形概況，植生概況と植生管理の概況を紹介する。
第 3 章 で は ，ラ ジ コ ン ヘ リ 空 中 写 真 を 使 用 し て ，L ID AR デ ー タ の 植 生
と地形解析に応用する可能性，精度などを検討する。具体的に植生管理
に応じて分別された下草刈り作業行っている場所としていない場所で，
L ID A R デ ー タ の レ ー ザ ー パ ル ス の 空 間 分 布 と 森 林 の 開 空 度 と の 関 係 を
調べる。ここで森林の開空度はラジコンヘリによる空中写真より樹冠と
樹冠の間と分類した結果を使用する。
第 4 章 で は L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 流 れ と そ の 結 果 の
精度検証を紹介する。まず，フィルタリング処理の既往の研究事例をま
とめ，自分のフィルタリング手法を開発し，実現する。次に，その結果
を 検 証 す る た め ， ト ー タ ル ス テ ー シ ョ ン （ To tal St at ion ； 以 下 TS と 称
する）を使用し，国家基準点からトラバース測量を行い，対象地域周辺
に測量基準点を設置し，地表面標高測量を行う。このデータを使用し
L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 精 度 を 検 討 す る 。
第 5 章では，現地観察と地形測量，地質調査と土壌調査手法における
微地形分類手法とその結果を紹介する。現地観測には斜面の特等的な傾
斜変換点や平面の形状（凹凸型）などの位置と崩壊地形の状態を調査す
る 。 地 形 測 量 に は ， TS を 使 用 し て L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 精 度
検 証 に 使 用 し た 基 準 点 を 利 用 し て ，斜 面 の 傾 斜 変 換 点 を 捉 え 測 量 を 行 う 。
土壌調査では，水の浸食作用で運ばれる堆積物の厚さが変わり，それよ
り斜面微地形の土壌層が違うためその変換を調査する。
第 6 章 で は ， L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 よ り 作 成 し た D EM
（ 以 下 L ID A R
DEM と 称 す る ） を 利 用 し ， 斜 面 微 地 形 分 類 手 法 と そ の
結 果 を 紹 介 す る 。 こ の L ID A R
D EM よ り 傾 斜 角 を 計 算 し ， 断 面 図 を 作
成し，断面上の傾斜の変換点を抽出し，その傾斜変換点をつなげ，傾斜
変換線を作成し，斜面微地形の分類を行う。また，現地第 5 章で作成し
た 微 地 形 分 類 図 を 比 較 し ， LID A R
DEM に よ る 分 類 し た 微 地 形 分 類 図
の精度を検討する。
第 7 章では，植生と地形の関係評価を行う。まず，植生調査の結果を
5
まとめ，植生生活型（詳しい説明は第７章より）を調べる。その結果を
利 用 し ， 第 ６ 章 で 分 類 さ れ た 微 地 形 分 類 図 を 使 用 し ， TW I N SPAN で 植
生と微地形の関係評価を行う。
第 8 章では，総括として全体のまとめを行うとともに，今後の課題お
よび展開を述べる。
6
第 2章
研究対象地域の概況
2.1 対 象 地 域
本研究では，埼玉県東松山市岩殿観音付近に位置する比企丘陵自然公
園で研究対象地域を設置した。研究対象地域内に植生管理状況が異なる
小流域，駐車場に調査地域を設置した。
図 2－ 1
研究対象地域
2.1.1 地 形 概 況
研究対象地域が位置する岩殿丘陵は，埼玉県東松山市の比企郡鳩山
町・嵐山町・ときがわ町・入間郡毛呂山町，越生町に広がる丘陵地であ
り ，関 東 山 地 東 北 縁 の 比 企 丘 陵 と 接 し て い る た め ，
「 比 企 丘 陵 」や「 比 企
南丘陵」とも呼ばれる。また最高点に物見山という地名があることから
『 物 見 山 丘 陵 』 と も 呼 ば れ て い る （ 図 2 － 2 ）。 岩 殿 丘 陵 は ， 南 北 に 荒 川
の支流である越辺川と都幾川の沖積低地が広がり，東には高坂台地が位
置 す る ， 東 西 約 9. 5 k m ， 南 北 の 約 8k m の 丘 陵 地 で あ る 。 そ の 標 高 は 7 0
7
～ 1 40m で ， 同 じ 埼 玉 県 内 で も 南 に 位 置 す る 狭 山 丘 陵 や 加 治 丘 陵 と 比 べ
る と 低 い （ 埼 玉 県 農 林 部 林 務 課 ， 19 99 ）。
調査地は，岩殿丘陵の北東部に位置する，東西に並んだ 2 つの小流域
に設定した。2 つの小流域のうち西側に位置する流域では，幅・深さと
も に 約 1m の 水 路 が 存 在 し ， 普 段 は 水 流 が 見 ら れ な い も の の ， 降 雨 の あ
った翌日などには水流が見られる。これに対し，東側の流域は，上流部
には水路が存在せず，下流部では，水路は存在するものの西側の流域に
比べ浅く，水流はまとまった降水後に見られる程度である。調査地ない
には，谷になっているため傾斜が急になっているところが多く，地すべ
りが起きた形跡なども見られる。
図 2－ 2
岩 殿 丘 陵 周 辺 の 概 観 （ 久 保 ， 20 00 ）
8
2.1.2 地 質 概 況
岩殿丘陵では，丘陵地南部の谷間および物見山山頂から北側斜面にか
け て ， 中 期 中 新 世 （ 15 80 万 ～ 110 0 万 年 前 ） の 地 層 が 分 布 し て い る 。 こ
の地層は，礫岩・砂岩の互層を主とする松山層群の鎌形層や凝灰質砂岩
を 主 と す る 神 戸 層 か ら 構 成 さ れ て い る （ 小 池 ほ か ， 1 98 5 ， 図 2 － 3 。 南
側 斜 面 に は ， 層 厚 5 0～ 60cm の 礫 層 （ 物 見 山 礫 層 ） が 分 布 し て い る （ 図
2 － 3 ）。 こ の 礫 層 は ， 北 側 斜 面 に 分 布 す る 中 期 中 新 世 の 地 層 を 不 整 合 に
被 っ て お り ， 前 期 更 新 世 （ 75 万 ～ 1 75 万 年 前 ） に 扇 状 地 を 形 成 し た と 考
えられる。この礫層に含まれるチャ－トや砂岩などの礫は，荒川水系起
源 の 亜 円 ～ 円 礫 が 多 く ，直 径 数 ～ 10 cm で ，20 cm を 超 え る も の も 見 ら れ
る （ 西 川 ， 1 99 2， 埼 玉 県 立 自 然 史 博 物 館 ， 2 00 4）。
ま た ，丘 陵 の 北 部 に 分 布 す る 中 新 統 は 下 位 か ら ，上 唐 子 層（ シ ル ト 岩 ），
岩 殿 層 の 神 戸 礫 岩 部 層（ 礫 岩 ，砂 質 礫 岩 ），根 岸 砂 岩 部 層（ 塊 状 の シ ル ト
質 中 粒 ～ 細 粒 砂 岩 ）， 将 軍 沢 シ ル ト 岩 部 層 （ 塊 状 砂 質 シ ル ト 岩 ）， 鳩 山 砂
岩・シルト岩部層（中粒～粗粒砂岩とシルト質細粒砂岩～砂質シルト岩
の 互 層 ），今 宿 砂 岩 部 層（ 中 粒 ～ 粗 粒 砂 岩 ）に 区 分 さ れ ，上 唐 子 層 と 神 戸
礫 岩 層 間 の み 不 整 合 の 関 係 に あ る （ 小 池 ほ か ， 1 98 5 ）。 そ の 上 位 に 不 整
合 で 物 見 山 礫 層 が 丘 陵 の 南 部 に 分 布 し て い る ． 物 見 山 礫 層 は 層 厚 約 50
～ 60m ， 前 ～ 中 期 更 新 世 頃 に 堆 積 し た 扇 状 地 性 の 河 成 礫 層 で あ る と 考 え
られているが，詳しい堆積年代はわかっていない。物見山礫層の分布は
岩 殿 丘 陵 に 限 定 さ れ ，そ の 層 相 は 亜 円 ～ 亜 角 礫 の チ ャ － ト ，砂 岩 ，泥 岩 ，
緑色岩，閃緑岩などであるが，圧倒的に風化に強いチャ－トが多く，場
所によって礫の風化程度が異なるが平均して半分程がクサリ礫化してい
る （ 中 井 ほ か ， 20 06 ）。
本研究の対象地域周辺では将軍沢シルト岩部層と物見山礫層が分布
し て い る（ 図 2 － 4）。将 軍 沢 シ ル ト 岩 部 層 は『 岩 殿 観 音（ 巌 殿 山 正 法 寺 ）』
の裏手の崖にみることができ， 2 枚の凝灰岩を挟んだ灰緑色のシルト岩
層 か ら な る 高 さ 1 0 ｍ 程 の 露 頭 を 観 察 で き る （ 図 2 － 4 ）。そ の 上 位 に あ る
物 見 山 礫 層 は ， 物 見 山 山 頂 よ り 北 西 方 向 の 物 見 山 駐 車 場 に あ る 高 さ 4m
程 の 露 頭 で 観 察 で き る ．チ ャ － ト が 多 く ，半 分 以 上 く さ り 礫 化 し て お り ，
円 ～ 亜 角 の 礫 径 平 均 2 ～ 5cm 程 ， 礫 径 最 大 の も の で は 3 0c m 程 で あ る 。
9
図 2－ 3 研 究 対 象 地 域 周 辺 の 地 質 概 況
10
図 2－ 4
研 究 対 象 地 域 の 地 質 概 況 （ 佐 藤 ， 20 1 2）
2.1.3 植 生 概 況
調査地として選んだ小流域は，アカマツやコナラ，ヤマザクラが主と
なる二次林であり，両流域の下流部と東側流域の谷頭の上部には，スギ
が点在している。そのうち，M 地域上流部は，東松山市により「市民の
森 」 と し て ， 定 期 的 な 管 理 が な さ れ て い る 範 囲 内 に 位 置 す る （ 図 2－ 5
－ a ）。
「市民の森」は，東松山市の南西部，鳩山町との市境に位置する公有
林 で ，19 86 年（ 昭 和 61 年 ）に 国 有 林 の 払 い 下 げ に よ り 東 松 山 市 が 3 2ha
を 買 い 上 げ ， 管 理 し て い る 。 現 在 ，「 市 民 の 森 」 の 植 生 管 理 に つ い て は ，
東松山市は造園業者に委託しており，
「 市 民 の 森 」で 行 わ れ て い る 植 生 管
理は，主に下草刈りで，樹木については倒木処理を行うのみである。最
近 は ，「 市 民 の 森 」 全 体 を 6 つ の ブ ロ ッ ク に 分 け ， 毎 年 1 箇 所 ず つ 下 草
刈りを行っているが，それ以前からも管理自体は行っていた。また，遊
歩 道 周 辺 1 0m に つ い て の み ，毎 年 ，下 草 刈 り が 行 わ れ て い る 。下 草 刈 り
は，秋に行われており，斜面上部を中心に，林床を一様に刈りとる。
こ れ に 対 し て N 流 域 で は ，M 流 域 の よ う に 定 期 的 な 管 理 が 行 わ れ て お
らず，常緑低木や背の高いアズマネザサが茂っている。しかし，二次林
が成立していることや，萌芽したコナラが見られることから，以前は管
理 が 行 わ れ て お り ， そ の 後 ， 放 棄 さ れ た と 思 わ れ る （ 図 2 － 5－ ｂ ）。
11
ま た ， 研 究 対 象 地 域 で は ， 宮 下 （ 20 07 ） に よ り ， 植 生 調 査 を 行 っ て い
る。この結果によると，M 地域では，定期的に下草刈り作業を行われ，
低 木 層 が ほ と ん ど 形 成 さ れ て い な い 状 態 で あ り ，樹 木 の 高 さ が 約 15 ｍ 以
上の高木層とそれ以下の亜高木から形成された森林構造であると報告さ
れている。N 地域では，定期的な下草刈り管理が行われていないため，
高 さ が 約 1 5ｍ 以 上 の 高 木 層 ， 8～ 15 ｍ の 亜 高 層 ， 1. 5 ～ 6m の 低 木 層 か ら
形成された森林構造を持っている。
（ a） M 地 域
（ｂ）N 地域
図 2－ 5
研究対象地域の林床概況
12
第 3章
LIDAR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 と 精 度 検 証
3.1 既 往 の 研 究
航 空 機 搭 載 型 の レ ー ザ ー 計 測（ L ID A R：L ig ht D ete cti on a nd R an gi n g ）
は，上空からレーザー光線を発射し，地表面との距離を直接測定するも
の で ， 航 空 機 の 位 置 と 姿 勢 を G PS と IM U （ 慣 性 計 測 装 置 ） で 同 時 に 測
定 す る こ と に よ り ，高 精 度 の 地 形 デ ー タ を 取 得 す る 方 法 で あ る（ 図 3 － 1）。
反 射 し た レ ー ザ ー に は 最 初 に 受 信 さ れ る フ ァ ス ト パ ル ス （ First Pulse）
と 最 後 に 受 信 さ れ る ラ ス ト パ ル ス （ Las t Pu ls e ） が あ り ， 森 林 で は そ の
２ つ が 樹 冠 と 地 面 を 示 し ， 森 林 の 階 層 構 造 を 表 示 で き る （ 図 3 － 2 ）。
樹冠
地面
図 3－ 1
LID AR 計 測 シ ス テ ム の 説 明 図
標
高
（
m
）
距 離 （ m）
図 3－ 2
LID AR デ ー タ の 断 面 図
13
この構造により，樹冠部の高さと地面の高さを区別できる。初期反射
パ ル ス か ら 作 成 す る も の D SM （ D i gi ta l Surf ace Mod el ： 被 覆 物 の 表 層
メ ッ シ ュ デ ー タ ）は で ，樹 林 地 帯 で は 樹 冠 部 の 高 度 分 布 を 意 味 す る 。D EM
（ D i git al E le v ati on Model ： 地 盤 高 の メ ッ シ ュ デ ー タ ） は ， 樹 木 の 隙 間
を通過して地表面に達した最終反射パルスを使用し，さらに人工構造物
などの除去処理を加えて作成された地形モデルを作成することができる。
こ れ よ り ，L ID A R デ ー タ は 森 林 計 測 や 地 形 判 読 ，地 形 分 類 研 究 に 多 く 使
用されるようになった。
L ID AR デ ー タ を 用 い た 森 林 計 測 は ，森 林 の 三 次 元 構 造 ，毎 木 位 置 や
高さ，樹冠など単木単位で森林構造のパラメータを取得が可能であると
期 待 さ れ て い る （ 瀬 戸 島 ら ， 2 00 1； 加 藤 ら ， 20 04 ）。 L ID A R デ ー タ を 用
い て ，樹 木 の 高 さ を 推 定 す る（ 田 村 ら ，20 00 ，蔡 ら 20 06 ，Tak ah as h i et
al . 2 00 5 ），樹 冠 量 の 推 定（ 伊 藤 ら ，2 00 8 ），材 積 ・ 炭 素 量 の 推 定（ 米 ら ，
20 02）， 森 林 バ イ オ マ ス を 計 算 す る （ M ari an o G arc ía et a l . 20 10 ， R.
Nels o n et al . 20 12 ） な ど 研 究 が 行 わ れ て い る 。 そ の L ID A R デ ー タ の 精
度 に つ い て は ， 佐 藤 ほ か （ 20 04 ） は L ID AR デ ー タ に よ る D EM の 高 さ
方 向 誤 差 が １ m 以 下 で あ る こ と を 確 認 し ，従 来 の 写 真 測 量 で 得 た 等 高 線
データと比べて精度が高いことを明らかにした。しかしながら，森林中
で は L ID A R の パ ル ス が 地 面 に 到 達 し て い る か ど う か に よ り ， L ID A R の
精度が変わってくると推定される。
森 林 構 造 の 計 測 結 果 を 利 用 す る た め に は L ID AR の 精 度 を 検 討 す る 必
要 が あ る 。森 林 域 で の L ID AR の 精 度 は L ID A R パ ル ス の 地 表 面 へ の 透 過
性 と 大 き な 関 係 が あ る と 考 え ら れ る （ 平 春 ， 20 1 2， 20 13 ）。 本 章 で は ，
現 地 測 量 に よ り 得 た D EM か ら LID A R パ ル ス の 距 離 の 分 布 図 を 作 成 し ，
L ID A R の 垂 直 分 布 特 性 を 明 ら か に し た 。そ の 特 性 を ，ラ ジ コ ン ヘ リ を 用
い て ， 開 空 度 が 異 な る 二 つ の 調 査 域 で L ID A R の 透 過 性 と 比 較 し た 。 ま
た ，LID AR デ ー タ と 現 地 測 量 デ ー タ と の 誤 差 を 計 算 し ，そ の 精 度 を 検 討
した。地表面とレーザーパルスの距離の差を樹高とし，樹高の分布図を
作 成 し ，管 理 に よ っ て 異 な る 森 林 垂 直 分 布 を 調 べ ，L ID A R デ ー タ の 空 間
分布から推定される森林構造の状況を把握した。
14
3.2 使 用 デ ー タ
3.2.1L ID AR デ ー タ
朝 日 航 洋 か ら 提 供 さ れ た L ID A R デ ー タ を 使 用 し た 。 こ の デ ー タ は ，
セ ス ナ 機 搭 載 型 （ 図 3－ 3） に 搭 載 さ れ た 航 空 レ ー ザ ー ス キ ャ ナ
La ica/ A LS 50 計 測 機 材（ 図 3 － 4 ）を 用 い て 20 06 年 12 月 25 日 に 計 測 さ
れ た 。計 画 さ れ た 計 測 密 度 の 設 定 は １ 点 / 4m2 以 上 で あ り ，計 測 仕 様 を 表
3－ 1 に 示 す 。
表 3－ 1 計 測 仕 様
項目
計測仕様
計画計測密度
約 4. 0m 2 に 一 点
実質計測密度
約 1. 0m 2 に 一 点
レーザーパルス頻度
65 ， 0 00H z
スキャン角度
± 18 度
スキャン頻度
45H z
レーザービーム径
0. 3mr ad （ 対 地 高 度 12 00m 時 地 上 で 40 c m
程度）
測定時飛行対地高度
約 12 00 m （ 地 表 面 の 凹 凸 に よ る ）
測定時飛行速度
25 2k m/ h
計測コース間ラップ率
40%
計測コース間隔
18 0m
測定プラットフォーム
セ ス ナ 4 04 タ イ タ ン （ J A5 25 7 ）
固定翼
15
図 3－ 3
計 測 機 器 搭 載 機 （ セ ス ナ 4 04 Tit an ）
図 3－ 4
計 測 機 器 （ L ai ca/ AL S5 0 ）
（左上：レーザースキャナ，左下コントローラ，右下：
電源・データ収録装置）
16
3.2.2 ラ ジ コ ン ヘ リ に よ る 空 中 写 真
本 研 究 で は ， イ メ ー ジ ワ ン 会 社 か ら 提 供 し た ラ ジ コ ン ヘ リ MD ー 2 00
を 使 用 し て ，20 11 年 8 月 3 日 に 研 究 対 象 地 域 の 空 中 写 真 を 撮 影 し た（ 図
3－ 5） 。 こ の ラ ジ コ ン ヘ リ は 重 さ 20 0ｇ の カ メ ラ を 載 せ る こ と が で き ，
バ ッ テ リ ー 使 用 時 間 約 20 分 ，電 波 距 離 は １ K m で あ り ，撮 影 ル ー ト を あ
らかじめプログラムで作成してコントロールすることができる。またリ
ア ル タ イ ム で 下 向 き の カ メ ラ の 映 像 と カ メ ラ 中 心 点 の 高 さ（ G PS に よ る ）
をチェックしながら写真を撮ることができる。
図 3－ 5
本研究で使用したラジコンヘリ
空中写真を撮影するには，物見山駐車場からラジコンヘリを飛ばし図
3－ 6 の 撮 影 位 置 に お け る 空 中 写 真 を 撮 影 し た 。そ の 日 の 観 測 条 件 は 表 3
－ 2 の 通 り で あ る 。 撮 影 高 さ は 約 10 0ｍ ， 地 上 分 解 能 は 2 . 5 ｃ ｍ ぐ ら い ，
オ ー バ ー ラ ッ プ は 6 0％ ， サ イ ド ラ ッ プ は 30 ％ で あ る 。 同 じ 地 点 で ２ 枚
の 写 真 を 撮 影 し ，同 時 に G PS の タ イ ム ，位 置 情 報 ，方 位 角 な ど パ ラ メ ー
タ を 記 録 し た （ 表 3－ 3） 。
17
図 3－ 6
空中写真を撮影した位置
表 3－ 2 ラ ジ コ ン ヘ リ の 撮 影 仕 様
項目
仕様
項目
仕様
写真縮尺
58 82. 35
横方向の実距離（ｍ）
76. 47
カ メ ラ の 焦 点 距 離
3 7
1.
