使い方 Sentinel-2

概要

本メニューでは、以下のことができます
・Sentinel-2衛星画像の検索、カラー合成画像・植生指数マップの画面表示
・任意領域の植生指数・各バンド反射率ダウンロードおよび時系列チャート表
使用データの詳細は、「本サイトで利用しているオープンデータ」をご参照ください

画面構成 ・URL

画面は、中央部のマップと左側の設定パネル、上部の検索ボックスから構成

• マップ画面はGoogle Mapが背景となり、その上にカラー合成画像、植生指数、市町村界、筆ポリゴン等のレイヤを表示

• 設定パネルは右上の「閉じる」ボタンで最小化できる

• URLパラメータはマップ中心座標およびズーム倍率をリアルタイムで反映する
  （例）https://hkrnhn.users.earthengine.app/view/app11#lon=143.698787;lat=43.743359;zoom=16;

• 実行中にブラウザのブックマーク登録を行うとURLパラメータ付きで保存され、ブックマークからの起動時に表示位置・倍率が再現される

1. 画像検索  

条件設定

• データ種別・場所・日付・雲量を指定 

• データ種別：大気補正あり（地表面反射率、2018年12月～）、大気補正なし（大気上端反射率、2015年6月～）

• 場所：複数の指定方法がある。画像検索時にはマップの中心座標が使用される
  ・上部の検索窓（Search places）で場所指定可能：
  （例）Obihiro , 帯広, 経度・緯度座標（143.202, 42.917）(42°55'04.8"N 143°12'07.4"E)など、
  ・地域選択：マップ中心をリスト上の指定地域に移動
  ・現在地：GNSSなど端末の位置情報が使える場合はマップ中心を現在位置に移動

• 時期：検索期間の開始年・月を指定（指定日以降の2年間が検索対象）

• 雲量：上限となる雲量を指定。雲量はマップ中心を含む100km四方タイルにおける雲の被覆割合

検索実行

条件設定を終えたら、「検索実行」をクリック

2. 画像表示

観測日を選択 

観測日リストから日付を選択。リストは、起動時には「検索待ち」となっており、検索条件に合致するデータが日付順に最大20件表示される 

カラー合成画像 

• カラー合成の選択：Sentinel-2の観測波長帯（バンド）のうち、3バンドをディスプレイのRGBに割り当てカラー合成画像を表示。左側チェックボックスで、レイヤの表示・非表示を切り替え
  ・トゥルーカラー：RGB=バンド4（赤）・3（緑）・2（青）、肉眼視に近い色づけ、
  ・フォールスカラー：RGB=バンド11（中間赤外）・8（近赤外）・4（赤）、植生は緑、土壌は赤褐色、水面は黒、雪は水色に見える

• 調整ボタン：表示範囲の画像統計値に基づいてコントラストを自動調整

• 町村界チェックボックス：国土数値情報による市区町村界の表示ON/OFF

• 筆ポリゴンチェックボックス：農林水産省「筆ポリゴンデータ」 による農地区画の表示ON/OFF

植生指数・反射率など

• 植生指数・反射率を選択：左側チェックボックスでレイヤ表示をON/OFF。マップ画面右下に凡例（撮影日、植生指数あるいはバンド名、色分けのカラーバー）を表示
  ・正規化植生指数　NDVI＝(近赤外－赤)／( 近赤外＋赤)：植生繁茂の指標として最もよく使われる、植生量が大きい条件下では飽和しやすく、逆に裸地に近い条件では背景土壌の影響を受けやすい
  ・GNDVI＝(近赤外－緑)／(近赤外＋緑)：NDVIの赤に代えて緑を使った指数、NDVIよりやや飽和しにくい
  ・2バンド拡張植生指数　EVI2＝2.5＊(近赤外－赤)／( 近赤外＋2.4＊赤＋1)：NDVIに比べて背景土壌や大気の影響、飽和しやすさを緩和した指数
  ・ワイドダイナミックレンジ植生指数（緑）　WDRVIg = (0.1*近赤外－緑)/(0.1*近赤外＋緑)＋0.818：広い範囲のLAIと線形に近い関係がある
  ・ワイドダイナミックレンジ植生指数（レッドエッジ）　WDRVIre = (0.1*近赤外－レッドエッジ)/(0.1*近赤外＋レッドエッジ)＋0.818：ここではレッドエッジとしてバンド5（中心波長704nm）を使用
  ・赤波長域　バンド4(665 nm)：乾燥状態の裸地では、反射率が高いと腐植含量が少ない傾向
  ・中間赤外域1　バンド 11(1614 nm)：水による吸収が大きく、土壌でも水分が高いと反射率が下がる
  ・中間赤外域2　バンド 12(2202 nm)：Band 11に似るが、濃密な植生でも反射率が低い
  ・腐植含量：2019～2023年の計25シーンにおける裸地反射率から推定・合成したもの（表示中画像からの推定ではない）

