季節的な気候パターンの理解
地球の画像は継続的に収集されており、世界が活動する様子を見ることができます。一定期間の画像を組み合わせることで、地球のサイクル、過去の状態、今後の状態を可視化、アニメーション化、解析、および理解し始めることができます。
地理情報システム (GIS) テクノロジは、直感的であり、認識力の高いものでもあります。このシステムは、強力な可視化とマッピングの機能を、高機能な解析およびモデリング ツールと組み合わせます。リモートセンシング センサーによる地球観測データ (GIS の世界では一般に画像と呼ばれます) は、GIS の心臓部にある最も信頼できる視覚的な参照情報です。これは、この惑星の機能と活動の謎を解く鍵となる、地理学におけるロゼッタ ストーンとも言うべきものです。上空から撮影された地球の写真を見ると、GIS の全体像が即座にわかります。
画像によって深まる理解
見ることは信じることだけでなく認識すること
地球観測ツールとしての画像の物語は、写真の撮影から始まりました。20 世紀の初期には、写真撮影は驚くべき変化を経て、社会に普及しました。写真は、人類が新たに利用できる視覚的表現を提供しただけでなく、認識の変化ももたらしました。カラー写真が広く使用されるようになりました。映画とテレビは、今日の姿に進化しました。人類が飛行機で空を飛ぶようになり、地球の写真を上空から初めて撮ることができるようになりました。それは、マッピングと観測の転換期で、まったく新しい地球の見方を提供しました。
第二次世界大戦: 偵察と情報収集
第二次世界大戦の時期は、画像を利用した情報収集が大きく進歩しました。連合軍は情報収集活動を強化するために、同一の対象地域を離れた位置から撮影した写真の取得を行うようになり、これらを組み合わせてステレオ写真ペアを生成しました。多くの諜報活動の 1 つであるクロスボー作戦では、飛行機のパイロットが敵地の写真を数千枚撮りました (飛行機は写真の収集のために大幅に改造され、武器を搭載する余地はありませんでした)。撮影したコレクションは、情報アナリストによって、数十万のステレオ写真のペアを解釈および解析する必要がありました。
これらの 3D 航空写真により、アナリストは、ドイツが開発し、カモフラージュしていたロケット テクノロジの場所を正確に特定することができました。これは、イギリスを狙うロケット システムを阻止する鍵となりました。その結果、数千名の命が救われ、第二次世界大戦の終結に貢献しました。BBC は、このテーマについて素晴らしいドキュメンタリーを制作しています (Operation Crossbow: How 3D glasses helped defeat Hitler)。
1969 年: 宇宙飛行士の登場
人類初の月探索
1960 年代の初期には、大多数の人が、人類が月面を歩くことなど不可能だと言っていたでしょう。しかし、1969 年 7 月、月から地球に送られテレビ放送された画像は、Neil Armstrong と Buzz Aldrin が月面を飛び跳ねているところを映し、月面を歩くことが実際に可能であることを証明しました。それは、私達の目の前で起こったのです。見ることは信じることでした。
Armstrong、Aldrin、その後の月面探索の宇宙飛行士が地球を写真の背景にしたところ、予想もしなかったメリットが明らかになりました。人類は、この惑星にまったく新しい認識を持つようになったのです。地球の画像がこぞって使用されるようになりました。
1972 年: Landsat プログラム
地球をカバーする最初の衛星画像
1972 年、人類を月に運ぶために開発されたのと同じ宇宙技術により、最初の Landsat 衛星が打ち上げられました。Landsat ミッションは、私達自身の惑星に対して、驚くべき新たな視野をもたらしました。これは、画期的なシステムであり、民間主導で幅広く利用可能になった初めての衛星画像でした。世界中の電磁波の反射が制限なく利用できるようになり、地球上の見えるものだけでなく見えない情報も得られるようになりました。地球をまったく新しい方法で見ることができるようになったのです。
この永続的な地球観測プログラムは、他の数百の衛星やリモート センシング ミッションとともに、今日まで継続されています。さまざまな国や最近では民間企業も地球の画像を撮影するためミッションを数多く立ち上げ、常に観測および監視を行っています。
私の家はどれ？
2005 年: GIS における人の時代の始まり
