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リモートセンシング分野における
IDLの利用
− 私とIDL −
牛尾知雄（大阪大）
本日のOutline
IDL（Interactive Data Language）とはどのようなものだ
ろうか？私の研究経験を交えて紹介。
IDLは、強力なグラフィック機能を有するソフトウェア

同時に、高度なアルゴリズム開発やデータ処理、計算な
どに極めて有効な計算言語

即ち、単なるグラフィックソフトではない。

CやFortranなどと同様な一種のソフトウェア言語

このようにグラフィック機能と計算機能が両立しているた
め、Codingが極めて効率的
このようなことを実例を交えて紹介したい。
私とIDL
1998年大阪大学大学院修了博士（工学）
IDLは全く知らなかった。
とある有名な研究グループの論文中にIDL（Interactive
Data Language)という語句を発見。これは何だ？
広帯域干渉計（於ダーウィン）
放電路の電磁波計測による可視化
From NMT
私とIDL
1998年米国航空宇宙局（NASA）博士研究員
IDLをまず学べ！米国では、CやFortranと並んで
Defaultだった。
使ってみての感想
Codingが大変楽。Cに比して、実感では5分の1の効
率。
強力なグラフィック機能
TRMMプロジェクト
Global Lightning Distribution
NASAでの使用環境
LinuxもしくはSGI/UNIXベースでの使用
エディタはviもしくはemacsが主流。基本、コマンドライン
での使用
しかし、私はIDLDEを使用。
グループ全体で、10ライセンスの集合ライセンス使用
数多くのライブラリがグループ内で流通
例えば、ポストスクリプト処理、緯度経度・直角座標変換など
これらの幾つかは、現在でも研究室内で流通
研究室のデータ形式は、HDFファイルを扱っていた。
IDLを用いれば、極めて簡単にデータを読むことができた。
Global Lightning Annual
Climatology
From MSFC/NASA
衛星からみた雷放電
衛星データの可視化
地上で観測される雷放電
Lightning Mapping Array
(New Mexico Tech)
地上からみた雷放電
From MSFC/NASA
私とIDL
2000年大阪府立大学航空宇宙工学科助手