縦方向の実距離（ｍ）
10 1. 7 6
（
cm高
）度 （ ｍ ）
飛行
10 0
撮影面積（㎡）
5
77 82. 0
地 上 解 像 度 （ cm）
2. 5 2
ステレオ有効面積（㎡）
07
21 78. 9
オーバー
60%
論 理 平 面 位 置 （ cｍ ）
625 2
2.
サイドラップ
30%
論理標高
撮影基線長（ｍ）
30. 58
横 方 向 （ cm）
1. 3 0
コース間隔（ｍ）
71. 23
縦 方 向 （ cm）
1. 7 3
ラップ
18
（ cm）
8. 2 6
表 3－ 3 空 中 写 真 を 撮 影 パ ラ メ ー タ
＊高さは駐車所からの高さ
3.2.3 現 地 測 量 デ ー タ
L ID A R デ ー タ の 精 度 を 検 証 す る た め に ，研 究 域 に お け る ト ー タ ル ス テ
ー シ ョ ン（ 以 下 TS と す る ，ニ コ ン 制 N ST ー 3 05 Cr ，図 3 － 7 ）を 使 用 し ，
地 盤 測 量 を 行 っ た 。測 量 す る に は ，物 見 山 に 設 置 し て い る 国 家 三 角 点（ 図
3－ 8，図 3 － 9）か ら ト ラ バ ー ス 測 量 を 行 い ，調 査 域 周 辺 に 基 準 点 を 設 置
し た （ 図 3 － 10 ）。 こ こ で は ， 平 面 直 角 座 標 系 JG D 20 00 第 9 系 を 使 用 し
た 。TS を 用 い て 測 量 す る 場 合 ，機 械 を 設 置 す る 基 準 点 と 後 視 点 あ る い は
北方向が必要である。つまり，精確な位置情報を持っている二つの点が
必要である。今回，機械設置用の基準点は国家三角点を利用し，後視点
を 国 家 基 準 点 か ら 約 10m の 場 所 で 設 置 し ，リ ア ル タ イ ム キ ネ マ テ ィ ッ ク
G PS （ R ea l Time K inem ati c G PS ） を 用 い て 測 量 し た 。 R TK
Tr imb le 57 00 を 使 用 し た 。 RTK
G PS は
GPS 測 量 の 精 度 を 確 か め る た め ， 国
家 基 準 点 で の 測 量 も 行 っ た 。こ の 測 量 は 20 09 年 7 月 10 日 に お い て ，二
つ の 点（ 国 家 基 準 点 と 後 視 点 ）で 4 時 間 ぐ ら い G PS 受 信 し（ 図 3 － 11），
19
そのデータを電子基準点情報（国土地理院）により補正した。国家基準
点 で の R TK 測 量 結 果 に よ る と ， X YZ 方 向 の 誤 差 は そ れ ぞ れ 0. 18 9m ，
0. 1 4m ，0. 7 13m だ っ た 。高 さ 方 向 の 誤 差 が 大 き い た め ，設 置 し た 後 視 点
の Z（ 標 高 ） を 国 家 基 準 点 か ら オ ー ト レ ベ ル （ N IK O N A S ー 2） を 用 い て
測 量 し た（ 図 3 － 1 2）。ト ラ バ ー ス 測 量 用 基 準 点 の 座 標 と 研 究 対 象 地 域 周
辺 に 設 置 し た 基 準 点 の 座 標 を 表 3 － 3 と 3－ 4 に 示 す 。
研 究 対 象 地 域 周 辺 に 設 置 し た 基 準 点 か ら TS を 用 い て ラ ン ダ ム で 標 高
測 量 を 行 っ た （ 図 3 － 1 0， 約 6 0 0 点 ）。 L ID A R 計 測 シ ス テ ム の 高 さ 方 向
の誤差を検討するため，物見山駐車所の標高測量を行った。駐車所では
山地と違って，傾斜角による発生する高さ方向の誤差は少ないため，
L ID A R 計 測 シ ス テ ム の 誤 差 を 検 討 す る 。
図 3－ 7
図 3－ 8
N TS ー 3 05 Cr
国家三角点（物見山・石坂）
20
図 3－ 9
図 3－ 10
国家基準点の情報
研究対象地域に設置した基準点
21
図 3－ 11
R TK G P S 測 量 （ 左 ： 国 家 基 準 点 ， 右 ： 後 視 点 ）
図 3－ 12
電 子 基 準 点 に よ る R TK 測 量 の 補 正
22
標尺
標尺
（Ⅰ）
（Ⅱ）
水準器
b
a
高 低 差 =a ー
b
図 3－ 13
オ ー ト レ ベ ル （ N IK O N AS ー 2） と 水 準 測 量
表 3－ 3 ト ラ バ ー ス 測 量 用 基 準 点 の 座 標
ID
x
y
z
1
－ 42 42 8. 1 75
11 7. 5 39
17 5. 5 20
2
－ 42 41 1. 7 88
12 4. 0 52
17 7. 0 50
3
－ 42 43 5. 8 66
11 5. 3 55
17 7. 0 50
4
－ 42 47 0. 7 61
13 9. 4 32
16 8. 4 14
5
－ 42 51 7. 5 78
18 1. 8 90
16 0. 9 23
8
－ 42 49 6. 7 31
15 9. 4 90
16 3. 6 72
9
－ 42 44 6. 1 06
89. 30 9
17 0. 3 22
10
－ 42 43 4. 7 27
56. 33 7
17 2. 7 02
11
－ 42 42 0. 9 34
83. 98 9
17 5. 5 42
23
表 3－ 4 現 地 測 量 用 基 準 点 の 座 標
ID
X
Y
Z
1
－ 42 58 4. 7 67
18 6. 7 89
11 8. 9 95
2
－ 42 54 8. 7 23
19 8. 4 05
11 8. 8 26
3
－ 42 59 4. 8 61
19 0. 7 32
11 8. 3 77
4
－ 42 59 7. 4 91
21 1. 1 65
11 3. 9 07
5
－ 42 65 8. 3 11
22 2. 7 05
10 6. 9 63
6
－ 42 67 2. 4 25
21 9. 4 41
11 5. 1 08
7
－ 42 69 4. 1 68
19 0. 5 01
12 5. 6 93
8
－ 42 68 0. 5 83
17 2. 5 79
12 2. 2 35
9
－ 42 65 8. 3 79
15 0. 7 12
12 1. 2 78
10
－ 42 63 5. 4 36
14 2. 7 14
12 0. 9 01
11
－ 42 60 7. 0 66
15 0. 9 34
12 1. 2 02
12
－ 42 59 3. 8 21
17 6. 4 80
12 0. 4 78
13
－ 42 58 8. 6 03
23 7. 5 59
10 2. 1 69
14
－ 42 60 1. 1 60
25 2. 0 87
95. 17 9
15
－ 42 58 5. 4 12
26 3. 7 04
90. 88 5
16
－ 42 61 2. 5 21
24 8. 5 69
94. 76 8
17
－ 42 61 1. 6 55
27 2. 6 79
91. 44 8
18
－ 42 61 6. 0 81
23 5. 5 05
98. 99 9
19
－ 42 63 4. 2 74
24 5. 4 07
96. 43 3
24
図 3－ 14
TS に よ る 現 地 測 量 結 果
3.2.4 そ の 他 の デ ー タ
そ の 他 の デ ー タ と し て 1/ 2 500 の 国 土 基 本 図 を 使 用 し た 。 こ の デ ー タ
の 等 高 線 の 間 隔 は 2m で あ り ， 市 販 の 地 形 図 の う ち 斜 面 の 地 形 を 表 現 す
る 精 度 が 高 く ， 比 較 的 に 良 い も の で あ る （ 図 3－ 11 の 背 景 図 ）。
ま た LID A R デ ー タ の 透 過 性 を 検 討 す る た め ， 魚 眼 レ ン ズ （ N IK O N
f is he ye c on ve rter f c ー e 9 0. 2 x ） を 用 い て ， 全 天 写 真 を 撮 影 し た （ 図 3 －
16）。 全 天 写 真 の 撮 影 位 置 は TS で 測 量 し た （ 図 3 － 1 5）。
図 3－ 15
全天写真の撮影場所
25
図 3－ 16
全 天 写 真 （ 左 か ら 地 点 1， 地 点 2 ， 地 点 3 ）
3.3LID AR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 と 透 過 性 を 解 析 手 法
3.3.1L ID AR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性
L ID A R デ ー タ の 垂 直 分 布 特 性 を 調 べ る た め に 同 じ 向 き を 持 つ 二 つ の
小 流 域 （ 図 3 － 1 7） に お け る 断 面 図 を 作 成 し ， レ ー ザ ー パ ル ス の 分 布 特
性を調べた。また，現地測量により作成した地表面データ（ポイントデ
ー タ ） か ら T IN を 作 成 し ， さ ら に D E M（ 解 像 度 0. 6m ） を 作 成 し た 。 重
なり合うファーストパルスとラストパルスを，ファーストパルスからラ
ス ト パ ル ス の 距 離 に よ っ て 5 つ の 区 間 に 分 類 し た 。 距 離 は 2 0～ 30 ｍ ，
15 ～ 2 0 ｍ ， 10 ～ 1 5 ｍ ， 5 ～ 1 0ｍ ， 0 ～ 5 ｍ の 5 つ の レ ベ ル に 分 け た 。 こ れ
に よ っ て ，L ID A R デ ー タ の 垂 直 分 布 特 性 を 調 べ る こ と が で き た 。レ ー ザ
ー の パ ル ス は ， 0～ 5 ｍ は 下 層 植 生 か ら ， 5m ～ 10m は 低 木 か ら ， 10 m ～
15m は 亜 高 木 か ら ，15m 以 上 は 高 木 か ら 反 射 し た も の と 想 定 し た 。ま た ，
調 査 地 に お け る 現 地 観 測 を 行 い ，植 生 状 況 を 確 認 し ，L ID AR に よ る 樹 高
分布と比較した。
N
地
域
M
地
域
図 3－ 17
両流域の断面図
26
3.3.2 空 中 写 真 に よ る 樹 冠 と 樹 冠 間 の 解 析
ラジコンヘリにより撮影した空中写真は位置情報を持っていないた
め，幾何補正をする必要がある。本研究では空中写真で判読できる地上
物 を G CP（ G ro und Co ntro l P oin t ） と し ， 幾 何 補 正 し た 。 そ の 地 上 物 は
物見山駐車所の囲いの角と看板，電波塔のフェンスの角などを利用し，
基 準 点 か ら TS で 測 量 し た （ 図 3 － 1 7）。 測 量 結 果 を 表 3 ー 5 に 表 示 し て
い る 。G C P を 空 中 写 真 か ら 判 読 し ，位 置 を 約 1 ピ ク セ ル（ 約 5cm ）ま で
合 わ せ た 。モ ザ イ ク 処 理 は ，写 真 の 中 心 点 の G PS デ ー タ と 方 位 角 を 利 用
し写真を回転させ，同じ地上物を判読し，対応のピクセルを合わせた。
幾何補正した空中写真の輝度値の閾値を決め，2 値化分類し，樹冠と樹
冠 間 を 分 類 し た 。 閾 値 は ， RG B 空 中 写 真 の G バ ン ド の 輝 度 値 の ヒ ス ト
グ ラ ム を 作 成 し ， 最 大 値 を 用 い て 決 め た （ 図 3－ 18 ）。
図 3－ 17
G CP 測 量 地 点 図
27
表 3－ 5
Id
GCP の 座 標
Y
X
1
15 3. 0 13
ー 4 26 76. 38 8
2
15 1. 1 29
ー 4 26 75. 16 9
3
14 9. 2 45
ー 4 26 73. 87 6
4
14 7. 4 35
ー 4 26 72. 76 8
5
14 8. 6 62
ー 4 26 81. 44 9
6
14 5. 9 28
ー 4 26 82. 74 2
7
20 2. 4 73
ー 4 25 30. 10 5
8
19 9. 3 05
ー 4 25 37. 47 2
9
19 7. 3 48
ー 4 25 41. 60 1
10
19 6. 2 80
ー 4 25 73. 27 6
11
19 6. 3 51
ー 4 25 75. 19 8
ピ
ク
セ
ル
の
数
ー 5 0. 1
12. 6
図 3－ 18
76. 3
輝度値
14 0.
