リモートセンシング工学 Remote Sensing Engineering 衛星リモートセンシング手法 環境リモートセンシング研究センター Center for Environmental Remote Sensing (CEReS), Chiba University 久世宏明 hkuze@faculty.chiba-u.jp
授業予定 ( 暫定版 ) 10 月 2 日 ( 暴風警報のため授業なし ) 10 月 9 日 ガイダンス リモートセンシングと地球環境のモニタリング 10 月 16 日 宇宙観測 合成開口レーダの歴史 10 月 23 日 衛星リモートセンシングと大気放射の基礎 10 月 30 日 ( 千葉大祭のため授業なし ) 11 月 6 日 衛星による大気微量成分の観測法 11 月 13 日 衛星リモートセンシング手法 11 月 20 日 衛星リモートセンシングのデータ解析 11 月 27 日 大気環境問題とRS( 地球温暖化 ) 12 月 4 日 大気環境問題とRS( 成層圏オゾン層 大気汚染 ) 12 月 11 日 植生リモートセンシング 12 月 18 日 衛星データと地上検証 1 月 8 日 合成開口レーダ (SAR) の概要 1 月 22 日 SARの画像生成方法 1 月 29 日 SARの特性と応用 2 月 5 日 SAR: センサ開発 無人航空機 小型衛星
衛星 ひまわり 8 号 載せた H2A ロケット 25 号機打ち上げ (2014/10/07) http://www.youtube.com/watch?v=qfngbissiqw
三菱電機ひまわりプロジェクト部長 〇南種子町の種子島宇宙センターを 7 日 飛び立った H2A ロケット 25 号機 搭載された新型の気象衛星 ひまわり 8 号 の開発を率いてきた三菱電機ひまわりプロジェクト部長の磯部昌徳さん (52) は 轟音とともに青空に上昇するロケットを万感の思いで見つめた ( 長野浩一 ) 〇発射地点から約 3 キロの総合司令棟 モニター画面で打ち上げを確認し 高度約 263 km で衛星が予定通り 切り離されたことを確認すると 磯部さんは仲間たちと万歳し 打ち上げ成功を喜んだ 時間的な制約も多くて ここまで来るのは正直 ハードだった 打ち上げが順調にいき 一安心した と安堵あんどの表情を浮かべた 〇 2009 年 7 月に発注元の気象庁と契約を交わした際 主に二つの条件を示されていた まず カラー画像を撮影できるよう米国のメーカーが開発した最新型の画像センサーを 8 号に搭載すること もう一つは 14 年夏頃までに間に合わせることだった 7 号は白黒画像しか撮れないが カラー画像になれば きめ細かい観測が可能になる 〇すぐに米国のメーカーからセンサーを入手する手続きをとった しかし 米国側で耐久試験が続き 手元に届いたのは昨年 8 月になってからだった 信号にきちんと反応するかどうかなど 試験を何度も繰り返し 問題点を一つひとつ解決していった 正月も連休もなかった と振り返る 〇完成した 8 号は期待通り 大気や雲の様子をカラー画像で撮影でき 解像度も 2 倍に向上した 台風や積乱雲の様子を今まで以上に詳しく把握できる 今後 20 年間 世界のスタンダードとなる技術を確立できた 磯部さんはそう胸を張った http://www.yomiuri.co.jp/local/kagoshima/news/20141007-oytnt50438.html
分解能と観測頻度の向上 可視で最大 4 倍に向上して 0.5 km 近赤外 熱赤外では最大 16 倍 30 分に 1 枚から 10 分に 1 枚の画像取得日本付近は 2.5 分ごと
5 バンドが 16 バンドに増加
CEReS NICT JMA Himawari-8 Official YouTube http://www.cr.chiba-u.jp/japanese/index.html http://www.cr.chiba-u.jp/japanese/database.html https://www.youtube.com/channel/ucx9wvt_ry7kvodh59jampxa
MTSAT vs. Himawari-8 Himawari-7 (MTSAT) : every 1h Himawari-8 : every 10 min Panchromatic True Color (RGB) http://www.jma-net.go.jp/sat/data/web89/himawari8_sample_data.html
Q1 ひまわり 8 号 9 号は地球環境観測 衛星と呼ばれる その理由につい て説明しなさい Explain why Himawari-8&9 meteorological satellites are called as Earth environment observing satellites.
