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極端気象予測を拓くビッグデータ機械学習基盤の研究

研究課題

研究課題/領域番号 17H01748
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
研究分野 高性能計算
研究機関筑波大学

研究代表者

建部 修見  筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (70357432)

研究分担者 日下 博幸  筑波大学, 計算科学研究センター, 教授 (10371478)
日野 英逸  統計数理研究所, モデリング研究系, 准教授 (10580079)
川島 英之  慶應義塾大学, 環境情報学部(藤沢), 准教授 (90407148)
研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2020-03-31
研究課題ステータス 完了 (2019年度)
配分額 *注記
18,590千円 (直接経費: 14,300千円、間接経費: 4,290千円)
2019年度: 7,930千円 (直接経費: 6,100千円、間接経費: 1,830千円)
2018年度: 5,070千円 (直接経費: 3,900千円、間接経費: 1,170千円)
2017年度: 5,590千円 (直接経費: 4,300千円、間接経費: 1,290千円)
キーワード分散深層学習 / 極端気象 / 機械学習 / 並列I/O / 並列分散処理 / 気象学 / 並列処理
研究成果の概要

豪雨・突風・高温などの極端気象は人類に甚大な被害をもたらすが、その予測は極端気象に関する膨大な知識が必要である。本研究では、その知識を効率的に生成する機械学習基盤の構築を目的とする。これまで、豪雨予測などの知識獲得を想定して、全国の気象レーダで観測したデータと大気中の水分データを用い機械学習のための気象データの整備を行った。また、大規模学習データを用いた分散深層学習のための基盤研究を行った。学習データが大規模となると学習データの読込性能がネックとなるが、従来できなかった先読みを行うことによりこの問題を解決した。これにより、大規模な学習データを用いた分散深層学習の効率を上げることが可能となった。

研究成果の学術的意義や社会的意義

豪雨・突風・高温などの極端気象は人類に甚大な被害をもたらすため、その予測を行うことは人類にとり重要な意味を持っている。その予測のためには、大規模観測データ、シミュレーションデータのデータ解析、機械学習が有効であると考えられている。本研究では、大規模データに対する分散深層学習を行うときに問題となる読込性能のボトルネックの解消を行っており、これにより分散深層学習の効率を上げることが可能となる。本成果は、極端気象の予測だけではなく、あらゆるビッグデータ解析における分散深層学習の効率を上げることとなり、極めて影響範囲が大きい。

報告書

(4件)
  • 2019 実績報告書   研究成果報告書 ( PDF )
  • 2018 実績報告書
  • 2017 実績報告書
  • 研究成果

    (31件)

すべて 2020 2019 2018

すべて 雑誌論文 (21件) (うち査読あり 14件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (10件) (うち国際学会 6件)

  • [雑誌論文] Gfarm/BB - Gfarm file system for node-local burst buffer2020

    • 著者名/発表者名
      Osamu Tatebe, Shukuko Moriwake, Yoshihiro Oyama
    • 雑誌名

      Journal of Computer Science and Technology

      巻: 35 号: 1 ページ: 61-71

    • DOI

      10.1007/s11390-020-9803-z

    • 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] Scalable Distributed Metadata Server Based on Nonblocking Transactions2020

    • 著者名/発表者名
      Kohei Hiraga, Osamu Tatebe, Hideyuki Kawashima
    • 雑誌名

      Journal of Universal Computer Science

      巻: 26 ページ: 89-106

    • 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] Quantitative Assessment of the Contribution of Meteorological Variables to the Prediction of the Number of Heat Stroke Patients for Tokyo2020

    • 著者名/発表者名
      Takuto Sato, Hiroyuki Kusaka, Hideitsu Hino
    • 雑誌名

      Scientific Online Letters on the Atmosphere (SOLA)

      巻: -

    • NAID

      130007865612

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skew-Aware Collective Communication for MapReduce Shuffling2019

    • 著者名/発表者名
      Harunobu Daikoku, Hideyuki Kawashima, Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      IEICE Transactions on Information and Systems

