画像の検索とダウンロード

シンガポールの Landsat 画像を検索するために、GloVis アプリを使用して、無料の Landsat 画像のデータベース全体を検索します。 雲量が非常に少なく、比較的新しい画像を探します。 画像をダウンロードするために、USGS Earth Resources Observation and Science (EROS) Center の無料アカウントを作成します。このアカウントを使うと、Landsat データを必要なだけダウンロードできます。

Landsat 画像は、ファイル サイズが大きい場合があります。 このレッスンでダウンロードするファイルのサイズは約 900 MB です。 処理を進める前に、コンピューター上に十分な空き容量があることを確認し、ダウンロード用に十分な待ち時間を確保してください。

アカウントの作成

Landsat データをダウンロードするには、USGS EROS のアカウントが必要です。 このアカウントの作成は無料ですが、アンケートへの回答と連絡先情報を提供する必要があります。 すでに USGS EROS のアカウントをお持ちの方は、次のセクションに進んでください。

  1. EROS Registration System」に移動します。
  2. 画面の指示に従って、登録手続きを進めます。

    登録が完了すると、登録を確認するメッセージが電子メール アドレスに送信されます。

  3. 電子メール内のリンクをクリックして、アカウントを有効にしてください。

シンガポールの検索

次は、GloVis を開き、シンガポールの場所に移動します。

  1. GloVis ホーム ページを開きます。

    このページでは、利用できる新機能の一部を説明します。

  2. [GloVis の起動] をクリックすると、GloVis が開きます。

    GloVis の起動ボタン

    GloVis が表示されます。

    GloVis アプリ

  3. 必要に応じて、[Would you like to take a tour?] ウィンドウを閉じます。

    米国の中心部をデフォルトの場所として、ビューアーが開きます。 [インターフェイス コントロール] ウィンドウには、Landsat 画像を検索するためのパラメーターがあります。 ビューアーの下部のツールバーには、タイム ラインやその他のマップ コントロールが用意され、イメージ レイヤーを探索できます。 はじめに、デフォルトのデータ セットをオフにして、マップの範囲をシンガポールに移動できるようにします。

  4. [インターフェイス コントロール] ウィンドウの [データ セットの選択] で、[Global Land Survey] をオフにします。

    インターフェイス コントロール ウィンドウのデータ セットの選択 セクションで Global Land Survey データセットをオフ

  5. マップ上部のツールバーで、[移動先] をクリックし、[緯度/経度] を選択します。

    移動先オプションの緯度/経度

    [緯度/経度に移動] ウィンドウが表示されます。

    次に、シンガポールの中心部の座標を入力します。

  6. [緯度/経度に移動] ウィンドウで、[緯度] に「1.36」、[経度] に「103.82」と入力します。 [位置に移動] をクリックします。

    緯度/経度に移動ウィンドウ

    マップ範囲の中心にシンガポールが表示されます。

    マップ範囲がシンガポールに移動

    島の大部分は高度に都市化されており、島の西部と中心部に緑の空き地がいくつか存在します。 ビューアーの下隅に縮尺記号がありますが、この範囲では、他の地理フィーチャを基準としてシンガポールの大きさを認識することは困難です。

  7. 5 ~ 6 倍縮小表示します。 マレーシアやインドネシアなどの周辺諸国と比較したシンガポールの大きさに注目します。

    東南アジアの他の国と比較したシンガポール

  8. もう一度、シンガポールを拡大表示します。

    1 都市と同じような大きさの国では、土地利用と都市開発において、他では見られない課題があります。 シンガポールは、海を干拓して領土を拡大しているものの、国境は一般に固定されたままであるため、厳密な計画が必要とされます。 ただし、適正な計画を行うには、高品質なデータが必要です。

画像の検索

実際の都市計画プロジェクトでは、多数の情報源から得られたさまざまなデータ タイプを使用します。 ここで Landsat 画像データベースからダウンロードする 1 つの画像は、計画の出発点として、高品質なデータで都市全体の展望を示します。 Landsat 画像はマルチスペクトルです。つまり、さまざまな可視光バンドで表示することで、植生、海岸線、人工建造物などのフィーチャを強調できます。 この画像は、より専門的なデータを追加できる良質の参照資料です。

画像を検索する際は、最初に目的の画像のタイプを選択します。

  1. [インターフェイス コントロール] ウィンドウの [データ セットの選択] で、表示されたデータセットを確認します。

    GloVis には多くの画像データセットが含まれており、それぞれが異なる衛星画像または航空写真プログラムで生成されています。 たとえば、米国の複数の Landsat 衛星やヨーロッパの Sentinel-2 衛星の出力が含まれ、地球全体をカバーしています。

