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2016 年度 実績報告書

上空・地上の複合レーダと自律航法技術による大規模自然災害の効率的な捜索手法の開発

研究課題

研究課題/領域番号 15H02997
研究機関仙台高等専門学校

研究代表者

園田 潤  仙台高等専門学校, 知能エレクトロニクス工学科, 教授 (30290696)

研究分担者 渡邉 学  東京電機大学, 理工学部, 研究員 (10371147)
金澤 靖  豊橋技術科学大学, 工学(系)研究科(研究院), 准教授 (50214432)
米澤 千夏  東北大学, 農学研究科, 准教授 (60404844)
研究期間 (年度) 2015-04-01 – 2018-03-31
キーワード大規模自然災害 / 工学的捜索手法 / 地中レーダ / 人工衛星・航空機搭載レーダ / UAV / FDTD法 / GPU / ディープラーニング
研究実績の概要

本研究では,上空から航空機・衛星搭載レーダで観測し反射が強い箇所を地中レーダで地上を精査する複合レーダ技術を用いた大規模自然災害時の捜索手法を開発している.
(1)実際に東日本大震災で甚大な被害を受けた宮城県名取市閖上浜で2014年9月からボランティア団体とともに本手法を適用した捜索を実施している.この結果,6000 m2の領域からお骨や衣類など多くの生活物を含む約30000個の地中物体を発見しており,大規模自然災害時の地中の捜索手法として有効であることを示している.
(2)L バンド人工衛星・航空機搭載レーダによる地中物体検出を評価するために,JAXA航空機搭載レーダPi-SAR-L2 と無人航空機UAV (Unmanned Aerial Vehicle) による3次元復元技術SfM (Structure from Motion) を用いた同期実験を実施し,埋設CRをPi-SAR-L2で上空から観測しUAV-SfMにより地表面を3 次元復元した結果,地表面には大きな物体が存在しない箇所で比較的強い反射が確認された.今後は地中物体検出を後方散乱係数等で定量評価する.
(3)捜索活動の現場でも使用している地中レーダでは,熟練技術者が画像判読により地中物体を推定しているのが現状であり,客観的で高精度な判定や計算機による自動化が求められている.本研究では,多層のニューラルネットワークであるディープラーニングによる地中物体自動識別技術として,GPUを複数台使用するGPUクラスタを用いたFDTD 法による数十万個規模の学習データ生成と,畳み込みニューラルネットワークCNN (ConvolutionalNeural Network) によるレーダ画像からの地中物体の誘電率や大きさの識別手法を開発した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

当初は予定していなかった深層学習による地中物体自動識別技術を開発した

今後の研究の推進方策

今後は,(1) 東日本大震災の被災地における捜索活動現場での実証実験,(2) 上空からのレーダによる地中物体抽出の定量化,(3) 地中レーダ画像からの物体自動識別技術の開発と捜索現場での実証実験,(4) 自律走行地中レーダの開発,(5) 火山災害を想定した火山灰における地中レーダ実験,(6) 本手法の海中捜索への適用を実施予定である。

  • 研究成果

    (21件)

すべて 2017 2016

すべて 雑誌論文 (6件) (うち査読あり 6件、 謝辞記載あり 4件) 学会発表 (13件) (うち招待講演 1件) 産業財産権 (2件)

  • [雑誌論文] FDTD法による地中レーダを用いた鉄筋コンクリート下の空洞検出特性2017

    • 著者名/発表者名
      園田潤,昆太一,佐藤源之,阿部幸雄
    • 雑誌名

      電子情報通信学会論文誌C

      巻: J100-C ページ: 302-309

    • 査読あり
  • [雑誌論文] L-band SAR(PALSAR-2)を用いた、広域データからの土砂災害域検出2017

    • 著者名/発表者名
      渡邉学,米澤千夏,園田潤,島田政信
    • 雑誌名

      日本リモートセンシング学会誌

      巻: 37 ページ: 21-26

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 「熊本地震に関するリモートセンシング技術の活用」報告2016

    • 著者名/発表者名
      渡邉学, 米澤千夏, 園田潤, 大木真人, 富井直弥, 島田政信
    • 雑誌名

      日本リモートセンシング学会誌

      巻: 36 ページ: 202-210

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] A Simple Approximation Formula for Numerical Dispersion Error in 2-D and 3-D FDTD Method2016

    • 著者名/発表者名
      J. Sonoda, K. Kaino and M. Sato
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Electronics

      巻: E99-C ページ: 793-796

    • DOI

      http://doi.org/10.1587/transele.E99.C.793

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Transmission Properties of Electromagnetic Wave in Pre-Cantor Bar: Scaling and Double-Exponetiality2016

    • 著者名/発表者名
      R. Sato, K. Kaino ans J. Sonoda
    • 雑誌名

      IEICE Trans. Electronics

      巻: E99-C ページ: 801-804

    • DOI

      http://doi.org/10.1587/transele.E99.C.801

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Accurate 3-D reconstruction of sands from UAV image sequence2016

