多摩地形めぐり(千葉達朗）

はじめに

東京都と神奈川県境に位置する多摩丘陵は、北東の多摩川を挟んで武蔵野台地と接し、南西の境川を挟んで相模原台地と接している。多摩丘陵の中央部には鶴見川の流域がすっぽり入り、多くの支流に分岐し、その先に谷戸が形成されている。昭和40年代から宅地造成が進み、現在では多摩丘陵の原地形はわずかになってしまった（図１）。

図１　多摩丘陵位置図

多摩丘陵の地質と宅地造成

高度経済成長の時代、多摩丘陵は露頭だらけで、どこでも地質調査を行うことができた。その結果、北部の尾根に、古い相模川の河床礫が残っていることがわかった。それが御殿峠礫層である。堆積後30 万年ほど経っているので、強風化し「くさり礫」になっている（図２）

図２　御殿峠礫層のくさり礫部分
一方、その下の基盤は約100万年前に海底で堆積した砂や泥の地層である。どちらも比較的やわらかい土質だったので、宅地造成もしやすかったのであろう。

赤色立体地図

　この図は、急斜面ほどより赤く、尾根ほど明るく、谷ほど暗くなるように調整した画像で、地形データから計算で作成する。微地形と大地形を同時に把握しやすい。そこで、尾根と谷が入り組んで複雑な多摩丘陵の地形表現に適用を試みた（図３）。その結果、いくつかの興味深い地形がみつかったので紹介したい。

図3　多摩丘陵の赤色立体地図（国土地理院の5mメッシュより作成）

（１）ピラミッド

多摩丘陵には、ときどき小さな砦のような小山がある。赤色立体地図で見るとまるでピラミッドである（図３）。これはいったい何なのだろうか。宅地造成とは、高いところを削って低いところを埋める工事である。ところが、当時、多摩丘陵にはすでに多くの送電線が通っていた。送電鉄塔は比較的高い尾根に立っており、これを移転させるには多額の費用を要した。そのため、多くの地点で鉄塔はそのままにして、周りを平らにして宅地を造成した。その結果、送電鉄塔を上にもつ小山が多数残る結果となった。これが多摩丘陵のピラミッドの真相である（図4、図５、図6、図7）

図４　赤色立体地図　新百合ヶ丘付近

図５　樹木で覆われたピラミッド　送電鉄塔が2本立っている


図６　赤色立体地図　こどもの国付近　

図７　正四角錐のピラミッド　送電鉄塔が建っている

（２）万里の長城

また、多摩丘陵には長くてくねくねした崖や尾根が見られることがある。戦車道路や横山道と名前が付いているものもある。高さを3倍に強調した赤色立体鳥瞰図でみると、両側が切り立った様子は、まさに万里の長城である（図８）。地図と重ねてみると、ぴったり都県境に一致している。開発境界と年代の違いが明確に現れた。
たとえば、東京都稲城市の平尾団地と神奈川県川崎市の栗平駅は比較的近い。しかし、間には万里の長城が行く手をふさぐ。乗り越える階段もある(A)が、より低く越えやすいところに抜け道(B)がある。抜け道には真新しいフェンスが設置してあり、管理者とのイタチごっこが続いているようである（図８、図９）。

（A案　鳥瞰表現縦強調3倍　ルート表示入）
図８　赤色立体地図　都県境にある”万里の長城”

図９　万里の長城に一箇所だけある階段　

（３）遊水地

宅地造成の結果、地表はアスファルトやコンクリートで覆われ、保水力のある森や水田は少なくなってきた。そのため大雨が降ると鶴見川の下流部で洪水が発生することもしばしばであった。
そこで新横浜駅の近くに大規模な遊水地が作られた。その上には人工地盤が築かれ、大きなサッカー場が建設された。赤色立体地図では、堤防の一部が切り下げられ、水位が上昇すると、水が遊水地に流れ込む仕組みがよくわかる（図10）。

図10　鶴見川多目的遊水地

残された原地形

ピラミッドも万里の長城も、いまや多摩丘陵の地形の特徴である。複数の自治体にまたがるグラウンドデザインは難しいのだろう。横浜の港北ニュータウンでは、幹線道路の中央に送電鉄塔を配置している。図３で濃い赤に見える部分は、原地形が残されている地域である。公園として保全されているところも多い。万里の長城の上にもハイキングコースがある。多摩丘陵では、造成工事が現在も進行中である。自然との調和や防災上の問題を考える上で、地形の把握が重要であることを強調しておきたい。

