地球の周りを周回する衛星は、毎日数兆ピクセルの地球表面の高解像度画像を撮影します。以前は、そのような情報は主に政府または軍事専門家に提供されていました。しかし最近では、ほぼ誰でもそれを使用できるようになりました。
画像衛星を含むペイロードを軌道に乗せるコストが劇的に下がったからだ。高解像度の衛星画像はかつては数万ドルの費用がかかりましたが、現在ではコーヒー一杯と同等の価格になっています。
さらに、人工知能が進歩し続けるにつれて、企業は衛星画像で構成されるデータセットを含む巨大なデータセットから必要な情報をより簡単に抽出できるようになります。これらの画像を使用してビジネス上の意思決定を動的に行うことは SF のように思えるかもしれませんが、一部の業界ではすでに行われています。
以下は、この情報をどのように取得し、そこから利益を得るかの概要です。しかし、それを効果的に行う前に、まず最新の衛星画像がどのように機能するかを理解する必要があります。
地球観測衛星の軌道は、一般的に静止軌道 (GEO) と地球低軌道 (LEO) の 2 つに分類されます。GEO 衛星は赤道上空約 36,000 キロメートルに位置し、地球の自転と同期しています。地上から見ると、衛星の方位と高度は比較的一定のままであるため、衛星は静止しているように見えます。
もちろん、そのような軌道は通信中継に最適であり、人々は衛星テレビ受信機を家の周りの固定方向に設置することができます。さらに、GEO衛星は、地球の特定の領域を監視するために長時間画像を撮影するのにも適しています。ただし、GEO衛星は地上から遠いため、画像の解像度は非常に粗くなっています。そのため、これらの軌道は主に、広範囲にわたる気象の変化を追跡する観測衛星によって使用されます。
比較的静止しているということは、GEO 衛星が常にダウンリンク ステーションの範囲内にあることを意味し、数分以内にデータを地球に送り返すことができ、気象条件の変化に対するほぼリアルタイムの警報が可能になります。これらのデータのほとんどは NOAA から無料で入手できます。
LEO衛星は地上に非常に近いため、より高解像度の画像を取得できます。飛行高度が低いほど、得られる解像度は高くなります。たとえば、Planet は最近、衛星群 SkySat の解像度を 1 ピクセルあたり 72 センチメートルから 50 センチメートルに向上させました。これは、画像処理を改善しながら衛星の軌道を 500 キロメートルから 450 キロメートルに下げることにより、驚くべき進歩です。
市販されている最高の光学画像の空間解像度は 25 センチメートルです。これは、1 ピクセルが地上の 25 センチメートル x 25 センチメートルの領域を表すことを意味します。これはラップトップ コンピューターとほぼ同じサイズです。少数の企業が 25 センチメートルから 1 メートルの解像度でデータを収集していますが、業界ではこれが高解像度から超高解像度の範囲にあると考えられています。一部の企業は、中解像度から高解像度の範囲である 1 メートルから 5 メートルの解像度でデータを提供しています。最後に、NASA/USGS の Landsat、NASA の中解像度イメージング分光放射計 (MODIS)、欧州宇宙機関のコペルニクス衛星システムなどの政府プログラムは、オープン データ プロジェクトを通じて自由に利用できます。光学データの解像度は 10m、15m、30m、および250m は低解像度の部類に入ります。
最高解像度の画像を提供する衛星は最も低い軌道を周回しているため、一度に観測できるエリアは少なくなります。地球全体をカバーするために、衛星を極軌道に配置し、一方の極からもう一方の極まで移動することができます。地球が移動すると、その下で地球が回転するため、次に地球の周りを周回するとき、地球の別の領域の上に来ることになります。
ただし、多くの衛星は極の真上を通過しません。その代わりに、極地に近い軌道に配置されており、これは微妙な物理学を特に利用した特別な設計です。ご覧のとおり、自転している地球は赤道付近でわずかに外側に膨らみます。この余分な質量により、極軌道にない衛星の軌道がシフトしたり、（技術的には）歳差運動したりする原因になります。衛星運用者は、いわゆる「太陽同期軌道」に衛星を配置することで、この現象を利用することがよくあります。この軌道により、衛星は毎日同じ時間に特定の場所を繰り返し通過することができます。シェーディング パターンは実行間で変化しないため、これらの画像のユーザーが変化を検出して特定するのに役立ちます。
