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空間情報事業の技術一覧

空中

地図情報レベル250対応画像(東京駅2015/3/26撮影)

地図情報レベル250対応画像(東京駅2015/3/26撮影)

空中写真撮影

空中写真撮影は、航空機に搭載した専用のカメラを用いて、高解像度の直下あるいは斜め方向の写真を撮影する技術です。撮影された写真は主に、地図作製、景観、調査、判読目的に利用されています。
撮影方法には、垂直写真撮影と斜め写真撮影に区分されます。垂直写真撮影は、エリアセンサ型デジタル航空カメラ(DMCⅡ230)を用い、最高3cmの解像力の画像を取得することが可能です。この解像力は、今まで現地測量を主としてきた公共測量に準拠する地図情報レベル250の地図作成を可能としました。(2013年11月14日国土地理院より承認されました。)
斜め写真撮影には、手持ちのデジタル一眼レフカメラを用いることもあります。鳥瞰的な撮影画像を提供するとともに、垂直写真と併用することで災害時の状況や工事進捗状況などを、より容易に把握することが可能となります。

ハイビジョン撮影(自動追尾)

送電線をハイビジョンカメラで撮影する場合、撮影対象となる送電線(架空地線および電力線)をモニター画面の中央で安定して捉える必要があります。しかしながら、撮影者の目視でフォーカスを合わせながら画面中央に対象物を捉え続けることは非常に困難です。そこで朝日航洋では、撮影線の自動追尾およびオートフォーカス機能を開発し、撮影者の技量に頼らない高品質な撮影ができるシステムを構築しました。このシステムは特許番号第5277600号として登録・公開されています。

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航空レーザ計測(ALMAPS)

空中レーザ計測(ALMAPS)は、運航ナビゲーションからデータ取得まで安全と高品質にこだわって開発した空中レーザ計測システムです。
航空レーザ計測は、航空機から地上に向けて照射したレーザ光を照射し、地上から反射された時間差で地形情報を取得する技術です。航空機に搭載したGNSS/IMU装置(位置・姿勢計測装置)より、航空機の正確な位置情報と姿勢情報を記録し、測距データと統合して解析することで、地上の3次元座標を取得します。
朝日航洋では、世界最高水準のレーザ測距装置と機動性の高いヘリコプターを組み合わせ、様々な地形条件に柔軟に対応します。

衛星リモートセンシング

人工衛星や航空機などに専用の測定器(センサー)を搭載し、物体からの反射や、自ら放射する固有の波(電磁波)を観測し、得られたデータを分析・解析することで、広域を効率よく調査することができます。朝日航洋は、以下のリモートセンシングセンサー及びプラットフォームから取得したデータの分析・解析を行っています。 

■光学センサー
一般的に、太陽の光(紫外線~熱赤外までを含む)が地表や物体に当り反射した光、対象物から放射される熱を、可視光~熱赤外の範囲で観測します。このため、夜間や悪天候時の観測には向きません。
●パンクロマティックセンサー:センサーで捉らえた電磁波の波長域を分光することなく、単一のバンド(帯)として観測するセンサーです。一般的に、可視光~近赤外の波長域を、マルチスペクトルセンサーよりも高い分解能で観測します。 
●マルチスペクトルセンサー:センサーで捉らえた電磁波の波長域を、一般的に青・緑・赤・近赤外の各バンドで観測するセンサーです。デジタルカメラなどで撮影した画像と同様に、人の目で見える状態に近い質で観測します。 
●ハイパースペクトルセンサー:マルチスペクトルセンサーと比較して、高い波長分解能により、対象物のスペクトルを細かいバンドで観測するセンサーです。10nm以下の狭いバンドで分光し、バンド数は100を超えるものもあります。 
●熱赤外センサー:火山活動や火災などの高温域も観測することができます 。
■マイクロ波センサー
マイクロ波センサーは、可視光や赤外線よりも波長の長いマイクロ波を観測します。昼夜天候に左右されることはほぼありません。
●能動型マイクロ波センサー:センサーからマイクロ波を発射し、対象物から反射されて戻ってくるマイクロ波を観測します。合成開口レーダー(SAR:Synthetic Aperture Radar )、降雨レーダーなどがあります。
光学センサーは「受動型」と言えます。
●受動型マイクロ波センサー
物質から自然に放射するマイクロ波を観測するセンサー です。