20 3. 8
0
輝度値のヒストグラム
3.3.3 LID AR デ ー タ の 透 過 性 の 検 討
本 研 究 で は ，3. 3. 2 に お い て 樹 冠 と 樹 冠 間 と を 分 類 し た 結 果 を 用 い ，M
地 域 と N 地 域 に お け る レ ー ザ ー の パ ル ス の 透 過 性 を 検 討 し た 。樹 冠 間 に
位置するレーザーパルスは地面に到達していると考えられるので，樹冠
間から反射しているレーザーパルスの割合を計算した。本研究で使用し
た L ID AR の ビ ー ム 幅 は 約 4 0cm で あ る た め ， レ ー ザ ー パ ル ス の ポ イ ン
ト デ ー タ よ り 20 cm の バ ッ フ ァ ー を 作 成 し ， 樹 冠 間 か ら 反 射 し て い る か
28
どうかを確認した。確認された精度を確かめるため，魚眼により撮影し
た全天写真から開空度を計算し，空中写真から計算された樹冠の割合と
比較した。
3.3.4 LID AR デ ー タ の 精 度 検 討
本 研 究 で は ， 物 見 山 駐 車 場 の TS に よ る 地 表 面 標 高 デ ー タ を 利 用 し て
L ID A R 計 測 シ ス テ ム の 誤 差 を 検 証 し た 。 L ID AR デ ー タ の ラ ス ト パ ル ス
が 正 し く 地 表 面 を 表 し て い る か を 調 べ る た め に ，TS に よ る 現 地 調 査 デ ー
タ か ら 作 成 し た D E M（ 解 像 度 1m ）と 比 較 し た 。こ の D E M は ，TS 測 量
ラ ン ダ ム の デ ー タ か ら T IN を 生 成 し ， さ ら に ラ ス タ ー デ ー タ （ D EM ）
に変換したものである。空中写真で分類した樹冠間から反射しているパ
ル ス デ ー タ と こ の D EM と の 差 分 を 計 算 し ，開 空 度 が 異 な る M 地 域 と N
地 域 で の L ID AR デ ー タ の 精 度 と 透 過 性 を 検 討 し た 。
3.4 LI DAR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性 と 透 過 性
3.4.1L ID AR デ ー タ の 空 間 分 布 特 性
M 地 域 の L ID AR デ ー タ の 分 布 図 （ 図 3 － 1 9） は ， X 軸 で 2 50m 以 上
の部分から管理が行き届いていない部分に入ってしまっている。グラフ
左半分の管理されている森林の断面を見ると，ラストパルスが地表面ま
でた ど り つい て い る もの と ，樹冠 で 止 ま って し ま って い る も の と の 2 つ
にわかれている。反対に，右半分の管理されていない森林では，樹冠で
止まっているラストパルスは少ないが，地表面まで届かずに樹冠と地表
面の間に表示されているラストパルスが多く見られる。
次 に ， N 地 域 の L ID A R デ ー タ の 分 布 図 （ 図 3 － 20 ） だ が ， M 地 域 も
N 地域のグラフの右半分に見られたのと同じように，ラストパルスが地
表面と樹冠の間に多く表示されている。この地表面から離れたラストパ
ル ス は ほ と ん ど が 地 表 面 か ら 3m 程 度 ま で の 距 離 に 収 ま っ て い る こ と も
わ か る 。ま た ，フ ァ ー ス ト パ ル ス に 関 し て も ，N 地 域 に 比 べ て M 地 域 の
ほうが上下のばらつきが大きいように思われる。
29
標
高
（
m
）
距 離 （ m）
図 3－ 19
M 地 域 の LiD AR デ ー タ の 分 布 図
標
高
（
m
）
距 離 （ m）
図 3－ 20
N 地 域 の LiD AR デ ー タ の 分 布 図
L ID A R デ ー タ の 垂 直 分 布 特 性 を 明 ら か に す る た め ， 各 距 離 帯 20 ～ 30
ｍ （ 図 3 3 － 2 1）， 1 5 ～ 2 0ｍ （ 図 3 － 2 2）， 1 0～ 1 5ｍ （ 図 3 － 23）， 5～ 10
ｍ （ 図 3 － 2 4）， 0 ～ 5ｍ （ 図 3ー 20 ） の 分 布 を 示 す 。 特 徴 的 な 結 果 と し て
は ，距 離 が 2 0m ～ 3 0 m 離 れ て い る と こ ろ は 谷 に な っ て い る と こ ろ が 多 か
っ た こ と ，10m ～ 1 5 m と 5m ～ 10m の と こ ろ で は M 地 域 周 辺 に あ ま り 分
30
布 が 見 ら れ な い こ と ，0m ～ 5m の と こ ろ で は M 地 域 周 辺 に 多 く 分 布 し て
おり，逆に N 地域周辺にはあまり見られないことなどが言える。
図 3 － 21
ファーストパルスからラストパルスの
距 離 が 20 m ～ 30m 地 点
図 3 － 22
ファーストパルスからラストパルスの
距 離 が 15 m ～ 20m の 地 点
31
図 3 － 23
ファーストパルスからラストパルスの
距 離 が 10 m ～ 15m の 地 点
図 3 － 24
ファーストパルスからラストパルスの
距 離 が 5 m ～ 10m の 地 点
32
図 3 － 25
ファーストパルスからラストパルスの
距 離 が 0 m ～ 5m の 地 点
L ID A R デ ー タ の フ ァ ー ス ト パ ル ス は 樹 冠 の 上 か ら 反 射 し て い る こ と
を 想 定 し ， そ の パ ル ス デ ー タ か ら T IN を 作 成 し ， さ ら に D SM を 作 成 し
た 。 L ID AR デ ー タ の ラ ス ト パ ル ス に よ り 作 成 し た D EM と L ID A R か ら
作 成 し た D SM と の 差 分 を 計 算 し ， 樹 高 分 布 図 を 作 成 し た 。 こ の 樹 高 分
布 図 を ， 1m ～ 5m ， 5 m ～ 1 0m ，1 0ｍ ～ 15 ｍ ，1 5ｍ ～ 20 ｍ ，2 0 ～ ，五 つ の
樹 高 ラ ン ク に 分 け て 表 示 し た（ 図 3 － 2 6 ）。樹 高 分 布 図 に よ る と ，N 地 域
で は 1m ～ 5m の 低 木 と ，5 ｍ ～ 10 ｍ の 亜 高 木 ，樹 高 10m 以 上 高 木 が 分 布
し ， M 地 域 で は ， 主 に 樹 高 1 0 ｍ の 高 木 が 分 布 し て い る 。 こ れ が ， 3. 4. 1
で作成したファーストパルスからラストパルスの距離の分布図（図
3－ 2 1 ～ 図 3 － 25 ） と よ く 一 致 し た 。
33
図 3－ 26
樹高分布図
また，現地観測によると，M 地域の植生は，木本類はアカマツが最も
多く，次いでヤマザクラやコナラが多い。流域内の木本はほぼこの 3 種
で 占 め ら れ て い る 。 ア オ キ な ど の 低 木 は ほ と ん ど 見 ら れ ず ， 5m 以 下 の
木本は，成長途中のコナラなどが少し見られる程度である。草本類はア
ズマネザサが優先しており，ほぼ一面アズマネザサが生えているが，間
隙を縫うようにシダ類やジャノヒゲなども見られる。一番背の高い草本
は ア ズ マ ネ ザ サ で あ り ，一 番 高 い も の で 約 30 cm ほ ど で あ る（ 図 3ー 2 3，
図 3 ー 2 4）。
N 地域の植生は，木本類はコナラやシラカシ，マルバアオダモなどの
落 葉 広 葉 樹 や 常 緑 広 葉 樹 が 多 く ，M 地 域 で 最 も 多 か っ た ア カ マ ツ は N 地
域では少なく，生育場所も尾根を中心とした狭い範囲に限られていた。
低木に関しては，斜面ではヒサカキ，谷底付近ではアオキがほぼ一面を
覆 っ て い た 。 ヒ サ カ キ と ア オ キ は 平 均 し て 2m 程 度 の 全 長 だ っ た 。 そ の
他 に は ，立 ち 枯 れ の 木 が N 地 域 よ り 多 く 見 ら れ た 。草 本 類 は ，ヒ サ カ キ
やアオキが光りをほとんど遮ってしまっているため，ほぼアズマネザサ
し か 見 ら れ ず ， と こ ろ ど こ ろ に 30 cm ～ 1 00cm 程 度 の ア ズ マ ネ ザ サ が 群
生 し て い た （ 図 3 － 27 ， 図 3－ 28 ）。
34
図 3 － 27
図 3 － 28
M 地域の相観
M 地域の下層植生
35
図 3 － 29
図 3 － 30
N 地域の相観
N 地域の下層植生
36
3.4.2 樹 冠 と 樹 冠 間 の 解 析 結 果
空 中 写 真 か ら 作 成 し た 樹 冠 と 樹 冠 間 の 図 は 3 － 31 に 示 す 。こ の 図 で は
白 色 は 樹 冠 ， 黒 色 が 樹 冠 間 を 表 し ， 赤 い ポ イ ン ト は L ID A R デ ー タ で あ
る 。結 果 に よ る と ，下 草 刈 り 管 理 が 行 っ て い る M 地 域 で は ，樹 冠 間 の 面
積が大きく，N 地域では逆だった。
N
M
地
地
域
域
M 地域
N 地域
図 3－ 31
樹冠と樹冠間の分類図
空中写真による樹冠とその間の分類結果を検証するため，全天写真を
解析し，開空度を計算した結果と比較した。全天写真の撮影地点の位置
情 報 を TS 測 量 で 測 り ， そ の 地 点 か ら 一 定 距 離 の バ ッ フ ァ ー （ 本 研 究 で
は 2ｍ ） を 作 成 し ， そ の 範 囲 中 の 空 中 写 真 を 用 い て 解 析 し た 樹 冠 の 割 合
を 計 算 し た （ 図 3 － 32 ， 図 3－ 33 ， 図 3 － 3 4）。
37
本 研 究 で は C an opO n 2 を 利 用 し ，閾 値 を 0. 5 ，0. 19 8 ，0. 8 0 2 に 設 定 し
解 析 し た （ 表 3－ 6）。 そ の 結 果 ， 地 点 2 が 最 も 開 空 度 が 高 く ， 次 い で 地
点 1 が 高 か っ た 。 三 か 所 中 唯 一 N 域 で 撮 影 し た 地 点 3 は ， 地 点 1， 地 点
2 よりも開空度が低かった。また，閾値を上下してもそれぞれの地点の
関 係 は ほ と ん ど 変 わ ら な か っ た 。ラ ジ コ ン ヘ リ の 空 中 写 真 の 開 空 度 は M
域では高く，N 域では低い結果とほとんど一致している。
図 3－ 32
地点 1 の樹冠と樹冠間
図 3－ 33
地点 2 の樹冠と樹冠間
38
図 3－ 34
地点 3 の樹冠と樹冠間
表 3－ 6 各 地 点 の 開 空 度 （ ％ ）
閾値
0. 5
0. 2
0. 8
地点 1
17. 9
35. 2
11. 6
地点 2
19. 9
42. 8
13. 4
地点 3
12. 0
30. 4
8. 4
3.4.3L ID AR デ ー タ の 透 過 性 の 検 討
L ID A R デ ー タ の ラ ス ト パ ル ス は 地 面 か ら 反 射 す る と 考 え ら れ る 樹 冠
間 か ら 反 射 す る ラ ス ト パ ル ス の 割 合 は M 域 と N 域 で そ れ ぞ れ 52. 62 ％ と
25. 47 ％ で あ っ た 。 こ の 結 果 に よ る と ， 誤 差 が 大 き い と こ ろ で あ っ た N
域 で は 開 空 度 が 悪 い ，ラ ス ト パ ル ス が 樹 冠 か ら 反 射 す る こ と が 多 か っ た 。
M 域 で は 逆 で あ っ て ，開 空 度 が 高 い ，ラ ス ト パ ル ス が 樹 冠 間 か ら 反 射 す
るのは多かった。
3.4.4L ID AR デ ー タ の 精 度 評 価
物 見 山 駐 車 所 の T S に よ る 地 表 面 標 高 デ ー タ を 利 用 し て L ID A R 計 測 シ
ス テ ム の 誤 差 は 0. 32 6 ｍ で あ る こ と が わ か っ た 。
谷 ，尾 根 ，窪 地 の 場 所 で 作 成 し た L ID A R デ ー タ の 断 面 図 は 図 3 － 3 5，
図 3 － 3 6， 図 3 － 3 7 ， 図 3 － 38 に 示 す 。 そ れ ら の 図 で は ， L a s t パ ル ス は
地 表 面 と 考 え ら れ る 場 所 か ら 反 射 す る 割 合 が 大 き く ， Fi rs t パ ル ス は 樹
冠 と 考 え ら れ る 場 所 か ら 反 射 す る こ と が 多 い 。 地 形 図 D EM （ 1/ 20 00 ）
で は 詳 細 な 地 形 を 表 現 で き て い な い の に 対 し て ，L as t パ ル ス は 最 も 細 か
い地形を表現できていることがわかる。
39
標
高
（
m
）
距 離（ ｍ ）
図 3－ 35
谷の断面図
標
高
（
m
）
距離（ｍ）
図 3－ 36
尾根の断面図
標
高
（
m
）
距 離（ ｍ ）
図 3－ 37
窪地の断面図
40
標
高
（
m
）
距 離（ ｍ ）
図 3－ 38
L ID AR デ ー タ の 断 面 図 （ 現 地 測 量 と 比 較 ）
M 地 域 で は 樹 冠 の 間 か ら 反 射 す る ラ ス ト パ ル ス は 5 2. 6 2 ％ で あ り ， そ
れ を 現 地 測 量 デ ー タ と 比 較 し た 平 均 誤 差 は 0 . 4 1 3 ｍ で あ る （ 図 3 － 3 9 ）。
N 地 域 で は で は 樹 冠 の 間 か ら 反 射 す る ラ ス ト パ ル ス は 25. 47 ％ で あ り ，
そ れ を 現 地 測 量 デ ー タ と 比 較 し た 平 均 誤 差 は 0. 6 29 ｍ で あ る（ 図 3 － 4 0）。
こ の 結 果 に よ る と ，誤 差 が 大 き い 場 所 N 域 で は 開 空 度 が 低 く ，ラ ス ト パ
ルス は 樹 冠か ら 反 射 して い る と判 断 さ れ た。一 方，M 域で は ，開 空 度が
高く，ラストパルスが樹冠間から反射していると判断された。
RMSE= 0.413m
STD = 0.396m
M e a n = ー 0 . 11 7 m
頻
度
（
パ
ル
ス
数
）
図 3－ 39
デ ー タ 区 間 （ m）
M 地 域 の L ID AR の 誤 差
41
RMSE = 0.629m
STD = 0.627m
Mean = 0.057m
頻
度
（
パ
ル
ス
数
）
デ ー タ 区 間（ m ）
図 3－ 40
N 地 域 の L ID A R の 誤 差
3.6 考 察 と ま と め
本 章 は ， 異 な る 開 空 度 の 森 林 中 に 調 査 地 を 設 置 し L ID AR デ ー タ の 透
過 性 と そ の 精 度 を 検 討 し た 。 そ の 結 果 ， 開 空 度 が 5 0％ 以 上 の 森 林 で は
L ID A R の 標 高 誤 差 が 50 cm 以 下 で あ り ，樹 冠 下 の 微 細 な 地 形 を 把 握 で き
ることがわかった。
ま た ，LID AR デ ー タ か ら 樹 高 分 布 図 を 作 成 し ，森 林 垂 直 分 布 を 調 べ た 。
その結果，管理により異なる森林の低木層，中木層，亜高木層高木層な
ど 特 徴 を 把 握 す る こ と が で き た 。L ID A R デ ー タ の 透 過 性 を 生 か し て 森 林
構造を推定できる可能性を明らかにした。
本研究で明らかにしたことは以下の通りである。
一 つ め に ， 地 表 付 近 で L ID AR デ ー タ の ラ ス ト パ ル ス の ば ら つ き が 発
生するときは低木層が繁茂している可能性が高いということである。地
表 付 近 で の L ID A R デ ー タ の ば ら つ き と い う の は ， 図 3－ 20 に 見 ら れ る
ような，ラストパルスが帯状に分布している状態を指す。N 地域は，現
地観測でほぼ全域をヒサカキやアオキなどの低木が覆っていることを確
認 し て い る 。そ の 低 木 層 の 高 さ が お お よ そ 2m ～ 3m で あ り ，ラ ス ト パ ル
ス の ば ら つ き も 約 3m の 中 に 収 ま っ て い る こ と か ら ， ラ ス ト パ ル ス の ば
らつきは低木層によって引き起こされていると考えられる。また，図 6
の左半分のようにラストパルスが一本の線のような分布を示していると
ころでは，低木層はほとんど確認されなかった。
二つ目に，ラストパルスが樹冠で止まる地点は，森林を構成する樹種
が 要 因 に な っ て い る の で は な い か と い う こ と で あ る 。図 3 － 1 9 の 左 半 分
に見られるように，ラストパルスの多くが樹冠で止まってしまっている
ところは，管理されている森林に多かった。この理由として，最初は森
42
林内の開度が影響を与えているのではないかと考えた。開空度が低けれ
ば ，そ の 分 パ ル ス が 地 表 面 ま で 届 く の を 阻 害 さ れ る と 考 え た か ら で あ る 。
しかし，結果は，管理されている森林では開空度が高く，管理されてい
な い 森 林 で は 開 空 度 が 低 か っ た 。さ ら に ，管 理 さ れ て い る 森 林 の 中 で も ，
ラストパルスが樹冠で止まっていない地点より，ラストパルスが樹冠で
止まっている地点のほうの開空度が高く，事前の予想とは正反対の結果
が出た。最も開空度が低かったのは N 地域内で撮影した画像であり，N
地域内ではラストパルスが樹冠で止まることはほとんど見られないため，
開空度はほとんど影響を与えていないということになる。
別 の 原 因 と し て 考 え ら れ る の は ， 植 生 の 違 い で あ る 。 図 3－ 20 を 見 て
み る と ， 樹 高 20m を 超 え る 樹 木 が M 地 域 の 南 側 に 多 く 生 え て い る こ と
が わ か る 。こ れ は ，N 地 域 の 管 理 さ れ て い る 部 分 と ほ ぼ 一 致 す る 。ま た ，
図 3－ 2 1 で は フ ァ ー ス ト パ ル ス か ら ラ ス ト パ ル ス の 距 離 が 0 m ～ 5 m の 点
を表示しているが，これは，ラストパルスが樹冠で止まっているか，フ
ァーストパルスが地表まで届いている点を表した図ということになる。
このことから，ラストパルスが樹冠で止まる地点では樹高の高い樹木の
割 合 が 高 く ，M 地 域 に 多 い と い う こ と は 現 地 観 測 の 結 果 か ら 該 当 す る 樹
種はアカマツである。ラストパルスが樹冠で止まるという現象には，針
葉樹や広葉樹などといったような樹種が影響していると考えられる。
三つ目に，ファーストパルスが地表面まで届いている点は，樹木の密
度 が 低 い の で は な い か と い う こ と で あ る 。 上 で も 説 明 し た 通 り ， 図 3－
19 は ，ラ ス ト パ ル ス が 樹 冠 で 止 ま っ て い る か ，フ ァ ー ス ト パ ル ス が 地 表
ま で 届 い て い る 点 を 表 し た 図 で あ る 。管 理 さ れ て い る M 地 域 に 多 く 分 布
しているのがわかる。全天写真を見ると ，N 地域で撮影した地点 3 に比
べ て ， M 地 域 で 撮 影 し た 地 点 1， 2 の ほ う が 開 空 度 の 値 が 大 き く な っ て
いる。このことから，開空度が高い森林は，ファーストパルスが地表面
まで降りてくる割合が高いと考えられる。
四つ目に，ラストパルスを断面的に見たときに，各地点で一番低いと
ころを取っている点は，地形を表している可能性が高いということであ
る。
図 3 － 25 を 見 る と ， 測 量 し た 地 形 の 形 と ， ラ ス ト パ ル ス の 最 も 低 い 値
はほとんど同じ軌道を描いている。このことから，ラストパルスの全て
