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スパースなセンサーネットワークに基づく都市風況推定手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 20H02308
研究種目

基盤研究(B)

配分区分補助金
応募区分一般
審査区分 小区分23020:建築環境および建築設備関連
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)

研究分担者 大岡 龍三  東京大学, 生産技術研究所, 教授 (90251470)
崔 元準  東京大学, 生産技術研究所, 助教 (30817458)
研究期間 (年度) 2020-04-01 – 2023-03-31
研究課題ステータス 完了 (2023年度)
配分額 *注記
17,680千円 (直接経費: 13,600千円、間接経費: 4,080千円)
2022年度: 5,460千円 (直接経費: 4,200千円、間接経費: 1,260千円)
2021年度: 5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)
2020年度: 6,240千円 (直接経費: 4,800千円、間接経費: 1,440千円)
キーワード建築環境・設備 / 都市防災 / 風工学 / 流体工学 / シミュレーション工学 / スパースセンシング / 機械学習 / データ駆動型手法
研究開始時の研究の概要

本研究では、市街地(マイクロ)および都市(メソ)スケールにおける風況(風速・風向)に関して、スパース(疎)に配置されたセンサーによる計測データを入力値とした空間解像度およびリアルタイム性の高い推定システムの開発を行う。そのため、風況に関する計測および数値予測技術、ならびにそれらを束ねる観測理論・統計分析技術を統合的に開発・活用していく。そして、IoTなどによるセンサー情報の充実による可能性とともに計測システムとしてのその限界を見据えた技術開発を行い、安全・快適かつスマートな都市空間の創出に資する都市風況データ基盤を構築する。

研究成果の概要

本研究では、市街地および都市スケールにおける風況(風速・風向)を対象に、スパース(疎)に配置されたセンサーの計測データを入力値とする空間解像度およびリアルタイム性の高い分布推定手法の開発を行った。本研究の成果は、機械学習を活用したモデルとセンサーデータを組み合わせることにより、風速や風向の変化を高い精度で捉えることを可能とし、安全で快適な都市環境の構築に貢献することが期待される。

研究成果の学術的意義や社会的意義

本研究では、安全で快適なスマートな都市空間を創造することを目指し、市街地や都市における風況をリアルタイムで把握する新しい技術を開発した。限られた数のセンサーから得られる情報を利用して都市の風速と風向の分布を高精度に推定する手法や、風速センサーのデータ駆動型校正に基づく精度向上手法、センサー配置の最適化手法などを開発した。これら技術は、風による影響を受けやすい市街地での災害リスク管理や建物運用の効率向上に寄与する。

報告書

(4件)
  • 2023 研究成果報告書 ( PDF )
  • 2022 実績報告書
  • 2021 実績報告書
  • 2020 実績報告書
  • 研究成果

    (32件)

すべて 2024 2023 2022 2021 2020 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (11件) (うち国際共著 2件、 査読あり 10件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (20件) (うち国際学会 3件)

  • [国際共同研究] 香港科技大学(中国)

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [雑誌論文] Fast estimation of airflow distribution in an urban model using generative adversarial networks with limited sensing data☆2024

    • 著者名/発表者名
      Hu Chaoyi、Kikumoto Hideki、Zhang Bingchao、Jia Hongyuan
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 249 ページ: 111120-111120

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.111120

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Transfer learning strategy for data-driven correction of wind measurement around buildings using cup anemometers2023

    • 著者名/発表者名
      Li Rongmao、Kikumoto Hideki、Jia Hongyuan、Okaze Tsubasa
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 241 ページ: 110499-110499

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.110499

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Investigation of spatial variability in power law index of wind profiles above the urban area around Tokyo Bay based on local objective analysis data2023

    • 著者名/発表者名
      Wang Xiang、Kikumoto Hideki、Jia Hongyuan、Lin Chao、Nakao Keisuke
    • 雑誌名

      Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics

      巻: 240 ページ: 105471-105471

    • DOI

      10.1016/j.jweia.2023.105471

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Estimation of instantaneous airflow distribution in cubic building group model using multi-time-delay LSE-POD2023

    • 著者名/発表者名
      Hu Chaoyi、Jia Hongyuan、Kikumoto Hideki
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 243 ページ: 110642-110642

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2023.110642

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Effects of sensor configuration optimization on airflow estimation in urban environment: A case study with a building group model2023

