ベイズ統計による環境汚染物質の確率的濃度解析手法の開発

• 研究課題/領域番号: 17H04945
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 建築環境・設備
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 菊本 英紀 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (80708082)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2020-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2020年度)
• 配分額: 23,920千円 (直接経費: 18,400千円、間接経費: 5,520千円); 2019年度: 6,370千円 (直接経費: 4,900千円、間接経費: 1,470千円); 2018年度: 7,280千円 (直接経費: 5,600千円、間接経費: 1,680千円); 2017年度: 10,270千円 (直接経費: 7,900千円、間接経費: 2,370千円)
• キーワード: 建築環境・設備 / 確率論 / 流体工学 / シミュレーション工学

研究成果の概要

都市や建築空間中に存在する未知の汚染物質発生源に起因する空気汚染に関して、センサーによる濃度計測値とコンピュータによる気流および濃度予測値をベイズ統計と呼ばれる確率論的方法論で融合し、より高い精度かつ高い空間解像度で環境中の濃度分布推定を行う方法を開発した。この方法の構築に必要とされる各要素技術の拡張や高精度化、高効率化を行うとともに、実験データなどをもとにした実証解析により提案した各手法の有効性を明らかにした。

研究成果の学術的意義や社会的意義

都市や建築といった環境中の空気汚染の解析においては、計測またはコンピュータによる解析のどちらかを選択するというのが従来の基本的な考え方であった。しかし、両者にはそれぞれに長所および短所が存在する。本研究の成果は、両者を有機的に接合することで、互いの短所を補いつつ長所を強め、従来の方法論ではなし得なかった高い精度および高い空間解像度での空気汚染物質濃度の評価を実現するものである。本研究では、このような考え方に基づく濃度解析において、学術的にも新たな知見を多く提供するとともに、最終的には人々の居住空間の空気の質を高め、その健康や快適性の向上に資することを目指した。

