データクックブック：​ 森林モニタリング

GRUS-1 衛星画像の活用して森林の健康状態や成長をモニタリングする方法をご紹介します

AxelGlobe から衛星画像をダウンロードします。詳しくはAxelGlobe ユーザーマニュアルをご参照ください。

1A. 今回は、題材としてDemo Italy のデータを使用します。MAR 20(3/20), MAY 21(5/21), JUL 22(7/22) に撮影された画像に対してそれぞれ4つのセル (セル ID: N41200203, N41200204, N41210203, and N41210204) を選択していますので、合計で12 タイルが選択されています。この状態でデータをダウンロードします。 ダウンロードのときは、マルチスペクトル画像製品 を選択してください

データの結合・切り抜き方については、GRUS-1衛星データ利用基本マニュアルをご参照ください。

2A. データの管理・解析を簡潔にするため、同日の4つのタイルをGISソフトウェアを利用して結合します。その結果、以下の3つの画像が得られます：2020/3/20, 2020/5/21, 2020/7/22 の各日ごとに1つの画像とします。

注：QGISでの画像のレンダリング初期設定は、赤：バンド1、緑：バンド2、青：バンド3となっているため不自然な色合いとして表現されます。次のセクションで目的に合わせたレンダリング設定方法についてご紹介します。

トゥルーカラー・フォールスカラーでの表示方法については、GRUS-1衛星データ利用基本マニュアルをご参照ください。

3A.トゥルーカラー表示： “ナチュラルカラー” と呼ばれることもあります。赤・緑・青の可視光の波長から成っており、人間の視覚で感じることができる像に近い表示方法です。GRUS-1 マルチスペクトル画像製品 では、バンド3が赤、バンド2が緑、バンド1が青の波長に対応しています。

3B. フォールスカラー表示：トゥルーカラーに比べフォールスカラーでは、別の波長の組み合わせ（レッドエッジまたはNIR＝近赤外）トゥルーカラーでの赤・緑・青では視認できない色の違いを見ることができます。以下のフォールスカラーの画像は、バンド5（近赤外）が赤、バンド3（赤）が緑 、バンド2（緑）が青に割り当てられて表示されています。

QGISでトゥルーカラー・フォールスカラー表示をするための各バンドの表示設定は以下になります。

衛星画像から算出した指数を活用して森林の維持管理や健康状態の追跡に役立てます

4A. 植生指数 一般に植生指数（Vegetation Index :VI）は、光合成がどれだけ活発に行われているかを示す指数、つまり植物の成長や健康と関連づけることができます。 大まかに数値が大きければ健康で、小さければ健康ではない状態に対応づけられます。このクックブックでは、よく用いられる2つの植生指数、NDVI（Normalized Difference Vegetation Index ）、NDRE(Normalized Difference Red Edge Index）を使用します。

4B. ラスタ計算 NDVIとNDREを算出するために、QGISの機能の一つであるラスタ計算機 を使用します。ラスタ計算機を使用するには、「ラスタ」メニューから「ラスタ計算機」をクリックします。

ラスタ計算機では、計算で直接指定できるように各画像（＝ラスタ）の各バンドが自動的に分けられています。

ラスタ計算機では、計算で直接指定できるように各画像（＝ラスタ）の各バンドが自動的に分けられています。

4C. NDVI の算出 NDVIを算出するためには、近赤外：NIR（バンド5）と赤（バンド3）を使用します。NDVIの計算式は (バンド5 – バンド3)/(バンド5 + バンド3) となります。 バンドを選ぶとき同じ日付のデータが選ぶように注意します。これを3つのデータセットすべてに行います。

ラスター計算機でのNDVI計算式の設定は以下の図の通りです。

4D. NDRE の算出 NDREを算出するためには、近赤外：NIR（バンド5）とレッドエッジ（バンド4）を使用します。NDREの計算式は (バンド5 – バンド4)/(バンド5 + バンド4)となります。 これを3つのデータセットすべてに行います。

4E. 可視化 レイヤを右クリックし、プロパティを選択、シンボロジを選択します。レンダリングタイプで「単バンド疑似カラー」 を選択します。カラーランプでは、▼ボタンから選択肢を見ることができます。今回は、Spectral を選択・反転します。分類ボタン、適用ボタンを順にクリックし、反映させます。OKをクリックしてシンボロジツールを閉じます。

最終的なシンボロジ設定は以下のようになります。

4F. 異なる時間での比較 異なる時間のデータを比較するために、NDVI及びNDRE の表示のスケールを揃えます。下の例では、NDVIの表示を最小 -0.28 から最大0.81 として各NDVIの範囲を指定しています。

下の例では、NDREの表示を最小 -0.38 から最大0.62 として各NDREの範囲を指定しています。

以下にNDVIとNDREが異なる日でどのように見えるか比較しています。NDVIは数値が高いほどより頑強な植生であることを示すため、森林の再生をモニタしたい地域においてクロロフィルがどれだけ存在するかモニタリングすることに利用できます。一方NDREは、森林がストレスに晒されている早期の段階でクロロフィルが減少することを検出することができ、特に森林の健康状態をモニタリングする用途に有用です。

Last updated: June 2021