を D EM と し て 考 え て し ま う と か な り の ノ イ ズ が 発 生 す る が ， 上 手 く 樹
冠や樹冠と地表面の間で止まってしまった点だけを取り除くことが出来
れば，かなり高精度な数値地形モデルを作ることが可能になると思われ
る 。し か し ，樹 冠 で 止 ま っ て し ま う ラ ス ト パ ル ス が 集 中 し て い る 地 点 や ，
低木が生い茂り地表面まであまり届いていない地点などでは，管理が行
き届いている地点に比べて精度に差が発生してしまう可能性がある。
以 上 の こ と か ら ，L I D AR デ ー タ の ラ ス ト パ ル ス に は ，草 本 や 低 木 の 密
度というかたちで森林の管理の有無による違いが表れることがわかった。
ラストパルスの地表面付近でのばらつきは，背の高い下層植生や低木の
状況などを写し出すので，ラストパルスの状態を見ることによって，下
草刈りの必要性の検討や，作業を行うにあたっての優先順位を事前につ
43
けることなどが可能になると思われる。また，ファーストパルスについ
て は ，フ ァ ー ス ト パ ル ス が 地 表 面 ま で ど の 程 度 届 い て い る か を 調 べ れ ば ，
そこに生えている樹木の密度を知ることができる。これが間伐や枝打ち
を 行 う に あ た っ て ，必 要 な パ ラ メ ー タ と 言 え る 。さ ら に ，L I D AR デ ー タ
の垂直分布特性をもちいて，森林の三次元構造を明らかにすることによ
り，樹冠の直径，樹冠間距離など分布特性をとらえることができると考
えられる。
44
第 4 章 LIDAR デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ と 精 度 検 証
4. 1 L ID AR デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ
4.1.1 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 必 要 性
L ID A R デ ー タ で は ，地 表 面 や 建 物 ，樹 木 等 の 地 物 か ら な る 表 面 の 形 状
が，高密度の点群の 3 次元座標データとして取得することができる。こ
の よ う な 地 表 面 と 地 物 を 合 わ せ た 表 面 形 状 を D SM （ D i git al Su rf ac e
Mode1 ） と い う が ， 一 般 の 利 用 に お い て は こ の D SM か ら 地 物 を 取 り 除
い た 地 表 面 の 標 高 デ ー タ D TM （ D ig ita l Terr ai n Mode l ） あ る い は D EM
（ D i git al Ele v ati on Model ）が 必 要 な こ と が 多 い 。D SM か ら D TM を 得
るために，建物や樹木の部分をあたかもフィルターにかけるように取り
除いて地表面の標高データに置き換える処理をフィルタリング
（ F ilt eri n g ）と 呼 ん で い る（ 図 4－ 1）。L ID A R デ ー タ に よ る 建 物 や 樹 木
の形状データも，利用目的によっては重要であり，都市の 3 次元モデル
構 築 の た め に は DSM か ら 建 物 形 状 を モ デ ル 化 す る こ と が 課 題 と な る 。
しかし，このためには最初のステップとして建物形状を表しているデー
タ の 部 分 ， 地 表 面 を 含 む D SM か ら 抽 出 し な け れ ば な ら な い 。 D SM か ら
建 物 や 樹 木 を 抽 出 し た 残 り が 地 表 面 の デ ー タ と な る か ら ，D S M か ら の 建
物・樹木等の抽出はフィルタリングとは同じ技術の表裏の関係にある。
このように，フィルタリングはレーザースキャナーで得られた点群デー
タを地表面のものと地物表面のものに選り分ける処理である。
D SM
D EM
図 4－ 1
D TM
D SM と D TM の 概 観 図
45
4.1.2 既 往 の 研 究
L ID A R デ ー タ を 自 動 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 す る た め に 色 ん な 研 究 が 行
われてきた。このフィルタリング処理手法を以下のように分類されてい
る。
① 標高較差によるフィルタリング
この手法では，建物や樹木周囲の地表面に対して標高値が高い，標高
差 が あ る こ と を 利 用 す る（ K il ia n et a l ，1 99 6；K eq i Z ha ng e t al ，20 03 ）。
具体的には，あるセルサイズのグリッドに区分し，その中の最低標高値
のレーザー計測点を抽出し，これらの点から内挿補間して地表面の最初
の推定を得る。そしてこの面からの標高値の差が一定の閾値以内の点は
地表面の計測データであるとして地表面の推定面を更新していく。最初
のグリッドは最大の大きさの建物よりも大きくしグリッド内に必ず地上
の計測点が含まれるようにする必要がある。この方法は平坦な市街地に
は概ね有効である。しかし，地表面の初期推定がグリッド内の最低標高
値に依存するため，地下トンネルへの開口部があると地表面の推定が大
き く 歪 む と い う 問 題 （ 政 春 ほ か ， 20 01 ） や ， 傾 斜 地 に は そ の ま ま 適 用 で
き な い 問 題 （ 大 坪 ほ か ， 2002） が あ り ， そ れ ら へ の 対 処 が 必 要 で あ る 。
② 最小二乗補間によるフィルタリング
この手法では，レーザー計測点群から統計的にこれを近似する曲面と
し て 地 表 面 を 求 め る （ K ra us a nd Pf e if e r ，1 99 8）。 具 体 的 に は ， 最 初 は
すべての計測点に同じ重みを与えて傾向面を求め，次にこの面から上方
に外れた点の重みは小さくして，最小二乗法により面の推定を繰り返す
という処理を行う。彼らはウィーン市郊外の丘陵地であるウィーンの森
のレーザースキャナーデータに適用して植生を取り除いた地形の推定を
得ることに成功している。このようにこの方法は植生のある丘陵地でそ
の有効性を発揮している。しかし，この手法では，①より面の推定を繰
り返し処理するのは計算量が多い，計算時間が長い。②研究全域のデー
タから近似する曲面を作成しているため，一部の地形や植生の空間分布
特徴を反映できず，繰り返す処理する時に次の曲面を得ることができな
い 。③ 全 体 デ ー タ に よ る 処 理 で は 細 か い 地 形 の 傾 斜 変 換 特 徴 が 粗 く な り ，
地形分類する時には境界線を判読にくくなる。
③ 傾斜角の閾値を用いたフィルタリング
Vos s elm an （ 2 00 0 ） は LID A R 点 群 デ ー タ に 対 し て ， 補 間 処 理 し ， 隣
接点との角度を計算し，角度の閾値を決め，この点が地表面かどうかを
46
区別する手法を開発した。この手法では，研究対象地域の地形によって
閾値を主観的決める必要がある。そのため，個人の経験により閾値が変
わり，フィルタリング精度が低く，誤差が大きくなることがある。
④ T IN に よ る フ ィ ル タ リ ン グ
A xels s on （ 2 00 0 ） は 不 規 則 三 角 網 （ T IN ， tri an g ula ted irr eg ul ar
netw o rk ） に よ る フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 手 法 を 開 発 し た 。 こ の 手 法 で は 以
下 の 手 順 で フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 を 行 っ て い る 。① L ID AR 点 群 デ ー タ に 対
し て ，あ る グ リ ッ ド 内 の 初 期 地 表 面 と 考 え ら れ る 点 か ら TI N を 作 成 す る 。
② そ れ 以 外 の L ID A R 点 と 初 期 地 表 面 と の 距 離 と 角 度 を 計 算 す る 。 ③ 距
離 と 角 度 の 閾 値 よ り ， そ の L ID AR 点 は 地 表 面 か ど う か を 判 断 す る 。 地
表 面 と 判 断 さ れ た ら L ID A R 点 を 加 え て ， 新 し い 地 表 面 と 考 え ら れ る 初
期 地 表 面 を 作 成 す る 。 ④ 他 の L ID AR 点 と ③ で 得 た 初 期 地 表 面 と の 距 離
と角度を計算し，閾値より地表面かどうかを判断し，重複処理を行う。
こ の 手 法 は ，計 算 量 が 膨 大 な た め ，大 面 積 の デ ー タ 処 理 に は 不 便 で あ る 。
以上のフィルタリング手法は，局所的な標高最低点を地表点として取
得するもの，統計的に傾向面の曲面を推定するもの，計測点群をそのま
とまりによってセグメントに分割し地表面を表すセグメントを抽出する
ものなどがある。標高較差によるフィルタリングでは，地表面の初期推
定がグリッド内の最低標高値に依存するため，地下トンネルへの開口部
があると地表面の推定が大きく歪むという問題がある。この手法は，計
算量が膨大なため，大面積のデータ処理には不便である。最小二乗補間
手法では，細かい地形の傾斜変換特徴が粗くなり，傾斜角によるフィル
タリング処理では主観的閾値の個人差によりフィルタリング精度が違う，
T IN フ ィ ル タ リ ン グ 手 法 で は 計 算 量 が 膨 大 な た め ， 大 面 積 の デ ー タ 処 理
には不便である。既往のフィルタリング手法については以上の問題があ
り，計算機の計算に適した，フィルタリング精度が高い手法を開発する
必要がある。
4.2 フ ィ ル タ リ ン グ 方 法 と 精 度 検 証
4.2.1 フ ィ ル タ リ ン グ 方 法
本研究では，既往のフィルタリング手法の有効点を利用し，弱点を改
良 す る こ と を 考 え ， 四 分 木 （ Q u adtr ee ， F ink e l, 1 97 4 ） 手 法 を 用 い た 最
小 二 乗 補 間 フ ィ ル タ リ ン グ 手 法 （ K r a us and Pf eif er ， 19 98 ） を 開 発 し
47
た （ 平 春 ， 2 01 0， 范 ， 2 01 0 ） 。 も と の K raus 式 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 で
は，全域のパルスデータを分割せずに処理することにより，次のような
欠 点 が 生 じ る と 考 え ら れ る ｡局 部 的 な 地 形 特 徴 の 抽 出 は 困 難 と な り ，大 縮
尺 の D EM の 作 成 精 度 基 準 を 十 分 に 満 た せ な い ｡ ま た ， 広 域 な パ ル ス デ
ー タ を 処 理 す る 際 に ， C PU 計 算 量 は 莫 大 に な り ， 実 応 用 性 に 欠 け る ｡ 即
ち ， L ID A R パ ル ス デ ー タ か ら 地 面 反 射 パ ル ス デ ー タ を よ り 正 確 か つ 効
率 的 に 抽 出 し 大 縮 尺 の D EM を 作 成 す る た め に は ， 全 域 の パ ル ス デ ー タ
を 面 的 に 細 分 化 す る 必 要 が あ る ｡四 分 木 手 法 に よ り 分 割 さ れ た 領 域 別 に
フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 を 行 う こ と に よ り ， パ ル ス デ ー タ 全 体 処 理 の CP U
計算量を有効に抑えると考えられる｡
本研究で用いられた四分木方法は，解析対象データの局部特徴を配慮
しながら，一定な条件を満たす格子に限り，該当格子を繰返し四等分割
し ， 最 終 的 に 階 層 的 な デ ー タ モ デ ル を 構 築 す る （ 図 4－ 2） ｡
Y
初期グリッド
X
1 次四分割
2 次四分割
（ a ） 四 分 木 に よ り 分 割 し た デ ー タ の 構 造 （ b） 四 分 木 手 法 の 2 次 元 構 造
図 4－ 2
四分木手法の説明図
48
本研究で解析した四分木手法を用いたフィルタリング処理の流れは以
下 の 図 で あ る （ 図 4－ 3） 。
L ID A R パ ル ス デ ー タ
Ⅰ：メ ッ シ ュ 化 処 理（ メ ッ シ ュ サ イ ズ ：
ｎ）
Ⅱ：格子毎の三次元表面回帰解
析
Ⅲ ： 格 子 毎 の K r au s 式
フィルタリング処理
No
残りパルスの数≧N
Ⅳ：該当格子
の四等分割
Yes
No
残りパルス
標高
残差平均値≧
Yes
S
Ⅴ ： 不 整 三 角 形 網（ T IN）
T IN
作成
内挿処理
D EM
図 4－ 3
四分木手法を用いたフィルタリング手法の流れ
本研究では，四分木方法を用いたパルスデータのフィルタリング処理
を 行 っ た （ 図 4－ 4 ） 。
① X－ Y 平 面 座 標 系 に お い て ， パ ル ス デ ー タ 全 体 を メ ッ シ ュ 化 処 理 。
②格子ごとに，（フィルタリング処理後に残った） パルスデータの二
次曲面回帰或いは平面回帰解析を行い，三次元表面方程式を求める｡
③ 格 子 ご と に ， K r a us 式 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 を 行 い ， 上 記 の 三 次 元 表
面から一定距離値以上離れたパルスデータを除去する｡
④ 下 記 の 条 件 Ａ と Ｂ を 全 て 満 た す 格 子 は ， 次 の ス テ ッ プ ⑤ に 進 め る ｡条
49
件ＡとＢの何れかを満たせない格子は，ステップ②に移す｡
条件Ａ：格子内（フィルタリング処理後に残った） パルスデータの数
は一定数（閾値Ｎ） 以上｡
条件Ｂ：格子内（フィルタリング処理後に残った） パルスデータと求
めた三次元表面との標高方向の残差平均値は一定数（閾値Ｓ） 以上｡
該当格子を四等分割し，各サブ格子において，上記の②と③を繰り返
し実施する｡
⑤該当格子の四分木分割処理を完了させる｡
n
n/ 2
最初のフィルタリ
二次フィルタリン
ング処理用グリッ
グ処理後のグリッ
n/ド4
ド8
n/
三次のフィルタリ
四次フィルタリン
ング処理用グリッ
グ処理後のグリッ
図 4－
4
四
分
木
式
フ
ィ
ル
タ
リ
ング手法の説明図
ド
ド
また，全域の四分木分割処理は完了してから，各格子に残されたパル
ス デ ー タ を 用 い て ，調 査 地 の 地 面 三 次 元 形 状 を 表 す 不 整 三 角 形 網（ T IN ）
を 作 成 す る ｡ 最 後 に ， そ の TI N デ ー タ の 内 挿 処 理 に よ り D EM を 作 成 し
た｡
50
4.2.2 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 精 度 検 証
4. 2. 2. 1 誤 差 の 計 算 方 法
本 研 究 で は ，フ ィ ル タ リ ン グ 後 に 得 た L ID A R デ ー タ と TS 測 量 デ ー タ
との差分を計算し精度評価を行った。この二つのデータセットは点群デ
ータであるため，同じ位置で比較することはできない。そのため，フィ
ル タ リ ン グ 後 の L ID A R デ ー タ か ら 内 挿 処 理 に よ り D EM を 作 成 し ， TS
測 量 デ ー タ と 比 較 し ，LID A R デ ー タ の 精 度 を 検 証 し た ｡そ の 検 証 方 法 を
図 4 － 5 に 示 す ｡ こ こ で 示 し た 三 次 元 座 標 系 に お い て ，LID A R D EM の 局
部 表 面 1 ー 2ー 3 ー 4 と TS 測 量 点 P TS 間 の 差 を 計 算 す る に は ，ま ず P TS
を 通 る 垂 直 線 と 三 次 元 曲 面 1 ー 2ー 3 ー 4 と の 交 点 p を 求 め る ｡次 に ，交 点
p と PT S の 直 線 距 離 を 計 算 す る ｡ こ の 距 離 値 が TS 測 量 点 P TS に お け る
L ID A R D EM の 誤 差 値 と す る ｡
ZTS
LIDAR
ZLIDAR
図 4－ 5
LIDAR
D EM の 誤 差 の 計 算 方 法
4. 2. 2. 2 最 適 D EM グ リ ッ ド サ イ ズ の 選 択
本 研 究 で は ， あ る グ リ ッ ド サ イ ズ の D E M と TS 測 量 デ ー タ の 距 離 を
計 算 し ，L ID A R D E M の 作 成 に あ た っ て は ，最 適 な D EM メ ッ シ ュ サ イ
ズ の 選 定 で 必 要 が あ る ｡ 本 研 究 で は ，現 地 測 量 に よ る TS 測 量 デ ー タ（ 図
3－ 14） を 主 体 に ， 前 述 の 精 度 評 価 方 法 （ 図 4ー 5 ） で 各 点 の 実 測 値 と
L ID A R D EM の 差 を 式 （ 1 ） に よ り 求 め た ｡ な お ，異 な っ た メ ッ シ ュ サ イ
ズ で 作 成 し た L ID A R D EM の 精 度 を 求 め 比 較 し た 結 果 ， 最 小 誤 差 値 の
メ ッ シ ュ サ イ ズ を 確 認 で き た （ 図 4－ 6） ｡こ の 結 果 に よ る と ， メ ッ シ ュ
サ イ ズ が 1m の 時 の 誤 差 が 0. 41 3 ｍ で あ り ， そ れ を 最 適 な メ ッ シ ュ サ イ
51
ズと選択した｡
 DEM
1 n

( Z LIDAR ( k )  ZTS ( k ) ) 2

n k 1
（ 1）
（ 1）
0.75
0.7
誤 0.65
差
（ 0.6
m
） 0.55
0.5
0.45
0.4
0
1
2
3
4
5
D EM
図 4－ 6
6
7
8
9
10 11 12 13 14
グリッドサイズ（ｍ）
LID A R D E M グ リ ッ ド サ イ ズ と 誤 差 の 分 布 図
4.3 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 と 精 度 検 証 結 果
4.3.1 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 の 結 果
四分木式フィルタリング方法を適用したパルスデータ処理効果ーフ
ィルタリング処理前及び繰り返し処理後の残りパルスデータ全体の上
表 面 の 陰 影 図 と 鳥 瞰 図 を 示 す ｡な お ， 最 終 回 フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 後 に 残
っ た パ ル ス デ ー タ は 地 面 反 射 パ ル ス デ ー タ と 見 な さ れ ， 後 述 の L ID A R
D EM の 作 成 に 採 用 し た ｡
フィルタリング処理前の陰影図と鳥瞰図によると，場所①では，林床
植 生 が 繁 茂 で あ り ，低 木 ，亜 高 木 な ど が 多 い 。場 所 ② で は ，高 木 が 多 く ，
林床植生や低木が少ない。場所③では，半分樹冠に隠された林道が見え
52
る。場所④の駐車場では，撮影の時止まっていた車と思われるものが見
え る （ 図 4 － 7 ）。
①
②
④
③
（ a） 処 理 前 の 陰 影 図
（ b） 処 理 前 の 鳥 瞰 図
図 4－ 7
フィルタリング処理前の陰影図と鳥瞰図
53
一回目のフィルタリング処理した結果によると，ほとんどの樹木がノ
イズとして処理され，林道がはっきり見えているが，高木，駐車所の車
が ま だ 残 っ て い る こ と が 分 か る （ 図 4 － 8） 。
（ a） 陰 影 図
（ b） 鳥 瞰 図
図 4－ 8
一回目フィルタリング処理結果
