流出解析の基礎情報としての細密DEM - 東京大学空間情報科学研究 ...

「デジタル 観 測 手 法 を 統 合 した 里 山 の GIS 解 析 」
空 間 情 報 科 学 研 究 センターシンポジウム
流 出 解 析 の 基 礎 情 報 としての 細 密 DEM
杉 盛 啓 明 ( 東 京 大 学 空 間 情 報 科 学 研 究 センター)
本 稿 では, 山 地 や 丘 陵 地 における 流 出 解 析 に,レーザレーダ 測 量 により 得 られた 高 解 像 度 の DEM( 空 間 解 像 度
50cm)を 利 用 する 可 能 性 について 検 討 した.まず, 流 域 斜 面 形 状 の 再 現 性 に 優 れている 等 高 線 モデルを, 東 京 大 学 農
学 部 附 属 愛 知 演 習 林 内 の 小 流 域 に 適 用 した.その 際 には,GIS による 平 滑 化 処 理 を 用 いることにより,レーザレーダ 測 量
データに 含 まれる 微 細 な 凹 凸 を 効 率 的 に 除 去 した.また, 流 出 解 析 に 必 要 な 地 表 面 の 形 状 データを 得 るために, 樹 冠 面
を 捉 えたオリジナルデータから 地 表 面 を 推 定 する 方 法 について 検 討 した. 現 地 で 樹 高 計 測 を 行 ったところ, 尾 根 部 より 谷
部 で 樹 木 が 高 い 傾 向 が 認 められ, 地 表 面 推 定 の 際 には 地 形 条 件 による 樹 高 分 布 の 相 違 を 考 慮 すべきことが 判 明 した.
1.はじめに
流 域 における 流 出 過 程 を 解 析 する 上 で,DEM ( Digital
Elevation Model)は 流 域 の 起 伏 形 状 を 表 現 する 基 礎 的 情 報 として
重 要 である.しかし,これまで 国 内 で 流 通 してきた 代 表 的 な DEM
である「 数 値 地 図 50mメッシュ( 標 高 )」( 国 土 地 理 院 発 行 )では, 起
伏 の 激 しい 丘 陵 地 における 微 地 形 や 流 域 面 積 の 再 現 性 に 限 界 が
あり( 小 口 ・ 勝 部 ,2000), 流 出 解 析 における 流 出 量 ・ 貯 留 量 ・ 洪 水
到 達 時 間 などの 算 出 精 度 に 影 響 を 及 ぼすと 思 われる.そこで 今
回 は,レーザレーダ 測 量 により 得 られた 空 間 解 像 度 50cmのDEM
( 坪 井 ・ 村 手 ,2000)を 用 いて, 流 出 解 析 に 必 要 な 地 形 情 報 を 入 手
する 可 能 性 について 検 討 した.
DEM
Fill Sinks
Flow Direction
Flow Accumulation
Stream Line
図 1 グリッドモデルにおけるトポロジー 構 築 手 順
2. . 解 析 方 法
DEM をもとに 流 出 過 程 のトポロジーを 構 築 する 方 法 には,グリ
ッドモデルとベクターモデル( 等 高 線 モデル)の 2 タイプがある.
DEM は 格 子 状 であることが 多 いため, 従 来 はグリッドモデルによ
るトポロジー 構 築 が 多 用 されてきた.その 手 順 は 図 1の 通 りであり,
GISアプリケーションを 用 いて 容 易 に 構 築 することができる( 図 2).
このようにグリッドモデルはアルゴリズムが 確 立 されているというメ
リットがある.しかし, 斜 面 に 沿 った 流 出 過 程 の 再 現 性 という 観 点
からは, 等 高 線 およびそれと 直 交 する 境 界 線 で 斜 面 要 素 を 構 成
するベクターモデルの 方 が, 流 下 方 向 が 限 定 されてしまうグリッド
モデルよりも 優 れているといえる.そこで 今 回 はベクターモデルの
適 用 を 試 みた.
3. . 結 果
解 析 対 象 地 域 は, 東 京 大 学 農 学 部 附 属 愛 知 演 習 林 内 の 小 流
域 である( 図 3).
レーザレーダ 測 量 データ( 以 下 ,50cm-DEM と 称 する)を 用 い
て 1m 間 隔 の 等 高 線 を 生 成 してみたところ, 図 4 のように 微 小 な 閉
曲 線 が 数 多 く 含 まれていた.これは,50cm-DEM が 樹 冠 面 の 形 状
を 表 現 しているために, 個 々の 樹 木 が 閉 曲 線 として 表 されている
と 解 釈 できる.しかし, 流 出 解 析 で 必 要 となるのは 樹 冠 面 ではなく
地 表 面 であるため, 何 らかの 形 で 樹 木 の 影 響 を 除 去 し, 地 表 面 を
推 定 する 必 要 がある.
そこで,GIS の 平 滑 化 機 能 を 用 いて 樹 木 に 由 来 する 微 細 な 凹
凸 を 除 去 する 処 理 を 行 った( 図 5).これは, 樹 冠 面 に 比 較 して 地
表 面 の 凹 凸 は 滑 らかであるという 考 えに 基 づいている. 平 滑 化 さ
れたデータから, 図 6 のような 等 高 線 モデルが 得 られた.
