大域/局所設計情報間の潜在構造の可視化と数理モデル化ー現象理解と仮説導出に向けて

2017 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 16K00295
• Research Institution: The University of Electro-Communications
• Principal Investigator: 千葉 一永 電気通信大学, 大学院情報理工学研究科, 准教授 (50450705)
• Project Period (FY): 2016-04-01 – 2019-03-31
• Keywords: 非定常空気力学的大規模データ解析 / 遷音速バフェット現象 / 設計ルール階層構造化 / 進化的ルールマイニング / 位相的データ解析

Outline of Annual Research Achievements

昨年度課題として抽出された非定常データに対する方法論に関する試行錯誤を実施した．本研究課題の一環で共同研究として立ち上げた，JAXA（宇宙航空研究開発機構）航空技術本部が解明を進める，遷音速バフェット現象の非定常大規模空気力学データセットを研究対象として，多様なデータマイニングを実施することで手法の開発・改良を進めた．非定常大規模データは，現在データ解析分野で喫緊の課題であり，方法論の汎用性を議論する上で適切な研究対象である．
一つは一昨年度研究開発した設計ルールの階層構造化手法を適用した．この場合，入力するデータセットの圧縮が必要になるが，この圧縮方法にどうしても恣意性が入らざるを得ず，背景となる物理に基づき圧縮しなければ得られる出力結果を解釈できないことが分かった．
二つ目は学習分類子に基づく進化的ルールマイニングを適用し，衝撃波位置と入力データに含まれる5つの物理量との相関ルールを予測した．出力結果を階層クラスタリングでグループ化し，現在各クラスタでの物理を解釈している．本手法は，教師データから未知情報を生成するため，物理的に非現実的な解が生成される可能性があるが，遷音速バフェット現象のような物理メカニズムが不明の入力データに適用すると，その結果を物理的に解釈できないため，使用には壁がある．
三つ目は位相的データ解析の開発と適用である．入力データに特段の恣意性を入れず直接的に出力結果を得られるため，方法論としては使い勝手がよい．本検討で初めて工学データに適用したため，アルゴリズムの問題点も浮き彫りになったため，さらに今後ブラッシュアップし，本来ゴールと考えている非定常大規模データの解釈，特に今回は時間的・空間的な物理解釈を推進する予定である．

Current Status of Research Progress

1: Research has progressed more than it was originally planned.

Reason

当初は，設計ルールの階層構造化手法の開発と発展を研究の主眼に置いていたが，採択頂いた御蔭で構築された環境の下，初年度で思った以上に研究を進められた．これにより明らかとなった課題を解決するため，他方面からの研究対象へのアプローチができるようになり，進化的ルールマイニングや位相的データ解析にまで枠組みを広げることができており，当初の予定以上の発展を望める土壌ができつつある現状に鑑みて判断した．

Strategy for Future Research Activity

研究実績の概要で概略をまとめた通り，多角的に非定常空気力学的大規模データへの解釈を進める．これまでの試行錯誤の結果，各方法論の持つ課題が明らかになりつつある．一つは入力データの圧縮方法，一つは出力データの物理的解釈方法，一つは位相的データ解析のアルゴリズムの改良である．特に最後の課題は一朝一夕に解決できるものではないが，汎用的な方法論への発展のために，是非継続発展させたい．