極軌道上の衛星が地球の表面全体を調査するには、通常 24 時間かかります。世界の画像をより頻繁に撮影するために、衛星会社は同じセンサーを搭載した複数の衛星を異なる軌道上で使用します。このようにして、これらの企業は、場所の更新された画像をより頻繁に提供できるようになります。たとえば、2021 年に打ち上げられる Maxar の Worldview Legion コンステレーションには 6 つの衛星が含まれています。
衛星が一定数の画像を取得した後、すべてのデータを処理のために地球に送信する必要があります。このプロセスにかかる時間は状況によって異なります。
DigitalGlobe (2017 年に Maxar に買収) は最近、1 分以内に衛星から地上局にデータを送信し、クラウドに保存することに成功したと発表しました。これが可能になるのは、返送される画像が地上局の駐車場の画像であるため、衛星がデータ収集ポイントとデータ「ダンプ」ポイントの間を移動する必要がないためです。
一般に、地球低軌道上の地球観測衛星は常に画像を撮影するわけではなく、特定の関心のある領域上空にある場合にのみ画像を撮影します。これらの衛星が一度に送信できるデータ量には制限があります。通常、地上局の範囲を離れる前にデータを送信するのは約 10 分間だけです。限られた時間内にダンプできる以上のデータを記録することはできません。
現在、地上局はほとんどが極の近くにあり、極軌道上で最も頻繁に訪れる地域です。しかし、Amazon と Microsoft の両社が世界中に地上局の大規模なネットワークを構築する計画を発表しているため、近いうちに最寄りの地上局までの距離が短くなることが予想されます。自社のクラウド サービス (アマゾン ウェブ サービスやマイクロソフトの Azure) を衛星通信事業者に販売している企業にとって、毎日収集されるテラバイト規模の衛星データのホスティングは大きなビジネスであることが証明されています。
地上局から遠く離れたエリアの画像を探している場合は、データの取得と送信の間に数時間の大幅な遅延が発生することが予想されます。さらに、データも処理する必要があるため、さらに時間がかかります。現在、最速のプロバイダーは収集後 48 時間以内にデータを提供できますが、すべてのプロバイダーがこれを実行できるわけではありません。この迅速な所要時間は最先端のものですが、理想的な気象条件下では、商業団体が新たな取得を要求すると、必要なデータは 1 週間以内に入手可能になります。
私は「画像」という言葉を使い続けていますが、衛星は通常のカメラとは異なる方法で画像を撮影することに注意することが重要です。衛星に搭載された光学センサーは、電磁スペクトルの特定の帯域の反射率を測定するように校正されています。つまり、地上のさまざまな場所から反射する赤、緑、青の光の量を記録している可能性があります。次に、衛星運用担当者はさまざまな調整を適用して色を修正し、隣接する画像を結合し、視差を考慮してトゥルーカラー合成画像と呼ばれるものを作成します。この画像は、空高く浮かんで真下を見ている高品質のカメラによく似ています。 . 画像。
画像衛星は可視スペクトルを超えたデータも収集できます。たとえば、近赤外線帯域は農業で広く使用されており、これらの画像は農家が作物の状態を判断するのに役立ちます。このバンドは、土壌水分やその他の判断が難しい地面の特性を検出するためにも使用できます。
波長の長い「熱」赤外線は、煙を透過して熱源を捕捉するのに優れており、山火事の監視に役立ちます。合成開口レーダー (SAR) 衛星は、雲量の影響を受けずに画像を生成し、太陽光の照明を必要としないため、より一般的になってきています。SAR 衛星については以下で詳しく説明します。
