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避難計画問題に潜む数理構造の解明

Research Project

Project/Area Number 23K28039
Project/Area Number (Other) 23H03349 (2023)
Research Category

Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

Allocation TypeMulti-year Fund (2024)
Single-year Grants (2023)
Section一般
Review Section Basic Section 60010:Theory of informatics-related
Basic Section 60020:Mathematical informatics-related
Sections That Are Subject to Joint Review: Basic Section60010:Theory of informatics-related , Basic Section60020:Mathematical informatics-related
Research InstitutionUniversity of Hyogo

Principal Investigator

加藤 直樹  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 客員教員(教授) (40145826)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 東川 雄哉  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 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)
照山 順一  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 准教授 (40709862)
Project Period (FY) 2023-04-01 – 2027-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2024)
Budget Amount *help
¥18,200,000 (Direct Cost: ¥14,000,000、Indirect Cost: ¥4,200,000)
Fiscal Year 2026: ¥3,770,000 (Direct Cost: ¥2,900,000、Indirect Cost: ¥870,000)
Fiscal Year 2025: ¥3,900,000 (Direct Cost: ¥3,000,000、Indirect Cost: ¥900,000)
Fiscal Year 2024: ¥4,810,000 (Direct Cost: ¥3,700,000、Indirect Cost: ¥1,110,000)
Fiscal Year 2023: ¥5,720,000 (Direct Cost: ¥4,400,000、Indirect Cost: ¥1,320,000)
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 / 不確定的状況下での最適化
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グラフ上で定義される動的ネッワークフローは,ネットワーク各所での横断時間や滞留時間を表現可能であるため,災害発生時において重大な問題である交通渋滞による遅延を考慮した避難流を直接的に扱うことができる.本研究では,特に重要である最速避難流問題と最適避難施設配置問題を対象に,現実の交通網への適用を目標として,高速なアルゴリズムが設計可能なネットワーク構造の解明を目指す.

Outline of Annual Research Achievements

本年度は以下の結果を得た.
(1)辺の容量,避難所の個数,避難所の次数が定数であるネットワークを対象とする最速避難流問題に対する多項式時間アルゴリズムを提案した.提案手法により,劣モジュラ関数最小化アルゴリズムをブラックボックスで用いずに最速避難流問題を解くことができるネットワーククラスの拡張に成功した.本結果は査読付き国際会議COCOA2024に採録されたうえ,特集号への招待を受けている.
(2)辺の容量および辺の長さが一定である格子状ネットワークを対象とする避難完了時間最小化施設配置問題に対して初の多項式時間アルゴリズムの開発に成功した.本結果は,査読付き国際会議COCOON2023に採録されたうえ,特集号への招待を受けている.
(3)最大被覆施設配置問題とは,平面上に正の重みを持つn個の点が与えられた時,平面上にk個の施設を配置し,施設から定められた距離以内に距離d以内の点集合の重み和を最大にする施設配置を求める問題である.
この問題は一般にNP困難であるが,施設が定められた直線上に配置されるという制約を有するとき,最適な施設配置を求めるO(n^2)時間アルゴリズムを提案した.本結果は査読付き国際会議COCOA2024にて発表された.
(4)ポイント型流動人口データと呼ばれる詳細な人流に関する空間データを使って,大阪市北区の2019年度の人流に関連する空間的な要因を把握し,局所的な空間の特徴と人流の間に高い相関があることを明らかにした.また,大阪市の街頭犯罪発生のオープンデータを活用し,大阪市全域の2018年と2019年の自転車盗と車上狙いの街路単位での発生要因をグラフ畳み込みネットワークを用いて分析し,自転車等の人流量が犯罪発生と正の相関があることなどを明らかにした.

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)のいずれの成果についても,当初の計画通り成果が得られており,本研究は順調に進展している.

Strategy for Future Research Activity

(1)について,多項式時間アルゴリズムが開発可能なネットワークの拡張を目指す.
(4)に関連して,新型コロナが収束し人流が復活した2023年の大阪市の人流について分析する.
また,入力が不確定な設定における施設配置問題にも取り組む.

Report

(1 results)
  • 2023 Annual Research Report
  • Research Products

    (17 results)

All 2023 Other

All Int'l Joint Research (1 results) Journal Article (3 results) (of which Peer Reviewed: 3 results,  Open Access: 2 results) Presentation (13 results) (of which Int'l Joint Research: 8 results,  Invited: 1 results)

  • [Int'l Joint Research] Simon Fraser University/University of Lethbridge(カナダ)

    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Journal Article] Faster Algorithms for Evacuation Problems in Networks with a Single Sink of Small Degree and Bounded Capacitated Edges2023

    • Author(s)
      Yuki Tokuni, Katoh Naoki, Junichi Teruyama, Yuya Higashikawa
    • Journal Title

      Proc. of the 16th Annual International Conference on Combinatorial Optimization and Applications (COCOA 2023)

