2020 Fiscal Year Annual Research Report

Data-driven Active River Channel Control for Maintenance and Recovery of Stream Integrity

Research Project

Project/Area Number	19K22026
Research Institution	Niigata University
Principal Investigator	村松正吾新潟大学, 自然科学系, 教授 (30295472)
Co-Investigator(Kenkyū-buntansha)	安田浩保新潟大学, 災害・復興科学研究所, 准教授 (00399354) 早坂圭司新潟大学, 自然科学系, 研究教授 (40377966) 大竹雄東北大学, 工学研究科, 准教授 (90598822)
Project Period (FY)	2019-06-28 – 2021-03-31
Keywords	サイバー・フィジカル・システム / 流路変動 / 河道制御 / データ駆動 / 強化学習
Outline of Annual Research Achievements	大規模な河川災害により人命と社会資産の損失が繰り返されている。発災時の避難経路の確保と発災後の早期復興のためにも交通網など重要インフラの被害を最小化したい。一方、現在の河道の多くは、土砂堆積により水流が偏心しやすく、樹木の繁茂と相まって不要な破堤や氾濫を誘因しかねない。そこで本研究では、流路健全性の保全と回復のための河道能動制御法を提案している。情報科学、河川工学、地盤工学、物理学の異分野融合研究体制で、河川災害予防のためのサイバー・フィジカル・システム(CPS)の創出を目指している。センサ群による情報収集、計算機によるシミュレーション、アクチュエータ群による能動的水制のプロトタイプ・システム構築を試みている。屋内流水実験装置を利用し、CPSのプロトタイプ構築を行い、流路変動のメカニズム解明と能動的な水制の有効性について評価検討することを目的としている。初年度（2019年度）は、流路変動の時間発展式のデータ駆動による導出に取り組んだ。また、自律的に生じる河川流路の偏心を抑えるために、河川の流路変動を観測し、その状態を推定し、アクチュエータで流路を制御するアルゴリズム開発とプロトタイプ・システム構築の準備を進めた。 2020年度は、センサ群およびアクチュエータ群の河川模型へ設置を進めた。CPSのプロトタイプとして小型カメラ、ロボットアーム、計算サーバをクラウドサービスを介したネットワークで接続し、流路健全性を報酬とした強化学習による制御を実現可能とした。一部の成果について、国内学会で2件の発表を実施した。COVID-19の影響で、河川模型実験実施が遅れているが、代替手段として大型モニタを利用した仮想実験環境を構築した。今後、同プロトタイプを屋内流水実験装置に配備して当初の計画を遂行する。