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統合的逐次データ同化による人工物システムの体系的オンラインモニタリング法の構築

研究課題

研究課題/領域番号 16KT0108
研究種目

基盤研究(B)

配分区分基金
応募区分特設分野
研究分野 人工物システムの強化
研究機関中央大学 (2019)
統計数理研究所 (2016-2018)

研究代表者

樋口 知之  中央大学, 理工学部, 教授 (70202273)

研究分担者 中野 慎也  統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (40378576)
加藤 博司  国立研究開発法人宇宙航空研究開発機構, 研究開発部門, 研究開発員 (70722536)
有吉 雄哉  統計数理研究所, データ同化研究開発センター, 特任助教 (80735019)
研究期間 (年度) 2016-07-19 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,200千円 (直接経費: 14,000千円、間接経費: 4,200千円)
2019年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
2018年度: 4,680千円 (直接経費: 3,600千円、間接経費: 1,080千円)
2017年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2016年度: 2,860千円 (直接経費: 2,200千円、間接経費: 660千円)
キーワード逐次データ同化 / 実験計画 / ベイズ最適化 / ビッグデータ / IoT / 社会インフラ / 人工物 / データ同化
研究成果の概要

データ同化とは、複雑な現象の高精度予測のために、数値シミュレーション計算と、不完全かつ部分的情報である観測・計測データを統合することにより、シミュレーションの初期値や境界値、パラメータ等を実際の現象をなるべく再現するように定め、時にはシミュレーションモデル自体にも手を加える(リモデリング)一連の計算作業である。本研究により、人工物システムの機能実現をオンライン的にサポートする理論的枠組み、つまり統合的逐次データ同化システムの数理的基盤を確立した。

研究成果の学術的意義や社会的意義

橋梁やトンネルのような人工物に多数配置されたセンサーの情報をリアルタイムで構造体シミュレータに取り入れるような、オープンな 環境下での効率的な社会インフラ整備計画に資する数理的枠組みを構築した。特に、シミュレーションモデルに内在する不確実性のモデル化と、統合するセンサーデータに含まれる信号ノイズの同定法の確立に取り組んだ。この枠組みに基づいた計算の効果的な大規模化を支援する目的のために、Pythonによるライブラリの公開と解説論文を執筆し、口頭発表を多数行うことで有効な普及活動が行えた。

報告書

(5件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実施状況報告書
  • 2017 実施状況報告書
  • 2016 実施状況報告書
  • 研究成果

    (48件)

すべて 2019 2018 2017 2016 その他

すべて 雑誌論文 (6件) (うち国際共著 2件、 査読あり 5件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (36件) (うち国際学会 11件、 招待講演 13件) 図書 (2件) 備考 (4件)

  • [雑誌論文] モデリング変革の4半世紀を振り返って2019

    • 著者名/発表者名
      樋口 知之
    • 雑誌名

      統計数理

      巻: 67(2) ページ: 157-164

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] P-cubed: Pythonによる並列計算機用粒子フィルタライブラリ2018

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也,有吉 雄哉,樋口 知之
    • 雑誌名

      統計数理

      巻: 66 ページ: 339-351

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Possibility for Technological Innovation in Construction Employing Statistical Mathematics Approaches2018

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 雑誌名

      STEEL CONSTRUCTION TODAY & TOMORROW

      巻: 54 ページ: 15-18

    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [雑誌論文] S. Nakano and Y. Futaana2018

    • 著者名/発表者名
      Identification of signal and noise components in spacecraft neutral particle data using a bi-level mixture model
    • 雑誌名

      Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Data Science and Advanced Analytics

      巻: ー ページ: 487-495

    • DOI

      10.1109/dsaa.2017.38

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Toward Uncertainty Quantification in Satellite Thermal Design,2018

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kato, Makiko Ando, and Yasuhiro Fukuzoe
    • 雑誌名

      The ISTS Special Issue of Transactions of JSASS Aerospace Technology

      巻: 印刷中

    • NAID

      130007607466

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Particle filter for real-time human mobility prediction following unprecedented disaster2016