      Volume: LNCS14461 Pages: 29-42

    • DOI

      10.1007/978-3-031-49611-0_3

    • ISBN
      9783031496103, 9783031496110
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] Sink Location Problems in Dynamic Flow Grid Networks2023

    • Author(s)
      Yuya Higashikawa, Ayano Nishii, Junichi Teruyama, Yuki Tokuni
    • Journal Title

      Proc. of the 29th International Computing and Combinatorics Conference (COCOON 2023)

      Volume: LNCS14422 Pages: 155-167

    • DOI

      10.1007/978-3-031-49190-0_11

    • ISBN
      9783031491894, 9783031491900
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed / Open Access
  • [Journal Article] The Line-constrained Maximum Coverage Facility Location Problem2023

    • Author(s)
      Hiroki Maegawa, Naoki Katoh, Yuki Tokuni, Yuya Higashikawa
    • Journal Title

      Proceedings of the 16th Annual International Conference on Combinatorial Optimization and Applications (COCOA 2023)

      Volume: LNCS14461 Pages: 406-418

    • DOI

      10.1007/978-3-031-49611-0_29

    • ISBN
      9783031496103, 9783031496110
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Peer Reviewed
  • [Presentation] 大阪市全区における街頭犯罪等のオープンデータと人流データを用いた自然監視性の定量評価に向けた基礎分析2023

    • Author(s)
      田中陽子,瀧澤重志
    • Organizer
      日本建築学会大会学術講演梗概集(近畿)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 一人称視点モデルに基づく大阪市北区の街路上での2019年の歩行者数の推定2023

    • Author(s)
      加美綾音,瀧澤重志
    • Organizer
      日本建築学会大会学術講演梗概集(近畿)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Sublinear Computation Paradigm: Algorithimic Revolution in the Big Data Era2023

    • Author(s)
      Naoki Katoh
    • Organizer
      The 16th Annual International Conference on Combinatorial Optimization and Applications (COCOA 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research / Invited
  • [Presentation] パス状の動的フローネットワークにおける混合避難問題2023

    • Author(s)
      石川 理紗,加藤 直樹,東川 雄哉,ベンコツィ ロバート
    • Organizer
      夏のLAシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 格子状のネットワークにおける津波避難を想定した最速輸送問題2023

    • Author(s)
      照山 順一,戸國 友貴,東川 雄哉,山本 杏珠紗
    • Organizer
      夏のLAシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] 格子状の動的フローネットワークにおける避難施設配置問題2023

    • Author(s)
      照山 順一,戸國 友貴,西井 彩乃,東川 雄哉
    • Organizer
      夏のLAシンポジウム
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
  • [Presentation] Faster Algorithms for Evacuation Problems in Networks with the Single Sink of Small Degree and Uniformly Capacitated Edges2023

    • Author(s)
      Yuki Tokuni, Yuya Higashikawa, Naoki Katoh, Junichi Teruyama
    • Organizer
      The 23rd Japan-Korea Joint Workshop on Algorithms and Computation (WAAC 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Mixed Evacuation Problem on Path Networks2023

    • Author(s)
      Robert Benkoczi, Yuya Higashikawa, Risa Ishikawa, Naoki Katoh
    • Organizer
      The 23rd Japan-Korea Joint Workshop on Algorithms and Computation (WAAC 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Efficient Algorithms for Quickest Transshipment Problems in Grid Networks Motivated by Tsunami Evacuation2023

    • Author(s)
      Yuya Higashikawa, Junichi Teruyama, Yuki Tokuni, Azusa Yamamoto
    • Organizer
      The 23rd Japan-Korea Joint Workshop on Algorithms and Computation (WAAC 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sink Location Problems in Dynamic Flow Grid Networks2023

    • Author(s)
      Yuya Higashikawa, Ayano Nishii, Junichi Teruyama, Yuki Tokuni
    • Organizer
      The 23rd Japan-Korea Joint Workshop on Algorithms and Computation (WAAC 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Faster Algorithms for Evacuation Problems in Networks with a Single Sink of Small Degree and Bounded Capacitated Edges2023

    • Author(s)
      Yuki Tokuni, Katoh Naoki, Junichi Teruyama, Yuya Higashikawa
    • Organizer
      The 16th Annual International Conference on Combinatorial Optimization and Applications (COCOA 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Sink Location Problems in Dynamic Flow Grid Networks2023

    • Author(s)
      Yuya Higashikawa, Ayano Nishii, Junichi Teruyama, Yuki Tokuni
    • Organizer
      The 29th International Computing and Combinatorics Conference (COCOON 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] The Line-constrained Maximum Coverage Facility Location Problem2023

    • Author(s)
      Hiroki Maegawa, Naoki Katoh, Yuki Tokuni, Yuya Higashikawa
    • Organizer
      The 16th Annual International Conference on Combinatorial Optimization and Applications (COCOA 2023)
    • Related Report
      2023 Annual Research Report
    • Int'l Joint Research

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Published: 2023-04-18   Modified: 2024-12-25  

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