不確実性を考慮したアユ回遊環境の数理・数値モデリングとその実用化

• 研究課題/領域番号: 15H06417
• 研究種目: 研究活動スタート支援
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 地域環境工学・計画学
• 研究機関: 島根大学
• 研究代表者: 吉岡 秀和 島根大学, 生物資源科学部, 助教 (70752161)
• 研究期間 (年度): 2015-08-28 – 2017-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2016年度)
• 配分額: 2,730千円 (直接経費: 2,100千円、間接経費: 630千円); 2016年度: 1,300千円 (直接経費: 1,000千円、間接経費: 300千円); 2015年度: 1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)
• キーワード: アユ / 回遊 / 最適制御理論 / ハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式 / 粘性解 / 斐伊川 / 魚群回遊 / 遡上 / 動的計画原理 / HJB方程式 / 有限要素法 / 魚類回遊 / 生物物理学 / 確率制御理論 / 河川水系 / 回遊魚 / 河川回遊 / 内水面漁業 / 非線型偏微分方程式系 / 有限体積法

研究成果の概要

1次元河川や河川網（連結グラフ）に生じる魚群回遊を記述する，制御理論に依拠する新たな数理モデルを構築した．また，モデルが支配する回遊様式の導出が，ハミルトン・ヤコビ・ベルマン(HJB)方程式という微分方程式の求解に帰着されることを示し，その具体的な厳密解を得るとともに実際的意味を論じた．さらに，上記の厳密解が確かに粘性解(すなわち真っ当な一般解)であることを示した．HJB方程式の数値計算手法も開発している．加えて，河川におけるアユのマクロなダイナミクス，すなわち個体群動態を記述できる理論を構築し，不確実な環境下で持続可能な内水面漁業を営み続けるためにはどのような水産資源管理が有効かを検討した．