54
二回目フィルタリング処理結果によると，一回目で処理できなかった
樹木と見られるノイズが処理され，地表面及び地表面に近い表面が滑ら
か に 見 え る こ と が 分 か る （ 図 4－ 9 ） 。 た だ ， 駐 車 所 に は 車 が 残 さ れ ， 森
林域でも樹木と思われるものが残されている。
（ a） 陰 影 図
（ b） 鳥 瞰 図
図 4－ 9
二回目フィルタリング処理結果
55
最 終 処 理 結 果 を 図 4 － 10 に 示 す 。 こ の 陰 影 図 か ら ， 二 回 目 フ ィ ル タ リ
ング処理で残されていた駐車場の車と，森林域に残されていた樹木のノ
イズが処理されていることが分かる。
図 4－ 10
最終フィルタリング処理後の陰影図
4.3.2 フ ィ ル タ リ ン グ 精 度 評 価 結 果
本 研 究 で は ，内 挿 処 理 で 作 成 し た L ID A R D EM の 精 度 を 検 証 す る た め ，
断 面 ラ イ ン aa ’ と b b’（ 図 4－ 11 ） に よ る L ID AR デ ー タ と L ID A R D EM
の 断 面 図 を 作 成 し た（ 4－ 12 ，4 － 1 3 ）。こ の 図 で は ，L ID A R D EM（ gro un d
poin t ） と L ID AR デ ー タ の 地 表 面 と 考 え ら れ る レ ー ザ ー パ ル ス は ほ ぼ 一
致 し て い る こ と が 分 か る 。 こ の 結 果 か ら ， フ ィ ル タ リ ン グ 後 の L ID A R
か ら 作 成 し た L ID A R D E M の 内 挿 処 理 の 精 度 が 良 い こ と が 考 え ら れ る 。
56
b’
a’
a
b
図 4－ 11
標
高
（
断面ラインの説明図
m
a
）
a’
距離（ｍ）
図 4－ 12
aa ’ 断 面 図
57
標
高
（
b
m
）
b'
距離（ｍ）
図 4－ 13
bb ’ 断 面 図
TS 測 量 デ ー タ （ 約 600 点 ） の 標 高 と L I D AR D EM の 差 分 を 計 算 し 誤
差 と し ， 誤 差 ヒ ス ト グ ラ ム を 作 成 し た 。 D EM の グ リ ッ ド サ イ ズ は 4. 2. 2
で 解 析 し た 結 果 1m で 作 成 し た 。 こ の 結 果 を 図 4 － 14 に よ り 示 す 。
RMS= 0.41m
STD = 0.396m
M e a n = ー 0 . 11 7 m
頻
度
（
パ
ル
ス
数
）
図 4－ 14
デ ー タ 空 間 （ m）
L ID A R D EM の 誤 差 ヒ ス ト グ ラ ム
58
4.3 考 察 と ま と め
本 章 で は ， L ID AR デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 に つ い て ， 既 往 の 研
究事例を考察した上で，独自のフィルタリング処理手法を開発し，精度
検証を行った。開発された四分木フィルタリング手法は最小二乗方法と
く ら べ よ り 速 い 計 算 ス ピ ー ド で よ い 高 精 度 な DEM を 抽 出 す る こ と が で
き た（ 表 3 － 5 ）。こ れ が ，最 小 二 乗 方 法 で は 全 域 の デ ー タ を 利 用 し て い
るが，四分木方法では全域をメッシュ化し，一回フィルタリング処理し
た後に，さらにメッシュを四分割し第 2 回フィルタリングする。このよ
うな往復処理により計算スピードを速くする同時にフィルタリングの
精 度 も ア ッ プ す る こ と が で き た 。 こ の 結 果 に よ り ， 航 空 機 L ID A R デ ー
タ か ら は 高 精 度 な D EM 作 成 で き る 可 能 性 を 明 ら に し た ｡
表 3－ 5
比較
フィルタリング方法の比較
四分木方法
最小二乗方法
CPU 計 算 時 間（ ｓ ） 59. 22
88. 87
平 均 誤 差 （ m）
1. 7 03 4
0. 4 13
四 分 木 方 法 に よ り 作 成 さ れ た D EM の 精 度 は 0. 4 1ｍ で あ り ， こ れ が ，
第 3 章 で は 確 認 さ れ た 精 度 の ほ ぼ 一 致 す る こ と か ら ，正 し い 地 表 面 の 標
高データを作成する目的に到達したと考えられる。また，本章で得た
D EM を 用 い て 微 地 形 分 類 を 行 う こ と は 最 終 目 的 で あ る 。 第 5 章 の 現 地
観 測 に よ る と D EM か ら 判 断 し に く い 水 路 の 幅 は 1 ～ 1. 5 ｍ ぐ ら い で あ り ，
0. 4 1ｍ の 高 精 度 な D EM で は 識 別 で き る と 判 断 さ れ る 。
59
第 5章
現地測量による微地形分類
5.1 丘 陵 地 の 自 然 環 境
5.1.1 丘 陵 地 の 自 然 環 境
微地形を構成する各自然環境要素は，それぞれが一定の等質的な広が
りをもっている。同時に，そうした等質的な単位は相互に関連しあいな
がら全体として，結節的なシステムを構成し，それがさらに高次の単位
になっている。自然環境要素の集合をしてとらえられる土地自然全体に
しても，そうした関係が認められ，より基本的な単位は自然立地単位
La nd u nit ，そ れ が 集 合 し た よ り 複 合 的 な も の は 土 地 自 然 シ ス テ ム La nd
s ys tem と よ ば れ て い る （ Ch ris t ia n an d Stew art ， 1 96 8 ； 井 手 ・ 武 内 ，
19 85 ）。 丘 陵 地 の 場 合 ， 頂 部 斜 面 や 谷 壁 斜 面 と い っ た 地 形 単 位 と そ れ と
対応した土壌単位は，それぞれ関連しあいながら，いくつかの均質な自
然立地単位を構成している。またそうした自然立地単位は，例えば丘陵
地内の小流域といった枠組みの中で，一定の法則性のもとで組み合わさ
って，結節的な土地自然システムを形づくっている。
自然立地単位と土地自然システムには，空間的な階層性がある。しか
も階層が変わるにしたがって，等質性と結節性が交互に強調される。地
形を例にとると，等質的微地形単位は結節的な小流域を構成し，小流域
の集合が等質的な丘陵地になる。この丘陵地は，山地ー丘陵地ー台地ー
低地といった結節的な空間構成の一部になっている。その空間構成によ
り，等質的な大地形単位が区別される。こういった土地自然システムの
類型 と し て丘 陵 地 の 自然 環 境 類型 を ，マ クロ と ミ クロ の 2 つ の空 間 レベ
ル で 行 っ て い る 。マ ク ロ は ，日 本 列 島 全 体 を 概 観 し た 時 の 類 型 化 で あ り ，
それぞれの丘陵地の全国スケールの性格づけを行うものである。ミクロ
とは，個々の丘陵地の内部にみられる自然環境要素の特徴的な配列，組
合せから，自然立地単と土地システムの類型化を行いものである。
5.1.2 丘 陵 地 の 地 形 分 類
丘陵地における傾斜の急変部に注目して多くの単位斜面に区分し図
示 す る 系 統 的 な 方 法 と し て ， Wat ers（ 1 9 58 ） の m orph ol og ic alma ppi ng
60
がある。これは傾斜変換線を垂直断面形によって凸型（遷急線）と凹型
（遷緩線）に分け，さらに両者とも急変するものと漸変するものとに分
ける。そしてこれらで境された単位斜面を，その垂直断面形により，凸
状 ，直 線 状 ，凹 状 に 区 分 し ，さ ら に 傾 斜 方 向 と お よ そ の 傾 斜 度 を 重 ね て ，
比較的大縮尺の図に示すのである。この方法は，英国のような概して穏
やかな波状の起伏が連なる地域において，野外で地形の形態的特徴を迅
速・適確に認識し記載するために考案されたものである。さらに
Sa vi ge ar（ 1 96 5 ） な ど に よ っ て 改 良 ・ 普 及 が な さ れ ， 斜 面 形 変 化 あ る い
は斜面上の物質移動の研究や土壌図作成などにあたっての基礎的手法の
一つとなった。このような方法による傾斜変換線・斜面形態単位の系統
的記載と土壌断面観察に基づいて斜面の成因に関する議論を展開してい
る 一 例 は ， D al rym p le et al （ 1 96 8 ） の nin e un it la nds u rf a ce mo del で
ある。上記の方法を利用し，丘陵地の傾斜変換線の性状や成因の分類す
る必要がある。
中スケールで見た丘陵地の地形・地質特性は，丘頂面の原形の成因と
年 代 と 基 岩 の 年 代 と 岩 質 に よ っ て 分 類 さ れ る 。小 地 形 ス ケ ー ル で み る と ，
丘陵地は，丘頂平坦面あるいは丘頂緩斜面，丘腹斜面，段丘面，丘麓緩
斜面，谷底低地などから構成される。この小地形スケールの特徴よりさ
ら に 細 か い 地 形 の 差 異 に 注 目 し ，丘 陵 地 に 発 達 す る 谷 の 最 上 流 付 近 に は ，
次 の よ う な 微 地 形 単 位 を 識 別 で き て い る（ Tam ura ，1 96 9；田 村 ，19 87 ）。
各微地形単位は相対位置，地表の微細な形態，土壌形態などで特徴づけ
ら れ ，さ ま ざ ま な 程 度 の 明 瞭 さ を も つ 傾 斜 変 換 線 で 区 別 さ れ る（ 図 5 － 1）。
61
図 5－ 1
丘 陵 地 谷 頭 部 を 構 成 す る 微 地 形 単 位 （ 田 村 ， 19 87 ）
①頂部斜面
稜線上（横断面，縦断面の最高所）にふつうみられる。比較的 緩 傾 斜
の 部 分 を さ す 。 や や 凹 型 の 断 面 形 を 示 す こ と が 多 い 。 傾 斜 は 特 に 2 5° 程
度 に 達 す る が ， 多 く は 15° 以 下 で あ る 。 下 段 を 凹 型 の 傾 斜 変 換 線 （ 遷 急
線）で区別される。浸食性のものと堆積面起源のもとがある。この堆積
物は明らかに頂部平坦面が浸食され縮小したものとみられる。土壌は浸
食のところで薄く，乾燥している。
②頂部平坦面
稜線上にある極めて平坦な地形（傾斜は数度以下，幅が数十 m 以上）
で，その平坦さで，頂部斜面からとくに区別されている。堆積面起源の
丘頂部によくみられるが，侵食性のものも，基岩の岩質・構造によって
は出現する。土壌は，堆積面起源の部分や火山灰被覆のあるところで厚
いこともあるが，それ以外は一般に薄い。
③上部谷壁斜面
頂部斜面（あるいは頂部平坦面）の下面に連なる。平面形がほぼ直線状
の部分である。断面形は直線状ないしやや凹型で，傾斜は頂部斜面より
急であるが，つぎに述べる下部谷壁斜面より緩やかである。すなわちこ
の微地形単位は上・下端も凹型傾斜変換線（遷急線）で区別される。母
62
材の如何を問わず截頭された土壌断面がみられることが多いが，その上
位に薄い匍行成土層が載っていることがある。上部谷壁斜面のうち，谷
頭凹地の上流端に位置する，平面形が半円状の急斜面を，特に谷頭急斜
面 H eadm os t
w al l と 呼 ぶ 。そ の 断 面 形 は ほ ぼ 直 線 状 ，傾 斜 は と き に 5 0°
を超える。おそらく過去のやや大規模な表層崩壊から発達したものと考
えられる。下部谷壁斜面と同様，現在も地表物質移動が活発である。し
か し ， 薄 い な が ら も 腐 植 層 の あ る A/ C 型 土 壌 面 を 持 つ こ と が 多 い 。
④下部谷壁斜面
上部谷壁斜面と麓部斜面，谷底面，水路あるいは谷頭凹地との間に出現
し ， 丘 陵 斜 面 中 で 最 も 急 傾 斜 の 部 分 と な っ て い る 。 傾 斜 は し ば し ば 3 0°
を超える。断面形はふつう直線状でところによりわずかに凹型を示す。
上・下端をそれぞれ遷急線・遷緩線で区別され，両者とも（とくに前者
は）明瞭なことが多い。土壌は，ふつう匍行成母材からなり，薄いが，
基 岩 が 露 出 す る ま で に 至 っ て い る の は ，小 崩 壊 跡 や 樹 木 の 根 返 り 跡 な ど ，
一部に限られる。丘陵斜面のうちで地形変化（表層崩壊であることが多
い）がもっとも活発な部分である。
⑤谷頭凹地
谷頭急斜面の直下には，明らかに谷型の地形でありながら明瞭な水路を
欠く部分がある。水面断面形も横断面形も凹型を示す。この奥部の谷底
あ る い は 凹 ん だ 谷 壁 を 谷 頭 凹 地 と よ ぶ 。頂 部 斜 面（ あ る い は 丘 頂 平 坦 面 ）
との比高が小さいところでは，これら丘頂部の微地形単位から，谷頭急
斜面を隔てず直接連続的に谷頭凹地に移り変わる。谷頭凹地の下流側半
分 が 谷 頭 平 低 H e ad f loor と よ ば れ る こ と が あ る 。こ れ は ，横 断 面 の 最 低
部に横断型が平坦な（下流側のみに傾く）部分をもつ点で，上流側半分
のいわば谷頭凹地プロパーと区別される。谷頭凹地（谷頭平低を含む）
の 下 流 方 向 へ の 傾 斜 は ， 数 度 か ら 30° ま で 多 様 で あ る 。
この微地形単位では土壌の発達が比較的よく，B 層，C 層あわせて厚
さ が 1m を 超 え る こ と も あ る 。 ど の 多 く は 匍 行 ・ 崩 壊 性 母 材 か ら な る も
の で ，か つ て の A 層 が 埋 没 し て い る こ と が あ る 。ま た ，頂 部 斜 面 や 上 部
谷壁斜面の土壌より一般に湿っている。なお，この微地形の下流端付近
では匍行・崩壊の土壌が再び崩壊を起している例がしばしばみられる。
⑥水路
水路は，谷頭凹地の下流端付近に，数十㎝の幅および深さで突然出現
63
することが多い，水路が始まった地点の付近では，その両側に急な下部
谷 壁 斜 面 が 迫 り ，V 字 谷 状 の 横 断 面 を 示 す 。幅 数 m 以 上 の 谷 底 面 が 出 現
するのは，水路頭部からの匍行・崩壊物質が再崩壊・堆積した土壌がみ
られることもあり，それがさらに侵食。除去されて基岩が露出している
こともある。水路底に恒常的な水流があるとは限らない。
⑦麓部斜面
下部谷壁斜面の脚部が，遷緩線を境に，直接谷底面に移行せず，わず
かに凹型の断面形をもつ緩傾斜の面が付着することがある。それを麓部
斜面と呼ぶ。それには，小支流から水流で運ばれてきた物質が堆積した
崖錐性のもの，および谷斜面の後退によると思われる削剥性のものなど
が 含 ま れ る 。麓 部 斜 面 の 土 壌 は ，概 し て 累 積 性 で ，し ば し ば 埋 没 A 層 を
はさみ，厚いことが多い。
⑧谷底面
横断面の最低所を占める水路の両側あるいは片側に出現する。少なく
とも横断方向には平坦な微地形単位で，明らかに流水の侵食・堆積によ
って形成されたものである。土壌は湿っていることが多く，ところによ
ってはグライ土が出現する。やや大きな谷沿いでは，段丘化したかつて
の谷底面と，最近も冠水される場合がある。
また，谷頭部斜面発達史や谷頭凹地そのものの地形学・水文学・気候
学 的 研 究 の 知 見 か ら 田 村 （ 2 00 7，20 0 9）で は ，谷 頭 凹 地 は 谷 頭 凹 地 そ の
ものを構成する旧期埋積層とその下流端部の埋没した溝状部のような新
期 埋 積 層 か ら 構 成 さ れ る と い う 『 Su bh ol low 』 と が ， 多 重 構 造 を 呈 し て
いるとした。それは空間的には浸透水を集中させる機能をもち，地表へ
の浸透水の流出発生を時間的に遅らせているとし，またこのような構造
は，崩積成土砂の埋積と水路の伸張に伴う谷頭凹地の部分的掘削（よう
するに埋没溝状部の掘削）が繰り返すことで形成され，その周期は数百
～数千年程度であることを示唆している。
5.2 微 地 形 分 類 方 法
5.2.1 現 地 測 量
微地形の分類は，微地形の動的，水文的な意味をもった要素に区分す
64
ることによって，その発達について実用的な観点を与えてくれる。
国 土 地 理 院 が 発 行 し て い る 1/ 25, 00 0 地 形 図 や ，市 や 町 が 発 行 し て い る
1/ 2, 500 地 形 図 の 等 高 線 ， ま た は 航 空 写 真 か ら 読 み 取 る 写 真 判 読 な ど の
手法では，丘陵地などの谷頭部の微細な地形を読みとることは困難であ
る 。 そ の た め 調 査 対 象 の 微 地 形 分 類 を 行 う に あ た っ て TS （ 図 3 － 7 ） を
用 い て 地 形 測 量 を 行 っ た 。 地 形 測 量 に は 3. 2. 3 。 次 い で 基 準 点 よ り 谷 筋
に 沿 い 縦 断 測 量 を 行 っ た （ 図 5－ 2）。 縦 断 測 量 は 原 則 と し て 水 路 頭 か ら
尾根までを測定し，斜面の傾斜変換点や谷筋方向の変換点などを捉え，
また微細な段差などは直接折れ尺で測定し測線に補って行った。そのあ
と縦断測量点又は基準点より尾根に向かって横断測量を行った。横断測
線は谷頭部の傾斜変換線を意識して最大傾斜方向と対応させ，その中の
い く つ か は 1～ 2m 間 隔 で 測 点 を 設 け ， よ り 詳 細 な 横 断 測 線 を 測 定 し た 。
このような縦断測量により傾斜変換線をとらえやすくなり，横断測量に
より斜面の凹型（谷型，集水）と凸型（尾根型，散水）を識別できる。
斜 面 の 縦 断 ， 平 面 の 形 状 （ 凸 型 ， 直 線 型 ， 凹 型 ，） の 特 徴 や 微 細 な 傾
斜 変 換 線 の 位 置 ， 崩 壊 地 形 の 状 態 を 調 査 し た 結 果 に よ り ， 田 村 （ 1 97 4 ，
19 96 ） の 微 地 形 分 類 に 従 っ て 微 地 形 分 類 図 を 作 成 し た （ 平 春 ， 2 01 0）。
図 5－ 2 微 地 形 測 量 用 縦 断 測 線
65
5.2.2 土 壌 調 査
調査対象の土壌特性を把握するために，各微地形分類ごとに土壌調査
を行った。
土壌断面の記載は，土壌断面の模式的スケッチ，土壌層位の区分，層界
の 状 態 ， 土 壌 の 色 調 （ 土 色 ）， 土 壌 構 造 ， 石 礫 の 状 態 ， 土 性 ， 水 湿 状 態 ，
根の有無，堅密度，パイプ孔の位置を記載し行った。
・土壌層位の区分
層位は，土色，土の粒度，石礫の含量，指で押したときの抵抗などの違
いによって分類した。層位の種類としては，落葉・落枝などの未分解ま
た は 分 解 し た 植 物 遺 体 か ら な る 有 機 質 層 で あ る O 層 。表 層 周 辺 に 生 成 さ
れ た 無 機 質 層 で あ る A 層 。岩 石 や 堆 積 物 の 風 化 層 で あ る B 層 。二 次 堆 積
物 ， ま た は そ の 風 化 層 で あ る BC 層 。 岩 石 の 物 理 的 風 化 層 ， 非 固 結 堆 積
物層である C 層。土壌の下の基盤層である R 層である。
・層界の状態
層 界 は そ の 深 度 ， 形 状 （ 平 坦 ， 波 状 ）， 明 瞭 度 （ 明 瞭 ， 漸 移 ） に よ っ て 判
定した。
・土色
標準土色帖を用いて土壌の色相，彩度，明度を判定した。また何色か色
が 混 在 し て い る と き は ，そ の 混 ざ り 具 合 と ，そ れ ぞ れ の 色 調 を 記 載 し た 。
・土壌構造
土壌構成粒子の発達形状を記載した。
・石礫の状態
土 壌 に 含 ま れ る 礫（ 直 径 2 ㎜ 以 上 ）鉱 物 質 粒 子 を 細 土 と 区 分 し ，円 磨 度 ，
礫径平均値，礫径最大値，面積割合での含有量を記載した。
・土性
土塊を指の間でこねて，砂の感触の程度，粘り具合，どのくらい長く細
く伸ばせるかなどによって判定した。
・水湿状態
土塊を手で握った時の掌の湿り具合によって判定した。
・根
お お よ そ 10 ㎝ 四 方 の 面 積 当 た り に 現 れ た 細 根 の 本 数 で 判 定 し た 。
・堅密度
プ ッ シ ュ コ ー ン （ 山 中 式 土 壌 硬 度 計 ） を 用 い て 各 層 位 ご と に 1～ 5 回 計
