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衛星画像を利用した林道描画作成マニュアル
山梨県 森林リモートセンシング活用 衛星画像を利用した林道描画作成マニュアル 第1版 2012/3/8 1 内容 1. はじめに ........................................................................................................................ 3 2. 衛星画像利用の利点 ...................................................................................................... 3 3. 衛星画像を利用した林道描画の流れ ............................................................................. 4 4. 準備データ..................................................................................................................... 5 5. ArcGIS について ........................................................................................................... 5 6. 作業詳細 ........................................................................................................................ 8 ① ArcMap の起動....................................................................................................... 8 ③ ArcCatalog の起動 ............................................................................................... 12 ① 背景画像の追加 .................................................................................................... 13 ④ ピラミッドレイヤの構築 ...................................................................................... 14 ⑤ 画像の表示調整 .................................................................................................... 15 ⑥ 縮尺の変更 ........................................................................................................... 16 ⑦ 新規林道の作成 .................................................................................................... 16 ⑧ 新規林道 shapefile の表示.................................................................................... 18 ⑨ 修正が必要な林道の検索 ...................................................................................... 18 ⑩ 新規林道追加作業開始.......................................................................................... 18 ⑪ 林道描画 ............................................................................................................... 21 ⑫ 編集結果の保存 .................................................................................................... 25 ⑬ 属性情報の追加 .................................................................................................... 26 ⑭ 編集結果の保存 .................................................................................................... 29 ⑮ 編集林道の修正 .................................................................................................... 30 ⑯ 作業環境の保存・終了.......................................................................................... 35 文中の（＊番号）は専門用語であるため、不明な場合別紙用語集の同番号を確認のこと 2 1. はじめに 本文書は、宇宙航空研究開発機構（JAXA）との契約に基づき、一般財団法人リモート・ センシング技術センター（RESTEC）が、衛星データを利用した林道描画についての概要 及び詳細手順を記したものである。 衛星データについては、ALOS データ(*1)を使用し、ソフトは ESRI 社の「Arc GIS」を 使用する事を前提としている。本書では ArcGIS9.3 を使用しているが、ArcGIS9.X シリ ーズであれば同様の操作で対応可である。 2. 衛星画像利用の利点 今回、従来の林道編集の方法と合わせて衛星画像を利用した林道描画作業を行うこと により、より広域を同時に修正・描画できることが見込まれる。また、従来の方法と組 み合わせることにより、より頻度の高い修正が可能となる。 衛星データ 航空データ リモートセンシング 技術 GPS 情報 工事関連データ 反映 林道 shapefile 図 1 衛星リモートセンシング活用の概念図 3 3. 衛星画像を利用した林道描画の流れ 衛星画像を利用した林道描画について作業のフローチャートを図２に示す。 オルソパンシャープン画像 林道shapefile GIS 背景画像の色調補正 林道・作業道台帳より、 修正個所を絞りこみ 新規追加が必要な林道があるか？ YES 新規林道描画 NO 情報追記 修正が必要な林道があるか？ YES NO 林道編集 作業保存 作業終了 図 2 林道描画作業フローチャート 4 4. 準備データ 作業を行うに当たって以下のデータを準備する。 a. 画像（オルソパンシャープンプロダクト）(*19,*36) b. 県林道 shapefile (*14) また、データの入手時に指定する項目の参考例を表 1 に示す。 ここでは、県 GIS で使用している座標系・楕円体モデルと同様に設定している。 表 1 画像条件例 データ形式 Geotiff (*4) 座標系 (*24) JGD2000 (*7) 楕円体モデル(*28) GRS_1980 (*6) 5. ArcGIS について 本項では ArcGIS について説明する。 ArcGIS とは ESRI 社が販売している商用 GIS ソフト(*5)である。 GIS とは正式名称を Geographic Information System（地理情報システム）であり、 従来、紙地図（森林計画図、小班図等）と帳簿（森林簿、伐採履歴等）の両方で管理 していたものを GIS 上で一元に管理できるシステムである。一例を挙げると、GIS 上 に掲載した森林計画図の小班をクリック(*22)することで、小班の情報を読み取ること ができる。図 3 に GIS の概念図を紹介する。 5 現実世界 GIS 小班情報データ （樹種・樹高等々） 林道データ GIS 航空写真 衛星画像 衛星画像 林道データ 図 3 小班データ 小班情報 GIS の概念 本書においてメインで使用するソフトウェアは ArcGIS Desktop であり、以下のうちの いずれかがインストールされていることが必要である。 ・「Arc View （基本セット）」 ・「Arc Editor (Arc View に加え高度な機能追加)」 ・「Arc Info (Arc Editor に加えさらに高度な機能追加)」 また、上記のソフトウェアは以下の３つのモジュールで構成されている。 ・ArcMap（表示ツール） 地図の表示や編集、簡単な解析を行うことができる。 