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2021 年度 実績報告書

植生生体電位を活かした表層崩壊バイオアラームの開発

研究課題

研究課題/領域番号 19K15089
研究機関九州大学

研究代表者

古川 全太郎  九州大学, 工学研究院, 助教 (70735985)

研究期間 (年度) 2019-04-01 – 2022-03-31
キーワード表層崩壊 / 植生 / 生体電位
研究実績の概要

植生生体電位の計測による表層崩壊バイオアラームの開発を目的に,植物根のせん断とそれ以外の外的刺激による生体電位の変動特性を分離するための実験を行った.豪雨時の主たる外的刺激として,土壌水分量の経時的な上昇と風刺激を与えた.また,根の引張試験を行い,引張刺激のみに対する生体電位応答を確認した.また,高速フーリエ解析(FFT)を用いてそれぞれの外的刺激による電位応答を分析した.対象とした植物はスギ,クヌギ,ヤシャブシであった.
潅水試験では,潅水量50mm/h時と75mm/h時を比較すると,スギ及びクヌギの根,ヤシャブシの幹の電位の平均値が増加した.静置時と潅水験時の電位についてFFTを行うと,スギは0.1-0.2Hz,クヌギは0.25-0.5Hzにかけて静置時と潅水時の比が,ヤシャブシは0.15Hzと0.6Hzで比の値が大きくなり,植物種によって電位反応が異なった.送風試験では,風速が最大の段階ではスギ幹の電位の平均値が静置時の1.14-1.79倍となった.引張試験では,スギの根においてせん断後の電位振幅平均値が,せん断発生前と比較して1.07倍となった.スギの静置時と各種試験時の電位の振幅値,卓越周波数に対してt検定を行うと,5 %水準で有意差が見られた.
加えて,深層学習の一種であるLSTMを用いて,一面せん断試験中に計測したスギの生体電位反応からせん断応力の経時変化を予測する手法を検討した.その結果,精度のよいモデルを構築するためには,予測したいデータの600秒前までを訓練データとして用いるとよいことが分かった.予測精度を高めるための最適なパラメータを検討し,MAE=0.22,決定係数R2=0.99を得,生体電位反応を変数として地盤のせん断強さを予測できることが示唆された.
一昨年度までの研究成果を含め,これらの成果を国内学会6編,シンポジウム1編にまとめた.

  • 研究成果

    (20件)

すべて 2022 2021

すべて 雑誌論文 (10件) (うち査読あり 1件) 学会発表 (10件)

  • [雑誌論文] せん断中における植物の生体電位反応を用いたせん断応力の予測の検討2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      令和3年度土木学会西部支部研究発表会講演概要集

      巻: 1 ページ: 429-430

  • [雑誌論文] 潅水・風・引張刺激によるスギの生体電位変動特性2022

    • 著者名/発表者名
      竹田梨夏,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      令和3年度土木学会西部支部研究発表会講演概要集

      巻: 1 ページ: 427-428

  • [雑誌論文] 機械学習を用いた植物生体電位反応によるせん断応力の推定2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      第57回地盤工学研究発表会講演概要集

      巻: 1 ページ: -

  • [雑誌論文] 潅水刺激に対する植物生体電位変動特性2022

    • 著者名/発表者名
      竹田梨夏,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      第57回地盤工学研究発表会講演概要集

      巻: 1 ページ: -

  • [雑誌論文] せん断中における植物の生体電位反応を用いたせん断応力の予測の検討2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会講演概要集

      巻: 1 ページ: -

  • [雑誌論文] 潅水・風・引張刺激に対するスギの生体電位変動特性に関するFFT解析2022

    • 著者名/発表者名
      竹田梨夏,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会講演概要集

      巻: 1 ページ: -

  • [雑誌論文] 原位置一面せん断試験によるスギ根系の地盤補強効果と生体電位の関係2021

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      第14回環境地盤工学シンポジウム論文集

      巻: 1 ページ: 237-242

    • 査読あり
  • [雑誌論文] スギ根系による斜面補強効果と生体電位に関する振動台模型実験2021

    • 著者名/発表者名
      古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一,田代直樹
    • 雑誌名

      第56回地盤工学研究発表会講演概要集

      巻: 1 ページ: 13-9-1-08

  • [雑誌論文] 微細なスギ根系の補強効果とせん断中の根系生体電位2021

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      第56回地盤工学研究発表会講演概要集

      巻: 1 ページ: 13-10-3-08

  • [雑誌論文] スギ根系の地盤補強効果とせん断中の生体電位反応2021

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 雑誌名

      令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会講演概要集

      巻: 1 ページ: III-214

  • [学会発表] スギ根系の地盤補強効果とせん断中の生体電位反応2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会
  • [学会発表] せん断中における植物の生体電位反応を用いたせん断応力の予測の検討2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会
  • [学会発表] 潅水・風・引張刺激によるスギの生体電位変動特性2022

    • 著者名/発表者名
      竹田梨夏,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      令和3年度土木学会全国大会第76回年次学術講演会
  • [学会発表] 機械学習を用いた植物生体電位反応によるせん断応力の推定2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] 潅水刺激に対する植物生体電位変動特性2022

    • 著者名/発表者名
      竹田梨夏,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      第57回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] せん断中における植物の生体電位反応を用いたせん断応力の予測の検討2022

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
  • [学会発表] 潅水・風・引張刺激に対するスギの生体電位変動特性に関するFFT解析2022

    • 著者名/発表者名
      竹田梨夏,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      令和4年度土木学会全国大会第77回年次学術講演会
  • [学会発表] 原位置一面せん断試験によるスギ根系の地盤補強効果と生体電位の関係2021

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      第14回環境地盤工学シンポジウム
  • [学会発表] スギ根系による斜面補強効果と生体電位に関する振動台模型実験2021

    • 著者名/発表者名
      古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一,田代直樹
    • 学会等名
      第56回地盤工学研究発表会
  • [学会発表] スギ根系の地盤補強効果とせん断中の生体電位反応2021

    • 著者名/発表者名
      松田昂大,古川全太郎,笠間清伸,八尋裕一
    • 学会等名
      第56回地盤工学研究発表会

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公開日: 2022-12-28  

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