測した。またプッシュコーンの使用が困難な場合，指で土塊を捏ねて崩
66
れる具合から判定した。
5.3 微 地 形 分 類 結 果
5.3.1 微 地 形 分 類 結 果
丘陵地では地表物質の移動つまり地形の更新に深く関わる因子とし
て 傾 斜 とならんで傾 斜 変 換 点 に注 目 することが重 要 であるため，この傾 斜 変 換
線 が斜 面 地 形 を区 分 する境 界 線 とした。この境 界 線 のもとに， 調 査 地 に お け る
微 地 形 は 斜 面 上 部 よ り ，頂 部 斜 面（ C res ts lope：Cs ），上 部 谷 壁 斜 面（ Uppe r
s ides l ope：Us ），下 部 谷 壁 斜 面（ L ow er s i des lop e： Ls ），谷 頭 斜 面（ H ea d
s ides l ope : H s ），谷 頭 凹 地（ H e ad h oll o w： H h），水 路（ C ha nne lw a y ），
麓 部 斜 面 （ F oots lop e ： Fs ）） に 区 分 が で き た （ 平 春 ， 2 0 1 2 ， 図 5 － 3 ）。
頂 部 斜 面 は ，尾 根 線 に 沿 っ て 分 布 し ，幅 1m 程 の 遊 歩 道 が 通 っ て お り ，
きわめて軽微な地形改変が行われている。垂直・水平断面形はともに凸
型 を 示 し ， 平 均 傾 斜 約 10° の 非 常 に 緩 い 斜 面 で あ る 。
上部谷壁斜面の垂直・水平断面形はともに凹型を示し，平均傾斜角
は 2 0° ぐ ら い ， 上 方 の 頂 部 斜 面 と は 明 瞭 な 遷 急 線 で 区 分 さ れ る 。 東 側 の
上部谷壁斜面は，西側よりやや広く，両方とも傾斜角が同じぐらい。
谷 頭 斜 面 は 上 部 谷 壁 斜 面 に 囲 ま れ て お り ，傾 斜 角 は 20° ～ 30° ぐ ら い ，
断面形は凹型を示し，やや不明瞭な傾斜変換線によって区切られてい
る。
谷 頭 斜 面 の 下 に 三 つ の 谷 頭 凹 地 が み ら れ ，5 m 程 の 小 規 模 な 崩 壊 地 の
滑落崖がみられ，谷頭斜面と明瞭な傾斜変換線で区分されている。こ
の 場 所 で は ， 水 の 侵 食 作 用 が 激 し く な り ， 傾 斜 角 が 5 0° を 超 え る 急 斜 面
も み ら れ る （ 図 5－ 4 ， 図 5 － 5 ） 。
上部谷壁斜面と谷頭凹地の下方には明瞭な遷急線を境にして下部谷
壁斜面が位置する。下部谷壁斜面の断面形は直線型またはやや凹型を呈
し ，平 均 傾 斜 30 ° 以 上 と 急 傾 斜 な 斜 面 で あ る 。ま た 1 0m 程 の 崩 壊 地 の 滑
落崖が低位遷急線に沿って分布していることや，その下方に幅，深さと
も に 1 ～ 2m 程 の 水 路 と 接 し て い る こ と か ら ，崩 壊 や 侵 食 の 影 響 を 最 も 受
けやすい非常に不安定な斜面である。
67
Fs
Ls
Us
HhⅠ
Us
Hs
HhⅡ
HhⅢ
Cs
Hs
Cs
Us
図 5－ 3
図 5－ 4
微地形分類図
谷 頭 凹 地 （ HhⅠ ）
68
図 5 － 5 谷 頭 凹 地 （ H hⅡ ）
5.3.2 土 壌 調 査 結 果
調査 地 域 の上 部 谷 壁 斜面 で 7 ヵ 所，谷 頭 凹地 で 2 ヵ 所，下 部 谷壁 斜面
（ ガ リ ー 壁 ） で 1 ヵ 所 ， 水 路 付 近 で は 8 か 所 の 計 18 ヵ 所 設 け た （ 図 5
－ 3 ）。 調 査 地 域 の 斜 面 上 部 の み 礫 層 が 分 布 し て い る と い っ た 特 有 の 地 質
分布より，斜面上部からの土砂の移動をみるために，特に礫に注目した
土壌断面の観察を行った。その結果を，土壌調査結果によると頂部斜面
で は ，物 見 山 礫 層 を 母 材 と す る 残 積 成 の 厚 い B 層 を 持 つ 褐 色 森 林 土 が 形
成 さ れ ，B 層 は 比 較 的 安 定 し て い る 。上 部 谷 壁 斜 面 の 土 壌 は A 層 B 層 に
頂部斜面の B 層に起源を持つと考えられる礫が見られることと A 層が極
めて薄いことから，斜面に沿って土壌物質の移動があると推定され，安
定 性 が 弱 い と 考 え ら れ る （ 図 5－ 6）。 谷 頭 斜 面 で は 土 壌 層 が も っ と 薄 く
なり，不安定性が増え，水の浸食作用による土壌物質の移動がより速く
な っ て い る （ 宮 下 ， 20 07 ； 平 春 ， 20 12 ； 佐 藤 ， 2 01 2）。
69
微地形
Cs
Us
Hs
図 5－ 6 土 壌 調 査 結 果
5.4 考 察 と ま と め
本 章 で は ，現 地 測 量 方 法 に よ り ，傾 斜 の 変 換 線 を 見 つ か り ，微 地 形
の区分を行った。 土壌調査と微地形分類により以下何点を明らかに
した。
頂 部 斜 面 は 平 均 傾 斜 角 が 約 10° の 比 較 的 緩 い 斜 面 で あ り ， 礫 層 と シ
ル ト 岩 層 の 地 質 境 界 よ り 礫 層 に よ っ て 構 成 さ れ て い る 。物 見 山 礫 層 を
母 材 と す る 残 積 成 の 厚 い B層 を 持 つ 褐 色 森 林 土 が 形 成 さ れ ， B層 は
比較的安定している。
上 部 谷 壁 斜 面 は ， 傾 斜 角 が 約 20 °ぐ ら い ， ま た ， 東 側 の 上 部 谷 壁 斜
面 ，西 側 の 上 部 谷 壁 斜 面 に 分 け た 場 合 ，東 側 斜 面 が や や 広 く ，傾 斜 角
が 20°ぐ ら い と 同 様 な 傾 斜 で あ っ た 。 面 積 は 他 の 微 地 形 に 比 べ て や や
広く，調査範囲外であるが谷頭部下流に向かってずっと続いている。
土 壌 は A層 B層 に 頂 部 斜 面 の B層 に 起 源 を 持 つ と 考 え ら れ る 礫 が 見
ら れ る こ と と A層 が 極 め て 薄 い こ と か ら ， 斜 面 に 沿 っ て 土 壌 物 質 の
移動があると推定され，安定性が弱いと考えられる。
谷 頭 斜 面 は 上 部 谷 壁 斜 面 に 囲 ま れ ，谷 頭 凹 地 の 上 部 に 位 置 し ，傾
70
斜変換線で区分されている。ここの土壌は，上方の上部谷壁斜面に
比 べ て 礫 の 含 有 量 が 多 い こ と が 特 徴 で ， そ れ ぞ れ 深 度 90c m ， 57c m ま
で 観 察 を 行 っ た が シ ル ト 岩 の 基 盤 層 ，そ の 風 化 層 な ど は み ら れ な か っ
た 。 A層 は 比 較 的 厚 く ， 土 層 全 体 に 礫 が 出 現 し ， そ の 量 も 上 部 谷 壁 斜
面などの礫の含まれている層と比べて多かった。
谷 頭 凹 地 は ，谷 頭 斜 面 の 下 に 位 置 し ，下 部 谷 壁 斜 面 と つ な げ て い る 。
こ こ で ， 傾 斜 角 が 60° を 超 え る 急 斜 面 も み ら れ ， 水 の 侵 食 が 激 し い こ
と が わ か っ た 。 こ こ 土 壌 は ， 侵 食 が 激 し た め ， 土 壌 層 が 薄 く ， A層 は
10cm 未 満 ， B C 層 に は 礫 な ど み ら れ る 。
下 部 谷 壁 斜 面 は ， 平 均 傾 斜 30° 以 上 と 非 常 に 急 峻 で ， 他 の 微 地 形 の
中 で も 比 率 が 小 さ い 。水 路 に 沿 っ て ，上 部 谷 壁 斜 面 ，谷 頭 凹 地 と の 境
界 線 で あ る 低 位 遷 急 線 が 分 布 し て い る 。西 側 斜 面 で の 低 位 遷 急 線 上 方
に は 小 規 模 な 地 す べ り の 滑 落 崖 と 移 動 体 が み ら れ ，そ の 移 動 体 を 切 る
よ う に し て 低 位 遷 急 線 が 分 布 し て い る 。ま た 調 査 範 囲 外 で あ る が 下 流
より遷急線を伸ばしてくるとこの地すべり滑落崖の上端にぶつかり，
このことからこの地すべりは遷急線に沿った滑落崖として滑ったも
の と 想 像 が つ く 。 土 壌 は ， そ れ ぞ れ 深 度 7cm ， 17cm に 基 盤 岩 層 ， C 層
が 出 現 し ， と も に B層 は み ら れ ず 非 常 に 浅 い 土 層 で あ る こ と が 考 え ら
れ る 。 平 均 傾 斜 30° 以 上 と 急 峻 で あ る こ と ， 古 低 位 遷 急 線 に 沿 う 地 す
べ り 滑 落 崖 ， 東 側 の 下 部 谷 壁 斜 面 の 土 層 に お い て B層 が な く 土 層 が 非
常に薄いことなどから，不安定な斜面であることが分かった。
71
第 6章
LIDAR デ ー タ に よ る 微 地 形 分 類
6.1 既 往 の 研 究
地表の形態を精確に把握することは地形学の基礎データとして重要
である。以前は紙の地形図が重要な情報源であったが，測量技術やコン
ピ ュ ー タ 技 術 の 発 達 に よ り ， D EM を 使 用 し 地 表 面 の 地 形 を デ ジ タ ル 化
し て 表 現 し ， デ ー タ を 扱 う 事 が 多 く な っ て き た 。 D EM は 写 真 測 量 な ど
リモートセンシング技術により作成できるため，現場に入りにくいなど
現 調 査 や 測 量 で き な い 場 所 の 地 形 を 把 握 す る こ と が で き る 。ま た ，D EM
を利用して地形の形態を正確に表現すると伴に，傾斜角の計算，傾斜方
位の計算，陰影起伏の表現，凹凸度の計算，地すべりの移動量，崩壊量
な ど 地 形 パ ラ メ ー タ の 計 算 が で き る た め ， D EM を 利 用 し て 地 形 の 分 類
を 行 う こ と が で き 便 利 で あ る 。 数 百 ～ 数 十 ｍ 程 度 の 解 像 度 の D EM 地 形
解 析 に 利 用 さ れ て き た が （ 野 上 ， 19 99 ） ， 小 起 伏 の 地 形 を 把 握 す る た め
に ， さ ら に 詳 細 な 解 像 度 の D EM が 求 め ら れ て い る 。 つ ま り ， 国 土 地 理
院 か ら は ， 全 国 の 1 0ｍ 解 像 度 の D EM と 一 部 の 地 域 で は 5 m の D EM が
無償で提供されているが，詳細な微地形を把握するために，さらに高解
像 度 の D EM が 必 要 で あ る 。
D EM は 現 地 測 量 に よ り 作 成 で き る が ，広 域 の D EM を 作 成 す る に は 不
利であるため，リモートセンシング方法は有効である。写真測量法によ
る 地 形 把 握 に つ い て は ， 林 舟 ほ か （ 2 00 2 ） に よ り 詳 し く レ ビ ュ ー さ れ て
いる。写真測量法は主に空中写真や高分解能衛星写真を使用され，森林
地域では，樹冠のところを見ているため，精度が落ちることがある。
L ID A R デ ー タ に よ っ て 取 得 さ れ た デ ー タ か ら L ID AR D E M を 作 成 す る
こ と が で き ， そ れ を 用 い た 地 形 解 析 の 研 究 例 も 増 え つ つ あ る （ McK e an
and Roe ri ng ，2 00 4；Sa to a nd Sek i g uc hi ，2 00 5；G l en n et al ，2 00 6）。
L ID A R デ ー タ は レ ー ザ ー パ ル ス の 反 射 に よ り 地 上 物 を 測 量 し て い る た
め森林中で透過性があり，もとの写真測量よりもさらに精度が高いこと
が想定される。
L ID A R デ ー タ を 地 形 学 的 に 応 用 す る た め の 精 度 を 検 討 し た 研 究 事 例
と し て ， 佐 藤 ほ か （ 20 04 ） は L ID AR デ ー タ に よ る D EM の 誤 差 が １ ｍ
以 下 で あ り ，従 来 の デ ー タ と 比 べ て 精 度 が 高 い と い う 事 を 明 ら か に し た 。
72
こ の デ ー タ を 地 形 解 析 に 活 用 し た 研 究 事 例 と し て Sc hie idl e t al（ 2 00 8），
鈴 木 ほ か （ 20 09 ）， 松 岡 ほ か （ 20 09 ）， 吉 野 （ 20 10 ） は 地 形 の 変 化 量 を
評価した。従来現地観測が困難である，植生に覆われている古い崩壊地
は 空 中 写 真 や 地 形 図 よ り 判 読 を 行 っ て い た が （ 例 え ば ， Ch i g ira et al ，
20 04 ）， こ の 方 法 に 比 べ て 高 い 精 度 で 崩 壊 地 を 抽 出 で き る こ と が 示 さ れ
た（ 土 支 田 ほ か 20 07 ，C hi gir a et a l ，2 0 0 9；Sc hu zl ，2 00 7）。ま た ， Bo oth
et al（ 2 00 4 ）は 地 す べ り 地 を 自 動 抽 出 し ，Mck e an a nd Ror ei ng（ 20 04），
G len n e t al （ 2 00 6 ）， 笠 井 ほ か （ 20 08 ） の 研 究 に よ り 地 す べ り 地 を 活 動
度の観点から定量化している。
本 章 で は ， 第 4 章 で 作 成 し た L ID A R D EM を 用 い て ， M 地 域 （ 図 2－
1） に お け る 微 地 形 分 類 手 法 の 開 発 や 高 度 化 す る こ と を 目 的 と し た 。 こ
の L ID AR D EM は 独 自 な フ ィ ル タ リ ン グ 手 法 よ り 作 成 さ れ ，現 地 測 量 デ
ータにより精度検証を行っている。斜面の微地形の解析においては，田
村 （ 1 97 4 ） の 区 分 単 位 を 参 考 し ， 横 断 面 の 解 析 方 法 に よ り 傾 斜 変 換 線 を
抽 出 し ， そ れ を も と に 微 地 形 の 分 類 を 行 っ た （ 平 春 ， 20 10 ）。
6.2LID AR デ ー タ に よ る 微 地 形 分 類 方 法
6.2.1 条 件 検 索 方 法 に よ る 微 地 形 分 類
田 村（ 田 村 19 74 ）の 斜 面 微 地 形 分 類 手 法 を 参 考 し ，現 地 観 測 に よ り 微
地 形 の 判 読 条 件 を ま と め た （ 表 6 － 1）。 標 高 と 傾 斜 角 ， 水 路 の 位 置 を 微
地形の判断条件とした。ここで，標高の閾値は第 5 章の微地形分類結果
を参考し決めた。傾斜角の計算は，以下の式により計算した。
（ 1）
式 （ 1 ） で ， S は 傾 斜 角 ， Z i j は D EM の 任 意 ピ ク セ ル （ i 行 j 列 ） の 標
高 ， d x ， d y は x ， y 方 向 の メ ッ シ ュ 間 隔 （ 本 研 究 で は 1m ） で あ る 。 周 囲
73
8 つのピクセルの標高値を用いてその中央のピクセルの傾斜角を計算し
た。
表 6－ 1 グ リ ッ ド 解 析 条 件
微地形単位
標高
傾斜角
水路
頂 部 斜 面 （ Cs ）
≧ 11 0m
[ 0°, 1 0° ）
なし
上 部 谷 壁 斜 面 （ Us ）
≧ 11 0m
[ 10°, 20 ° ）
なし
谷 頭 凹 地 （ Hh）
[ 10 0～ 11 0m ）
[ 20°, 30 ° ）
なし
下 部 谷 壁 斜 面 （ Ls ）
≦ 1 00m
[ 30°, 90 ° ）
なし
麓 部 斜 面 （ Fs ）
≦ 110m
[ 30°, 90 ° ）
ある
水 路 （ C）
≦ 110m
≧ 20°
ある
調 査 地 域 で は ， 2m × 2m ， 4m ×4m ， 6m ×6 m ， 8m × 8m の グ リ ッ ド を 作
成 し ， そ の 中 の 傾 斜 角 の 標 準 偏 差 値 を 統 計 し た （ 図 6 ー 1）。 グ リ ッ ド サ
イ ズ が 6m の 傾 斜 角 を 用 い て 表 6 ー 1 の 条 件 に よ り グ リ ッ ド 解 析 を 行 っ た 。
図 6－ 1
グリッド解析イメージ
6.2.2 断 面 図 の 解 析 に よ る 微 地 形 分 類
現 地 測 量 用 の 縦 断 測 線（ 図 6－ 2 ）の も と に ，標 高 と 傾 斜 角 を 抽 出 し 断
面図を作成した。この縦断測線は水路を中心とし谷から尾根まで放射状
に作成している。水路は水文解析より抽出した。この断面図から指定区
間 （ R i ） の 傾 斜 角 の 最 大 値 と 最 小 値 の 差 を 傾 斜 角 移 動 差 （ M SD ） と し ，
傾 斜 変 換 点 を 抽 出 し た 。 計 算 式 は 式 （ 2） と な る 。
74
（ 2）
MSDRi  Max( S Ri )  Min( S Ri )
こ こ で ， MSDRi は 区 間 R i の 傾 斜 角 移 動 差 ， S Ri は 傾 斜 角 ， Max( S Ri ) は 空
間 R i の 最 大 傾 斜 角 ， Min(S Ri ) は 空 間 R i の 最 小 傾 斜 角 で あ る 。
図 6－ 2 に 示 す 断 面 図 上 の 区 間 R の 定 義 に あ た っ て は ， 区 間 長 さ L は
3～ 6m に 設 定 し た （ I は 1 m ）。
I
断面図
R i (L =l × n)
図 6－ 2 断 面 図 上 傾 斜 角 移 動 差 の 定 義 方 法
断面図の尾根から麓部に向かって傾斜が急に変わる地点を遷急点と
し，急斜面が不連続的に緩く凹地になる地点を遷緩点と識別した。同じ
標 高 区 間 帯 の 遷 緩 点 や 遷 急 点 を 繋 ぎ ，地 形 遷 緩 線 又 は 遷 急 線 を 作 成 す る 。
作 成 し た 遷 緩 線 と 遷 急 線 を 境 回 線 と し ， 微 地 形 区 分 を 行 っ た （ H a bu ra ，
20 10 ， 図 6－ 3）。
75
図 6－ 3
微地形分類フロー
6.3LID AR デ ー タ に よ る 微 地 形 分 類 結 果
6.3.1 条 件 検 索 方 法 に よ る 微 地 形 分 類 結 果
6. 2. 1 の 条 件 検 索 方 法 に よ る 微 地 形 分 類 に よ り 分 類 し た 微 地 形 図 を
図 6－ 4 に 示 す 。 こ の 図 か ら ， 調 査 地 に お け る 微 地 形 は 斜 面 上 部 よ り ，
頂 部 斜 面 （ Cres ts lo pe ： Cs ）， 上 部 谷 壁 斜 面 （ U pper s ides l ope ： Us ），
谷 頭 凹 地（ H ea d hol l ow：H h ），下 部 谷 壁 斜 面（ L ow er s id es l ope： Ls ），
水 路 （ Ch a nne lw a y ） と 判 断 し た （ 図 6 ー 4 ）。
6.3.2 断 面 図 解 析 に よ る 微 地 形 分 類 結 果
断 面 図 に お い て 計 算 さ れ た MSD の 結 果 を 図 6 － 5 に 示 す 。 MSD の
変 動 が 1 0° を 超 え る 場 所 を 傾 斜 変 換 点 と 抽 出 し た 。 各 傾 斜 変 換 点 を 水 路
から中心とし，近い点をつなげ，傾斜変換線を作成した。この傾斜変換
76
線 を 境 界 線 と し 微 地 形 を 分 類 し た 。 そ の 結 果 を 図 6－ 6 に 示 す 。 調 査 地
域 の 微 地 形 は 斜 面 上 部 よ り ， 頂 部 斜 面 （ Cres ts lop e ： Cs ）， 上 部 谷 壁 斜
面 （ Uppe r s id es lo p e ： Us ）， 下 部 谷 壁 斜 面 （ Low er s ides lo pe ： Ls ）
谷 頭 斜 面 （ H ea d s id es lop e : H s ）， 谷 頭 凹 地 （ H e ad h ol low ： H h ）， 水 路