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以下は参考資料


多摩丘陵の地形面区分図　羽鳥・寿円


万里の長城　植え込みの背後は急斜面

万里の長城　青い線が　都県境

（4）ダイダラボッチ

多摩丘陵の南西にある相模原台地は相模川の河岸段丘で非常に幅が広い。緩やかに南に傾斜しているものの、ほとんど谷らしい谷がないが、直径500mくらいの窪地がいくつか見られる。地名は大沼や小沼など、窪地を意味するものも多い。かつては沼があったところもある。現在ではほとんど住宅地になっているが、大雨が降ると水が出ることがある。赤色立体地図でみると、まるで足あとのように点在している。相模原市では小学校の社会科の郷土の歴史の冒頭で、ダイダラボッチ伝説を習う。相模原台地にある窪地は「富士山を担ぐような大男（ダイダラボッチ）の足あと」だというのだ。市内の鹿沼公園には、それを象徴する足跡型の人工池もある。この窪地の地質的な成因については、町田ほかによれば以下のようである。6万年前に箱根が大噴火しこの付近までTP-Flowという火砕流が堆積した、その後厚いローム層で覆われた。やがてこの火砕流の一部が粘土化し不透水層を形成する。上に地下水がたまるようになる。さらに粘土化が進行。これを繰り返し、結果的に粘土化した範囲は同心円状に拡大する。一方地下水にさらされたローム層は内部の鉄分が溶出し、徐々に下部から潰れるように薄くなっていく。やがて地表面に円形の窪地ができる。窪地は時間とともに拡大をする。同様の窪地は武蔵野台地にも知られており、窪という地名に痕跡がある。


図２　多摩丘陵地質図　アーバンクボタ


多摩丘陵から望む新宿副都心






赤色立体地図ことはじめ

1.はじめに

赤色立体地図は、これまでにない独創的な地形表現手法である。ここでは、どのようにして生まれたのかについて紹介したい。
赤色立体地図を発明したきっかけは、2002年の富士山の青木ヶ原樹海の調査であった。国土交通省富士砂防事務所からの受託業務で、レーザ計測+地形地質調査+ボーリングという内容であった。
レーザ計測は、当時最先端の技術で、雪どけ直後の（葉っぱがまだ出揃わない）5 月に 2 日間で行なわれた。樹木除去作業に 2 ヶ月を要し、レーザ計測部門から等高線図が届いた。8 月に迫った現地調査のために、判読を進めたが、1/2,500 の 1m 間隔の等高線図では溶岩表面の凹凸や、重なりあいの関係は判然としなかった。
レーザ測定は 70cm 四方に 1 点の密度で行われており、1mメッシュの DEM には約 20cm の高さ精度がある。そこで、等高線間隔も 20cmにしたいところだが、そのためには、縮尺を1/500 にする必要があり、図面枚数が A0 サイズで 1250 枚となってしまう。これでは、現地調査での使用は困難である。
レーザ計測のすべての結果を生かすには、等高線では表現力が不足していたのである。等高線を使用しない手法も、複数あるが、一長一短であり、溶岩の複雑な微地形を表現するのは困難だった。そこで、まったく新しい地形表現を作成するしかないと決心した。

2.地形表現

2002 年当時、コンピュータ利用による地形表現研究が進展し、横山(1999)の 50mメッシュ DEM による日本列島全体の地形表現が注目を集めていた。斜度、地上開度、地下開度という3つのパラメータで、フラクタルな地形を美しくわかりやすく表現できるというのだ。活火山も活断層も明瞭であったが、3 枚の白黒の図を別々に見る必要があった。これらを 1 枚のカラー図面に合成したらいいのではないかと、かねてからいろいろ試行錯誤は進めていたのだが、うまくいっていなかった。この手法をレーザ計測に適用してみようと考えたのである。
地上開度は尾根を強調するが谷がぼんやり、地下開度は谷を表徴するが尾根がぼんやりという長所と短所をあわせもっていた。まず、この2 枚の画像から尾根谷を示す画像を作成し、さらに斜度を重ねて 1 枚の擬似カラー画像することにした。そして、試行錯誤の果てに、赤色立体地図ができたのは調査の数日前であった。
初のレーザ計測を生かして成果を上げなければというプレッシャーや、等高線図や陰影図では、遭難の危険もあるという恐怖から、本気モードで取り組んだ結果であった。だから青木ヶ原樹海の複雑な地形が発明の母であり、わたしは発明の父に過ぎないということにしている。

