氏名佐々木崇徳博士の専攻分野の名称博士（工学）学位記番号博第４３号学位授与年月日成２１年３月１９日学位授与の要件学位規則第４条第１項該当学位論文題目衛星リモートセンシングによる未発見産業廃棄物不法投棄現場の早期発見 (Research on Development of Early Detection Method for Undiscovered Industrial Waste Illegal Dumping Site using Satellite Remote Sensing ) 論文審査委員（主査）八戸工業大学教授（副査）八戸工業大学教授（副査）八戸工業大学教授関藤田根城秀廣成隆安伯論文の内容の要旨大量生産・大量消費の現代において、資源問題とともに重大な問題となっているのが廃棄物問題である。特に、事業者から排出される産業廃棄物は、その膨大な量のため、処理にも莫大な費用がかかり、不法投棄も後を絶たない。そう言った産業廃棄物の不法投棄は、当然の事ながら人目につきにくい場所、例えば山間部などで多く行われ、投棄開始から発覚までにかなりの時間を要してしまう。そのため発見された頃には、周辺環境への影響が懸念されるほどその規模が大きくなってしまっている。また、不法投棄の発見に関しても自治体による地道なパトロールなど、人的コストがかさんでおり、視察対象の選定も周辺住民からの情報などに頼らざるを得ず、効率的とは言えないのが現状である。そこで本研究は、こういったケースに対して、広域的かつ継続的に環境情報を解析出来る衛星リモートセンシングを用いて、未発見産業廃棄物不法投棄現場を早期発見するための解析手法の開発を目的とした。以下に本研究で得られた成果をまとめて記す。 1。衛星リモートセンシングによる産業廃棄物不法投棄現場の環境解析早期発見法を構築する上で、産業廃棄物不法投棄現場の特徴を理解する必要がある。そのため、まず人工衛星による環境解析によって、産業廃棄物不法投棄現場がその周辺環境と比較してどのような違いを持つかを明らかにした。用いた人工衛星および搭載センサー類はアメリカ NASA の地球観測衛星 Terra および Aqua の MODIS、 Terra 搭載の ASTER から得られた ASTER DEM、フランス CNES の SPOT、日本のだいち(ALOS)である。このうち MODIS は直接受信によって、それ以外はデータを購入して解析を行った。各衛星およびセンサーは、 MODIS はスペクトル解析、植生解析、地表温度・熱容量解析に用い、 SPOT、だいちは植生解析、 ASTER DEM は地形解析に用いた。解析対象として用いた産業廃棄物不法投棄現場は、全国の 10 万 t を超える規模の大規模不法投棄現場 15 カ所を選定した。 1 植生解析は植物の構造に起因する近赤外光の強い反射と、赤色バンドの吸収を用いて計算される NDVI(正規化植生指数)を計算して植物の活性度を解析した。解析の結果、15 件中 12 件の産業廃棄物不法投棄現場において、周囲と比べ植生が著しく低い傾向が見られた。これは、産業廃棄物不法投棄現場に於いては、投棄のために森林が伐採されていたり、土壌の変化により周辺の植物の生育状況や種類に変化が現れているためであると考えられる。地表温度解析は MODIS により取得された熱赤外スペクトル分布から、Planck 輻射方程式を用いて温度を算出し、周辺との温度差について検討した。温度解析では 6 カ所の不法投棄現場で周囲とは地表温が異なるとの結果が出た。これらの場所に於いては投棄されている廃棄物の種類が発酵性や発火性を持つ物で、生物学的・化学的変化によって発熱していることが周囲との温度差を生んでいると考えられる。熱容量解析は、地表温度解析によって昼夜の地表温度差を計測し、さらに太陽放射から地面に吸収されたエネルギーを算出して比をとることで熱容量を求め、周辺との熱容量比について検討した。この解析では 15 カ所中 14 カ所が周囲と異なる傾向を示した。これは熱容量は物質が違うと異なる値を持つため、土中や地表に廃棄物等の周辺の土壌とは異なる物質が存在する為であると考えられる。地形解析は、 DEM データから、崖などの産業廃棄物不法投棄現場特有の傾向を持つ場所とについて分析・検討を行った。その結果、不法投棄現場のうち崖などの特徴に当てはまったケースは少なかった。これは大規模不法投棄現場は比較的大きな面積で平坦な場合が多く、小規模投棄のように道路脇の崖のような場所に投棄されているケースが少ないためだと考えられる。スペクトル解析については 10 カ所において特徴が見られた。これらのケースは野積み状態か処理が開始されている現場であるケースで、覆土された処理開始前の現場では特徴は解析できなかった。 2。不法投棄現場の傾向以上の各種解析法は、それぞれ産業廃棄物不法投棄現場における特徴を示すことができ、その情報からある程度現場の可能性のある場所を特定できることが明らかになった。しかしながらそれぞれの結果は、必ずしも廃棄物に限った結果というわけではなく、たとえば温度であれば地下に温泉などが存在する場合、植生であれば地形的要因による変化、熱容量では鉱脈や地下水などといったケースでも周囲とは異なる値が出ることが十分に考えられる。従って異常値が出ることがすなわち不法投棄現場であると断定することはできない。 3。早期発見法の構築と検証上述の結果をふまえ、熱容量、植生、地表温度およびスペクトル解析の 2 つ以上の特徴に合致するケースを不法投棄現場の可能性の高い場所として検出する方法を考案した。4 つの解析法のうち、産業廃棄物不法投棄現場の特徴として、すべてのケースで当てはまる可能性が高いのは熱容量解析である。不法投棄現場では、少なくともその場所や周辺とは異なる物質が地表または地表近くの地中に存在しており、熱容量に変化を与える可能性が高い。そのため熱容量解析を早期発見法におけるベースとし、さらに他の環境解析を組み合わせた評価関数を定義し、それによって産業廃棄物不法投棄現場の有無および可能性の高低を評価する。なお、各種解析結果は 0～1 の間の値をとるように規格化された評価値の形で用いた。開発した早期発見法の検証のため、既知の産業廃棄物不法投棄現場を含む地域と、いくつかの不 2 法投棄現場を含まない場所に於いて、 3$¥sim$6 箇所の評価対象点を選定して早期発見法を適用し、産業廃棄物不法投棄現場のみが適切に検出できるかを検証した。その結果不法投棄現場を含む 15 件に関してはすべてのケースで不法投棄現場が存在する可能性があると判定され、一方不法投棄現場を含まないケースにおいてもすべてのケースで可能性なしと判定できた。不法投棄現場を含むケースにおいてはすべてに於いて現場自体は可能性大と判定された。なお、5 件のケースでは現場以外に可能性中以上の判定が出た評価対象点があったが、いずれも可能性は中で、現場以外の 1 箇所のみにとどまった。以上の結果から、開発した早期発見法は一定エリア内における産業廃棄物不法投棄現場の有無および可能性の大小を検出することが十分可能であることが明らかになった。この早期発見法により検出された場所に対して自治体等が巡回を行い現地確認を行うことで、従来よりも早期に不法投棄現場を特定することができる。これまで、国内外における産業廃棄物不法投棄現場に対する衛星リモートセンシングに関する報告はほとんど例がなかったが、本研究による成果が先駆けとなり、ここ数年で徐々に注目され始めている。その中でも本論文で提案している早期発見法は先駆的であり、環境行政や廃棄物処理に対する寄与は非常に大きい。産業廃棄物不法投棄の早期発見により、規模の増大を防ぐことで環境へのダメージを最小限にとどめられるばかりでなく、いずれは不法投棄への抑止力としての応用なども期待できる。 