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1 リモセン 技術の モデルパターンの検討 森林 自然環境保全分野におけるリモートセンシング の活用に係る技術課題支援業務 平成 28 年 4 月 28 日 一般財団法人リモート センシング技術センター ソリューション事業部亀井雅敏 研究開発部 遠藤貴宏 第 1 回 公開ナレッジ マネージメント ワークショップ REDD+ におけるリモートセンシング の活用 ~ 途上国にとって持続的なシステムを目指して~ JICA 市ヶ谷 2 階国際会議場 All rights reserved RESTEC 2015

2 本日の内容 1. モデルパターンの検討のための考察 1. NFMS の役割と REDD+ での RS/ 技術が関連する作業工程 2. REDD+ における NFMS に必要なシステム機能要件ととの関係 3. 商用と OSS との機能の比較 (OpenForis TerraAmazon, ) 4. 継続性の担保における障害 2. REDD+ の RS/ 技術モデルパターンの検討 1. モデルパターンの検討方針 2. モデルパターン作成の ( 設計 ) の概念 3. 機能ごとのモデルパターンの一例 3. まとめ 2

3 NFMS の役割と森林セクタでの作業 UN-REDD が定義する NFMS のコンポーネント 森林総研が整理した REDD+ において衛星画像から REL を作成する手順 出典 : Action Plan for Mongolia s National Forest Monitoring System for REDD+, Report of the Consultation Workshop, November 2013 Ulaanbaatar Hotel, Ulaanbaatar. NFMS の役割 衛星画像 : 広域を効率的にモニタリング Web- portal: データの透明性の確保 現地調査 : 衛星データ解析結果の評価 他のモニタリングシステム : 伐採や保護区のモニタリング 出典 : FFPRI REDD+ Cook Book. RS 面積推定法 (P08) と固定プロット法 (P10) を選択した場合 面積推定 排出量推定 REL の設定 インベントリ 3

4 NFMS に必要なシステム機能要件ととの関係 システム機能要件 衛星データを定期的に入手 保存 / 内部共有 1 する機能 衛星データに対して前処理と分類 2 を行い土地被覆図を作成 3 保存 / 内部共有 1 する機能 地上調査結果を保存 / 内部共有 1 分析 4 し土地被覆図を検証 5 する機能 土地被覆図から土地利用図を作成 3 保存 / 内部共有 1 する機能 他機関から地図化に必要な情報をシステムに保存 / 内部共有 1 する機能 地上調査結果を保存 / 内部共有 1 分析 4 し土地利用図を検証 5 する機能 時系列の土地被覆図や土地利用図を作成 3 保存 / 内部共有 1 する機能 土地利用変化要因を空間統計的に分析 4 し 保存 / 内部共有 1 する機能 作成したデータを外部に公開 6 する機能 システム機能要件の実現に必要な 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 サーバ RS 分類 RS 空間統計分析 5 検証 6 外部公開 RS 画像閲覧 Web- サーバ 4

5 要件に基づいたシステム構成の一例 内部用 Web server 公開用 Web server 定期的に衛星データや DEM の入手 1 保存 内部共有 1 server 1 6 公開 server Web サーバ 写真 GPS 野帳 定期的な現地調査 他機関 サーバ 地図ベクタ情報 道路 / 街区 植林地 街区など 他機関 原単位量 インベントリ 他機関 作業工程 RS 分類土地被覆図 3 作成 RS 土地利用図 3 作成 統計分析 時系列解析 セーフガード 2 前処理 幾何補正 オルソ補正 投影型変換 2 分類 5 検証土地被覆図 統計分析空間統計的な 4 分析 地図化 5 検証土地利用図 ドライバー分析 空間統計的な 4 分析 FREL 空間統計的な 4 分析 地上調査データ 地図ベクタ情報 原単位量情報 炭素蓄積図 5

6 オープンソースと商用との一般的な特徴比較 機能比較項目オープンソース商用 価格 無料もしくは廉価 複数使用してもコストが安い 高価 特にサーバ製品は非常に高い 複数使用する場合コストがかさむ 導入 / 設定のしやすさ運用のしやすさマニュアルの充実度性能 / 拡張性サポートまとめ 一般に Unix(Linux) 系の知識が要求され 難易度は高い 管理ツールもなくはないが コマンドが主流で難易度は高い 情報が散在し 自ら検索する必要がある 性能自体は商用ソフトと比較しても劣らない さらにカスタマイズが自由で拡張性が高い メーリングリスト等で自ら問い合わせなければならない アップデートも自己責任で行なう ネットワーク等の知識が高まった段階で導入 また高価なサーバ製品等を複数の導入する必要がある場合に使用 サーバ製品など 一般ユーザに直接利用されることがない部分での導入が適している Windows ベースが主流で 特別な知識は要求されず 難易度は低い GUI 管理ツールが充実していて 運用の難易度は低い 充実していて調べやすい 製品と共に提供される 性能は当然高いが 機能拡張には別途費用がかかる場合が多い サポート料を支払えば充実したサポートを受けられる アップデートに関してもサポートされる 初期導入時や早期のサービス開始が要求される場合に使用 ディファクトスタンダード ( 実質標準 ) となっている場合は使用が避けられない デスクトップ製品など 一般ユーザに直接利用される部分での導入が適している 6

