渡辺義光 20110623




    
はじめに

 近年、世界各国で甚大な被害をもたらす大規模な自然災害が多発してきている。今年に入ってからは、2月にニュージランド・クライストチャーチ大地震、3月に日本で東日本大地震が起きている。内閣府防災情報のページに掲載されている世界の自然災害の状況によると、1995年以降の10年間の発生件数、被災者は、1970年代に比べると約3倍に増加しているとの報告がある(注1)

 このように増加してきている大規模な自然災害が発生した場合、我々が迅速に情報を入手できる手段の1つとして、地球観測衛星から得られる情報が挙げられる。拙稿では、東日本大震災を例にとり、震災発生後、地球観測衛星が果たした役割を紹介する。

    
1.地球観測衛星とは

 地球観測衛星とは、地球を観測するための各種センサーを搭載し、大気や海洋、地表面などの詳細な観測を行うことを目的とした人工衛星である。本コラムで紹介する地球観測衛星は、地表面を主に観測する衛星であり、世界各国の衛星が約500〜700km上空を周回し、日々撮影を行っている。

 地球観測衛星に搭載されるセンサーは、大きく光学センサーとレーダーセンサーの2種類に分類される。光学センサーは日中の地表を撮影するカメラのようなもので、レーダーセンサーは衛星から発信した電波が地表で反射したものを捉える観測機器である。ここでは、東日本大地震で活躍した最新の地球観測衛星を表1(注2)に紹介する。特にレーダーセンサーを搭載した衛星は、昼夜、天候等を問わず撮影が可能な為、災害時等には有効なセンサーである。


表1 最新の地球観測衛星(光学センサーとレーダーセンサー)

光学センサー
衛星名称衛星機関性能打ち上げ日イメージ
GeoEye-1GeoEye
(アメリカ)
パンクロ(白黒):41cm
マルチ(カラー):165cm(4band)
2008年9月
WorldView-1DigitalGlobe
(アメリカ)
パンクロ(白黒):50cm2007年9月
WorldView-2DigitalGlobe
(アメリカ)
パンクロ(白黒):46cm
マルチ(カラー):184cm(8band)
2009年10月
レーダーセンサー
衛星名称衛星機関性能打ち上げ日イメージ
RADARSAT-2CSA
(カナダ)
Ultra-Fine:3m
Spotlight:1m
2008年12月
TerraSAR-X
TanDEM-X
DLR
(ドイツ)
StripMap(SM):3.3-3.5m
高分解能SM:1.1-1.8m
2007年6月
2010年6月
COSMO-SkyMede-GEOS
(イタリア)
HIMAGE:3m
Spotlight(MODE2):1m
1号機:2007年06月
2号機:2007年12月
3号機:2008年10月
4号機:2010年11月
出典:財団法人リモート・センシング技術センター ”総覧 世界の地球観測衛星 −web版−” 及び
 最新の地球観測衛星等(参考5〜9)

    
2.自然災害の発生状況

 東日本大震災(M9.0:2011年3月)は、チリ地震(M9.5:1960年5月)、スマトラ沖地震(M9.4:2004年12月) 、アラスカ湾地震(M9.2:1964年3月)についで1900年以来5番目に大きい地震であったといわれている。2010年以降発生した震度・被害の大きい地震を表2に示す。2010年以降、約1年半以内で大きな被害を与えた地震が何度も発生している事、その被害者や死亡者の膨大な人数から自然災害の脅威を感じる。

 また、スマトラ沖地震や東日本大地震は、震災のみならず津波の被害も甚大であり、被害を受けた地域が広範囲に及んでいることが特徴である。このような広域の被害状況の迅速に把握に対しても、人工衛星の情報は有効である。


表2 2010年以降の大地震

災害名称発生国発生日被害状況マグニチュード(M)
モーメントマグニチュード(Mw)
ハイチ大地震ハイチ2010/01/12死亡者:31万6千人程
(2011/01/12時点)
M7.0
青海地震中国2010/04/14死亡者:1944人
行方不明者:216人
負傷者:1万2315人
(2010/04/19時点)
M6.9
スマトラ島沖地震インドネシア2004/12/26
2005/03/29
2010/04/06
2010/05/09
2010/10/25
死亡者22万人
(2004/12/26時点)
死亡者22万人超
被災者150万人
(2005/03/28時点)
死亡者370人
(2010/10/25時点)
M9.4
M8.6
M7.8
M7.2
M7.7
カンタベリー地震ニュージーランド2010/09/04