3 ABSTRACT At the present age of mass production and the heavy consumption, waste problems are as serious as resource problems. Especially, in the case of industrial waste which is exhausted by enterprises, it costs to manage enormously for huge amount, and illegal dumping doesn’t stop. Such industrial waste is naturally dumped to the place that doesn’t attract public attention such as mountainous district, and it takes a long time from the beginning of dumping to discover the site. Therefore, scales of illegal dumping site have been growing by fearing the environmental influence when it was discovered. Moreover, the discovery of illegal dumping is not necessarily efficient under the present situation because it costs human resources as a steady patrol by municipality and the selection of inspection targets relies on information from residents. Accordingly in this research, it is aimed to develop early detection method for undiscovered industrial waste illegal dumping site using satellite remote sensing which is able to analyze environmental information over very wide area continuously. I would like to write down the summary of results given in this research as follows. 1. Environmental analysis of industrial waste illegal dumping site using satellite remote sensing It is necessary to understand characteristics of industrial waste illegal dumping site for development of early detection method. Therefore, I clarified difference between industrial waste illegal dumping site and its surroundings by environmental analysis using satellite remote sensing. Satellites and sensors used in this research is as follows: MODIS which equipped on Terra/Aqua which are NASA(U.S.A.)’s earth observing satellite, ASTER DEM which is equipped on Terra, SPOT which is CNES(France)’s satellite, and ALOS which is Japanese satellite. MODIS was received directly and other data were bought and analyzed. MODIS was used to spectrum analysis, vegetation analysis, land surface analysis, and heat capacity analysis. SPOT and ALOS were used to vegetation analysis and ASTER DEM was used to geographical analysis. 15 large scale illegal dumping sites of the scale that exceeded 100,000t were selected, and used as targets of analysis. As a vegetation analysis, NDVI(Normalized Difference Vegetation Index) which is calculated by using the absorption of red band and strong reflection of near infrared band that originates in the structure of the plant was used to analyze. As a result of analysis, the tendency that remarkably low NDVI was seen at 12 industrial waste illegal dumping sites compared with surroundings. This is thought that it is because the forest is deforested to dump waste or difference of the soil causes the change of growth and kind of plant. As a land surface temperature analysis, temperature difference between the site and its surroundings calculated by Planck equation using spectrum distribution given by MODIS was investigated. As a result, land surface temperature of six illegal dumping sites was higher than surroundings. Kind of waste of their site is fermentative and ignitable, and it is thought that they have caused temperature difference by biological or chemical change. 