Global Mapper で衛星データを使用する

太陽が輝くと、地球に電磁波が降り注ぎ、その一部が光として観測されます。さまざまな物質、表面、地形は、このエネルギーをさまざまな方法で反射します。最もよく知られている電磁波の範囲は可視光線です。可視光線とは、私たちの目が感知し、周囲の可視世界を認識するために使用する光で、波長は380～720ナノメートルです。電磁波の全スペクトルは多くの波長に及び、このエネルギーの特定の範囲は特定の効果を引き起こしたり、特定の目的に使用されたりします。たとえば、日焼けの原因となる紫外線は波長が300～380ナノメートルですが、X線で使用されるエネルギーはさらに短く、波長は0.03～300ナノメートルです。スペクトルのもう一方の端では、マイクロ波放射の波長は約1ミリメートルから30センチメートルです。

衛星データは、特定の波長範囲からの反射および放射された電磁波を記録することによって作成されます。地球周回衛星が特定の領域を通過する際、高度なセンサーが地球表面から宇宙空間へ放射および反射されるエネルギーを記録します。このデータは最終的にラスター形式で提供され、各ピクセルは様々な放射反射率の値を表します。

衛星で収集されたデータは、反射エネルギーの範囲を波長ごとに分割し、同じシーンの別々の画像レイヤーを作成します。これらのレイヤーはそれぞれバンドと呼ばれ、各バンドは、各ピクセルに関連付けられた単一の値を持つラスターレイヤーとして機能します。衛星データの一般的なソースとして、Landsat 8 (OLI) があります。Landsat 8 は、電磁波の異なる波長の反射率を区別するために、以下のバンド指定を使用します。

出典：私の研究で使用するのに最適なランドサットのスペクトルバンドは何ですか？

Landsat 8をはじめとする衛星データは、USGSが運営するデータダウンロードポータル「EarthExplorer」からダウンロードできます。Global Mapperのオンラインデータソースダイアログボックスには、Imageryフォルダ内にEarthExplorerへの直接リンクがあります。このリンクに接続すると、WebブラウザでUSGS EarthExplorerのダウンロードサイトが起動し、Global Mapperの現在の画面範囲がデータダウンロードの対象領域として使用されるため、プロジェクトエリアの衛星データを簡単に検索してダウンロードできます。

マルチスペクトル画像の作成

異なるバンドのデータを単一のマルチスペクトルレイヤーに組み合わせることで、あるエリアのより詳細な情報を表示できます。Global Mapperでは、個々のバンドを読み込み、それらを単一のマルチバンドラスター画像としてエクスポートすることで、マルチスペクトル画像を作成します。 

個々のバンドから自然な色彩の画像を得るには、書き出し時に赤、緑、青のバンドを合成します。こうすることで、その地域の風景を実際に目にしたときに近い、自然な画像が得られます。 

ランドサット8号のデータから得られた赤、緑、青のバンド（バンド4、3、2）を組み合わせて、自然な色の衛星画像を生成します。 

画像に表示されるバンドをさらに操作することで、シーン内の特定の特性を明らかにすることができます。近赤外線、赤色、緑色のバンドを重ね合わせると、カラー赤外線画像と呼ばれる特殊な擬似カラー画像が作成されます。健康な植物に含まれるクロロフィルは近赤外線を反射することが知られているため、このバンドの組み合わせは健康な植物を識別するのに役立ちます。 

Landsat 8のデータから、バンド5、4、3を抽出して近赤外線画像を生成します。この結果において、赤い部分は健全な植生を示しています。 

画像の表示には3つのバンドのデータのみが使用されますが、Global Mapperでは特定のエリアのすべてのバンドを含むマルチバンドデータファイルをエクスポートできます。よく使用される7つのバンドを1つのマルチバンドファイルにエクスポートし、レイヤーオプションダイアログボックスでバンドの順序と表示方法を変更および構成できます。 

「バンド設定」タブでは、一般的な衛星データソースに対応した、あらかじめ定義された多数のバンド組み合わせが用意されています。擬似カラーバンドの組み合わせ6、5、4は、植生のある地域を緑色、不毛な畑地をピンク色とマゼンタ色で明確に表示するため、農業分析に役立ちます。 

 

 

フライパン研ぎ

衛星データは、低高度航空写真よりも解像度が低い場合が多い。上に示したランドサット8号のデータは空間解像度が30メートルであり、これは各ピクセルが地表面の30メートル四方の領域を表していることを意味する。ランドサット衛星は、より広い波長範囲の反射率データを取得するため、15メートル解像度のパンクロマチックバンドのデータも収集している。 

高解像度のパンクロマチックバンドは、パンシャープニング処理において自然色画像と組み合わせて使用​​され、マルチスペクトル画像のディテールレベルと色彩を向上させます。 

 

ラスタ計算

シーンに描かれた特定の特性や素材を示すマップ表示を生成するためにバンド値を重ね合わせることに加えて、個々のバンドをGlobal Mapperのラスター計算機で使用して、さらに多くの情報を抽出することもできます。さまざまな表面や資産が電磁波とどのように相互作用するかは研究によって明らかになっているため、複数のバンドの座標ピクセルから得られるエネルギー反射率の値を使用して数式を適用し、新しいデータレイヤーを導き出すことができます。 

ラスタ計算機には、一般的な計算のための定義済み数式が多数用意されており、ソースデータのバンド構造の変動を反映した複数のバリエーションも含まれています。また、独自の数式や数学的表現を入力して、新しいラスタレイヤーを作成することもできます。 

次の例では、Landsat 8データの緑色バンドと近赤外線バンドを使用して、ある地域の正規化差分水指数（NDWI）を計算します。この広く用いられている計算式は、環境中の水の存在を検出するもので、脆弱な湿地の監視や評価に役立ちます。 

Global Mapperで選択されたLandsat 8 NDWIの計算式では、これらのバンドが計算式内でB3とB5として正しく命名されています。

NDWIは、環境中の水の存在を示すために-1から+1までの尺度を使用します。青色で示されている正の値は、このシーンにおける水域を示しています。 

異なる波長の光が特定の表面とどのように相互作用し、反射するかを理解することで、無料で入手可能な衛星データから、豊富な土地被覆情報や地表面タイプ情報を取得する機会が生まれます。このデータはピクセルベースであるため、Global Mapperが提供するすべてのラスター解析ツールでレイヤーを使用できます。 

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参照： 

私の研究で使用するのに最適なランドサットスペクトルバンドは何ですか?、USGS、www.usgs.gov/faqs/what-are-best-landsat-spectral-bands-use-my-research?qt-news_science_products=0#qt-news_science_products。

キャンベル、ジェームズ・B、ランドルフ・H・ウィン。『リモートセンシング入門』第5版、ギルフォード出版、2011年。