3.溶岩地形判読

そもそも、溶岩表面の地形判読はわたしの得意とするところであった。27 歳のころに遭遇した、1983 年の三宅島噴火では、溶岩流の空中写真判読や現地調査でその複雑でテクトニックな形状に感動し、構造地質学から火山学に転向を決めた。その後、1986 年の伊豆大島噴火の調査では、溶岩噴泉を直近で見たり、割れ目噴火の発生の瞬間を目撃した。さらに噴火後の現地調査や地形判読を通して、溶岩表面の微地形への理解を深めていた。
そして、1989 年には、噴火後の写真を誰よりも早く見たいという理由で、アジア航測へ入社したのである。入社後は、主に火山防災の仕事に取り組みながら、雲仙岳1990-95 年噴火時の写真を用いてカラーで判読図を作成、防災関係者や研究者に提供するなどしていた。強調したいのは、私は樹木で覆われた青木ヶ原溶岩の微地形を何とかよく見たいと言う強い動機があったという点である。

4.実体視

火山に限らず、2 枚の空中写真を実体視する作業は、地形の理解にとって非常に有効である。しかし、その結果を的確に表現することが難しいという課題を抱えている。脳内に生じる立体的なイメージを外に取り出す手法、という言い方をしたほうがいいのかもしれない。一般に、他の人に情報を伝えるために、文字や図や数式を使うのだが、立体的なイメージはうまく取り出せない。できることは、写真の上に線を引くというとても原始的な作業を行うしかない。実体視をしながら片側の写真の上に線を引き、それを地形図に移写する。場合によっては、さらにGISソフト上でトレースする。このプロセスは、多数の工程と複数の人の手を経ており、様々な誤差要因がある。経験上、写真判読のGISデータはレーザ計測の結果とは合わない。
また、実体視をしても、見えるのは樹冠だけということも多い。こういった場合、樹木下に伏在する地形は、判読者が樹木高を推定して引くということが行われる。この推定は困難なことも多く、結果的に確実度の異なる情報が混在し、判読の個人差にも悩まされている状況であった。まして、意思決定をする立場のひとに、写真や判読図をみせても、緊迫した状況を伝わらないことも多く、地形判読の表現には大きな課題が山積していた。
また、それまでの地形表現手法は、主に地形図の背景として意図されたものが多く、地形判読の専門家が、そのために作成したものではなかった。だから、背景としての美しさや、立体感が求められることはあっても、しわや断差をあえて強調するようなものではなかった。

5.赤色立体地図の作成法

以下に千葉（2004）の作成方法を示す。
レーザ計測による地形データは、計測によるランダムなポイントデータと、それらを格子状に整理したメッシュデータに分けられる。さらにメッシュデータは、樹木や建物や橋なども含んだDSMと地表面のみを示すDEMに分けられる。
赤色立体地図は、DEMデータをもとに作成することが多い。メッシュのサイズは2002年当時は2ｍや1m程度のことが多かったが、最近では50㎝のものも増えてきた。
これらの生データは、国や都道府県や研究機関のオーダーで取得されることが多く、一般には公開されていない。ただし、日本国内の公共測量の成果については、国土地理院の基盤地図情報標高ということで、5ｍメッシュに加工されたものが広く公開されている。
赤色立体地図の作成には、３つのパラメータを使用する。斜度と地上開度と地下開度である。これをDEMから計算によって求める。最近のGISソフトの中には、計算できるものもあるが、自作することも困難ではない。地上開度の計算には、考慮距離の指定が必要である。大きくすれば、より大きな地形が表現に加味される。青木ヶ原樹海では、1メッシュサイズ1ｍに対し100ｍとした。開度は考慮半径内での地平線の角度を8方向計測し平均したものである。天頂との角度を地上開度、天底と裏側の地平線の角度を地下開度と呼ぶ。地形を裏返してから地上開度を求めれば地下開度となるが、ネガポジの関係ではない。次に、これらの3つの値から3つの白黒画像を作成する。斜度は大きい値ほど暗くなるように調整し、斜度画像とする。地上開度は大きい値ほど明るく、地下開度は大きい値ほど暗くなるように調整する。最大最小の値は任意に設定できるが、広く地形を比較するためには決めておいたほうがよい。次に地上開度画像と地下開度画像を乗算合成し、尾根谷度画像とする。これは、その言葉通り、尾根ほど明るく谷ほど暗く見える画像である。この際に、地上開度と地下開度のバランスを変えることも可能である。最後に、斜度画像を赤色に調整する。
これは傾斜の大きいところほど彩度が高くなるようにするもので、色相が赤ならばより赤みを強くするということになる。この画像を尾根谷度画像に乗算合成したものが赤色立体地図である。2002年当時、この1枚の画像（6000*4000）作成するために、約3時間を要した。

