2023 Fiscal Year Research-status Report
超音波・光・画像のセンサーフュージョンによる海水中浮遊濁物質の種別濃度計測手法
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22K04565
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| Research Institution | Osaka Metropolitan University |
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Principal Investigator |
新井 励 大阪公立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (60508381)
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| Project Period (FY) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| Keywords | ADCP / 浮遊懸濁物質 / 濁度 / 水中画像 / CNN / センサーフュージョン / 動物プランクトン |
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| Outline of Annual Research Achievements |
本申請課題の目的は，3次元超音波流向流速計（Acoustic Doppler Current Profiler，以降ADCPと呼ぶ）と光学式濁度計，水中カメラをセンサーフュージョンすることで，海水中の浮遊懸濁物質の濃度，粒子径，種類（動物プランクトン，植物プランクトン，稚仔魚，マイクロプラスチックを含むその他懸濁物質）を計測する手法の開発である。
前年度は，ADCPの浮遊懸濁物質に対する応答を解明し，物理モデルで表現した。
本年度は，まず，水中カメラによる撮影画像から，自動で動物プランクトン，その他懸濁物質を判別するアルゴリズムを開発した。画像判別にはＡＩで用いられる畳み込みニューラルネットワーク（ＣＮＮ）を使用した。ＣＮＮによる画像判別が難しい場合には，画像の特徴量（動物プランクトンならヒゲ形状，植物プランクトンならクロロフィルの緑色など）からマハラノビスの距離などによる判別法も試みた。また，画像から各種浮遊懸濁物質の画像を切り取り，面積を利用することで粒子径を同定することができた。
次に，水中カメラを内蔵した現場型動物プランクトン計測器を開発した。水密の筐体に，CMOSカメラとしてArduCAMカメラモジュールを，制御回路にはArduinoUnoを搭載することで水中撮影を可能とした。さらに，送液ポンプで動物プランクトンを含む海水を撮影部のフローセルを送液することで海水中の動物プランクトンの撮影を可能とした。
最後に大阪府泉佐野市りんくう公園内海において実海域における動物プランクトン計測を実現した。同時にプランクトンネットで採取した動物プランクトンを計数し，計測値の妥当性を検証した。
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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
研究2年目にして海水中の動物プランクトン撮影を実現したため概ね順調に進捗している。
本研究で開発した現場型画像撮影装置により計測した実海域の動物プランクトン個体数と実海域でプランクトンネットで採取した動物プランクトンの計数結果が良好に一致したため、本画像撮影装置の妥当性が確認できた。
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| Strategy for Future Research Activity |
今後、開発した水中画像装置、光学式濁度計およびADCPの浮遊懸濁物質に対する応答の相違を解明する。これらの装置を同時に海域に設置し、海水中の浮遊懸濁物質に対する音、画像、光の応答を計測する。得られた計測値に対し、これら計測装置の物理的相関や相違を利用し（各計測値を説明変数として），重回帰や主成分分析を用いセンサーフュージョンすることで最終年度の成果とする。得られた成果は卒業論文や修士論文、さらにはジャーナル投稿することで公表する予定である。
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| Causes of Carryover |
①ADCP用ハイドロフォン（1.2MHz）の選定が遅延しているため。
②新たな研究成果のジャーナル投稿が2か月程度遅延しているため，その費用（OA50万，英文校正15万程度）の繰り越し。
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