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1 経済産業省における 地球観測に関する取組 平成 21 年 10 月 2 日 経済産業省宇宙産業室 1

2 経済産業省における地球観測に関する取組 衛星センサ 1990 年 ~ 2000 年 ~ 2010 年 ~ 2020 年 ~ JERS 1 搭載 OPS VNIR 3 バンド SWIR 4 バンド ステレオ B/H=0.3 SAR L バンド 打上 停止 NASA Terra 搭載 ASTER VNIR 3 バンド SWIR 6 バンド TIR 5 バンドステレオ B/H= 打上 ALOS 搭載 PALSAR L バンド可変オフナディア全偏波 ScanSAR 画像 :JAXA HP 打上 Hyper+Multi( 仮称 ) VNIR SWIR 185 バンド (30m 30km) Multi 4 バンド (5m 90km) ASNARO(400kg 級小型衛星 ) Pan+Multi Pan(0.5m 以下 10km) Multi 6 バンド (2m 以下 10km) FY2011 打上予定 画像 :USEF HP 2

3 ASTER PALSAR ASTER PALSAR MODIS 衛星進行方向 恒星センサデータ中継用アンテナ太陽電池パドル ASTER MISR MOPITT 地球方向 CERES 衛星 Terra 高性能可視近赤外放射計 2 型 (AVNIR II) パンクロマチック立体視センサ (PRISM) フェーズドアレイ方式 L バンド合成開口レーダ (PALSAR) 熱赤外放射計 短波長赤外放射計 衛星 だいち (ALOS) 共通信号処理部 可視近赤外放射計電気部マスタ電源部 可視近赤外放射計 ASTER VNIR( 可視近赤外域 ) SWIR( 短波長赤外域 ) TIR ( 熱赤外域 ) の 3 種類で構成された光学センサ 平成 11 年 (1999 年 ) 打ち上げの NASA の衛星 Terra に搭載 世界唯一の L バンド合成開口レーダセンサ 平成 18 年 (2006 年 ) 打ち上げの JAXA の衛星 だいち (ALOS) に搭載 平成 21 年 9 月 26 日までに約 162 万シーンを観測 平成 21 年 9 月 26 日までに約 173 万シーンを観測 3

4 資源探査 ASTER PALSAR による地球観測の活用例 地質解析と地形解析から未発見の石油胚胎有望層を推定 光学センサ (ASTER) で捉えた画像 ASTER データから得られるスペクトルデータの解析及び地形情報の解析により 石油胚胎有望地を特定 地質解析と海上オイルスリック抽出から石油胚胎可能性を推定し 鉱区取得の意思決定に利用 ASTER データから地質 地形判読 陸域の石油システム把握 PALSAR データから海域オイルスリック抽出 海域の石油ポテンシャル把握 ASTER データのスペクトル解析 対象地層の砂岩層と泥岩 砂岩層を細分化 ASTERDEM データ解析 地層の走向 傾斜から精密地質構造推定 石油胚胎有望地域の抽出 凡例 既存油ガス田 鉱区未設定地区 衛星画像から得た有望地 現在生産中石油層 現在生産中の石油胚胎層 (A) の下部に新規有望層 (B) を推定 新規胚胎有望層 鉱区取得 精密探査 ( 確認調査 ) へ 解析によって得られた地質構造と石油胚胎有望層 鉱区取得の意思決定に利用 4

5 ASTER PALSAR による地球観測の活用例 ASTER PALSAR により取得したデータから 地表 地質の状況や 地表面 海表面の温度の把握等が可能 地球温暖化の状況や 森林火災や火山活動といった災害観測等に活用している 森林火災観測例 ) オーストラリア南東部の山火事 山火事の煙 熱赤外データで高温部を抽出 濃青は焼失した森林 撮影 5

6 ハイパースペクトルセンサ ハイパースペクトルセンサ ハイパースペクトルとは? マルチスペクトル 反射スペクトルを使うとどうして対象物が分かるか マルチスペクトルセンサ ハイパースペクトルセンサ ( イメージ ) ASTER の後継センサ ASTER と比較し バンド数が約 13 倍 (14 185) 例えば鉱物は ASTER では 10 種類程度の分類が可能だったが このセンサでは約 30 種類の特定が可能 現在開発中 波長 波長 ハイパースペクトル ハイパースペクトルはバンド数が多く 反射スペクトルの分解能が向上し 地表ターゲットを詳細に把握可能 反射スペクトル 図の出展 :NASA/JPL 反射スペクトル射スペクトルの識別 ( 特定 ) が可能反射スペクト波長反マルチ 波長 ル類似は反異なる 3 種類 分類 精度の良い地表ターゲットの分類が可能 classify 射スペクトハイパー 波長 ル樹木だ! 波長 識別 ( 参照 ) 高精度な地表ターゲット identify 計測 スペクトルライブラリ 様々な物質の反射スペクトルのライブラリ ( データベース ) 化により, 対象物の識別精度が向上 6