（ C h an nelw ay ）， 麓 部 斜 面 （ Foo ts lop e ： Fs ） に 区 分 が で き た 。
Ls
ss
s
Us
Hs
s
Us
Cs
図 6－ 4
グリッド解析による微地形分類結果
傾
斜
角
（
度
）
標
高
（
m
）
距 離 （ m）
図 6－ 5
77
断面図
Fs
Ls
Hh
Us
Hs
Cs
Us
Hh
Hh
Hs
Us
図 6－ 6
微地形分類図
6.4 考 察 と ま と め
6.4.1 条 件 検 索 方 法 の 考 察
条 件 検 索 方 法 で は ， 標 高 ラ ン ク （ 10 0 m 等 高 線 ， 11 0 m 等 高 線 ） よ り ，
微地形の単位がある程度分かるが明瞭化しにくく，精確な境界線を抽出
することができなかった。ピクセル単位の傾斜
Cs角 で は ノ イ ズ が 多 く ， 微
地 形 の 判 断 が 難 し い た め ， 2m ， 4m ， 6m ， 8m の グ リ ッ ド な い に 統 計 し
た 結 果 ， 6m の と き は 現 地 測 量 に よ る 微 地 形 と 近 い 結 果 に な っ た 。 し か
し ，こ の 二 つ の 条 件 よ り ，詳 細 な 微 地 形 の 区 分 す る こ と が で き な か っ た 。
6.4.2 現 地 測 量 に よ る 微 地 形 分 類 結 果 と の 比 較
断面図解析により傾斜変換点を利用した遷急線と遷緩線を境界線とし
た 区 分 し た 微 地 形 と 現 地 測 量 に よ る 微 地 形 の 比 較 を 行 っ た （ 図 6 － 7 ）。
78
Fs
Cs
Ls
Hh
a1
Us
Hs
Hh
Hh
Hs
Us
Us
a
Cs
図 6－ 7
Cs
現地測量による微地形と断面図解析による微地形の比較
図 6ー 7 に よ る と ， 同 じ 縦 断 測 線 （ a a 1 断 面 ， 図 6 － 8） で は ， 現 地 測
量 で 得 た 傾 斜 変 換 点 と 断 面 解 析 で 得 た 傾 斜 変 換 点 の 平 面 距 離 は 0. 6 ～
1. 5m ， L ID A R D EM の 解 像 度 よ り や や 大 き い 結 果 に な っ た 。 傾 斜 変 換 線
の位置と形状は似ていることより，断面図解析手法は微地形分類には有
効と判断される。
79
傾
斜
角
（
度
）
標
高
（
m
）
距 離 （ m）
× 傾 斜 変 換 点 ( L ID AR D EM)
● 傾 斜 変 換 点 ( TS
)
図 6－ 8
aa1 断 面 図
6.4.3L ID AR D EM に よ る 地 形 表 現 と 地 形 図 と の 比 較
1/ 20 00 の 地 形 図 か ら 作 成 し た D EM に よ る 等 高 線 ， 陰 影 起 伏 図 と 傾 斜
角 図 と L ID AR D EM と 比 較 し た（ 表 6－ 2 ）。表 6 － 2 に よ る と L ID A R D EM
か ら 計 算 さ れ た 傾 斜 角 ， 陰 影 起 伏 図 な ど 地 形 表 現 は 1/ 2 00 0 の 地 形 図 よ
り，詳細な地形を読み取れることがわかる。
6.4.4 ま と め
本 章 で は ，第 4 章 で 作 成 し た L ID A R D EM を 用 い て 丘 陵 地 に お け る 微
地形分類する方法を検討した。その結果を現地測量による分類された微
地 形 と 比 較 し ，ほ ぼ 一 致 し て い る こ と か ら ，LID AR デ ー タ は 詳 細 な 微 地
形分類に適きであることがわかった。また，断面図解析方法による微地
形分類結果が現地測量による結果と一致していることから，この方法は
D EM か ら 微 地 形 分 類 す る に は 有 効 で あ る こ と を 明 ら か に し た 。 従 来 は
現地測量や空中写真判読は微地形分類の主な手段であったが，本研究の
80
手法により，最も効率よく広域の微地形を分類できると考えられる。
表 6 － 2 地 形 図 D E M と L ID A R D EM の 比 較
1/2500 の 地 形 図 に よ る DEM
等高線
等高線間
隔 2m
陰影起伏
図
光 源：北 西
高 さ：3 倍
強調
傾斜角図
81
L ID A R D EM
第 7章
微地形と植生の関係解析
7.1 既 往 の 研 究
現在，過去に失われた自然を積極的に取り戻すことを通じて生態系の
健全性を回復することを直接目的とした自然再生事業，里山再生などに
代表される自然と共生する社会の実現は重要な課題となっている（環境
省 2 00 3）。 し か も ， そ の 失 っ た 環 境 を ど こ ま で 回 復 し た ら い い の か ， 現
存植生（二次林など）を保全するのか潜在植生に取り戻したほうがいい
のかなど問題が上げられる。以上の問題を解決するには土地と環境要素
の関係を定量的に評価し，土地のもつポテンシャルと環境要素との関係
の強さを見積もり，関係が強い要素を保全し，自然再生事業のあり方を
決定する必要があるものと考えられる。そこで本研究では植生と微地形
の関係を調べ，土地のもつポテンシャルとした地形地質と環境要素とし
た植生との関係を評価することより，関係が強い要素を保全し，関係が
弱い要素を計画する必要があると考えられる。
いままで多くの植生と微地形の関係評価に関する既往の研究が行わ
れ （ 大 久 保 ほ か 2 00 2；北 川 ほ か 2 00 4；澤 田 ほ か 2 00 5；川 西 ほ か 20 06 ），
主に微地形条件と土壌地質条件に対する植生の種組成と種多様性分布を
調べた研究事例が多かった。同じ地形地質条件に対する植物は同じ生理
特徴と生長特徴を持ち，それが植物の生活型であると考えられる。生活
型は植物の外部形態を類型的にとらえたものであると言われ，生物の生
理的な機能と外部形態，構造は周囲の環境との長い年月にわたる相互作
用のもとにつくりだされたものであるため，生活型は環境条件を反映し
て い る と 考 え ら れ る （ 沼 田 真 19 47 ）。 本 研 究 で は ， M 地 域 に お け る 第 6
章で作成された微地形分類図と植生の関係評価をするには植物生活型を
利 用 す る こ と に し た （ 平 春 ， 2 01 2）。
7.2 微 地 形 と 植 生 の 関 係 評 価 方 法
7.2.1 植 生 調 査
調 査 域 中 の 植 生 を 把 握 す る た め に 20 10 年 5 月 17 日 に 植 生 調 査 を 行 っ
た 。植 生 調 査 は 調 査 域 の 片 方 斜 面 に コ ド ラ ー ト（ 3 0m×6 0m ）を 設 置 し て ，
82
頂 部 か ら 水 路 ま で 各 微 地 形 単 位 ご と に 毎 木 調 査 を 行 い ，樹 種 ，胸 高 直 径 ，
樹 高 ， 位 置 を 測 定 し た （ 図 7 － 1）。 樹 木 の 位 置 は L ID AR デ ー タ の 精 度
検 証 用 で 設 置 し た 基 準 点 を 使 用 し ， TS を 利 用 し て 測 量 し た 。
7.2.2 植 生 生 活 型 の 分 類
生活型とは植物の外部形態を類型的にとらえたものをいう。生物の生
理的な機能と外部形態，構造は周囲の環境との長い年月にわたる相互作
用のもとにつくりだされたものであるため，生活型は環境条件を反映し
ていると考えられる。
各 種 の 生 活 型 の 判 定 は 基 本 的 に 図 鑑 （ 三 上 常 夫 20 09 ； 茂 木 ， 20 00 ；
苅 住 曻 ，1 98 7）を も と に し て 毎 木 調 査 で 観 測 さ れ た 樹 種 毎 に 以 下 の 生 活
型について調査し，樹木の生態的特性した。各樹種の生活型は以下のと
おりとなる。
・ 葉の生存葉節：常緑，夏緑
・ 植物体の形：高木，低木，亜高木，中高木，藤木
・ 受粉形式：虫媒，風媒
・ 種子散布：風散，鳥散，貯食散，重散，自散，水散
・ 種子形態：翼果，堅果，毬果，そう果，核果，液果，さく果，豆果
・ 根系の形態：水平型，斜出根型，垂下根型
・ 垂直分布：浅根型，中間型，深根型
・ 水平分布：分散型，集中型，中間型
・ 分岐：多岐型，疎放型，中間型
・ 細根の多さ：密生型，中間型，疎生型
・ 細根の太さ：繊細型，中間型，肥厚型
・ 根毛の多さ：密生型，疎生型，中間型
・ 稚苗：a 型，b 型，c 型
・ ・ 植 物 体 の 形 ： 高 木 10 ｍ 以 上 ， 亜 高 木 5 ～ 1 0ｍ ， 低 木 5 ｍ 未 満 ， 藤 本
つる性の木本
・ ・種子散布
・ 自散：自力で種子を飛ばすもの
・ 重散：重力による落下
・ 風 散：風 に よ る 散 布 一 次 の よ う な も の も 含 む ．翼 や 毛 に よ っ て 風 に 乗
る も の ．き わ め て 微 細 な 種 子 ．親 固 体 が 風 に ゆ れ て 種 子 が 放 出 さ れ る
もの
83
・ 食散：種実が動物に食べられて散布一次のものを含む
・ 貯食散：食べ残された種子で散布
・ 水散：淡水による散布
・ ・種子形態
・ 裂開果：熟すと一定の場所から裂けるもの
・
さ く 果： 2 心 皮 以 上 か ら な る 果 実 で ，心 皮 の 数 だ け の 果 片 に 縦 に 裂
けるもの
・
豆 果：1 心 皮 か ら な る 果 実 で ，背 腹 で 縦 裂 す る ．マ メ 科 の ほ と ん ど
がこれである
・ 閉果：果実が熟しても一定のところからは裂けないもの
・
堅 果 ： 果 皮 が 木 質 で ，種 子 か ら よ く 離 れ る も の ．い わ ゆ る ド ン グ リ
類がこれである
・
そ う 果 ： 果 皮 が 種 皮 と 合 着 し て 分 離 し な い も の ．タ ケ ・ サ サ 類 が こ
れに属する
・
翼果：発達した果翼を持つ果実
・ 多 肉 果 ： 中 果 皮 に 水 分 が 多 く ，肉 質 ま た は 液 質 に な る も の ．す べ て 閉
果である
・
核果：内果皮がかたい石質（核）になるもの
・
液果：内果皮が石質にならないもの
・ 毬 果 ： 胚 珠 は 子 房 に 包 ま れ ず ，種 鱗 の 内 側 に 裸 出 し て つ く ．胚 珠 が 子
房に包まれる被子植物の果実とは性質が異なる
・ ・ 根 系 の 形 態： 根 系 の 発 達 す る 部 分 に よ っ て ，水 平 型 ，斜 出 根 型 ，垂
下根型に区分し，根系の太さ，生育型と組み合わせて形態型とした
・ ・垂 直 分 布：根 系 の 分 布 の 深 さ に よ っ て 根 系 分 布 が 表 層 に 偏 る も の を
浅 根 型 ，や や 深 く に 及 ぶ も の を 中 間 型 ，心 土 中 に 及 ぶ も の を 深 根 型 と
した
・ ・ 水 平 分 布 ： 根 系 分 布 の 広 が り が 大 き い も の を 分 散 型 ，小 さ い も の を
集中型，中庸のものを中間型とした
・ ・ 分 岐 ： 根 系 の 分 岐 性 に つ い て 多 い も の を 多 岐 型 ，少 な い も の を 疎 放
型，中庸のものを中間型とした
・ ・ 細 根 の 多 さ ： 細 根 の 多 さ の 程 度 に よ っ て 密 生 型 ，中 間 型 ，疎 生 型 と
した
・ ・細 根 の 太 さ：細 根 の 平 均 的 な 太 さ で 平 均 直 径 0. 3ｍ ｍ 以 下 を 繊 細 型 ，
0. 3 ～ 0. 5 ｍ ｍ を 中 間 型 ， 0. 5 ｍ ｍ 以 上 を 肥 厚 型 と し た
84
・ ・根 毛 の 多 さ：い ち じ る し く 多 い も の を 密 生 型 ，少 な い も の を 疎 生 型 ．
中 庸 の 多 さ を 中 間 型 ，き わ め て 少 な い か 不 明 の も の 突 起 状 の も の を ふ
くめて不明型とした
・ ・ 稚 苗 ： 主 根 が 細 長 く ，側 根 が や や 長 い も の を a 型 ，主 根 が 太 く ， 側
根 が き わ め て 短 い も の を ｂ 型 ，主 根 が 短 く ，側 根 が 長 い も の を ｃ 型 と
した
7.2.3 微 地 形 と 植 生 の 関 係 解 析
微地形と植生の関係解析には，微地形単位に対応する樹種の持つ生活
型を明らかにすることが必要である。そのため，樹種にもつ同じ生活型
を 調 べ た 結 果 を ク ラ ス に 分 け る 必 要 が あ る 。 本 研 究 で は ， T WI NS PAN
（ tw o ー w a y ind ica t or s pe cies a na lys is ， 二 元 指 標 分 析 ） を 用 い て 現 地
調査により調べた各樹種の生活型と微地形の関係解析を行った。
TW IN SPAN の FO R TR AN プ ロ グ ラ ム が Hil l（ 1 97 9） に よ っ て 与 え ら れ
て い る 。 T WI NS PA N は 植 物 群 落 ・ 生 物 群 集 の 種 組 成 の 分 析 に 使 わ れ ，
クラスター分析が個々の対象から出発して似たものを順にグループにし
ていくのと反対に，全体を繰り返し分割してグループを作り出すという
手 順 を と る 。 全 体 を う ま く 分 割 す る た め に T WI NS PAN で は ， 序 列 化 手
法の一つである反復平均法を利用している。序列化により，データ全体
の傾向をもっともよく表わす傾向線（第一軸）を求め，サンプルとこの
上に 並 べ た上 で ，そ の中 央 で 2 分す る こ とで ，サ ンプ ルを 2 つの グ ル ー
プに分ける，というのが基本の手順になる。
以 下 に TW INS PAN に お け る 計 算 手 順 を 具 体 的 に 記 す ．
① 7. 2. 2 で ま と め た 出 現 し た 種 の ア バ ン ダ ン ス（ 出 現 数 量 ，個 体 数 ，被
度，優占度，総重量などで表される）をいくつかの階級に分けるための
“ps eud os pe cies cu t le ve l” を 設 定 す る 。 例 え ば ， 調 査 結 果 が 出 現 し た 種
の個体数によって構成されていた場合，その個体数によっていくつかの
階 級 に 分 け る 。 Mc C une ＆ M ef f od の 初 期 設 定 で は ， cu t l e vel s は 0 ， 2 ，
5， 10 ， 2 0 に 設 定 さ れ て い る 。 こ の 場 合 ， 0 ， 0 を 越 え て 2 未 満 ， 2 以 上
5 未 満 ， 5 以 上 10 未 満 ， 10 以 上 2 0 未 満 ， 2 0 以 上 ， の 6 つ の 階 級 が 用
意 さ れ る 。 ③ 以 下 の 計 算 で は ， こ の “ps e udos p eci es c ut le v el” が 意 味 を
持 つ ． ps eu dos p ecie s に つ い て ， こ こ で 説 明 す る 。 こ れ は ， ア バ ン ダ ン
スが多い種を少ない種と区別するために使うもので，1 つの種に対して
低 位 か ら 高 位 の ps e udos p eci es を 設 定 し た 上 で ， ア バ ン ダ ン ス の 少 な い
85
種 で は 低 位 の ps eud os peci es し か 出 現 し た こ と に し な い が ， ア バ ン ダ ン
ス の 多 い 種 で は 高 位 の ps eu dos pe cies ま で 出 現 し た こ と に す る ， と い う
シ ス テ ム で あ る 。こ う す る こ と に よ っ て ，
「 あ る ー な し 」の 形 の デ ー タ に
よって，種のアバンダンスをある程度表現できることになる。デフォル
ト の 場 合 ，1 つ の 種 は 最 大 で 5 つ の ps e ud os peci es に よ っ て 記 述 さ れ る 。
例 え ば ， 鳥 類 の 調 査 結 果 で ， シ ジ ュ ウ カ ラ が 25 個 体 記 録 さ れ た サ ン プ
ル が あ る と す る 。 こ の サ ン プ ル で は ， シ ジ ュ ウ カ ラ 1ー シ ジ ュ ウ カ ラ 5
ま で の す べ て の ps e udos p eci es が 出 現 し た こ と に な る 。 ア オ ジ が 4 個 体
出 現 し た サ ン プ ル で は ， ア オ ジ 1 ， ア オ ジ 2 の 2 つ の ps eu d os peci es が
出 現 し た こ と に な る が ， ア オ ジ 3 ー ア オ ジ 5 の 3 つ の ps eu d os peci es に
ついては出現しなかったことになる。
② 反 復 平 均 法 を 適 用 す る 。第 1 軸 の サ ン プ ル ス コ ア を 用 い て サ ン プ ル
を序列化する。全てのサンプルのスコアの平均を計算し，個々のサンプ
ルについて，サンプルスコアが平均より大か小かによってサンプルを 2
分する。
③どちらかのサンプルのグループに特徴的に出現する種（正確には
ps eud os pec ies ， 以 下 同 様 ） を “ dif f e re n tia l s peci es ” と 称 し ， こ の 出 現 の
状 況 に 基 づ き サ ン プ ル の 分 割 を や り 直 す 。 出 現 し た 種 が dif f e ren ti al
s pecies で あ る か 否 か は ，Pr ef er enc e s c ore に よ り 判 断 さ れ る 。こ れ は ，
種が，2 つのグループのそれぞれに何回出現したかを数えた上でグルー
プごとに出現頻度（出現回数／グループに含まれるサンプルの数）を計
算 し ，グ ル ー プ 間 で 出 現 頻 度 に ど れ だ け 開 き が あ る か を 示 す も の で あ る 。
一方のグループにおける出現頻度が他方のグループにおける頻度の 3 倍
以 上 の 種 で は ， Pref eren ce s cor e の 絶 対 値 が 1 に な る （ 符 号 は ， ど ち ら
の グ ル ー プ に よ く 出 現 す る か に よ っ て 変 わ る ）。ま た ，一 方 の グ ル ー プ に
おける出現頻度が他方のグループにおける頻度の 2 倍以上の種が
dif f er ent ia l s peci e s と な る ． D if f e re n tia l s peci es だ け を 対 象 と し て
pref er en ce s c ore の 平 均 値 を サ ン プ ル ご と に 計 算 し ， 新 た な サ ン プ ル ス
コアとする。
④③の段階で得られたサンプルスコアが正負のいずれであるかによ
りサ ン プ ルを 2 分 す る。こ の 分割 を で き るだ け 少 ない 数 の 種 のあ る なし
で 最 も よ く 説 明 で き る よ う ， ind ic ator s peci es を 決 定 す る 。 Ind ic ator
s pecie s は 結 果 を 解 釈 し や す く す る た め の も の で ， 分 類 の 結 果 に は 関 係
しない。
86
⑤得られたそれぞれのグループにおいて，グループのそれ以上の分割
を 禁 止 す る 条 件 が 満 た さ れ て い な け れ ば ， 2） ー 4） の 作 業 を 繰 り 返 す 。
デフォルトの設定では，1 つのグループに含まれるサンプルの数が 5 未
満になると，グループの分割を停止する。
⑥サンプルの分類が終了した後，サンプルと種を入れ替えて同様の計
算を行い，種の分類を行う。
⑦サンプルと種の分類の結果を二進木に表現したときの順序を元に
し て デ ー タ 表 の 並 べ 換 え を 行 う 。 デ ー タ と し て ， Ps eu dos p e cies の 階 級
の値を書き込んで，テーブルを完成させる。
TW IN SPAN の 解 析 に は P CO RD ソ フ ト を 使 用 し 以 下 の デ フ ォ ル ト 設
定を用いた.