    • 著者名/発表者名
      Jia Hongyuan、Hu Chaoyi、Kikumoto Hideki
    • 雑誌名

      Sustainable Cities and Society

      巻: 98 ページ: 104840-104840

    • DOI

      10.1016/j.scs.2023.104840

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] 確率的発生源同定におけるセンサー配置の最適化: 随伴濃度エントロピーに基づく手法の提案と市街地モデルへの適用2022

    • 著者名/発表者名
      賈 鴻源、菊本 英紀
    • 雑誌名

      生産研究

      巻: 74 号: 1 ページ: 65-71

    • DOI

      10.11188/seisankenkyu.74.65

    • NAID

      130008163651

    • ISSN
      0037-105X, 1881-2058
    • 年月日
      2022-02-01
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Sensor configuration optimization based on the entropy of adjoint concentration distribution for stochastic source term estimation in urban environment2022

    • 著者名/発表者名
      Jia Hongyuan、Kikumoto Hideki
    • 雑誌名

      Sustainable Cities and Society

      巻: 79 ページ: 103726-103726

    • DOI

      10.1016/j.scs.2022.103726

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Estimation of airflow distribution in cubic building group model using POD-LSE and limited sensors2022

    • 著者名/発表者名
      Hu Chaoyi、Jia Hongyuan、Kikumoto Hideki
    • 雑誌名

      Building and Environment

      巻: 221 ページ: 109324-109324

    • DOI

      10.1016/j.buildenv.2022.109324

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] ドメイン適応に基づく転移学習による異なる観測期間でのデータ駆動型風速計校正2022

    • 著者名/発表者名
      李 栄茂、菊本 英紀、賈 鴻源
    • 雑誌名

      風工学研究論文集

      巻: 27 号: 0 ページ: 227-236

    • DOI

      10.14887/windengresearch.27.0_227

    • ISSN
      2435-4384, 2435-5429
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Data-driven calibration of cup anemometer based on field measurements and artificial neural network for wind measurement around buildings2022

    • 著者名/発表者名
      Li Rongmao、Kikumoto Hideki
    • 雑誌名

      Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics

      巻: 231 ページ: 105239-105239

    • DOI

      10.1016/j.jweia.2022.105239

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり
  • [雑誌論文] Towards real-time prediction of velocity field around a building using generative adversarial networks based on the surface pressure from sparse sensor networks2022

    • 著者名/発表者名
      Zhang Bingchao、Ooka Ryozo、Kikumoto Hideki、Hu Chaoyi、Tse Tim K.T.
    • 雑誌名

      Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics

      巻: 231 ページ: 105243-105243

    • DOI

      10.1016/j.jweia.2022.105243

    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 査読あり / 国際共著
  • [学会発表] Extension and analysis of high-resolution wind velocity data by fusing meteorological observations and local objective analysis data in the Tokyo Bay area using POD-LSE2024

    • 著者名/発表者名
      Xiang Wang, Hideki Kikumoto, Chaoyi Hu, Hongyuan Jia, Keisuke Nakao, Ryozo Ooka
    • 学会等名
      第39回生研TSFDシンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] センサーネットワークを用いた市街地気流の分布推定に関する研究 (その5)QR分解に基づくセンサー配置最適化による推定精度の改善2023

    • 著者名/発表者名
      賈鴻源, 菊本英紀, 胡超億
    • 学会等名
      日本建築学会大会(近畿)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] センサーネットワークを用いた市街地気流の分布推定に関する研究 (その6)CWGANによる市街地モデル内の気流分布の推定2023

    • 著者名/発表者名
      胡超億, 菊本英紀, 賈鴻源, 張秉超
    • 学会等名
      日本建築学会大会(近畿)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習による建物周辺気流計測の高精度化に関する研究 (その3)経験的モード分解に基づく前処理を用いた複数の風速計校正2023

    • 著者名/発表者名
      李栄茂, 菊本英紀, 賈鴻源
    • 学会等名
      日本建築学会大会(近畿)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Study on utilization of local objective analysis data for microclimate prediction (Part 2) Reproduction of long-term high-resolution data in urban areas by POD-LSE method2023

    • 著者名/発表者名
      Xiang Wang, Hideki Kikumoto, Chaoyi Hu, Hongyuan Jia, Keisuke Nakao
    • 学会等名
      日本建築学会大会(近畿)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Fast estimation of airflow distribution in the urban model using generative adversarial network and limited sensors2023