研究成果

• [雑誌論文] Cost-minimizing upstream migration strategy of isolated and schooling fishes in 1-D open channel flows (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Shirai T., and Tagami D.
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1 巻: 73
  • NAID: 130006406205
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 1次元局所慣性方程式に対する摩擦項を考慮した数値安定性解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 田中 智大，吉岡 秀和，木村 匡臣，山崎 大
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1 巻: 73
  • NAID: 130006406281
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimization model to start harvesting in stochastic aquaculture system (2017)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H. and Yaegashi Y.
  • 雑誌名: Applied Stochastic Models in Business and Industry 巻: in press 号: 5 ページ: 1-18
  • DOI: 10.1002/asmb.2250
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] An optimal management strategy for stochastic population dynamics of released Plecoglossus altivelis in rivers (2017)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi Y., Yoshioka H., Unami K., and Fujihara M.
  • 雑誌名: International Journal of Modeling, Simulation, and Scientific Computing 巻: 8, No.1750039 号: 02 ページ: 1-16
  • DOI: 10.1142/s1793962317500398
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical simulation of a Hamilton-Jacobi-Bellman equation for optimal management strategy of released Plecoglossus altivelis in river systems (2016)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi Y, Yoshioka H, Unami K, Fujihara M
  • 雑誌名: Communications in Computer and Information Science 巻: 603 ページ: 91-101
  • DOI: 10.1007/978-981-10-2158-9_8
  • ISBN: 9789811021572, 9789811021589
  • 査読あり
• [雑誌論文] Application of stochastic control theory to biophysics of fish migration around a weir equipped with fishways (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H, Yaegashi Y, Unami K, Fujihara M
  • 雑誌名: Communications in Computer and Information Science 巻: 645 ページ: 190-200
  • DOI: 10.1007/978-981-10-2669-0_21
  • ISBN: 9789811026683, 9789811026690
  • 査読あり
• [雑誌論文] Mathematical analysis and validation of an exactly solvable model for upstream migration of fish schools in one-dimensional rivers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H.
  • 雑誌名: Mathematical Biosciences 巻: 281 ページ: 69-84
  • DOI: 10.1016/j.mbs.2016.09.014
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Finding the optimal opening time of harvesting farmed fishery resources (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H. and Yaegashi Y.
  • 雑誌名: Pacific Journal of Mathematics for Industry 巻: 8(6) 号: 1 ページ: 1-6
  • DOI: 10.1186/s40736-016-0025-9
  • NAID: 40021103709
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 斐伊川中流域における内水面漁業の現状とその展望 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和，吉井 傅，八重樫 優太
  • 雑誌名: 島根大学生物資源科学部研究報告 巻: 21 ページ: 23-28
  • NAID: 120005853190
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Identifying the cost function for upstream migration of individual fishes in 1-D open channels based on an optimal control theory (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Yaegashi Y., Unami K., and Fujihara M.
  • 雑誌名: 土木学会論文集B1分冊 (水工学特集号) 巻: 72
  • NAID: 130005311929
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Optimal strategies for harvesting and predator extermination to sustain Plecoglossus altivelis (Ayu) population in stochastic river environment (2016)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi Y., Yoshioka H., Unami K., and Fujihara M.
  • 雑誌名: Journal of Rainwater Catchment Systems 巻: 未定
  • NAID: 130007687907
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Stochastic control of fishery resources using dynamical models for local behaviour and global population (邦題：局所的行動と大域的個体群の動態モデルを用いた水産資源の確率制御) (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Yaegashi Y., Unami K., and Fujihara M.
  • 雑誌名: 京都大学数理解析研究所講究録 巻: 未定
  • 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Numerical comparison of shallow water models in multiply connected open channel networks (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Unami K., and Fujihara M.
  • 雑誌名: 日本シミュレーション学会英文誌 巻: 2 号: 2 ページ: 271-291
  • DOI: 10.15748/jasse.2.271
  • NAID: 130005108388
  • ISSN: 2188-5303
  • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] 時間非依存の1次元ハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式に対するペトロフ・ガレルキン有限要素スキーム (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Unami K., and Fujihara M.
  • 雑誌名: 土木学会論文集Ａ２（応用力学） 巻: 71 号: 2 ページ: I_149-I_160
  • DOI: 10.2208/jscejam.71.I_149
  • NAID: 130005128869
  • ISSN: 2185-4661
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [学会発表] 捕食者の最適駆除戦略に関する特異確率制御問題の厳密解と数値解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 八重樫 優太, 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 日本応用数理学会環瀬戸内応用数理研究部会第20回シンポジウム
