• 研究課題をさがす
  • 研究者をさがす
  • KAKENの使い方
  1. 課題ページに戻る

2023 年度 実績報告書

人工知能による都市河川のリアルタイム洪水予測

研究課題

研究課題/領域番号 18K13843
研究機関日本工営株式会社中央研究所

研究代表者

一言 正之  日本工営株式会社中央研究所, 先端研究センター, 課長 (40463559)

研究期間 (年度) 2018-04-01 – 2024-03-31
キーワード洪水予測 / 河川水位予測 / ダム流入量予測 / ニューラルネットワーク / 機械学習 / 深層学習 / 人工知能 / 氾濫予測
研究実績の概要

本研究において、高解像度な雨量データおよび人工知能を用いて、これまで予測が困難とされてきた都市中小河川を対象に、迅速かつ高精度な河川水位予測を実現した。研究1年目おいて、鶴見川の都市中小河川流域において深層学習を用いた水位予測モデルの構築・検証を行った。2年目においては、国内自治体の3河川において実況雨量(XRAIN)などを用いた場合の60分先までの予測精度検証を行った。雨量レーダによる空間的に解像度の高い雨量データを活用するため、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)を用いて二次元的な雨量分布を読み込む洪水予測モデルを構築し、複数のダム流域において検証した。また深層学習以外の複数の機械学習を水位予測に適用し、深層学習との比較を行った。
研究期間の後半においては、機械学習による予測手法全般で課題となっている外挿範囲での予測性能の向上に取り組んだ。学習範囲を超えるような仮想洪水によるデータ拡張手法を提案し、複数流域でのケーススタディにより有効性を実証するとともに、様々な条件下での適用性の違いを検証した。また、CNNを用いた洪水予測モデルについて、入力データの感度分析やXAI技術(SHAP、Grad-CAM)を適用することで、流出予測における入力雨量の時空間的な寄与度を可視化し、水文的な解釈から深層学習モデルの挙動の妥当性を検証した。最終年度においては、深層学習を用いた流出解析における国内外の論文レビューを行い、総括論文として発表した。
また本研究のメインテーマである水位予測から発展させる形で、人工知能を用いて外水氾濫の浸水域を予測する技術に関する基礎検討を行った。深層学習を用いて、観測浸水深もしくは越流地点での水位予測を入力データにして、氾濫域を予測するモデルを構築した。これらの技術は、将来的に河川水位予測との連携により水害リスク予測を行うことができる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2024 2023

すべて 雑誌論文 (4件) (うち査読あり 4件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (3件) (うち国際学会 1件)

  • [雑誌論文] 深層学習を用いた流出解析の技術動向およびモデル構築手順のレビュー(掲載予定)2024

    • 著者名/発表者名
      一言正之、荒木健、箱石健太、遠藤優斗
    • 雑誌名

      河川技術論文集 第30巻

      巻: 30 ページ: -

    • 査読あり
  • [雑誌論文] 深層学習を用いたダム管理(運用)における融雪期を考慮した低水流入量予測の精度検証2023

    • 著者名/発表者名
      箱石 健太、一言 正之、川上 拓、猪狩 彬寛、善光寺 慎悟、原 俊彦、真柄 圭
    • 雑誌名

      AI・データサイエンス論文集

      巻: 4 ページ: 547~552

    • DOI

      10.11532/jsceiii.4.3_547

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] 畳み込みニューラルネットワークを用いた流入量予測モデルにおけるXAIの考察2023

    • 著者名/発表者名
      箱石 健太、一言 正之、善光寺 慎悟、西口 亮太
    • 雑誌名

      AI・データサイエンス論文集

      巻: 4 ページ: 539~546

    • DOI

      10.11532/jsceiii.4.3_539

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Novel Data Augmentation Method for Rainfall-runoff Calculation by Machine Learning2023

    • 著者名/発表者名
      Hitokoto Masayuki、Araki Takeru、Hakoishi Kenta、Endo Yuto
    • 雑誌名

      Proceedings of the 40th IAHR World Congress

      巻: 40 ページ: -

    • DOI

      10.3850/978-90-833476-1-5_iahr40wc-p1430-cd

    • 査読あり
  • [学会発表] Neural Networksに基づく氾濫浸水深予測モデルの構築2024

    • 著者名/発表者名
      中山龍也、羽物裕人、一言正之、樫山和男
    • 学会等名
      第51回土木学会関東支部技術研究発表会
  • [学会発表] 次元圧縮を用いた深層学習による洪水氾濫域予測モデルの構築と評価2024

    • 著者名/発表者名
      中山龍也、羽物裕人、一言正之、樫山和男
    • 学会等名
      土木学会全国大会 第79回年次学術講演会
  • [学会発表] New data augmentation method for rainfall-runoff calculation using machine learning and examining it's applicability2024

    • 著者名/発表者名
      Hitokoto Masayuki、Araki Takeru
    • 学会等名
      15th Hydroinformatics International Conference
    • 国際学会

URL: 

公開日: 2024-12-25  

サービス概要 検索マニュアル よくある質問 お知らせ 利用規程 科研費による研究の帰属

Powered by NII kakenhi