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2018 年度 実績報告書

震災軽減のためのヘテロ解析による地殻イメージング手法の開発とその適用

研究課題

研究課題/領域番号 18H05239
研究機関東京大学

研究代表者

市村 強  東京大学, 地震研究所, 教授 (20333833)

研究分担者 堀 高峰  国立研究開発法人海洋研究開発機構, 海域地震火山部門(地震津波予測研究開発センター), センター長 (00359176)
研究期間 (年度) 2018-06-11 – 2023-03-31
キーワード地殻イメージング / 大規模有限要素解析 / ヘテロコンピューティング
研究実績の概要

本研究では,最先端の計算科学と計測の融合により震災軽減のための地殻イメージング(地殻構造最適化と震源状態推定)の高度化を目指す.地震・地殻変動観測の高度化(海溝型巨大地震震源域直上の海域での観測等)に伴い,より高分解能・高精度な地殻構造の最適化・震源状態推定の可能性が高まりつつあるが,そのためにはより高分解能・高精度な解析手法が必要とされる.大規模有限要素法はこのような地殻応答解析に適しているものの,大規模有限要素モデル構築及びこれを用いた地殻応答解析の解析コストは膨大であり,最適な地殻構造推定・地殻応答解析を行うことは容易ではない.本研究では,大規模有限要素法モデルの高速自動構築手法・これを用いた高速応答解析手法・これらを用いた地殻構造最適化をヘテロコンピューティング的アプローチにより実現することを目指す.また,開発した手法と実観測データを用いて,海陸で観測される地殻変動データと,すべりの時空間変化のモデルを整合させる手法の改善を行う.高詳細3次元不均質地殻構造モデルを観測方程式に取り入れることで,すべりの時空間変化と地殻変動観測データとの整合性評価をより現実的なものに改良する.本年度は,市村グループはヘテロコンピューティングに基づく大規模有限要素法モデル構築・解析手法開発の基礎検討を行い,これらを組み合わせた最適化のための解析アルゴリズム構築を,小規模問題を対象として行い,有効性を確認した.堀グループは最適化前の3次元不均質地殻構造モデル及び実観測データを用いたすべりの時空間変化推定のひな型の構築を行った.

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

本研究課題では,最先端の計算科学・計算機科学を創成・活用しつつ,「①超大規模・超高速有限要素モデル構築・解析手法の開発」及び「②地殻構造等改良のための最適化手法開発」を行い,最先端の計測・最新の固体地球科学の知見を踏まえつつ,「③地殻イメージングのひな型となるモデルの妥当性検証」と「④地殻イメージングのひな型となるモデルの予測性能の検討」を行っており,総じて,「当初の計画以上に進展している」.以下では,今年度特に進展した①に絞って説明する.解析手法の高度化を目指す①では,更なる解析手法の向上のため,従来型のmatrix solverの枠に留まらないデータサイエンスとの融合による新たな解析手法の検討を進めている.その結果,人工知能と変動精度を活用した高速solverの開発(A Fast Scalable Implicit Solver for Nonlinear Time-Evolution Earthquake City Problem on Low-Ordered Unstructured Finite Elements with Artificial Intelligence and Transprecision Computing,本年度のSupercomputing ConferenceにてGordon Bell Prizeのfinalistに選出)に成功し,この手法の展開を進めることで大幅な解析性能の向上が実現された.この解析能力の向上を踏まえることで②~④の検討がさらに進むと期待される.

今後の研究の推進方策

当初想定の研究計画通りに研究は進捗しており,本年度得られた想定以上の解析手法の性能向上も踏まえつつ,今後も計画に従い研究をすすめていく予定である.

  • 研究成果

    (18件)

すべて 2019 2018 その他

すべて 雑誌論文 (8件) (うち国際共著 4件、 査読あり 8件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (8件) (うち国際学会 3件、 招待講演 1件) 備考 (2件)

  • [雑誌論文] Rapid mantle flow with power-law creep explains deformation after the 2011 Tohoku mega-quake2019

    • 著者名/発表者名
      Agata Ryoichiro、Barbot Sylvain D.、Fujita Kohei、Hyodo Mamoru、Iinuma Takeshi、Nakata Ryoko、Ichimura Tsuyoshi、Hori Takane
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 10 ページ: 10:1385

    • DOI

      10.1038/s41467-019-08984-7

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Detectability analysis of interplate fault slips in the Nankai subduction thrust using seafloor observation instruments2019

    • 著者名/発表者名
      Agata Ryoichiro、Hori Takane、Ariyoshi Keisuke、Ichimura Tsuyoshi
    • 雑誌名

      Marine Geophysical Research

      巻: 40 ページ: 453~466

    • DOI

      10.1007/s11001-019-09380-y

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Discrimination of Seismic Signals from Earthquakes and Tectonic Tremor by Applying a Convolutional Neural Network to Running Spectral Images2019

    • 著者名/発表者名
      Nakano Masaru、Sugiyama D.、Hori T.、Kuwatani T.、Tsuboi S.
    • 雑誌名

      Seismological Research Letters

      巻: 90 ページ: 530~538

    • DOI

      10.1785/0220180279

    • 査読あり
  • [雑誌論文] A Fast Scalable Implicit Solver for Nonlinear Time-Evolution Earthquake City Problem on Low-Ordered Unstructured Finite Elements with Artificial Intelligence and Transprecision Computing2018

    • 著者名/発表者名
      Ichimura Tsuyoshi、Fujita Kohei、Yamaguchi Takuma、Naruse Akira、Wells Jack C.、Schulthess Thomas C.、Straatsma Tjerk P.、Zimmer Christopher J.、Martinasso Maxime、Nakajima Kengo、Hori Muneo、Maddegedara Lalith
    • 雑誌名

