気象ビッグデータからの機械学習による災害前兆現象自動抽出システムの構築

• 研究課題/領域番号: 17K00158
• 研究種目: 基盤研究(C)
• 配分区分: 基金
• 応募区分: 一般
• 研究分野: マルチメディア・データベース
• 研究機関: 愛媛大学 (2021-2022); 高知大学 (2017-2020)
• 研究代表者: 本田 理恵 愛媛大学, データサイエンスセンター, 教授 (80253334)
• 研究分担者: 村田 健史 国立研究開発法人情報通信研究機構, 総合テストベッド研究開発推進センター, 研究統括 (20274342) ; 佐藤 晋介 国立研究開発法人情報通信研究機構, 電磁波研究所リモートセンシング研究室, 研究マネージャー (30358981) ; 佐々 浩司 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 教授 (50263968) ; 村田 文絵 高知大学, 教育研究部自然科学系理工学部門, 准教授 (60399326)
• 研究期間 (年度): 2017-04-01 – 2023-03-31
• 研究課題ステータス: 完了 (2022年度)
• 配分額: 4,420千円 (直接経費: 3,400千円、間接経費: 1,020千円); 2019年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2018年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円); 2017年度: 2,340千円 (直接経費: 1,800千円、間接経費: 540千円)
• キーワード: 時空間データマイニング / オブジェクト抽出 / CNN / 深層学習 / フェーズドアレイ / 漏斗雲 / オブジェクト追跡 / 混合分布 / 時空間データマイニング / ビッグデータ / データマイニング / 時空間 / 機械学習 / 災害前兆

研究実績の概要

本研究課題の目的は、気象に関する時空間のビッグデータから機械学習の手法を用いて時空間変動パターンを抽出し、これを基にした知識発見支援システムを構築することである。本年度は、フェーズドアレイデータからの降水コア検出に対して検討していた、Greedy EMによるモデリング手法において、グリッドデータの点群近似によって不自然な分裂が起こっていた問題に対する改良方法として、グリッドデータからの点群の再リサンプリングを利用する手法を考案し、これによって、不安定な挙動が改善されたことを確認した。この内容については、6月に開催予定の人工知能学会でポスター発表の予定である。また土佐湾沿岸の竜巻については、従来検討してきた監視カメラ画像にくわえて、対象をレーダ画像に広げ、竜巻親雲の早期発見を目指して、反射強度画像に現れるフック型の信号を深層学習のSSDを用いて検出することを検討した。その結果、竜巻親雲に注目した画像ではフックエコーを正確に検出でき、表示画像が広範囲になり、相対的に対流雲が小規模になる場合でも信頼度の閾値を調整することでフックエコーの検出ができることがわかった。この内容はJPGU2022で発表された。
研究期間の全体を通しては、気象に関する時空間データをターゲットとして、　(1)強度データからのオブジェクト抽出技術手法の頑健化、(2)竜巻前兆現象としての漏斗雲の検出などに対する深層学習による抽出と追跡手法の開発、（３）アラーティングのためのプロトタイプシステムの開発、(４)並列分散化の検討が進められた。本来はこれらを融合したシステムの開発を目的としていたがそこまでは至らなかった。これについては現在実施中の後継の基盤Cの課題として引き続き検討したい。

研究成果

• [雑誌論文] GAN を用いた小惑星画像の超解像 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岸 倫太朗、橋本 廉、棚瀬 旺和、本田 理恵、はやぶさ２ ONCチーム
  • 雑誌名: 人工知能学会全国大会論文集 巻: JSAI2022 号: 0 ページ: 4Yin229-4Yin229
  • DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2022.0_4Yin229
  • 査読あり
• [雑誌論文] 敵対的生成ネットワークによる小天体の単色画像からの疑似カラー画像の推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋本 廉、岸 倫太郎、棚瀬 旺和、本田 理恵、はやぶさ２ ONCチーム
  • 雑誌名: 人工知能学会全国大会論文集 巻: JSAI2022 号: 0 ページ: 3Yin235-3Yin235
  • DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2022.0_3Yin235
  • 査読あり
• [雑誌論文] 衛星画像から得られた植生指標の季節変動のモデリングによる局所的変動検知の試み (2021)
  • 著者名/発表者名: 棚瀬 旺和、本田 理恵
  • 雑誌名: 人工知能学会全国大会論文集 巻: JSAI2021 号: 0 ページ: 2Xin519-2Xin519
  • DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2021.0_2Xin519
  • NAID: 130008051673
  • オープンアクセス
• [雑誌論文] Characteristics of orographic rain drop size distribution at Cherrapunji, northeast India (2020)
  • 著者名/発表者名: F. Murata, T. Terao, K. Chakravarty, H.J. Syiemlieh, L. Cajee,
  • 雑誌名: Atmosphere 巻: 11,777 号: 8 ページ: 1-18
  • DOI: 10.3390/atmos11080777
