加藤 顕

<title>Abstract</title> Methods to accurately estimate spatially explicit fuel consumption are needed because consumption relates directly to fire behavior, effects, and smoke emissions. Our objective was to quantify sparkleberry (Vaccinium arboretum Marshall) shrub fuels before and after six experimental prescribed fires at Fort Jackson in South Carolina. We used a novel approach to characterize shrubs non-destructively from three-dimensional (3D) point cloud data collected with a terrestrial laser scanner. The point cloud data were reduced to 0.001 m–3 voxels that were either occupied to indicate fuel presence or empty to indicate fuel absence. The density of occupied voxels was related significantly by a logarithmic function to 3D fuel bulk density samples that were destructively harvested (adjusted R2 = .32, P &amp;lt; .0001). Based on our findings, a survey-grade Global Navigation Satellite System may be necessary to accurately associate 3D point cloud data to 3D fuel bulk density measurements destructively collected in small (submeter) shrub plots. A recommendation for future research is to accurately geolocate and quantify the occupied volume of entire shrubs as 3D objects that can be used to train models to map shrub fuel bulk density from point cloud data binned to occupied 3D voxels.

<p>2019年9月9日早朝に千葉県に上陸した台風15号により、千葉県内では最大風速50mをこえる猛烈な風が吹き、その影響から93万戸以上で停電が起き、長い所では２週間以上停電が継続したことで、市民生活や産業は多大な被害を受けた。その原因の一つとして、倒木によって電柱・電線の損壊が助長されたとする意見があり、その因果関係について検討した。昨年と今年のLandsat8データより算出した正規化植生指数の差分から推定した風倒害の分布は電柱損壊状況の分布と概ね一致し、台風の経路の右側の地域に多く位置していた。電柱の損壊が見られた区域における正規化植生指数の差分は、各種木本群落の大部分が負の値をとり、平均値も負に大きく、森林被害が大きい場所で電柱も損壊していたことを示した。また、GISの解析結果より、全植生面積あたりの電柱の被害密度は、台地上のスギ・ヒノキ植林地にて著しく大きい結果となり、サンブスギ造林地の風害に対する脆弱性が示唆された。発表では、風速分布との関係や停電状況との関係、樹木の倒伏原因の検討結果についても報告予定である。</p>

&lt;p&gt;森林のバイオマス量調査は，森林の現存価値の把握および将来的な収量予測のために重要である。ただし，広大な森林を対象とした場合，全個体を測定することは現実的ではないため，対象林地の中にいくつかの標本地を設定し，その中に生育する個体のみ測定を行い，その結果から対象林地全体のバイオマス量推定を行う方法が採られる。ただし，この方法では標本地が対象林地の平均から外れると誤差が大きくなるという課題もある。&lt;/p&gt;&lt;p&gt;一方，人工衛星や航空機から対象の森林全域を調査する，いわゆるリモートセンシングという技術が研究されている。近年では，航空機にレーザーを搭載し，上空より照射したレーザーの反射から広域の3次元データを得る手法が多く用いられている。この手法は高密度，高解像度な測量が可能である一方で，コストが高額かつ結果が得られるまで数ヶ月程度かかる点が課題である。&lt;/p&gt;&lt;p&gt;そこで，より安価で即時性の高い全域測定手法として，無人航空機（Unmanned Aerial Vehicle：UAV，俗称ドローン）に注目した。本報では，無人航空機を用いた効率的な森林のバイオマス量推定手法を考案し，実際にブラジル北部の植林地にて試験した結果について述べる。&lt;/p&gt;

Center for Environmental Remote Sensing, Chiba University develops L Band circularly polarized synthetic aperture radar (SAR) sensor for microsatellite (150 kg class). This paper explains the project, specification, antenna deployment, RF system, and experiment of circularly polarized SAR in anechoic chamber. In the future, this sensor will be employed to monitor global land deformation.