2011/02/22
死亡者:0人
負傷者:100人以上
死亡者:180人
負傷者:200人以上
Mw7.1

Mw6.1
東日本大震災日本2011/03/11死亡者:15477人
行方不明者:7764人
(2011/06/22時点)
Mw9.0
出典:ウィキペディア フリー百科事典の各災害項目から(ハイチ地震青海地震カンタベリー地震東日本大地震)及び
記事:青海地震スマトラ島沖地震津波被害
    
3.地球観測衛星の役割 〜「宇宙開発」から「宇宙の利用・産業化」へ〜

 日本における宇宙開発利用は、研究開発、技術開発を重視した"宇宙開発"の時代から、安全・安心や国民生活の質の向上、総合的な安全保障の確保等を目的とした"宇宙の利用・産業化"を図る時代に移行しつつあると言われている(注2)

 人工衛星は宇宙から他の障害を受けることなく自由に地球を観測・探査できる能力を持ち、日々、地球上の各地で発生する災害の観測や地球規模での環境監視といったグローバルな観測・監視活動を行っている。加えて、いざ表2に示したような大規模災害発生時には、詳細で集中的な監視を行いそのデータを解析し、被災国、近隣の国々にデータを提供することで、被災地域の生活維持、安全、安心に貢献する事も、大きな役割のひとつである。

 表3に、近年の日本の地球観衛星及び開発予定の地球観測衛星を紹介する。

表3 日本の地球観測衛星(陸域観測衛星)

衛星名称衛星機関センサー種別性能打ち上げ日イメージ
ALOSJAXA光学センサー
・PRISM
・AVNIR2

パンクロ(白黒):2.5m
マルチ(カラー):10m(4band)
2006/01/24
(2011/05/12運用停止)
ALOS2JAXAレーダーセンサーStripMap:3-10m
Spotlight:1-3m
2013年打上予定
ALOS3JAXA光学センサーパンクロ(白黒)直下視:0.8m
マルチ(カラー):5m(4band)
ハイパー:30m(185band)
2014年打上予定
出典:JAXA公式HP「ALOS」後継機 ALOS2 及び JAXA 大沢右二「だいち後継機の概要(平成21年10月2日))」

    
4.東日本大震災時の地球観測衛星の活動状況

 世界各国の衛星は、日本での地震・津波の発生の情報を受け、直ちに独自に観測を行い、様々な情報を提供してきた。東日本大震災後に地球観測衛星がどの様な観測を行い、どのような情報を提供し、どのような貢献をしてきたか、以下に例を数件紹介する。

 光学センサーを搭載しているGeoEye-1、IKONOS(解像度1m)(日本総代理店JSI(株))は、3月12日に災害地域の観測を行い、3月13日には、宮城県石巻市周辺、仙台市周辺、相馬市周辺、青森県八戸市、田子町周辺、岩手県大船渡市周辺宮城県石巻市、東松島市、塩竃市、仙台市周辺、福島県相馬市周辺といった複数の被災地について、災害前の画像と比較した観測画像の情報を公開している。孤立した被災地も数多く存在していたであろう時期に、まずは観測した画像を速報として迅速に提供したことは評価に値する。一方で、その後、被害状況を詳細解析・分析した衛星画像も合わせて随時公開・更新を行い情報の信頼性を上げている。この点は素晴らしい対応と考えられる(注3)。また、GeoEye社のサイト(http://www.geoeye.com/CorpSite/promotions/Image_Slider.aspx )では、スライド式に災害前後の画像を比較できる様に、閲覧手法を工夫した画像を公開している(注4)

 更に、レーダーセンサーを搭載しているTerraSAR-X(日本総代理店(株)パスコ)は、3月13日に光学センサーと同様に被害地域の観測を行なっている。この観測データは、災害発生前、後の地形変化図、想定浸水範囲図、津波による湛水域の抽出図等、様々な情報に加工され、公開されている(注5)