7 NFMS に利用可能なオープンの特徴 (1/2) FAO/OpenForis 構成コンポーネントのそれぞれの機能と利活用分野 コンポーネント名 機能 利活用分野 デファクトスタン ダードの存在 Collect Collect Mobile Collect Earth Calc Geospatial Toolkit 地上調査の設計 結果の入力 保存 解析および主要な形式で出力 地上調査の結果の効率的な入力 保存 土地利用状況および時系列変化の解析 ( サンプリングベース ) 出力 バイオマス量等の統計分析など (Collect 及び CollectEarth と連携 ) 衛星画像の前処理 (GDAL の機能 ) インベントリ調査の設計 (Collect Earth, Collect Mobile) インベントリ調査の実施 ( モバイル タブレット ) インベントリ調査点の確認および土地利用変化 精度検証 面積やバイオマス量の統計 時系列分析 衛星データの前処理 Google も支援する ODK というツールあり Google も支援する ODK というツールあり 実行には複数のが必要 専門性の高いが存在 GDAL を使いやすくした RS が存在 導入の可能性 適用範囲および拡張性が高い モバイル端末 (Android) での利用 無料で簡単に高解像度の衛星画像を活用できる 簡易な統計処理及びレポーティング可能 R 言語の知識が必須 コマンドラインで処理のため GDAL の文法に関する知識が必須 7

8 NFMS に利用可能なオープンの特徴 (2/2) INPE/TerraAmazon シリーズの機能と利活用分野 コンポーネント名 機能 利活用分野 デファクトスタン ダードの存在 TerraAmazon (PRODES, DETER, DEGRAD, etc) 管理システム志向の RS 解析 大規模なデータ生産システム サーバの機能と利活用分野 実行には複数のが必要 コンポーネント名 機能 利活用分野 デファクトスタン ダードの存在 POSTGRID PostgreSQL MapServer/ GeoServer ベースのデータ保存および公開が可能 データの保存 共有 保存 OSS を利用する上で重要な視点 運用 / 保守に関する人的能力 運用 / 保守にかかる効率と工数 バク発生のリスク 他機関とのハードウェア的な連携レベル ネットワーク速度などのインフラ整備状況 デファクトスタンダードの存在 導入の可能性 統合型であり 目的を絞れば効率的に管理運用可能 および管理設計に経験が必要サポートが弱い 長所短所 IT スキルがあれば管理運用が可能 8

9 FAO/OpenForis と INPE/TerraAmazon の利用範囲 内部用 Web server 公開用 Web server 定期的に衛星データや DEM の入手 1 保存 内部共有 1 server 1 6 公開 server Web サーバ 写真 GPS 野帳 定期的な現地調査 他機関 サーバ 地図ベクタ情報 道路 / 街区 植林地 街区など 他機関 原単位量 インベントリ 他機関 作業工程 RS 分類土地被覆図 3 作成 RS土地利用図 3 作成 統計分析 セーフガード 時系列解析検証と分析 2 前処理 2 4 分類 5 統計分析 地上調査データ 検証土地被覆図 データ保存と整理 地図ベクタ情報 地図化 検証 5 土地利用図 原単位量情報 ドライバー分析 空間統計的な 4 分析 検証と分析 炭素蓄積図 分析 FREL 空間統計的な 4 分析 9

10 継続性の担保における障害とそれに対する解決方針 協力事業終了後の運用における課題の一例 ハードウェア - 故障したハードウェアの修理費用が支払えない - 商用をアップデートする費用がない 人材 - 能力を持った運用者 / 保守者が異動し運用に支障が発生する 解決方針 一般的に IT 分野では初期費用の 15% が年間の運用 / 保守に必要であると言われており 協力事業終了後に C/P 機関がこの予算を手当できない状況が発生していると思われる そのため C/P の財務状態を考慮したシステム構成が必要だと考えられる C/P の社会環境に関係していると思われる そのため 協力事業としては運用および保守のスタッフの異動にも継続性が担保されるよう 複数人数に対してキャパビルを実施することが仕組みが必要だと考える 継続性を担保する上で重要な視点 運用 / 保守に関する費用負担能力 運用 / 保守に関わる能力を持った人材の確保 10