■プラットフォーム
●人工衛星:非常に高い高度から観測しているため、一度に広い範囲を観測することができ、同じ場所を繰り返し観測するモニタリング調査に適しています。また、火山噴火のような、上空の飛行が困難な場合でも観測が可能という利点があります。一方で、観測センサーや観測日の自由度は低く、雲等の影響により良質なデータ取得が難しいという欠点があります 
●固定翼機:固定翼機はヘリコプターなどの回転翼機に対するものとして、プロペラ機・ジェット機などがあります。回転翼機と比較し、高速での飛行や高い輸送力が利点です。また、大型の機体であれば、重量のあるセンサーの搭載が可能です。高度としては、人工衛星の次に高い高度からの観測との位置付けになります。人工衛星と比較して、観測センサーや観測範囲、観測日の自由度が高くなりますが、航空法等の各種法令の縛りには注意を払う必要があります。
●回転翼機:ヘリコプターなどの回転翼機は、固定翼機と比較し、低速・低高度での観測が可能なため、対象物の状態をより詳細(高分解能・高密度)に観測できます。
また、固定翼機では進入できない渓谷部などでの飛行も可能で、垂直飛行により比較的狭い場所でも離着陸ができるため、複雑な地形での観測に適しています。
固定翼機同様に、観測範囲、観測日の自由度が高くなりますが、航空法等の各種法令の縛りには注意を払う必要があります。 
●UAV:UAV(無人航空機)は、固定翼機・回転翼機の両方で、手のひらに載る小さなラジコンから30mを超える大きな機体まで実用化されています。基本的に無線操縦で飛行し、予め飛行ルートをプログラムすることでGPSなどを使用し、完全自律飛行を行うものもあります。
無人での飛行が可能なため、人が立ち入ることができない場所での観測に適しています。 

地上

MMS

MMS(モービルマッピングシステム)とは、人、バギー及び車にカメラ等の各種センサーを搭載し、自らを移動させながらデータを取得する技術の総称です。
取得した各種データをマッピングに利用するために、GNSS/IMU(全地球測位システム/慣性計測装置)が同時測定されており、GNSS衛星を受信可能な環境下では数cm~数10cmの位置精度で3次元ポイントデータを特定することができます。
取得映像による動画GIS、路面オルソ画像から作成する平面図、カラーレーザ点群による3次元離隔測定など、データの用途は多岐にわたります。
道路、鉄道等、移動体が立ち入ることのできるフィールドであればMMSはその威力を発揮します。

GNSS測量

GNSS測量は、カーナビなどで利用されている衛星測位システム(Global Navigation Satellite System)を利用した測量です。天候に左右されず、地球上の好きな位置で高精度な位置情報を取得することができ、地上測量に限らず飛行機や計測車両といった移動体に搭載するなど多くの測量で利用されています。
平成23年に、公共測量の作業規程の準則の改定により、GPS衛星(アメリカの衛星)とGLONASS衛星(EUの衛星)を併用して利用することが可能になりました。日本では準天頂衛星『みちびき』が2010年に打ち上げられており、2019年には4基体制で準天頂衛星システムが運用されることが決定しています。

水域

音響測深イメージ

音響測深イメージ

音響測深

音響測深は、船などに搭載した水面下のセンサーから海底や川底に向け音(超音波)を発振し、その音が海底や川底にぶつかり戻ってくる時間を測定することにより、水の深さを測定する技術です。
音響測深により測定した水深情報と、GNSSなどを利用して求めたセンサーの位置情報(測位)を統合計算することにより、海底や川底の地形情報を得ることができます。
このようにして得られた地形情報は、主に以下の用途に使用されます。

・船舶の航行に必要な地図=「海図」
・港湾設計・埋立計画等の基礎資料
・海浜・港湾・河川・ダム等の維持管理
・パイプライン・ケーブル埋設ルート調査
・海洋資源調査