【目的】風倒害や森林火災などの森林災害は、森林簿情報が十分に整備されていない遠隔地で生じることが多い。森林災害によって林分構造が変化するため、早急に状況を把握する必要がある。国際的な環境政策であるREDD+においても、自然災害と違法伐採を分けてモニタリングする技術を必要としており、森林災害をモニタリングする技術の確立は、重要な課題である。本研究は無人飛行機（UAV）と地上レーザーを用い、森林災害をモニタリングする技術を提供することを目的としている。【方法】安価に3次元データを取得できる無人飛行機を利用した手法を用い、広域の森林災害状況を把握する。空撮画像からStructure from Motion（SfM）によって3次元データを作成し、得られた結果を地上レーザーによる3次元データと比較する。さらに、これらのデータを融合することで、森林災害状況を早急にデータ整備できるようにする。【結果】無人飛行機を用いて作成した3次元データによる樹木計測は、地上レーザーによって計測された結果と比較すると、過小評価する傾向があった。データ取得方法による計測精度の違いを明らかにし、実用的技術として使用できるようにしたい。

自己間引きの法則は、天然林に特有な現象であり、樹木の個体群密度と個体の平均質量との関係を示した法則である。自己間引きの法則を明らかにするために樹木形状を計測することは難しい。多大な労力を要するほか、作業員の計測技術による計測誤差が生じてしまう。正確な樹形の計測と解析のために、可搬性の優れた地上レーザースキャナを本研究では用いた。地上レーザーで取得された3次元データを用いることで自己間引きの法則に関わる樹冠形状や樹冠体積を本研究では正確に測定した。 カナダ、ノースウェスト準州にあるウッドバッファロー国立公園内で樹齢や樹高の異なるマツ(Pinus banksiana)林とポプラ(Populus tremuloides)林で各3か所ずつ地上レーザースキャナを用いて樹木計測を行った。各調査区内で毎木調査したデータと解析したデータを照らし合わせ、計測精度を検証した。各調査区で3次元データを単木ごとに抽出し、樹冠標高モデル(Digital Canopy Model)を作成した。さらに、統計ソフトRのパッケージrLiDARを用いて樹冠体積と占有面積を計測した。得られた結果は、既往研究の結果と矛盾しない結果を得ることができた。

森林の管理には簡易なモニタリング技術が必要である。これまでの3次元データの取得は，レーザーによるデータの取得が行われてきたが，近年Structure from Motion（以下SfM)という技術が利用可能となった。SfMは写真測量の技術であり，小型UAVを用いることで3次元データを簡易的に取得できる。本研究では，北海道大学雨龍研究林において，小型UAVによる空撮画像とSfMを適用することで森林の3次元データを取得し，樹種の違い，季節変化，地形が樹高計測に与える影響について検討した。その結果，季節変化が樹高計測に影響を与えること，展葉時期において高い精度で樹高を計測できることがわかった。

ヒートアイランド現象の緩和対策として，都市緑地による熱環境緩和効果が期待されている。これまでの緑化対策では樹高しか着目されておらず，樹冠構造については考慮されなかった。樹冠構造の異なる緑地を対象に，樹冠構造の発達が地表面温度に影響するか検討した。その結果，樹冠の厚みが増すと日中の表面温度を下げ，夜間の表面温度を下げないことがわかり，昼夜間の温度変化を緩和する効果があった。そのため，樹冠構造を発達することが，都市林におけるヒートアイランド現象緩和機能を強化することがわかった。

In this paper, we estimate and identify, for Entebbe and Kampala areas on the northern shore of Lake Victoria as study areas, the present extent of Cyperus papyrus (papyrus) wetland and its change over time, using RapidEye (5 m resolution) and Landsat (30 m resolution) satellite images. We first estimated land cover for Entebbe area in 2010/2011 by using both RapidEye and Landsat images, second, the performance of Landsat in land cover classification was compared with that of RapidEye, and third, we identified changes in land cover in the last 15 years for the study areas by using Landsat images. The results of GIS analysis of RapidEye revealed that in 2011, 30% of Entebbe area was occupied by wetland, of which 70% was papyrus-covered. Between 1995 and 2010, the share of wetland decreased from 38% to 32% for Entebbe and from 15% to 11% for Kampala, but for both areas, the most decreases occurred in the last 5 years. Urban land use increased in Kampala from 17% to 64%, and from 9% to 23% for Entebbe, but for both areas, the type of land encroached first by the expanding urban land use was non-wetland vegetation, such as crop land, forest and green space, with relatively low encroachment on wetlands until the mid-2000s. However, urban expansion in recent years has reached a stage to encroach wetlands.

