気象衛星NOAA-18のAPT信号を画像へ復号する試作ソフトウェア
この試作ソフトウェアは、2009年に気象衛星NOAA-18から音声ファイルとして記録したAPT信号を衛星画像へ復号します。別の画像ビューアーではCH2・CH4の画像を取り込み、タイの地図と並べて表示し、データを.dbfファイルに出力します。
- 業界
- サービス
- 年
- 2009
- 業務範囲
- 2つの部分からなるプロトタイプソフトウェア — 復調部: 入力はNOAA-18衛星から2009年に記録したAPT信号の音声ファイル → 信号の復調（Decode） → 衛星画像 · 画像閲覧部: CH2とCH4のチャンネル画像を取り込み → タイの地図と併せて表示 → データを.dbfファイルとして出力 · 業務履歴に記載のツール: Matlab、C/C++、MySQL · システムの起点は記録済みの信号ファイルで、アンテナと受信機は範囲外です
要約
- このプロトタイプソフトウェアは、NOAA-18衛星から2009年に記録したAPT信号を衛星画像に復調します。
- 画像ビューアーは、CH2とCH4のチャンネル画像を取り込み、タイの地図と併せて表示し、データを.dbfファイルとして出力します。
- 復調部の入力は記録済みの音声ファイルです。そのため、衛星の通過を待たずに、同じファイルで復調を繰り返し実行して確認できます。
- アンテナ、受信機、画像の精度評価基準は本件の範囲外です。新規案件では、これらを実際の設置場所で設計・テストする必要があります。
- NOAA-18衛星はすでに運用を終了しています。新規案件では、現在も信号を送信している衛星を選ぶ必要があります。
現場の課題
NOAA気象衛星は、画像をAPT（Automatic Picture Transmission、自動画像伝送）方式の無線信号で地上へ送信します。この信号を記録すると得られるのは音声ファイルで、すぐに開いて見られる画像ではありません。そのため、画像の閲覧や分析の前に、信号を画像へ復調するソフトウェアが必要です。
当社の取り組み
このプロトタイプは、NOAA-18衛星から記録したAPT信号を画像に復調します。もう一つの部分は画像ビューアーで、CH2とCH4のチャンネル画像を取り込み、タイの地図と併せて表示し、データを.dbfファイルとして出力します。この2つの部分の根拠資料はそれぞれ別のファイル群に由来するため、当社は2つの部分に分けて説明しています。
信号デコード部
- 記録済みの NOAA-18 APT 信号ファイル
- 信号を画像にデコード
画像ビューアー部
- CH2 と CH4 のチャンネル画像を取り込む
- タイの地図と並べて表示し、.dbf 形式で出力
概要: それぞれに証拠がある2つの部分：信号から画像へのデコードと、データ出力機能付きの画像表示
実ワークでの試験結果
復調部はNOAA-18から記録したAPT信号ファイルを画像に復調し、画像ビューアーはCH2とCH4のチャンネル画像をタイの地図と併せて表示し、.dbfファイルの出力コマンドも備えています。この結果で確認できるのは信号から画像への復調です。実際に利用するには、まず参照データと比較して画像の精度を評価する基準を定める必要があります。
課題の背景
本件の課題は、気象衛星からの無線信号を閲覧可能な画像に変換することです。NOAA衛星は上空を通過する間に画像をAPT信号で送信します。この信号を記録して得られるのは音声ファイルであり、画像ファイルではありません。
APTとは
APT（Automatic Picture Transmission）は、NOAA気象衛星の画像を無線信号で送信する方式です。受信者はこの信号を音声ファイルとして記録できますが、雲の状態の確認や分析に使うには、ソフトウェアで信号を画像に復調（Decode）する必要があります。
本件は2つの部分で構成されています。NOAA-18衛星から2009年に記録した信号ファイルを処理する復調部と、CH2とCH4のチャンネル画像をタイの地図と併せて閲覧する画像ビューアーです。
要件と制約
各部分の要件は入力データと出力データから定めており、本件の範囲は次のとおりです。
- 復調部の入力は、NOAA-18衛星のAPT信号を記録済みの音声ファイルです。
- 復調部の出力は衛星画像です。
- 画像ビューアーの入出力は、CH2とCH4のチャンネル画像、タイの地図、.dbfファイルです。
- 範囲: システムの起点は記録済みの信号ファイルで、アンテナと受信機は範囲外です。
- 範囲: 各部分の根拠資料は別々のファイル群に由来するため、当社は復調部と画像閲覧部を分けて説明しています。
このプロトタイプはどのように衛星信号を画像に変換するのか
このプロトタイプは、NOAA-18衛星のAPT信号を記録した音声ファイルを受け取り、画像に復調します。画像ビューアーはCH2とCH4のチャンネル画像を取り込み、ユーザーがタイの地図と併せて選択して閲覧できるようにし、他のプログラムで利用できるようデータを.dbfファイルとして出力します。
- 1
記録済みの信号ファイル
NOAA-18衛星のAPT信号はまず音声ファイルとして記録されます。そのため、同じファイルで復調を繰り返し実行できます。
- 2
信号を画像にデコード
ソフトウェアが音声ファイル内の信号を衛星画像に復調します。
- 3
画像を地図と併せて閲覧
画像ビューアーがCH2とCH4のチャンネル画像を取り込み、タイの地図と併せて表示します。
- 4
データエクスポート
プログラムはデータを、表形式のデータベースファイルである.dbfファイルとして出力します。
画像の閲覧とデータ出力の工程は画像ビューアーのスクリーンショットに基づき、信号の記録と復調の工程は信号ファイルと復調作業の業務履歴に基づいています。そのため、この4つの工程は作業の順序であり、単一のプログラムのフロー図ではありません。