    注意:

    [データ セット情報の表示] ボタンをクリックすると、各データセットの詳細が表示されます。

    データ セット情報の表示ボタン

    このレッスンでは、Landsat 8 画像を見つけます。

  2. [データ セットの選択] で、[Landsat 8 OLI/TIRS C1 Level-1] をオンにします。

    データ セットの選択セクションで Landsat 8 OLI/TIRS C1 Level-1 をオン

    Landsat 8 データ フィルターが更新され、条件に一致するシーン (または画像) が 204 件あることを示しています。 これは、シンガポールの緯度/経度を示す Landsat 8 画像が 204 枚存在することを意味します。

    次に、検索対象を特定の日付範囲に絞ります。 比較的最近の画像が必要なため、範囲を 2015 年から現在の日付までに定義します。

  3. [メタデータ フィルター][日付範囲] に、「01/01/2015」から今日の日付までの範囲を設定します。

    メタデータ フィルター セクションの日付範囲

    注意:

    [月] では、特定の月 (7 月など) に検索対象を絞ることもできます。 これは、夏の干ばつや山火事など、数年にわたる季節的な傾向を追跡する場合に有効です。 一般的な参照用の画像の場合、日付 (月) は関係ありません。

  4. [適用] をクリックします。

    マップ範囲内で、検索条件に一致するすべての画像が返されます。 [データ セットの選択] セクションに、170 件の Landsat 8 シーンが見つかったことが示されています。

    注意:

    新しい Landsat 画像が毎日データベースに追加されるため、検索の実行によってより多くの画像が返される可能性があります。 また、画像例と比べて、マップ上に表示される最近の画像が増えている場合もあります。

    データ セットの選択セクションで特定された 170 件のシーン

  5. 下部のツールバーで [次へ] を数回クリックすると、170 枚の画像の一部を参照できます。

    タイム ライン ツールバーの次へボタン

    マップ上に、現在の画像とタイム ライン上のマーカーが表示されます。 多くの画像が部分的または完全に雲に覆われていることに気付くかもしれません。 シンガポールは熱帯雨林気候で、1 年を通じて高温多湿で雨が多いため、これは驚くことではありません。 検索対象を雲量が少ない画像に絞り、雲量が画像の 10% 未満になるようにします。

  6. [雲量] に「0」~「10」を入力し、[適用] をクリックします。

    メタデータ フィルター セクションの雲量と適用ボタン

    マップが更新され、利用可能な新しい画像セットが表示されます。 指定した条件を満たすシーンが 2 つだけ表示されるようになりました。

  7. 下部のツールバーで、[次へ][前へ] をクリックして、2 つの画像を比較します。

    2017 年の画像は雲に覆われています。 この場合、雲の自動検出アルゴリズムが正常に動作せず、画像が曇りとして認識されませんでした。 この画像をスキップします。

    2018 年の画像は品質が良く、雲もほとんど含まれていません。

    雲に覆われていない 2018 年のシンガポールの画像

    2018 年の画像をダウンロードするのが最適と判断しました。

    注意:

    雲量が少ない最新のシンガポールを表す新しい画像が、このレッスンが書かれた後に追加されている可能性もあります。 最新の適切な画像が存在する場合は、その画像を選択します。

画像のダウンロード

開発プロジェクト用に画像を選択したところで、次はその画像をダウンロードします。

  1. 下部のツールバーで、[ダウンロード] をクリックします。

    下部ツールバーのダウンロード ボタン

    画像をダウンロードするさまざまなオプションが表示されます。 [Level-1 GeoTIFFData Product] を選択します。 GeoTIFF Data Product の画像には、座標情報が含まれています。 Level-1 GeoTIFF データ プロダクトは、ArcGIS Pro などの GIS アプリケーションに追加されると、自動的に、画像の座標位置に配置されるので、すぐに解析に使用できます。 また、GeoTIFF 画像には 11 個すべての Landsat 8 マルチスペクトル バンドも含まれているため、画像の外観を変更して、地表のさまざまなフィーチャを強調することができます。

  2. [Level-1 GeoTIFFData Product] で、[Download] をクリックします。

    Level 1 GeoTIFF Data Product オプションのダウンロード

    注意:

    お使いのコンピューターやネットワークの接続状況によっては、ダウンロードに数分かかる場合もあります。

ここでは、GloVis アプリを使用して、Landsat マルチスペクトル衛星画像の大規模なデータベースを検索しました。 さらに、シンガポールでの計画プロジェクトに役立つ生データとなる画像を検索してダウンロードしました。