近年のレーザーリモートセンシング技術（LiDAR）の発展により，近距離レーザーを用いた森林構造の詳細なデータを迅速かつ正確に取得できるようになった。これまでは航空機レーザーによる研究が圧倒的に多かったが，地上・車載型の近距離レーザーセンサーが身近に利用可能となり，森林構造計測に利用され始めている。航空機レーザーデータから林分レベルでの平均樹高，単木の梢端，樹冠範囲，樹冠単位での単木判別，成層構造，経年的樹高成長を把握できる。一方，地上レーザーを用いることで，幹を主体とした現存量や正確な立木密度が把握できるようになった。これまで手が届かなく測定不可能であった樹冠を森林の内部から測定でき，人的測定誤差の少ない客観的なデータを取得できる。レーザーデータは森林の光・水環境の推定，森林動態の予測，森林保全などといった生態学的研究に応用されてきた。今後は，生理機能の定量化，森林動態の広域・長期モニタリング，森林保全における環境評価手法など，様々な分野での利用拡大が期待される。樹木の形状や林分の現存量を正確に計測できるだけでなく，様々な生態現象を数値的に把握できるようになることを大いに期待したい。

[目的]簡易型地上レーザーは可搬性が高く、アクセスの悪い場所でも詳細なデータを取得できるため、生態調査への活用が期待されている。したがって本研究では、SICKセンサーを用いた簡易型地上レーザーデータを用いて毎木調査を行う。特に、野生生物のハビタット推定には樹冠の連続性の評価が重要であるため、レーザーによる樹冠の連続性の評価手法を確立する。[方法]対象地は北海道大学中川演習林である。林内に半径10mのプロットを26箇所設置し、円内のすべての樹木を計測するためにレーザーセンサを3箇所設置し、データの取得を行った。レーザーによって得られた3次元点群から樹高と胸高直径を計測し、現地で取得した実測値と比較した。また、樹冠の連続性を評価した。[結果]胸高直径の計測は、レーザーセンサからの距離に応じてレーザービームが広がるため、距離に比例して測定誤差が大きくなった。しかし、樹冠の連続性は、胸高直径10cm以上の樹木の本数と相関関係が高かった。よって、これまで測定が難しかった生態調査を効率良く取得する手法として有効であることがわかった。

Point-clouds acquired using remote sensing, such as lasers or photogrammetric techniques, have grown exponentially in the last decade, providing data containing hundreds of millions of points with a density reaching hundreds of thousand points per square centimetre - when working on relatively small areas. This progress has been developed concomitantly with an increasing democratization of UAVs, in such a way that even in hardly accessible areas UAV-based photogrammetric techniques have provided researchers with detailed point-clouds. Provided those dataset, the paradigms have therefore shifted from data collection difficulties, to data processing limitations and usage. The present contribution therefore aims to provide an example of data processing using a voxel-based approach of gravel surfaces in order to derive more than the traditional surface roughness. The algorithm decomposes the surface into voxels and sub-voxels in order to determine if there are surfaces overlapping each other, showing the presence of cavities. Such dataset will then provide the necessary dataset to create metrics to improve the modelling of boundary layers dynamics in computational fluid dynamics for instance.

Forest monitoring for environmental policy requires accurate and efficient ground-truthing techniques in the field. In this paper, a portable terrestrial laser scanner (TLS) is utilized to estimate leaf area index (LAI) of mixed forest stands in Christchurch, New Zealand. Our method converted laser XYZ coordinates to orthographic coordinates to create fish-eye images, from which LAI was estimated. The results were highly correlated with LAI estimates from three traditional techniques: radiation obtained by AccuPAR (R-2 = 0.81), Landsat TM (R-2 = 0.79), and fish-eye lens photography (R-2 = 0.91). This novel technique is a simple and efficient way to collect and analyze LAI and provides good ground truth data for satellite remote sensing.