11 REDD+ の RS/ 技術モデルパターンの検討 検討方針 : 森林を取り巻く事情は C/P により異なることから それに合わせた柔軟で実施可能なシステムを作り上げていかなければならない (FFPRI REDD Cookbook より ) 11

12 衛星データの選定方針 As minimum requirement, it is recommended to use Landsat-type remote sensing data (30m resolution) for years 1990, 2000, 2005 and 2010 for monitoring forest cover changes with 1 to 5ha Minimum Mapping Unit (MMU). * * 出典 :GFOC-GOLD SouceBook (COP21 version1), General redommendation for establishing a historical reference scenario (1)REDD+ をターゲットとする場合 (10m~30m 中分解能 ) REDD+ を目的とする場合,1990 年から時系列データ解析が可能でありかつ ha 単位で解析可能なデータとして,Landsat シリーズおよびそれに準じる仕様の衛星データが必要 今後継続的かつ無償でデータが提供される Landsat および Sentinel-2 シリーズは有用性が高い (2) 検証データや単木単位のモニタリングを実施する場合 (~5m 高分解能 ) 中分解能を補間し単木単位でのモニタリングが可能なデータが必要 Landsat-5/TM Landsat-7/ETM+ (1) (2) ENVISAT/ASAR ENVISAT/ASAR Landsat-8/OLI Spot Series Sentinel-2A,B,C,D ALOS/AVNIR-2 (PALSAR) ALOS-2/PALSAR-2 ENVISAT/ASAR ENVISAT/ASAR Rapid Eye World View-2, 3, 4 12

13 モデルパターンの検討方針 検討方針 OSSを利用する上で重要な視点 継続性を担保する上で重要な視点 C/P ごとに人的能力 財政的 要望状況が異なる それぞれの作業ごとに C/P の要望が異なる 選択肢として オープン 商用 商用のグレードおよびライセンス数がある 検討した結果 REDD+ における RS/ 技術のモデルパターンは 計算機をカスタマイズして購入するモデルと考え方の構造が似ている 13

14 モデルパターン作成の ( 設計 ) の概念 計算機の購入モデル OS 筐体サイズ プロセッサー メモリ HDD 光学ドライブ グラフィックス 付属ソフト 保守 ユーザの要望に合致したスペックとコストが決定 ユーザがそれぞれの留意点を考慮し 最適な選択肢を選んでいる 選択肢によっては 他の選択肢数が制限される REDD+ における RS/ 技術のモデルパターンとは = 留意点を考えながら最適な RS/ を選択すること 実現したい機能 ( 要望 ) 例 ) 保存 内部共有 商用 データの種類 : 衛星データ 現地調査の写真 その他ラスタおよびベクタデータ テキストデータ 選択肢 ( 留意点 ) OSS 商用 /OSS の併用 の利用無し 物理的に必要なサーバ数 インフラ整備状況 IT スキルレベル 処理系との親和性 構築 / 運用 / 保守の導入費用および保守費用 作業工数 OSS の利用の場合の新規不具合の発生リスク 14

15 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 5 検証 サーバ RS / 分類 RS / 空間統計分析 RS / 画像閲覧 6 外部公開 Web- サーバ 異なった形式のデータを保存 内部共有 データの種類選択肢留意点 衛星データ 現地調査の写真 その他ラスタおよびベクタデータ テキストデータ OSS の例 基本選択肢 商用 ( グレード ) OSS 商用 /OSS の併用 の利用無し Post,PostgreSQL, etc. データ量が大規模 データ量 物理的に必要なサーバ数 インフラ整備状況 IT スキルレベル 処理系との親和性 構築 / 運用 / 保守の導入費用および保守費用 作業工数 OSS の利用の場合の新規不具合の発生リスク データ量が小規模 予算が多い商用商用 OSS 予算が少ない 商用 IT スキルレベルを考慮し OSS IT スキルレベルを考慮し OSS 15

16 2 衛星データの前処理と分類 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 5 検証 サーバ RS / 分類 RS / 空間統計分析 RS / 画像閲覧 6 外部公開 Web- サーバ 衛星データの前処理と分類 データの種類選択肢留意点 ラスタ 商用 ( グレード ) OSS 商用 /OSS の併用 OSS の例 基本選択肢 ( 前処理 ) IT レベルが高い IT レベルが低い C/P の要望 保存 内部共有系との親和性 形式の違うデータの取り扱い 利用する衛星画像と分類項目 作業効率 事業終了後の保守計画 前処理 (GDAL, Geospatial Toolkit), RS(GRASS, Q), 分類 (Q+OTB), 統合 (TerraAmazon), etc 商用 RS/OSS の併用 ( ライセンス数割合 : 商用 RS<OSS) 商用 RS/OSS の併用 ( ライセンス数割合 : 商用 RS>OSS) 基本選択肢 ( 分類 ) オブジェクトベース分類が必要分類に特化した商用 オブジェクトベース分類が不必要 商用 RS/OSSの併用 (OSS(Q+OTB)) 16