    • 著者名/発表者名
      Akihito Sudo, Takehiro Kashiyama, Takahiro Yabe, Hiroshi Kanasugi, Xuan Song, Tomoyuki Higuchi, Shin'ya Nakano, Masaya Saito, Yoshihide Sekimoto
    • 雑誌名

      Proceedings of ACMSIGSPATIAL

      巻: -

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [学会発表] 不確実性の高い問題におけるアンサンブル変分法2019

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也
    • 学会等名
      第33回 数値流体力学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
  • [学会発表] A data assimilation library with Python for parallel computing2019

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano, Y. Ariyoshi, T. Higuchi
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2019年大会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] データサイエンスが誘うメゾスコピックHPC2019

    • 著者名/発表者名
      樋口 知之
    • 学会等名
      科学技術計算分科会 2019年度会合「HPC道 ~われわれの進むべき道は?~」
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] データ駆動型推論とシミュレーション計算の融合と将来像2019

    • 著者名/発表者名
      樋口 知之
    • 学会等名
      兵庫県立大学神戸情報科学キャンパスシンポジウム
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 成熟期にはいったデータ同化計算技術2019

    • 著者名/発表者名
      樋口 知之
    • 学会等名
      日本シミュレーション学会総会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] AI時代におけるモデリング研究の変容と次の一手2019

    • 著者名/発表者名
      樋口 知之
    • 学会等名
      計測自動制御学会オープンライフデータ委員会
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] アンサンブル変分法に基づく非線型システムの解析2019

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也
    • 学会等名
      固体地球データ同化に関する研究会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Statistical Machine Learning in the Era of Big Data snd AI2019

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      Roundtable Discussion on "New Global Era of Digital Economies"~T20Japan Associated Event~
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Data assimilation in highly uncertain systems2019

    • 著者名/発表者名
      中野慎也
    • 学会等名
      RIMS Gasshuku-style Seminar : Mathematical science in numerical modeling and data assimilation of planetary atmospheres from Earth and Mars to Venus
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] アンサンブルによる簡易データ同化2019

    • 著者名/発表者名
      中野慎也
    • 学会等名
      研究集会「データ科学の応 用と展望」
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Smart simulation and Smart experimental design2018

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      NTNU-ISM Joint Workshop on Sustainability and Statistical Machine Learning
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] ビッグデータ、AI、IoT時代のオートメーションとその先2018

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      アズビル・アカデミー講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] データ同化による疎計測情報からの乱流遷移流れの再解析技術2018

    • 著者名/発表者名
      加藤博司
    • 学会等名
      日本機械学会第31回計算力学講演会
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] 宇宙科学における撮像観測とデータ同化2018

    • 著者名/発表者名
      中野慎也
    • 学会等名
      予測モデリングとその 周辺 -機械学習・統計科学・情報理論からのアプローチ-
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] A Python library for parallelised particle filter2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano, Y. Ariyoshi, and T. Higuchi
    • 学会等名
      International Workshop on Data Science 2018
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] On marginal likelihood estimation methods in ensemble-based data assimilation2018

    • 著者名/発表者名
      中野慎也
    • 学会等名
      第9回 データ同化ワークショップ
    • 関連する報告書
      2018 実施状況報告書
  • [学会発表] Python による並列計算用粒子フィルタライブラリ開発2018

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也, 有吉 雄哉, 樋口 知之
    • 学会等名
      第8回 データ同化ワークショップ
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 統計数理アプローチによる建設分野の技術革新の可能性 ~維持管理/防災・減災へのビッグデータ、AIの活用2018

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      第22回土木鋼構造研究シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 2次元流れ場の推定に関するいくつかの事例2018

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也
    • 学会等名
      研究集会「データ科学の応用と展望」
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] A non-parametric model for estimating a divergence-free vector field2018

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 学会等名
      US-Japan Workshop on Bridging Fluid Mechanics and Data Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Use of kernel regression in ensemble Kalman filters2017

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也
    • 学会等名
      JpGU-AGU Joint Meeting 2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Toward Uncertainty Quantification in Satellite Thermal Design,2017