6.その後の進歩

色相として赤を利用することが多いために、赤色立体地図と呼ぶことが多いが、これは赤以外でも立体的に見えるので、特に赤に限定したものではない。2005年の国内特許は彩度と明度の組み合わせで立体感を生じるという点である。
その後、中国、台湾、米国でも特許を取得している。また、谷が深い場合、地下開度が大きくなりすぎ黒くなり見えなくなる場合があった。これに対応するために、谷を青緑色に明るくする方法を改良特許として取得し、最近はほとんどこれを使用している。
赤色立体地図によって、樹木を取り除いたレーザ計測結果、裸の地形を可視化できた。この発明は等高線に匹敵するという望外の評価をされたこともある。作成法の改良や応用については、現在も、鋭意進行中である。

文献

千葉達朗・鈴木雄介(2004)赤色立体地図赤色立体地図−新しい地形表現手法-,応用測量論文集,15,81-89.
横山隆三・白沢道生・菊池祐(1999)開度による地形特徴の表示,写真測量とリモートセンシング,38,26-34.

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2017年5月に開催された日本火山学会総会で
日本火山学会普及啓発賞をいただいた。
受賞対象は「赤色立体地図による火山特有の地形の表現の確立と、それを用いた火山活動理解への貢献」
ついては、秋の熊本大会で講演をせよということで予稿原稿

「赤色立体地図」のラボサイト開設

GISソフトの世界では最も有名な　ARC-GISのオンラインのページに
赤色立体地図の画像を紹介する　英語サイトができました
日本語も併記されているので、
わかると思います

徐々に紹介しようと、のんびり構えていたら
いきなり　インプレスに紹介記事が
それをうけて　yahooやgooニュースにも
インプレスの記事へのリンクが

サイトへのリンクがわかりにくいところに有ったので
なかなか　たどりつけていないようです

赤色立体地図ラボ
https://aas-arcgisonline.maps.arcgis.com/

首都圏の地形地質の特徴

1.はじめに
　日本の首都には約3700万人もの住民がおり，実質的に世界最大の都市です．しかし，自然災害も多く，地震，火山噴火，台風，洪水，高潮などの影響を受ける可能性があります．さらに，都市構造が脆弱であるにもかかわらず，経済的に価値のあるものが集積しています．ミュンヘン再保険機構は，2003年に世界の都市のリスク評価をおこない，日本の東京から横浜が世界で最もリスクが高いと指摘しました．

point=171（Hazard=10，Vulnerabillity=7.1，Exposed values=10.0）

しかし，古来日本人は，そのことは百も承知で住み続けています．繰り返される大地震や大火，火山噴火による火山灰や泥流，台風による洪水，津波やゴジラ．そこに，バラックを建てて，都市を再建して住み続けているのです．まさに，世界の謎です．いったい，どのようなところなのか，地形と地質をひも解いていきましょう．

2.赤色立体地図
　2002年，わたしはそれまでにない全く新しい発想の地図を発明しました．1枚で立体的に見える地図で，富士山の青木ヶ原樹海の調査の際に思いついたものです．この方法は，急斜面をより赤く，谷を暗く，尾根を明るく表限します．さらに，高度段彩をかさねて表現することが多いです．きょうは，この表現を使って，私たちの周りの地形を見てみましょう．

3.首都圏の地形
図１は，首都圏の地形図で周辺の海底地形も示しています．首都圏の南側には，相模トラフや駿河湾トラフと呼ばれる，水深2000ｍもの深い溝があり，フィリッピン海プレートの北限にあたります．相模トラフが震源となって1923年の関東地震が起きました．こまた，この辺りには火山フロントと呼ばれる，南北に連なる活火山の並びがあります．伊豆大島，箱根，富士山，浅間，榛名，赤城，と関東平野の西を取り囲むように並んでいます．これらの火山の噴火による火山灰が風化し，いわゆる関東ローム層の母材になっています．ロームは水はけがいいので台地を作り，都市の拡大には好都合でした．また，この図では，おおむね標高7mまでの地域を青く表現しています．いまから約6000年前の縄文時代の海の範囲を大まかに示しています．一方，海底地形も水深140m前後は黄緑色になるように着色しています．これは，今から2万年ほど前の最終氷期の海岸線の位置を示したものです．地形を理解するうえで，海面変動による影響を考えることはとても重要です．図２は，建物も表現したデータから作成した図で，東京・神奈川・千葉・埼玉付近の拡大をしています．鉄道，駅，道路も重ねてありますので，都市構造との関係もわかります．標高は，干渉色表現です．図3は，さらに都心部の微地形を拡大したものです．江戸時代以降の地形改変の過程がよくわかります．