 一方、日本の宇宙機関JAXAでは、震災直後の3月12日に陸域観測衛星ALOSを使って被災地域を観測し、政府や関係機関に情報提供を行なっていた。更に、JAXAは超高速インターネット衛星(WINDS)を通じた岩手県への衛星通信回線の提供、技術試験衛星(ETS-[)による大船渡市、大槌町への衛星通信回線の提供等、通信衛星を使った支援も併せて行い、自治体のサポートチームや住民の通信等に貢献したとの事である(注6)

 その他の各国の衛星機関、地球観測衛星も同様に震災後、被災地域を迅速に観測し、画像や解析情報を提供してくれている(宇宙機関を中心とする災害管理に係る国際協力枠組みを"国際災害チャータ(注7)"と称する。その目的は、大規模な災害発生時に、参加宇宙機関が最善の努力に基づき、地球観測衛星データの無償提供を行い、災害から生じる危機の軽減等に貢献することである)。
 これは、日本がこれまで世界各地で発生した災害に、様々な形で国際貢献してきた賜物である。

 地球観測衛星は、地上で発生している災害の影響を受けることなく、迅速に災害対象地域を広範囲に渡って詳細に撮影することが可能な手段である。科学技術の進歩に伴って衛星の分解能や撮影技術も向上し、航空写真かと見間違う程の情報を提供してくれる。

 また、災害地域の現状を広範囲に把握することができることのみならず、各センサー特有の観測情報を解析することで、地上からは得ることが出来ない災害を受けた地域の様々な情報を提供する事もできる。このような特徴を持つ情報を、政府や関係機関、被災現地に迅速に提供することにより、災害状況の把握、救助、支援計画に役立てられている。

 以下、地球観測衛星(光学センサー)による東日本大震災地域の撮影画像の例を図1、図2に示す。図1では、津波の影響により建造物が破壊され、泥流にまみれて宅地も田畑も黒ずんでいることが確認できる。また図2では、水蒸気爆発を起こした後、人間が近づくことが難しかった原発の建屋の崩壊具合が確認できる。



Yuriage in Natori in 2008 (c)2001 Google, DigitalGlobe
Yuriage in Natori after tsunami (c)2011 Google, GeoEye
図1 宮城県名取市閖上近郊(左:震災前、右:震災後)


Fukushima Daiichi power plant on March 18 2011 (c) Google, GeoEye
図2 福島第一原子力発電所(震災後)
    
5.地震予知研究への期待

 本項では、これまで紹介してきた地表面を観測する地球観測衛星とは異なり、震源付近から発生した電磁波を受信することで、地震を予知する研究に携わっている衛星をあえて取り上げ、自然災害の被害を少なくする技術への希望を込めて紹介する(注8)

 地震予知の有名な手法の一つとしてVAN手法が挙げられる。この手法は直接地面の電磁気異常を測定することにより地震を予知しようという方法で、ギリシャ政府は1994年VAN法を正式な地震予知法として採用している(注9)

 また、北海道大学理学研究院の日置教授(地球惑星物理学)によると、国土地理院の衛星利用測位システム(GPS)観測網のデータを基に、地上約80〜500キロの電気を帯びた空気の層である「電離層」の電子の量を解析した結果、東日本大震災の40分前に震源地上空の電子の量が局地的に増えていた。チリ地震、それ以前の地震も同様の現象を確認との報告がされた(2011.3.28北海道新聞)(注10)

 更に、科学技術庁の「地震総合フロンティア研究」では、阪神大震災などの解析の結果、地震前に見られるVLP帯(超低周波)の伝わり方の異常は、電離層の異常が原因との見方を示している(注11)
 これら地面や電離層に影響を与える原因は、地震が起こる前に地殻中で岩盤に圧力が生じ亀裂が発生する事によって、電磁波を発する為と考えられている。

 海外の国々では、これらの現象を衛星にて直接受けることで、地震予知の研究が進められている。例えばフランスでは、フランス宇宙研究センター(CNES)が地震電磁気観測、地球電磁環境観測を目的とした衛星「DEMETER」を打上げている。この衛星は惜しくも2010年末に運用を停止したが、マグニチュード4.8以上の地震9000回の統計解析結果、地震4時間前に夜間VLF帯(超低周波)電波強度が顕著に減少することが報告されている(注12)。  図3には、様々な周波数帯での地震電磁気現象の観測方法を示す。これまで、地震予知研究の為に打上げられた地球観測衛星を表4に紹介する。