      巻: E102.D 号: 12 ページ: 2389-2399

    • DOI

      10.1587/transinf.2019PAP0019

    • NAID

      130007754478

    • ISSN
      0916-8532, 1745-1361
    • 年月日
      2019-12-01
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] GHOSTZ PW/GF: Distributed Parallel Homology Search System for Large-scale Metagenomic Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Machida, Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      Proceedings of the Third IEEE International Workshop on Benchmarking, Performance Tuning and Optimization for Big Data Applications (BPOD 2019)

      巻: - ページ: 3492-3700

    • DOI

      10.1109/bigdata47090.2019.9006499

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Accelerating Machine Learning I/O by overlapping data staging and mini-batch generations2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Serizawa, Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th IEEE/ACM International Conference on Big Data Computing, Applications and Technologies

      巻: - ページ: 31-34

    • DOI

      10.1145/3365109.3368768

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] In-situ data analysis system for high resolution meteorological large eddy simulation model2019

    • 著者名/発表者名
      Takuto Sato, Osamu Tatebe, Hiroyuki Kusaka
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th IEEE/ACM International Conference on Big Data Computing, Applications and Technologies

      巻: - ページ: 155-158

    • DOI

      10.1145/3365109.3368769

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integration of TicToc Concurrency Control Protocol with Parallel Write Ahead Logging Protocol2019

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Nakamura, Hideyuki Kawashima, Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      International Journal of Networking and Computing

      巻: 9 号: 2 ページ: 339-353

    • DOI

      10.15803/ijnc.9.2_339

    • NAID

      130007680128

    • ISSN
      2185-2839, 2185-2847
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Retrieved Image Refinement by Bootstrap Outlier Test2019

    • 著者名/発表者名
      Hayato Watanabe, Hideitsu Hino, Shotaro Akaho, Noboru Murata
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: 11678 ページ: 505-517

    • DOI

      10.1007/978-3-030-29888-3_41

    • ISBN
      9783030298876, 9783030298883
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Active Learning with Interpretable Predictor2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Taguchi, Keisuke Kameyama, Hideitsu Hino
    • 雑誌名

      Proceedings of 2019 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)

      巻: - ページ: 1-8

    • DOI

      10.1109/ijcnn.2019.8852041

    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ノードローカルバーストバッファのためのMPI-IOの設計2019

    • 著者名/発表者名
      杉原 航平、建部 修見
    • 雑誌名

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2019-HPC-168(22) ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 深層ニューラルネットワークにおける訓練高速化のための自動最適化2019

    • 著者名/発表者名
      芹沢 和洋、建部 修見
    • 雑誌名

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2019-HPC-168(26) ページ: 1-10

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] Integration of Parallel Write Ahead Logging and Cicada Concurrency Control Method2018

    • 著者名/発表者名
      Takayuki Tanabe, Hideyuki Kawashima, and Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      Proceedings of 2nd IEEE International Workshop on Big Data and IoT Security in Smart Computing (BITS)

      巻: - ページ: 291-296

    • DOI

      10.1109/smartcomp.2018.00018

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] PPMDS: A Distributed Metadata Server Based on Nonblocking Transactions2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Hiraga, Osamu Tatebe, and Hideyuki Kawashima
    • 雑誌名

      Proceedings of The Second International Workshop on Data Science Engineering and its Applications

      巻: - ページ: 202-208

    • DOI

      10.1109/snams.2018.8554478

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Integrating TicToc with Parallel Logging2018

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiro Nakamura, Hideyuki Kawashima, Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th International Workshop on Computer Systems and Architectures

      巻: - ページ: 105-111

    • DOI

      10.1109/candarw.2018.00028

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Skew-Aware Collective Communication for MapReduce Shuffling2018

    • 著者名/発表者名
      Harunobu Daikoku, Hideyuki Kawashima, and Osamu Tatebe
    • 雑誌名

