2021 Fiscal Year Research-status Report
逆算アルゴリズム等価性による大規模衛星観測網の高精度化：新パラダイムの創成と実証
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20K20487
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| Research Institution | Aichi Prefectural University |
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Principal Investigator |
吉岡 博貴 愛知県立大学, 情報科学部, 教授 (40332944)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
市井 和仁 千葉大学, 環境リモートセンシング研究センター, 教授 (50345865)
松岡 真如 三重大学, 工学研究科, 准教授 (50399325)
小畑 建太 愛知県立大学, 情報科学部, 講師 (80758201)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 衛星コンステレーション / 逆算アルゴリズム / 等価性 / ひまわり８号 / GEO / MODIS / LEO |
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| Outline of Annual Research Achievements |
前年度（２年目）までの研究では，波長応答関数や観測幾何条件等の違いに起因するセンサの固有性について検討し，センサ固有性の抽出方法およびそれらを結合する方法について研究を進めた．実施３年目となるR3年度は２年目までの研究結果を踏まえ，角度依存性および解像度依存性の影響に意識を向けながら変換手法の可能性を追求すること，ならびに，逆算アルゴリズムの等価性についての検討を中心に研究を実施した．センサ固有性の抽出方法およびその結合方法については，角度依存性や大気効果の影響を含むデータに対して，変換アルゴリズムが機能するかどうかの確認を行った．具体的には，線形混合モデルにもとづく緑被率の推定アルゴリズムを例に， 静止衛星であるHimawari8号のAHIセンサと低軌道型の地球観測衛星Terraに搭載されているMODISセンサによる観測データを用いた数値実験を実施した．逆算アルゴリズムの等価性については，反射率間関係式の波長適応範囲の拡張を試み，放射伝達モデルを利用した導出結果および関係式最適化の精度を検証した．
それらの試験的取り組みから得られた主な知見は以下の2点にまとめられる．（１）逆算アルゴリズムの等価性が成り立つと予想される領域内を対象とした植生指数の変換においては，提案している変換アルゴリズムを利用することで，静止軌道衛星および低軌道衛星間の植生指数変換における角度依存性や大気効果の影響をある程度緩和できる可能性がある．（２）逆算アルゴリズムおよびセンサ間の植生指数変換アルゴリズムに深く関係する反射率間関係式については，可視および近赤外波長帯に範囲を限定した場合，関係式の精度を損なうことなく，組み合わせる波長の拡張が可能である．これらの知見は逆算アルゴリズムの等価性にもとづく地球観測データの高精度化にとって新たな可能性を示唆するものだと考える．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
本研究では，設定した挑戦的な課題に対して，３グループが連携し，並行的な実施体制で取り組んでいる．研究グループ内および国外の研究者らと連携した本課題に関連する研究成果として主に次の３点が挙げられる：（１）逆算アルゴリズムの等価性に着目した植生指数の相互変換に関する研究，（２）植生指数変換精度における角度依存性および解像度依存性についての影響に関する研究，（３）植生からの影響を受けていない地表面における変換精度についての研究および植生の生長時期特定に関する発展的取り組み．R3年度も昨年度に引き続き，関連する成果を原著論文にまとめ投稿し，採録まで進めることができている．それらのことから，実施３年目までは一定の進捗があったと考えている．
一方，過去2年間におよぶ感染症の社会的影響は，大学運営および教育に関する業務の増加という形で３グループの研究者らにも及んでいる．特に，県外への移動を極力控えたことから，当初計画していた対面によるグループ間の意見交換は実施できていない．遠隔による会議は継続しているものの，深い議論を重ねることによって期待できる思考の展開や各グループで蓄積している知見の共有という面では，残念ながら対面による意見交換ほどの成果は得られていない．R3年度においても研究者間の交流による知的作業の効率を期待どおりのレベルまで高めることができなかったことは大いに反省すべき点である．これらの理由から，本課題の前半（３年間）における進捗状況としては，やや遅れているとの判断が妥当であると認識している．
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| Strategy for Future Research Activity |
本研究では大規模な衛星観測網を想定し，センサ間の観測結果を相互に変換するための研究を展開している．そのために必要な理論を次の３項目に分類している：（１）センサ固有性の分離可能性，（２）センサ固有性の結合可能性，（３）逆算アルゴリズムの等価性．各項目に関連するサブテーマを設定し，３研究グループが並行して研究を進めている．
実施１年目（R1年度）では，センサの固有性を逆算アルゴリズムとして抽出するための方法について研究を進め，その結果，植生変数等の逆算アルゴリズムをセンサごとの特性に応じて抽出し，それらを調整するための手法について一定の知見を得た．実施2年目（R2年度）では，個々に抽出されたセンサの固有性に関する情報を，センサ対ごとに結合することの可能性について検討を進めた．実施3年目（R3年度）では，解像度依存性の影響を考慮すると同時に，変換手法の可能性を追求し，逆算アルゴリズムの等価性についての検討に着手した．
今後の研究期間では，（R4年度）逆算アルゴリズムの等価性について検討をさらに進め，包括的な変換手法の開発に着手する．その後は，（R5年度）アルゴリズムの実装および数値実験を実施し，（R6年度）研究全体の成果を理論体系としてまとめることを計画している．特に，4年目のR4年度では，逆算アルゴリズム等価性についての検討を進め，反射率間関係式を利用した変換手法の開発に着手することを計画している．
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| Causes of Carryover |
R3年度も予定していた共同作業の進捗がやや遅れており，その結果，静止衛星と低軌道衛星（極軌道衛星）を対象としたセンサ間比較のためのデータセット構築が計画通りに進捗していない．そのため，ファイルサーバ等の調達が年度内に完了しなかった．予算の一部につてはその調達等に使用することを計画している．
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