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Effect of Micrometeorology on Human Thermoreguatory Response and its Modeling

Planned Research

Project AreaMicro-meteorology control: Integrated technology of harmonic prediction and active monitoring of micro-meteorology for future autonomous society
Project/Area Number 20H05753
Research Category

Grant-in-Aid for Transformative Research Areas (B)

Allocation TypeSingle-year Grants
Review Section Transformative Research Areas, Section (II)
Research InstitutionNagoya Institute of Technology

Principal Investigator

平田 晃正  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 教授 (00335374)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 小寺 紗千子  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (40874219)
Essam Rashed  兵庫県立大学, 情報科学研究科, 教授 (60837590)
ゴメスタメス ホセデビツト  名古屋工業大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (60772902)
Project Period (FY) 2020-10-02 – 2023-03-31
Project Status Granted (Fiscal Year 2022)
Budget Amount *help
¥14,170,000 (Direct Cost: ¥10,900,000、Indirect Cost: ¥3,270,000)
Fiscal Year 2022: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2021: ¥4,160,000 (Direct Cost: ¥3,200,000、Indirect Cost: ¥960,000)
Fiscal Year 2020: ¥5,850,000 (Direct Cost: ¥4,500,000、Indirect Cost: ¥1,350,000)
Keywords熱中症リスク / 温熱応答 / 大規模計算 / 深部温度 / 機械学習 / 生体温熱シミュレーション / 生理応答モデル
Outline of Research at the Start

従来、熱中症リスクに関しては、どこで誰が倒れたかという時空間的に1点での評価が行われてきた。しかし、実際は、刻々と変化する熱環境の中で移動していく中で、熱中症で倒れ
る人がいる。そのような場合には、人が受けてきた熱によるストレスの履歴が重要な役割を果たす。本研究は、そもそも倫理的にも技術的にも定量化することが難しい熱ストレスを数
値シミュレーションにより評価しながら、刻々と変化する周囲の熱環境(微気象)を考慮した熱中症リスクを予測し、低減する未来社会サービスを実現するための基盤モデル技術を開
発する。

Outline of Annual Research Achievements

前年度から継続して、人体の組織構成を考慮した詳細な人体モデルを用い、暑熱環境に対する人の温熱応答に関する大規模から、予測データを取得する。具体的には、1mmの空間分解能を有する人体モデルに対して複合物理解析を実施、太陽光についてはマクスウェル方程式を、熱計算には熱拡散方程式を時間領域差分法により離散化し、スーパーコンピュータ上で分析した。ボランティア実験より得られたデータと、解析の対比より、深部温度の時間変化のばらつきについて検討を行った。
また、複数の機械学習モデルを活用して、大規模計算で得られた必要パラメータ群からなる縮約モデルの構築に向けた検討した。縮約モデルとしては、機械学習を活用した統計縮約モデルおよび伝熱蓄熱過程を考慮した物理縮約モデルの2種類を想定し、モデル化を行った。ここで、深部体温の一度の上昇が熱中症リスクの目安と考えられる。このことから、詳細な熱中症リスク評価のためには 深部体温を 0.1 度の精度で推定することを目指した。前年度では典型的な気象データに基づいた検討であったが、今年度では微気象の時空間データに拡張し、現実に即した人体温熱モデル計算を多数実行することにより、教師データを生成した。長・短期記憶、回帰型ニューラルネットワークを用いた低次元・人体温熱応答予測モデルを構築することにより、汎用 PC でミリ秒オーダーでの予測を行えることを確認、時間軸上ではやや時間遅れがみられるなどの課題が残るものの、有用性を確認した。

Current Status of Research Progress
Current Status of Research Progress

2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned.

Reason

深部温度の時間変化の実験と解析の対比より有効性を確認できたため。また、機械学習(回帰型ニューラルネットワーク)を活用して、大規模計算で得られた必要パラメータ群からなる縮約モデルの構築に向けた検討、目安とした深部体温を 0.1 度の精度で推定できることが確認でき、当初の目的をおおむね達成できたため。

Strategy for Future Research Activity

詳細な熱中症リスク評価のためには深部体温を0.1度の精度で推定することを目指し、おおむねその結果を達成している。一方、複数の機械学習モデルが存在し、現実的な適用性については検討が十分ではない。微気象の時空間データを用いて、現実に即した人体温熱モデル計算を多数実行し、教師データを取得する予定である。また、微気象予測情報と連携したリアルタイム情報提供システムの概念設計を行う。調和的予測班と能動的予測班が開発する微気象予測システムとこれまで開発した縮約モデルを連携した、各歩行者と群衆の熱中症リスクを同時に最小化するリアルタイム情報提供システムの概念実証を行っていく予定である。

Report

(2 results)
  • 2021 Annual Research Report
  • 2020 Annual Research Report

Research Products

(6 results)

All 2022 2021

All Journal Article (1 results) Presentation (5 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Journal Article] Social implementation and intervention with estimated morbidity of heat-related illnesses from weather data: A case study from Nagoya City, Japan2021

    • Author(s)
      Nishimura Taku、Rashed Essam A.、Kodera Sachiko、Shirakami Hidenobu、Kawaguchi Ryotetsu、Watanabe Kazuhiro、Nemoto Mio、Hirata Akimasa
    • Journal Title

      Sustainable Cities and Society

      Volume: 74 Pages: 103203-103203

    • DOI

      10.1016/j.scs.2021.103203

    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 8 都道府県における熱中症搬送人員数予測2022

    • Author(s)
      高田旭登,江川隆輔,滝沢寛之,平田晃正
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] データ同化によるリアルタイム熱中症リスク評価に関する検討2021

    • Author(s)
      上松涼太,平田晃正,宮澤太機
    • Organizer
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] 複合物理解析と救急搬送データに基づく高齢者熱中症リスク評価2021

    • Author(s)
      高田旭登,小寺紗千子,平田晃正
    • Organizer
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • Related Report
      2021 Annual Research Report
  • [Presentation] データ同化による簡易体温推定手法のパーソナライゼーション2021

    • Author(s)
      上松涼太,平田晃正
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
  • [Presentation] 名古屋市における熱中症搬送者予測―ニューラルネットワークと非線形回帰によるアプローチ-2021

    • Author(s)
      平田晃正,小寺紗千子,Essam Rashed
    • Organizer
      電子情報通信学会総合大会
    • Related Report
      2020 Annual Research Report
    • Invited

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Published: 2020-10-30   Modified: 2022-12-28  

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