また、GIS の大きな特徴とされる、地図データと情報を同時に把握することがで き、様々な画像、現地の情報を ArcMap 上で管理することができる。 ・ArcCatalog（データ管理ツール） 6 ArcCatalog は ArcGIS で使用するデータの作成・構築及び、管理を行うためのツ ールである。 ・Arctool Box（解析ツール） ArcGIS を用いて解析等を行うためのツール集である。 7 6. 作業詳細 以下に作業詳細を示す ① ArcMap の起動 本項目では ArcMap の起動方法について説明する。 スタートメニュー（図 4 赤丸部分）をクリックし、赤矩形部分に「ArcMap」と入力す ることによって、プログラムの項目の中に、ArcMap の起動が表示される。 をクリックすることにより ArcMap を起動す 「プログラム(1)」の下にある る。 ここに表示される ArcMap と入力 図 4 ArcMap 起動 ArcMap を起動することで、図 5 のような画像が表示される。 「新しいマップを作成(N)」にチェックが入っていることを確認し、OK をクリックす る。既存のマップを開きたいとき、テンプレートを利用したときは、各チェックボッ クスにチェックを入れる。 8 図 5 新しいマップを作成 また、今回の解析で使用するメニューをあらかじめ表示させておく。 ArcMap の「表示」から「ツールバー」（次ページ図 6）を選択し、以下の項目についてチ ェックを入れる。 ・エディタ ・ツール ・標準 上記ツールをメニューさせることにより ArcMap の上部分に次々図 7 のようなバーが表示 される。 また、ArcMap の基本的な構成を次々ページ図 8 に示す。 9 デフォルトで チェックが入っ ている 図 6 表示ツールバーを選択 10 標準バー ツールバー エディタツールバー 図 7 データ追加 縮尺変更 各ツールバーの説明 Arc Catalog 起動 Arc toolbox 起動 画像表示ウ ィンドウ テーブルオブ コンテンツ 図 8 ArcMap 画面説明 11 ② ArcCatalog の起動 本項では ArcCatalog の起動について説明する。 ArcMap 上にある ArcCatalog 起動ボタン（図 9 赤丸ボタン）をクリックすることで、 ArcCatalog が起動する。 Arc Catalog 起動 図 9 ArcCatalog 起動ボタン ArcCatalog の左側にあるカタログツリーで、使用するデータが置いてあるフォルダまで 移動する（図 10）。 12 フォルダ内容が表示される カタログツリー 目的フォルダ 図 10 ① ArcCatalog 表示例 背景画像の追加 ②で表示した ArcCatalog 上の対象ファイルを ArcMap にドラッグ（＊32）する（図 11） ことで、ArcMap 上に画像が表示される。ここで、過去画像、最新画像を表示すること とする。 Arc Map 図 11 Arc Catalog 背景画像の追加方法 13 ③ ピラミッドレイヤの構築 最初の画像追加時にのみ、図 12 のような選択が表示されるので、「はい（Y）」をク リックする。この操作を行うことで、画像表示速度を速くすることができる。 二回目以降の表示ではこの選択は表れない。 また、この操作を行うことにより、画像保存フォルダに「.rrd」拡張子(*12)が作成さ れる。 処理終了後、選択した画像が表示される（図 13）。 図 12 ピラミッドレイヤ(*37)作成の可否画面 図 13 画像表示例 14 ④ 画像の表示調整 図 13 の左部分（テーブルオブコンテンツ）に表示されているレイヤ(*45)の名前をダ ブルクリックするとレイヤプロパティ(*42)が表示される（図 14） 図 14 のように上のタブ(*29)をシンボルに選択し、赤：Layer_3、緑：Layer_2、青： Layer_1 と割り当てる。 また、下段のストレッチ機能を以下のように設定する ストレッチタイプ n ⇒ ⇒ 標準偏差 2 ▼ボタンをクリ ックして、指定 された band(*3) ２を選択 を選ぶ ▼ボタンをクリック して、標準偏差 に設 定 図 14 レイヤプロパティ例 統計情報がない場合、図 15 のようなメッセージがでるため、はい（Y）を選択する。 図 15 統計情報の確認 上記の作業を行うことで、人間の目でみる風景と同じような画像を得ることができる。 15 ⑤ 縮尺の変更 目視で林道が確認できる縮尺に変更する 縮尺変更は図 16 の赤矩形部分に数値を入力する（図は 1/6000） 図 16 ⑥ 縮尺の変更 新規林道の作成 林道修正のため、編集林道 shapefile を作成する。 ArcCatalog 上で、オリジナルの林道 shapefile がある場所へ移動する（図 17）。 