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] 並列分散処理フレームワークによる時系列画像からの部 分時系列の高速リサンプリングとクラスタリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 棚瀬旺和 , 本田理恵
  • 雑誌名: 電気・電子・情報関係学会四国支部連合大会予稿集 巻: - ページ: 1-1
• [雑誌論文] 気象監視カメラを用いた災害監視システムの構築 －深層学習による漏斗雲の自動抽出と追跡－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴, 本田理恵, 佐々浩司, 村田健史, 村永和哉, 有岡無敵, 棚瀬旺和
  • 雑誌名: DEIM2020 巻: J8-4 ページ: 1-7
• [雑誌論文] 時空間オブジェクトの混合分布によるモデリングと追跡 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林 諒, 藤井 祐貴, *本田理恵, 佐藤晋介, 村田 健史, 村永和哉, 鵜川健太郎, 佐々浩司, 村田文絵
  • 雑誌名: 人工知能学会全国大会論文集 巻: JSAI2019 号: 0 ページ: 4P2J304-4P2J304
  • DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2019.0_4P2J304
  • NAID: 130007658975
• [雑誌論文] 深層学習による気象監視カメラからの漏斗雲抽出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴, 中本敦子, 本田理恵, 佐々浩司
  • 雑誌名: 人工知能学会全国大会論文集 巻: JSAI2019 号: 0 ページ: 4P2J303-4P2J303
  • DOI: 10.11517/pjsai.JSAI2019.0_4P2J303
  • NAID: 130007658971
• [雑誌論文] 深層学習による気象監視カメラからの漏斗雲自動追跡と特徴記載 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴, 有岡無敵, 本田理恵, 佐々浩司
  • 雑誌名: 2019電気関係学会四国支部連合大会予稿集 巻: - ページ: 1-1
• [雑誌論文] 深層学習による気象監視カメラからの漏斗雲抽出の精度検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 有岡無敵, 藤井祐貴, 本田理恵, 佐々浩司
  • 雑誌名: 2019電気関係学会四国支部連合大会 巻: - ページ: 1-1
• [雑誌論文] 画像特徴による小天体着陸探査における平坦地探索手法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴，林諒，本田理恵，杉田精司，澤田弘崇，諸田智克，亀田真吾，横田康弘，山田学，神山徹，巽瑛理 ，鈴木秀彦，坂谷尚哉 ，本田親寿，早川雅彦，長勇一郎，松岡萌，吉岡和夫,
  • 雑誌名: DEIM Forum 2019 巻: - ページ: 1-6
• [雑誌論文] 時空間オブジェクトの混合分布によるモデリングと追跡 -greedyEM法に基づくイベントを考慮した追跡手法の検討- (2019)
  • 著者名/発表者名: 林諒，本田理恵，佐藤晋介，村田健史，村永和哉，鵜川健太郎，佐々浩司，村田文絵
  • 雑誌名: DEIM Forum 2019 巻: - ページ: 1-7
• [雑誌論文] Design and Development of Real-Time Video Transmission System Using Visual IoT Device (2019)
  • 著者名/発表者名: K. T. Murata, T. Mizuhara, P. Pavarangkoon, K. Yamamoto, K. Muranaga and T. Aoki
  • 雑誌名: 2th Multidisciplinary International Conference on Artificial Intelligence (MIWAI 2018) 巻: - ページ: 263-269
  • DOI: 10.1007/978-3-030-03014-8_25
  • ISBN: 9783030030131, 9783030030148
  • 査読あり
• [雑誌論文] 時空間オブジェクトの混合分布によるモデリングと追跡 -greedy EM法に基づく発生・消滅を考慮した追跡手法の検討- (2018)
  • 著者名/発表者名: 林諒, 本田理恵
  • 雑誌名: he 32nd Annual Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligence 巻: - ページ: 1-4
• [雑誌論文] 時空間変動データからのホットスポット自動抽出・要約システムの開発 (2018)
  • 著者名/発表者名: 本田 理恵,林 諒
  • 雑誌名: 宇宙科学情報解析論文誌 巻: 7号 ページ: 33-42
  • 査読あり
• [雑誌論文] ネットワークカメラを用いた災害情報マイニングの試みー深層学習による竜巻とその前兆状態の検出ー (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井 祐貴，檜垣 啓汰，中山 慎也，本田 理恵，佐々 浩司
  • 雑誌名: DEIM Forum 2018 巻: - ページ: 1-8
• [雑誌論文] A Network Quality Check Tool via HpFP Protocol on WINDS Satellite Link (2018)
  • 著者名/発表者名: Murata, K. T., Yamamoto, K., Pavarangkoon, P., Suzuki, K., Asai, T., Kan, T., Muranaga, K., Mizuhara, T., Kagebayashi, Y., Kakizawa, Y. and Yahata, M.
