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2016 年度 実績報告書

スマートシティ実現のための多階層型データ解析及び最適化システムの開発と評価

研究課題

研究課題/領域番号 16H01707
研究機関九州大学

研究代表者

藤澤 克樹  九州大学, マス・フォア・インダストリ研究所, 教授 (40303854)

研究分担者 瀧澤 重志  大阪市立大学, 大学院工学研究科, 准教授 (40304133)
佐藤 憲一郎  関東学院大学, 工学総合研究所, 研究員 (30713531)
研究期間 (年度) 2016-04-01 – 2021-03-31
キーワード数理最適化 / グラフ解析 / 高性能計算 / サイバーフィジカルシステム / IoT / AI / ビッグデータ / 都市OS
研究実績の概要

第5期科学技術基本計画では IoTや AI さらに BigData の活用によってインテリジェンスを有している社会で人間が豊かに暮らすという超スマート社会の実現を目指す Society 5.0 が推進されている。本研究ではスマートシティ実現のための社会基盤システムとして,道路や電力網などのインフラを含めた都市計画への活用から、ヒト/モノの動きの解析まで多岐にわたる課題を解決していくことを目的とする。特にヒトやモノの移動性(モビリティ)に関する数理モデルの構築と分類されたデータの活用、また高速計算手法の開発と検証に重点をおいて、意思決定のために許容される時間に応じた多階層型のデータ解析及び最適化システムの構築を行う。最終的には関連するプロジェクトや参画企業とも連携し、グラフ解析や数理計画問題等の活用で人流と交通流など多種データの複雑な条件の最適化を行うための都市における社会実装を推進する。都市機能最適化では扱うデータが取得タイミングによって静的,部分動的,動的に分類されて議論されるため、データを変動度合いにより3つに分類する(交通計画などの長期視点で扱われる静的データ,リアルタイムに変化する動的データ,イベント単位で変動する中間データ)。データ分類後には機械学習などにより特徴量を抽出し,予測や異常検知を行う。グラフ解析や数理計画問題などの数理技術の活用で人流や交通流など多種データの複雑な条件の最適化も行うことが可能となった。これに関連して、次世代AIに対する取り組みとして、ヒト・モノの移動に関する数理・物理モデルによる現象の表現・再現・予測に取り組んでおり、現在の AI が不得意とする見えないデータ・過去のデータにない現象に対して予測や制御を可能するための研究を多数の民間企業と推進した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

2011年の東日本大震災等の大規模災害で甚大な被害を受けたことにより,緊急避難計画の重要性は年々増している.こうした実問題に対して,都市OS等での活用が想定される多階層型データ解析システムの開発を行っている.この場合,問題の難易度(計算量とデータ量)によって適切なデータ解析手法を選択していく.計算量が大きいものは事前に計算しておき,計算量が小さいものは緊急時に実行することによって行動計画の策定に活用する.避難計画においては,近年ネットワークフローモデルを用いた普遍的最速流や辞書式最速流が注目されている.このモデルにより避難者全体として最も効率が良い避難計画を作成できる.しかし実問題の規模では計算時間が大きいため,緊急時の際に実行してリアルタイムな避難計画に反映させることが出来ないという問題を抱えている.現時点では、例えば大阪市における最適避難計画の計算には 69 時間を要しており、東南海地震発生後 2時間以内に到達する津波にはリアルタイムに対応することは不可能である。最適避難計画策定にはヒトに関する初期分布データが必要であるが、昼夜や曜日、さらに天候などに応じて様々な分布から中位解析層において繰り返し計算を行い、結果をデータベースに保存する。現在では各種センサーによって、リアルタイムにヒトの移動や分布を測定することが可能であり、非常事態発生時には現在の分布がこれまでの計算におけるどの分布に分類(クラスタリング)されるのかを機械学習の手法等で瞬時に判別する(ミクロ解析層)。本研究では, センサーやカメラ等でリアルタイムで得 られる簡単な情報 (スナップショット) と事前に計算した辞書式最速流の結果を活用して避難完了時間を機械学習によって予測し, 各時点における人の分布の危険度を推測することに成功した。

今後の研究の推進方策

今後の研究方策に関しては大きな変更点は無く、従来の計画通りに研究を推進するが、特に社会実装に向けて民間企業との連携を強化していく.

  • 研究成果

    (30件)

すべて 2017 2016 その他

すべて 国際共同研究 (1件) 雑誌論文 (12件) (うち国際共著 1件、 査読あり 11件、 オープンアクセス 12件) 学会発表 (17件) (うち国際学会 6件、 招待講演 16件)

  • [国際共同研究] Zuse Institute Berlin(Germany)

    • 国名
      ドイツ
    • 外国機関名
      Zuse Institute Berlin
  • [雑誌論文] Efficient Breadth-First Search on Massively Parallel and Distributed Memory Machines2017

    • 著者名/発表者名
      Koji Ueno, Toyotaro Suzumura, Naoya Maruyama, Katsuki Fujisawa, Satoshi Matsuoka
    • 雑誌名

