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AI融合シミュレーションによる微気象の調和的予測技術の創出

計画研究

研究領域微気象制御学:微気象の調和的予測と能動的観測の融合による自律制御型社会基盤の創成
研究課題/領域番号 20H05751
研究種目

学術変革領域研究(B)

配分区分補助金
審査区分 学術変革領域研究区分(Ⅱ)
研究機関東京工業大学

研究代表者

大西 領  東京工業大学, 学術国際情報センター, 准教授 (30414361)

研究分担者 杉山 大祐  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(地球情報科学技術センター), 准研究副主任 (00816184)
廣川 雄一  足利大学, 工学部, 准教授 (30419147)
松田 景吾  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 付加価値情報創生部門(地球情報科学技術センター), 副主任研究員 (50633880)
小森 悟  同志社大学, 研究開発推進機構, 研究員 (60127082)
Kolomensk Dmitry  東京工業大学, 学術国際情報センター, 特任准教授 (00813924)
研究期間 (年度) 2020-10-02 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2022年度)
配分額 *注記
67,990千円 (直接経費: 52,300千円、間接経費: 15,690千円)
2022年度: 21,450千円 (直接経費: 16,500千円、間接経費: 4,950千円)
2021年度: 21,840千円 (直接経費: 16,800千円、間接経費: 5,040千円)
2020年度: 24,700千円 (直接経費: 19,000千円、間接経費: 5,700千円)
キーワード微気象制御学 / 超解像 / 微気象シミュレーション / 深層学習 / 微気象制御 / 数値流体シミュレーション / 微気象予測 / 数値流体力学シミュレーション
研究開始時の研究の概要

自律飛行ドローンなどが刻々と変化する環境に応じて様々なサービスを提供する未来都市を実現するためには、それら自律システム群へ微気象(人工物や人間活動の影響を強く受ける 地表付近の詳細気象)予測情報を提供するだけでなく、自律システム群が取得する大量のセンサー情報を予測に活用するという双方向性によって、現実気象とサイバー気象を融合することが必要不可欠である。本研究班はその融合を実現するために、刻々と変化する社会と環境に適合しつつ、即時性(リアルタイム性)も兼ね備えた調和的予測シミュレーション技術を創出する。

研究成果の概要

微気象(人工物や人間活動の影響を強く受ける地表付近の詳細気象)予測情報を活用した未来社会サービスを実現するためには、現実気象とサイバー気象を融合することが必要不可欠である。その融合を実現するために、刻々と変化する社会と環境に適合しつつ、即時性(リアルタイム性)も兼ね備えた調和的予測シミュレーション技術を開発した。具体的には、超高密度観測による大量の環境センサー情報をシミュレーションに同化する技術を開発した。さらに、AI技術と予測シミュレーション技術を融合することにより超高速に微気象予測情報を創出できる超解像シミュレーション技術を開発した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究により、微気象の調和的予測の基盤技術が開発された。これにより、微気象情報を包含した気象情報インフラの基盤の一つが確立されたことになる。さらなる発展により、ヒトやモノの意思決定および制御に直結する時空間スケールの情報基盤が構築され、新たなサービスや既存サービスの革新的な価値拡大の創出基盤が得られる。特に、ヒト・モノが集中し、社会経済活動が活発に行われる都市街区などの建物密集区域内の微気象に関するリアルタイム情報と予測情報は、様々な社会サービス(ドローン物流、熱中症リスク低減、スマートインダストリーなど)を通じて大きな社会・経済的価値を創出する。

報告書

(4件)
  • 2022 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (41件)

すべて 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (2件) 雑誌論文 (5件) (うち国際共著 1件、 査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (30件) (うち国際学会 5件、 招待講演 10件) 備考 (2件) 産業財産権 (1件) 学会・シンポジウム開催 (1件)

  • [国際共同研究] Aix-Marseille university(フランス)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [国際共同研究] Skolkovo Institute of Sci. and Tech.(ロシア連邦)

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] Rotationally equivariant super-resolution of velocity fields in two-dimensional flows using convolutional neural networks2023

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Yuki、Onishi Ryo
    • 雑誌名

      APL Machine Learning

      巻: 1 号: 2 ページ: 026107-026107

    • DOI

      10.1063/5.0132326

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 畳み込みニューラルネットによる都市微気象シミュレーションの物理超解像2022