十数年前、世界中の人々は、上空からの地球の画像の力に突然目覚めたように思われます。まず、Google やその他の地図サービス企業がオンラインで提供する、複数の縮尺で表示可能な全世界の写真画像マップを利用し始めました。これらの衛星画像と航空写真を組み合わせた地球の写真により、世界中の人々が画像の力を実感し、GIS 専門家がすでに知っていたことを経験し始めました。私達はさっそく近隣地域を拡大し、世界の中で自分が住んでいる場所の位置的な情報を確かめました。この新しく登場した機能により人々は、自分たちの暮らす地域や隣近所をこの驚くべき新しい顕微鏡を通して調べることが可能になりました。当然ながら私たちは地域の探索だけにとどまらず、最終的には世界のあらゆる場所を調べるようになりました。その結果、世界に対する経験と考え方がまったく新しいものになりました。
これらの単純な写真は、人の創造力を喚起し、まったく新しい認識をもたらし、新しい可能性を想起させました。今日では、インターネットにアクセスできるほぼすべての人が、自分の近隣地域に目を向けて、まったく新しい方法で日々の世界を見ることができます。また、世界中の人々が、あらゆる種類のマップ レイヤーと画像を組み合わた力を実際に享受して、より豊かで意義のある理解を得ています。
ほぼ一夜にして、コンピューターにアクセスできるすべての人が GIS ユーザーになったのです。
画像による認識の拡大
見えるもの、見えないもの、過去、未来を見る
見ることは信じることです。世界はカラフルな画像で観察したほうが、参考になりすぐに理解できます。視覚的に明らかな証拠を確認でき、新たな洞察も生まれます。画像が与える情報は、目で見てわかる情報をはるかに超えています。また、世界の現在の状態を教えてくれます。また、過去を調べたり、未来を予測したり、地球とそのプロセス、および人類の活動の影響と時間変化を認識し理解するための方法も提供してくれます。驚くべきことに、画像を利用することで、見えないものを確認したり、電磁スペクトル全体の反射エネルギーの視覚的表現を表示したり、地球とすべての生命体が直面する重大な問題について、より多くの情報に基づいた意思決定を行うことができます。
目に見えないものを見る
画像を使用すると、人間の目では認識できないものを表示し、地球に関する新しい科学的知見を得ることができます。衛星には、電磁エネルギー スペクトルの赤外線エネルギーなど、見えない情報を計測するセンサーがあり、多くの新しい見え方で作成された地表のマップを作成および解析できます。
日々の天気の予測と追跡
過去 10 年の画像処理技術と気象観測の進歩により、天気予報の精度は劇的に向上しました。気象データを運用管理するために GIS と統合したことにより、農家、緊急対応チーム、学区、公共機関など多くの組織で役立っています。センサーの範囲は、地球規模の気象衛星から地上ベースの地域の気象観測機器にまで及び、専門家はかつてないほど天候に関する事象を監視および予測できます。センサー ネットワークは極めて高い密度で張り巡らされ、地域の気象災害を継続的に予測できるようになりました。今では、近隣の 1 時間先の正確な天気予報を利用できるようになりました。
目に見えないものを見る
画像を使用して、過去に遡ったり、現在の画像と履歴ビューを組み合わせることができます。画像は非常に単純な形式であるため、他のマップや画像と簡単にオーバーレイして、一種の多層化された「仮想サンドイッチ」を作成できます。
オピニオン リーダー: Jack Dangermond
GIS に組み込まれた完全な画像処理システム
私たちの分野では初期の頃から、GIS プロフェッショナルは画像処理と GIS を別々のシステムで実行していました。計算処理と保存に制約があるため、何年もの間、これら別々のシステムが必要でした。また一部のユーザーは両方を必要としていました。ユーザーは、画像処理を別の画像システムで実行し、主要なデータ レイヤーを作成し、結果を GIS に入力しました。両方のシステムには地理的な基盤がありましたが、これらは別のシステムとタスクであることが当然と考えられていました。これらのシステムを実行する人員も分けていました。それぞれが独自のコミュニティと手法を持っていました。画像処理システムと GIS は別々のテクノロジであるが密接なつながりがある、と一般的には考えられ、理解されていました。
しかし、実践的な視点から見ると、このやり方はまるで合理的ではありません。どちらのテクノロジも、情報セットのために 1 つの地理空間フレームが必要でした。どちらのシステムも、これらのデータセットを地理的レイヤーとして管理しました。どちらもジオリファレンスされるレイヤーを提供したため、これらのレイヤーを他のレイヤーと組み合わせたり、マッシュアップしたり、オーバーレイしたりすることができました。もちろん、1 つの統合されたシステムが合理的です。