図 17 オリジナル shapefile の例 16 県で作成しているオリジナルの林道 shapefile は多数のユーザが使用しているため、不 特定多数の職員による頻繁な shapefile の修正は好ましくない。そこで、一度オリジナル の shapefile のコピーを編集し、必要に応じてオリジナルの shapefile に反映することと する。 まず、オリジナルの shapefile の名前を右クリックし、コピーを選択する（図 18）。次 に、同じフォルダで右クリックし、貼り付けを選択しすることで「dourokukan コピ ー.shp」を作成する。 図 18 コピー操作 図 19 名前の変更 17 ⑦ 新規林道 shapefile の表示 コピーされた shapefile を ArcMap にドラッグ＆ドロップすることで、ArcMap に表示 される（図 20） ArcMap ArcCatalog ドラッグ＆ドロップ 図 20 ⑧ shapefile の表示 修正が必要な林道の検索 画像を目視で確認し、 「背景画像で確認できる林道」と「編集 shapefile」を比較する。 shapefile 上で「作成されていない林道や」、 「明らかに shapefile がおかしい個所」等、 修正が必要な林道個所を探す 作成されていない箇所を新規追加する場合は⇒⑨へ、 明らかに shapefile がおかしい個所を修正するには⇒⑭へ進む。 ⑨ 新規林道追加作業開始 新規追加が必要と思われる林道が見つかったら、描画しやすい大きさに拡大する。 次に「ツール」→「エディタツールバー」を選択し（図 21）、エディタツールバーを 表示させる（図 22） 18 図 21 エディタツールバーの表示 図 22 エディタツールバー 次に図 23 のエディタボタン→編集の開始をクリックして林道編集作業を開始する 図 23 林道 shapefile の編集開始 19 続 け て 、「 タ ー ゲ ッ ト 」 を ク リ ッ ク し （ 図 24 ）、 編 集 林 道 shapefile の 名 前 （「dourokukan_hensyu」）を選択し、「タスク」を新規フィーチャ作成とする（図 25） 図 24 図 25 ターゲットの選択 タスクの選択 20 ⑩ 林道描画 スケッチツール（図 26）をクリックし、描画の準備を行う。 図 26 修正 shapefile の描画開始 描画できる状態で、背景画像の林道と思われる個所に沿ってなぞるように曲点をクリック していく（図 27） 図 27 林道 shapefile の編集 21 隣の林道に近づいた時点で、隣の林道と新規作成林道がズレた状態にならないように、ス ナッピングツールを使用する。 「エディタ」→「スナッピング」を選択する（図 28） 図 28 図 スナッピング機能の起動 29 の よ う な ウ ィ ン ド ウ (*18) が 表 示 さ れ る た め 、 現 在 編 集 し て い る 「dourokukan_henshu」にチェックを入れる。また、スケッチの編集にチェックを入れる。 22 図 29 スナッピング機能例 上記の作業でスナッピング機能が有効となる。 スナッピング機能を有効にすることで、隣接する shapefile の頂点部分に水色の描画ポイ ントが隣の林道とピタリ重なるようになる（図 30）。 23 図 30 スナッピング機能 終了地点でダブルクリックすると描画が終了となる（図 31）。 図 31 描画の終了 24 図 31 においては、赤の線が県 GIS の林道であり、青の線が新しく加えられた林道と なる。林道描画の際は、なるべく拡大し（1/3000 程度）道路の中心部をとるように心掛 ける。 ⑪ 編集結果の保存 ひとつの shapefile の作成が完了したら、保存を行う。 保存は、エディタタブより「編集の保存」を選択する（図 32） 図 32 編集結果の保存 続けて、新規作成が必要な林道を探し、作成を行う。 25 ⑫ 属性情報の追加 新しく作成した林道の属性情報(*25)を確認する。 情報を確認するためには、インフォメーション機能（図 33）(*16)を選択した後、情報 を見たい、shapefile をクリックする。 図 33 属性情報の確認 通常、県林道 shapefile には図 34 のような情報が記載されているが、新しく作成した 林道には、属性情報が入っていない。 図 34 県小班属性情報例 通常の shapefile に倣い、新しく情報を編集する方法を以下に記載する。 26 まず、編集ツールを選択し（図 35）、新しく追加した shapefile の上で右クリックし、 「属性」を選択する。Shapefile の属性を確認し、必要な属性情報が無い場合、属性情 報を追記する。 属性の情報は、GIS の管理団体によってことなるが、現地の情報を参 考に記入する。 図 35 編集ツール選択 属性情報を確認すると、図 36 のような情報が表示される。 