Cut le ve ls （ 分 割 基 準 ）：
0. 00 00
2. 0 00 0
5. 0 00 0
10. 00 00
20. 00 00
O ptio ns :
Min imum gr ou p s iz e f or d i vis i on =
3
Ma xim um n um ber o f in dic ato rs pe r di vis i on = 6
Ma xim um n um ber o f s pec ies i n f i n al t ab le =
2 00
Ma xim um l ev el of di vis ions = 5
7.3 微 地 形 と 植 生 の 関 係 評 価 結 果
7.3.1 植 生 調 査 結 果
植生調査結果を位置情報により，微地形分類図と重ねることができた
（ 図 7ー 1）。 ま と め た 結 果 に よ る と 頂 部 斜 面 ， 上 部 谷 壁 斜 面 上 部 で は 主
にヤマザクラ，コナラ，アカマツの高木層が構成し，ヒサカキ，アオハ
ダ，トネリコの低木層が構成している。上部谷壁斜面下部では樹木の本
数が比較的に減っている。谷頭ではアオハダ，シロダモ，ウラゲエンコ
ウカエデ樹種があり，下部谷壁斜面ではアオハダ，シラカシ，アラカシ
の 樹 種 が あ っ た （ 図 7 － 2 ）。
7. 3. 2 植 生 生 活 型
7. 3. 1 の 植 生 調 査 に 表 れ た 樹 種 に 対 し て ， 7. 2. 2 で 述 べ た 植 生 生 活 型 を
調 べ た 。 そ の 結 果 を 表 7－ 1 に 示 す 。
87
Ls
h
U
H
H
s
s
s
Cs
U
s
図 7－ 1 植 生 調 査 図
図 7－ 2 植 生 調 査 結 果 と 微 地 形
88
表 7－ 1 植 生 生 活 型
7.3.3 微 地 形 と 植 生 の 関 係 解 析
植 生 生 活 型 の ま と め 表（ 表 7－ 1 ）を T W INS PAN の 入 力 デ ー タ と し を
表 7 ー 2 の よ う に 整 理 し た 。こ の デ ー タ を 使 っ て ，TW IN SPAN を 用 い て
植 生 と 微 地 形 の 関 係 評 価 を 行 っ た 結 果 を 表 7－ 3 に 示 す 。 第 5 章 で の 土
壌 調 査 結 果 と 微 地 形 を 図 7－ 4， 表 7－ 4 に ま と め た 。 そ の 結 果 ， 頂 部 斜
面 と ア カ マ ツ ，ア オ ハ ダ の 樹 木 が 同 じ グ ラ フ に 分 け ら れ ，生 活 型 が 風 媒 ,
垂下根型，深根型，a 型といった特徴があった。垂下根型は浅い土壌で
は根系の十分な発達が阻害されて生長不良となるため，根系が発達でき
る 土 壌 条 件 が 必 要 で あ る 。第 5 章 の 対 象 地 域 に お け る 土 壌 調 査 に よ る と ，
頂 部 斜 面 で は 土 壌 層 が 1m ぐ ら い ま で C 層 が 見 ら れ な か っ た 。 こ れ は 根
型が垂下根型，深根型の樹木生長しやすい土壌条件と一致している。上
部 谷 壁 斜 面 ま で B 層 の 厚 さ が 段 々 少 な く な り ， 9 0cm ぐ ら い の 厚 さ で C
層が見られている。毎木調査によるとこの場所では樹木の本数が頂部斜
面よりかなり少ない，主にヤマザクラ，コナラ，アカマツの高木層が構
成し，ヒサカキ，アオハダ，トネリコの低木層が構成している。生活型
が風媒，斜出根型貯食散であった。貯食散は種多様性の高い場所におい
89
て，効率よく種を維斜出根型持できるものであり，深い土壌層が必要で
ある。この土壌条件が現地観測の結果とほとんど一致している。谷頭斜
面ではシロダモ，ウラゲエンコウカエデアオハダ，シラカシ，アラカシ
の 樹 種 が あ っ た 。根 型 が 斜 出 根 型 ，中 間 型 で あ り ，土 壌 層 が 薄 い （ 70cm
の と こ ろ か ら C 層 が 現 れ て い る ）， 更 新 が 早 い 不 安 定 な 土 壌 条 件 で も 生
存できる型である。また，水路の近い場所には 2 本（アラカシとアオハ
ダ）樹木があったのは水の作用で谷頭御凹地から流れて来たか地すべり
の作用で下部谷壁斜面から滑って入ってきたと考えられる。
表 7－ 2
TW INS PA N 入 力 デ ー タ
90
樹木種名NO.
樹木種名NO.
1 18 82 23 35 54 46 67 79 9
1 1- -- -- -- -- -- -- -- 0 0
毬果
表毬果
7
－ 3 TW IN
S PAN に よ る 解 析 結 果
分散型
1
0 0
分散型
1 - - - - - - - a型
1 11 1- -- -- -- -- -- -- 0 0
a型
堅果
- -1 樹木種名NO.
1 1
生活型
堅果
11 11 11 1- -- -- -- 多岐型
1 1
多岐型 -1 --8 -21 1-3 -15 1-4 --6 --7 --9 毬果
疎生型
10 1
疎生型 -1 --1 1- --1 1-1 1- -- -- --- 分散型
不良
-1 -- -- -- --1 1- -- -- --- 10 1
不良
a型
1
1
010
風媒
1
1
1
1
1
1
10
風媒
1 1 1 1 1 - - 1 1
堅果
1
1
1
110
高木
1
1
1
10
高木
1 1 1 1 1 1 - - 多岐型
1
111
貯食散
1
1
1
11
貯食散
- - 1 1 1 - - - 1
疎生型
1
1
111
疎生型
1
1
1
1
11
疎生型
1 - 1 1 1 - 1 - 斜出根型
不良
1
斜出根型 -- --1 1-1 1-1 11 1-1 1- --1 1-- - 100
100
深根型
風媒
10
深根型 11 1-1 --1 -1 1-1 -- --1 1-1 --1 - 100
100
中間型
高木
10
中間型 -1 -1 1-1 -1 1-1 --1 -- --1 1-- - 100
100
集中型
貯食散
11
集中型 -- -- -1 11 11 1- -- --1 111 11010
1010
繊細型
疎生型
11
繊細型 -1 -- -1 11 11 1- -1 1- --1 11010
1010
ｂ型
斜出根型
-- --1 -1 11 11 11 1- -1 1-- - 1010
100
ｂ型
1010
小径
-1 -- -- --1 --1 1- --1 -- --1 11011
深根型
100
小径
1011
垂下根型
垂下根型 -1 1-1 --1 11 1-1 1-1 1-1 11 1-- - 1011
1011
中間型
100
中間型
中間型 -- --- -11 1-1 -11 1-1 1-1 1-1 --1 - 1011
1011
集中型
1010
大径
110
大径
110
繊細型
-1 1-1 111 111 1-1 --1 111 1-1 1-1 - 1010
中間型
110
中間型 -- --1 1-1 --1 --1 -11 1-- --1 --- - 1010
110
ｂ型
密生型
110
密生型 -1 1-- --1 1-- --1 --- --1 1-1 1-1 - 1011
110
小径
肥厚型
1
1
1
111
肥厚型
1
1
1
111
垂下根型 1 - 1 1 1 1 1 1 - 1011
風散
1
1
1
1
1
10
風散
1
1
1
1
1
中間型
- - 1 - 1 1 1 - - 101110
中径
-1 --1 -11 111 1-1 111 111 111 1-1 1 110
1010
中径
大径
良好
1
1
1
1
1
1010
良好
中間型
- -1 1- -- 1- -1 1- -- 1- 1 110
疎放型
1
1
1
110
疎放型 1 1- -1 -- -- -- 11 -1 -- 1 110
110
密生型
虫媒
-1 --1 --- --- -- -11 1-1 1-- --- - 111
虫媒
111
肥厚型
111
食散
1
111
食散
1
111
風散
1 1 - - - - 1 1 1
10
中高木
1
111
中高木
1
111
中径
- - 1 1 1 1 1 1 1
10
低木
- -- -- -- -- -- -- -1 11 1 111
低木
111
良好
- 1 - 1 - 1 - 1 1
10
核果
- -- -- -- -- -- -1 11 11 1 111
核果
111
疎放型
1 - - - - 1 - - 1 110
液果
- -- -- -- -- -1 1- -- -- - 111
液果
111
虫媒
- - - - - 1 1 - 111
水平根型
- -- -- -- -- -- -- -- -1 1 111
水平根型
111
食散
- - - - - 1 - - 111
浅根型
- -- -- -- -- -- -- -1 11 1 111
浅根型
111
中高木
- - - - - - 1 - 111
密生型
1
1
1
111
密生型 - -- -- -- -- -- -- 11 11 1 111
111
低木
中間型
中間型 - -- -- -- -- -1 1- -1 1- - 111
111
核果
- - - - - - 1 1 1 111
不明型
不明型 - -- -- -- -- -1 1- -1 11 1 111
111
液果
-- -- -- -- 1 - - 111
ｃ型
ｃ型
- - - -- -- -1 1- -1 1 111
111
水平根型 -0 -0 -0 -0 -0 -1 -1 -1 11 111
0 0 0 0 0 1 1 1 1
浅根型
-0 -0 -1 -1 -1 - - 1 1 111
0 0 1 1 1
密生型
- - - - - - 1 1 1 111
中間型
- - - - - 1 - 1 111
不明型
- - - - - 1 - 1 1 111
ｃ型
- - - - - - 1 - 1 111
0 0 0 0 0 1 1 1 1
0 0 1 1 1
生活型
生活型
91
表 7－ 4 微 地 形 と 植 生 の 関 係
TW IN SPAN に よ り 分 類 さ れ た
微地形
頂部斜面
上部谷壁斜面
谷頭斜面
谷頭
下部谷壁斜面
樹種と生活型
現地調査による樹種
樹種
生活型
アカマツ
風媒，高木，肥厚型
コナラ，トネリコ
アオハダ
風散，垂下根型，a 型
ヤ マ ザ ク ラ ，ヒ サ カ キ
コナラ
風媒，高木，貯食散
シラカシ
疎生型，斜出根型
シロダム
繊細型，b 型
アオハダ，アカマツ
ヤマザクラ
アラカシ
ヒサカキ
斜出根型，中間型
アカマツ，コナラ
ヤマザクラ
密生型，低木，c 型
アオハダ，シロダム
トネリコ
標
高
（
m
）
傾斜変換点
距 離 （ m）
図 7－ 3 研 究 対 象 地 域 の 微 地 形 と 土 壌
92
7.4 考 察 と ま と め
本章では，研究地域における植生と地形の関係解析を行った。まず，
研 究 地 域 に お け る 毎 木 調 査 を 行 い ， 樹 種 ， D BH ， 樹 木 の 位 置 ， 樹 高 を 測
定した。次に，樹種と樹木の位置情報を利用し，その対応の地形条件を
調べ，微地形ごとに分類した。そのあと，各樹種の植生生活型を調べ，
TW IN SPAN を 用 い て グ ル ー プ 化 し た 。最 後 に ，TW IN SPA N を 用 い て 微
地形と樹木植生生活型の関係を評価し，研究地域における植生と微地形
の 関 係 を 解 析 し た （ 平 春 ・ 後 藤 ， 20 12 ）。
本研究で明らかにしたことは以下の通りである。
まず，木本植生の分布は，頂部斜面では本数が多く，標高が低くなる
ほ ど ， 水 路 に 近 づ く ほ ど 本 数 が 少 な く な る 傾 向 が あ る （ 図 7 － 2 ）。 そ の
原因は，水路付近では水による侵食が激しく，土壌層が薄くなり木本植
物の生存が難しくなる。水路付近に見えた本数少ない樹木は上部谷壁斜
面から移動してきた可能性もありうる。また，全体的に調査された樹種
が少ないのは，下草刈り管理作業によって廃棄された可能性も考えられ
る。
次 に ， TW IN S PA N に よ り 分 類 さ れ た 木 本 植 生 の 樹 種 ， そ の 樹 種 の 持
つ生活型と微地形の関係解析結果からは，微地形の関係性が強い樹種を
抽出することができた。頂部斜面ではアオハダ，アカマツの微地形との
関係性が強いであると判断された。現地調査によると頂部斜面ではこの
樹種以外に表れたコナラ，トネリコ，ヤマザクラ，ヒサカキなどと比べ
て，微地形との関係性が強い。頂部斜面での植生生活型の特徴として，
高木，やや深い土壌層を必要とする垂根型，稚苗の主根が細長く，側
根 が や や 長 い も の を a 型 に 分 類 さ れ た 。上 部 谷 壁 斜 面 で は や や 深 い 土 壌
層を必要とする斜出根型，稚苗の主根が太く，側根がきわめて短いもの
をｂ型が分類された。谷頭斜面，下部谷壁斜面では稚苗の主根が短く，
側根が長いものをｃ型が分類された。この分類特徴は土壌層の分布と一
致 し て い る こ と を 図 7－ 3 か ら わ か る 。
最後に，以上で述べた植生生活型と微地形との関係を解析することに
より，立地環境との関係性が強い樹種を抽出することができ，それが自
然再生事業で積極的に保全するべき樹種であることを明らかにした。従
来の研究での微地形単位に対応する種組成の分類により解決できなかっ
た立地環境と関係性が強い種を抽出することができた。今回の現地調査
域を設置した場所では，下草刈り管理によって低木層が除去されたこと
93
で，調査された樹種が少なく，低木層と微地形の関係解析が反映されな
かったが，植生の生活型特に根系型と土壌層厚さとの関連性を明らかに
し た こ と で ，植 生 と 微 地 形 の 関 係 解 析 の 目 的 に 到 達 で き た と 考 え ら れ る 。
残された課題として，下草刈りなど管理作業が行われていない森林で
の植生と微地形の関係性を解析することより本研究で提案された手法を
汎用的に利用することを期待している。
94
第 8章
結論
本論文は，埼玉県東松山市に位置する岩殿丘陵を対象とし，丘陵地に
おける微地形と植生の関係を評価し，自然再生に供する情報を推定する
こ と を 目 的 と し た 。微 地 形 の 区 分 に は L ID A R デ ー タ か ら 生 成 し た D E M
を 使 用 し た 。 こ の D EM か ら 傾 斜 角 の 変 換 線 を 抽 出 し ， 微 地 形 の 区 分 を
行った。さらに，対象地域における毎木調査を行い，各微地形項目ごと
にまとめ，微地形区分に対応する木本植生生活型との関係を解析し，対
象地域研究地域の植生と微地形の関係の評価手法につき検討した。
2 章 で は 研 究 対 象 地 域 の 地 形 地 質 概 況 と 植 生 概 況 を 説 明 し た 。 L ID AR
データの透過性を検討するため，下層植生の下草刈り管理を行っている
場所としていない場所，二つの小流域を調査地域に設置した。
3 章 で は ，ラ ジ コ ン ヘ リ 空 中 写 真 ，現 地 測 量 デ ー タ を 使 用 し て ，L ID A R
データの植生と地形解析に応用する可能性，精度などを検討した。植生
管理に応じて分別された下草刈り作業を行っている場所としていない場
所 で ，L ID A R デ ー タ の レ ー ザ ー パ ル ス の 空 間 分 布 と 森 林 の 開 空 度 と の 関
係を調べた。森林の開空度はラジコンヘリによる空中写真より樹冠と樹
冠の間を分類した結果を使用した。この結果，管理されている場所では
樹冠の間から反射するラストパルスが多く，現地測量データと比較した
平 均 誤 差 が 低 い 。管 理 さ れ て い な い 場 所 で は こ の 結 果 が 逆 だ っ た 。ま た ，
レーザーパルスの地表面からの距離より樹高分布図を作成し，そのレー
ザーパルスの空間分布を調べ，その透過性から森林の垂直分布状況を把
握できた。
4 章 で は L ID A R デ ー タ に よ る D EM を 作 成 す る た め フ ィ ル タ リ ン グ 処
理 と そ の 精 度 検 証 を 行 っ た 。フ ィ ル タ リ ン グ 処 理 手 法 は ，K r aus ら が 開
発 し た フ ィ ル タ リ ン グ ア ル ゴ リ ズ ム に 基 づ き ，四 分 木（ Q ua d ー Tre e ）法
を用いて，解析対象データの局部特徴を配慮しながら，一定な条件を満
たす格子に限り，該当格子を繰返し四等分割し，最終的に階層的なデー
タモデルを利用した。フィルタリング結果を現地測量による標高データ
との誤差を計算し，その精度を検証したところよく一致した。
5 章では現地観察と地形測量，地質調査と土壌調査手法より微地形分
類を行った。現地観測には斜面の特等的な傾斜変換点や平面の形状（凹
凸型）などの位置と崩壊地形の状態を調査した。地形測量には，トータ
ル ス テ ー シ ョ ン を 使 用 し て 第 4 章 の 現 地 測 量 用 の 基 準 点 を 利 用 し て ，斜
95
面の傾斜変換点を捉え測量を行った。土壌調査では，水の浸食作用で運
ばれる堆積物の厚さが変わり，それより斜面微地形の土壌層が違うため
その変換を調査した。調査地域の微地形を頂部斜面，上部谷壁斜面，谷
頭斜面，谷頭凹地，下部谷壁斜面などに区分できた。
6 章 で は ， 第 4 章 で 作 成 し た D EM に よ り 微 地 形 を 分 類 す る 手 法 を 開
発 し ， 第 5 章 の 結 果 と 比 較 検 討 を 行 っ た 。 こ の DEM よ り 傾 斜 角 を 計 算
し，断面図を作成し，断面上の傾斜の変換点を抽出し，その傾斜変換点
をつなげ，傾斜変換線を作成し，斜面微地形の分類を行った。また，現
地 測 量 に よ る 微 地 形 分 類 図 を 比 較 し ， LI D AR D EM に よ る 分 類 し た 微 地
形分類図の精度を検討した結果，よく一致した。
7 章では研究地域における植生と地形の関係評価を行った。まず，研
究 地 域 に お け る 毎 木 調 査 を 行 い ， 樹 種 ， D BH ， 樹 木 の 位 置 ， 樹 高 を 測 定
した。次に，樹種と樹木の位置情報を利用し，その対応の地形条件を調
べ，微地形ごとに分類した。そのあと，各樹種の植生生活型を調べ，
TW IN SPAN を 用 い て グ ル ー プ 化 し た 。最 後 に ，TW IN SPA N を 用 い て 微
地形と樹木植生生活型の関係を評価し，研究地域における植生と微地形
の関係を明らかにした。
8 章 で は ま と め を 示 し た 。L ID AR デ ー タ で 通 常 ノ イ ズ と し て 扱 わ れ て
き た 樹 冠 下 の 森 林 下 部 構 造 は ，ラ ジ コ ン ヘ リ を 用 い 観 測 し た 開 空 度 5 0％
以上の場所では下部構造を把握することができ，微地形分類が可能であ
ることを示した。本研究で開発されたフィルタリング方法は，丘陵地に
おける詳細な微地形を分類する精度に十分であることがわかった。毎木
調査の結果を利用して植生の地形の関係を把握できる手法につき検討し
た 。こ の 植 物 と 微 地 形 の 関 係 を 利 用 す れ ば ，平 時 に お い て は ，広 域 的 に ，
管理すべき場所とそうでない場所の分類が可能であり，再生事業におい
て保存すべき場所とそうでない場所を客観的に把握することができる可
能性を示すことができた。
96
謝辞
本論文を作成するにあたり，多くの方々の御助力を頂きました。
先ず，立正大学地球環境科学部の後藤真太郎教授には，終始ご指導，
ご助言を賜りました。研究指導だけではなく，長い留学生活にも支援し
てくれまして深く御礼を申し上げます。微地形解析に丁寧なご指導をし
て頂いた立正大学地球環境科学部環境システム学科の田村俊和教授には
深く感謝を致します。論文の審査には，修正の意見とコメントを頂いた
東京大学空間情報科学研究センターの小口高教授に感謝を申し上げます。
さ ら に ， 現 地 測 量 や L ID A R デ ー タ の フ ィ ル タ リ ン グ 手 法 の 開 発 に あ
たり，もと立正大学地球環境科学部の范海生講師ともと清華大学大学院
の李剣巧に御助力を頂けました事，感謝申し上げます。現地調査やフィ
ルドワークに補助してくれた佐藤佑輔，橋浦貴裕，服部雄次たちに深く
御礼を申し上げます。
また，本論文の修正，発表会などにあたり，独立行政法人国立環境研
究所の皆様には，多大なる御助力を頂きました。三枝信子博士と山形与
志樹博士は，折りにふれ適切な御指導の他，同研究所では準特別研究員
という素晴らしい機会を与えて下さいました。
本 研 究 に あ た り ，L I D AR デ ー タ を 提 供 い た だ い た 朝 日 航 洋（ 株 ）と ラ
ジコンヘリ空中写真を提供して頂いたイメージワン（株）に御礼を申し
上げます。また，立正大学学術研究高度化推進事業オープンリサーチセ
ンターの援助を頂き，御礼を申し上げます。
立正大学地球環境科学部・環境管理情報学研究室の酒井聡一先輩，ゼ
ミ生の方々には，現地にて地形測量の手伝い，有益な議論をしていただ
きました。また，研究室の秘書丸山玲子氏にはたくさんの手伝いを頂い
た。以上の方々に心から感謝を致します。
最後に，今日まで様々面で見守り支えて下さいました両親に，辛い時
も力になってくれました妻に，娘に，友人たちに，心から感謝を致しま
す。
97
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