地震や噴火、大水害などの危険地帯を地図が警告する! ――「赤色立体地図」が活断層や地形の凹凸を3次元的に表現

アジア航測株式会社フェロー、千葉達朗氏。火山の噴火による溶岩流などでできる地形・地質調査の専門家である。地形の立体表現技法「赤色立体地図」(特許第3670274号など)を発明した人物だ。
赤色立体地図とは、線も記号も光影も使わず、赤色のグラデーションを用いて実際にそこにある地形を、立体的に見せる表現技法で、21世紀のマップスタンダードといわれる。回転しても、拡大・縮小しても立体感は失われず、等高線や衛星写真などとの重ね合わせも得意だ。地震や噴火、大洪水などの自然災害地帯も3次元的に表現されており、驚くほど地形が良く分かるため、近年特に各方面から注目されている。
地図業界の常識を打ち破る発想で、地形の凹凸がひと目で分かる赤色立体地図を生みだした千葉氏に、その発明秘話や、火山噴火、地震、地形から分かる自然災害などについてお話を伺った。

樹海の調査を目前にして、次第に遭難の恐怖を感じるようになった

――火山学者が斬新な地図を発明された。そのいきさつは何だったのでしょうか。

千葉 2002年、当社は国土交通省富士砂防事務所の委託を受け、青木ヶ原樹海の地形・地質調査を行うことになり、それに先だって航空レーザー計測を実施しました。
詳細な地形が分かる1メートルメッシュで実際の地面の起伏を数値化し、1mDEM(Digital Elevation Model:数値標高モデル)データを得ます。高度約1000メートルを水平に飛ぶ航空機からレーザー光線を発射し、その反射光が戻ってくるまでの時間から地面の高さを測定するという手法です。レーザー光線は対地高度約1000m付近から、ほぼ真下方向に1秒間に3万3千発という小刻みな間隔で発射されます。地上では直径20㎝位に広がるので、樹木の隙間を縫って地面に到達する割合が高くなります。高さの精度は±20㎝程度ですが、樹木に覆われた場所でも、地形を丸裸にして把握できるようになる、というわけです。

千葉さん

ちなみに、青木ヶ原樹海は約1100年前の貞観噴火によって流れ出した溶岩の上に樹木が育ってできたものです。木々や苔のおかげで溶岩は土砂に埋まったり侵食されたりすることなく残り、火口などの微地形も当時のまま残されています。航空レーザー計測により、樹木に覆われ、守られてきた当時の地形を把握できることになったわけです。この手法で、立入禁止の古墳などの形状も同様に計測できます。

ところが、青木ヶ原樹海の現地調査に出発する直前、地形・地質調査担当だった私はレーザー計測部門から渡された等高線図の束(1mDEMデータから作られたもの。縮尺1/25,000で50枚以上)を前に、途方に暮れていました。数日間の判読作業の結果、樹海の地形は想像していた以上に複雑で凹凸していることが分かったのです。火口以外にも溶岩トンネルや溶岩皺によってできた窪地、孤立丘が無数にあり、等高線はまるで伸びきったゴムバンドをばらまいたように見えました。また、等高線のそれぞれには高度が付記されていなかったため、どこが凹でどこが凸なのかも把握できないことすらありました。等高線に問題があったのです。しかし、等高線を使用しない手法で表現しようにも、陰影図や斜度図、高度段彩図など、さまざまな描写法の地図はどれも一長一短で、1枚で複雑な地形を表現できなませんでした。いったん迷い込んだら出られないといわれる青木ヶ原樹海で使うには難がある。調査を目前にして、私は次第に遭難の恐怖を感じるようになっていました。

樹海潜入調査の1週間前、生命線となる「赤色立体地図」を発明!

――樹海調査に出かける日は刻々と迫ってくるのに、まさに八方塞がりの状態ですね。

千葉 そうです。ただ、人間、ピンチはチャンスといいます。腹をくくって、自分で新しい地図を作ることにしました。まずはレーザー計測部門から膨大な1mDEMデータを取り寄せました。従来の等高線図などでは、航空レーザー計測で得たデータすべてを活用しきれなかったので、「何とかして生のデータを全部見えるように表現したい」という思いがありました。原理については後ほど説明しますが、徹夜で1枚目の赤色立体地図を完成させ、作成マニュアルを作りました。そこで、3人で手分けしてコンピューター複数台を駆使し、辛うじて3日間で残りの50枚を完成させ、印刷して樹海調査に持参しました。
こうして赤色立体地図は必要に迫られ誕生したわけですが、実際に樹海の中でも、この地図のおかげで自分のいる位置がよく分かることを立証できたのです。周囲の地形パターンを見渡し、赤色立体地図内の現在地を探すと、「今ここだ!」と直感的に分かる。もちろん方位磁石なども使いますが、樹海で現在地を簡単に確かめられるようになったことは非常に大きな進歩でした。