      SC18: International Conference for High Performance Computing, Networking, Storage and Analysis

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1109/SC.2018.00052

    • 査読あり / オープンアクセス / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of Octree-Based High-Quality Mesh Generation Method for Biomedical Simulation2018

    • 著者名/発表者名
      Katsushima Keisuke、Fujita Kohei、Ichimura Tsuyoshi、Hori Muneo、Maddegedara Lalith
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: - ページ: 354~367

    • DOI

      10.1007/978-3-319-93701-4_27

    • 査読あり
  • [雑誌論文] Balanced Graph Partition Refinement using the Graph p-Laplacian2018

    • 著者名/発表者名
      Simpson Toby、Pasadakis Dimosthenis、Kourounis Drosos、Fujita Kohei、Yamaguchi Takuma、Ichimura Tsuyoshi、Schenk Olaf
    • 雑誌名

      Proceedings of the Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) Conference

      巻: - ページ: -

    • DOI

      10.1145/3218176.3218232

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Viscoelastic Crustal Deformation Computation Method with Reduced Random Memory Accesses for GPU-Based Computers2018

    • 著者名/発表者名
      Yamaguchi Takuma、Fujita Kohei、Ichimura Tsuyoshi、Glerum Anne、van Dinther Ylona、Hori Takane、Schenk Olaf、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: - ページ: 31~43

    • DOI

      10.1007/978-3-319-93701-4_3

    • 査読あり / 国際共著
  • [雑誌論文] Development of Scalable Three-Dimensional Elasto-Plastic Nonlinear Wave Propagation Analysis Method for Earthquake Damage Estimation of Soft Grounds2018

    • 著者名/発表者名
      Yoshiyuki Atsushi、Fujita Kohei、Ichimura Tsuyoshi、Hori Muneo、Wijerathne Lalith
    • 雑誌名

      Lecture Notes in Computer Science

      巻: - ページ: 3~16

    • DOI

      10.1007/978-3-319-93701-4_1

    • 査読あり
  • [学会発表] Numerical simulation of crustal deformation after an M9-class earthquake based on nonlinear viscoelastic finite element modeling2018

    • 著者名/発表者名
      Ryoichiro Agata, Sylvain Barbot, Kohei Fujita, Mamoru Hyodo, Takeshi Iinuma, Ryoko Nakata, Tsuyoshi Ichimura, Takane Hori
    • 学会等名
      CoMFoS (Continuum Mechanics Focusing on Singularities)
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Quasi-static slow-slip cycle simulation based on finite element modeling2018

    • 著者名/発表者名
      Ryoichiro Agata, Takane Hori, Kohei Fujita, Hyodo Mamoru, Tsuyoshi Ichimura
    • 学会等名
      American Geophysical Union Fall Meeting
    • 国際学会
  • [学会発表] 有限要素計算を用いた豊後水道の長期的スロースリップサイクルシミュレーション2018

    • 著者名/発表者名
      縣亮一郎, 堀高峰, 藤田航平, 兵藤守,市村強
    • 学会等名
      地震学会2018年度秋季大会
  • [学会発表] Accelerating Low-Order Unstructured Finite Element Earthquake Simulation by Time-Parallel Computation on Recent HPC Architectures2018

    • 著者名/発表者名
      Kohei Fujita, Tsuyoshi Ichimura, Takuma Yamaguchi, Muneo Hori, Lalith Maddegedara
    • 学会等名
      Platform for Advanced Scientific Computing (PASC) Conference
    • 国際学会
  • [学会発表] 地下構造物の高詳細三次元地震応答解析のためのメッシュ生成手法及び高性能有限要素法の開発2018

    • 著者名/発表者名
      藤田 航平,勝島 啓介,市村 強,堀越 将司,中島 研吾,堀 宗朗,Lalith Wijerathne
    • 学会等名
      第15回 日本地震工学シンポジウム
  • [学会発表] 大規模液状化解析のための超並列高速ソルバー開発に関する基礎研究2018

    • 著者名/発表者名
      日下部 亮太,市村 強,藤田 航平,堀 宗朗,Lalith Wijerathne
    • 学会等名
      第15回 日本地震工学シンポジウム
  • [学会発表] The 2016 off southeast Mie Prefecture earthquake (Mw=5.9) as an indicator of preparatory, processes of the next Nankai Trough megathrust earthquake2018

    • 著者名/発表者名
      Masaru Nakano, Mamoru Hyodo, Ayako Nakanishi, Mikiya Yamashita, Takane Hori, Shin-ichiro, Kamiya, Kensuke Suzuki, Takashi Tonegawa, Shuichi Kodaira, Narumi Takahashi and Yoshiyuki, Kaneda
    • 学会等名
      The 2nd Asia-Pacific Workshop on Lithosphere and Mantle Dynamics
  • [学会発表] GPUによる3次元有限要素解析の高速化と構造最適化問題への適用2018

    • 著者名/発表者名
      山口 拓真,藤田 航平,市村 強,堀 宗朗,Lalith Wijerathne
    • 学会等名
      第15回 日本地震工学シンポジウム
  • [備考] 東京大学地震研究所計算地球科学研究センター

    • URL

      http://www.eri.u-tokyo.ac.jp/ceseri/

  • [備考] 海洋研究開発機構地震津波予測研究開発センター

    • URL

      http://www.jamstec.go.jp/feat/j/

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公開日: 2021-01-27  

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