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝、大西領、廣川雄一、Dmitry Kolomenskiy、杉山大祐
    • 雑誌名

      ながれ

      巻: 41 ページ: 85-88

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Super-resolution of near-surface temperature utilizing physical quantities for real-time prediction of urban micrometeorology2022

    • 著者名/発表者名
      Yasuda Yuki、Onishi Ryo、Hirokawa Yuichi、Kolomenskiy Dmitry、Sugiyama Daisuke
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 209 ページ: 108597-108597

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2021.108597

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] 深層学習を活用した超解像シミュレーションによる都市街区熱環境のリアルタイム予測2021

    • 著者名/発表者名
      大西領、安田勇輝
    • 雑誌名

      伝熱

      巻: 60 ページ: 30-35

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [雑誌論文] 生活世界に溶け込む微気象予測 ~環境予測システムと社会サービスシステムをつなぐ~2021

    • 著者名/発表者名
      大西領
    • 雑誌名

      計測と制御

      巻: 60 ページ: 499-503

    • NAID

      130008067846

    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ドローンの観測データを用いた微気象予測2023

    • 著者名/発表者名
      大西領、安田勇輝
    • 学会等名
      JAXAワークショップ「ドローン統合情報利用プラットフォームの可能性を探る 」
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] MSSGモデルの応用と発展2023

    • 著者名/発表者名
      大西領
    • 学会等名
      MSSGワークショップ
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] シミュレーション科学とデータ科学の融合技術で挑む”微気象”予測2023

    • 著者名/発表者名
      大西領、安田勇輝
    • 学会等名
      京大情報工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] ローンの観測データを用いた微気象予測2023

    • 著者名/発表者名
      大西領、安田勇輝
    • 学会等名
      JUTM
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Three-Dimensional Super-Resolution of Passive-Scalar and Velocity Distributions Using Neural Networks for Real-Time Prediction of Urban Micrometeorology2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yasuda, Ryo Onishi, Keigo Matsuda
    • 学会等名
      WCCM2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Physics Super-Resolution of Near-Surface Temperature for Urban Micrometeorology Using Convolutional Neural Networks2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yasuda, Ryo Onishi, Yuichi Hirokawa, Dmitry Kolomenskiy, Daisuke Sugiyama
    • 学会等名
      JpGU
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 注意機構付き深層学習による都市街区熱環境マップの物理超解像2022

    • 著者名/発表者名
      小野寺孔明、大西領、安田勇輝
    • 学会等名
      日本気象学会2022年度春季大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 都市街区熱環境マップに対する注意機構付き物理超解像2022

    • 著者名/発表者名
      小野寺孔明、大西領、安田勇輝
    • 学会等名
      日本機械学会2022年度大会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 畳込ニューラルネットによる都市微気象の3次元物理超解像2022

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝、大西領、松田景吾
    • 学会等名
      秋季気象学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 回転同変な畳込ニューラルネットによる2次元流体の超解像2022

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝、大西領
    • 学会等名
      春季気象学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 微気象予測と未来社会サービスの同時実現を目指す超解像シミュレーション法2022

    • 著者名/発表者名
      大西領、安田勇輝
    • 学会等名
      自動車技術会第2回CFD部門委員会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Four-Dimensional Super-Resolution Data Assimilation (4D-SRDA)2022

    • 著者名/発表者名
      Yuki Yasuda and R. Onishi
    • 学会等名
      AGU fall meeting
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 4D超解像データ同化:時空間超解像を_いたデータ同化_法の開発2022

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝、大西領
    • 学会等名
      秋季気象学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Model Intercomparison Study of Jet in Cross Flow for Prediction of Hot Air Recirculation2022

    • 著者名/発表者名
      Xidong Hu, Takashi Terada, Tsukuru Furuta, Keigo Matsuda, Kouji Nagata, Shaoxiang Qian, Tomoaki Watanabe, Ryo Onishi
    • 学会等名
      第36回数値流体力学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 4D超解像データ同化:時空間超解像を_いたデータ同化法の提案と順圧不安定流への適_2022

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝、大西領
    • 学会等名
      第36回数値流体力学会
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 微気象×機械学習~機械学習技術を活用した都市街区微気象のリアルタイム予測~2022