実は以前から、航空レーザー測量で得られた2次元的なDEMデータを、いかに3次元的に見せるか、という検討は続けていました。2001年、三宅島噴火後に現地調査に出向いた際、悪天候でまるまる3日間も神津島に足止めを食らいました。波が高く三宅島に移動できなかったのです。宿で待機中にコンピューターをいろいろいじっていたところ、尾根谷が識別できるパラメーターを見つけました。こうした下準備が整っていたので、2002年に青木ヶ原樹海の調査の1週間前に何とか赤色立体地図の完成に漕ぎつけることができたのです。

千葉さん

青木ヶ原溶岩火口付近の赤色立体地図

――赤色立体地図はどのような原理で作られているのですか。

千葉 赤色立体地図は、急斜面ほどより赤く(彩度が高く)なるように調整した斜度画像と、尾根谷度に比例したグレースケール画像を乗算合成して作成します。尾根谷度は、「地上開度」から「地下開度」を引いて2で割って求める値で、尾根ほど明るく、谷ほど暗くなるように調整しました。
なぜ赤なのかというと、人間の目が赤を見ることを得意としているからです。酒を飲んだ人を顔色で見分けたり、刺身や肉の鮮度を赤みで判断したりすることはよく経験するところです。また、赤を用いた場合に最も強い立体感を生じ、さらに微妙な傾斜変化を認識しやすいことが分かっています。また、赤色立体地図は色覚異常のある人でも片目しか見えない人でも、立体的に見えるように配慮しています。

有珠山赤色立体地図。赤が最も立体感を生じる

有珠山赤色立体地図。赤が最も立体感を生じる

明治時代から使われている等高線図というのは、ガリ版でも刷ることができるような白黒2値の表現が基本ですから、現在のパソコンや印刷技術の豊かな色表現を使えなかった時代のものなのです。地形表現でこのフルカラー表現をまだ使えていないのではないか。また、従来の地図が重要視していたのは、道路や建物といった構造物で、赤い色は、そういう重要なものに使うべき色でした。地形は背景(くんせんやぼかしと呼ばれる技法)であり、出しゃばってはいけないと考えられていました。一方、火山学者である私はむしろ背景である地形の皺や岩場の形状を、強調して見たいので、背景の地形にタブーの赤を使ったわけです。

 

千葉さん

今日のネクタイは有珠山の赤色立体地図をプリントしたもの

赤色立体地図を生んだ若い頃からの素地

――地形を見るための地図を探究し、ついに誰も考えつかなかった地図をつくり出されたわけですが、例えばコンピューター・グラフィックスなどさまざまなことへのご興味も発想力の源泉になっているのでしょうか。

千葉 高校時代は受験勉強から逃れるように、創造性開発のための手法である「KJ法」や「京大式カード」に惚れ込んでいました。独創性を発揮してこれまでに無いものを生みだす方法論について読みふけったり、いろいろ試したりしていたことを思い出します。
CGについては、Photoshopをバージョン1から使っていましたし、NIH Imageという数値から画像を作るソフトなども早くから活用するなどしていましたね。パソコンの出始めの頃はプログラミングに凝っていろいろ作っていました。論文を書くために自分で日本語ワープロを作り、それを使っていた時期もありました。技術評論社の『The BASIC』で連載を持っていたほどで、プログラミングは好きでした。
また、学生時代は写真部と美術部に所属していました。美術部でクロッキーをやるときに黒か茶色のコンテ(描画材料)を使うのですが、茶色のコンテの方が立体感を出しやすいと感じていたのも、考えてみれば赤色立体地図の赤い色につながっているかもしれません。