      Data Science and Engineering, Springer

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1007/s41019-016- 0024-y

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Advanced Computing & Optimization Infrastructure for Extremely Large-Scale Graphs on Post Peta-Scale Supercomputers2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuki Fujisawa, Toshio Endo, and Yuichiro Yasui
    • 雑誌名

      ICMS 2016, 5th International Conference Berlin, Germany, July 11-14, 2016, Lecture Notes in Computer Science 9725, Springer

      巻: - ページ: 265-274

    • DOI

      10.1007/978-3-319-42432-3_33

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 辞書式最速流による避難計画作成モデル の実験的解析2016

    • 著者名/発表者名
      小林 和博, 成澤 龍人, 安井雄一郎, 藤澤克樹
    • 雑誌名

      日本オペレーションズ・リサーチ学会論文誌

      巻: 59 ページ: 86-105

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Efficient Breadth-First Search on Massively Parallel and Distributed Memory Machines2016

    • 著者名/発表者名
      Koji Ueno, Toyotaro Suzumura, Naoya Maruyama, Katsuki Fujisawa, and Satoshi Matsuoka
    • 雑誌名

      The proceedings of the IEEE BigData2016

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Evaluating the Impacts of Code-Level Performance Tunings on Power Efficiency2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Imamura, Keitaro Oka, Yuichiro Yasui, Yuichi Inadomi, Katsuki Fujisawa, Toshio Endo, Koji Ueno, Keiichiro Fukazawa, Nozomi Hata, Yuta Kakibuka, Koji Inoue, and Takatsugu Ono
    • 雑誌名

      The proceedings of the IEEE BigData2016,

      巻: - ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Power-Efficient Breadth-First Search with DRAM Row Buffer Locality- Aware Address Mapping2016

    • 著者名/発表者名
      Satoshi Imamura, Yuichiro Yasui, Koji Inoue, Takatsugu Ono, Hiroshi Sasaki and Katsuki Fujisawa
    • 雑誌名

      HPGDMP16: High Performance Graph Data Management and Processing Workshop. In conjunction with International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis (SC 2016)

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1109/HPGDMP.2016.7

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] NUMA-aware scalable graph traversal on SGI UV systems2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Yasui and K. Fujisawa, Eng Lim Goh, John Baron, Atsushi Sugiura and Takashi Uchiyama
    • 雑誌名

      The proceedings of 1st High Performance Graph Processing workshop , in conjunction with The International ACM Symposium on High-Performance Parallel and Distributed Computing (HPDC16)

      巻: - ページ: 19-26

    • DOI

      10.1145/2915516.2915522

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Estimating Potential Event Occurrence Areas in Small Space based on Semi-supervised Learning2016

    • 著者名/発表者名
      A. Takizawa
    • 雑誌名

      Proceedings of the 34th eCAADe Conference, Vol.2

      巻: 2 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Traffic Volume of Pedestrians in An Underground Mall by Use of Watch Cameras2016

    • 著者名/発表者名
      N. Naoya and A. Takizawa
    • 雑誌名

      Proceedings of the 34th eCAADe Conference

      巻: 2 ページ: -

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] The Mixed Evacuation Problem2016

    • 著者名/発表者名
      Y. Hanawa, Y. Higashikawa, N. Kamiyama, N. Katoh, A. Takizawa
    • 雑誌名

      Combinatorial Optimization and Applications (COCOA'16), Hong Kong, China

      巻: 10043 ページ: 18-31

    • DOI

      10.1007/978-3-319-48749-6_2

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 収容人数を考慮したネットワークボロノイ分割による地下街からの垂 直避難場所の割当2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 雑誌名

      オペレーションズ・リサーチ

      巻: 61(10) ページ: 668-669

    • オープンアクセス
  • [雑誌論文] Maximum tsunami height prediction using pressure gauge data by a Gaussian process at Owase in the Kii Peninsula2016

    • 著者名/発表者名
      Yasuhiko Igarashi, Takane Hori, Shin Murata, Kenichiro Sato, Toshitaka Baba, and Masato Okada
    • 雑誌名

      Marine Geophysical Research

      巻: 37 ページ: 361-370

    • DOI

      10.1007/s11001-016-9286-z

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] 大規模グラフ最適化基盤と都市 OS 応用 ―ヒト・モノのモビリティに関する新しい数 理モデルとその応用―2017

    • 著者名/発表者名
      藤澤克樹
    • 学会等名
      ビッグデータ分析技術ワークショップ大規模グラフマイニング 技術と応用
    • 発表場所
      岐阜県高山市
    • 年月日
      2017-03-05 – 2017-03-05
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced computing & optimization infrastructure for extremely large-scale graphs on post peta-scale supercomputers2017

    • 著者名/発表者名
      Katsuki Fujisawa
    • 学会等名
      ISM-ZIB-IMI Joint Workshop on Optimization and Data-intensive High Performance Computing, Institute of Statistical Mathematics, Tokyo, Japan
    • 発表場所
      統計数理研究所
    • 年月日
      2017-01-19 – 2017-01-19
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 避難場所の容量を考慮した梅田地下街における垂直避難計画 モデルの研究 -混合整数計画法を利用したアプローチ-2016