7 日独伊で開発中のハイパースペクトルセンサの性能比較 本プロジェクト ( 日 ) EnMAP( 独 ) PRISMA( 伊 ) 波長域 (μm) VNIR:0.4~0.97 SWIR:0.9~2.5 VNIR:0.42~1.0 SWIR:0.95~ ~ ~2.45 VNIR:0.4~1.010 SWIR:0.92~2.505 バンド数 VNIR:57 SWIR:128 VNIR:94 SWIR:139 VNIR:92 SWIR:157 波長分解能 VNIR:10nm SWIR:12.5nm VNIR:6.5nm SWIR:10nm VNIR SWIR とも : 10nm 空間分解能 30m 30m 30m S/N 比 450@0.62μm 300@2.10μm 500@0.495μm 150@2.20μm 650@0.65μm 400@1.55μm 200@2.10μm 打ち上げ計画中 2013 年予定 2011 年予定 7

8 ハイパースペクトルセンサによる地球観測の高精度化例 ハイパーとマルチの鉱物抽出比較 : 分類から識別へ 地表物質の吸収特徴で識別 識別能力は波長分解能 空間分解能により決まる 一般に中空間分解能では 統計処理などを用いて地表物質の分類技術が用いられる Hyper データによる鉱物の識別 ASTERによる分類モンモリロナイト Purple Alunite アルーナイト Kaolinite カオリナイト Purple Band 7 Calcite 方解石 Alunite+Kaolinite Montmorillonite モンモリロナイト Silica or Dickite 石英又はデッカイト Unaltered 分類不能 Band 6 アルーナイト Band 5 ハイパーで観測するスペクトルカーブ (10 ナノメーター ) Cuprite Arizona USA AVIRIS ( 米国航空機 Hyper センサ ) 図の出展 :NASA/JPL 反射率 波長 ( ミクロン ) Reddish Band 7 Band 5 Band アルナイトモンモリロナイト

9 スギストローブマツテーダマツラクウショウカナダヅカイチイガシシラカシヒメシャラミズメハイパースペクトルセンサによる地球観測の研究例 ハイパースペクトルセンサにより 植物の分類や生育状況の把握などが可能 可視画像 ( 夏季 :2004/09/01) 樹種分類結果 ( 夏季 :2004/09/01) モミジバフウ スギ テーダマツ ラクウショウ シラカシ カナダツガ ミズメ アラカシ ストローブマツ ミズナラ ヒメシャラ ヒマラヤスギ イチイガシ ケヤキ センペルセコイア 群落 : スギ ヒマラヤスギ ストロ-ブマツモミジバフウ ラクウショウ 単木 ~ 数本 : テーダマツ センペルセコイアカナダツガ アラカシケヤキ イチイガシシラカシ ミズナラ ミズメヒメシャラ 類似度 (Similarity) 3.3 アカシヤセンベルセコイヤモミジバフウヒマラヤスギケヤキ20m ミズナラ9

10 ASTER GDEM 経済産業省が開発した衛星搭載センサである ASTER がカバーしている地球の全陸域の DEM を作成し 自動処理により境目のない広域の DEM として整備 経済産業省と米国航空宇宙局 (NASA) が平成 19~20 年度に共同で開発 同一地域に重なる多数の ASTER データを利用するので 精度が向上 必要な部分を任意に切り出せるので 誰でも簡単に利用可能 ASTER データ (60km 60km) 対象地域を重複して観測した全ての ASTER データから境目のない DEM を作成 自動処理 境目のない広域の DEM 赤 :ASTER のカバー地域 (GDEM 整備可能地域 ) ( 色が濃いほど何度も観測しているので精度が高い ) 任意の部分を切り出して ASTER GDEM 全陸域に展開誰でも簡単に利用可能 DEM 10

