ホーム社会インフラを支える情報システム

SDGsの分類

研究テーマ: IT・IoT・AI・ロボティクス

学科の分類: 情報科学部情報システム学科

社会インフラを支える情報システム

情報科学部

情報システム学科

社会基盤情報システム

山田隆亮教授

社会基盤

無人運転等の自動化技術の変革期にあって、交通、電力、金融、農業、メディア、治安などの社会インフラは大きな転換を迎えつつあります。身近な問題を取り上げて、今後の社会インフラを支える情報システムを計画，開発，運用する技術について研究しています。動画は、ミニチュアの街を列車視点で眺める実験の映像例です。

研究者INFO: 情報科学部情報システム学科社会基盤情報システム山田隆亮教授

研究シーズ・教員に対しての問合せや相談事項はこちら

技術相談申込フォーム

同じカテゴリーの研究シーズ

筋萎縮と関節拘縮を予防する足関節多自由度運動装置

筋萎縮と関節拘縮の予防には，関節可動域（ROM）訓練や筋肉や腱のストレッチなどによって，対象の部位を動かすことが重要である．このような運動は，理学療法士などの介助者によって実施され，患者に合わせて複数の動作を実施する．本研究は，独自に開発した空気圧ソフトアクチュエータを用いることで，足関節のROM訓練やストレッチ運動など多様な動作を実現できるリハビリテーションシステムの開発である．本アクチュエータの柔軟性を利用することで，患者に対して安全で予防に必要な多様な動作を提供できる点が特長である．

地域資源の活用による都市・地域更新の手法

　現在、日本は拡大・成長の時代から、縮小・成熟の時代へと突入したと言える。もはや、スクラップ・アンド・ビルドによる都市更新の時代ではない。本研究室では、これからの時代における都市更新の手法について研究を行っている。身の回りに多く蓄積された「建築ストック」の活用を前提とし、さらには、成長の時代に蔑ろにされながらも命脈を保っている「地域性」を発見・増幅することによって、これからの「共同体」のあり方についても研究・提案を行っている。

ディスプレイから音が聞こえるデジタルサイネージシステム

公共施設や店舗等で使うデジタルサイネージ（電子看板）の音響提示技術である。従来の電子看板ではパネル周辺にスピーカーを埋め込んでいたため、音が放射状に広がり、周囲に音漏れして迷惑をかけることがあり、また、音響の臨場感が不足していた。本技術では超指向性パラメトリックスピーカーを天井等に設置しパネル面に反射させて利用者の耳に届けることで、周囲への音漏れがなく、パネルそのものから音が出ていると感じさせるデジタルサイネージシステムを実現した。

井上晋教授，大山理教授，三方康弘教授，今川雄亮講師

大型供試体による橋梁の性能評価

　八幡工学実験場は，大阪工業大学が，学内の教育・研究活動の活性化のみならず，産・官・学の各方面との交流により社会や技術の発展に寄与することを目的として設立されたものです．本実験場は，1986年12月に構造実験センターとしてそのスタートを切り，その後，水理実験センター，高電圧実験センターを併置して今日に至っています．広大な実験場の敷地内には特色ある各種の大型実験設備・装置が設置されており，これらは実験場設立の趣旨にしたがい，学内の教育・研究はもとより，学外の関係各方面との綿密な連携のもとに行われる各種の委託研究や共同研究に役立てられています．また，このような学外との交流は実験場で学ぶ学生にとって貴重な体験となっています．
　ここでは，構造実験センターに設置されている主な実験設備・装置を紹介するとともに，その設備・装置を用いて取り組んでいる研究について紹介します．

井上裕美子

VR空間における位置把握と視線との関係

　道に迷いやすい人と，1度で道順を覚えて目的地に移動できる人がいる．道に迷わない空間把握能力の高い人は，実空間においても，VR空間においても，同じように目的地まで迷わず行ける傾向がある．このような人は，どのように視覚情報を得て，道順を記憶し，移動しているのだろうか．これまでの研究で，この点について詳細は明らかではない．そこで本研究では，看板等のある都市部の街並みを模したVR空間内を移動し，目的地まで到達する間の視線を検討した．また，心理的指標の1つとして，移動中の心拍数の変化についても検討した．将来的には，実空間においても，記憶に残りやすい街並みや，空間を移動しながら行う探索型の教育コンテンツやゲームのVR空間において，迷わず進める空間作りの1つの基礎データとなることを期待し，本研究を行った．