  • 音響測深から得られた地形情報の可視化

    音響測深から得られた地形情報の可視化

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浅海底観測システム装置及び水中写真地図

浅海底観測システム装置及び水中写真地図

浅海底観測システム(せんかい)

朝日航洋は、国立環境研究所と共同で、「見たことのない地図の作成」をキーワードに、浅海底観測システム(特許出願済)を開発しました。
浅海底観測システムは、サンゴ礁を中心とする浅水域の海底画像情報を取得・画像処理を行い、水中写真地図を作成するシステムです。具体的には、①小型フロートボートに搭載したGNSS ジャイロ(方位・位置・傾きのセンサ)で位置座標と姿勢情報を収録し、②ボートの左右に配置した水中カメラでステレオ画像を取得し、③収録したステレオ画像と姿勢情報をもとに作成したDSM(Digital Surface Model)に撮影画像を投影することで浅海底の水中写真地図を作成します。
浅海底観測システムの特徴は、従来の潜水調査と比べ効率的に広範囲を短時間で水中観測ができること、さらには、水中写真地図は位置座標の情報を持つことで、面積の計算や定量的な経年変化の抽出が容易になることです。浅海底観測システムは、地球温暖化で注目されるサンゴ礁の白化現象や再生状況のモニタリング、あるいは、水中構造物の点検等に効果的です。

  • サンゴ礁の3次元モデル

    サンゴ礁の3次元モデル

海底地層探査(サブボトムプロファイラー)

朝日航洋のサブボトムプロファイラー(SBP)は、幾つかの周波数帯域を持つ曳航体での運用が可能な海底地層探査システムです。曳航させたSBP直下の海底地層を、底質の状況に応じて周波数帯域を変え、高分解能で探査することが可能です。特にチャープ方式で、500Hzまでの低周波で探査できるため、海底下20m程度(砂地層のケース)までの地層を高分解能に捉えることができます。

画像

写真地図(オルソ画像)

写真地図は、オルソフォトとも呼ばれ、視覚的に判読が可能な地形図と重なる画像として利用されております。写真地図の基となる空中写真は、地形の起伏による縮尺のばらつきと写真の中心からの放射歪により地形図とは重なりません。地形図と重ね合わせるためには、空中写真より得られる数値標高モデルを利用し、中心投影である空中写真を正射変換する作業を行います。正射変換画像を作成後、複数の正射変換画像をつなぎ合わせたモザイク画像を作成します。昨今では、この画像を広域画像とよび、地形図と重ね合わせることが可能な画像として河川管理や道路設計、建設コンサルタント分野等においても広く利用されています。

NIR画像処理

空中写真を撮影するための航空測量用カメラは、従来の銀塩フィルムを用いたアナログ方式から、イメージセンサーを用いたデジタル方式が主流となってきました。これらに搭載されるイメージセンサーは、可視光に加えて近赤外線(Near Infrared)領域の画像も同時に記録されています。
近赤外線画像での明暗は植物の活性度と相関が高いことから、朝日航洋では、植生調査などに利用しています。また、可視画像の赤の波長データと組み合わせた解析によって植生指数を求めて、植物の有無を判定する緑被調査や水域の抽出等を行っています。

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SAR画像解析

ここ数年で合成開口レーダ(SAR)センサーを搭載した人工衛星が多数打ち上げられ、2014年には国産の地球観測衛星ALOS-2も運用を開始しました。これらSARセンサーによる観測データの実利用への機運が高まりつつあります。
SARセンサーは、昼夜天候を問わず計測できるという光学センサーにない特徴があり、災害対応などの緊急観測や、高精度な地盤変動抽出、雲の多い季節や地域における定常モニタリングなど、朝日航洋では様々な分野で利用を行っております。