航空画像 (ドローンなど) は衛星データほど良くないのではないかと疑問に思われるかもしれません。同等の場合もありますが、多くの場合、衛星を使用する方が優れた戦略となります。衛星は、遠隔地やその他のアクセシビリティの問題によりアクセスできない場所の画像をキャプチャでき、紛争地域、私有地、または飛行機やドローンが飛行できないその他の場所でも役立ちます。
したがって、衛星を使用すると、組織はさまざまな遠隔地での変化を常に監視できます。たとえば、衛星画像を利用すると、パイプラインのオペレーターは、パイプラインが占有するエリア内の侵入を迅速に発見できます。これにより、同社は、近くの工事中に何者かが天然ガス管を切断するなどの大惨事を防ぐための措置を講じることができる。
アーカイブされた画像は、最近取得した衛星データと比較することもできるため、多くの業界に役立ちます。たとえば、保険会社は衛星データを使用して不正な請求（「家を購入したときに屋根が壊れたようです」など）を特定することがあります。金融投資会社は衛星画像を利用して、駐車場の満車状況に基づいて小売業者の将来の利益を評価したり、農家が現在の作物を報告する前に作物の価格を予測したりしています。
衛星画像は、不可解な特徴や活動の位置を特定または監視するのに特に便利な方法です。たとえば、アラバマ大学のサラ・パーカック氏は衛星画像を使用して、興味深い考古学的な場所を見つけます。オランダのコンサルタント会社 52Impact は、スペクトル シグネチャを識別するアルゴリズムをトレーニングすることにより、秘密ダンプの場所を発見しました。衛星画像は、主要企業が詳細を正確に報告できないあらゆるシナリオにおいて、違法漁業の発見、人身売買との闘い、石油流出の監視、新型コロナウイルス感染症による死者数の正確な報告などにも役立ちます。
衛星画像の利用は数多く成功しているにもかかわらず、調査ジャーナリストや NGO は衛星データを日常的に使用していません。これはおそらく、画像のコストのほんの一部さえも支払う余裕がないためでしょう。幸いなことに、現在、一部の低解像度衛星データは無料で入手できます。
無料の衛星画像を見つけるには、まず、Copernicus Open Access Center と EarthExplorer にアクセスしてください。どちらも無料のオープンデータを提供しており、画像の解像度は有料で購入したものよりも低くなりますが、制限された解像度でニーズを満たすのに十分である場合、お金を費やす必要はありません。
中解像度から高解像度のデータが必要な場合は、関連する衛星通信事業者から直接購入できます。この分野は最近合併と買収の時期を経て、少数のサプライヤーのみが残っており、西側のトップ 3 サプライヤーは米国の Maxar と Planet、ドイツの Airbus です。韓国のSI Imaging Servicesやシンガポールの21st Century Aerospace Technology (Asia) Ltdなど、アジアの大手サプライヤーもいくつかある。ほとんどのサプライヤーは商業支店を持っていますが、主に政府のバイヤーをターゲットとしています。また、多くの場合、最低購入数量が大量に要求されるため、数百かそれ以下の拠点を監視しようとしている企業には役に立ちません。
幸いなことに、衛星通信事業者に連絡することが唯一の選択肢ではありません。過去 5 年間にわたり、コンサルタントと現地代理店からなる家内産業が誕生し、独占的な業務を通じて特定の市場にサービスを提供してきました。サービス アグリゲーターや代理店は、クライアントに非常に魅力的な価格 (場合によっては画像 1 枚あたり数ドル程度) でデータセットへのアクセスを提供できる複数のプロバイダーとの契約交渉に何年も費やしています。Esri、L3Harris、Safe Software などの GIS 企業も、衛星画像プロバイダーと代理店契約を交渉しています。
従来の代理店は、当社のニーズについて話し合い、当社に代わってサプライヤーから見積もりを取得し、価格交渉を行い、画像取得や場合によってはデータ処理、アポロ計画、ヨーロッパ宇宙画像、Geocento、LandInfo、衛星画像などを優先するために営業担当者を派遣して私たちに連絡する仲介業者です。より革新的な代理店は、EOS の LandViewer や Apollo Mapping の Image Hunter など、希望の画像がアーカイブにあるかどうかを確認して注文できるデジタル プラットフォームへのアクセスを提供しています。