システムの構成要素
このプロトタイプは復調部と画像閲覧部の2つの部分で構成されています。各部分の動作と根拠資料は表のとおりです。
各部分の構成と根拠資料
| プロトタイプの部分 | 機能 | 根拠資料 |
|---|---|---|
| 信号デコード部 | NOAA-18から記録したAPT信号を画像に復調 | 2009年に記録した信号ファイルと、Matlab、C/C++、MySQLのツールを記載した業務履歴 |
| 画像ビューアー部 | CH2とCH4のチャンネル画像を取り込み、タイの地図と併せて表示し、.dbfファイルを出力 | CH2とCH4のチャンネル、タイの地図、.dbfファイル出力コマンドが表示されたプログラムのスクリーンショット |
実信号でのテスト結果
復調部はNOAA-18衛星から2009年に記録した実際のAPT信号ファイルを画像に復調し、画像ビューアーはCH2とCH4のチャンネル画像をタイの地図と併せて表示し、.dbfファイルを出力できました。この結果で確認できるのは信号から画像への復調です。画像の精度は、実際に利用する際に参照データと比較して測定する必要があります。
- テストに使用した信号: NOAA-18衛星から2009年に記録したAPT信号ファイルを衛星画像に復調できました。
- 画像ビューアーの画面は、CH2とCH4のチャンネル画像を取り込んでタイの地図と併せて表示し、.dbfファイルの出力コマンドを備えています。
- 業務履歴に記載の使用ツール: Matlab、C/C++、MySQL
私たちが学んだこと
本件から得られた主な原則は、信号の受信と復調を分離し、各部分の根拠資料を個別に記録することです。以下の原則は、衛星からのデータ受信や、複数の部分からなるプロトタイプの案件に適用できます。
- 信号の受信と復調を分離します。信号を先にファイルとして記録しておけば、開発チームは衛星の通過を毎回待たずに、同じファイルで復調ソフトウェアの開発と検証を繰り返せます。
- システムを単一の衛星に依存させないようにします。NOAA-18衛星はすでに運用を終了しています。そのため、衛星ごとに異なる部分は画像表示部やデータ出力部から分離し、信号源を変更できるようにすべきです。
- 複数の部分からなるプロトタイプでは、各部分が何を行い、何をテストし、いつ実施したかの根拠資料を部分ごとに記録する必要があります。本件では2つの部分の根拠資料が別々であるため、2つの部分に分けて説明する必要がありました。
この手法をお客様の業務に適用する方法
記録済みの無線信号や衛星信号を画像やデータに変換する必要がある場合は、本件と同じ順序を利用できます。信号の記録、復調、地図と併せた表示、データ出力の順です。追加で設計が必要なのは信号の受信と画像のテスト基準です。本件は記録済みのファイルから始めているためです。
再利用できる部分と調整が必要な部分
| 作業の区分 | 再利用可能 | 調整が必要になる場合 |
|---|---|---|
| 信号の復調 | 記録済みファイルの信号を画像に復調する手法 | ご利用の衛星がAPTとは異なる方式で信号を送信している場合は、まず信号方式の確認が必要です。 |
| 信号受信 | 再テストできるよう、復調前に信号をファイルとして記録すること | アンテナと受信機は、実際の設置場所で設計・テストする必要があります。 |
| 結果表示 | 各チャンネルの画像を地図と併せて選択・閲覧すること | 対象地域がタイ以外の場合は、地図を変更し、画像が地図と一致して配置されているかを確認する必要があります。 |
| データ出力 | 他のプログラムで利用できるよう表形式ファイルとして出力すること | お客様の出力先システムがCSVやデータベースなど別の形式を受け付ける場合 |
- 現在も信号を送信している衛星を選び、どの信号方式を使用しているかを確認します。
- ソフトウェアの再テストに使えるよう、お客様の地域で実際の信号ファイルを複数セット記録しておきます。
- 開始前に画像のテスト基準を合意します。たとえば、使用可能な画像の条件や、比較する参照データなどです。
使用する技術
よくある質問
なぜ画像に復調する前に信号をファイルとして記録する必要があるのですか
APT信号を先に音声ファイルとして記録しておけば、開発チームは衛星の通過を毎回待たずに、同じファイルで復調とソフトウェアの検証を繰り返せるためです。本件の入力は、NOAA-18から2009年に記録したファイルです。
このプロトタイプは衛星から直接信号を受信できますか
本件は記録済みの信号ファイルから始まり、アンテナと受信機は範囲外です。ご自身で信号を受信する必要がある場合は、受信部を実際の設置場所で設計・テストする必要があります。
NOAA-18衛星に現在も使用できますか
いいえ。NOAA-18衛星はすでに運用を終了しています。新規案件では、現在も信号を送信している衛星を選び、APTと同じ信号方式を使用しているかを確認する必要があります。
画像ビューアーのデータは他のプログラムで利用できますか
.dbfファイル形式であれば可能です。プログラムのスクリーンショットには、データを.dbfファイルとして出力するコマンドが表示されており、これは表形式のデータベースファイルです。お客様のシステムが別の形式を使用している場合は、出力ファイル形式を新たに定める必要があります。
対象地域がタイ以外の場合、何を調整する必要がありますか
画像閲覧部の地図を変更し、画像が地図と一致して配置されているかを確認する必要があります。ご利用の衛星がAPT方式で信号を送信している場合、信号の復調は同じ手法を利用できます。
