| 研究課題/領域番号 |
22K05890
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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41030:地域環境工学および農村計画学関連
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| 研究機関 | 東京電機大学 |
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研究代表者 |
中井 正則 東京電機大学, 理工学部, 教授 (10217648)
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| 研究分担者 |
筒井 裕文 東京電機大学, 理工学部, 助教 (70620649)
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| 研究期間 (年度) |
2022-04-01 – 2025-03-31
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| 研究課題ステータス |
完了 (2024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)
2024年度: 1,040千円 (直接経費: 800千円、間接経費: 240千円)
2023年度: 650千円 (直接経費: 500千円、間接経費: 150千円)
2022年度: 2,470千円 (直接経費: 1,900千円、間接経費: 570千円)
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| キーワード | 小規模農村ため池 / 水温躍層 / 気泡噴流 / 水質管理システム / 人工知能 / ランダムフォレストモデル / ニューラルネットワークモデル / 水質維持 / ニューラルネットワーク |
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| 研究開始時の研究の概要 |
本研究は，小規模農村ため池を対象にし，「気泡噴流方式による合理的な水質管理」を目指すものである．キーワードは水温躍層であり，研究のねらいは従来の「形成された水温躍層の破壊による水質改善」ではなく，「水温躍層の形成阻止」である．
気泡噴流の空気流量を季節・天候に応じて時々刻々と調節し，最小エネルギー(最小空気流量)で水温躍層の形成阻止を図る．しかし，これに対する手動による対応は難しく，AI(人工知能)援用が相応しいため，ニューラルネットワークによる持続的水質管理を提案する．
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| 研究成果の概要 |
本研究は，小規模農村ため池を対象にして，水質環境を支配する要因の1つである水温躍層に注目し，「気泡噴流を軸にした合理的なAI援用水質管理システム」を提案したものである．すなわち，ため池に新たに気泡噴流装置を設置して，年間を通じた「水温躍層の形成防止」を目指し，これを実現するための気泡噴流の最小空気流量を1時間ごとに予測させる2つの機械学習モデルを構築した．両モデルの妥当性は，簡易現地実験によって検証され，ともに80(%)以上の成功率を示した．
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| 研究成果の学術的意義や社会的意義 |
気泡噴流の導入目的は，従来の「形成された水温躍層の破壊による水質改善」ではなく，「恒常的な水温躍層の形成防止による水質の維持・向上」である．すなわち，Passive型からActive型への発想の転換である．また，気泡噴流装置は，装備した機械学習モデルの予測により，最小エネルギー(最小空気流量)で継続的に運転することが可能である．よって，年間を通じた高コストパフォーマンスなAI(人工知能)援用水質管理システムとなっており，SDGsの理念にも合致している．
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