森林に蓄積された炭素に関する世界で最も正確なデータセットを構築する方法

森林は地球上の生命を維持する上で重要な役割を担っており、生物多様性から社会経済的便益まで、気候変動緩和の鍵を握るサービスを提供しています。生きている樹木は、光合成の際に大気中から二酸化炭素を取り込み、バイオマスに炭素として蓄えます。バイオマスの約50％は炭素です。

地球観測衛星は毎日、世界の森林に関する大量のデータを収集しています。しかし、森林の地上バイオマスを直接測定できる宇宙からの観測機器はありません。代わりに、これらの観測機器は、森林内、森林上、森林周辺で放射線がどのように散乱するかを測定します。

このような情報から森林の地上バイオマス量を推定するには、いわゆる「地上真値」データを使って情報を校正し、検証する必要があります。従来は、森林の現場で巻尺や距離計などの道具を使い、幹の直径や木の高さなどのパラメータを測定していました。 

しかし、特に熱帯・亜熱帯林では、樹木の構造や形態、分類学上の樹種など、多様性が大きいため、これらの手法には大きな不確実性が伴います。

この最先端のレーザースキャニング技術を使い、私たちのグローバルな森林調査チームは世界中の森林、特に熱帯林からデータを収集しています。これにより、地上バイオマスの推定をこれまでにない精度で行うことが可能となり、従来の方法の最大15倍の精度を実現しました。

私たちはこれらのデータセットを使って、高度な機械学習手法を用いて衛星データをより適切に解釈することができます。こうすることで、世界中の森林の地上バイオマスや炭素蓄積量をより正確に推定することができます。

One outcome of this research is that it will help us improve the accuracy of our carbon score parameter, a key part of a Sylvera carbon credit rating. Our customers, such as corporate carbon credit buyers and carbon traders, are likely to invest more capital into forest projects we’ve rated highly, thus allowing more investment to flow into truly high-impact forest projects, which are forest projects that actually contain a high amount of carbon. In this way, our more accurate forest carbon dataset will help to avert the climate crisis. 

もう1つの興味深い成果は、これらのデータセットが最近の学術的な研究と裏付けを取ることで、熱帯林はこれまで考えられていたよりも多くの炭素を蓄積している可能性があり、世界の森林炭素蓄積量を大幅に上方修正する必要があることを示唆していることです。 

森林炭素貯留プロジェクトの仕組み

1.データ収集

私たちは次世代型ライダー（レーザースキャン）装置を使って世界中の森林を訪れます。地上のレーザースキャナーで点群データを収集し、これらのミリメートル精度のデータポイントは、個々の木の構造を小枝や葉の一枚一枚に至るまで包括的に描写します。また、無人航空機（UAV）に搭載したエアボーン・レーザースキャナーからも同様のデータを収集し、より広い範囲のデータ収集を可能にしています。

2.データ処理 

これらの新しいデータセットには、森林の構造や地上部のバイオマスに関する大量の情報が含まれていますが、これらの情報へのアクセスは複雑です。そのため私たちは、これらのデータセットを処理するために必要なアルゴリズムの開発に多大な時間と労力を費やしてきました。その一例が、個々の樹木のセグメンテーションです。下の図に示すように、個々の樹木のデータを引き出すことで、樹木スケールの地上バイオマスを慎重に再構築し、モデル化することができます。

3.データ統合 

最後に、これらの新しいオンロケーションレーザースキャニングデータセットを使って、最先端の機械学習モデルをトレーニングします。これにより、衛星データから森林の地上バイオマスと炭素蓄積量を日常的かつロバストに推定することができます。

私たちの森林炭素貯留プロジェクトがこれまでに達成したこと、そして次の目標は？

私たちはすでに 英国、ペルー、 ガボンで大量のデータ収集に成功しており、ガボンとペルーではドローンを使って100万本以上の熱帯雨林の木をスキャンしました。 

これらのデータセットは、私たちの処理アルゴリズムを最適化するための最適なテストセットでもあります。また、これらのデータセットは、私たちの処理アルゴリズムを開発し、最適化するための完璧なテストセットとなりました。

今後2年間で、世界中の森林からこれらのデータセットを取得し、処理することが私たちの目標です。私たちの目標は、このデータが世界の森林を代表するものとなり、衛星データから世界の森林に関する正確な予測をほぼリアルタイムで行えるようになることです。

森林炭素貯留プロジェクトチームについて

フィールドサイエンス

私たちの2つのフィールドチームは、 ハリエット・ウィルソンと ベイシット・ルス博士が率いています。ふたりとも、ほとんどの大陸をカバーする豊富な現場経験を持っています。ハリエットはリモートセンシングとセンサー開発の分野で学問的背景を持っています。Beisitは長年ペルーで森林の管理と計測に携わり、経営学の博士号と生態学と環境管理の修士号を取得しています。フィールド・サイエンティストの一人で あるトム・ペリーは、ガイドとして世界中のアウトドア環境で働いた知識を加え、地球物理学の修士号を取得しています。同じくフィールド・サイエンティストの アナベル・ロックは、アフリカ大陸での勤務経験が豊富で、保全管理の修士号を持ち、バイオテクノロジー業界での勤務経験もあります。

リサーチ業務

この野心的なグローバル・プロジェクトの運営は、アフリカ、アジア、ヨーロッパなど世界各地でフィールドワークを実施し、組織してきた アシュリー・パーソンズが主導。アシュリーをサポートするのは、環境資源管理の修士号で知識を得た エリス・エルメンドルプ。

加工

当社のリサーチ・ソフトウェア・エンジニアであるガビヤ・ベルノタイト（GabijaBernotaite）は、自動運転車の世界を含む様々な分野でビッグデータや3Dデータセットを扱った豊富な経験を持っています。真の技術ノマドであるガビは、日差しの強いカナリア諸島からリモートで私たちのスーパーコンピュータを管理しています。

科学

‍Dr Miro Demol, a lidar scientist, is based in Belgium and before starting at Sylvera, was based at the University of Ghent, as a researcher investigating the applications of laser scanning in forestry, with a particular interest in above-ground biomass estimation and its uncertainty.

研究チームのリーダーは、リモートセンシング科学者であり熱帯林生態学者でもある アンドリュー・バート博士。 

オープンポジション：チームに参加

私たちの研究チームはいくつかのポジションを募集しています。関連する経歴をお持ちの方で、森林科学と気候科学の分野で最先端の研究を行っている一流の研究チームに参加したい方、出張の可能性がある方、あるいはどこからでも勤務可能な方は、 こちらからご応募ください。

本記事は、森林炭素貯留プロジェクト・チームの全メンバーによって執筆されました。