移動センサ群を用いた乱流環境におけるスカラー源探査に関する研究

2022 年度 研究成果報告書

• 研究課題/領域番号: 20H02063
• 研究種目: 基盤研究(B)
• 配分区分: 補助金
• 応募区分: 一般
• 審査区分: 小区分19010:流体工学関連
• 研究機関: 東京大学
• 研究代表者: 長谷川 洋介 東京大学, 生産技術研究所, 准教授 (30396783)
• 研究期間 (年度): 2020-04-01 – 2023-03-31
• キーワード: 乱流 / スカラー源推定 / 移動ロボット群

研究成果の概要

乱流環境において有限の観測情報に基づきスカラー場やその発生源を同定することは，極めて困難な課題である．これまでに，与えられたセンサ配置の下でスカラー場やスカラー源を推定する試みは多数存在する．しかし，熱流動場の推定問題では「いつ，どこで，どの物理量を計測するか」が推定性能の理論的上限を決める．本研究では，機械学習やガウス過程に物理法則を組み込むことにより、効率的にスカラー源を推定するとともに、センサ配置最適化を行うための新しい方法論を提案した．さらに，同手法の推定性能を乱流スカラー場の数値シミュレーションにおいて検証すると共に，移動ロボット群を用いて風洞実験により実証した．

自由記述の分野

熱流体工学

研究成果の学術的意義や社会的意義

大気や海洋中を拡散する汚染物質や有害物質の時空間分布を正確に推定し，その発生源を同定することは，災害やテロ発生時における人々の安全・安心を保証する上で，極めて重要である．学術的には乱流中に放出されたスカラーは，流れによって移流し，引き延ばされることにより複雑なスカラー場を形成し，下流のセンサ信号は極めて複雑なものとなる．このような限られた計測情報からスカラー源を推定することは依然として極めて困難であるため，効果的なスカラー源推定アルゴリズムを開発することは意義が大きい．さらに，開発したアルゴリズムを実験を通じて実証する試みも限られており，本研究で開発する実験システムは学術的な意義が大きい．