| 研究課題/領域番号 |
19K04462
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| 研究機関 | 阿南工業高等専門学校 |
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研究代表者 |
杉野 隆三郎 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (10259822)
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| 研究分担者 |
福田 耕治 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 教授 (40208955)
伊丹 伸 阿南工業高等専門学校, 創造技術工学科, 講師 (60212982)
三宅 修平 東京情報大学, 総合情報学部, 教授 (00200139)
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| 研究期間 (年度) |
2019-04-01 – 2022-03-31
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| キーワード | 共創原理 / 魚群行動 / LED光 / レベルセット法 / 群行動モデル / 選択的漁法 |
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| 研究実績の概要 |
本研究の目的は，魚群が発現する共創的群行動について，個体行動を重畳した群全体が形成するメタオーダー行動モデルをレベルセット関数(LSM)に置き換える新しい数理解析手法の構築を試み，LED光による選択的漁法に適用可能なコンピュータシミュレーション手法を開発することで，LED光を用いた漁法の産業応用の可能性を探ることにある．LED光を用いた漁具に対する魚群行動については，徳島県水産研究所による水槽実験データから抽出された論理データに共創場理論を適用して魚群行動モデルを構築する．そのLSM数理モデルの有効性をコンピューターシミュレーションを通じて検証することが目標となる．
この目的に沿った令和元年度の研究計画に対する実績を以下に示す．
１．魚種としてマアジを供試魚としたマルチカラーLED集魚灯に対する魚群行動の水槽実験から取得された大量の画像データにコンピュータ画像解析を実施，統計量N=50に相当する数値解析可能な論理データに変換することができた．２．LED光の波長を様々に変化させた場合のマアジの群れ行動の変化をマアジの個体数を変化させると，どのような動的相互作用が魚群行動パターンに影響を及ぼすかを調べることができた．３．魚群行動パターンの変化を定量化するために，論理データにカオス・フラクタル解析を適用してクラス分けの可能性を追求するとともに，魚群行動の３次元コンピュータシミュレーションを実施して，魚群行動のレベルセット関数をどのように仮定すべきか検討できた．
以上により，研究計画の【フェーズ１】レベルセット法による魚群行動の解析：徳島県で捕獲した魚類（アジ，イワ，イセエビ）を水産研究課で水槽実験，データをレベルセット法により魚群パターンを解析を部分的に達成できた．
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| 現在までの達成度 (区分) |
現在までの達成度 (区分)
3: やや遅れている
理由
共創場理論で議論が可能なLED光に対する魚群行動の実データセットを取得でき，コンピュータシミュレーションも実施することができた．しかしながら，魚群行動の実験データの資料数と品質を高めるのに時間が掛かっている．
魚群行動実験で取得したデータをレベルセット解析可能な論理データに変換するには，深度方向に頻繁に遊泳する魚体を群れから分離するためにはオクルージョン問題を除去する画像処理アルゴリズムが必要不可欠である．しかしながら，実際の撮像条件が持つ複雑性から生じる各種の困難性から処理アルゴリズムの開発に手間と時間が掛かっている．
以上の結果，実データを十分に分析・検討することで構築が可能となる「共創場理論にLSM魚群行動モデル」を仮説・検証するタイムスケジュールが圧迫されている．
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| 今後の研究の推進方策 |
先の項目で遅延していることを補い，本研究をさらに深いレベルで達成するために今後取り組む研究計画を以下に示す．
１．撮像データの質の向上：本年度行った魚群実験の画像解析は，以前開発した処理アルゴリズムをベースにしたものだったため，３次元遊泳をする魚の個体運動を精密にトラッキングすることは困難かつ得られたデータは低品質であった．今後はこれらの結果から明らかになった困難性を極力排除した良質な魚群行動実験システムと画像解析システムを再検討していく．
２．画像処理システムの品質向上：現在用いている魚群行動からの論理データ生成用画像処理プログラムは深度方向の魚体を補足することができないので，カルマンフィルタを用いた高性能な３次元画像処理アルゴリズムを開発する．
３．LSM魚群行動モデルの開発：LED光による環境条件を変化させた場合に魚群行動を記述するレベルセット関数の移流速度V(Φ，φ)の数学的記述法を開発する．
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| 次年度使用額が生じた理由 |
１．本年度は現有の実験システムがどの程度有効かサーベイ実験と検証に終始しており，システムの高度化に予定していた小型ROVの購入や水槽実験装置の改良に係る予算が消化できなかった．２．取得した水槽実験データの画像解析とその問題点の検証に終始したため予定していた成果発表のための旅費が消化できなかった．本年度の研究結果を踏まえた次年度の研究費の使用計画を以下に示す．
１．設備備品費は，小型ROVの購入・撮像システムの改良をする必要があるため「860,000円」となる．消耗品は，若干の電子部品や記録メディア，印刷トナーなどの購入があるので「200,000円」とする．２．旅費は，共同研究者ならびに研究協力者５名による研究成果発表として「500,000円」とし，人件費・謝金はフィールド調査の傭船料や実験データ整理として「100,000円」とする．３．その他は，研究の高度化と進展に伴う参考文献購入費や論文研究発表の投稿料として「100,000円」とする．
以上，合計は「1760,000円」となり，交付後の研究費使用計画を満足する．
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