――大学入学時に、渋谷の地形に関する「発見」を自己紹介がわりに披露されたと伺いました。

千葉  少年時代から地図を見て地形を想像したりするのが好きな子どもでした。それで、故郷の石巻から上京し、大学に入学したとき、ワクワクしながら真っ先に神田にある大きな本屋さんに向かいました。東京23区すべての2万5千分1地形図を買い求め、嬉々として帰ったのを今でも覚えています。アパートの部屋いっぱいにそれらを広げ貼り合わせて、地図の等高線を丁寧に色分けしていくうちに、いろんなことが分かりました。その時、渋谷の地形に関する「発見」をしたのです。それを大学の自己紹介がわりに披露したところ、大好評を博しました。
昔からよくいわれるように、地名はその土地の由来や成り立ちを表しています。渋谷の隣の駅は『表参道』、その先は『外苑前』『青山一丁目』と続く。渋谷には谷という漢字があり、青山には山という字がある。理屈は簡単。銀座線を青山から渋谷まで水平に走らせようとすると、渋谷駅は谷底に位置するのでビルの3階にしなければならなかったのです。
「地下鉄銀座線『渋谷』駅のホームが、なぜビルの3階にあるのか」という謎を、石巻から上京したての私が、2万5千分1地形図を使って解明して見せたので、大いに受けて一躍人気者になったというわけです。

伊豆大島の火山噴火のリアルタイム・シミュレーションに、赤色立体地図模型を活用

――赤色立体地図は、災害時や災害予防にどのように活用されているのでしょうか。

千葉 防災対策に使うハザードマップは、背景が立体的に見えればより分かりやすいものになります。東日本大震災後、故郷・石巻市の赤色立体地図を作って寄贈しました。津波警報が出たら、どこが危険でどこに避難すればいいかがひと目で分かるので、日ごろから心の準備ができます。

伊豆大島では立体の模型の表面に赤色立体地図を描いた精密模型を作りました。これは東京都の仕事です。火山噴火は、事前にどこに火口が開くか予想できないことが多い。噴火が始まって火口の位置が分かってから、すぐにコンピューターでオンタイムにリアルタイム・シミュレーションを行うべきなのですが、実際はコンピューターの計算を詳しく精密にやろうとすると、計算時間よりも溶岩流の流れの方が速いことがあります。計算している間に溶岩流が流れてきてしまうのです。その点、模型の上で液体を流せば、溶岩がどちらに流れていくかをす早く予想できます。液体の粘度などを変えながら30通りくらい試し、最終的にリンス入りシャンプーに水を加えたものが良さそうだというところまで分かりました。赤色立体地図模型さえあれば、どこでも入手できる材料を溶岩に見立て、停電時にも現地で簡単にシミュレーション実験を行えるようになります。

千葉さん

立体の模型の表面に赤色立体地図を描いた伊豆大島の赤色立体地図模型

先ほど渋谷駅周辺は谷底にあると言いましたが、大都市で生活する人間こそ、もっとビルの足下の地形を意識し、理解しておくことが大切です。都市型洪水による水害や、いつかは必ず起こる、首都直下地震、帰宅難民となる日などに備えておくためにも、自宅だけでなく職場や通勤経路など身近な場所の地形をしっかりと頭に入れておくことは非常に重要です。赤色立体地図をぜひ上手に活用していただきたいと思います。

千葉さん

――ここ数年、日本列島は火山活動が活発化しているといわれています。

千葉 火山活動については、もっと大きな時間軸で捉える必要があります。例えば阿蘇山にしても、わずか10万年前には日本全体に被害が及ぶような大噴火をしているわけですから、ここ数年の噴火で驚いている場合ではないということがいえるでしょう。

富士山は江戸時代中期の1707年(宝永4年)に起きた宝永大噴火以来、この300年間噴火していません。富士山には多数の火口がありますが、次はどこの火口になるかはよく分かりません。しかし、富士山の地下には「マグマ」がどんどん貯まっていて、いつか表に出てきます。それがいつなのかは分かりませんが、それを仮にXデートすると、1日ごとにXデーまでの日にちが短くなっていることは間違いないわけです。「今日も噴火しなかったから安心」と捉えるのではなく、「今日も噴火しなかったから、マグマの貯金は増えて危険になっている」と考えなければいけません。

富士山の山頂からの最後の噴火である2200年前の噴火は、非常に大きな規模のものでした。高温のマグマを高く吹き飛ばし、周囲にスパター(溶岩のしぶき状の塊)を飛ばして、それらが積もり、自らが出てきた穴を塞いでしまいました。その後はずっと山腹割れ目噴火です。山頂には大内院という大きな穴が開いていますが、周囲の火口の淵の一番上に座布団のような溶岩が載っています。これがその名残です。