図3 様々な周波数帯での地震電磁気現象の観測方法
上田誠也「地震予知研究の歴史と現状」(学士会会報 2007-IV No.865)


表4 地震予知研究に関わる地球観測衛星

衛星名称国名目的打ち上げ日イメージ
Kompassロシア地震予兆現象
地下資源依存に関する磁場
インジケータ観測
2001/12
(世界初の地震予知衛星)
Quakesatアメリカ
(ベンチャー企業)
電磁気擾乱の測定実験2003/06
DEMETERフランス地震電磁気観測
地球電磁環境観測
2004/06
(2010年末運用終了)
Sich-1Mウクライナ
ロシア
地震電磁気観測2004/12
(打上失敗)
Vulcan-Esperiaロシア
イタリア
地震電磁気観測2001/-
(5機の衛星群で構成)
-
Kompass-2
Kompass-3
ロシア地震予兆現象
地下資源依存に関する磁場
インジケータ観測
2006/05/01
2007(予定)
出典:財団法人リモート・センシング技術センター ”総覧 世界の地球観測衛星 −web版−” 及び
 地震予知研究に関わる地球観測衛星等(参考10〜14)


 しかしながら、東日本大地震後、東京大学のロバート・ゲラー教授(地震学)は、英科学誌ネイチャー(電子版)(注13)に掲載された論文にて、現代の科学技術では地震の予知は不可能であることを掲載している。

 現在、TV、ラジオ、携帯電話、パソコン等で受信できる緊急地震速報は、大きな地震発生直後、場所によってはその地震の揺れを感じる約数秒前に通報を受け取ることができる。このたった数秒でも地震に対する心構えが全く違うことを実感している方も多いはずである。

 地震予知の可能性に関しては様々な意見があるが、今後各国で地震予知の研究に関する衛星が打上がる計画がある。少しでも地震による災害を少なくするためにも、地震予知技術の更なる進歩に衛星技術が貢献できることを期待している。

    
まとめ

 以上のように、技術の進歩に伴って地球観測衛星の活躍範囲が広がり、また運用や連携、情報インフラ整備による観測頻度の向上や情報の流通により、これまでなかなか把握し切れなかった情報を迅速に得ることも可能となってきた。

 今後、地球の観測や災害監視等の広範囲な分野における観測データから得られる多くの情報を、他の様々な手法により取得された情報と統合的に解析する研究を進め、地球規模の環境問題や大規模な自然災害等の脅威に対して、我々や世界の人々が安全、安心に生活を維持できる情報を提供できる技術が確立され、自然災害の被害を少しでも低減することに繋がればと切に願うものである。

 現在、産業技術総合研究所 情報技術研究部門の研究プロジェクトとして、GEO Grid(Global Earth Observation Grid(地球観測グリッド))(注14)グリッド技術を用いて、地球観測衛星データの大規模アーカイブの高度処理を行い、さらに各種観測データベースやGIS(Geographic Information Systems:地理情報システム)データと融合し、ユーザが手軽に扱えることを目指したシステムが研究されている。ここでは、膨大なデータ量となる衛星画像データを大量に、かつ迅速に取り扱えるよう、様々なIT技術が導入されている。この研究成果が早く技術として確立し、現実の運用システムとして稼動するようになれば、と期待している。

 残念ながら、日本の地球観測衛星であるALOSは5月12日をもって運用を終了したが、国内外におけるこれまでの多数の緊急観測による災害状況把握・復興活動等への多大な貢献は、極めて高く評価されている(注15)。今後、ALOSの後継機であるALOS-2(2013年度予定)及びALOS-3(2014年予定)が早く打ち上がり、我々の安全・安心のために活躍してくれることに期待している。






    
注記

注記1 内閣府 防災情報ページ 世界の自然災害の状況  (本文に戻る)

注記2 国家基幹技術「海洋地球観測探査システム」実施戦略2.現状と課題  (本文に戻る)

注記3 東北地方太平洋沖地震・緊急撮影状況  〜緊急撮影・災害前後資料〜(JSI(株))
           GeoEye-1,2観測情報  (本文に戻る)

注記4 GeoEye社東日本大震災の提供画像  (本文に戻る)

注記5 2011年3月 平成23年(2011年)東日本大震災に関する情報(株)PASCO)
           TerraSar-Xの観測情報  (本文に戻る)