GIS と画像が 1 つの統合された完全なシステム (ArcGIS) 内に統合されたのは、つい最近のことです。ArcGIS に追加された新しい画像処理機能は、この一部です。画像のビッグ データの処理と管理は、拡大し続ける地球観測データとシームレスに動作します。たとえば、ドローン ミッション、および新しい地上、航空、宇宙ベースのセンサーなどからの観測データが、急速にオンラインで利用可能になっています。最近の傾向は、これらの洗練された処理機能を、非常に拡張性の高いクラウド コンピューティング ネットワークに移行することです。これにより、ArcGIS で、ビッグ データのコレクションを操作できるようになります。
画像には実に多くの用途がある
さまざまな活用場面
今では、画像を使用することで、解決したい問題と世界について、まったく新しい認識と洞察を得ることができるのは明らかです。画像には、多くの利点や機能もあります。
新しい情報へほぼ毎日アクセス
画像コレクションは簡単で増え続けています。画像へのアクセスも、ますますスムーズになっています。すでに多くの人工衛星とセンサーが配置されていますが、その数は今も増え続けています。これらは、新しいデータを収集し、時系列に観測した地球のデータを継続的に追加しています。これらの画像コレクションにより、地球の表面またはその付近にあるほとんどのものをマッピング、計測、監視することができます。誰もが作業に必要なデータの多くを短時間で収集できます。画像は、他の惑星に「旅行」するときなどの探索のための主要な方法になりました。宇宙にプローブを送り、連続した時系列の情報観測データを提供するリターンを、主に画像の形式で受信します。これにより、興味深いさまざまな方法で新しい情報を取得できます。
過去を振り返る
航空写真を使用するようになったのは、比較的最近のことです。画像が使用され始めたのは 20 世紀からですが、画像コレクションに存在する、既存の時点の観測を比較するのは容易です。また、画像を古地図に重ね合わせて、現在と過去を比較することもできます。
画像データ コレクションは日々拡大しています
画像による発見は爆発的に増えています。多くの画像イニシアチブは繰り返され、発展しています。また、対象地域の画像データベースに追加されています。ArcGIS はその規模を拡大しています。だからこそ、ますます大きくなり、ダイナミックに増え続けている地球の観測データを管理することができるのです。これは、画像の即時的な効果や、簡単な統合を可能にする能力を実現するものであり、たとえば、災害対応の前後を示すビュー、新しく収集した画像の即時利用、画像の解釈や分類、および情報を引き出す能力といった新しい使用用途や使用機会を提供することができます。これらの技術の多くは、注目を集めるような新しい方法で徐々に発展していくでしょう。私たちはそのような技術を利用して、私たちのコミュニティ、抱えている問題や課題、GIS を使用してこれらを解決に導く方法について深いレベルで学ぶことができるようになります。
画像で可能になる強力な解析機能
画像とその一般的なラスター形式は、ArcGIS を使用して高度な解析を実現します。そしてこの解析から、解決しようとしている問題に対するより有意義な洞察と認識を得ることができます。
あらゆるデータをラスターに統合
GIS と画像処理の組み合わせによる相乗効果
画像にはさまざまなものがありますが、いずれもラスターと呼ばれる GIS において非常に重要で一般的なデータ形式を使用して格納されます。これは、最も汎用性の高い GIS データ形式の 1 つです。ほぼすべてのデータ レイヤーは、ラスターとして使用できます。これは、あらゆる種類のデータと画像を組み合わせれば、統合や解析を実現できることを意味しています。
有用な GIS データ レイヤーを管理するラスター形式
ラスターは、各種デジタル写真と同様、マッピングされたエリアにおいて、同一サイズのピクセルまたはセルが行列の形で配置されたデータ モデルを提供します。ラスターを使用すると、写真をピクセルの集合として表現したり、標高や選択したフィーチャの近接性などのサーフェス、各種フィーチャ (ポイント、ライン、エリア)、各期間ごとの状態を多数含んだ時系列情報を表現することができます。
画像は美しい
情報豊かであると同時に崇高
画像はまったく新しい認識をもたらし、私たちの理解の形成に大きな影響を与えてくれますが、その一方で画像は、世界の魅力あふれる姿を心から感動する美しい芸術作品として映し出す役割も果たしています。画像は、私たちを驚嘆させ、感情を揺さぶり、私たちの世界の驚異や、発見と探索を追い求める新世界を教えてくれます。米国地質調査所 (USGS) が Earth as Art のコレクションを保守しているのは偶然ではありません。
宇宙から見た地球
1 つの画像の力