  • 雑誌名: JNICT季報／研究報告 巻: 64, 2 ページ: 167-176
• [雑誌論文] HpFP プロトコルによるWINDS 衛星の回線品質検査 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村田健史, 山本和憲, Pavarangkoon Praphan, 鈴木健治, 浅井敏男, 菅智茂, 村永和哉, 水原隆道, 影林佑哉, 柿澤康範, 矢羽田將友
  • 雑誌名: NICT季報／研究報告 巻: 63, 2 ページ: 153-162
  • NAID: 130007660303
• [雑誌論文] A web-based real-time and full-resolution data visualization for Himawari-8 satellite sensed images (2017)
  • 著者名/発表者名: Murata, K.T., Pavarangkoon, P., Higuchi, A., Toyoshima, K., Yamamoto, K., Muranaga, K., Nagaya, Y., Izumikawa, Y., Kimura, E. and Mizuhara, T.
  • 雑誌名: Earth Sci. Inform. 巻: 11, 2 号: 2 ページ: 217-237
  • DOI: 10.1007/s12145-017-0316-4
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] シンポジウム「フェーズドアレイレーダー」の報告－現在の利活用状況から将来展望まで－ (2017)
  • 著者名/発表者名: 楠研一、足立透、諸富和臣、佐藤晋介、菊池博史、吉田翔、清水慎吾、小池佳奈、 牛尾知雄、水谷文彦、高橋暢宏
  • 雑誌名: 日本気象学会機関誌「天気」 巻: 64, 12 ページ: 901-905
  • NAID: 40021439375
• [学会発表] 3次元オブジェクトの混合正規分布によるモデリングと追跡 - グリッド・点群データのハイブリッド利用 -（2023年6月予定) (2023)
  • 著者名/発表者名: 辻本 将之、本田 理恵、石川 勲
  • 学会等名: 2023年度人工知能学会全国大会（第37回）
• [学会発表] Automatic detection of hock echo by using deep learning（2023年8月予定) (2023)
  • 著者名/発表者名: Koji Sassa, Masaya Yamawaki, Rie Honda
  • 学会等名: 16th International Conference on Wind Engineering, Italy
• [学会発表] GAN を用いた小惑星画像の超解像 (2022)
  • 著者名/発表者名: 岸倫太朗, 橋本廉, 棚瀬旺和, & 本田理恵
  • 学会等名: 2022年度人工知能学会全国大会（第36回）
• [学会発表] 敵対的生成ネットワークによる小天体の単色画像からの疑似カラー画像の推定 (2022)
  • 著者名/発表者名: 橋本 廉, 岸 倫太郎, 棚瀬 旺和, 本田 理恵
  • 学会等名: 2022年度人工知能学会全国大会（第36回）
• [学会発表] 時空間オブジェクトの混合分布モデルによる追跡手法の安定性について (2022)
  • 著者名/発表者名: 辻本 将之, 本田 理恵
  • 学会等名: 令和 4 年度 電気・電子・情報関係学会四国支部連合大会
• [学会発表] 深層学習によるフックエコーの自動検出 (2022)
  • 著者名/発表者名: 佐々浩司、山脇正也、棚瀬旺和、久保智哉、本田理恵
  • 学会等名: 地球惑星科学連合大会2022年度
• [学会発表] 高知県で発生した線状降水帯のXバンド二重偏波レーダーRHI観測による鉛直構造観測 (2022)
  • 著者名/発表者名: 中陽，村田文絵，佐々浩司，藤井虎太朗
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
• [学会発表] 衛星画像から得られた植生指標の季節変動のモデリングによる局所的変動検知の試み (2021)
  • 著者名/発表者名: 棚瀬旺和, 本田理恵
  • 学会等名: 2021年度人工知能学会全国大会（第35回）
• [学会発表] 2005-2019年の四国における線状降水帯の特性と環境場の解析 (2021)
  • 著者名/発表者名: 宮原大輝，村田文絵
  • 学会等名: 気象学会春季大会
• [学会発表] 並列分散処理フレームワークによる時系列画像からの部分時系列の高速リサンプリングとクラスタリング (2020)
  • 著者名/発表者名: 棚瀬旺和 , 本田理恵
  • 学会等名: 電気・電子・情報関係学会四国支部連合大会
• [学会発表] 気象監視カメラを用いた災害監視システムの構築 －深層学習による漏斗雲の自動抽出と追跡－ (2020)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴, 本田理恵, 佐々浩司, 村田健史, 村永和哉, 有岡無敵, 棚瀬旺和
  • 学会等名: DEIM2020