It is valuable for the control of water quality in lakes to grasp the global functional relationship between phytoplankton biomass (Chlorophyll-a Chl-a), total phosphorous (TP) and total nitrogen (TN) in lake ecosystems. This paper aims at developing a comprehensive model that explains the relationship between Chl-a, TP and TN in lakes under a wide range of environments. Three regression models, the conventional Ordinary Least Squares (OLS) model, random effect panel model and dynamic panel model are compared. Estimation based on water quality data from 396 lakes in 18 European countries reveals that OLS estimation gives comparable parameters to those of many earlier studies, in which both TP and TN are significant determinants of Chl-a. Application of the non-conventional estimation methods alters this parameter structure radically. Station-specific effects being controlled, TN/TP is not a significant factor. The inclusion of auto-regressive effects makes TN insignificant. These results suggest that the concentration of Chl-a could be controlled by reducing the concentration of TP, rather than TN, the effect of which might however be offset by the past concentration of Chl-a. These models were tested by applying them to simulate the relationship for 9 Japanese lakes to show the superior performance of the nonconventional dynamic model.

High resolution active remote sensing data are getting more accessible. ALOS PALSAR radar data can provide 10 to 30 m resolution data. With those resolutions, land use changes can be detected and monitored well. The land use map of multi-temporal data is made by radar images, but seasonal change caused by deciduousness should be separately identified from the human activities. In this study, airborne lidar is used as ground truth data to estimate canopy volume and the estimated volume is compared with the change on the backscattering coefficients of multi-temporal radar images. The process used in this study is useful to monitor the small change detection with high resolution radar data given by ALOS 2 satellite launch near the future.

千葉県の 5 つの地域においてモウソウチク林群落の分布を調査し，11 項目のモウソウチク林の群落や拡大箇所の特徴と侵略度の関係を検討した。その結果，侵略性への影響度の最も高い要因は拡大箇所の植生で，二番目に拡大箇所の傾斜方位であった。拡大箇所の植生では，ススキ－アズマネザサ群集への侵略度が高く，樹林の中では落葉広葉樹林への侵略度が高いことが分かった。また，竹林の管理状況と侵略性に関係は見られなかった。侵略性への影響度の高い 5 つの要因から数量化II類によって拡大モデル式を作成した結果，侵略性の強い群落を 68.6％の確率で判別することができた。

近年, 車載レーザーセンサーが利用可能となってきたが, 車載レーザーを用いた研究はあまり行われていない。本研究は高速道路法面を対象地として, 車載レーザーデータから樹木地への反射特性を把握するためにシミュレーション開発を行った。これまでの研究では, バイオマス量等をレーザーデータから推定する場合, 高さ別レーザー反射割合を求めて, パーセンタイルでの高さを説明変数とし, モデル化を行ってきた。そのパーセンタイルでの高さが照射視野によってどのように変化するかはわかっていない。そこで本研究では, 異なる照射視野からの照射シミュレーションを行い, 照射視野の違いによるパーセンタイルの高さを比較した。現地で測定したデータを基にコンピュータ上で同じ樹冠形状を再現し, 3 つのセンサー視野（上空からの照射, 側面照射, 固定点照射）から照射シミュレーションを行った。シミュレーションではレイ・トレーシング アルゴリズムを用い, 各照射視野からコンピュータ上で再現した樹木にバーチャルでレーザー照射を行い, レーザーが当たった樹冠上の場所を記録した。シミュレーション結果を検証するため 10 m×10 m のプロットを対象にシミュレーション結果と実測した車載レーザーデータとを比較した。側面照射によるシミュレーション結果が実測のデータと相関関係が高かったため, シミュレーションが有効であることがわかった。今後様々な傾斜角度の法面でデータを取得し, バイオマス計測を推定するための照射視野と傾斜角度の関係も明らかにしたい。