• 調整ボタン：表示範囲の画像統計値に基づいてコントラストを自動調整

•  抽出条件：植生指数レイヤを切り出す簡易マスクを選択
  ・描画領域：マップ上に描いたポリゴンなどで切り出し
  ・作業領域：後述する作業領域で切り出し
  ・農地：筆ポリゴンによる切り出し
  ・農地・植生：筆ポリゴンかつEVI2が0.25超
  ・農地・裸地畑：筆ポリゴンかつEVI2が0.2未満
  ・農地・湛水：筆ポリゴンかつBand 11反射率が0.16未満
  ・水田2021：2021年の画像で水稲作付と推定される画素を6割以上含む筆ポリゴン

• 表示配色の変更：植生指数・反射率の色分けパターンをリストから選択

3. 解析

• マップ上に解析領域を設定し、集計値のダウンロード・チャート描画などを行う。

• 「□拡張機能」チェックで詳細メニューを表示

領域設定（基本機能）

• 図形描画：マップ画面左上に領域描画ツールを表示
  ツールを使って、マップ画面にマーカー・線・多角形・長方形を描画。描画終了後、図形をクリックして選択すると個別に移動・削除ができる

• マップ中心：描画領域を消去し、現在のマップ中心にマーカーを設定

• クリア：設定した領域をすべて消去する

領域設定（拡張機能）

• 描画領域に加えて、作業領域やグリッドを生成し、データ集計等に利用できる

• 領域バッファ：描画図形を膨張・縮小した作業領域を生成。バッファサイズをスライダで選択すると同時に実行。バッファサイズがプラスのときに領域を外側に膨張し、マイナスでは内側に縮小する。マーカー周囲に円形の領域を生成したり、圃場外周から一定距離を集計から外すなどの使い方ができる

• 領域インポート：GeoJSON形式のテキストを取込み、描画領域あるいは作業領域に変換する。本アプリの領域設定を繰り返し利用できるほか、他のGISからのデータ取込みにも利用できる。FeatureCollectionタイプのGeoJSONを作業領域にインポートした場合は属性情報が保持される。
  操作：GeoJSONファイルをメモ帳で開き、全テキストを選択・コピー　→　入力テキストボックスに貼付け　→　Enterキーで地図画面に反映

• 筆ポリゴン抽出：描画領域を含む、あるいは描画領域と輪郭が交差する筆ポリゴンを抽出し、作業領域に変換

• グリッド生成：描画領域あるいは作業領域内に正方形グリッドを生成。グリッドサイズをスライダで調整し、「生成実行」で反映

• 保存：領域をGeoJSON (FeatureCollectionタイプ)またはCSV形式のファイルに保存する。「描画領域」、「作業領域」、「グリッド」のうち、データが存在する項目にダウンロードリンクが表示される。CSVファイルの項目名「.geo」の欄には、GeoJSONテキスト（Geometryタイプ）が格納される

データ集計・チャート

「描画領域」、「作業領域」、「グリッド」のそれぞれについて、「集計」、「時系列チャート」、「ヒストグラム」、「ゾーニング」などの処理を行う。領域全体を一括処理する場合と、複数領域を個別に処理する場合の二通りがある。処理結果はダウンロード可能

