2017 Fiscal Year Annual Research Report
Toward a theory of higher-order standardization for combinatorial use of earth observation data
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15H02856
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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) |
松岡 真如 高知大学, 教育研究部自然科学系農学部門, 准教授 (50399325)
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| Project Period (FY) |
2015-04-01 – 2019-03-31
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| Keywords | リモートセンシング / 地球観測 / 人工衛星 / 計算工学 / 自然現象観測・予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
課題3年目となるH29年度は，これまでの研究成果を統合し高次標準化手法の開発および数値シミュレーションによる妥当性評価を目的に設定した．
手法の開発については，地表面物理量の保存（センサ間で違いが生じない点）に着目し，逆算手法の等価性にもとづく相互校正手法を考案した．この手法を実装するためには反射率スペクトルから物理量を高速に推定する必要がある．そこで，放射伝達モデルから，葉面積指数と植生層下端に位置する土壌面の反射率を推定するアルゴリズム（反射率間関係式を用いた手法）の検討に着手し，その高精度化に取り組んだ．その結果，昨年度までに導出した反射率間関係式に１つの因子を導入し，様々な波長の組み合わせに対して，導入した変数の最適化を試みた．組み合わせる波長ごとに最適値が異なることも判明し，その傾向を把握するに至った．これらの成果は理論的な基盤構築にとって重要な意味を持ち，また独創的な手法の確立に向けた課題解決の面からも意義のある成果だと考える．
提案手法の妥当性評価については，ハイパースペクトルデータにもとづく数値実験を実施した．その結果からは，ピクセル毎に推定する土壌面の反射率が，植生指数のセンサ間関係を決定する上で有効な指標であるとの知見を得ている．さらに，TERRA-MODISとHIMAWARI8-AHIによる陸域観測データの収集および大気補正等の前処理を実施した．補正をする前のデータを使い角度依存性の評価を予備的に実施したところ，MODISが採用するモデルではAHIの二方向性反射率をモデル化できない可能性が示唆された．この大気補正によってモデルの適合性のより正確な評価と改善が可能となった．また，この比較結果からは，波長応答関数の差に起因する観測結果の違いも確認しており，本研究による相互校正理論の基盤構築および手法開発の必要性を再認識するうえでも重要な知見を得ている．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
本研究課題は連続性や役割等を考慮し，複数のサブテーマに分けて効率的に実施している.
サブテーマ間では進捗の差がみられるものの，全体を通してほぼ当初の予定通り進捗している．年度前半では高次標準化手法の開発および数値シミュレーションによる妥当性評価を計画に沿って進めた．そこでは，前年度までに展開してきた理論の妥当性評価やアルゴリズムの実装を目指し，放射伝達モデルに基づく逆算手法等のアルゴリズム開発が必要であった．このサブテーマについては，ほぼ予定通りに進捗している．一方，数値実験の準備段階では予定外の前処理コードの作成が必要となった．また，それに先立ち，センサおよびデータの選定にも当初予想していた以上の期間を要したが（詳細を後述），最終的にはこれら前処理コード群の実装を完了している．
実データによる数値実験の準備については対象とするセンサの選定が重要な意味を持つ．その選定は，情報収集を重ね，本課題の目的等を考慮し慎重に行った．その結果，年度当初の段階で利用を予定したLANDSAT8-OLIの代わりに，HIMAWARI8-AHIを利用することにした．AHIとMODISの観測結果については同一レベルの大気補正がなされておらず，そのことが比較の際に問題となる．そこで，本研究立案当初には想定していなかった大気補正コードを急遽作成し，その実装を年度内に完了している．また，大気補正済みの反射率を用いて，TERRA-MODISの二方向性反射モデルをHIMAWARI8-AHIに適用するコードも実装を完了した．現在は，観測幾何条件の違いに起因する両センサ間の差を明らかにするために，地形の影響の大きい山地での解析を進めている．このように当初予期していないことに対しての対応も円滑に進められていることから，おおむね順調に進展していると判断できる．
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| Strategy for Future Research Activity |
平成30年度（最終年）は，これまで進めてきた高次標準化理論および手法の検証と研究成果のまとめを目的とする．推進方策については，まず開発アルゴリズムを実装し，実データを用いて理論と手法の検証を試みる．次に，波長応答関数の差や観測角度条件の違いに起因する反射率や植生指数データプロダクトのセンサ間相対誤差を定量し，それらの観測結果を相互に変換することで高次標準化理論にもとづく提案手法の有効性を検証する．
AHIとMODISの比較においては，波長依存性に加えて観測幾何条件の違い（角度依存性）が相対誤差の主な要因である．また，これら要因間は相互に影響することが知られている．そのため，波長依存性が低く角度依存性の高い山地と，波長依存性が高く角度依存性の低い都市農村域が隣接する四国地区を対象に解析を進めている．今年度の前半では，これら依存性を同時に解消するための手法およびアルゴリズムの実装を行い，構築および開発を進めている理論と手法の検証を試みる．
波長応答関数に起因する相対誤差要因と観測幾何に起因する相対誤差要因については，それぞれ独立に解消することができる成分（相対誤差要因の独立成分）と，それぞれの要因が相互に影響を及ぼす成分（相対誤差要因の依存成分）に分けて考える．相互校正のアプローチとしては，観測幾何に起因する要因のうち，独立成分についての補正を行い，次に，波長依存性の独立成分と両要因間の相互作用がもたらす依存成分についての補正を行う．
年度後半にはこれら数値実験や評価結果を参考に，手法やアルゴリズムの改良を重ね，基盤となる理論の妥当性について検討を進める．課題最終年度のまとめとして，理論や手法についての妥当性，ならびに，問題点や課題等についても明らかにしたい．
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Research Products
(4 results)