    • 著者名/発表者名
      大西領、安田勇輝、小野寺孔明、松田景吾
    • 学会等名
      機械学会熱工学部門
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AI 融合シミュレーションによる微気象の調和的予測技術の創出2022

    • 著者名/発表者名
      大西領
    • 学会等名
      第2回「微気象制御学」領域シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 都市街区における熱物質拡散に対する3次元超解像2022

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝
    • 学会等名
      第2回「微気象制御学」領域シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] Super-resolution simulation of urban micro-meteorology for sustainable future society2022

    • 著者名/発表者名
      R. Onishi, Y. Yasuda
    • 学会等名
      AI Super-Resolution Simulation Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Roto-Translation Equivariant Super Resolution of Two Dimensional Fluids Using Convolutional Neural Networks2022

    • 著者名/発表者名
      Y. Yasuda
    • 学会等名
      AI Super-Resolution Simulation Workshop
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微気象制御学と気象制御2021

    • 著者名/発表者名
      大西領
    • 学会等名
      ムーンショットセミナー
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 機械学習技術を活用した都市街区微気象のリアルタイム予測2021

    • 著者名/発表者名
      大西領、Dmitry Kolomenskiy、廣川雄一、杉山大祐、松田景吾
    • 学会等名
      日本機械学会2021年次大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] ニューラルネットによる都市微気象シミュレーションの物理超解像2021

    • 著者名/発表者名
      安田勇輝、大西領、廣川雄一、Dmitry Kolomenskiy、杉山大祐
    • 学会等名
      第35回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 微気象シミュレーション超解像の浮動小数点精度に関する検討2021

    • 著者名/発表者名
      廣川 雄一 、大西領、安田勇輝、Dmitry Kolomenskiy、杉山大祐
    • 学会等名
      第 35 回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] AI技術を活用した都市街区微気象のリアルタイム予測2021

    • 著者名/発表者名
      大西領、廣川雄一、Dmitry Kolomenskiy、杉山大祐、松田景吾
    • 学会等名
      電子情報通信学会総合大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] AI融合シミュレーションによる微気象予測の実現と未来社会サービスの創出2021

    • 著者名/発表者名
      大西領
    • 学会等名
      JST-CRDS科学技術未来戦略ワークショップ 「複雑な流れ現象の解明と統合的制御」
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Physics-informed super-resolution for real-time prediction of urban micro-meteorology2021

    • 著者名/発表者名
      Ryo Onishi
    • 学会等名
      PiAI Seminar Series: Physics informed AI in Plasma Science
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] AI融合シミュレーションによる微気象の調和的予測技術の創出2021

    • 著者名/発表者名
      大西領、Dmitry Kolomenskiy、松田景吾、廣川雄一、杉山大祐
    • 学会等名
      「微気象制御学」領域シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 物理超解像シミュレーションによる都市街区微気象のリアルタイム予測2020

    • 著者名/発表者名
      大西領、廣川雄一、Dmitry Kolomenskiy、杉山大祐
    • 学会等名
      第34回数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] 未来社会サービス実現のための微気象予測基盤の創生 ~ドローン技術と微気象予測技術の融合~2020

    • 著者名/発表者名
      大西領
    • 学会等名
      第5回千葉大学CAIVセミナー
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
    • 招待講演
  • [備考] 微気象制御学:微気象の調和的予測と能動的観測の融合による自律制御型社会基盤の創成

    • URL

      https://www.turb.gsic.titech.ac.jp/mmc/index.php

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書 2021 実績報告書
  • [備考] 微気象制御学:微気象の調和的予測と能動的観測の融合による自律制御型社会基盤の創成

    • URL

      https://www.turb.gsic.titech.ac.jp/mmc/index.php

    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [産業財産権] 情報処理装置、情報処理方法及びプログラム2022

    • 発明者名
      大西領、安田勇輝
    • 権利者名
      大西領、安田勇輝
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2022-155991
    • 出願年月日
      2022
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会・シンポジウム開催] WCCM2022 Minisymposium on Numerical Simulations and Machine Learning for Micro-Meteorology Predictions and Applications2022

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書

URL: 

公開日: 2020-10-30   更新日: 2024-01-30  

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