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航空レーザー測量の DSM で抽出された地すべり危険斜面の現地検証
航空レーザー測量の DSM で抽出された地すべり危険斜面の現地検証 Slope Stability by using Airborne LiDAR DSM 株式会社 環境地質／ 下河敏彦 Kankyo Chishitsu Co.,Ltd／Toshihiko shimogawa 株式会社 環境地質／ 稲垣秀輝 Kankyo Chishitsu Co.,Ltd／Hideki Inagaki 中日本航空株式会社／ 千田良道 中日本航空株式会社／松田匡司 Nakanihon Air Service Co.,Ltd／Yoshimichi Senda Nakanihon Air Service Co.,Ltd ／Masashi 中日本航空株式会社／鈴木浩二 Matsuda Nakanihon Air Service Co.,Ltd／Kuji Suzuki キーワード：DSM(デジタル表層モデル), 時系列解析，地すべり危険斜面，地すべり前兆地形，樹冠 1.はじめに ２．DSM による危険斜面抽出 大規模な土砂災害の原因となる深層崩壊や地すべりの 危険箇所を抽出する手法として、航空レーザー測量デー 5 2.1 DSM データの特徴 デジタル表層モデル（DSM:Digital Surface Model） タを用いた地形解析が進められている。例えば、稲垣ほ45 は、任意のメッシュ内の最高標高を表す等間隔の標高デ か （ 2005） や 日 本 応 用 地 質 学 会 応 用 地 形 学 研 究 部 会 ータで、航空レーザー測量データによる山地のDSMデー （2013)は、地すべり地形の詳細な発達史や急斜面から タは森林の樹冠形状に相当する（図-2）。 の落石・岩塊の分布状況を明らかにし、ハザードマップ としての利用法を報告している。 しかし、2011 年 9 月に発生した台風 12 号による豪雨 10 災害に代表されるように、近年、深層崩壊や地すべりが 同時多発的に発生するなど、災害危険箇所の広域的な事 前予測も急務となっている。 筆者らは、深層崩壊や地すべりの危険斜面の予兆とし て、斜面の微細な段差やクラック等の地表変状が林冠ギ 15 ャップや樹木の移動・傾きとして強調されることが多い こ と に 着 目 し 、 複 数 時 期 の デ ジ タ ル 表 層 モ デ ル (DSM:50 20 図-2 DSMのイメージ 地表面の段差やクラック等の変状は、対象地域のよう Digital Surface Model）の解析を進めている（千田・ に植林に覆われた斜面では、樹冠部では移動幅や傾きが 鈴木，2012）。これは、複数時期のデータの変動量や変 強調されることが多いため（図-3）、すべりに至る予兆 動ベクトルを比較し、相対的に不安定斜面を抽出する方 を示す微細な規模の変状を捉えるにはDSMの方が適して 法である。DSM は、植生データを除去するフィルタリン いる。また、元となるデータ自体もフィルタリング後の グ作業が不要であり、DEM（Digital Elevation model） 55 まばらなグラウンドデータに比べて密度が高く、精度の に比べ、地表面の変化を広域的かつ迅速に検出する手法 高いモデルを高速に作成できる利点がある。 として期待できる。 本報告では、平常時の平成 20 年 5～6 月に取得したデ 25 ータと、平成 23 年 9 月の台風 12 号（地すべり発生）通 過後に取得した平成 23 年 10～11 月デー タの時系列的解析に より、地すべり発生 30 箇所で検出された不 安定斜面について、 現地での検証結果を 報告する。研究対象 地域は、静岡県安倍 35 川支流藁科川上流域 である（図-1）。 40 図-1 研究対象地域 図-3 DSM による変動検出のイメージ ただし、植生の傾動や林冠ギャップの拡大といった現40 5 図-5 に対象地域の地形分類を示す。この地形分類図は、 象は地すべりの前兆として重要な指標であるが、DSM で 固定翼機（飛行機）により１ｍ間隔で取得したレーザー 検出できるデータは樹冠部であるため、斜面変動との関 計測データから作成した地形データ（DEM：1m メッシュ） 連ではあくまで目印と言わざるを得ない。木の成長によ を陰影表示したものを基図とした。これをみると、円弧 る DSM の変形が大きい場合や倒木、伐採があると相関処 状の滑落崖を持つ典型的な地すべり地形が形成されてお 理ができないなどのデメリットもある。