4 As a heat capacity analysis, heat capacity was calculated by the ratio of absorbed energy to land surface temperature difference between day and night, and heat capacity ratio of the site to surroundings was investigated. In this analysis, the tendency of difference from surroundings was seen at 14 sites. It is thought that this difference was caused by the different materials on and under the soil in the site from surroundings because heat capacity is different by each material As a geographical analysis, peculiar geographical features to industrial waste illegal dumping site like cliffs were analyzed and investigated using DEM. As result, the case that fulfilled the feature such as cliffs was few. This is thought that it is because area of illegal dumping site was large and flat. As a result of spectrum analysis, characteristics were seen at 10 sites. In these case, waste was piled up out in the open or management had been started. In these case, waste was piled up out in the open or management had been started. However, characteristics of site which was covered with soil and not started managements were not able to analyze. 2. The tendency of illegal dumping site Environmental characteristics on the industrial waste illegal disposal site were shown by above-mentioned various analytical methods. Moreover, it was clarified to be able to specify the place with possibility of illegal dumping site from this information. However, each result is not necessarily caused by only waste. For example of the case of land surface temperature, there may be hot spring under the ground. Geographical factor may cause a vegetation change, and vein and ground water can show different heat capacity from surroundings. Therefore, it cannot be concluded as illegal dumping site from only unexpected value. 3. Construction and verification of early detection method In consideration of the above-mentioned result, I designed the method of detecting as a place with the possibility of illegal dumping site by two or more characteristics of environmental analyses such as heat capacity, vegetation, land surface temperature and spectrum. In four analyses, the analysis of characteristics which can fulfill almost all industrial waste illegal dumping sites is heat capacity analysis. In illegal dumping site, at least there are different materials from surroundings on or under the soil, and the possibility that the change of heat capacity caused by them is high. Therefore, early detection method is based on heat capacity analysis, and possibility is investigated by combining other analytical result. Incidentally, each analytical result was normalized to the value from 0 to 1 to use as evaluation value. For the evaluation of developed early detection method, detection experiment was conducted by applying the method to 3-6 points in the area where includes some known illegal dumping site. For the comparison, another area where does not contains illegal dumping site were used to the experiment. detection experiment was conducted by applying the method to 3-6 points in the area where includes illegal dumping site and some other area without it. On the other hand, in the case of the area without dumping sites, all of them were judged that thses area does not contains illegal dumping site. As a result, all of 15 sites were