  • 発表場所: 呉市海事歴史科学館
• [学会発表] 魚類の河川遡上に関連した，ある最適化問題の数学解析と数値計算 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和, 白井 朋之, 田上 大助
  • 学会等名: 日本応用数理学会環瀬戸内応用数理研究部会第20回シンポジウム
  • 発表場所: 呉市海事歴史科学館
• [学会発表] 河床付着藻類の繁茂抑制策を見出すための確率制御問題 (2017)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和, 八重樫 優太
  • 学会等名: 島根大学生物資源科学部研究シーズによる地域活性化と人材育成、地域企業とのコラボ
  • 発表場所: 島根県民会館
• [学会発表] カワウ捕食圧下における放流アユ個体群の最適管理戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 八重樫 優太, 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 第73回農業農村工学会京都支部講演会
  • 発表場所: 大阪リバーサイドホテル
  • 年月日: 2016-11-16
• [学会発表] Optimal installation of overhead lines preventing piscivorous birds in stochastic river environment (2016)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi H., Yoshioka H., Unami K., Fujihara M.
  • 学会等名: 第24回日本雨水資源化システム学会大会研究発表会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-10-29
• [学会発表] Optimal installation of overhead lines with decaying protection effect for fish from predators (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Yaegashi H., Unami K., Fujihara M.
  • 学会等名: 第24回日本雨水資源化システム学会大会研究発表会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-10-29
• [学会発表] A stochastic control model for optimal management strategy of released Plecoglossus altivelis in river environment based on a pure death process (2016)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi Y., Yoshioka H., Unami K., and Fujihara M.
  • 学会等名: AsiaSim/SCS Autumn Sim 2016
  • 発表場所: Beijing, China
  • 年月日: 2016-10-08
  • 国際学会
• [学会発表] 放流された内水面水産資源の最適管理戦略に関する数学解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和, 八重樫 優太
  • 学会等名: 平成28年度応用数理学会年会
  • 発表場所: 福岡県北九州市北九州国際会議場
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] アユを魚食性鳥類から守るための最も経済的なテグス張り戦略 (2016)
  • 著者名/発表者名: 八重樫 優太, 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 平成28年度応用数理学会年会
  • 発表場所: 福岡県北九州市北九州国際会議場
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] 養殖水産資源に対する最適漁獲開始時刻の支配方程式 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和, 八重樫 優太, 次橋 健太郎
  • 学会等名: 平成28年度応用数理学会年会
  • 発表場所: 福岡県北九州市北九州国際会議場
  • 年月日: 2016-09-12
• [学会発表] Mathematical modeling and numerical analysis of a nonlinear degenerate elliptic equation for upstream fish migration in rivers (2016)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Tagami D., Shirai T., and Yaegashi Y.
  • 学会等名: 第21回計算工学講演会
  • 発表場所: 新潟県新潟市朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-05-31
• [学会発表] Finite element solution of a stochastic control model for optimal population management strategy of released Plecoglossus altivelis (2016)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi Y., Yoshioka H., Takagi K., Unami K., and Fujihara M.
  • 学会等名: 第21回計算工学講演会
  • 発表場所: 新潟県新潟市朱鷺メッセ
  • 年月日: 2016-05-31
• [学会発表] 放流アユの最適管理戦略に関する有限要素解析 (2016)
  • 著者名/発表者名: 八重樫 優太, 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 京都大学計算科学ユニット若手研究交流会
  • 発表場所: 京都大学
  • 年月日: 2016-03-09
• [学会発表] 地域を取り巻く自然・社会科学的な事象の数理・数値モデリング (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉岡秀和
  • 学会等名: 平成27年度島根大学若手研究員に対する支援研究成果報告会
  • 発表場所: 島根大学
  • 年月日: 2016-03-08
• [学会発表] 斐伊川水系における水・物質輸送動態 と魚類回遊の評価および予測 (2016)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和, 八重樫 優太, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 平成27年度島根大学ミッション成果報告会
  • 発表場所: くにびきメッセ
  • 年月日: 2016-02-26
• [学会発表] Mathematical analysis of a primitive dynamic programming problem for water reservoirs (貯水池運用の単純な動的計画問題に対する数学解析) (2016)
  • 著者名/発表者名: 藤倉 大和, 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 平成28年度農業農村工学会応用水理研究部会
  • 発表場所: 岐阜市文化センター
• [学会発表] On analytical viscosity solution to a 1-D Hamilton-Jacobi-Bellman equation for upstream migration of individual fishes in rivers (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H. and Shirai T.
  • 学会等名: EMAC2015
  • 発表場所: Adelaide, Australia
  • 年月日: 2015-12-06
  • 国際学会
• [学会発表] 内水面漁業におけるカワウ食害の一変数確率制御モデル, (2015)
  • 著者名/発表者名: 八重樫 優太, 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 第72回農業農村工学会京都支部講演会
  • 発表場所: ピアザ淡海
  • 年月日: 2015-11-19
• [学会発表] Numerical simulation on optimal countermeasure for feeding damage by great cormorant to inland fisheries based on stochastic control theory (2015)
  • 著者名/発表者名: Yaegashi Y., Yoshioka H., Unami K., and Fujihara M.
  • 学会等名: AsiaSim2015
  • 発表場所: Jeju, Korea
  • 年月日: 2015-11-04
  • 国際学会
• [学会発表] Optimal migration strategy of individual fishes to minimize the swimming cost based on a monomial function (邦題：単項式関数に基づく遊泳コストを最小化する魚類個体の最適回遊戦略) (2015)
  • 著者名/発表者名: Yoshioka H., Yaegashi Y., Unami K., and Fujihara M.
  • 学会等名: 第23回日本雨水資源化システム学会大会研究発表会
  • 発表場所: 桜華会館
  • 年月日: 2015-10-31
• [学会発表] 魚類遡上を記述する1次元ハミルトン・ヤコビ・ベルマン方程式 (2015)
  • 著者名/発表者名: 吉岡 秀和, 宇波 耕一, 藤原 正幸
  • 学会等名: 日本応用数理学会2015年度年会
  • 発表場所: 金沢大学
  • 年月日: 2015-09-09