注意:

このレッスンでは、GloVis の Landsat 画像を確認しましたが、GloVis や他のサービスで探索および使用できる衛星は他にも多数あります。 LandsatLookEarthExplorer など、他の衛星画像アプリも探索してみてください。 Copernicus Open Access Hub も探索できます。

次に、ArcGIS Pro でこの画像を開いて、画像のバンド割り当てを変更し、シンガポールをよりはっきりと表示します。


画像の準備

ここまでに、Landsat 衛星によって撮影されたシンガポールの画像をダウンロードしました。 次に、解析で使用するために画像を準備します。 最初に、ダウンロードされたときの圧縮ファイル形式から画像を解凍します。 次に、ArcGIS Pro でマップに画像を追加し、シンガポールの都市フィーチャがより適切に表示されるようにバンド割り当てを変更して画像をシンボル表示します。

画像の圧縮解除

ダウンロード時間からもわかるように、未処理の Landsat 画像はファイル サイズが大きくなります。 ファイル サイズが大きい理由の 1 つは、それぞれが異なるスペクトル バンドで撮影された同一エリアの画像が、ダウンロードされた圧縮ファイルに 11 以上含まれているためです。 これらの画像を組み合わせることで、マルチスペクトル画像の作成が可能になります。 これらの画像を表示するには、ファイルを圧縮解除する必要があります。 また、データを保存するためのフォルダーも作成します。

  1. コンピューター上の覚えやすい場所 ([ドキュメント] フォルダーなど) に「Singapore Data」という名前のフォルダーを作成します。
  2. コンピューター上で、ダウンロードしたファイルを選択します。
    注意:

    お使いの Web ブラウザーによっては、ダウンロードを開始する前に、ファイルをダウンロードする場所を選択するよう求めるメッセージが表示される場合があります。 ほとんどのブラウザーでは、デフォルトでコンピューターのダウンロード フォルダーがダウンロード先の場所になります。

    [ダウンロード] フォルダー

    ファイル名は、USGS Web サイト上の識別コード (文字と数字から成る長い文字列) に基づきます。 ファイルの拡張子は *.tar.gz で、これは、圧縮が 1 回ではなく 2 回行われているファイルのタイプを示します。 つまり、画像を表示するには、コンテンツを 2 回圧縮解除する必要があります。

  3. ファイルを右クリックして、[Singapore Data] フォルダーにファイルを解凍します。
    注意:

    ファイルのデフォルトの解凍処理は、お使いのファイル圧縮ユーティリティによって異なります。

  4. 圧縮したファイルを見つけて開きます。

    ファイルが 1 回だけ解凍された場合、ファイルの名前は同じですが、拡張子が *.tar ではなく *.tar.gz になります。 一部のファイル圧縮ユーティリティは *.tar.gz ファイルを認識して、自動的にファイルを 2 回解凍します。

    注意:

    .tar ファイルは、ファイル圧縮ユーティリティが作成したフォルダーに含まれているはずです。 フォルダーを開いて、*.tar ファイルを見つけます。

  5. 必要に応じて、*.tar ファイルを解凍します。 展開したフォルダーを開きます。

    完全に解凍されたフォルダーには、12 個の画像 (別のセンサーからの画像をダウンロードした場合はもっと少ないことがある) と 2 つのテキスト ファイルが含まれています。

    解凍されたファイル

    ほとんどの画像は元のファイルと同じ名前ですが、末尾に B1、B2、B3 などの数字が付加されています。 B はバンドを表し、各画像は、同じ画像の異なるスペクトル バンドを示しています。 Landsat 8 スペクトル バンドの詳細については、このレッスンの後半で説明します。

  6. 名前の末尾が [B1] の画像ファイルをダブルクリックして、コンピューターのデフォルトの画像ビューアーで開きます。

    バンド 1 の画像

    この画像は、大部分がグレーで、目に見える雲がいくらか存在しています。 大陸や海洋などのフィーチャはぼやけており、識別することが困難です。 単一スペクトル バンドの画像は、短い波長の光しか含んでいないため、このような外観になりがちです。 人間の目で見たような外観の画像を作成するには、通常、複数のスペクトル バンドを割り当てて、1 つのマルチスペクトル画像を作成します。

  7. この画像を閉じます。

画像を ArcGIS Pro で開きます。

複数の個別のバンドを組み合わせて 1 つのマルチスペクトル画像として表示するには、ArcGIS Pro で新しいプロジェクトを開始します。 プロジェクトには、データベース、ツールボックス、スタイルに加え、マップの作成に役立つその他のフォルダーが含まれます。