X線画像による非破壊検査に向けた微弱特徴の可視化

社会インフラを支える工業製品など，簡単に停止して点検できないものは多く，それらは非破壊検査によって点検される．非破壊検査の一つとして，X線画像を用いた検査が挙げられる．X線は物体の透過率の違いにより内部構造を写し出せるが，X線が透過し難い金属などで覆われている場合，映し出せる内部構造の像は薄くはっきりとしないものとなる．これまで個別の工業製品に対するX線画像検査は熟練工の目視技術によって成り立っていたが，本技術は熟練工が確認する特徴を可視化して誰もが頑健に検査できるようにする．

宇宙物理学・相対性理論研究のアウトリーチ活動

アインシュタインが相対性理論を提唱して100年が経ち，技術が進化して，ようやく重力波・ブラックホールの直接観測ができる時代になりました．日本の重力波観測プロジェクトKAGRA（かぐら）の科学部門を2017年より取りまとめ，一般向けの著作や講演も多く手掛けている教員が，この分野の解説を提供いたします．「相対性理論はどこまで正しいのか」「宇宙への理解は今後どう深まっていくのか」などをテーマに，歴史的・科学的どちらの視点からも可能です．

コンクリート表面遮水壁型ロックフィルダムの耐震性能評価手法の確立に向けた研究

　都市デザイン工学科の地盤領域（地盤防災研究室、地盤環境工学研究室）では，近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています．このうち，コンクリート表面遮水壁型ロックフィルダムの耐震性能評価手法の確立に向けた研究を紹介します．

衛星夜間光データを用いた停電地域の把握

災害による停電地域の早期復旧に向けた被害状況の把握には，二次災害リスクを軽減するため遠隔で受動的に得られるデータが求められている．本研究では，2019年台風15号を対象に，千葉県における停電地域と，人工衛星により観測される夜間における地表面の光強度(輝度)とを比較し，停電地域の推定を行った．その結果，市街地では復旧により輝度が大きく変化するが，山間部では判別が難しいことが明らかになった．

降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究

　都市デザイン工学科の地盤領域（地盤防災研究室、地盤環境工学研究室）では，近年多発する豪雨や来たるべき巨大地震により山腹斜面や土構造物が崩壊する危険度を予測・評価するためのさまざまな研究を行っています．このうち，降雨量観測に基づく土砂災害発生危険度予測・監視に関する研究を紹介します．

リッチインターネットアプリケーション

ファッション，グルメ，エンタメ，トラベル，スポーツ，流通，eラーニング，流通，医療・福祉，通信など我々の生活や社会インフラに関わるアプリケーションのプロトタイピングをし，新コンセプトを発信．役に立つ，便利，面白いを目標にシステム構築します．

木造密集市街地における防災シミュレーション

わが国には歴史的な都市や、戦後の大都市への人口集中で形成された地区など、木造密集市街地が数多く存在し、そのような市街地は災害に対して脆弱です。ここでは、京都市の歴史地区を対象として、火災を想定した防災シミュレーションを行っています。そのシミュレーションは、火災時の延焼性状を防火対策別に示すもの、ＣＦＤ（Computational Fluid Dynamics）を用いて火災時の煙流動を解析したもの、マルチエージェント（Multi-Agent）を用いて避難行動を予測したものです。

組合せデザインの深層学習への応用

深層学習においてドロップアウトと呼ばれる手法が用いられている. これは多層型ニューラルネットワークにおいて, その層ごとに一定の確率でノードを無効にして学習を行う手法である. 訓練データに過度に適応した学習をしてしまう過学習と呼ばれる現象に対して有用であるとされ広く使用されている. ドロップアウトを用いたとき, 各ノードの使用頻度のばらつきは小さくなるが, 層間の辺の使用頻度のばらつきは大きくなる. 本研究では, ドロップアウト法において辺の使用頻度を一定にするような組合せデザイン (dropout design) を定義し, 関連する組合せ構造についてまとめ, その構成法について提案する.