また、実用化さ45 り、平成 23 年 9 月の台風 12 号では、斜面下部（北部） れたばかりの新しい手法であり、DSM の時系列的解析結 のブロックが崩壊し、道路が寸断された。崩壊深は最深 果を現地で検証した事例が少ない。このため、植生と斜 部で 11m、崩壊土量は約 4 万 m 3 と推測される。 面動態との関連の検証を蓄積することが必要であり、本 10 報告はその先駆的事例と位置付ける。 2.2 DSM データの作成方法 対象地域において、台風前後のデータ（平成 20 年及 び平成 23 年）に実施された航空レーザー測量データよ 15 り DSM（1m メッシュ内の最高点）を作成した。次に、DSM を構成する各メッシュを中心とする領域の地形パラメー タ[傾斜角, 凹凸度（狭）, 凹凸度(広）]を計算し、画 像相関的手法を用いて 2 時期の DSM 間での位置の同定を 行い、移動量を計算した。このことにより、2 時期の DSM 20 における同一地点の同定、ならびにその位置の違いを抽 出することができる（図-4）。 図-5 対象地域の地形分類 50 3.2 対象斜面の DSM データ解析結果 DSM による変動量抽出結果を図-6 に示す。ベクトルを 10m 毎に間引き、倒木などによる不規則なベクトルを削 除し、土塊の移動を把握しやすいように加工した。 図-4 DSM 移動量の計算方法 55 これをみると、崩壊地の南側に隣接するブロックにお いて、最大幅 2.5ｍ、段差 0.7ｍの地すべりブロック境 25 2 時期の DSM データからの移動量は、DSM の任意の 界の移動が認められる（図-5）。なお、本報告では、今 メッシュにおける地形パラメータを計算し、相関的手法 後崩壊や地すべりの発生する危険性の高い斜面を抽出す を用いて算出した。これらの計算は機械処理で行い、全 るという目的から、平成 23 年 10～11 月時の崩壊地のデ てのメッシュに対して移動量及び移動方向を算出した。60 ータは除去している。 変動量の抽出は全てのメッシュを対象として、DSM によ 30 る変動量分布図を作成し、2m 以上の変動がみられた領域 を抽出した。植生が消失した新規の崩壊地ではデータ間 の相関が低く移動量の抽出ができないものの、植生を残 したまま移動した地域では面的に移動量を推定すること ができる。本手法により推定した移動量の分布は空間解 35 像度が高いため、移動域の境界が明瞭であり、移動土塊 の把握に有効であると考える。 3. 現地検証結果 3.1 対象斜面の地形及び地すべりの状況 図-6 DSM による変動量抽出結果 3.3 地表地質踏査結果 方の副次的な地すべりブロックである。平成 23 年 9 月 図-7 に DEM 及び地表・地質結果を踏まえた微地形分類25 図、図-8,9 に断面図を示す。 5 に発生した新期崩壊に伴う応力解放により、地表の段 差・線状凹地や植生の傾倒、林冠ギャップが集中し、不 道路を寸断した崩壊地は、幅 60ｍ、長さ 160m、最大 安定土塊となっている。このうち、道路から東側に 50 崩壊深 11m である。1990 年に撮影された空中写真では、 ～60ｍ付近に連続する円弧状の段差地形までの範囲を 末端部に表層崩壊が認められており、河川の侵食が地す 地すべりブロックⅡ、地すべりブロックの押し出しに伴 べり地形の末端部に及び、平成 23 年９月の台風以前か30 う末端崩壊の影響が大きく認められる範囲を地すべりブ ら不安定化していたことが伺える。現在、道路の復旧に ロックⅣ、その中間を地すべりブロックⅢと分類した。 向けた対策工事が行われている。 10 崩壊箇所以外の地すべりブロックは、土塊の安定性や 段差・クラックの分布状況からみて、4 段階（Ⅰ～Ⅳ） の地すべりブロックに分類できる。 35 地すべりブロックⅠは初生的な地すべりで、対象地域 の大局的な地すべり地形を形成している。道路の西側に 15 20 3.4 DSM データの検証結果 地表・地質踏査によって確認された地すべりブロック Ⅰ～Ⅳの分布範囲について、以下に、DSM による変動特 性とその現地検証結果についてまとめる。 1）地すべりブロックⅠ は現在の崩壊地と最大 15m 程度の比高を持つ崖錐堆積物 初生的な地すべりブロックに該当する。地すべりの が存在するが、初生地すべり時に発生した土石流堆積物 滑動痕跡を示す新しい変状はほとんど認められなかっ であると判断される。滑落崖の北側は直線状の形態を示40 た。新鮮な土砂移動痕跡も認められず、植生は 40～50 し、断層に規制されている。