11 ASTER GDEM 他の DEM との比較 ASTER Global DEM は 世界最高精度のグローバルカバーの DEM である データソース ASTER GDEM SRTM3* GTOPO30** ASTER スペースシャトルレーダ 作成 配布機関 METI/NASA NASA/USGS 世界中のDEMデータ所有機関から入手 USGS( 米国地質調 ( 参考 ) 数値地図 10m メッシュ標高データ 1:25,000 地形図 国土地理院 査所 ) 配布開始年 2009 年 ~ 2003 年 ~ 1996 年 ~ 2008 年 ~ データ取得期間 2000 年 ~ 継続中 11 日間 (2000 年 ) DEM グリッドサイ ズ (m) DEM 高さ精度 ( 標準偏差 ) DEM カバー域 DEM データ欠損域 30m 90m 1000m 約 10m ( 北方領土を除く ) 7m~14m 10m 30m 5m 以内 グローバル ( ほぼ全球 ) 常に雲に覆われて ASTERデータが撮れない地域 北緯 60 度 ~ 南緯 56 度 地形急峻域 ( レーダの特性による ) *SRTM3: Shuttle Radar Topography Mission Data at 3 Arc-Seconds **GTOPO30: Global 30 Arc-Second Elevation Data Set グローバル ( ほぼ全球 ) なし 日本のみ なし 11

12 ASTER GDEM 利用例 ASTER により取得した画像データを用い 地球全体をカバーする世界最高精度の全球 3 次元地形データ ASTER GDEM を作成 DEM をプラットフォームとして 他の情報と組み合わせて解析することにより 様々な成果が得られる 火山データ 降水データ 災害 1( 火山ハザードマップ ) DEM 災害 2( 洪水ハザードマップ ) 地質データ 水 ( 水資源管理 ) 降水 積雪データ エネルギー ( 石油資源探査 ) ASTER GDEM は平成 21 年 6 月 29 日より日米にて配付 日本 (( 財 ) 資源 環境観測解析センター HP にて配付 ) では約 2 か月半でダウンロードが 70 万タイルを突破 (1 タイル : 緯度 1 度 経度 1 度 全球で 22,600 タイル ) 12

13 小型化等による先進的宇宙システムの研究開発について Advanced Satellite with New system ARchitecture for Observation(ASNARO プロジェクト ) < プロジェクトの目標 > 低コスト 短期の開発期間を実現する新たな衛星システム開発アーキテクチャの確立 質量 300kg 程度で 量産段階では 2 年以内で製造完了でき ビジネス展開が可能な小型衛星バスシステムを開発 約 500km の高度で 0.5m 未満の分解能 (GSD) を有する高性能な光学センサを開発し搭載 ミッション 光学センサ データ伝送 撮像範囲アジリティ 打上 衛星システムの主な諸元 パンクロ / マルチ一体型 GSD:0.5m/2m 未満 (Pan/Multi) 高度 504 km 観測幅 :10 km X バンド 16 相 QAM 約 800Mbps ±45deg ±45deg( クロス / アロングトラック ) 45deg/45 秒 ( 平均 1deg/ 秒 ) 2011 年度 ( 想定 ) 打上ロケット : 検討中 (H IIA 次期固体 Dnepr 等主要ロケットにも適合 ) < システムの特色 > バス標準 技術を確立 スペースワイヤをはじめとする新たな衛星システム開発アーキテクチャを採用 ミッションスケールに応じたハードウェアのモジュール化を推進 ( 太陽電池パネル バッテリ 姿勢制御系 推進系等 ) 民生技術の適用 信頼性の考え方の見直し 検証の考え方の見直し等による高機能化 低コスト化 短納期化の達成 自動自律化による省力化運用と地上ネットワークによる どこでも運用 の実現 軌道太陽同期準回帰軌道 ( 高度 504 km ) 軌道傾斜角 :97.4 降交点通過太陽地方時刻 :11 時 地上局 設計寿命運用期間 質量 軌道上形状 S バンド追跡管制局 X バンドデータ受信局 3 年 3 年以上 バス :250 kg ( 推薬除く ) ミッション :150 kg推薬 :50 kg TOTAL:450 kg程度約 2.5m 3.5m 3.2m 電力発生電力 :1,300W(3 年後 ) 供給電力 : 400W バス部 ミッション部 開口カバー S バンドアンテナ ( バス機器 ) フード 2 軸ジンバル付き X バンドアンテナ 恒星センサ ( バス機器 ) 分界点 カメラ部 GPS アンテナ ( バス機器 ) ミッション部構体 バス部構体太陽電池パドル ミッション機器 ( 制御回路 データレコーダ 通信機器等 ) 13