富士山の次の噴火が山頂から起きるのか、あるいは割れ目噴火になるのかなどの予知は今のところ難しいですね。200メートルボーリングして高感度の地震計や傾斜計を付けている観測点が富士山麓に6カ所以上あります。それで何とか前兆を捉えられるのではないかと見られています。ただし、前兆を捉えたとしても噴火は止められませんし、それが大噴火になるかどうかの予測は難しいです。
大噴火となった場合は、火山灰が偏西風に乗って数時間で首都圏に到達します。首都機能はマヒし、日本全体に甚大な被害が発生するだけでなく、世界にも大きな影響を及ぼすといわれています。

――ビッグデータを活用するという観点でも研究は進められているのでしょうか。

千葉 すでに次世代の地震計の研究が始まっています。スマートフォンには精度の高い加速度計が付いていますが、そういった最先端の計測機器を、例えば数千個富士山麓に展開すると、揺れの集中や波形の相関性を取ることができ、別の次元で理解が進むのではないかという発想があります。また、これまで火山の地質調査は、樹木が多いこともあり、暗中模索になりがちでしたが、赤色立体地図を確認しながら効率的に動けるようになったことは確かです。
このたび、産総研(国立研究開発法人 産業技術総合研究所)の「富士火山地質図(第2版)」が約50年ぶりに刊行されましたが、その調査にも赤色立体地図が使われています。

月面の新発見に貢献。形が見えると新しい視点が得られる

――2014年、赤色立体地図はグッドデザイン賞を受賞しました。

千葉 等高線という「線」で表現していた地形を、赤色の彩度と明度を使って「面」で表現し、「機能性を兼ねた絵画のように美しい地図」とご高評いただきました。
また、最初、国土地理院からの依頼で月の赤色立体地図を作ったのですが、これはCNNから「10 beautiful moon maps through the ages」(歴代の美しい月の地図10選)に選ばれています。

これは、日本の月周回衛星「かぐや」のレーザー計測データから作成しました。JAXA(宇宙航空研究開発機構)と国立天文台の成果です。月面は真空で樹木も生えていないので地形の計測は地球よりもむしろ容易で、また、人工衛星から直接表面を覆っている物質の組成も調査できます。
実はこの「月の赤色立体地図」は、月面に関する新発見に貢献しました。国土地理院のものよりもさらに詳しいデータを使用してJAXAと連名でアメリカ地球物理学連合(AGU :American Geophysical Union)で発表しています。月の表面には隕石が衝突してできたクレーターがありますが、中でも非常に大きく、不思議な地形のクレーターがあります。どのようにしてその地形ができたのかは謎に包まれていました。赤色立体地図を作りながら、「これは落としぶたが傾いているのでは?」と私はすぐにピンと来ました。調査の結果、その部分はアルミニウムが多く含まれているということが明らかになりました。このように、形が見えると成因が分かるということは、とても重要です。

――今後、赤色立体地図をどのように役立てていきたいとお考えですか。

千葉 赤色立体地図の短所は高さが読み取れないことです。精密な高さを読み取るために水面に浮かぶ油のような色を付けるなど、この地図の表現を高度化させるべく研究を続けています。
一方で、赤色立体地図を世界中の人に届けたいという思いも持っています。地形が分からなくて災害に遭う人を減らしたい。山で道に迷う人を減らしたい。また、等高線図を読むのが苦手という人たちに向けて、地形を3次元的に見ることができる赤色立体地図をできるだけ手軽に、例えばスマホアプリなどの形で使ってもらえるようにしたいと考えているところです。

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南海トラフ赤色立体地図。
本図は、海上保安庁のM7000等深線データと沖合の等深線が疎な部分にGEBCO*のデータを用いて50mDEMを生成し、海域部を作成。これに国土地理院の50mメッシュ(標高)DEMで作成した陸域部を合成して、1枚の赤色立体地図にしている。(アジア航測の特許技術)
*GEBCO: General Bathymetric Chart of the Oceans(大洋水深総図)

TEXT:伊川恵里子

ちば・たつろう  千葉達朗  アジア航測株式会社 総合研究所 理事 フェロー 技師長

1956年、宮城県石巻生まれ 1975年日本大学文理学部応用地学科入学 1979年日本大学大学院理工学研究科入学。その後地理学専攻、博士前期課程と後期課程修了 1984年~1989年9月、日本大学文理学部応用地学科副手 1989年10月アジア航測株式会社入社 1991年~日本大学文理学部非常勤講師 専門は火山地形、火山地質、構造地質、岩石、防災。インターネット掲示板「ある火山学者のひとりごと」を運営。地形表現手法「赤色立体地図」を2002年に発明。2005年に国内特許、2010年までに、中国、台湾、米国で特許取得。