2020 Fiscal Year Research-status Report
機械学習法を活用して洪水被害の最小化を図るダム操作支援技術の開発
| Project/Area Number |
20K04698
|
|---|
| Research Institution | Muroran Institute of Technology |
|---|
Principal Investigator |
中津川 誠 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 教授 (10344425)
|
|---|
| Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) |
小林 洋介 室蘭工業大学, 大学院工学研究科, 助教 (10735103)
一言 正之 日本工営株式会社中央研究所, 先端研究開発センター, 研究員 (40463559)
|
|---|
| Project Period (FY) |
2020-04-01 – 2023-03-31
|
| Keywords | ダム流入量予測 / ダム貯水位予測 / ダム操作判断支援 / 機械学習法 / スパースモデリング / Elastic Net / 異常洪水時 / 未経験事例 |
|---|
| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は，未経験事例にも適用可能な機械学習法によるダム貯水位の予測手法の開発を目的とする．さらに，予測をもとに，異常洪水時にも下流の被害を最小化できるダム操作の判断支援手法を提案することを目指す．
3か年の研究の初年度である令和2年度は，一つは前者の研究目的である「未経験洪水事例にも適用可能なダム流入量予測手法」の開発検討に着手した．その背景に近年，全国的に頻発している大洪水に対し，事前放流など被害を最小限に抑える操作のため，予測先行時間が長く信頼性の高いダム流入量の予測が望まれている．そこで，少ない情報からデータ間の関係性を特定することを目的に活用が進んでいるスパースモデリング手法の一つであるElastic Netを用いて，関係する気象・水文情報から24時間先までのダム流入量積算値の予測を試みた．結果として，何波にもわたり大雨が連続し，土壌の湿潤状態が変化する場合にも，半減期720時間の実効雨量を説明変数に導入することで安全側の予測が可能であることを示した．最終的に複数の未経験洪水事例に対して，実務に利用可能なレベルの予測結果が得られることを確認した．
もう一つに特定のダムのみならず，一般性のある流入量予測手法が提案できるかという課題がある．また，近年の異常洪水の頻発に対し，全国各地にある治水目的だけでなく利水ダムや十分な観測情報が得られない中小規模のダムにも広く適用できる手法の提案が喫緊の課題といえる．そこで，まずは多くの観測データがあるいくつかの多目的ダムを対象に，汎化性能の高いElastic Netで得られた回帰的手法で流入量予測モデルを構築することで，一般性のある予測手法が見いだせないかを検討した．結果として，流域面積が同程度のダムでは同様の回帰的手法が予測に適用できる可能性を示した．
|
| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.
Reason
当初予定では，1年目で(1)既往洪水事例およびダムの情報収集・整理，1年目から2年目にかけて，(2)予測に必要な説明変数の検討，および(3)機械学習法による予測手法検討を予定していたが，いずれの事項についても所定の作業を達成している．とくに(3)の機械学習法の選定については，決定木（Random Forest法），深層学習（深層Neural Network法）およびElastic Net（EN）法の比較検証をおこなったうえで，未経験事例に対するEN法の有効性を過年度の先行研究で示してきた．そのうえで，2年目で予定している予測手法の検討と提案についても踏み込んだ内容が提示できていると考える．
一方，特定のダムのみならず，一般性のある流入量予測手法の提案を目指し，Elastic Netで得られた回帰的手法によるモデルを他のダムに適用できるかを検証した．近年の豪雨災害の頻発を背景に，全国各地の不特定多数のダムをフルに活用した被害の軽減にこの知見が活用できれば，社会的に重要な喫緊の課題に応えることにもつながることになり，研究成果については当初予定以上の付加価値を与えるような状況にあるといえる．
|
| Strategy for Future Research Activity |
内容としては当初計画通り進める．2年目以降は，1)提示した考え方に一般性があるかどうかを確認するために検討事例を増やす，2)ダム操作支援のためにダム貯水位予測（貯水位予測のためには操作規則に基づく放流量設定が必要）を実施する，3)ダム下流の状態をダム操作にフィードバックさせるために下流河川水位予測を実施推進することで，洪水調節効果を高められるようなダム操作手法の提案を行う．
|
| Causes of Carryover |
令和2年度に300,000円（うち代表者1名分100,000円，分担者2名分200,000円）で計上していた謝金等が実績で計16,592円となり，これが次年度へ繰り越しが増えた大きな要因である．新型コロナ感染症の影響により，直接の監督指示のもとデータ整理等の作業を依頼することが困難となったことが主たる原因である．ただし，その分は作業の効率化などによって補完できたので，目標達成に影響を及ぼすことはなく，むしろ当初予定以上の進捗があった．
次年度は前年度効率化した分を検討事例増に振り向けることを考え，計算能力向上に充当していきたい．合わせて新型コロナ感染症の影響で対面会合が制限されることを考え，旅費を減額するとともに，その分をオンライン環境の整備を図るための機器購入に充当していきたい．上記の理由と目的により，R2年度繰越分326,681円（うち代表者126,681円，分担者2名分200,000円）をR3年度当初予定分900,000円（うち代表者700,000円，分担者2名分200,000円）に加え，物品費826,681円（うち代表者626,681円，分担者2名分200,000円），旅費300,000円（うち代表者100,000円，分担者2名分200,000円），謝金等100,000円（代表者のみ）として使用する計画である．
|
Research Products
(4 results)