14 小型衛星 ASNARO( 仮称 ) の性能比較 小型 低コストながら 世界最先端の米国商用地球観測衛星 (1~2 トン級 ) と同等の性能達成を目標 軽量低精度 重量低分解能 < 複合機能衛星 > 衛星名 : 年度 高性能小型衛星 (ASNARO) 450kg 程度 分解能 0.5m 未満 軽量高分解能 重量高精度 14

15 小型衛星 ASNARO( 仮称 ) のミッション運用 高アジリティと高速データ伝送の確保により 多様な観測要求にも対応 項目値備考 周回時間約 95 分約 15 周 / 日 回帰日数準回帰周期 43 日 ( サブサイクル 5 日 ) 日本上空パスにおいて国内 7 地点の連続撮像が可能 視線軌跡 観測モード 1 スナップショット撮像 2 広域撮像 3 ストリップマップ撮像 43D 撮像 最小撮像単位 10 km 15 km ( 有効サイズ 12 km ) 観測時間 2.1 秒 観測レート ダウンリンクレート 8Gbps (6Gbps: パンクロ 2Gbps: マルチ ) 832Mbps シンボルを含む (720Mb ps: ミッションデータ相当 ) 圧縮なし データレコーダ記憶容量 最大 120GB 120GB/(8Mbps/8)= 120 秒 直下点軌跡 ポインティング角 45 以内 < 観測モード > 1 スナップショット撮像 2 広域撮像 3 ストリップマップ撮像 43D 撮像 CT 方向 (Cross Track) AT 方向 (Along Track) 直下点軌跡と撮像視線軌跡 ( 朱書き部分は撮像ポイント ) 解析条件 春分の日 初期太陽指向姿勢 第一撮像地点にて上空付近からの撮像 最大許容ポインティング角 45deg 最終姿勢を太陽指向姿勢に設定 撮像地点: 稚内 札幌 秋田 仙台 横浜 名古屋 串本 観測地 経過時間マヌーバ角マヌーバ時間ポインティング角 [s] [deg] [s] [deg] 稚内 札幌 秋田 仙台 横浜 名古屋 串本

16 小型衛星 / 地上システムの開発 実証体制 ASNARO( 仮称 ) の高分解能画像の商業的需要をにらみ 我が国初の民間企業による政府実証衛星の運用実現を目指す < 小型衛星 > 小型化等による先進的宇宙システムの研究開発 ( 平成 20~22 年度 ) < 地上システム > 可搬統合型小型地上システムの研究開発 ( 平成 21~23 年度 ) 経済産業省 経済産業省 運営費交付金 委託 地上システムの開発に加え ASNARO( 仮称 ) の運用も委託予定 ( 独 ) 新エネルギー 産業技術総合開発機構 パスコ 開発委託 一部再委託 ( 財 ) 無人宇宙実験システム研究開発機構 (USEF) 日本電気株式会社 (NEC) 共同研究 ( 独 ) 宇宙航空研究開発機構宇宙科学研究本部 (ISAS/JAXA) 日本電気株式会社 (NEC) 16

17 小型衛星 ASNARO( 仮称 ) の運用イメージ < 予定 > 民間企業が保有する設備も利用しつつ 政府が開発する小型衛星 / 地上システム ( 可搬局 ) の運用を行う 小型衛星 ASNARO( 仮称 ) X バンド S バンド X バンド S バンド X バンド S バンド 可搬局 ( 株 ) パスコ北海道地球局 ( 株 ) パスコ沖縄地球局 高速回線 データセンタ ( 東京 ) 高速回線 17

18 小型衛星 / 地上システムの開発 運用スケジュール 小型衛星 ASNARO( 仮称 ) は 22 年度末までに 地上システムは 23 年度中の完成を目標 衛星の初期機能確認終了後 民間企業による衛星運用を開始予定 衛星運用者は 積極的にASNARO( 仮称 ) の画像を商業販売し その収入のみで運用を行い 利益が発生する場合は収益納付 ( 国庫納付 ) することを検討中 衛星画像の所有権は経済産業省に帰属し 衛星運用者は経済産業省が同意する範囲 条件で衛星データの使用 配布を行うことができるようにする予定 今後 打上ロケットや打上日の早期確定 衛星運用に向けた官民の役割分担の明確化 我が国におけるデータ配布ポリシーの策定等を進める 2008 年度 (20 年度 ) 2009 年度 (21 年度 ) 2010 年度 (22 年度 ) 2011 年度 (23 年度 ) 2012 年度 (24 年度 ) 2013 年度 (25 年度 ) 2014 年度 (26 年度 ) ASNARO( 仮称 ) 研究開発 開発 打上 予定 地上システムの研究開発 開発 衛星の運用 運用 18

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