自然現象や社会現象から得られる時空間データの統計モデリングと現象の理解の研究

2018 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 15H02670
• 研究機関: 九州大学
• 研究代表者: 西井 龍映 九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 教授 (40127684)
• 研究分担者: 持田 恵一 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, チームリーダー (90387960) ; 恩田 義彦 国立研究開発法人理化学研究所, 環境資源科学研究センター, 研究員 (50547073) [辞退] ; 松田 安昌 東北大学, 経済学研究科, 教授 (10301590) ; 田中 章司郎 広島経済大学, 経済学部, 教授 (00197427) ; 前園 宜彦 九州大学, 数理学研究院, 教授 (30173701) ; 増田 弘毅 九州大学, 数理学研究院, 教授 (10380669)
• 研究期間 (年度): 2015-04-01 – 2019-03-31
• キーワード: 超高解像度画像 / マルチラベル判別 / 遺伝子ネットワーク / コンピュータビジョン / 植物の表現型

研究実績の概要

2018年度に公開された論文の概要は以下の通りである.
ドローンで地表面を観測した超高解像度画像は，解像度が数cmとなるため各画素ごとではなく，各タイル（例：5ｍ四方）に，含まれているカテゴリを複数答えることが求められ，これをマルチラベル判別という．構造化 SVM はデータの構造を反映するように構成された判別関数を定義し，L2損失に誤判別に対するペナルティを加えた目的関数最小化で判別を行う．提案手法は，さらに隣接タイル間の判別結果は大きく異ならないというルールを埋め込んだ構造化SVMを提案し，複数の実画像で構造化 SVMより優れた性能を示した．
ハイスループットな遺伝子発現データに基づき，植物の遺伝子ネットワーク(GRN)を推定する統計的手法や機械学習手法が進歩してきている．大きいGNRは遺伝子の機能を導き出す基本的道具であり，得られるハブ遺伝子は機能解析において重要である．ここではGNR 推定に関連した60編以上の論文を，統計手法のみ，機械学習のみ，両者を併用した論文に大別してレビューした．また GNR は植物の成長過程に応じて変化するため，時系列を意識して GNR 推定を行う論文にも注目した．
コンピュータビジョンは植物の画像やビデオから成長の成長過程に関する有益な情報を抽出するためのキーテクノロジーである．画像解析には前処理，画像分割（葉と茎の同定，個別の葉の同定等），成長過程に関する特徴抽出，成長過程の判別といったプロセスが求められる．画像解析における最近の発展は深層学習等の機械学習の発展によるところが大きい．また人工衛星，航空機，ドローンやトラクター搭載のセンサで，複数の波長帯で観測するリモートセンシングが穀物の成長やデジタル農業に用いられている．本論文ではコンピュータビジョンを用いて植物の表現型を評価する131編の論文についてレビューした．

現在までの達成度 (段落)

