[S-VC31] 活動的火山

[SVC31-P02] UAV写真測量と主成分分析を利用した画像解析による十勝岳の表面活動の定量化

*保苅 健陽¹、田中 良² (1.北海道大学大学院理学院自然史科学専攻、2.北海道大学大学院理学研究院附属地震火山研究観測センター)

キーワード：UAV、写真測量、画像解析、主成分分析、十勝岳

北海道中央部に位置する十勝岳では1988年の噴火以降，現在まで30年以上にわたって本格的な噴火活動が起きていない．しかし，2006年ごろから火口浅部の膨張を示唆する地盤変動や蓄熱を示唆する全磁力変化といったUnrest eventが観測されてきた．また，近年では62-2火口周辺で噴気活動の消長や植物枯死域の拡大が確認されるなど地表面における火山活動の活発化が指摘されており，表面活動の推移や変化のモニタリングが必要である．そこで，本研究ではUAV写真測量と主成分分析を利用した画像解析によって十勝岳の表面活動の定量化を目指した．
　2022年8月30日に十勝岳の地熱異常域でUAV観測を行い，2,323枚の可視画像を撮影した．撮影した領域内には62-2火口周辺に分布する植物枯死域などの表面活動が活発な領域が含まれている．Structure from Motion（SfM）多視点ステレオ写真測量技術を利用して撮影画像から3次元地形モデルを作成した後，数値標高モデル（DEM）とオルソモザイク画像（解像度：2.96 cm/pix，カバー面積：1.08 km²）を生成した．SfM解析にはAgisoft Metashape Proを利用した．
　DEMの精度を検証するために，2009年に国土地理院が実施したレーザー測量によって作成されたDEMと自作DEMの標高値を比較した．その結果Ground Control Point（GCP）を設置した観測領域の北側では標高値がほとんど一致したが，GCPを設置しなかった南側領域では自作DEMの標高値が地理院DEMよりも高くなる傾向が見られた．今回は偏ったGCP配置によってDEMの標高誤差が発生した可能性が考えられるため，今後は観測領域内に満遍なくGCPを設置する必要がある．
作成したオルソモザイク画像のRGB値に主成分分析を適用し，それぞれの主成分から光学異常の領域（主成分の値≧平均値＋標準偏差）を抽出した．まず，第1主成分の寄与率は96.6%と非常に高く，RGB空間の黒（RGB：0, 0, 0）と白（RGB：255, 255, 255）を結ぶ直線にほぼ等しい固有ベクトルが得られた．次に，第2主成分では谷筋を示す白〜灰色のピクセルが光学異常の領域として検出された．これはイタリア・ヴルカーノ島のLa Fossa火口で同様にオルソモザイクに主成分分析を適用したMuller et al. (2021)の結果と調和的であり，第2主成分では白〜灰色のピクセルが光学異常領域として検出されやすい可能性が考えられる．最後に，第3主成分では光学異常の領域が植物枯死域に対応するような傾向が見られた．また，第3主成分で検出された領域のRGB値に対して主成分分析を適用した結果，植物枯死域がいくつかの光学異常の小領域に分類された．これらの光学異常のクラスターは地下浅部の火山活動を反映している可能性があり，表面温度や地下浅部の低比抵抗体との関連性を調べる必要がある．
　本研究では，ドローン写真測量と主成分分析を利用した画像解析によって十勝岳の表面活動を定量化できる可能性が示唆された．特に，第3主成分の固有ベクトルは植物枯死域を検出するための指標やフィルターとして利用することができ，今後も同様の観測・解析を続けることで植物枯死域の時空間変化を定量化できる可能性がある．また，オルソモザイク画像への主成分分析の適用は地理情報システム・アプリケーションの一つであるArcGISで簡便に実施できるため，UAV写真測量を用いた火山研究において有効である．