Establishing theoretical foundation of optimal evacuation planning based on dynamic networkflows
| Project/Area Number |
19H04068
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (B)
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| Allocation Type | Single-year Grants |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 60010:Theory of informatics-related
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| Research Institution | University of Hyogo |
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Principal Investigator |
加藤 直樹 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (40145826)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
東川 雄哉 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 准教授 (20749486)
瀧澤 重志 大阪公立大学, 大学院生活科学研究科, 教授 (40304133)
藤江 哲也 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (40305678)
照山 順一 兵庫県立大学, 情報科学研究科, 助教 (40709862)
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| Project Period (FY) |
2019-04-01 – 2023-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥17,290,000 (Direct Cost: ¥13,300,000、Indirect Cost: ¥3,990,000)
Fiscal Year 2022: ¥3,250,000 (Direct Cost: ¥2,500,000、Indirect Cost: ¥750,000)
Fiscal Year 2021: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2020: ¥4,420,000 (Direct Cost: ¥3,400,000、Indirect Cost: ¥1,020,000)
Fiscal Year 2019: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
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| Keywords | 最速避難流問題 / 最適避難施設配置問題 / 動的フローネットワーク / 汎用的数理計画モデル / 不確定的状況下での最適化 |
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| Outline of Research at the Start |
各頂点に避難者数，各辺に容量と時間が与えられた無向グラフ上で定義される動的ネットワークフローは，ネットワーク各所での横断時間や滞留時間を表現できるので，実際の災害において重大な問題である交通渋滞による避難時間の遅延を直接的に扱うことができる．本研究では，特に重要だと考えられる最速避難流問題と最適避難施設配置問題について，災害発生時の避難者分布や道路閉塞状況の不確定要素を考慮に入れるなど，より現実の問題設定に沿う最適化問題として定式化した上で，問題の組合せ構造を解明して，それに基づく高速アルゴリズムの開発を目指す．また，線形計画・整数計画などによる汎用的な定式化の可能性を同時に探る．
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| Outline of Annual Research Achievements |
本年度は以下の結果を得た．
（１）「同じ場所にいる避難者は同じ施設に避難する」という仮定を緩和した一般的なフローモデルについて，パスネットワークおよびサイクルネットワーク上の避難完了時間最小化施設配置問題に対する初の多項式時間アルゴリズムを開発した．本結果は査読付国際会議ATMOS 2021にて発表された．
（２）パスネットワーク上の総避難時間最小化複数施設配置問題に対する，時間計算量がネットワークサイズに対してほぼ線形となるアルゴリズムを開発した結果について，国際論文誌Theoretical Computer Scienceに採録された．
（３）試験からの一斉退館問題に対して，動的ネットワーク木，（改良）ダイクストラ法，避難安全検証法それぞれによる出口の領域分割を求め，歩行者シミュレーションソフトを用いて各分割による退館時間を比較した．その結果，動的ネットワーク木による退館完了時間が最も短くなった．
（４）南海トラフ地震に起因する津波被害により，大阪市で被害を受けることが予想される約30万人の避難者のグループが2次避難場所へ徒歩で避難を開始する時刻を，スケジューリング問題で定式化・最適化した．結果として，大阪市の図上訓練で設定された避難計画よりも，スムーズに短時間で避難できることをシミュレーションにより確認した．
（５）動的フローネットワークにおける複数施設配置問題に対する研究代表者らの近年の結果について概説記事を執筆し，Springerから出版された書籍「Sublinear Computation Paradigm - Algorithmic Revolution in the Big Data Era」の第5章に採録された．
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
（１）～（４）の成果については，当初の計画通り成果が得られている．
また，（５）については，本研究課題のこれまでの成果を含む内容で，オープンアクセス書籍に採録された．これらは，本研究課題による成果を広く発信する意味において大きな価値がある．
以上の理由により，本研究はおおむね順調に進展していると言える．
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| Strategy for Future Research Activity |
（１）（２）に関連した問題として，最速避難流問題及び最適避難施設配置問題に対して，効率的に解けるネットワーククラスの拡張を目指す．
（４）について，2次避難場所への避難計画を数理計画法に基づいて行い，本年度までに作成したデータを用いて求解及びシミュレーションを行う．
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Report
(3 results)
Research Products
(29 results)
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[Journal Article] Locating evacuation centers optimally in path and cycle networks2021
Author(s)
Robert Benkoczi, Binay Bhattacharya, Yuya Higashikawa, Tsunehiko Kameda, Naoki Katoh, Junichi Teruyama
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Journal Title
Proceedings of the 21th International Symposium on Algorithmic Approaches for Transportation Modeling, Optimization, and Systems (ATMOS2021)
Volume: OASIcs96
Related Report
Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
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