    • 著者名/発表者名
      Hiroshi Kato, Makiko Ando, and Yasuhiro Fukuzoe
    • 学会等名
      31st International Symposium on Space Technology and Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] データ同化手法とその考え方2017

    • 著者名/発表者名
      中野 慎也
    • 学会等名
      FAMCOワークショップ2017
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] 軌道履歴を用いた破片スペースデブリの物理的特性の推定2017

    • 著者名/発表者名
      有吉 雄哉, 中野 慎也
    • 学会等名
      第64回理論応用力学講演会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] 粒子フィルタと深層学習が拓くエミュレーション技術2017

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      第35回日本ロボット学会学術講演会(RSJ2017)
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [学会発表] ニーズ駆動型イノベーションと気象ビジネス2017

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      日本気象協会 技術研究会
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] シミュレーションをAIにつなぐ生成モデル2017

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      東京大学新学術領域研究スパースモデリング(SpM)主催平成29年度第2回公開シンポジウム
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [学会発表] Identification of signal and noise components in spacecraft neutral particle data using a bi-level mixture model2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano and Y. Futaana
    • 学会等名
      The 4th IEEE International Conference on Data Science and Advanced Analytics
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Support project for data fusion computation: Current status and future prospects2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 学会等名
      International Workshop on Sharing, Citation and Publication of Scientific Data across Disciplines
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Various aspects of data assimilation techniques and expansion of their applications2017

    • 著者名/発表者名
      S. Nakano
    • 学会等名
      The 8th Symposium on Polar Science
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 衛星熱設計における不確定性定量化を目指して2017

    • 著者名/発表者名
      加藤博司, 安藤麻紀子, 福添森康
    • 学会等名
      平成28年度宇宙科学情報解析シンポジウム
    • 発表場所
      宇宙航空研究開発機構 宇宙科学研究所(神奈川県相模原市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] Kernel regression approach for ensemble Kalman filters2017

    • 著者名/発表者名
      Shin'ya Nakano
    • 学会等名
      The 3rd RIKEN International Symposium on Data Assimilation / 7th Annual Japanese Data Assimilation Workshop
    • 発表場所
      理化学研究所計算科学研究機構(兵庫県神戸市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] データ同化入門2016

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      iTHESデータ同化スクール
    • 発表場所
      理化学研究所 融合連携イノベーション推進棟(IIB)(兵庫県神戸市中央区)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 背景・状態空間モデルとカルマンフィルタ2016

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      平成28年度統計数理研究所公開講座「粒子フィルタとその応用」
    • 発表場所
      統計数理研究所(東京都立川市)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] 実世界データの機械学習2016

    • 著者名/発表者名
      樋口知之
    • 学会等名
      センサエキスポジャパン2016-SICE計測部門・システムインテグレーション部門共催セミナー
    • 発表場所
      東京ビッグサイト(東京都江東区)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
  • [学会発表] データ同化の手法とその最近の動向2016

    • 著者名/発表者名
      中野慎也
    • 学会等名
      日本機械学会講習会「流体とインフォマティクス~最適化,統計データ分析で見えてくる新しい世界~」
    • 発表場所
      東大生産技術研究所(東京都目黒区)
    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書
    • 招待講演
  • [図書] ベイズモデリングの世界2018

    • 著者名/発表者名
      伊庭 幸人, 樋口知之
    • 総ページ数
      184
    • 出版者
      岩波書店
    • ISBN
      9784000247986
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [図書] 岩波データサイエンス2017

    • 著者名/発表者名
      伊庭 幸人, 樋口知之
    • 総ページ数
      160
    • 出版者
      岩波書店
    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] 統計数理研究所

    • URL

      http://www.ism.ac.jp/index.html

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
  • [備考] 樋口知之ホームページ

    • URL

      http://www.ism.ac.jp/~higuchi/

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書 2016 実施状況報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      https://researchmap.jp/matrix

    • 関連する報告書
      2017 実施状況報告書
  • [備考] researchmap

    • URL

      http://researchmap.jp/matrix

    • 関連する報告書
      2016 実施状況報告書

URL: 

公開日: 2016-07-20   更新日: 2023-03-08  

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