    • 著者名/発表者名
      山本遼,瀧澤重志
    • 学会等名
      日本建築学会第39回 情報・システム・利用・技術シンポジウム
    • 発表場所
      建築会館
    • 年月日
      2016-12-08 – 2016-12-08
  • [学会発表] 避難誘導支援システム ~ サイネージやプッシュ/プル配信の災害時 活用 ~2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 学会等名
      NTT GROUP COLLECTION 2016
    • 発表場所
      名古屋市中小企業振興会館 (吹上ホール)
    • 年月日
      2016-11-30 – 2016-11-30
    • 招待講演
  • [学会発表] 大阪市を対象とした避難計画・シミュレーションと離散アルゴリズム2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 学会等名
      第1回スケジューリング学会人道支援ロジスティクス研究部会
    • 発表場所
      東 京海洋大学
    • 年月日
      2016-11-10 – 2016-11-10
    • 招待講演
  • [学会発表] Efficient Algorithms for Enumerating and Extracting Regional Partitions for Evacuation Centres Using Zero-Suppressed Binary Decision Diagrams2016

    • 著者名/発表者名
      A. Takizawa
    • 学会等名
      Pedestrian and Evacuation Dynamics 2016,
    • 発表場所
      Hefei, China
    • 年月日
      2016-10-18 – 2016-10-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] A Study on the Evacuation Planning Model with Capacity-Constrained Network Voronoi Diagram in Umeda Underground Mall2016

    • 著者名/発表者名
      R. Yamamoto and A. Takizawa
    • 学会等名
      11th International Symposium on Architectural Interchanges in Asia
    • 発表場所
      Tohoku University
    • 年月日
      2016-09-22 – 2016-09-22
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 大規模グラフ解析と都市 OS の開発 ―ヒト・モノのモビリティに関する新 しい数理モデルとその応用―,2016

    • 著者名/発表者名
      藤澤克樹
    • 学会等名
      研究部会 OS 産業における応用数理. 日本応用数理学会 2016 年度年会
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2016-09-12 – 2016-09-12
    • 招待講演
  • [学会発表] 避難計画問題へのアルゴリズム技術の適用避難計画問題のための数理 的技術,劣線形 --- ビッグデータ時代を切り開くキーワード2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 学会等名
      FIT2016
    • 発表場所
      富山大学
    • 年月日
      2016-09-07 – 2016-09-07
    • 招待講演
  • [学会発表] 制約考慮型ネットワークボロノイ図を用いた梅田地下街にお ける避難計画モデルの研究2016

    • 著者名/発表者名
      山本遼,瀧澤重志
    • 学会等名
      日本建築学会大会学術講演(九州)
    • 発表場所
      福岡大学
    • 年月日
      2016-08-25 – 2016-08-25
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced Computing & Optimization Infrastructure for Extremely Large-Scale Graphs on Post Peta-Scale Supercomputers2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuki Fujisawa
    • 学会等名
      Semi-plenary Talk, ICCOPT2016, GRIPS
    • 発表場所
      政策研究大学院大学
    • 年月日
      2016-08-08 – 2016-08-08
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 避難計画問題のための数理的技術2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 学会等名
      神戸大学RCUSSオープンゼミナー ル
    • 発表場所
      神戸市役所
    • 年月日
      2016-07-16 – 2016-07-16
    • 招待講演
  • [学会発表] 避難計画問題のための数理的技術2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 学会等名
      人工智慧研究会特別セミナー
    • 発表場所
      京都大学総合生存学館
    • 年月日
      2016-07-11 – 2016-07-11
    • 招待講演
  • [学会発表] Advanced Computing & Optimization Infrastructure for Extremely Large-Scale Graphs on Post Peta-Scale Supercomputers2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuki Fujisawa
    • 学会等名
      ICMS2016, ZIB, Berlin, Germany
    • 発表場所
      ZIB, Berlin
    • 年月日
      2016-07-10 – 2016-07-10
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Advanced Computing & Optimization Infrastructure for Extremely Large-Scale Graphs on Post Peta-Scale Supercomputers2016

    • 著者名/発表者名
      Katsuki Fujisawa
    • 学会等名
      ISC16, Big Data & HPC Convergence
    • 発表場所
      Frankfurt, Germany
    • 年月日
      2016-06-18 – 2016-06-18
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] 避難計画問題のための数理的技術2016

    • 著者名/発表者名
      瀧澤重志
    • 学会等名
      東京大学計数工学部特別講義
    • 発表場所
      東京大学計数工学部
    • 年月日
      2016-06-07 – 2016-06-07
    • 招待講演
  • [学会発表] 大規模グラフ解析と都市 OS の開発 -ヒト・モノのモビリティに関する新し い数理モデルとその応用-,2016

    • 著者名/発表者名
      藤澤克樹
    • 学会等名
      第 29 回 回路とシステムワークショップ
    • 発表場所
      北九州国際会議場
    • 年月日
      2016-05-12 – 2016-05-12
    • 招待講演

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公開日: 2018-01-16   更新日: 2023-03-16  

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