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オルソ画像について

オルソ画像とは

 航空カメラで撮影された空中写真は、レンズの中心に光束が集まる中心投影なので、レンズの中心から対象物までの距離の違いにより、写真上の像に位置ズレが生じます。写真に写る対象物が地面から高いほど、また写真の中心から周縁部に向かうほど、この位置ズレは大きくなります。上空から撮影した空中写真では、土地の起伏(高低差)による位置ズレが生じるとともに、高層ビルなどの高い建物や周縁部のとがった山の像は、写真の中心から外側へ傾いているように写ります。
 オルソ画像は、写真上の像の位置ズレをなくし空中写真を地図と同じく、真上から見たような傾きのない、正しい大きさと位置に表示される画像に変換(以下、「正射変換」という)したものです。
 オルソ画像は、写された像の形状が正しく、位置も正しく配置されているため、地理情報システム(GIS)などにおいて、画像上で位置、面積及び距離などを正確に計測することが可能で、地図データなどと重ね合わせて利用することができる地理空間情報です。
空中写真を正射変換しオルソ画像に変換

「電子国土基本図(オルソ画像)」の作成工程

 「電子国土基本図(オルソ画像)」は、空中写真を正射変換し、作成しています。
 空中写真を正射変換するには、空中写真上の位置と地上の水平位置を対応させる必要があります。この正射変換には、地表の三次元形状を表した数値標高モデル(標高データ)を用いて行います。既存の航空レーザ測量データや空中写真を用いた自動標高抽出技術などにより正射変換に用いる数値標高モデルを作成し、空中写真をオルソ画像に変換することにより、「電子国土基本図(オルソ画像)」を作成しています。

(1)空中写真撮影

 空中写真は機体の下部にカメラ孔を設けた測量用の航空機に搭載された航空カメラを撮影士が操作し、撮影しています。空中写真の撮影は積雪がない時期に、雲や霧が写りこまないように晴天の日に、あらかじめ決められたコースを水平に保ちながら一直線に飛行し行います。
 空中写真は、隣り合う写真が重なり合うように撮影しますので、この重複部分では立体的に見ることができます。
 航空カメラにはGNSS/IMU装置『GNSS受信機とIMU(慣性計測装置)から構成され、撮影時のカメラの位置と姿勢を計測する装置』が付属し、撮影した空中写真の外部標定要素(撮影時の位置とカメラの傾き)を記録します。
 受信したGNSS衛星からの測位信号には、電離層や対流圏などを通過する際に生じる誤差やGNSS受信機の時計の誤差などが含まれています。このため、電子基準点などの地上に設置された基準点上で同時に観測されたデータと航空機上のデータ組み合わせて処理するキネマティック解析を行うことにより、これらの誤差を軽減し、高精度な空中写真の外部標定要素を求めています。 空中写真の主点位置は、2台以上のGNSS受信機を同時に観測し解析するキネマティック法により高精度に測定されます。キネマティック法とは、複数同時に観測されたデータの差分を用いて解析することにより、共通に含まれる誤差を軽減する干渉測位の一つです。空中写真撮影では、電子基準点などの地上の既知点に設置されたGNSS固定局で同時に観測されたデータを用いて解析することで、高精度な空中写真の主点位置を求めています。
空中写真撮影

(2)標定点の設置

 オルソ画像に正確な水平位置と高さを付与するため、空中写真上で明瞭に確認できる箇所に水平位置と高さの基準となる標定点を設置します。
標定点は、撮影前に地上の基準点にあらかじめ標識を設置し、空中写真上で確認する方法や、撮影した空中写真上で明瞭に形がわかる場所(構造物の角、道路の縁石、マンホール、白線など)の水平位置と高さを現地において、GNSS測量機などにより計測する方法があります。 
標定点の設置

(3)同時調整、数値標高モデルの作成

 精密なオルソ画像を作成するためには、数値標高モデルに高い精度が必要となることから、デジタルステレオ図化機などの画像処理装置に、撮影した各空中写真とGNSS/IMU装置で計測した各空中写真の外部標定要素、水平位置と高さの基準となる標定点成果の各種データを取り込み、撮影区域全体で統合して調整計算(以下、「同時調整」という)を行います。
 同時調整が完了した後、写真測量による空中写真の図化や自動標高抽出技術(重なりあう空中写真に写った情報を比較して、画像上の位置から地物の標高を自動的に計算する技術)により、画像上の各地点の標高を計測します。これらの計測点のうち、隣り合う計測点3点をむすんで三角形『TIN(Triangulated Irregular Network)』をつくって、地表面の形状にあてはめた内挿補間により、等間隔の格子状に標高をあらわした数値標高モデルを作成します。
同時調整、数値標高モデルの作成

 

(4)「電子国土基本図(オルソ画像)」の作成

 数値標高モデルを用いて、中心投影の空中写真から、写真上の像の位置ズレを補正する正射変換を行い、オルソ画像を作成します。
正射変換を模式化すれば、外部標定要素と数値標高モデルの標高値を用いて、写真上の位置と地上の場所との関係を三角関数により求め、正しい位置に移動させる変換を行っていることになります。
 空中写真からは撮影した枚数分の正射画像がそれぞれ作成されますので、これらをつなぎ目が目立たないよう接合(モザイク)し、統合した一枚のオルソ画像を作成します。統合したオルソ画像から、「電子国土基本図(オルソ画像)」の30秒×30秒の経緯度区画に分割し、データファイルを作成します。
電子国土基本図(オルソ画像)の作成

電子国土基本図(オルソ画像の利活用)

 電子国土基本図(オルソ画像)は、地理情報システム(GIS)などにおいて、建物や道路などが正しい位置と大きさに表示されますので、背景データとして他の地理空間情報との重ね合わせが可能です。国土地理院では「電子国土基本図(地図情報)」の更新に利用しています。
オルソ画像と地図との重ね合わせ

災害時におけるオルソ画像の利用例

 国土地理院では災害時において、被害状況を正確かつ迅速に収集・把握することを目的に、測量用航空機「くにかぜ3」や「災害時における緊急撮影に関する協定」による測量作業機関により、被災地域の空中写真撮影を行う「緊急撮影」を実施しています。
緊急撮影後、被災地を撮影した空中写真からGNSS/IMU装置で計測した外部標定要素と既存の数値標高モデルを用いて正射変換を行う簡易な方法でオルソ画像を迅速に作成し、「地理院地図」上で公開しています。
 災害時に作成したオルソ画像には、被災状況などさまざまな情報が記録されていることから、広域にわたって被災箇所を調査することが可能です。また地図データと重ね合わせることにより様々な解析が可能となることから、各機関よる様々な災害対応や復旧・復興対策などに用いることができる資料になります。
災害時における緊急撮影とオルソ画像の利用例

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