| 研究課題/領域番号 |
22K04342
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| 研究種目 |
基盤研究(C)
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| 配分区分 | 基金 |
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| 応募区分 | 一般 |
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| 審査区分 |
小区分22040:水工学関連
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| 研究機関 | 大阪産業大学 |
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研究代表者 |
水谷 夏樹 大阪産業大学, 工学部, 教授 (50356036)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2026-03-31
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| 研究課題ステータス |
交付 (2023年度)
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| 配分額 *注記 |
4,160千円 (直接経費: 3,200千円、間接経費: 960千円)
2025年度: 390千円 (直接経費: 300千円、間接経費: 90千円)
2024年度: 910千円 (直接経費: 700千円、間接経費: 210千円)
2023年度: 2,210千円 (直接経費: 1,700千円、間接経費: 510千円)
2022年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
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| キーワード | 波浪推算 / 内湾 / 運動量輸送 / 風波の発達 / ドローンによる波浪観測 / PIV計測 / 風波 / PIV可視化計測 / 水面位置の特定 / 機械学習 / ドローン / 気圧高度 / 平均風速の鉛直分布 / 風応力モデル / 実空間波浪予測 / 3D-PIV / ニューラルネットワーク / ドローン観測 |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，これまでにない実空間波浪予測モデルを開発するため，水深積分型不規則波浪計算に対応する風応力モデルの開発を主な目的とする．風洞水槽において波面に接する領域の気流分布を3次元PIV計測により高精度に求める．2000枚からなる画像をニューラルネットワークを利用して水面位置を自動判別させ，統計処理を行うことで波面に直接作用する風応力モデルの構築を行う．また，ドローンを用いた現地観測を組み合わせることで風洞水槽の短い吹走距離の問題を克服し，実用に資するモデルの開発を目指す．
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| 研究実績の概要 |
本研究は，水深の影響を受ける内湾での波浪予測を行うにあたって，風から波への運動量輸送機構をモデル化するため，風洞水槽実験及びドローンによる現地観測を行って，水面近傍の気流分布と波浪の発達の関係について検討するものである．
風洞水槽においてPIV計測を実施する際，各時刻の画像内の水面位置を機械的に判定して大量に画像を処理し統計量を求める必要がある．水面の自動判定には機械学習を用いる方法も検討しているが，2023年度は水面付近にさらに情報を付加する検討を行った．PIV計測時において同一レーザー面を2台のカメラで表裏の2面同時計測を行い，水面付近の情報を倍増させることで水面位置の判別をより高精度に行う方法について検討した．その結果，水面に接する領域において流下方向に向かって回転する渦度の発達が顕著になることがわかり，これによって水面を判別できる可能性があることがわかった．
一方，2023年度は大型ドローンを購入し，河川水面上で風速及び水面形の観測を行う予定をしていた．しかしながら，予定していた淀川水系では流域全域において原則としてドローンの飛行が禁じられており，観測計画を変更する必要性が生じた．そこで観測地を琵琶湖沿岸として計画を再策定し，観測実施に向けて準備を行っている．
また，カメラによる波浪観測について文献調査を行い，単眼カメラを用いた機械学習による深度推定や画像の輝度情報に基づいた周期の推定方法など有用となる情報の収集を行った．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
当初計画していた淀川流域での観測はドローンの飛行が原則禁止されていることから，これを琵琶湖沿岸に変更する必要が生じた．琵琶湖では水域において漁業が行われていることから，飛行計画の事前開示など漁業組合との事前調整が必要となる．これらの調整を含めて航空局への包括飛行申請を行う必要があり，当初予定していなかった二等無線航空機操縦士免許取得の必要性が生じたため，その取得に時間を要した．
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| 今後の研究の推進方策 |
現地観測を滞りなく実施するため，二等無線航空機操縦士免許取得をもって航空局への包括申請，関係者との事前調整を行い，様々な気象条件下での観測を行うことができるよう準備を進める．また，観測データに含まれる画像情報の解析方法などについて文献調査を進め，高精度な波浪情報の取得に向けて検討を行う．
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