アポロ月面着陸において、アポロ 8 号は人類を月の軌道に運んだ最初のミッションでした。4 周目の軌道中だった 1968 年のクリスマス イブ、アポロ 8 号の船長 Frank Borman は、地球が月の端から現れたのを見て叫びました。「みんな見てくれ。地球が昇っているぞ。なんて美しい景色だ。」 同僚の宇宙飛行士の Bill Anders は Hasselblad のカメラで、今では有名になった月から昇る地球の画像を撮影しました。
Bill Anders の著作「Earthrise: How Man First Saw the Earth」で、歴史学者の Robert Poole は、この 1 枚の画像は環境運動の始まりを象徴するものになったと指摘しています。「地球が昇る画像は転換点を示したと考えてよいでしょう。宇宙時代の感覚が、宇宙にとっての意味から地球にとっての意味へと切り替わった瞬間です」 画像の力は、この 1 枚の写真の物語にまとめることができます。画像を使用すると、地球に対する理解を深め、変化を促進し、つながりを生むことができます。場合によってはムーブメントを起こすこともあります。
太陽系のマッピング
人類の探究心を反映した活動
最初に月の写真が撮影されて以来、世界の宇宙機関の宇宙飛行士は、カメラのレンズを地球から外にも向けてきました。多くの場合、GIS ユーザーは科学愛好家でもあるため、当然のように地球以外の惑星のマッピングにも取り組みました。NASA は 2015 年、火星を周回するセンサーから撮影されたマルチスペクトル画像が、火星で移動する水の存在を確認したことを世界に発表しました。これは、GIS と画像解析コミュニティにとって、忘れられない出来事でした。
クイックスタート
ArcGIS プラットフォームに接続してプラットフォームを配置します
さあここで、ArcGIS を体験してみましょう。すでに ArcGIS を使用したことがあり、(公開者権限が付与された) ArcGIS 組織向けアカウントを保持していて、ArcGIS Pro がローカル コンピューター上にインストールされているユーザーは、そのまま次のページに進むことができます。これらの条件をまだ満たしていない場合は、以下をお読みください。
Learn ArcGIS 組織のメンバーシップを取得
このブックにあるレッスンの大半は、ArcGIS プラットフォーム (クラウド内) 上で行うことができ、ArcGIS 組織の (公開者権限が付与された) メンバーシップを必要とします。Learn ArcGIS 組織は、学生およびその他の ArcGIS 初心者向けに提供されています。メンバーシップをお持ちの方は、マップの利用、データ リソースの探索、Web への地理情報の公開をすぐに開始することができます。Learn ArcGIS の組織にアクセスし、[今すぐサイン アップ] リンクをクリックして 60 日間のメンバーシップを有効化してください。
ArcGIS Pro のインストール
ArcGIS Pro は、ローカル コンピューターにダウンロードおよびインストールして使用するデスクトップ アプリケーションです。これは、Learn ArcGIS 組織のメンバーシップを通じて 60 日間のライセンスが付与されます。システム要件を確認してから、下の [ダウンロード] ボタンを使用して、ソフトウェアをローカル コンピューターにインストールしてください。
システム要件
ArcGIS Pro は、64 ビットの Windows アプリケーションです。お使いのコンピューターで ArcGIS Pro を実行できるかどうかを確認するには、要件をご参照ください。
ArcGIS Pro のダウンロード
Learn ArcGIS のレッスン
はじめての衛星画像
このレッスンでは、Landsat 画像とその用途を Esri の Landsat アプリで見ていきます。まず、バングラデシュのスンダルバンス マングローブ林をカラー赤外で確認し、植生の健康状態と土地被覆の様子を追跡します。次に、タクラマカン砂漠の水域や、モルディブの水没した島々を探索します。40 年もの年月をかけて蓄積された Landsat 画像を活用し、スエズ運河の開発における変化を追跡したら、次はぜひご自身の手で世界を再発見してください。
ビューの作成
衛星画像は、世界をマッピングし、可視化できるツールとして、ますます重要になっています。これほど広い地域を短い時間で網羅できる画像取得方法は他にありません。衛星画像プログラムとして最も長い歴史を誇るのは、アメリカの 2 つの政府機関の共同イニシアチブである Landsat です。その高品質なデータは、電磁スペクトル上の数多くの波長として捉えられたものです。人間の目では見えないような地物も際立たせることができるため、幅広く実用化されています。
このレッスンで習得できるスキル:
- 画像のナビゲートと操作
- スペクトル バンドの変更による地物の強調
- 経時的変化の追跡
- 独自のバンド割り当ての作成
必要なもの:
- 所要時間: 30 分