    • 著者名/発表者名
      Chaoyi Hu, Hideki Kikumoto, Bingchao Zhang, Hongyuan Jia
    • 学会等名
      IAQVEC 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Data-driven calibration for cup anemometer at different measurement locations around buildings using transfer learning based on domain adaptation2023

    • 著者名/発表者名
      Rongmao Li, Hideki Kikumoto, Hongyuan Jia
    • 学会等名
      IAQVEC 2023
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] Estimation of near-ground wind velocity and temperature in the urban area around Tokyo Bay using local objective analysis data and the POD-LSE method2023

    • 著者名/発表者名
      Xiang Wang, Hideki Kikumoto, Chaoyi Hu, Hongyuan Jia, Keisuke Nakao
    • 学会等名
      16th International Conference on Wind Engineering
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
    • 国際学会
  • [学会発表] 機械学習による建物周辺気流計測の高精度化に関する研究 (その2)ドメイン適応に基づく転移学習による異なる場所でのデータ駆動型風速計校正2022

    • 著者名/発表者名
      李栄茂, 菊本英紀, 大風翼
    • 学会等名
      日本建築学会大会(北海道)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] センサーネットワークを用いた市街地気流の分布推定に関する研究 (その4) 人工ニューラルネットワークによる市街地モデル内の気流分布の推定2022

    • 著者名/発表者名
      胡超億, 菊本英紀, 賈鴻源
    • 学会等名
      日本建築学会大会(北海道)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Study on utilization of local objective analysis data for microclimate prediction (Part 1) Comparison of local objective analysis and near-surface meteorological observation data2022

    • 著者名/発表者名
      Xiang Wang, Hideki Kikumoto
    • 学会等名
      日本建築学会大会(北海道)
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] Generative Adversarial Network による市街地モデル内の瞬時気流分布推定2022

    • 著者名/発表者名
      胡超億, 菊本英紀, 張秉超, 賈鴻源
    • 学会等名
      風工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2022 実績報告書
  • [学会発表] 確率的発生源同定における随伴濃度分布のエントロピーに基づくセンサー配置の最適化2022

    • 著者名/発表者名
      賈鴻源, 菊本英紀
    • 学会等名
      第37回生研TSFDシンポジウム
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] センサーネットワークを用いた市街地気流の分布推定に関する研究 (その3) 複数時点を考慮したLSE-PODの立方体建物群モデル内気流への応用2021

    • 著者名/発表者名
      胡超億, 菊本英紀, 賈鴻源
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 確率的発生源同定におけるセンサー配置最適化手法に関する研究 (その1)随伴濃度分布のエントロピーに基づく最適化アルゴリズム2021

    • 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
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] 機械学習による建物周辺気流計測の高精度化に関する研究 (第1報)ANNを用いた風杯型風速計による瞬間風速計測の校正2021

    • 著者名/発表者名
      李栄茂, 菊本英紀
    • 学会等名
      空気調和・衛生工学会大会
    • 関連する報告書
      2021 実績報告書
  • [学会発表] POD-LSEによる市街地瞬時気流分布推定に関する研究:立方体建物群モデル内の乱流への適用2021

    • 著者名/発表者名
      胡 超億, 菊本 英紀, 賈 鴻源
    • 学会等名
      第36回生研TSFDシンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] センサーネットワークを用いた市街地気流の分布推定に関する研究 (その1)POD-LSEを用いた推定手法の概要と1次元拡散問題への適用2020

    • 著者名/発表者名
      菊本 英紀, 胡 超億, 賈 鴻源
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] センサーネットワークを用いた市街地気流の分布推定に関する研究 (その2)POD-LSEを用いた立方体建物群モデル内の気流推定2020

    • 著者名/発表者名
      胡 超億, 菊本 英紀, 賈 鴻源
    • 学会等名
      日本建築学会大会
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書
  • [学会発表] POD-LSEを用いた立方体建物群モデル内の瞬時気流分布推定に関する研究2020

    • 著者名/発表者名
      胡 超億, 菊本 英紀, 賈 鴻源
    • 学会等名
      風工学シンポジウム
    • 関連する報告書
      2020 実績報告書

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公開日: 2020-04-28   更新日: 2025-01-30  

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