3 次元最小二乗コロケーション法による航空重力データの精度評価
(Accuracy evaluation of airborne gravity data by three-dimensional least-squares
collocation method)
松尾功二(国土地理院地理地殻活動研究センター宇宙測地研究室)
Koji Matsuo (Geospatial Information Authority of Japan)
国土地理院は、
日本列島の高精度な重力ジオイド・モデルの構築を目的に、
2019 年から 2022
年にかけて全国規模の航空重力測量を実施している。目標とするジオイド・モデルの精度
は約 3cm であり、そのためには 1~2mGal の精度を持つ航空重力データを取得する必要が
ある。航空重力データの精度評価は、一般的に、交差検定と全球重力場モデルとの比較に
よって行われる。交差検定は、複数の航空重力測線の交差点における重力値を相互比較す
ることによって、航空重力データの品質を評価する手法である。これにより、航空重力デ
ータの内部整合性(再現性)を評価することが出来るが、観測される重力値が絶対量とし
てどれほどの確からしさを有するかを評価することは出来ない。一方、全球重力場モデル
との比較は、観測重力値の絶対評価が可能であるが、全球重力場モデルは空間分解能が荒
く、場所によっては精度も低いため、航空重力データを精密に精度評価するには不十分で
ある。そこで、本研究では、地表重力データと全球重力場モデル(EGM2008)を併用した
3 次元最小二乗コロケーション(3D-LSC)法によって、航空重力データの精度評価を行っ
た。評価地域は、関東地方と中部地方である。これらの地域の航空重力測量は、TAGS-7 重
力計を使用し、主測線間隔は約 10km、副測線間隔は約 50km で実施された。観測高度は、
関東地方では約 5000m、中部地方では約 3000m である。海域は、地表重力データの品質が
低いことから、陸域のみにおいて評価を行った。その結果、航空重力データと EGM 重力値
を直接比較した場合では、較差の RMS は、関東地方で 2.47mGal、中部地方で 3.16mGal
であったので対し、航空重力データと 3D-LSC 重力値を比較した場合では、関東地方で
1.49mGal、
中部地方で 1.35mGal となった。
地表重力データの精度は約 1.1mGal であるこ
とから(Matsuo and Kuroishi, EPS 2020)
、誤差伝搬の原理により、航空重力データの精
度は約 1mGal といえる。すなわち、3D-LSC 法を用いることで、我々の航空重力データが
1mGal レベルの精度を持つことが確認できた。
The Geospatial Information Authority of Japan (GSI) has been conducting a nationwide
airborne gravity survey since 2019, with the aim of developing a highly accurate
gravimetric geoid model for Japan. The target accuracy of the geoid model is about 3 cm.
To achieve this, it is necessary to obtain airborne gravity data with an accuracy of 1-2
mGal. Commonly, the accuracy evaluation of the airborne gravity data is done by
"cross-over validation" and "comparison with Global Geopotential field Models (GGMs)".
The cross-over validation is a method to evaluate the quality of airborne gravity data by
comparing the gravity values at the intersection of multiple survey lines with similar
flight altitudes. This method allows us to evaluate the internal consistency
(repeatability) of airborne gravity data, it cannot evaluate the absolute certainty of the
observed gravity values. On the other hand, the comparison with GGMs can evaluate
the absolute certainty of airborne gravity data in principle, but it may be insufficient to
perform a precise evaluation of airborne gravity data because the spatial resolution and
accuracy of GGMs are not high enough for this use. In this study, we evaluate the
absolute accuracy of airborne gravity data by the three-dimensional least-squares
collocation (3D-LSC) method. Here, we use both surface gravity data and a GGM
(EGM2008). The evaluation areas are the Kanto and Chubu regions. The airborne
gravity surveys there were conducted using a TAGS-7 gravimeter, in which the spacings
of each main line and validation line are set to 10 km and 50 km, respectively. The flight
altitudes were about 5000 m in the Kanto region and about 3000 m in the Chubu region,
respectively. Since the quality of surface gravity data is low in coastal ocean zones, we
perform the evaluation only over the land area. Consequently, while the RMS of the
difference between the airborne gravity data and the EGM2008-derived gravity values
are 2.47 mGal in the Kanto region and 3.16 mGal in the Chubu region, that between the
airborne gravity data and the 3D-LSC-estimated gravity values are 1.49 mGal in the
Kanto region and 1.35 mGal in the Chubu region. Considering that the accuracy of the
surface gravity data used is approximately 1.1 mGal (Matsuo and Kuroishi, EPS 2020),
it can be said that the accuracy of the airborne gravity data is approximately 1 mGal
according to the principle of error propagation. In conclusion, it is confirmed that our
airborne gravity data has an accuracy of 1 mGal level and will be useful for developing a
3 cm-accurate geoid model for Japan.