Google Earth
GE Fukushima
GE Tokyo Chiba
GE Chiba University
Google Earth の衛星写真 Google Earth は 地域により異なるが基本的には地球全域は Earthsat 社の衛星写真を その他の領域においては衛星写真販売各社 (Digital Globe Bluesky など ) の衛星写真を用いている ごく一部の地域ではチャーター機による航空写真を用いている 地球全土の解像度や色彩は一様ではなく 画像が撮影された時期もまちまちである 標準的な解像度は 15m であるが 大都市や興味深い施設などでは 解像度 1m の高解像度画像が使われている 極めて限られた地域では 解像度 60cm~15cm の画像が使われており車の車種まで判別できる (Wikipedia) この度 DigitalGlobe 社は 解像度 46cm の高分解能衛星 WorldView-2 を所定の軌道へ投入し 打ち上げに成功しました 日立ソフトでは WorldView- 2 衛星で撮影した衛星画像データサービスを 2010 年 1 月より提供開始します 現行の QuickBird WorldView-1 の 2 機運用にこの WorldView-2 の運用が開始されると その 1 日の撮影能力はおよそ 200 万 km2( 日本の国土の約 5 倍 ) となり アーカイブ画像の整備範囲拡大および画像更新頻度の向上が実現できます http://www.hitachi-solutions.co.jp/
太陽の南中高度 の季節変化 夏至は 90 - 緯度 +23.4 冬至は 90 - 緯度 -23.4
CCD カメラの分光感度曲線の例 Monochrome Color filters http://www.ccd.com/pdf/ccd_8300.pdf http://d.hatena.ne.jp/meineko/20100421
PM2.5 の時間変化の例 九州北部の大都市である福岡市 ( 人口約 144 万人 ) と 福岡市の西方約 190 km に位置する五島列島福江島 ( 人口約 4 万人 ) において 2009 年春より PM 2.5 濃度の通年観測を開始した さらに 4 月上 ~ 中旬の大気中の粒子状物質について組成を分析した これらの結果 春季の福岡市での PM 2.5 濃度は福江島より半日程度遅れて変動していること また濃度レベルも同程度または福江島の方がやや高いことが判明した http://www.aist.go.jp/aist_j/press_release/pr2009/pr20091217/pr20091217.html
Q2 Google Earth の画像がモザイク 状になっている原因として考えられ る理由を説明しなさい Explain why sometimes a Google Image looks like a mosaic.
衛星による地球観測 なるべく広い領域を なるべく高頻度に なるべく詳細に なるべく同じ条件で なるべく長期間にわたって観測することが望ましい ( 全部を同時に満たすことは不可能 )
静止気象衛星 MTSAT http://tenkijuku.com/eisei_intro.html
地表面における吸収率と MTSAT のバンド Panchromatic band バンド 1 0.55-0.99 m バンド 2 10.3-11.3 m バンド 3 11.5-12.5 m バンド 4 6.5-7.0 m バンド 5 3.5-4.0 m 窓領域
Spectral response functions of a satellite sensor (Himawari-8) http://www.data.jma.go.jp/mscweb/ja/himawari89/space_segment/spsg_ahi.h
赤道上空を 24 時間で一周する 高度はケプラーの法則 2 2 4 3 T r GM により36,000kmに限定される 広い地域 ( 半球の大部分 ) を高頻度 ( 毎時 ) で観測できる しかし 遠距離にあるため詳細な観測は難しく また 高緯度地方も十分に観測できない GOES-E GOES-W( 米 ) MTSAT( 日 ) METEOSAT( 欧 ) INSAT( インド ) Newtonの万有引力の法則とKeplerの第 3 法則 F G Mm r 2 静止軌道衛星 2 mr T 万有引力定数 11 G 6.672 10 N m 2 kg -2 地球質量 24 M 5.974 10 kg 周期 7 T 86400 s とすると r 4.22 10 mとなる 2
MTSAT の全球赤外画像 http: //brows.cr.chiba-u.ac.jp/ receiver/gms/200611 /g060611131930.ir1.gif IR1: 10.3-11.3 m http://weather.is.kochi-u.ac.jp/fe/00latest.jpg http://www.tenki.jp/him/ze/ze_1.html
運輸多目的衛星 (MTSAT) の外観 2005 年 2 月 26 日種子島宇宙センターより打ち上げ
ひまわり 8 号の外観 http://www.trendpark.net/trend/ne1003/post-5864/
Q2 静止軌道衛星が赤道上空 36,000km に限定される理由を説明しなさい Explain why the height and the location of the geostationary satellite must be 36,000 km above the equator.