• [学会発表] 時空間オブジェクトの混合分布によるモデリングと追跡 (2019)
  • 著者名/発表者名: 林 諒, 藤井 祐貴, *本田理恵, 佐藤晋介, 村田 健史, 村永和哉, 鵜川健太郎, 佐々浩司, 村田文絵
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [学会発表] 深層学習による気象監視カメラからの漏斗雲抽出 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴, 中本敦子, 本田理恵, 佐々浩司
  • 学会等名: 人工知能学会全国大会
• [学会発表] 深層学習を用いた漏斗雲の抽出と追跡 (2019)
  • 著者名/発表者名: 佐々浩司, 藤井祐貴, 本田理恵, 有岡無敵
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2019
• [学会発表] 深層学習による気象監視カメラからの漏斗雲自動追跡と特徴記載 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴, 有岡無敵, 本田理恵, 佐々浩司
  • 学会等名: 2019電気関係学会四国支部連合大会
• [学会発表] 深層学習による気象監視カメラからの漏斗雲抽出の精度検証 (2019)
  • 著者名/発表者名: 有岡無敵, 藤井祐貴, 本田理恵, 佐々浩司
  • 学会等名: 2019電気関係学会四国支部連合大会
• [学会発表] 時空間オブジェクトの混合分布によるモデリングと追跡 -greedyEM法に基づくイベントを考慮した追跡手法の検討ー (2019)
  • 著者名/発表者名: 林諒，本田理恵，佐藤晋介，村田健史，村永和哉，鵜川健太郎，佐々浩司，村田文絵
  • 学会等名: DEIM Forum 2019
• [学会発表] 画像特徴による小天体着陸探査における平坦地探索手法の開発 (2019)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴，林諒，本田理恵，杉田精司，澤田弘崇，諸田智克，亀田真吾，横田康弘，山田学，神山徹，巽瑛理 ，鈴木秀彦，坂谷尚哉 ，本田親寿，早川雅彦，長勇一郎，松岡萌，吉岡和夫
  • 学会等名: DEIM Forum 2019
• [学会発表] 時空間オブジェクトの混合分布によるモデリングと追跡 -greedy EM法に基づく発生・消滅を考慮した追跡手法の検討- (2018)
  • 著者名/発表者名: 林諒, 本田理恵
  • 学会等名: 第32回人工知能学会
• [学会発表] 監視カメラ映像からの災害関連情報検知の試み ?竜巻、漏斗雲の検出- (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井 祐貴、檜垣 啓汰、中山 慎也、本田 理恵、佐々 浩司
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2018年大会
• [学会発表] 深層学習によるフェーズドアレイ気象レーダーで観測された降水エコー形態の分類 (2018)
  • 著者名/発表者名: 佐藤晋介
  • 学会等名: 日本気象学会2018年度秋季大会
• [学会発表] 深層学習による漏斗雲の自動検知の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 本田理恵，佐々浩司，檜垣啓汰，藤井祐貴，中山慎也
  • 学会等名: 日本気象学会2018年度春季大会
• [学会発表] 自動検出した漏斗雲画像による竜巻の強さの推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 宮城弘守，本田理恵，佐々浩司
  • 学会等名: 日本流体力学会年会2018
• [学会発表] Automatic detection of funnel clouds from pictures by surveillance cameras with deep learning (2018)
  • 著者名/発表者名: K. Sassa，R. Honda, Y. Fujii
  • 学会等名: The 29th AMS Conference on Severe Local Storms
• [学会発表] 高知・五台山における雨滴粒度分布のEOF解析 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村田文絵，佐々浩司
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
• [学会発表] 高知・五台山における雨滴粒度分布の季節変化 (2018)
  • 著者名/発表者名: 村田文絵, 佐々浩司
  • 学会等名: 日本気象学会関西支部例会
• [学会発表] Design and Development of Real-Time Video Transmission System Using Visual IoT Device (2018)
  • 著者名/発表者名: K. T. Murata, T. Mizuhara, P. Pavarangkoon, K. Yamamoto, K. Muranaga and T. Aoki
