2019 Fiscal Year Research-status Report
Development of determination and prediction method of long-range transport event of atmospheric aerosol particles using machine learning algorithm
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18K04407
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| Research Institution | University of Yamanashi |
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Principal Investigator |
小林 拓 山梨大学, 大学院総合研究部, 准教授 (20313786)
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| Project Period (FY) |
2018-04-01 – 2021-03-31
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| Keywords | 越境輸送微粒子 / 偏光光散乱式粒子計測器 / 機械学習アルゴリズム / 鉱物粒子 / 大気汚染粒子 / 観測ネットワーク |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究では，偏光光散乱式粒子数計測器（以下偏光OPC）の観測ネットワークで得られたデータから，機械学習アルゴリズムにより越境輸送微粒子のイベントの判定および予測することを目的にしている．本年度は，１）偏光OPCの組成毎の複素屈折率を考慮し粒径区分を見直した．新たな粒径区分をもとに各組成の質量濃度および粒径分布，微小粒子状物質濃度（PM2.5）を推定するアルゴリズムを偏光OPC観測ネットワークのデータ処理システムに組み込んだ．２）偏光OPC観測ネットワークのデータから翌日の粒子状物質濃度を機械学習アルゴリズムにより推定する方法を検討した，
光散乱を利用した粒子計測装置のデメリットとして，校正に使用した標準粒子と測定した粒子状物質の複素屈折率が異なる場合，粒径やこの値をもとに算出した質量の推定値に大きな誤差を生むことが指摘されている．本研究で使用している偏光OPCは，形状に関する情報も得られるため，簡易的に鉱物粒子と潮解性粒子とに分別することができる．そこで，各組成の複素屈折率を考慮し散乱理論により粒径推定にしようするデータベースを再構築し，粒径区分を細分化することで粒径分布の推定や質量濃度の推定精度も改良した．その結果，人為起源の二次生成粒子に多く含まれる潮解性粒子の粒径および質量濃度の推定精度が大幅に向上した．また，社会の関心が高いPM2.5濃度も推定できるように改良した．
本研究の最終的な目的の一つは，偏光OPC観測ネットワークのデータを活用し，粒子状物質濃度予報を行うことである．ある日の21時の時点で翌日の9から21時の平均濃度，もしくは最大濃度を知ることができれば，翌日の屋外活動を検討する上で参考になると想定とした．昨年までと同様に濃度レベルは再現できているが，時間遅れが発生していた．実質的に時系列データの最新値に大きく依存している可能性が高い．
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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
機械学習アルゴリズムの開発に関しては順調に計画を進めている．新規に偏光OPCを富士山太郎坊ブルドーザー基地に設置する計画であったが，木曽駒ヶ岳千畳敷に設置した偏光OPCにの信号処理基板に不具合が発生したため購入した信号処理基板を使用し，回収した信号処理基盤をメーカーにて修理し動作を確認した．粒径推定に関する見直しを行ったため，偏光OPCの制御プログラム，山梨大学のデータサーバにおけるデータ収集システム，データ処理アルゴリズムを改修した．
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| Strategy for Future Research Activity |
富士山太郎坊ブルドーザー基地に偏光OPCを新たに設置する予定である．太郎坊ブルドーザー基地に物置を据え付け，内部に偏光OPCを設置する．LANは本学の他の研究グループが設置した観測コンテナに携帯電話網を利用したインターネットルータに接続し，リアルタイムにデータ転送できるように設定する．
昨年までと同様に濃度レベルは再現できているが，時間遅れが発生していた．実質的に時系列データの全体ではなく，最新値に大きく依存している可能性が高い．これまでは濃度を予測することを検討してきたが，粒子状物質予報という視点で考えると，必要な情報は正確な濃度というよりも野外活動ができるか判断するため，粒子状物質濃度がある閾値を超えるかどうかが重要である．今後，使用する機械学習アルゴリズムの見直しも含め，学習データの目的値の設定を再検討する予定である．
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| Causes of Carryover |
信号処理基盤の修理費用が予想より低かったため残高が生じた．翌年度の消耗品として使用する予定である．
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