detected as high possibility site. In five cases, another point was detected, but only one point other than the site. 5 According to this result, it was clarified that existence and posiibility of illegal dumping site in a certain area is possible to be detected by the developed early detection method. The illegal dumping site can be specified earlier than hitherto by patrolling and confirming by municipality the place detected with this method. There were few reports about satellite remote sensing on industrial waste illegal dumping site inside and outside our country hitherto. However, these have begun to attract attention by result of this research. This early detection method is pioneered, and contributes to the environmental administration and waste management greatly. Early detection of industrial waste illegal dumping sites can be expected to not only suppressing damage to environment by preventing from enlargement of the site, but also suppressing illegal dumping in the future. 論文の審査結果の要旨近年の高度経済成長に伴う産業廃棄物不法投棄の増加は、周辺環境の汚染や住民の住環境への影響、処理のために発生するコストなど、様々な社会問題を引き起こしている。特に規模が数万トンを超える大規模な事例に関しては、その影響の大きさからも緊急な対策が求められる一方で、次々と新しい事案が発見されている。このように不法投棄現場が大規模化する要因として、不法投棄の発見の遅れがあげられる。従来の不法投棄の発見は、自治体による巡回および行政査察が主であり、巡回対象も土地利用状況から分かる程度の空き地や、届け出のある廃棄物処理場などに限られている。実際の大規模不法投棄現場はこれら以外にも山間部等の人目につきにくく、巡回が困難な場所も多い。また巡回周期も長く、特に処理場における不正処理に関しては、不法行為と覆土などの隠蔽工作が同時に行われるために発見自体が困難である。そのため、広域かつ継続的な環境観測によって、可能な限り早期に不法投棄現場を発見することは非常に重要であり、そのためには衛星リモートセンシングが有用である。本論文では衛星リモートセンシングを用いて産業廃棄物不法投棄現場に関する環境解析を行い、不法投棄現場が周囲の環境とどのように異なるかを明らかにし、さらにこれらの解析によって得られた知見を元に、産業廃棄物不法投棄現場の早期発見方法を考案した。本論文は６章で構成され、衛星リモートセンシングによる産業廃棄物不法投棄現場の環境解析および早期発見方法について論じている。第１章は序論であり、本研究の背景と従来の不法投棄の発見に関する問題点について総括を行ったうえで、研究目的について述べている。また、本研究に於いて提案する早期発見法について、評価関数の組み合わせ方など、基本となる構成について述べている。第２章では、本研究で用いる衛星リモートセンシングの定義と原理、用いた人工衛星とセンサー類について概説し、さらにリモートセンシングデータの基本的な補正法について述べている。第３章では、衛星リモートセンシングによる産業廃棄物不法投棄現場の環境解析について、解析対象とした 10 万トン以上の大規模不法投棄現場について概説し、QuickBird、だいちなどの高解像度衛星を利 6 用した光学解析、ASTER DEM(デジタル標高モデル)と SPOT 衛星を併用した地形解析とについて述べ、さらに投棄量推定に用いる過去地形の推定法を提案している。また、MODIS（中分解能撮像分光放射計）や SPOT 衛星を用いた NDVI(正規化植生指数)による植生解析を行い、不法投棄現場は周辺と比較して植物が少ないという傾向を明らかにしている。地表温度解析については MODIS の広帯域なスペクトル情報から Planck の輻射方程式に基づいた温度計算を行い、廃棄物の種類によって周辺よりも地表温度が高くなる傾向を持つ現場があることを明らかにしている。さらに廃棄物の有無を判定するために、MODIS データによる熱容量解析法を考案しており、廃棄物の存在により現場と周辺の熱容量に差異が現れることを明らかにしている。第４章では、第３章により得られた結果から、各環境解析による特徴に対する評価関数を定義し、それを元に産業廃棄物不法投棄現場の早期発見法を提案している。不法投棄現場においては各種環境解析のうち２つ以上のケースについて周囲と異なる値を取ることが多く、また、そのうち熱容量についてはほぼすべての不法投棄現場で差異が現れることから、早期発見法における不法投棄現場の判定ではこれらの要素の重みが考慮された評価関数が新たに定義されている。第５章では、第４章で提案した早期発見法の検証のためにケーススタディーを行い、考案した早期発見法を実際に適用して不法投棄現場の可能性の評価を行っている。解析対象地域内に実際に不法投棄現場が存在する場合は、その現場のみにおいて評価関数が際だって高い値を示しており、一方で不法投棄現場が存在しない場所については全体的に低い値を示し、早期発見法の有効性を明らかにしている。第６章は本論文の結論であり、本研究で得られた結果をまとめたものである。これまで国内外に於いて、産業廃棄物不法投棄現場の解析に衛星リモートセンシングを用いた例は少なく、特に早期発見に関する研究はほとんど報告されていない。中でも本論文のように産業廃棄物不法投棄現場の存在を定量的に評価した例はない。従って、本論文で提案している早期発見法による、今後の環境行政や廃棄物処理に対する寄与が非常に大きい。早期発見により環境の保全や処理コストの低減、さらには不法投棄への抑止力としての効果なども期待され、工学的意義は十分に高い。よって、本論文は博士（工学）の学位論文として十分な価値を有するものと認める。最終試験の結果の要旨本論文は、英文学術論文 3 編、和文学術論文 1 編、国際会議論文 5 編、口頭発表 14 編、報告 2 編の合計 25 編の公表結果を基に構成されている。また、学術論文 3 編と国際会議論文 5 編の合計 8 編が英語を用いたものであり、外国語の読解力および会話力が十分あると判断できる。博士学位論文の予備審査と本審査において、本人は物理的理論、リモートセンシング分野および産業廃棄物不法投棄の現状や課題、工学的解決法など幅広い質疑に対して、的確に答弁を行っており、関連分野における十分な専門知識と研究展開能力を有していると判断できる。よって、最終試験に合格と認める。 7