このとき、プロパティ項目は県林道 shapefile の初期設定と同様になっている。 FID のみ自動で指定されるが、その他項目はブランクとなるため、あらかじめ準備し た必要情報を入力する必要がある。 入力するためには、各項目の値の欄でクリックすることにより、入力が可能となる（図 37）。 必要に応じて、項目を入力していく。 27 図 36 図 37 属性情報記入欄 情報記入例 入力が完了したら、属性ウィンドウを閉じる。 結果を確認するため、インフォメーション機能を選択し、先ほど属性情報を追記した shapefile の情報を確認する（図 38）。確認方法は図 33 のとおり。 28 図 38 ⑬ 記入属性情報の確認 編集結果の保存 ひとつの shapefile の作成が完了したら、保存を行う。 保存は、エディタタブより「編集の保存」を選択する（図 39） 図 39 編集結果の保存 29 続けて、新規作成が必要な林道を探し、作成を行う。 作成必要な林道がない場合、エディタから編集の終了を選択する（図 40）。 図 40 ⑭ 林道編集の終了 編集林道の修正 林道・作業道台帳データより編集が必要な林道を探す 30 図 41 編集が必要な林道の例 編集が必要な林道が見つかったら、エディタから編集の開始を選択する。 図 42 編集の開始 次にターゲットを指定する。今回は「dourokukan_hensyu」を選択する（図 43）。 31 図 43 ターゲットの選択 「タスクをフィーチャの修正」とする。図 44 図 44 フィーチャの修正を選択 上記作業を行うことで、林道の修正が可能となる。修正が必要な林道をダブルクリッ クすることで、編集可能な状態にする。編集可能な状況になると、図 45 のように頂点が緑 色になる。 32 図 45 編集開始 明らかに外れている頂点（緑色の点）を、背景画像に一致するように動かしていく（図 46）。 図 46 林道の修正 最後まで、修正が完了したら、右クリックの後、スケッチ終了を選択する 33 図 47 スケッチ終了 スケッチを終了することで、林道の形状が変更される。（図 48） 図 48 編集後林道 ひとつの shapefile の編集が完了したら、⑬と同様の手順で保存を行う。 保存は、エディタタブより「編集の保存」を選択する（図 39） 続けて、編集が必要な林道を探し、作成を行う。 編集必要な林道がない場合、⑬と同様の手順で、エディタから編集の終了を選択する （図 40）。 34 ⑮ 作業環境の保存・終了 今回作業した環境全て（背景画像、shapefile 等）を保存する。 ファイル→名前をつけて保存を使用して mxd ファイル(*8)を保存する（図 49）。 最後にファイル→終了で GIS を終了する（図 50）。 図 49 名前をつけて保存 図 50 GIS の終了 以上 35 ＜別紙＞ 用語集 ID 用語 説明 1 ALOS Adbanced Land Observing Satellite (陸域監視衛星） 2 AVNIR2 ALOSに搭載されている、光学センサ。10m分解能、カラー画像（4バンド構成）。 正式名称：Advanced Visible and Near Infrared Radiometer type 2. 3 Band 衛星に搭載されているセンサは「赤色の光だけを見た情報」、「緑色の光だけを見た 情報」、「青色の光だけを見た情報」といったように色域で情報を分けている。 その一つ一つの色の情報をバンド（もしくはチャンネル）と呼ぶ。 4 geotiff 画像の形式のひとつ。TIFF(Tagged Image File Format）に地理情報を付けた画像 ラ スターデータ 【参考：ラスター】 5 GIS Geographic Information System（地理情報システム）の略称。 地図と管理簿の情報を一つの画面で管理すること等ができる 6 GRS_1980 楕円体モデルのひとつ。 正式名称をGeodetic Reference System 1980という 7 JGD2000 測地系のひとつ。主に日本で使われている座標参照系。正式名称をJapan Geodetic Datum 2000という 8 mxdファイル ArcGISファイルの保存形式 9 Polygon shapefileの中で、面的データを扱う際、Polygonデータと呼ぶ。ベクターデータで作成 される 【参考：ベクター, shapefile】 10 Polyline shapefileの中で、線的データを扱う際、Polylineデータと呼ぶ。ベクターデータで作成 される 【参考：ベクター, shapefile】 11 PRISM ALOSに搭載されている、光学センサ。2.5m分解能、モノクロ画像。 正式名称：Panchromatic Remote-sensing Instrument for Stereo Mapping. 