これは良い、凄い！！日本でも、導入しよう！

研究室で少しづつライセンスを購入

衛星データの解析やレーダデータの可視化に利用

全球降水マップの作成
グラフィックだけではない！！
降水マップ作成アルゴリズムは、様々な関数や解析機
能を多用して開発
例えば、カルマンフィルタ、非線形最小二乗法
その他、画像処理機能、周波数解析機能
さらに、リアルタイム処理システムで実際に運用
GSMaP Structure
Infrared (IR) Data
画像2次元相関処理
移動ベクトルの算出
平滑化・移動平均
11.4 μm Geo IR
Present
1 hr Moving Vector
11.4 μm Geo IR
1 hour before
Microwave Radiometer (MWR) Data
Predicted GSMaP
Kalmanカルマンフィルタ
Filter
for MVK
最小二乗近似
1 hr MWR
Present
ベイズ統計処理
Optimization
using
Gauge data
GSMaP Data
GSMaP_NRT or MVK
GSMaP_Gauge_NRT
1 hour before
Climatological calibration through
the calibration on a daily basis
GSMaP_NRT or MVK
GSMaP_Gauge_NRT
Present
24 hours
Integration
CPC Global Daily Gauge
GSMaP_Gauge
赤外・マイクロ波放射計複合アルゴリズムによる
降水量（1時間値・2005年7月8日）
（緯度経度0.1×0.1度, hourly）
（緯度経度0.1×0.1度, hourly）
雲移動ベクトルの利点：高水平分解能（0.036×0.036度）の雲移動ベクトル
データによって、短い（～数十分）計算時間で時間方向に補間できる
台風に伴ってもたらされる雨
私とIDL
2006年大阪大学に赴任
IDLは、研究室のDefaultになった。
レーダの研究への適用
画像化とレーダ数値シミュレーション
こうした現象を観測し，現状把握に大きな威力を発揮するのが，レーダを代表
格とする電波リモートセンシング技術
RADAR=RAdio Detection And Ranging
レーダの原理
「電波を使って目的物を探し，その距離を測る」もの
レーダ観測イメージ図
レーダが
電磁波を照射
散乱体（雨粒）が
電磁波を反射・散乱
•送信アンテナから電磁波
を照射する。
•送信アンテナから照射された電磁波が，
物体に当たることで反射・散乱する。
散乱された
電磁波を観測
•反射・散乱された電磁波を受信
アンテナでキャッチすることにより，
その到来⽅向・距離を測定する。
High Resolution RADAR System
Broad Band Radar Network
Phased Array Radar
2012年7月6日22時49分39秒～23時59分39秒
右図の赤い線に沿ったRHI
仰角4.35度におけるPPI
プレスリリース等
• 見学および視察
例：総務省政務官，内閣府審議官，総務省審議官，国土交通省参事等政府関係者
，自治体関係者，電機メーカ，国研，コンサルタント，国内外の大学等
計 500人以上（2012年9月から現在までの累計）
TVニュース：NHK
フジテレビなど多数
新聞：
TV番組：
・TBS「夢の扉＋」「世界最高性能
のレーダを駆使し竜巻を捉える！」
2013年12月15日
・NHK for School，学ぼう防災地
球の声を聞こう（小学高学年用）
・『中学理科教科書』（平成28年以
降用）啓林館，に本研究成果が，掲
載予定
報道機関向け説明会の様子
内閣府審議官のご訪問
日経（全国）
読売（大阪）など多数
読売新聞 2012.9.1 （1面掲載）
Site map
Osaka
LF
Coverage of PAR
60km
LF
LF
BBR LF
LF
BBR
VHF
PAR
LF
LF
BBR
LF
LF
LF
Observation coverage areas
LF
VHF
Tokyo
LF sensor station
GPS
USRP N200
Laptop
LF sensor
Data saver
in Osaka Univ.
WiMAX
Specification
Sampling rate
4MHz
Resolution
14 bit
Recording length
200 ms
Time constant
200 μs
CAPPI and LF locations
3D locations
19:00:27
19:00:06
3D locations
19:00:27
B
B’
19:00:04
3D locations
Positive charge region (PCR)
Negative charge region (NCR)
19:0:4
CC
B’
• The altitude of initiation is 7km and above the core
• Most sources are located 10 km in altitude
• Some sources are located below the initiation
B
フェーズドアレイレーダの数値シミュレーション
Truth
Beam
former
コロラド州立大
CHILL National Radar Facility
の実測データを利用
Capon
MMSE Beam Forming
2
H
⎤⎤
J m = min ⎡ E ⎡ xm,l − w MMSE
y
l
m
⎥⎦ ⎥⎦
w MMSE m ⎢
⎣ ⎢⎣
⇔ w MMSE m = E[ x(θ m ) ](SR x S H + R v ) −1 s(θ m )
2
cMMSE
Yoshikawa, E., et al, MMSE Beam Forming
on Fast-Scanning Phased Array Weather
Radar, IEEE Trans. Geosci. Remote Sens.
JEM-GLIMS
¾ JEM-GLIMS is a space mission dedicated to observing
lightning & TLEs with the nadir view from the ISS.
ISS
¾ JEM-GLIMS started continuous observations since
Nov. 2012. Normal operation is still ongoing.
sprites
© JAXA
JEM
© NHK
JEM
Exposed Facility
OBJECTIVE
1. Nadir observations of lightning and
TLEs from JEM-EF,
2. Identification of horizontal
distribution and occurrence
condition of sprites,
3. Identification of global distributions
and occurrence rates of TLEs and
their seasonal / LT dependences.
MCE
© JAXA
GLIMS Launch
H-IIB / HTV3 Launch
July 21, 2012 02:06:28 UT
©JAXA
GLIMS deliverly
HTV3 Approach & Docking
July 27, 2012
©NASA, JAXA
Attachment to MCE
MCE Installation
August 9, 2012
©NASA, JAXA
Attached to MCE Exposure Module
MCE Installation
August 9, 2012
©NASA, JAXA
VITF-E
(VHF interferometer)
/ SOHLA-1
SHU
/ SPRITE-SAT
lens & filter
cover
connector &
cables
housing
PH
(photometer) / TARANIS
LSI
(due to
the
safety
requirem
ent of
ISS)
VLFR
(CMOS camera) / SPRITE-SAT
(VLF receiver)
/ SPRITE-SAT
GLIMS and MCE
SIMPLE
REX-J
IMAP/VISI
HDTV
IMAP/EUVI
GLIMS/VITF-ANT
GLIMS/VLFR-ANT
GLIMS/LSI
GLIMS/PH
Nadir
GLIMS/VITF-ANT
定常運用での科学成果
Period : 2012/ 11/ 20 - 2014/ 01/ 31
3,131 events
2012/12/25 12:49:04UT
2013/01/30 04:20:58UT
2013/01/01 19:36:17UT
10km
10km
2013/01/18 17:04:59UT
2012/12/29 00:16:20UT
10km
2013/03/22 22:10:47UT
10km
2013/03/29 13:20:05UT
2013/02/11 02:45:02UT
10km
10km
10km
Fig. JEM-GLIMSのLSIで観測された雷放電発光の例
数千例以上の雷放電イベントの検出に成功している
10km
これからのIDL
Codingが極めて楽なことから、今後も当研究室の主力
さらに楽な機能が、Ver.８以降に搭載されている模様
これは期待できる。
まとめ
IDLは、高度なアルゴリズム開発やデータ処理、計算な
どに極めて有効な計算言語
即ち、単なるグラフィックソフトではない。
CやFortranなどと同様な一種のソフトウェア言語
このようにグラフィック機能と計算機能が両立しているた
め、Codingが極めて効率的
以上のことを、私の経験から実例を交えて紹介した。

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