  • 学会等名: 12th Multidisciplinary International Conference on Artificial Intelligence (MIWAI 2018)
  • 国際学会
• [学会発表] ネットワークカメラを用いた災害情報マイニングの試みー深層学習による竜巻とその前兆状態の検出ー (2018)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴，檜垣啓汰，中山慎也，本田理恵，佐々浩司
  • 学会等名: DEIM Forum 2018
• [学会発表] 深層学習による漏斗雲の自動検知の試み (2018)
  • 著者名/発表者名: 本田理恵，佐々浩司, 檜垣啓汰，藤井祐貴，中山慎也
  • 学会等名: 日本気象学会2018年度春季大会
• [学会発表] 時系列３次元グリッドデータからのホットスポット自動抽出・追跡手法の開発-気象レーダデータへの応用- (2017)
  • 著者名/発表者名: 林諒, 本田理恵、佐藤晋介、村田健史、村永和哉、鵜川健太郎、佐々浩司、村田文絵
  • 学会等名: 日本地球惑星科学連合2017年大会
• [学会発表] 気象監視カメラのための自動特徴抽出アルゴリズムの検討 -1. 雲領域自動抽出 - (2017)
  • 著者名/発表者名: 藤井祐貴，檜垣啓汰，本田理恵，佐々浩司
  • 学会等名: 電気関係学会四国支部連合大会
• [学会発表] 気象監視カメラのための自動特徴抽出アルゴリズムの検討 -2. 漏斗雲の抽出 - (2017)
  • 著者名/発表者名: 檜垣啓汰，藤井祐貴, 本田理恵，佐々浩司
  • 学会等名: 電気関係学会四国支部連合大会
• [学会発表] Photogrammetric Detection of Funnel Clouds (2017)
  • 著者名/発表者名: Koji Sassa, Rie Honda, Keita Higaki and Yuki Fujii
  • 学会等名: International Symposium on Earth-Science Challenges 2017
  • 国際学会
• [学会発表] 定点カメラを用いた雲画像による気流計測と竜巻自動検出の試み (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐々浩司、本田理恵, 檜垣啓汰、藤井祐貴、中山慎也
  • 学会等名: 第20回流体力学回中四国・九州支部講演会
• [学会発表] 高知大parsivel と偏波レーダーによる背が低い雨の雨滴の特徴の解析 (2017)
  • 著者名/発表者名: 村田文絵, 佐々浩司
  • 学会等名: 日本気象学会秋季大会
• [学会発表] フェーズドアレイ気象レーダーのデータ品質管理 ～ＱＣフラグのリアルタイム作成～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤晋介、磯田総子、佐野哲也、花土弘、岩井宏徳、水谷文彦、牛尾知雄、大塚成徳、三好建正
  • 学会等名: 日本気象学会2017年度春季大会
• [学会発表] フェーズドアレイ気象レーダーのリアルタイムデータ品質管理 (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤晋介、磯田総子、佐野哲也、花土弘、岩井宏徳、水谷文彦、牛尾知雄、大塚成徳、三好建正
  • 学会等名: フェーズドアレイレーダー第２回シンポジウム
• [学会発表] Real-time Quality Control of Phased Array Weather Radar Data Observed Every 30 Seconds (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤晋介、磯田総子、佐野哲也、花土弘、牛尾知雄、大塚成徳、三好建正
  • 学会等名: 38th Conference on Radar Meteorology, Chicago, IL, US
  • 国際学会
• [学会発表] フェーズドアレイ気象レーダーのデータ品質管理 ～疑似エコーと干渉波の除去～ (2017)
  • 著者名/発表者名: 佐藤晋介、磯田総子、佐野哲也、花土弘、岩井宏徳、水谷文彦、牛尾知雄、大塚成徳、三好建正
  • 学会等名: 日本気象学会2017年度秋季大会
• [備考] 監視カメラと気象レーダーによる竜巻の自動検知
  • URL: http://www.kochi-u.ac.jp/SDGs/activities/report_117.html
• [備考] 極端気象を監視する小型気象レーダーネットワーク
  • URL: http://www.kochi-u.ac.jp/SDGs/activities/report_116.html
• [備考] 高知大学気象情報頁
  • URL: http://weather.is.kochi-u.ac.jp/
• [備考] NICTサイエンスクラウド ひまわり衛星プロジェクト
  • URL: https://sc-web.nict.go.jp/himawari/
• [備考] フェーズドアレイ気象レーダリアルタイム観測データ
  • URL: https://pawr.nict.go.jp/index.html