最近、新しいクラスのサービス アグリゲータが、クライアントに地球観測データセットへのプログラムによるアクセスを提供し始めました。これらの企業は、この種のデータを自社のアプリケーションやワークフローに統合したいと考えている企業に最適です。これらには、EarthCache と呼ばれるサービスを提供する、私が働いている SkyWatch 社も含まれます。他には、エアバスの UP42 やシナージスのセンチネル ハブなどがあります。
アカウントをアクティブ化するには依然として営業担当者に連絡する必要がありましたが (多くの場合、データの使用方法が会社のサービス利用規約とライセンス契約に準拠していることを確認するため)、営業担当者のアプリケーションにアクセスした後は、プログラムでリクエストを行うことができました。または複数のプロバイダーにアーカイブ データを注文してください。ただし、SkyWatch は、ユーザーが将来のデータ収集 (「タスク サテライト」) をプログラムで要求できる唯一のサービス アグリゲーターです。
現在、衛星画像は非常に豊富でアクセスしやすくなっており、現在進行中の 2 つの変化により、衛星データの機能がさらに拡張されます。それは、より頻繁な画像処理と合成開口レーダーの使用量の増加です。
最初の変化は驚くべきことではありません。より多くの地球観測衛星が軌道上に投入されると、より多くの画像がより頻繁に取得されるため、ある地域の衛星画像の頻度も増加します。現在、通常は週に 2 ～ 3 回ですが、繰り返しのイメージングはすぐに 1 日に数回になると予想されます。これは雲に覆われて必要な観察対象物が見えなくなるという課題を完全に解決するわけではありませんが、役に立ちます。
2 番目の変更はより微妙です。過去数年間、欧州宇宙機関のセンチネル 1 号 SAR ミッションの 2 つの衛星からの無料データにより、多くの企業が合成開口レーダー分野に参入するようになりました。
合成開口レーダーを装備した衛星は電波を放射し、地表で反射した信号を測定できます。データを画像に変換する賢い処理により、これを継続的に実行します。電波を使用することで、これらの衛星は雲を通して観測し、24 時間体制で測定値を収集することができます。使用するレーダーの帯域に応じて、SAR 画像を使用して、材料の特性、水分含有量、正確な動き、高度を決定できます。
この種のデータセットに精通する企業が増えるにつれ、衛星 SAR 画像の需要が高まることは間違いありません。軍は 1970 年代以来、衛星 SAR 画像を広範囲に使用してきました。しかし、それは商用製品に登場し始めたばかりです。しかし、これらの製品は劇的に成長すると予測できます。
実際、今日業界に投資されている資金のほとんどは、Capella Space、Iceeye、Synspective、XpressSAR などを含む大型合成開口レーダー群への資金提供に使用されています。まもなく市場は混雑しますが、これはお客様にとって非常に良いニュースです。つまり、昼も夜も、曇りでも晴れでも、1 時間 (またはそれ以下) ごとに撮影された、興味のある場所の高解像度 SAR 画像を取得できるようになります。
この情報を利用する素晴らしい新しい方法を人々が思いつくことは間違いありません。情報にアクセスできる人が多ければ多いほど、より良いことになります。SkyWatch の同僚と私はこれを深く信じており、私たちの使命は衛星画像を民主化し、できるだけ多くの人が衛星画像にアクセスできるようにすることです。
近い将来、地球観測衛星データは、もともと軍事分野でのみ使用されていた衛星技術である GPS と同じくらい普及する可能性があります。ある日、あなたが携帯電話を取り出して、「今朝、グローバー ポイント ハイツの土壌水分マップを見せてください。球場の床がまだそれほど濡れているかどうか確認したいのですが。」と言えるかもしれないと想像してみてください。
投稿者: デクスター ジャグラ
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