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全方位画像処理

全方位カメラは所定の位置に設置された6台のCCDカメラで全方位を同期撮影できるカメラです。
全方位カメラで取得した画像はビューワによるリアルタイム合成により、球面投影やパノラマ画像として表現することができます。また、一般の画像と同じように、明るさ、コントラスト及び色合いの調整が可能です。
連続撮影された全方位画像は動画として再生できます。開始、終了フレーム指定による動画切り出し、距離ピッチや時間ピッチ指定によるフレーム間隔調整を行うことで、必要な範囲で効率的な動画を作り込むことができます。
MMSで取得した全方位画像の場合、各フレームと同期した位置情報を用いて地図と連動した全方位動画GISを構築できます。

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ライブオルソ

日本国内にはライブカメラが多数存在し、広範囲な用途で利用されています。 それらのライブカメラが撮影した画像を写真地図化する技術を国立環境研究所と共同開発しました(特許出願済み)。
撮影したライブカメラ画像を、数値標高データ(DEM)を用いて真上から眺めたような地図に重ねることのできるオルソ画像に変換します。このオルソ画像上では、写っているものの位置や面積を正確に測ることが出来ます。
複数のライブカメラ画像から同時にオルソ画像を作成して接合することで、一台のカメラでは見えなかった部分を相補う形で地図上に抜けが無い一枚の画像を作成することも可能です。これにより対象地(被写体)全体の今の様子をリアルタイムに把握することが可能となりました。

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高ダイナミックレンジ画像処理 (アクアスコープ/シャドウスコープ)

空中写真を撮影するための航空測量用カメラは、従来の銀塩フィルムを用いたアナログ方式から、イメージセンサーを用いたデジタル方式が主流となってきました。これらに搭載されるイメージセンサーの高性能化によって、デジタル画像のピクセル深度が8ビットを越える高ダイナミックレンジ画像を撮影できるものが一般的となりつつありますが、わずかな明暗を詳細に記録することがセンサーではできていましたが、従来の撮影後の画像調整処理方法では暗部の情報が失われやすいという問題がありました。
朝日航洋ではこの問題を解決するために、高ダイナミックレンジ画像のコントラスト補正処理技術を独自に開発し、極端に明るい部分と暗い部分の両方が見やすい画像製品(アクアスコープ/シャドウスコープ)を提供しています。(当技術は特許出願中)

マッピング

数値図化

数値図化は、デジタル数値図化機等を用いて立体観測をしながら、縮尺・情報レベルに応じた図式に基づいて、地物の三次元デジタルデータを取得する技術です。素材としては航空写真や衛星画像などを用い、地上の三次元データを作成するのが一般的ですが、朝日航洋では、水平写真を用いた構造物の数値図化や、水中写真を用いた水中図化等もご提供しています。
数値図化で作成した地図は精度を保証されているため、国の基盤となる国土基本図等の地図として利用されるほか、高い精度が必要とされる鉄道な道路などの平面図や、遺跡等の構造物の立体図面としても利用されています。

既成図数値化

既成図数値化は、紙地図等のアナログの地図をデジタルの地図に刷新する技術です。
デジタイザを用いて直接入力する方法や、スキャナでいったん画像化してからCADの編集機能を用いて地物の形状や座標、それぞれが持つ情報を入力する方法が取られます。
地物の形状や座標のみでなく、その地物が持っている属性等も同時に取得できるため、紙地図の頃よりも多くの情報を保持する地図に仕上げることが可能です。デジタル形式であるために、GISや施設管理システムなどのコンピューターでの使用に特に適しています。
既成図数値化は、既成図をそのままデジタル化して地図に表すため、もともと持っていた図面精度にデジタイズ時の誤差が加わり、厳密な精度の保証はありません。しかし、地質図や範囲図、概念図など、そもそも視認不可能なものを記載した地図のデジタル版を作成するためには最適な方法です。

地図編集・編纂

地図編集は、既存の地図に編集を加えて用途に応じた地図を作製する技術です。
地図編集には、CADの編集機能を用いて地物データの修正・情報の追加をしたり、用途に合わせて表現方法を変更する一般的な地図編集のほかに、最新の空中写真をステレオ図化機等の数値図化機にかけて、精度を維持したまま経年変化があった箇所を更新する修正数値図化も含まれます。