低軌道衛星 (LEO) 高度 700-800 km 付近を周回する太陽同期準回帰軌道衛星が代表的 軌道傾斜角が 90 に近く 極域までカバーする 太陽同期なので 衛星に対する太陽の方向はいつも一定 ( すなわち 衛星直下点の現地時刻は一定 ) になる そのため 安定したデータがとれ 比較が容易である NOAA 衛星 : 全球を 1 日 1 回カバー 可視 近赤外センサ AVHRR 地上分解能 1.1 km 観測幅 2800 km 雲画像 陸域植生 海面水温 (sea-surface temperature, SST) 海上のエアロゾル Landsat 衛星 : 観測幅 185 km 16 日回帰 MSS センサ :4 バンド 地上分解能 80 m TM センサ :7 バンド 地上分解能 30 m SPOT 衛星 : 1985 年打ち上げのフランスの衛星 観測幅 60 km 2 26 日回帰 パンクロマチックで分解能 10 m 可視 赤外 3 チャンネルで 20 m
太陽同期軌道 Sun-synchronous orbit 人工衛星と太陽との関係が常に同期するような軌道 図の春夏秋冬の地球においては 地球の周りに人工衛星の軌道が傾いた円で描かれている この円を人工衛星の 軌道面 という 図では 軌道面と太陽方向が年間を通して常に一定になっている つまり 地球の自転 公転によらず 人工衛星の軌道面は常に太陽方向と同じ角をなし 軌道面は 1 年で 1 回転する 人工衛星から地球を見た場合 地表にあたる太陽光線の角度 ( 入射角 ) が常に一定なので 同一条件で地球表面の観測が可能である 完全な極軌道では軌道面が回転しない 軌道傾斜角が 90 よりも大きくなると 地球と同じ方向に回転する ( 地球が扁平な回転楕円体である効果 )
MODIS センサの特徴 MODIS センサは Aqua Terra の 2 つの衛星に搭載されているため 同一の地点を昼と夜一日 1~2 回観測を行うことができる 観測頻度が高いので 観測周期が短いデータが得られる 36ch のバンド特性をもち 次のようなターゲットを観測 : 雲 放射エネルギー束 エアロゾル 土地被覆 土地利用変化 植生 地表温度 火災 噴火 海面温度 海色 積雪 気温 湿度 海氷等 解像度が 250m ( バンド 1,2) 500m ( バンド 3-7) 1000m ( バンド 8-36) である (AVHRR 画像 : 解像度 1km)
http://modis.gsfc.nasa.gov/ Satellite: Terra Date Acquired: 04/12/2008Resolutions :1km (143.2 KB) 500m (382 KB) 250m (849.4 KB) Bands Used: 1,4,3 Credit:Jesse Allen, Earth Observatory A hazy plume drifted over the northern end of the Caspian Sea in early April 2008.
Terra/Aqua 衛星の諸元 衛星 Terra Aqua 打上げ日 1999 年 12 月 18 日 2002 年 5 月 4 日 使用ロケット Atlas( アトラス )-Ⅱ Delta( デルタ )-Ⅱ 衛星質量 (kg) 5190 2934 電力 (W) 2530 4860 設計寿命 ( 年 ) 6 6(AMSR-Eの設計寿命は3 年 ) 軌道 太陽同期準回帰軌道 太陽同期準回帰軌道 通過時刻 10:30 13:30 衛星進行方向 北 南 南 北 高度 (km) 705 705 傾斜角 ( 度 ) 98 98 回帰日数 ( 日 ) 16(233 周回 ) 16(233 周回 ) 周期 ( 分 ) 99 99 観測機器 MODIS,ASTER,CERES, MODIS,AIRS,AMSR-E, MISR,MOPITT AMSU,CERES,HSB
スキャナー (scanner) Whiskbroom Pushbroom
地球観測センサ (Landsat)
http://migall.fastmail.fm.user.fm/astronomy/earth_remote_sensing/landsat_intro/landsat_ info_usgs/landsat_7_dataset.htm
多バンドでのスペクトル画像の取得 http://www.physics.uc.edu/ A simplified cutaway diagram of the Landsat Multispectral Scanner (MSS) which adds the spectral aspect to the image scanning system, i.e., produces discrete spectral bands. http://ces.iisc.ernet.in/hpg/envis/remote/introfile9.htm
History of Earth Observing Satellites in Japan
Synthetic aperture radar measurement of land displacement The ALOS/PALSAR observation has revealed that there has been a movement toward the eastern direction by more than 4 m, an unprecedented value in previous earthquakes. http://www.jaxa.jp/article/speci al/antidisaster/yamanaka_j.htm
ASNARO-1 (Advanced Satellite with New system Architecture for Observation) ASNARO-1 has recently been developed as a relatively small, low cost, but high-performance satellite. (Swath width 10 km Mass 450 kg Resolution 0.5 m) Launched on November 6, 2014. ( Tokyo Skytree 634 m tower; Nishi-no-shima) http://www.meti.go.jp/policy/mono_info_service/mono/space_industry/
JAXA Advanced Optical Observation Satellites (Japan Aerospace Exploration Agency) Aiming at much higher performance http://www.mext.go.jp/b_menu/shingi/gijyutu/gijyutu2/059/shiryo/ icsfiles/afieldfi le/2014/10/01/1351678_4.pdf
Q3 本日の授業で新しく得た考え方や知識について説明しなさい ( 疑問や要望があれば それも記入可 ) What s new?