• 集計：領域内の各バンド反射率・植生指数の平均値・標準偏差を集計。個別集計の場合はマップ画面で領域を色分け。出力ファイル形式はGeoJSON、KML、CSVの3種類

• 時系列チャート：画像検索で指定したデータセットについて、指定年月から1年間の指定雲量以下の画像を対象としてチャートを出力。「Cloud Score+」により、ピクセル単位で雲・雲影を除去したデータを使用。一括処理ではすべてのバンド反射率・植生指数を表示。個別処理では画像表示で選択した植生指数・バンドを表示。チャート右上の矢印をクリックすると、拡大チャートがブラウザの新規タブに表示される。拡大チャートの「Download CSV」をクリックすると、時系列の数値データを ダウンロードできる。

• ヒストグラム：領域全体について、画像表示で選択した植生指数・バンドの頻度分布を表示

• 散布図：領域内における植生指数・腐植含量等の散布図を表示。火山性土において腐植含量と作物生育に正の相関があると、可変施肥効果を期待できるとされる（十勝農試ほか, 2020）。

• ゾーニング：領域内を、植生指数・バンド反射率の大小に応じて20パーセンタイル刻みで5段階に区分。ゾーニング境界線ポリゴンデータ（GeoJSON、KML、CSV形式）をダウンロードできる

4. その他

地点リスト入力

• 画像検索の「地域選択」リストをユーザー作成リストに置換えることができる。多数の調査地点を繰り返しチェックする際に便利。入力ボックスに地点リストのテキストを貼り付け、enterキーを押す。

• 地点リストフォーマットは以下の通りで、地点名と経度・緯度の組み合わせを地点の数だけ繰り返す。地点名は重複しないこと。ここでの位置座標の並びは「経度, 緯度」の順で、Googleマップでの表示とは逆であることに注意。地点リスト中に改行や地点データ間の余分な半角スペースがあっても支障なく読み込まれる

{"地点名1": [経度, 緯度],"地点名2": [経度, 緯度]}

例：
{"札幌市時計台": [141.353483, 43.062532],
"石狩灯台": [141.360574, 43.256875],
"旭川駅": [142.358515, 43.762820]}

外部リンク

• 現在の表示範囲を反映した外部マップ（地理院地図、農研機構日本土壌インベントリー、geojson.io）をブラウザの新規タブに表示

• マップ画面左下の「Google」ロゴは、現在の表示範囲の通常Googleマップにリンク

地理空間データの変換ができるWebサービス

• Mapshaper（https://mapshaper.org/）
  対応する入出力形式は、GeoJSON、Shape、CSVなど（KML非対応）

• geojson.io（https://geojson.io/）
  入力：GeoJSON、KML、CSV、GPXなど（Shape非対応）
  出力：GeoJSON、KML、Shape、CSVなど

Shape形式からGeoJSONへの変換（Mapshaperの場合）

• 複数ファイルからなるShapeデータをまとめて画面にドラッグ&ドロップ → 確認画面で[Import]を選択 → 成功すると地図が表示される → メニュー[Export] から[GeoJSON] を選択し、[Export]でGeoJSONファイルとして保存

• 逆方向の変換も可能

KMLからGeoJSONへの変換（geojson.ioの場合）

• KMLファイルを地図画面にドラッグ&ドロップ → メニュー[SAVE]から[GeoJSON]を選択 → 「Map.geojson」ファイルとして保存される。図形や属性の編集も可能

• 移動軌跡などを記録したGPX（GPS eXchange Format）ファイルの入力・変換も可能

• GeoJSONからShape、KMLへの変換も可能

地理院地図でのGeoJSONファイル表示

• 地理院地図（https://maps.gsi.go.jp/）の表示

• GeoJSONファイルを地図画面にドラッグ&ドロップすると、表示・属性データの確認が可能。標高や土地条件など各種の地図とオーバーレイできる