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

平成30年度が最終年度であるため、記入しない。

研究成果

• [国際共同研究] 大連理工大学(中国)
  • 国名: 中国
  • 外国機関名: 大連理工大学
• [国際共同研究] トレント大学(イタリア)
  • 国名: イタリア
  • 外国機関名: トレント大学
• [国際共同研究] イリノイ大学/アリゾナ大学(米国)
  • 国名: 米国
  • 外国機関名: イリノイ大学/アリゾナ大学
• [雑誌論文] Spatial and Structured SVM for Multilabel Image Classification (2018)
  • 著者名/発表者名: Koda Satoru、Zeggada Abdallah、Melgani Farid、Nishii Ryuei
  • 雑誌名: IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing 巻: 56 ページ: 1～13
  • DOI: 10.1109/TGRS.2018.2828862
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Statistical and Machine Learning Approaches to Predict Gene Regulatory Networks From Transcriptome Datasets (2018)
  • 著者名/発表者名: Mochida Keiichi、Koda Satoru、Inoue Komaki、Nishii Ryuei
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: 1-8
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.01770
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Computer vision-based phenotyping for improvement of plant productivity: a machine learning perspective (2018)
  • 著者名/発表者名: Mochida Keiichi、Koda Satoru、Inoue Komaki、Hirayama Takashi、Tanaka Shojiro、Nishii Ryuei、Melgani Farid
  • 雑誌名: GigaScience 巻: 8 ページ: 1-12
  • DOI: 10.1093/gigascience/giy153
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Homoeolog-specific activation of genes for heat acclimation in the allopolyploid grass Brachypodium hybridum (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahagi Kotaro、Inoue Komaki、Shimizu Minami、Uehara-Yamaguchi Yukiko、Onda Yoshihiko、Mochida Keiichi
  • 雑誌名: GigaScience 巻: 7 ページ: 1-13
  • DOI: 10.1093/gigascience/giy020
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Multiplex PCR Targeted Amplicon Sequencing (MTA-Seq): Simple, Flexible, and Versatile SNP Genotyping by Highly Multiplexed PCR Amplicon Sequencing (2018)
  • 著者名/発表者名: Onda Yoshihiko、Takahagi Kotaro、Shimizu Minami、Inoue Komaki、Mochida Keiichi
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.00201
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Gene Co-expression Network Analysis Suggests the Existence of Transcriptional Modules Containing a High Proportion of Transcriptionally Differentiated Homoeologs in Hexaploid Wheat (2018)
  • 著者名/発表者名: Takahagi Kotaro、Inoue Komaki、Mochida Keiichi
  • 雑誌名: Frontiers in Plant Science 巻: 9 ページ: 1-10
  • DOI: 10.3389/fpls.2018.01163
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Smoothed alternatives of the two-sample median and Wilcoxon's rank sum tests (2018)
  • 著者名/発表者名: Moriyama Taku、Maesono Yoshihiko
  • 雑誌名: Statistics 巻: 52 ページ: 1096～1115
  • DOI: 10.1080/02331888.2018.1469634
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] On direct kernel estimator of density ratio (2018)
  • 著者名/発表者名: M. Motoyama and Y. Maesono
  • 雑誌名: Bulletin of Informatics and Cybernetics 巻: 50 ページ: 27-42
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Asymptotic mean squared error of kernel estimator of excess distribution function (2018)
  • 著者名/発表者名: A. Shimokihara and Y. Maesono
  • 雑誌名: Bulletin of Informatics and Cybernetics 巻: 50 ページ: 51-64
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Formulation of Huge Lattice Spatial Adjacency Matrices With Non-rectangular Shape of Socio-economic Grid-Cell Data for the Analysis of Sustainable Economy With High Computational Efficiency (2018)
  • 著者名/発表者名: Fitrianto Gigih、Tanaka Shojiro、Nishii Ryuei
  • 雑誌名: Research in World Economy 巻: 9 ページ: 1～1
  • DOI: 10.5430/rwe.v9n2p1
  • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
• [雑誌論文] Robust Relative Error Estimation (2018)
  • 著者名/発表者名: Hirose Kei、Masuda Hiroki
  • 雑誌名: Entropy 巻: 20 ページ: 632～632
  • DOI: 10.3390/e20090632
  • 査読あり / オープンアクセス
• [学会発表] ビッグデータ時代の機械学習と統計手法 (2018)
  • 著者名/発表者名: 西井龍映
  • 学会等名: 電気情報通信学会 九州支部専門講習会
  • 招待講演
• [学会発表] Kullback-Leibler 情報量に基づく Alternating Direction Method of Multipliers による精度行列のスパース推定 (2018)
  • 著者名/発表者名: 上田勇祐、西井龍映、江田智尊
  • 学会等名: 統計関連学会連合大会
• [学会発表] Preliminary exploration on the usage of analysis-ready Spatio- temporal Satellite Data in NASA Open Data Cube Project (2018)
  • 著者名/発表者名: Gigih Fitrianto and Shojiro Tanaka
  • 学会等名: 統計数理研究所平成30年度共同研究集会
• [学会発表] New type of gamma kernel density estimator (2018)
  • 著者名/発表者名: Rizky Reza Fauzi，前園宜彦
  • 学会等名: The 5th Institute of Mathematical Statistics Asia Pacific Rim Meeting
  • 国際学会
• [学会発表] ノンパラメトリックなハザード比推定のバイアス推定について (2018)
  • 著者名/発表者名: 森山卓，前園宜彦
  • 学会等名: 統計関連学会連合大会
• [学会発表] Optimal stable regression (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Masuda
  • 学会等名: APRM 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [学会発表] Locally stable regression with unknown activity index (2018)
  • 著者名/発表者名: Hiroki Masuda
  • 学会等名: CMStatistics 2018
  • 国際学会 / 招待講演
• [産業財産権] 塗色評価用の等色範囲設定方法及び等色範囲設定装置 (2018)
  • 発明者名: 西井龍映,中本尊元 ほか4名
  • 権利者名: 九州大学, マツダ株式会社
  • 産業財産権種類: 特許
  • 産業財産権番号: 2018-182317
  • 外国