17 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 サーバ RS / 分類 RS / 空間統計分析 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 データの種類選択肢留意点 ラスタおよびベクタデータ OSS の例 商用 ( グレード ) OSS 商用 /OSS の併用 C/P の要望 保存 内部共有系との親和性 形式の違うデータの取り扱い 作業効率 事業終了後の保守計画 RS(GRASS, Q), (Q), 統合 (TerraAmazon), etc. 5 検証 RS / 画像閲覧 6 外部公開 Web- サーバ 基本選択肢 予算が多い 予算が少ない 商用 /OSS の併用 ( 複数種類の商用 RS と必要数の商用 ) 商用 /OSS の併用 ( 商用 RS/ を最小必要数とし その他は OSS でカバ -) 17

18 4 空間統計的な分析 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 サーバ RS / 分類 RS / 空間統計分析 空間統計的な分析 データの種類選択肢留意点 ラスタおよびベクタデータ 商用 ( グレード ) OSS 商用 /OSS の併用 C/P の要望 保存 内部共有系との親和性 形式の違うデータの取り扱い 作業効率 事業終了後の保守計画 OSS の例 RS(GRASS, Q), (Q), 空間統計 (R Saiku OpenForis/Calc), etc. 5 検証 RS / 画像閲覧 6 外部公開 Web- サーバ 基本選択肢 IT スキルが高い IT スキルが低い OSS の併用 (R Saiku OpenForis/Calc などの OSS) 商用 /OSS の併用 ( 商用統計もしくは商用 + エクステンションを最小必要数とし その他は OSS でカバー ) 18

19 5 検証 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 サーバ RS / 分類 RS / 空間統計分析 検証 データの種類選択肢留意点 ラスタおよびベクタデータ OSS の例 商用 ( グレード ) OSS 商用 /OSS の併用 C/P の要望 保存 内部共有系との親和性 形式の違うデータの取り扱い 作業効率 事業終了後の保守計画 RS(GRASS, Q), (Q), OpenForis Collect earth), Google Earth, その他地図サービス etc. 5 検証 RS / 画像閲覧 6 外部公開 Web- サーバ 基本選択肢 予算が多い 予算が少ない 商用 /OSS ( 商用と OSS との間のブリッジ的な商用ソフトの利用も考える ) 商用 /OSS 19

20 6 外部公開 機能項目 1 異なった形式のデータを保存 内部共有 2 衛星データの前処理と分類 3 ( 時系列の ) 土地被覆図 土地利用図の作成 4 空間統計的な分析 5 検証 サーバ RS / 分類 RS / 空間統計分析 RS / 画像閲覧 6 外部公開 Web- サーバ 外部公開 データの種類選択肢留意点 ラスタおよびベクタデータ テキストデータ OSS の例 基本選択肢 商用 ( グレード ) OSS MapServer, GeoServer, etc. IT レベルが高い C/P の要望 保存 内部共有系との親和性 IT スキルレベル ( キャパビルの可能性 ) 物理的に必要なサーバ数 構築 / 運用 / 保守の作業工数 事業終了後の保守計画 IT レベルが低い 予算が多い商用 /OSS 商用 予算が少ない OSS 商用 (ITスキルレベルの向上が期待さ れるのであれば OSS) 20

21 まとめ 1. C/P の要望に応えつつコストを最適化するためには 各手順毎に最適なを選択することが重要である 2. 現在 商用に実装されている多くの機能取り込んだ OSS やデファクトスタンダードが存在しない領域に有用な OSS が利用可能になり始めている 3. ただし 現時点では価格を除いて商用の方が優れている 4. しかし 事業終了後の事業の継続性を勘案すると 商用と OSS の併用が現実的で 両者のライセンス数の割合が重要と考えらえる 5. REDD+ に特化したOSSとして OpenForisとTerraシリーズがある OpenForisの構成である Collect Collect Mobile Collect Earth Calc Geospatial Toolkitは 直観的に利用できるレベルからプログラミング言語が必須なレベルまで によって完成度が異なる 現時点では Collect Collect Mobile Collect Earthの3 本のが利活用できる可能性があると判断した Terraシリーズは マルチユーザで大規模プロジェクトを運用できる利点がある反面 管理運用には専門知識が必要である また FAQフォーラムを調査した結果 新規衛星データの利用やバクへのサポートが貧弱であると推察されるため リ 21 スクとコストとのバランスを考え 利活用を考える必要があると判断した

22 Sense your Earth