編纂は、複数の地図を合わせて一枚の地図にする技術です。
国土地理院が表現方法を定めている国土基本図を除いて、地図は本来の用途に合わせるためにそれぞれ微妙な独自性を持っています。それらの意味を読み解いて表現を統一し、一枚の均質な図面を作成します。
また朝日航洋は、大縮尺図を合体して広域図等の小縮尺図に編纂する縮小編纂という技術も提供可能です。地図を単純に縮小コピーしただけでは情報が多すぎて見づらくなり、使い物になりません。求めている縮尺に合わせて表現方法を変え、新規作成と変わらない広域図を作成する高度技術です。

三次元モデリング

特定の地域や地物を対象に、様々な角度や視点から撮影した画像データから、コンピュータビジョンと写真測量の技術を用いて、3次元モデルを作成いたします。
この技術はSfM(Structure from Motion)と呼ばれております。よい3次元モデルを作成するためには、写真の撮影方法が重要となります。朝日航洋では、SfMの特性を考慮した航空機、UAVや地上からの撮影はもちろん、これらの画像を用いた高精度な3次元モデルを作成いたします。

解析

地理情報システム(GIS)

地理情報システム(GIS)は、多様な地理空間データを統合、表示、検索、印刷、編集、分析などを行うシステムです。朝日航洋では、GISを様々な分野で利活用し、必要な地理空間データの整備を行います。
また、朝日航洋では、地理空間情報分野のオープンソースソフトウェアFOOS4G製品の日本語化、普及活動にも力を入れております。
しかしながら、様々なFOSS4G製品を組み合わせてシステム構築を行う場合には、多くのノウハウを必要とします。朝日航洋は、国土交通省関東地方整備局より優良業務及び優秀技術者局長表彰を授与される等、オープンソースを利用したGIS開発に豊富な実績があります。

ポイントクラウド解析

近年、MMS、UAV等の移動体に装備されたレーザスキャナにより、道路、鉄道、エネルギー、河川等の社会インフラを高密度・高精度のポイントクラウド(3次元点群)で表現することができます。
ポイントクラウドを解析することにより、インフラ変状の自動検出、リバースエンジニアリングによる図面作成、3Dモデル構築によるCIM支援を実現することができます。
朝日航洋は、社会問題化しているインフラ老朽化を見据え、ポイントクラウド解析を活用したインフラマネジメントの高度化・効率化の取り組みを進めています。

測深器(点群)を利用した河床変動調査

測深器(点群)を利用した河床変動調査

画像と点群を利用した家屋異動調査

画像と点群を利用した家屋異動調査

変化抽出(差分解析)

時期の異なる空中写真等の画像データやレーザスキャナ、測深器等から得られる点群データを利用して2時期間に生じた変化を抽出することができます。
画像データを利用した変化抽出では、一般的に画像の色や模様を比較し、点群データを利用した変化抽出では、点群の座標値を比較しています。
色や模様を利用する変化抽出技術は、土地利用状況等の視覚的に把握可能な変化を効率的に調査する場合に利用されることが多く、座標値を利用した変化抽出技術は、土砂移動量等の変化量算出に多く利用されています。また、家屋異動調査等の構造物の変化(例:新しく作られた/取り壊された)を調査する場合には、画像と点群の変化抽出技術を組み合わせて用いることもあります。図1は点群を利用した土砂移動の抽出結果です。図2は画像と点群を利用した家屋異動の抽出結果です。赤色は主に新しく建築された建物、青色は取り壊された建物跡地を示しています。

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微地形解析(陰陽図)

立体画像・陰陽図は地形の特徴を詳細にとらえることが可能です。
地形の数値データを使用して、周囲との差を奥行きとして陰値、陽値として奥行きに変換し寒暖の配色をすることで、微地形も大規模な構造もわかり易く可視化することが可能です。自然地形の変遷や、人工的な造成などの調査に有効利用できます。

空間解析

地理情報システム(GIS)のもつ機能を駆使し、様々な地理空間データを重ね合わせ表示したり、ネットワークデータを利用して最適経路探査を行ったり、地物間の空間演算等を行い地図上に表現することで、社会や地域の課題を浮き彫りにするとともに、その課題を解決するためのヒントを見える化します。

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