研究成果

• [国際共同研究] 清華大学(中国)
• [国際共同研究] 清華大学(中国)
• [雑誌論文] Development of probabilistic assessment framework for pedestrian wind environment using Bayesian technique (2021)
  • 著者名/発表者名: Kikumoto Hideki、Choi Wonjun、Ooka Ryozo
  • 雑誌名: Building and Environment 巻: 187 ページ: 107419-107419
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2020.107419
  • 査読あり
• [雑誌論文] Construction of urban turbulent flow database with wavelet-based compression: A study with large-eddy simulation of flow and dispersion in block-arrayed building group model (2021)
  • 著者名/発表者名: Jia Hongyuan、Kikumoto Hideki
  • 雑誌名: Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 巻: 208 ページ: 104433-104433
  • DOI: 10.1016/j.jweia.2020.104433
  • 査読あり
• [雑誌論文] Line source estimation of environmental pollutants using super-Gaussian geometry model and bayesian inference (2021)
  • 著者名/発表者名: Jia Hongyuan、Kikumoto Hideki
  • 雑誌名: Environmental Research 巻: 194 ページ: 110706-110706
  • DOI: 10.1016/j.envres.2020.110706
  • 査読あり
• [雑誌論文] Source term estimation in complex urban environments based on Bayesian inference and unsteady adjoint equations simulated via large eddy simulation (2021)
  • 著者名/発表者名: Jia Hongyuan、Kikumoto Hideki
  • 雑誌名: Building and Environment 巻: 193 ページ: 107669-107669
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2021.107669
  • 査読あり
• [雑誌論文] LESによる随伴濃度解析を用いた都市環境汚染物質発生源のベイズ推定 (2021)
  • 著者名/発表者名: 賈 鴻源、菊本 英紀
  • 雑誌名: 生産研究 巻: 73 ページ: 71-76
  • NAID: 130007986062
• [雑誌論文] スーパーガウス関数とベイズ推定を用いた環境汚染物質線形発生源の同定 (2020)
  • 著者名/発表者名: 賈 鴻源、菊本 英紀
  • 雑誌名: 生産研究 巻: 72 号: 1 ページ: 49-55
  • DOI: 10.11188/seisankenkyu.72.49
  • NAID: 130007792526
  • ISSN: 0037-105X, 1881-2058
  • 年月日: 2020-01-01
• [雑誌論文] Turbulent diffusivity limiter with travel time for CFD-Eulerian analysis of point-source pollutant dispersion (2020)
  • 著者名/発表者名: Kikumoto Hideki
  • 雑誌名: 風工学研究論文集 巻: 26 ページ: 148-156
  • NAID: 130008043923
  • 査読あり
• [雑誌論文] Bayesian source term estimation of atmospheric releases in urban areas using LES approach (2018)
  • 著者名/発表者名: Xue Fei、Kikumoto Hideki、Li Xiaofeng、Ooka Ryozo
  • 雑誌名: Journal of Hazardous Materials 巻: 349 ページ: 68-78
  • DOI: 10.1016/j.jhazmat.2018.01.050
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Consistency of mean wind speed in pedestrian wind environment analyses: Mathematical consideration and a case study using large-eddy simulation (2018)
  • 著者名/発表者名: Kikumoto Hideki、Ooka Ryozo、Han Mengtao、Nakajima Keigo
  • 雑誌名: Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 巻: 173 ページ: 91-99
  • DOI: 10.1016/j.jweia.2017.11.021
  • 査読あり
• [雑誌論文] ベイズ統計アプローチを用いた自然換気パラメータの推定 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菊本英紀, 崔元準, 大岡龍三
  • 雑誌名: 日本建築学会環境系論文集 巻: 82 号: 734 ページ: 357-365
  • DOI: 10.3130/aije.82.357
  • NAID: 130005630524
  • ISSN: 1348-0685, 1881-817X
  • 査読あり / 謝辞記載あり
• [雑誌論文] Turbulent Schmidt number for source term estimation using Bayesian inference (2017)
  • 著者名/発表者名: Xue Fei、Li Xiaofeng、Ooka Ryozo、Kikumoto Hideki、Zhang Weirong
  • 雑誌名: Building and Environment 巻: 125 ページ: 414-422
  • DOI: 10.1016/j.buildenv.2017.09.012
  • 査読あり / 国際共著
• [学会発表] Line source estimation of environmental pollutants using Bayesian inference coupled with Super-Gaussian geometry model (2021)
  • 著者名/発表者名: Hongyuan Jia, Hideki Kikumoto
  • 学会等名: ROOMVENT2020 Conference
  • 国際学会
• [学会発表] CFDを用いた市街地気流解析におけるデータ圧縮に関する研究 （その１）ウェーブレット変換に基づいた圧縮手法の概要 (2020)
  • 著者名/発表者名: 賈 鴻源, 菊本 英紀
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] CFDを用いた市街地気流解析におけるデータ圧縮に関する研究 （その２）圧縮したLES流れ場データを用いた汚染物質拡散の再解析 (2020)
  • 著者名/発表者名: 胡 書媛, 賈 鴻源, 菊本 英紀
  • 学会等名: 日本建築学会大会
• [学会発表] ウェーブレット変換に基づく圧縮手法を用いた市街地気流のLESデータベースの構築 (2020)
  • 著者名/発表者名: 賈 鴻源, 菊本 英紀
  • 学会等名: 日本流体力学会年会
• [学会発表] 風環境評価におけるベイジアンモデリングの実装 （第1報）日最大平均風速と風向の確率論的モデリング (2019)
  • 著者名/発表者名: 崔 元準, 菊本 英紀, 大岡 龍三
  • 学会等名: 空気調和・衛生工学会大会
• [学会発表] 風環境評価におけるベイジアンモデリングの実装 （第2報）風環境指標の確率的評価 (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊本 英紀, 崔 元準, 大岡 龍三
  • 学会等名: 空気調和・衛生工学会大会
• [学会発表] スーパーガウス幾何モデルを用いた環境汚染物質線形発生源のベイズ推定 (2019)
  • 著者名/発表者名: 賈 鴻源, 菊本 英紀
  • 学会等名: 第33回数値流体力学シンポジウム
• [学会発表] LESを用いた単体建物モデル周辺気流におけるピーク風速の予測と不確かさ解析に関して (2019)
  • 著者名/発表者名: 菊本英紀, 大風翼, 池谷直樹, 富永禎秀
  • 学会等名: 第34回生研TSFDシンポジウム
• [学会発表] Statistical uncertainty in results of large-eddy simulation of flow around an isolated building model (2018)
  • 著者名/発表者名: Hideki Kikumoto, Tsubasa Okaze, Yoshihide Tominaga
  • 学会等名: Computational Wind Engineering 2018
  • 国際学会
• [学会発表] 都市境界層流におけるピーク風速の確率的予測に関する風洞実験 (2018)
  • 著者名/発表者名: 菊本英紀, 大岡龍三
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2018
• [学会発表] Bayesian inference for the location and strength of atmospheric releases using LES data (2018)
  • 著者名/発表者名: Fei Xue, Xiaofeng Li, Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka, Ying Wang
  • 学会等名: International Workshop on Wind-Related Disasters and Mitigation
  • 国際学会
• [学会発表] 風環境評価における「平均風速」の一致性に関する検討 その1 複数の平均風速の定義とそれらの関係 (2017)
  • 著者名/発表者名: 菊本英紀, 大岡龍三, 韓夢濤, 中島慶悟
  • 学会等名: 日本建築学会大会（中国）
• [学会発表] 風環境評価における「平均風速」の一致性に関する検討 その2 単体建物モデル周りの流れにおける平均風速の比較 (2017)
  • 著者名/発表者名: 韓夢濤, 大岡龍三, 菊本英紀, 中島慶悟
  • 学会等名: 日本建築学会大会（中国）
• [学会発表] Study on multiple definitions of mean wind speed in pedestrian wind environment analyses using LES (2017)
  • 著者名/発表者名: Hideki Kikumoto, Ryozo Ooka, Mengtao Han, Keigo Nakajima
  • 学会等名: 9th Asia-Pacific Conference on Wind Engineering
  • 国際学会