Research Products

• [Journal Article] 相関ルールに基づく非劣解分析支援システムのオンデマンド化 (2018)
  • Author(s): 賀川 祐太朗、渡邉 真也、金崎 雅博、依田 英之、千葉 一永
  • Journal Title: 進化計算学会論文誌 Volume: 8 Pages: 75～87
  • DOI: 10.11394/tjpnsec.8.75
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] From Extraction to Generation of Design Information -Paradigm Shift in Data Mining via Evolutionary Learning Classifier System (2017)
  • Author(s): Chiba, K. and Nakata, M.
  • Journal Title: Procedia Computer Science Volume: 108 Pages: 1662～1671
  • DOI: 10.1016/j.procs.2017.05.233
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Conceptual Design Methodology of a Hybrid Rocket Engine-Powered Launch Vehicle for Sub-Orbital Flight (2017)
  • Author(s): Kanazaki, M., Yoda, H., Chiba, K., Kitagawa, K., and Shimada, T.
  • Journal Title: Journal of Aerospace Engineering Volume: 30 Pages: p.04017071
  • DOI: 10.1061/(ASCE)AS.1943-5525.0000778
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Simple control of oxidizer flux for efficient extinction?reignition on a single-stage hybrid rocket (2017)
  • Author(s): Chiba, K., Kanazaki, M., and Shimada, T.
  • Journal Title: Aerospace Science and Technology Volume: 71 Pages: 109～118
  • DOI: 10.1016/j.ast.2017.09.017
  • Peer Reviewed
• [Journal Article] Cognition of Parameters' Role on Vertical Control Device for Aerodynamic Performances of Aircraft Using Visual Data Mining (2017)
  • Author(s): Chiba, K., Omori, T., Sunada, Y., and Imamura, T.
  • Journal Title: International Journal of Mechanical Systems Volume: 1 Pages: pp.18-31
  • Peer Reviewed
• [Presentation] Determination of Temporal and Spatial Origination of Transonic Buffet via Unsteady Data Mining (2018)
  • Author(s): Chiba, K., Umeda, Y., Hamada, N., Watanabe, S., Nakata, M., Yasue, K., Suzuki, K., Atobe, T., Kuchi-Ishi, S., Nakakita, K., and Ito, T.
  • Organizer: 56th AIAA Aerospace Sciences Meeting
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] Unsteady Data Mining for Transonic Buffet Phenomena (2018)
  • Author(s): Chiba, K., Umeda, Y., Hamada, N., and Yasue, K.
  • Organizer: US-Japan Workshop on Bridging Fluid Mechanics and Data Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 遷音速バフェットへの非定常データマイニング試行 (2018)
  • Author(s): 千葉 一永, 梅田 裕平, 濱田 直希, 跡部 隆, 口石 茂, 鈴木 康司, 中北 和之, 保江 かな子
  • Organizer: 平成29年度航空宇宙空力シンポジウム
• [Presentation] 非定常データマイニングによる遷音速バフェットの時空間発生起点調査 (2018)
  • Author(s): 千葉 一永, 梅田 裕平, 濱田 直希, 保江 かな子
  • Organizer: 平成29年度航空機空力研究ワークショップ
• [Presentation] Knee Point Analysis of Many-Objective Pareto Fronts Based on Reeb Graph (2017)
  • Author(s): Hamada, N. and Chiba, K.
  • Organizer: IEEE Congress on Evolutionary Computation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] From Extraction to Generation of Design Information - Paradigm Shift in Data Mining via Evolutionary Learning Classifier System (2017)
  • Author(s): Chiba, K. and Nakata, M.
  • Organizer: International Conference on Computer Science
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 航空宇宙分野における設計情報学の駆動 - 多分野融合多目的最適設計から非定常空力現象兆候検出まで (2017)
  • Author(s): 千葉 一永, 金崎 雅博, 嶋田 徹, 渡邉 真也, 中田 雅也, 梅田 裕平, 濱田 直希, 保江 かな子, 鈴木 康司, 口石 茂, 中北 和之, 伊藤 健
  • Organizer: 特定非営利活動法人 非線形CAE協会 第31期非線形CAE勉強会“非線形CAEの新しい潮流”
  • Invited
• [Presentation] 非定常空力現象兆候検出へのデータマイニング試行 (2017)
  • Author(s): 千葉 一永, 渡邉 真也, 中田 雅也, 梅田 裕平, 濱田 直希, 保江 かな子, 鈴木 康司, 口石 茂, 中北 和之, 伊藤 健
  • Organizer: 第49回流体力学講演会/第35回航空宇宙数値シミュレーション技術シンポジウム
• [Presentation] Performance Evaluation of Altering-intensity Swirling-Oxidizer-Flow-Type Hybrid Rocket Using Multi-Disciplinary Optimization (2017)
  • Author(s): Kanazaki, M., Yoda, H., Chiba, K., Kitagawa, K., and Shimada, T.
  • Organizer: 7th European Conference for Aeronautics and Space Sciences
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] A Scatterplots Selection Technique for Multi-Dimensional Data Visualization Combining with Parallel Coordinate Plots (2017)
  • Author(s): Watanabe, A., Itoh, T., Kanazaki, M., and Chiba, K.
  • Organizer: 21st International Conference Information Visualisation
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 大規模計算資源を援用した有翼式宇宙往還機の実用的なエアフレーム・推進統合設計 (2017)
  • Author(s): 金崎 雅博, 渡邉 真也, 棟朝 雅晴, 藤川 貴弘, 米本 浩一, 伊藤 貴之, 千葉 一永
  • Organizer: 学際大規模情報基盤共同利用・共同研究拠点第9回シンポジウム
• [Presentation] 設計情報とその駆動 - 非定常物理現象解明を目指して (2017)
  • Author(s): 千葉 一永, 渡邉 真也, 中田 雅也, 梅田 裕平, 濱田 直希, 保江 かな子, 鈴木 康司, 口石 茂, 中北 和之, 伊藤 健
  • Organizer: 日本機械学会年次大会, 先端技術フォーラム, Industry4.0, IoT時代の日本のものづくりとCAE
  • Invited
• [Presentation] Driving design informatics - Aiming for innovative aerospace vehicles (2017)
  • Author(s): 千葉 一永
  • Organizer: 九州大IMI短期共同研究「ベクトル値滑層分割Morse理論の構築による多数目的最適化問題の解集合の可視化」
  • Invited
• [Presentation] An Attempt for Detecting Transonic Buffet Signature via Unsteady Data Mining (2017)
  • Author(s): Chiba, K., Watanabe, S., Nakata, M., Umeda, Y., Hamada, N., Yasue, K., Suzuki, K., Kuchi-Ishi, S., Nakakita, K., and Ito, T.
  • Organizer: The 2017 World Congress in Computer Science, Computer Engineering, and Applied Computing
  • Int'l Joint Research
• [Presentation] 航空宇宙分野における設計情報学の駆動 - 多分野融合多目的最適設計から非定常空力現象兆候検出まで (2017)
  • Author(s): 千葉 一永, 金崎 雅博, 嶋田 徹, 渡邉 真也, 中田 雅也, 梅田 裕平, 濱田 直希, 保江 かな子, 鈴木 康司, 口石 茂, 中北 和之, 伊藤 健
  • Organizer: 特定非営利活動法人 非線形CAE協会 第32期非線形CAE勉強会
  • Invited
• [Remarks] Publication of Kazuhisa Chiba
  • URL: http://www.di.mi.uec.ac.jp/chiba/publication.html