    • 著者名/発表者名
      R. Matsunaga, M. Hashimoto, Y. Kanazawa, and J. Sonoda
    • 雑誌名

      2016 International Conference On Advanced Informatics: Concepts, Theory And Application (ICAICTA)

      巻: - ページ: -

    • DOI

      https://doi.org/10.1109/ICAICTA.2016.7803121

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] ディープラーニングによる地中レーダ画像の物体識別2017

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年総合大会
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2017-03-22 – 2017-03-25
  • [学会発表] GPUを用いたFDTD法による電子メール物体推定支援システム2017

    • 著者名/発表者名
      園田潤,昆太一,阿部幸雄
    • 学会等名
      電子情報通信学会2017年総合大会
    • 発表場所
      名古屋市
    • 年月日
      2017-03-22 – 2017-03-25
  • [学会発表] 大規模自然災害におけるPi-SAR-L2と地中レーダを用いた高効率な捜索支援手法の開発2017

    • 著者名/発表者名
      園田潤,渡邉学,米澤千夏,金澤靖
    • 学会等名
      第3回 Pi-SAR-L2ワークショップ
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2017-02-28 – 2017-02-28
  • [学会発表] GPUクラスタを用いたFDTD法による地中レーダ画像生成とディープラーニングによる地中レーダの物体識別2017

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会宇宙・航行エレクトロニクス研究会
    • 発表場所
      長崎市
    • 年月日
      2017-01-26 – 2017-01-27
  • [学会発表] 深層学習による物体自動認識レーダ2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤
    • 学会等名
      産官学連携フェアみやぎ2016
    • 発表場所
      仙台市
    • 年月日
      2016-11-29 – 2016-11-29
  • [学会発表] 地中レーダと航空機搭載レーダによる大規模自然災害の捜索手法開発と東日本大震災の行方不明者捜索への適用2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤,渡邉学,米澤千夏,金澤靖,郷右近巧,五十嵐悟,満留あゆみ
    • 学会等名
      日本災害情報学会第18回研究発表大会
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2016-10-22 – 2016-10-23
  • [学会発表] GPUクラスタを用いたFDTD法による地中レーダ画像生成とCNNによる物体識別システムの開発2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      GTC Japan 2016
    • 発表場所
      東京都
    • 年月日
      2016-10-05 – 2016-10-05
  • [学会発表] Lバンド航空機レーダとUAV-SfMによる地中物体の検出実験2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤,渡邉学,米澤千夏,金澤靖
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2016-09-20 – 2016-09-23
  • [学会発表] ディープラーニングによる地中レーダ物体識別のためのGPUクラスタを用いたFDTD法による学習用レーダ画像生成2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤,木本智幸
    • 学会等名
      電子情報通信学会ソサイエティ大会
    • 発表場所
      札幌市
    • 年月日
      2016-09-20 – 2016-09-23
    • 招待講演
  • [学会発表] GPUで高速化したFDTDシミュレーションによる地中レーダを用いた鉄筋コンクリート下の異常箇所検出特性2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤,昆太一,佐藤源之
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • 発表場所
      石垣市
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-09
  • [学会発表] 屋内外シームレス電波環境解析のためのUAV-SfMによるFDTD実環境マルチスケール数値モデル構築2016

    • 著者名/発表者名
      園田潤,今野海航,橋本瑞樹,金澤靖,佐藤源之
    • 学会等名
      電子情報通信学会エレクトロニクスシミュレーション研究会
    • 発表場所
      網走市
    • 年月日
      2016-07-21 – 2016-07-22
  • [学会発表] L-band SAR(PALSAR-2)を用いた、広域データからの建物倒壊域・土砂災害域検出2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺学,米澤千夏,園田潤,大木真人,富井直弥,島田政信
    • 学会等名
      日本地球惑星科学連合2016年大会
    • 発表場所
      千葉市
    • 年月日
      2016-05-22 – 2016-05-26
  • [学会発表] L-band SAR(PALSAR-2)を用いた、広域データからの建物倒壊域・土砂災害域検出2016

    • 著者名/発表者名
      渡辺学,米澤千夏,園田潤,大木真人,富井直弥,島田政信
    • 学会等名
      日本リモートセンシング学会 第 60 回(平成 28 年度春季)学術講演会
    • 発表場所
      習志野市
    • 年月日
      2016-05-12 – 2016-05-13
  • [産業財産権] 状態推定支援方法および計算機2016

    • 発明者名
      園田潤
    • 権利者名
      園田潤
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-228381
    • 出願年月日
      2016-11-24
  • [産業財産権] 学習データ生成方法およびこれを用いた対象空間状態認識方法2016

    • 発明者名
      園田潤,木本智幸
    • 権利者名
      園田潤,木本智幸
    • 産業財産権種類
      特許
    • 産業財産権番号
      2016-173205
    • 出願年月日
      2016-09-05

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公開日: 2018-01-16  

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