衛星SARを活用した地表面変形の計測と逆解析

SAR（合成開口レーダ）を搭載した衛星により得られる測距データを活用し、地表面変形の計測が可能です。さらに、逆解析技術を組み合わせ、地表面変形の原因となっている地下のひずみ状態を推定します。地すべりや盛土の変形、地表沈下の分析に活用ください。

衛星SARと干渉法

衛星SARでは可視光の代わりに、電波の一種であるマイクロ波を使って地表面を観測します。マイクロ波は可視光より波長が長く、雲を透過するため、雲の下にある地表面も観測することができます。
この衛星SARを使って、地表面の変形を調べる方法が干渉SAR解析です。衛星が同じ軌道を2回とおり、それぞれで地表から反射する電波の位相を計測すると、地表面が例えば隆起している場合には、衛星との距離が変化し位相差が発生します。この位相差で発生する干渉縞から地表面の変形量を求めます。

地表面変形から地下の状態を推定

地表面の変形が得られた場合は、有限要素法を用いた逆解析ソフトウェアGeo-Inverse（地層科学研究所開発）により、地下で生じた物性変化やひずみ変化を調べることができます。
図3に示すモデルを用いて、逆解析の性能を調べてみます。モデル内部に体積の収縮を生じた領域を仮定します(図中赤)。その下の図が、この収縮ひずみで生じた地表面の変形です。
これを、衛星SARによる計測で求められた地表面変形と見なします。この変形を既知、ひずみ変化が生じた領域とその大きさを未知として、逆解析を行います。
図3から図4が、逆解析の結果得られた収縮領域です。また、図5は計測結果と同定結果の比較で、傾き1上の直線に乗っていることから、同定結果は計測結果を精度良く再現していることがわかります。

もう一つ解析例を示します。図7は地すべりをモデル化したものです。図の黄色の領域で剛性低下が発生して変位が生じた場合を順解析により求め、このときの地表面変位をもとに逆解析により剛性低下領域を推定しました。

結果を図8に示します。剛性低下領域が良好に推定されています。

図９は、図7の赤い領域で剛性低下が生じた場合のものです。やはり剛性低下領域が良好に推定されています。

このように、衛星SARにより得られた地表面変形より地下の状態が推定できます。次のような問題への適用が考えられます。

• 堤防の沈下と原因の推定
• 地すべりのすべり面の推定
• 火山の膨張変形と圧力溜りの推定
• 地盤沈下と地下水位の推定