      Proceedings of the 6th Workshop on Scalable Cloud Data Management

      巻: - ページ: 3331-3340

    • DOI

      10.1109/bigdata.2018.8622088

    • NAID

      130007754478

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] サイエンティフィックビッグデータアプリケーションのためのベンチマークセットの提案2018

    • 著者名/発表者名
      岩井 厚樹、建部 修見
    • 雑誌名

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2018-HPC-165(4) ページ: 1-5

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] 高性能計算のための分散オブジェクトストレージのCeph性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      高橋 宗史、建部 修見
    • 雑誌名

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2018-HPC-167(15) ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] コンテナ型仮想化におけるNVMe-oFの性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      畑中 智之、建部 修見
    • 雑誌名

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2018-HPC-167(13) ページ: 1-7

    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [雑誌論文] pbdMPIを用いたエントロピー推定プログラムの並列化と性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      河合祐輔、日野英逸、建部修見
    • 雑誌名

      研究報告ハイパフォーマンスコンピューティング(HPC)

      巻: 2018-HPC-163 ページ: 1-8

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [雑誌論文] ブートストラップ分布に基づく外れ値検定2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊隼人、日野英逸、赤穂昭太郎、村田昇
    • 雑誌名

      信学技報

      巻: 117 ページ: 27-33

    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] GHOSTZ PW/GF: Distributed Parallel Homology Search System for Large-scale Metagenomic Analysis2019

    • 著者名/発表者名
      Kenta Machida, Osamu Tatebe
    • 学会等名
      the Third IEEE International Workshop on Benchmarking, Performance Tuning and Optimization for Big Data Applications (BPOD 2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Accelerating Machine Learning I/O by overlapping data staging and mini-batch generations2019

    • 著者名/発表者名
      Kazuhiro Serizawa, Osamu Tatebe
    • 学会等名
      the 6th IEEE/ACM International Conference on Big Data Computing, Applications and Technologies
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] In-situ data analysis system for high resolution meteorological large eddy simulation model2019

    • 著者名/発表者名
      Takuto Sato, Osamu Tatebe, Hiroyuki Kusaka
    • 学会等名
      the 6th IEEE/ACM International Conference on Big Data Computing, Applications and Technologies
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Retrieved Image Refinement by Bootstrap Outlier Test2019

    • 著者名/発表者名
      Hayato Watanabe, Hideitsu Hino, Shotaro Akaho, Noboru Murata
    • 学会等名
      International Conference on Computer Analysis of Images and Patterns (CAIP2019)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Active Learning with Interpretable Predictor2019

    • 著者名/発表者名
      Yusuke Taguchi, Keisuke Kameyama, Hideitsu Hino
    • 学会等名
      2019 International Joint Conference on Neural Networks (IJCNN)
    • 関連する報告書
      2019 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Gfarm/BB - Gfarm file system for burst buffers2019

    • 著者名/発表者名
      Osamu Tatebe
    • 学会等名
      CCS-LBNL Workshop
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 熱中症患者搬送者数予測モデルのための温熱要素の調査2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤拓人, 日下博幸, 日野英逸
    • 学会等名
      第57回日本生気象学会大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] 熱中症患者搬送者数予測に資する温熱要素の同定2018

    • 著者名/発表者名
      佐藤拓人, 日下博幸, 日野英逸
    • 学会等名
      日本ヒートアイランド学会 第13回全国大会
    • 関連する報告書
      2018 実績報告書
  • [学会発表] pbdMPIを用いたエントロピー推定プログラムの並列化と性能評価2018

    • 著者名/発表者名
      河合祐輔、日野英逸、建部修見
    • 学会等名
      第163回ハイパフォーマンスコンピューティング研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書
  • [学会発表] ブートストラップ分布に基づく外れ値検定2018

    • 著者名/発表者名
      渡邊隼人、日野英逸、赤穂昭太郎、村田昇
    • 学会等名
      情報論的学習理論研究会
    • 関連する報告書
      2017 実績報告書

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公開日: 2017-04-28   更新日: 2021-02-19  

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