ブロック内部には地すべり 年生のスギ植林が主体であり、根曲がりや傾き等の変 性の緩斜面が多く分布し、線状凹地も存在するが、新鮮 状もほとんど認められない（写真-1）。DSM の解析でも、 な変動痕跡は少ない。ただし、滑落崖の一部には表層崩 変動量は検出されなかった。 壊が発生している箇所も認められる。植生は 50 年生の スギの植林が主体で植生の異常はほとんど認められない。 45 地すべりブロックⅡ～Ⅳは、地すべりブロックⅠの下 図-7 対象地域の微地形分類及び地表・地質踏査結果 図-8 5 図-9 地すべり地形全体の地質断面 不安定土塊の地質断面及び地表の変状 写真-1 5 10 地すべりブロックⅠの状況 2）地すべりブロックⅡ 写真-2 地すべりブロックⅠとⅡの境界 に位置する開口クラック DSM の解析結果では、変動量は 5～10ｍ、変動ベク 不安定化した土塊の頭部に該当し、斜面や道路に開 トルは、地すべりの移動方向と概ね一致する結果が得 口クラックは存在する。地すべりブロックⅠとⅡの境 られた。これは、本ブロックが地すべりの並進土塊に 界は、幅、深さとも 0.8ｍ程度の開口クラックが連続 当たるためと考えている。また、DSM の変動量が地す し、移動土塊と不動の古期地すべり土塊との境界とな30 べりブロックの移動量より大きな値を示したのは、杉 っている（写真-2）。この結果は、DSM の時系列的解析 の樹高が 20～30ｍであるため、樹幹部で傾きが強調さ で顕著な変動が検出された範囲と一致する。DSM の変 れたためと判断される。 動量は概ね 1～5m、変動ベクトルは N-S 方向、E-W 方 向のデータが多い。これは、地すべり頭部の引っ張り に伴い、様々な方向に傾倒する樹木の微細な変動を捉35 15 えたものと判断できる。 4）地すべりブロックⅣ 末端部の押し出しに伴う崩壊が発生した斜面であり、 段差や倒木が顕著である。ブロックの南側には、地す べりブロックⅢから連続するガリーが認められた（写 3）地すべりブロックⅢ 真-6）。 ブロック南部にガリー状の開口クラックが認められ 20 DSM の解析結果を見ると、本報告の対象地域内で最 た。幅は 1.5～2.5ｍ、深さは 1～1.5ｍである（写真40 大の変動量（N30°E 方向に 15ｍ）を示し、変動ベク -3）。この段差は地すべりの南側部に該当すると判断 トルは概ね崩壊の方向と一致した（写真-7）。しかし、 される。ガリーの近傍には、植生の根茎が引っ張られ 地すべり末端部では、後方に傾倒した樹木もあり、こ た段差地形（N30°E，幅 1.4ｍ、比高 1.0ｍ）が認め れらが DSM による移動方向の乱れとなっている。 られた（写真-4）。植生の変状としては、土塊内の杉 の傾倒や倒木、段差に沿って連続する林冠ギャップが45 25 認められた（写真-5）。 写真-3 地すべりブロックⅡの南側部のガリー 5 写真-4 地すべりの引っ張りに伴う植生の変状 写真-6 地すべりブロックⅢの南側部のガリー 4．まとめ 10 文献 的解析結果を地表・地質踏査により検証した。この結果、 空レーザー測量による斜面ハザードマップ，日本地す 地すべりの変動と、DSM で顕著な変動量及び変動ベクト30 べり学会誌，Vol.42，No.4，pp.318-323 ルが検出された範囲の整合性が高かった。これは、段差 2)日本応用地質学会応用地形学研究部会（2012）：応用 地形や開口クラック等の、地すべりの移動によって生じ 地形学図における地形工学的な地形表現に関する研 究，応用地質学会研究発表会講演集，pp215～216 3)千田良道・鈴木浩二(2012)：2 時期の航空レーザー測 である。このことにより、DSM による解析は、主に植生35 量の DSM による移動土塊の抽出，平成 24 年度砂防学 の異常を指標として、地すべり前兆地形や危険斜面を抽 会研究発表会,pp.232-233 出する有効な手法として期待できることが示された。 今後の課題としてが、算出された３次元移動ベクトル から地すべりブロックを区分し、すべり面の深さや崩壊 土量の推定につなげ、対策工の検討にあたっても実用化 できるように、高度化していくことが挙げられる。 25 末端部の崩壊と植生の変状 1)稲垣秀輝・鈴木浩二・柴田 拓・外山康彦 (2005)：航 され、DSM によって効果的に検出されたことによるもの 20 写真-7 ガリー上部の林冠ギャップ 本報告では、航空レーザー測量の DSM データの時系列 た変状が、林冠ギャップや樹木の移動・傾きとして強調 15 写真-5