  1. ArcGIS Pro を起動します。 サイン インを求められたら、ライセンスが割り当てられた ArcGIS アカウントを使用してサイン インします。
    注意:

    ArcGIS Pro または ArcGIS アカウントがない場合、「ArcGIS の無料トライアル」にサイン アップできます。

    ArcGIS Pro を開くと、新しいプロジェクトを作成するか、既存のプロジェクトを開くかを選択できるオプションが表示されます。 以前プロジェクトを作成したことがある場合は、最近使用したプロジェクトのリストが表示されます。

  2. [新規] の下で、[マップ] をクリックします。

    空のテンプレートの下にあるマップ

    [マップ] テンプレートは、デフォルト ベースマップを使用してプロジェクトを作成します。

  3. [新しいプロジェクトの作成] ウィンドウで、プロジェクトの名前を「Singapore Development」に変更します。
    ヒント:

    デフォルトでは、プロジェクトは、[ドキュメント] フォルダーにある [ArcGIS] フォルダーに保存されます。 プロジェクトを他の場所に保存する場合は、別の場所を参照して選択してください。

    プロジェクトの名前と場所

  4. [OK] をクリックします。

    プロジェクトが開き、マップ ビューが表示されます。

  5. リボンの [表示] タブをクリックします。 [ウィンドウ] グループで、[カタログ ウィンドウ] をクリックします。

    表示タブのウィンドウ グループのカタログ ウィンドウ

    [カタログ] ウィンドウが表示されます。 [カタログ] ウィンドウには、このプロジェクトに関連付けられたすべてのフォルダー、ファイル、データが表示されます。 このウィンドウを使用して、前に作成された [Singapore Data] フォルダーへのデータベース接続を確立します。

  6. [カタログ] ウィンドウで、[フォルダー] の横にある矢印をクリックして展開します。

    [フォルダー] の展開

    プロジェクトに関連付けられたデフォルト フォルダーは Singapore Development です。これは、プロジェクトの作成時に作成されたフォルダーで、プロジェクトと同じ名前になっています。 このフォルダーには、空のジオデータベースとツールボックスがいくつか含まれていますが、実際のデータは含まれていません。

  7. [フォルダー] を右クリックして、[フォルダー接続の追加] を選択します。

    フォルダー接続の追加

    [フォルダー接続の追加] ウィンドウが開き、コンピューターのファイルが格納されたディレクトリが表示されます。

  8. Landsat 画像の解凍先である [Singapore Data] フォルダーを参照して選択します。

    [Singapore Data] フォルダーは、[カタログ] ウィンドウの [フォルダー] の下に追加されています。

  9. [Singapore Data] フォルダーを展開します。

    [Singapore Data] フォルダー

    ヒント:

    必要に応じて、ファイル名を完全に表示するには、[カタログ] ウィンドウの片側をドラッグして、ファイル名が完全に表示されるまで拡大します。

    このフォルダーには、11 の個別のスペクトル バンドと、その他数個のファイルが含まれています。 プロダクトのメタデータ ファイル (末尾が [MTL.txt]) には、複数のスペクトル バンドを 1 つのマルチスペクトル画像に合成する方法に関する情報が含まれています。 次に、そのファイルを使用して、マルチスペクトル画像をマップに追加します。

  10. MTL.txt ファイルをマップ上にドラッグします。

    カタログ ウィンドウからマップ上にドラッグされた MTL.txt ファイル

    注意:

    画像のピラミッドまたは統計情報を構築するよう求めるウィンドウが表示されたら、[OK] をクリックします。

    画像がマップに追加されます。

    MTL.txt ファイル

    この画像は、GloVis アプリでプレビューした画像よりも暗い感じがしますが、この外観を変更して、シンガポールをよりはっきりと表示することができます。

画像のシンボル表示

この画像は暗く落ち着いた色調をしています。 また、画像の周縁に [NoData] の黒い部分があるため、画像は正方形のグリッドのように見えます。 画像内の有効なスペクトル バンドを変更して、より目立つ色合いで画像を表示するとともに、[NoData] ピクセルを透明にシンボル表示してマップに表示されないようにします。