注記6 東日本大震災のJAXAの対応についての記述を参照  (本文に戻る)

注記7 国際災害チャータに関する情報、チャータ発動からデータ提供までの流れ等の詳細情報
          に関しては、EORC-JAXA(宇宙航空研究開発機構)参照  (本文に戻る)

注記8 衛星による地震予知の技術動向が知りたい方は、西田幸彦「東日本大震災が教えた
           宇宙インフラの価値」技術と経済(2011年6月号)の「5 衛星による地震予知の
           研究動向(P.38)」を参照  (本文に戻る)

注記9 講演会「VAN法(ギリシャ)による地震予知」(1995/6/5) 会場:東海大学校友会館  (本文に戻る)

注記10 北海道新聞 2011年3月 朝刊どうしんウエブ 北海道新聞に掲載及び
             内陸地震に先行する電離圏変動:GPS による検証にて、全地球測位システム(GPS)を用いた
             電離圏全電子数(TEC)の計測に関する論文を参照  (本文に戻る)

注記11 JOURNAL OF GEOPHYSICAL RESEARCH, VOL. 103, NO. A8, PP. 17,489-17,504, 1998
             Subionospheric VLF signal perturbations possibly related to earthquakes  (本文に戻る)

注記12 地震予知の研究衛星「DEMETER」の軌道、運用、観測結果等詳細な情報
             Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions:
             DEMETER&EMSEV-DEMETER JOINT WORKSHOP (2008/12)  (本文に戻る)

注記13 Nature, (2011年) | doi:10.1038/nature10105 Published online 14 April 2011に掲載。
             詳細は、ロイター電話取材の報告を参照  (本文に戻る)

注記14 GEOGridは、AIST 独立行政法人 産業技術総合研究所 情報技術研究部門 研究プロジェクト
             Global Earth Observation Grid(地球観測グリッド)の略である  (本文に戻る)

注記15 平成20年度独立行政法人宇宙航空研究開発機構の業務の実績に関する評価調書
             ALOSに対する評価及びJAXAの業務実績評価が示されている  (本文に戻る)
    
参考URL

参考1 (財)日本建設情報総合センター研究助成事業報告書 指定課題1−1 助成番号 第2004-号
           地球観測衛星情報を導入したリアルタイム環境・災害監視用データモデルの構築
http://www.jacic.or.jp/kenkyu/7/7-2.pdf

参考2 (財)リモート・センシング技術センター【衛星リモートセンシング地域応用成果報告】
           総合分野 地球観測衛星の最新動向
http://www.hokkaido-ies.go.jp/topics/RS_seminar_2005/18_Ito%EF%BC%88p46_49%EF%BC%89.pdf

参考3 リモートセンシング政策検討 ワーキンググループ第2回会合 ヒアリング資料
https://www.kantei.go.jp/jp/singi/utyuu/RSSkentou/dai2/siryou3_2_3.pdf

参考4 財団法人 日本宇宙フォーラム 研究・技術サービス
http://www.jsforum.or.jp/technic/debris.html

参考5 The DigitalGlobe Constellation
http://www.digitalglobe.com/index.php/82/Content+Collection+Systems

参考6 GeoEye-1に関する情報
http://launch.geoeye.com/LaunchSite/about/

参考7 RADARSAT-2の衛星画像製品仕様
http://www.imageone.co.jp/satellite/radarsat.html

参考8 COSMO-SkyMed衛星画像の概要に関する情報
http://www.spaceimaging.co.jp/product/cosmoskymed/tabid/66/Default.aspx

参考9 TerraSAR-X(テラサーエックス):合成開口レーダー衛星に関する情報
http://www.pasco.co.jp/products/survey/satellite/terrasarx/

参考10 QuakeSat衛星に関する情報
http://www.quakefinder.com/services/quakesat-ssite/

参考11 Compass衛星に関する情報
http://www.geocities.co.jp/Technopolis/4025/Kompass.html

参考12 compsata2衛星に関する情報
http://www.raumfahrt.fh-aachen.de/compass2/

参考13 Vulcan-Esperiaに関する情報
http://www.geocities.jp/semsweb/Vulcan-Esperia.html

参考14 Sich 1M衛星に関する情報
http://space.skyrocket.de/doc_sdat/sich-1m.htm


筆者は技術経営創研 技術統括部 情報利用開発室