OpenFOAMを用いた混相流解析

PCB（ポリ塩化ビフェニル）分解処理反応器内壁における腐食減肉発生メカニズムを解明するための初期検討として，異種二流体が化学反応を伴わずに混合する過程の熱流体解析を実施している．解析ツールとして，OpenFOAMの混相流解析ソルバー群より，非等温で圧縮性が考慮できる二相／二流体の非定常解析ソルバーtwoPhaseEulerFoam を用いた．腐食性を仮定した高密度流体が反応器隔壁の数mmの隙間から鉛直下方へ流れ落ち，減肉の生じた底部内壁へ到達することが確認できた．

丘のある住まい

多くの世帯の生活の舞台となる「集合住宅」は自ずと大規模な開発になることが多く、まとまった豊かな環境を形成することが可能である。住まいとなる住棟の設計と合わせて、その広がりを生かした豊かなランドスケープデザインを展開することで、戸建て住宅地では成しえない環境を形成できる。

選択的汎化作用を有する強化学習

強化学習における学習効率改善手法として，価値関数を構成するために関数近似手法を利用する方法が知られています．これらは，関数近似手法が持つ汎化作用を利用して，価値関数に対する複数の入力間で学習効果を共有します．しかし，関数近似手法の汎化作用を問題に応じて適切に設定することは難しく，特に，汎化を設定した複数入力に対して異なる対応が必要になる場合に学習効率が低下します．そこで本技術では，汎化作用が機能する領域が選択可能なSG-CMAC(Cerebellar Model Articulation Controller with Selective Generalization)を提案しています．提案手法では，汎化不要な一部入力に対し，CMACとは独立に参照表を構成し，量子化したこれら入力の各値に対して，CMACモジュールを割り当てます．

都市の中で自然を感じる住まい

集合住宅の共用部分は可能性に満ちている。集住の規模が大きければ大きいほど相当規模の共用空間が出現する。住まいの立地や歴史性に合わせた物語をつくって、ライフスタイルを醸成する住む人に誇りと喜びを感じてもらえる空間を提供する。

レーダ画像から物体の誘電率が分かる?!

地球上の殆どの物体を占める誘電体の誘電率情報はあらゆる分野での基本量です。通常は伝送線路内に小試料を充填し、その前後の変化から誘電率を算出します。問題は木などの空間内に誘電体が分布している場合、どう計測するかです。これに対し、レーダ画像位置の変位と物体の誘電率の関係に着目した新しい計測法を考案しました。壁などの均一に材料が配分されている場合(図2)は材料の誘電率分だけ、空間内に分布している場合(図3)は等価的な誘電率分の位置が変位します。誘電率(水分)と森林バイオマスの相関より、地球規模の環境計測にも応用性があります。

コンクリート工学計算ツールとしての収縮ひび割れ制御法の開発

近年の日本建築学会等の建築工事標準仕様書や関連指針では，仕様設計の規定とともに，性能設計の対応が明示されるようになったが，初・中級技術者は，コンピュータプログラム言語等に精通しているとは言い難く，結果的に，各種工学モデルの計算が必要な性能設計の対応が難しい。そこで，コンクリート工学計算ツールとして，表計算ソフトによるマクロ機能を使わないで初歩的な組込み関数によるセルのみの計算に従った計算の見える化に関した計算ツールを構築した。本件は，その一例として，コンクリートの収縮・膨張の体積変化やクリープの変形と，それら変形が拘束されて作用する応力やひび割れ発生やひび割れ幅等を解く手法の計算ツールを開発したものである。

想定を超える大地震下における鋼構造建物の倒壊余裕度の向上

建築基準法の想定を超える大地震に対して，建築物は耐力を保持できる変形域を超えて耐力劣化し，倒壊する懸念がある．本研究者は，一般的な鋼構造ラーメン骨組を対象に，(1)超大変形域に至るまでの構成部材の破壊実験を通じて，その耐力劣化性状を把握すること，(2)超大変形域の挙動を考慮した建物全体の地震応答解析により，その倒壊性状を把握すること，(3)倒壊メカニズムに基づいた倒壊余裕度の評価方法を提案すること，などを実施している．