12 rrd拡張子 ピラミッドレイヤ特有の拡張子 13 shapefile GISで使用する図形と情報を持ち合わせた地図データファイル。そのエリアが「どの場 所にあり」、「どんな形」で、「どんな性質・特徴」をもっているのか、という情報を持って いる。ベクターデータで作成される 【参考：ベクター, polygon, polyline】 14 shapefile 図形情報と現地の情報を持った地図データファイルのこと。 ベクターデータ 【参考： ベクター】 15 アウトプット名 データを出力するときの名前 16 インフォメーション 情報 17 インポート 他のデータを読み込んでくること 18 ウィンドウ パソコンの操作画面内にそれぞれ独立した小さな画面を用意して、その中に画像や 文書を表示する機能 19 オルソプロダクト 山間部など標高が高い場所を観測したデータは、位置情報が実際の地形と一致しな いケースが出てくる。オルソプロダクトは前述の位置のズレを補正した画像である 20 拡張子 ファイル名のうち「.」（ドット）で区切られた一番右側の部分。ファイルの種類を示す。 例：.doc、.xls 21 近赤外域 植物の持つクロロフィルに良く反射する光の一部。人間の目には見えない。 22 クリック マウスのボタンを素早く一回押して、対象を選択すること 23 コンポジット 組み合わせの意、本文では、複数のバンドを組み合わせる意味で使用している 24 座標系 地球上のある点の位置を定めるシステム 世界で複数の座標系があるため、状況によって統一した座標系を使用する必要があ る 25 属性情報 shapefile内で記録している、情報（林道名、幅員等、、） 【参照：shapefile】 26 測地系 地球上の位置を経緯度（経度・緯度）及び標高を用いる座標によって表すとき、前提 とする条件 27 ダイアログボックス ユーザに何らかの入力を促すために表示されるウィンドウのこと 【参照：ウィンドウ】 28 楕円体モデル 地球上のある点の位置を統一的に数値で表すため、地球の形を楕円体として考えた モデル。世界で複数の楕円体モデルがあるため、状況によって統一した楕円体モデ ルを使用する必要がある。 29 タブ 複数のウィンドウを１つのウィンドウ内で切り替えて使用する方式。画面ごとにルーズ リーフのインデックスのような表題がついている。 30 チャンネル Bandと同義 【参照：band】 31 トゥルーカラー カラー画像は基本的に赤、緑、青の強さで表示されている。 衛星が見た赤バンドを画像の赤の強さに、緑バンドを緑に強さに、青バンドを青の強 さに対応させることで、人間の目で見た結果と同等の色で表示される。 この表示方法をトゥルーカラーと呼ぶ 【参考】band 32 ドラッグ ファイルを選択し、マウスの左ボタンを押しながら動かすこと 33 ドロップ ドラッグの作業に続いて、左ボタンを離す操作 【参考：ドラッグ】 34 ナチュラルカラー カラー画像は基本的に赤、緑、青の強さで表示されている。 衛星が見た赤バンドを画像の赤の強さに、近赤外バンドを緑に強さに、緑バンドを青 の強さに対応させることで、植生域を緑色で特徴付ける。 この表示方法をトゥルーカラーと呼ぶ 【参考】Band 35 パラメータ 任意の設定値 パンシャープンプロダクト 「荒い画質」で「カラー表示」の画像（例：AVNIR-2)と、 「細かい画質」で「モノクロ」の画像（例：PRISM) を合成することで、「細かい画質」で「カラー」の画像を作成することができる。 それをパンシャープンプロダクトと呼ぶ 36 37 ピラミッドレイヤ 詳細な画像を広範囲で見る際、処理データ数が多すぎるため表示が遅くなるケース がある。そこで、あらかじめ高画質の画像を間引いた画像を作成しておき、表示縮尺 に応じて適切な間引き画像を表示する技術をピラミッドと言い、その画像のことをピラ ミッドレイヤと呼ぶ 38 ファイル データのまとまりを意味する 39 フォルスカラー カラー画像は基本的に赤、緑、青の強さで表示されている。 衛星が見た近赤外バンドを画像の赤の強さに、赤バンドを緑に強さに、緑バンドを青 の強さに対応させることで、植生域を赤色で特徴付ける。 この表示方法をトゥルーカラーと呼ぶ 【参考】Band 40 フォルダ データが入っている場所のこと 41 プルダウンメニュー 任意のボタンにカーソルを合わせてクリックすると、下に選択肢が出てくるメニュー形 式 42 プロパティ ファイルについての詳細情報が掲載されている 43 ベクター 拡大しても表示が荒くならない画像 （例：shapefile） 【参考：ラスター】 44 ラスター 拡大していくと正方形（ピクセル）の集まりになる画像 (例、geotiff) 【参考：ベクター】 45 レイヤ 層を意味する。GISでは、色々な画像や情報を重ね合わせるため、一枚一枚の画像・ shape等の素材をレイヤと呼ぶ