Evaluation of windbreak forests (Igune) by machine learning for geospatial data and three dimensional analysis of airflow
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20K06104
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| Research Category |
Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
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| Allocation Type | Multi-year Fund |
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| Section | 一般 |
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| Review Section |
Basic Section 39070:Landscape science-related
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| Research Institution | Tohoku University |
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Principal Investigator |
米澤 千夏 東北大学, 農学研究科, 准教授 (60404844)
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| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
園田 潤 仙台高等専門学校, 総合工学科, 教授 (30290696)
大風 翼 東京工業大学, 環境・社会理工学院, 准教授 (40709739)
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| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2024-03-31
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| Project Status |
Granted (Fiscal Year 2022)
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| Budget Amount *help |
¥4,290,000 (Direct Cost: ¥3,300,000、Indirect Cost: ¥990,000)
Fiscal Year 2022: ¥780,000 (Direct Cost: ¥600,000、Indirect Cost: ¥180,000)
Fiscal Year 2021: ¥1,300,000 (Direct Cost: ¥1,000,000、Indirect Cost: ¥300,000)
Fiscal Year 2020: ¥2,210,000 (Direct Cost: ¥1,700,000、Indirect Cost: ¥510,000)
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| Keywords | リモートセンシング / 空中写真 / 深層学習 / U-Net / 風速 / 風環境解析 / 防風機能 / 合意形成 / 衛星画像 / ドローン / 分布把握 / k-平均法 / 流体解析 / ランダムフォレスト / 画像解析 / 人工衛星 / Sentinel-2 / 植生指標 / 世界農業遺産 / 大崎耕土 / 農村景観 |
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| Outline of Research at the Start |
大崎耕土の屋敷林「イグネ」の防風機能を、屋敷林と住居の方向・距離についての空間解析および三次元気流解析によって明らかにする。大崎耕土全域での屋敷林の全体数や分布を明示するとともに、他地域にも応用可能な機械学習を用いた屋敷林の抽出手法を開発する。宮城県北部に位置する大崎耕土が世界農業遺産へ認定されるにあたり、「イグネ（居久根）」とよばれる屋敷林が形成する独特の景観とその機能が評価された。本研究は大崎耕土の屋敷林の保全のための学術的な裏付けとなる。
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| Outline of Annual Research Achievements |
対象地域を観測した空中写真にU-Netを適用することにより屋敷林を抽出する手法を開発し、その有効性を検討した。U-Netは畳み込みニューラルネットワーク（convolutional neural network, CNN）をベースにしたセマンティックセグメンテーションのモデルのひとつであり、画像からの対象物の抽出に利用されている。屋敷林が含まれない画像を含むデータセットと、屋敷林が含まれる画像のみのデータセットの2つの場合を比較した。屋敷林が含まれる画像のみのデータセットを用いた場合、精度の指標となるDice係数は75％となり、屋敷林が含まれない画像を含む場合よりも0.15ポイント向上した。屋敷林の抽出のためにU-Netはある程度有効であるが、学習精度を向上させるためには使用するデータセットに注意を払う必要がある。
屋敷林が住居周辺の風環境に及ぼす影響について調べるため、構成する葉面積密度の大きい低木と、葉面積密度の小さい高木を個々に再現した解析を実施した。屋敷林により敷地内の平均風速は1/3程度となり、低木＋高木の弱風域の長さは、低木のみと比較して2倍程度となった。
大崎耕土を構成する大崎市、美里町、加美町、色麻町の行政担当者へのヒアリング調査を実施し、既存文献を参考に、屋敷林保全に向けた課題を整理した。市町の担当者が考えている屋敷林のメリットのひとつに、他地域の先行研究でも指摘されているような防風・防雪、山菜等の食料確保のほか、生物多様性保全機能の強化があった。屋敷林の保全に対する市町の対応として、大崎市では屋敷林管理のための助成金を設置しているが、他の町ではこのような補助等はおこなわれていなかった。屋敷林は私有財産であることから、地域として保全するうえでの合意形成の困難さが課題であることが共通していた。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
大崎市との成果共有については、10月に開催された「世界農業遺産「大崎耕土」認定５周年記念フォーラム」で画像解析と風環境解析に関する研究成果をポスターで紹介した。ただし、初年度にはじまった新型コロナ感染症の流行、2年目には調査予定日の直前に地震の発生、といった不測の事態によって予定していた現地調査が十分にできなかったことの影響が残り、広域での屋敷林の防風機能評価には至っていない。また、U-Netにより屋敷林を抽出する手法を開発したが、十分な精度が得られるに至っていないことから「やや遅れている」とした。
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| Strategy for Future Research Activity |
リモートセンシング画像から屋敷林を抽出する手法については、パラメータの検討等によって精度の向上を試みる。衛星画像を対象としたサポートベクターマシン等の画像分類手法の適用も検討する。三次元気流解析においては、広域における屋敷林の防風機能評価について検討する。特定の集落を対象とした防風機能にまつわる現地観測と解析をおこなう。大崎市世界農業遺産未来戦略室とは引き続き情報交換をおこない、研究成果の還元につとめる。
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Report
(3 results)
Research Products
(16 results)