ALOS PALSAR uses L band which is related with volume scattering. The volume scattering is the reflection comes from the surface and the inside of canopy. Forest management activities can be monitored using PALSAR L-band for Reducing Emissions from Deforestation and Forest Degradation (REDD). But it is still unknown how the biomass changed by the thinning (forest management) influences the backscattering coefficients. In this study, the change of stem volume (biomass) was computed and mapped using multi-temporal airborne lidar data in wide area. The stem volume using field measured tree parameters were interpolated and mapped by the airborne lidar data and the mapped biomass was used as the ground truth for radar image to see the polarization change caused by the thinning. The polarization axis of HV/HH backscattering coefficients is shifted in 9.8 degrees. This axis change is a useful indicator for the end member analysis using HV/HH polarization.

Data fusion between aerial photos and LiDAR provides better estimates in forestry and ecological applications, because LiDAR mainly provides the structural information of objects and aerial photo can add spectral information to them. Without the data fusion, an accurate identification of tree crown information from two dimensional data is difficult due to shaded and shadow pixels cast on the image and image distortion. The aerial photogrammetric techniques cannot reconstruct the objects accurately in three dimensional spaces if they are not clearly visible on the photos. The conventional orthophotos, therefore, still have image distortion due to an inappropriate Digital Surface Model (DSM). LiDAR provides a more suitable surface of tree crown structure in three-imensional spaces. This LiDAR-derived DSM could be used in conjunction with conventional photogrammetric techniques to rectify aerial photos and produce true orthophotos for each image. The existence of different perspective points from the use of multiple images results in different illumination and shadows cast on the DSM from the angle between the sun and the camera. In previous studies, a Z-buffer algorithm was applied for the occlusion detection and compensation. However, the technique was computationally intensive. In this study, the camera view and sun-oriented hillshade were generated using the LiDAR-derived DSM. The hillshade surfaces distinguished between the exposed and the occluded side of the DSM during the composition process of respective true orthophotos. This technique constituted a simpler approach and is applicable to data fusion between LiDAR and multispectral imagery to make an orthographically rectified image.

Forest structure data derived from lidar is being used in forest science and management for inventory analysis, biomass estimation, and wildlife habitat analysis. Regression analysis dominated previous approaches to the derivation of tree stem and crown parameters from lidar. The regression model for tree parameters is locally applied based on vertical lidar point density the tree species involved, and stand structure in the specific research area. The results of this approach, therefore, are location-specific, limiting its applicability to other areas. For a more widely applicable approach to derive tree parameters, we developed an innovative method called &apos;wrapped surface reconstruction&apos; that employs radial basis functions and an isosurface. Utilizing computer graphics, we capture the exact shape of an irregular tree crown of various tree species based on the lidar point cloud and visualize their exact crown formation in three-dimensional space. To validate the tree parameters given by our wrapped surface approach, survey-grade equipment (a total station) was used to measure the crown shape. Four vantage points were established for each of 55 trees to capture whole-tree crown profiles georeferenced with post-processed differential GPS points. The observed tree profiles were linearly interpolated to estimate crown volume. These fieldwork-generated profiles were compared with the wrapped surface to assess goodness of fit For coniferous trees, the following tree crown parameters derived by the wrapped surface method were highly correlated (p&lt;0.05) with the total station-derived measurements: tree height (R(2)=0.95), crown width (R(2)=0.80), live crown base (R(2)=0.92), height of the lowest branch (R(2)=0.72), and crown volume (R(2)=0.84). For deciduous trees, wrapped surface-derived parameters of tree height (R(2)=0.96), crown width (R(2)=0.75), live crown base (R(2)=0.53), height of the lowest branch (R(2)=0.51), and crown volume (R(2)=0.89) were correlated with the total station-derived measurements. The wrapped surface technique is less susceptible to errors in estimation of tree parameters because of exact interpolation using the radial basis functions. The effect of diminished energy return causes the low correlation for lowest branches in deciduous trees (R(2)=0.51), even though leaf-off lidar data was used. The wrapped surface provides fast and automated detection of micro-scale tree parameters for specific applications in areas such as tree physiology, fire modeling, and forest inventory. (C) 2009 Elsevier Inc. All rights reserved.