2023 Fiscal Year Research-status Report
音波伝搬時間を利用した高精度沿岸流速モニタリングシステムの構築
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22K04563
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| Research Institution | Hiroshima University |
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Principal Investigator |
谷口 直和 広島大学, 先進理工系科学研究科(工), 共同研究講座准教授 (30711733)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | 瀬戸内海 / 潮汐・潮流 / 水中音響計測 / データ同化 / 潮流場の再現・予測 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本研究は、音波送受信実験・伝搬時間計測データから得られる経路平均流速を数値海洋モデルにデータ同化させた、高精度沿岸流速分布の準リアルタイムモニタリングシステムの構築を目的とし、瀬戸内海の約100平方キロメートル程度までの比較的小領域の湾や灘へ適用できるシステムの構築を目指している。2023年度は、2022年度に引き続き，音波経路平均流速に適したデータ同化法の検討と音波送受信・伝搬時間計測装置の製作に取り組んだ。
データ同化法に関しては、音波送受信計測で得られた流速データを用いた、流動モデルの開境界で与える潮位・潮流条件（開境界条件）の修正に取り組んだ。2022年度の方法・結果をもとに、アンサンブルカルマンフィルタを用いた30日間の潮流場再現実験を行い、その結果を使って再度開境界条件を設定した。また、同じ開境界条件の修正を目的として、モデルグリーン関数法を用いた開境界条件の調整も行い、結果を比較した。開境界条件の調整の結果、どちらの方法でもモデル結果と観測結果の差（ADCP計測結果との差）が小さくなった。また、調整した開境界条件でモデルを駆動し、さらに再度音波送受信で得られた流速結果をアンサンブルカルマンフィルタで同化することで、潮流場の再現精度が向上することを確認した。
本研究で実施する音波送受信装置の製作に関して、世界的な半導体不足のために使用予定であった半導体が入手困難であり、また、以前に試作した際に使用した部品の中にもCOVID-19の影響で製作が困難であるものもあった。2023年度は、前年度に検討・設計した部品・回路のいくつかを再検討し、その後、実際に音波送受信装置を製作した。簡易的な音波送受信テストを行って装置の動作を確認した。また、無線でのデータ転送方法を検討した。
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| Current Status of Research Progress |
Current Status of Research Progress
3: Progress in research has been slightly delayed.
Reason
2023年の研究で、申請時に提案した方法（研究方法数値流動モデルの開境界における境界条件を修正することで、その後のアンサンブルカルマンフィルタによる逐次修正での精度も向上させる）の妥当性を示した。しかしながら、目標として挙げた既存流速計測法との誤差10%には達していない。また、本研究開始の際に、世界的な半導体不足が発生したため、音波送受信装置で使用する部品の見直し等、再設計が必要であった。入手性のよい材料や部品を検討して新しく設計した簡易な音波送受信テストは実施したが、対象海域における新しい装置での音波送受信実験とその結果を用いたデータ同化による潮流場再現を実施できていない。また、無線データ転送に関して、転送方法を検討・研究室内での動作確認を行ったが、野外での長期に渡る動作確認ができていない。
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| Strategy for Future Research Activity |
これまでのデータ同化に関する検討では、比較的簡易な流動モデル（深さ平均した2次元モデル）を用いてきたので、3次元の流動モデルに拡張する。対象海域においては、観測からも水深方向の流速の変化が小さいことはわかっている。しかし、今後、他海域への適用を考えると、水深方向の流速変化も表現できたほうがよい。また、2023年度の研究では、アンサンブルカルマンフィルタを行う際にモデル表現誤差のために実際の観測誤差より大きい誤差共分散行列与えており、高精度な音波送受信時間を活用できていない。音波送受信時間データをより活用できるようにするため、格子間隔を小さくするなどモデルの精度向上をおこなう。新しく設計した装置を用いて対象海域において音波送受信実験を行う。その際に、無線データ転送機能を実装し実時間でのデータ転送を確認する。
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| Causes of Carryover |
オープンアクセスジャーナルへの掲載費の支払いの一部に対して大学からの補助があったが年度末であったため大学からの補助分を次年度使用とした。
2024年度は実海域（瀬戸内海の三原瀬戸海域）で実証実験を行う。目標として挙げた既存流速計との差10%以下を目指して、製作した装置を用いた音波伝搬時間計測と考案したデータ同化法による潮流場再現を行う。2024年度の助成金は、計画どおり、実験消耗品費、実験旅費、実験謝金等に使用する。2023年度に生じた次年度使用額は、潮流場再現のための補助的なデータを取得するためのセンサを購入する予定である。
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