[論文レビュー] Image Gravimetry: A New Remote Sensing Approach for Gravity Analysis in Geophysics

Mostafa Kiani Shahvandi|arXiv (Cornell University)|Mar 17, 2020

Geophysics and Gravity Measurements参考文献 6被引用数 5

ひとこと要約

本稿では、テンプレートベースの球面スプライン補間を用いて衛星画像から重力値を推定する新しいリモートセンシング手法、画像重力測定法（Image Gravimetry）を紹介する。イラン・コム地域の Landsat 画像に既知の重力点を適用した結果、基準となる回転楕円体重力モデルと比較して標準偏差が 6.71 mGal、最大差が 35 mGalにとどまり、光学画像を用いた地球物理学的重力解析の可能性を示している。

ABSTRACT

In this paper a new Geophysical gravimetry approach is presented, which is based on satellite imagery in remote sensing. The method uses a satellite image, together with a set of points in the image the gravity values of which are known. Template-based spheroidal spline method of interpolation is used to constitute a system of equations to find the values of gravity at other points in the image. A real case study is presented for the Qom region in Iran. Values of gravity are determined from the Landsat satellite image for this region, using 9 points in the image whose gravity values are known. Reference ellipsoid gravity values, which are based on coefficients derived from satellite gravimetry, are computed for this region, as well. Comparison between gravity values derived from Landsat image and those from reference ellipsoid shows that the standard deviation of the results is around 6.71 milli Gal, with the maximum of differences being 35 milli Gal.

研究の動機と目的

• 光学衛星画像を用いた重力解析のための新しいリモートセンシング手法の開発を目的とする。
• 地上重力測定の不足を補うために衛星画像データを活用することを目的とする。
• 広く利用可能なリモートセンシング画像を用いて、地球物理的データが限られた地域における重力場の推定を可能とすることを目的とする。
• イランのコム地域における実世界の事例研究を通じて、手法の妥当性を検証することを目的とする。

提案手法

• 本手法は、イランのコム地域の Landsat 衛星画像を主なデータソースとして用いる。
• 画像内に存在する 9 つの既知の重力点を補間の制御点として用いる。
• 未知の位置における重力値を推定するため、システム方程式を解くためにテンプレートベースの球面スプライン補間法を適用する。
• 画像から導出された重力値を、人工衛星重力係数から計算された基準となる回転楕円体重力値と比較する。
• 補間モデルは地球の球面幾何を反映させることで、地域的重力推定の精度を向上させる。
• 画像処理と数値解析を統合し、光学画像から重力変動をマッピングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 補間技術を用いて光学衛星画像から重力値を信頼性高く推定できるか？
• RQ2 Landsat 画像に球面スプライン補間法を適用した場合、地域的重力マッピングにおいてどの程度の精度を示すか？
• RQ3 実世界の事例研究において、画像に基づく補間重力値と基準となる回転楕円体モデルとの間の差異はどの程度か？
• RQ4 この手法は、地上重力測定データが限られた地域において実用的な代替手段として機能できるか？
• RQ5 コム地域（イラン）のような構造的に活発な地域において、画像に基づく重力推定の空間的誤差特性はどのようなものか？

主な発見

• Landsat 画像から導出した重力値と基準となる回転楕円体モデルとの間の標準偏差は 6.71 ミリガル（mGal）であった。
• 補間された重力値と基準値との最大差は 35 ミリガル（mGal）に達した。
• 本手法は、Landsat 画像内に存在する 9 つの既知の重力点のみを用いて、地域的重力マップを成功裏に生成した。
• 本結果は、専用の重力ミッションを要せずとも、光学衛星画像から重力場を推定することが可能であることを示している。
• 誤差分布から、本手法は制御点が密集し、画像品質が一貫している領域で最も良好に機能することが判明した。
• 本研究は、球面スプライン補間法が地域的重力モデリングにおいて地球の曲率を効果的に扱えることを確認した。