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Filled DEM
Flow Direction
1
2
4
8
16
32
64
128
Flow Accumulation
0 - 46.556
46.556 - 93.111
93.111 - 139.667
139.667 - 186.222
186.222 - 232.778
232.778 - 279.333
279.333 - 325.889
325.889 - 372.444
372.444 - 419
Stream Line
図 2 GIS を 用 いたグリッドモデルによるトポロジー 構 築
図 3 レーザレーダ 測 量 により 得 られた 対 象 流 域 の 50cm-DEM
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地 表 面 の 高 さを 得 るためには, 凹 凸 の 平 滑 化 とともに, 樹 冠 面
データから 樹 高 を 差 し 引 く 必 要 がある.そこで, 現 地 で 樹 高 を 計
測 した( 図 7).その 結 果 , 尾 根 部 よりも 谷 部 で 樹 木 が 高 い 傾 向 が
認 められ,2 次 曲 線 による 近 似 を 行 うと, 谷 と 尾 根 の 樹 高 差 が 中 ・
上 流 では 約 6~7m になり, 下 流 では 約 11m になるという 結 果 が 得
られた. 今 回 幸 運 にも, 現 地 測 量 による 対 象 流 域 の 等 高 線 データ
が 入 手 できたので,それと 上 記 の 樹 冠 面 データとの 差 を 求 めたと
ころ, 尾 根 と 谷 の 樹 高 差 についてほぼ 同 様 の 傾 向 が 得 られた( 図
8-(a),(b),(c)).したがって, 今 回 の 手 法 の 妥 当 性 がある 程 度 示 さ
れたと 考 える.
Contours of 50cmdem
Basin boundary
4.まとめ
本 報 告 では, 細 密 DEM を 流 出 解 析 に 利 用 する 手 法 を 検 討 す
るために, 等 高 線 モデルによるトポロジー 構 築 や, 樹 冠 面 から 地
表 面 を 推 定 する 方 法 について 検 討 を 行 った. 今 後 は, 対 象 流 域
で 実 施 している 水 文 気 象 観 測 データを 入 力 し, 実 際 に 流 出 解 析 を
行 い, 以 下 の 点 を 明 らかにしたい.
1) DEM の 空 間 解 像 度 による 流 出 現 象 の 再 現 性 の 違 い
2) 樹 冠 面 と 地 表 面 の 形 状 の 違 いによる 流 出 現 象 の 再 現 性 の 違
い
3) 土 地 被 覆 状 態 の 違 いによる 流 出 特 性 の 違 い
【 文 献 】
小 口 高 ・ 勝 部 圭 一 (2000): 細 密 DEM を 用 いた 地 形 解 析 .『デジ
タル 観 測 手 法 を 統 合 した 里 山 の GIS 解 析 ― 東 京 大 学 空 間 情
報 科 学 研 究 センター 公 開 シンポジウム―』, 杉 盛 啓 明 ほか 編 ,
地 域 環 境 GIS 研 究 会 ,19-26.
坪 井 知 美 ・ 村 手 直 明 (2000): レーザレーダ 50cm-DEM の 作 成 方
法 と 精 度 . 『デジタル 観 測 手 法 を 統 合 した 里 山 の GIS 解 析 ―
東 京 大 学 空 間 情 報 科 学 研 究 センター 公 開 シンポジウム―』, 杉
盛 啓 明 ほか 編 , 地 域 環 境 GIS 研 究 会 ,15-18.
図 4 50cm-DEM から 発 生 させた 1m 間 隔 の 等 高 線 ( 拡 大 図 )
Resample
(5mに 解 像 度 を 下 げる)
Smooth
( 曲 面 の 平 滑 化 )
Fill
( 窪 地 処 理 )
図 5 樹 冠 面 から 樹 木 の 影 響 を 除 去 する 処 理 手 順
図 6 50cm-DEM の 加 工 編 集 後 に 得 られた 等 高 線 モデル
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下 流
中 流
上 流
図 7 樹 高 計 測 を 行 った 測 線 の 位 置
(m)
(m)
400
390
380
370
360
350
340
330
60
50
40
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
(m)
30
20
10
0
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
(m)
(a) 上 流
― 50cmDEMによる 樹 冠 面
― 等 高 線 による 地 表 面
― 樹 冠 面 ( 地 表 面 + 樹 高 )
― 地 表 面
(m)
(m)
350
345
340
335
330
325
320
30
25
20
15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
(m)
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45
(m)
(b) 中 流
― 50cmDEMによる 樹 冠 面
― 等 高 線 による 地 表 面
― 樹 冠 面 ( 地 表 面 + 樹 高 )
― 地 表 面
(m)
345
340
335
330
325
320
315
310
305
0 5 10 15 20 25 30 35 40
(m)
30
― 樹 冠 面 ( 地 表 面 + 樹 高 )
25
― 地 表 面
(m)
20
15
10
5
0
0 5 10 15 20 25 30 35 40
(m)
(c) 下 流
― 50cmDEMによる 樹 冠 面
― 等 高 線 による 地 表 面
図 8 樹 冠 面 と 地 表 面 の 高 度 差
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