4.まとめ
「地形の見える化」がいろいろなことに役に立てば幸いです．

レーザ計測による地震地震断層の研究

1.はじめに
平成28年（2016年）熊本地震では、4月14日（前震と呼ぶ）と4月16日（本震と呼ぶ）の2回、最大震度7（M 6.5、M 7.3）の地震が続けて発生し、その後もM5〜6クラスの地震活動が継続している。また，16日の本震に伴い，阿蘇市から御船町にかけて断続的に地表地震断層が出現した．地表地震断層やその周辺の変状把握は地震の理解や防災対策にとって重要である．このような変動や変位把握手法としてIn-SARは広域の変動を精緻にとらえられるが，断層近傍は変状が大きく不明瞭となりがちである．また，現地調査での変位量の認定は，地表に道路や畔などの既往の直線状構造物がある場合に限られる傾向がある．また，明瞭な地割れやずれをともなわない撓曲変形の認定は困難である．
地震の前後の航空レーザ計測の差分は，これらの断層近傍の詳細変形を明らかにするうえで非常に有効な方法である．これまでにもメキシコ(Oskin et al.,2012)や岩手・宮城や福島(Nissen et al.,2014)などで試みられており，大きな成果が得られている．

The 2016 Kumamoto earth quake is complete rupture for which pre- and post-event LiDAR data are available.A simple differencing of the gridded Digital Surface Models(DSMs) revealed spetacular images of fault zone deformation

2.測定
アジア航測では，2016年熊本地震による地表地震断層やその周辺の変形を解明するために，本震直前と直後の2時期に航空レーザ計測を行い，比較検討をおこなったので報告する．データの取得範囲は，嘉島町から西原村までで，取得密度は地震前が1点/ｍ2，発生後は4点/ｍ2点である.
2時期の比較を行う際の，誤差要因を減らすために，同一コース，同一計測システムで，同一の処理を行った．得られたデータをもとに，DSMを作成し，赤色立体地図とオルソ画像を作成した．さらに，DSMの単純垂直差分と，赤色立体地図による移動判読，ICPによるベクトル解析，さらに空中写真判読をおこなった．これらの結果をもとに，断層の位置や変形の広がりを推定した．

3.差分解析
まず、本震前後のLPデータより作成した50cmメッシュの数値表層モデル（Digital Surface Model、以下DSM）を用いて標高差分図を作成した。また、各時期の地形表現図（赤色立体地図、特許第3670274号）を作成した。この判読により、木山川低地の南北端に沿う2条の断層と、それに雁行する断層が確認できた。

3.赤色立体地図と写真判読による水平変位検討
次に、これら断層の変位を確認するため、益城町三竹北方付近のモデル地域において、DSMより作成した赤色立体地図上で畑の畦等の特徴点を目視抽出し、本震前後での水平移動方向と量を判読しベクトル表示した。また，同様に25㎝メッシュのオルソフォトの比較でも検討を行った．これらの成果ぁら、東西方向の断層は右ずれ断層と推定でき、北西―南東方向の断層は左横ずれ成分を伴っておいることが確認できた。判読作業はには個人差が避けられないので，客観性に課題がある

4.ICPによるベクトル計算
本震前後の点群データの変位量を計測する方法としてCCICP(Classification and Combined Iterative Closest Point)手法を用いた自動変位量抽出を試みた。これは指定した点周囲の移動前の点群について移動後の点群から点の周辺分布状況（線上・面上・散布状）が同じ最近傍点を探索するステップと、これらの対応点の間の剛体変換の算出を繰り返し行い、２つの点群間の移動量を計算するものである。1m2に4点程度の点密度の点群を用いて計算の結果、断層周辺で垂直移動と平行移動を精度よくとらえることができた。

4.CCICP
Movement between two point clouds before / after the main shock on 4/16 had been calculated automatically by point cloud registration with CCICP (Classification and Combined Iterative Closest Point) , where iteratively calculates rigid transformation in iterative process which first classifies point cloud into linear / planar / scatter points and minimizes point-to-plane and point-to-point distances between matching points of the same categories. The results of calculation with point clouds of about 50cm resolution shows precisely the tendencies of horizontal and vertical movement around the faults.

5.まとめ

文献
1）Oskin,M.E., et al.(2012),Near-field deformation from El Mayor Cucapah earthquake ewvealed by defferential LIDAR, Sciences,335,702-705,doi:10.1126/science.1213778.
2）Nissen et al.(2014),Coseismic failt zone deformation revealed with differential Lidar:examples from Japanese Mw〜8 intraplete earthquakes,Earth and Planetary Science Letters,405,244-256.