  1. [コンテンツ] ウィンドウで、マルチスペクトル画像を右クリックし、[シンボル] を選択します。

    シンボル

    [シンボル] ウィンドウが表示されます。 [プライマリ シンボル] セクションに、画像の表示に使用されているバンドがリスト表示されます (これらのバンドは [コンテンツ] ウィンドウにも表示されます)。 [赤][緑][青] の画像表示チャンネルを通じて、一度に表示できるのは 3 つのバンドのみです。 デフォルトでは、ナチュラル カラーで画像を表示するのに [赤][緑][青] の各バンドが使用されます。 これら 3 つのバンドは可視光線の一部で、混ざり合うとほとんどの閲覧者にとって自然な見え方で景色が表示されます。 都市開発向けとしては、都市に関連性が高く、植生地域とは対照的なフィーチャを強調した景観の方が適切な場合があります。 次の表に、各バンドとそのバンドで最適に表示される事物を示します。

    数値名前このバンドで最適に表示される事物

    1 キー

    コースタル エアロゾル

    浅瀬、細かいちり粒子

    2

    深海、大気

    3

    植物

    4

    人工物体、土壌、植生

    5

    近赤外

    海岸線、植生

    6

    短波赤外 1

    雲の貫通性、土壌や植生中の水分

    7

    短波赤外 2

    改善した雲の貫通性、土壌や植生中の水分

    8

    パンクロマティック

    白黒画像、より鮮明な細部

    9

    Cirrus

    巻雲

    10

    熱赤外 1

    サーマル マッピング、推定土壌水分

    11

    熱赤外 2

    改善したサーマル マッピング、推定土壌水分

    [赤] バンドはシンガポールの都市環境における人工物体を強調表示し、[近赤外] バンドはシンガポールの海岸線や植生を強調します。 また、[短波赤外 1] バンドも、植生をハイライト表示し、画像内の雲の存在による影響を和らげるのに役立ちます。

    次に、[赤][緑][青] のチャンネルを通じて表示する 3 つのバンドを変更します。

  2. [シンボル] ウィンドウで、次のパラメーターを設定します。
    • [赤] で、[短波赤外 1] を選択します。
    • [緑] で、[近赤外] を選択します。
    • [青] で、[赤] を選択します。

    バンド割り当て

    マップ上の画像が自動的に変化します。

    指定したチャンネル設定でシンボル表示された画像ファイル

    海岸線がより明確になり、植生が明るい緑色で表示され、都市部がはっきりとした茶色のクラスターで表示されます。 次に、[NoData] ピクセルを透明にシンボル表示して、非表示にします。

  3. [シンボル] ウィンドウで、[マスク] タブをクリックし、[背景値の表示] ボックスをオンにします。

    マスク タブでオンにされた背景値の表示

    [マスク] タブには、背景 ([NoData] 値) をシンボル表示するためのオプションがあります。 [NoData] ピクセルのデフォルトの色は [色なし] で、これは自動的にマップに反映されます。

    透明にシンボル表示された背景値

  4. [シンボル] ウィンドウを閉じて、シンガポールにズームします。

    最終的な画像

    この画像は、島全体をカバーする優れた概観図であり、都市部と植生地域の違いが一目でわかるようになっています。

  5. [クイック アクセス ツールバー] で、[保存] ボタンをクリックして、プロジェクトを保存します。

    クイック アクセス ツールバーの保存

    この画像は、視覚的に調べたり、他のデータを表示する際の背景として使用したり、詳細な画像解析ワークフローで使用したりすることができるようになりました。 都市開発プロジェクトで都市の将来を計画するには非常に多くの画像が必要になりますが、この画像は出発点として役立ちます。

    注意:

    画像解析の詳細については、Learn ArcGIS レッスン「衛星画像によるトウモロコシ畑の雹害の評価」や、「画像およびリモート センシングの概要」カリキュラムの「画像からの情報の抽出」セクションにあるその他のレッスンをご参照ください。

ここまでに、Landsat 衛星で 40 年にわたってキャプチャされた画像の大規模なデータベースを検索して、想定される都市開発プロジェクト向けに、シンガポールの島全体を表示している画像を見つけました。 画像を特定したら、その画像をダウンロードして ArcGIS Pro で開き、都市がより適切に表示されるようにそのバンド割り当てを変更しました。

注意:

このレッスンでは画像をローカル コンピューターにダウンロードしましたが、代わりにイメージ サービスを使用することもできます。 この方法では、クラウドにホストされている画像を表示し、多くの場合は解析することができるため、時間とコンピューターのディスク容量を節約できます。 ArcGIS Living Atlas of the World 画像カタログから、Esri がホストするイメージ サービスの例を探索してみてください。

クラウドベースのイメージ サービスを使用して画像データにアクセスする方法の詳細については、Learn ArcGIS レッスン「火山噴火のダイナミック イメージの調査」をご参照ください。

その他のレッスンについては、「Learn ArcGIS Lesson ギャラリー」をご参照ください。