粒子法に基づく多変量ガウス過程エミュレータを用いた津波予測とリスク評価

基于粒子法的多元高斯过程模拟器的海啸预测和风险评估

• 批准号: 21J12302
• 负责人: 水野 芳規
• 金额: $ 0.96万
• 依托单位: The University of Tokyo
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2021
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2021-04-28 至 2023-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-21J12302/
• 关键词: ガウス過程; 粒子法; 津波; 感度分析; エミュレーション; サロゲートモデル; リスク評価; シミュレーション

本研究の成果は、主に学術論文及び学会発表の形で公開した。本学術論文の題名は、『Statistical analysis of three-dimensional run-up heights using Gaussian process emulator of particle method』である。また、本学会発表の題名は、『粒子法に基づく多変量ガウス過程エミュレータによる自由表面流れ解析の高精度化』である。あわせて、本研究の成果は博士論文の一部としても公開する。本研究では、従来の粒子法シミュレータでは多数の初期条件に基づき解析を繰り返すことが計算コストの観点から容易でないことに着目し、粒子法シミュレータの確率モデルに該当する粒子法エミュレータを構築することで、そのような解析が高速に行えることを示した。本研究では地震に起因する津波遡上の応用を検討し、震源地の水位変化によって陸地に遡上した波高がどの程度まで変化するのかを予測した。また、陸地には複数の構造物を配置し、その位置関係が波高にどのような変化をもたらすのかを分析した。さらに、本研究が実際の津波遡上解析に応用される場合を想定し、陸地のある地点において、どの程度の高さまで避難すれば安全なのかを定量的に示した。300通りの震源地における水位変化に対して、本研究で開発した粒子法エミュレータでは約1.2秒で遡上した波高が解析できることを示した。従来の粒子法シミュレータでは同様の解析に最低でも13時間を費やしたので、計算コスト削減の観点から本研究の有効性を示せた。ただし、本研究では実際の津波遡上の規模で解析を実施しておらず、それに準ずる小規模な問題で解析するにとどまったため、本研究における今後の課題は実際の規模においても粒子法エミュレータの有効性を示すことである。

The results of this research are published in the form of academic papers and society presentations. Statistical analysis of three-dimensional run-up heights using Gaussian process emulator of particle method The title of this paper is "Particle Method for Multi-dimensional Analysis of Free Surface Flow". The results of this research are published as part of a doctoral thesis. This study shows that the particle method is easy to calculate and accurate under most initial conditions. This study aims to investigate the causes of earthquakes, predict the changes in the water level at the epicenter, and predict the changes in the wave height at the epicenter. The structure of the earth is arranged in the same way as the structure of the earth. In this study, we analyzed the application of this method to determine the location of land and the degree of safety. 300-pass seismic source water level change, this study developed the particle method, about 1.2 seconds, the wave height analysis The recent particle method system takes as little as 13 minutes to analyze the same problem, and the effectiveness of this study is demonstrated by calculating the cost reduction point. This study focuses on the implementation of particle size analysis in the future.

项目成果

Statistical analysis of three-dimensional run-up heights using Gaussian process emulator of particle method

利用粒子法高斯过程模拟器进行三维助跑高度统计分析

• DOI: 10.1007/s40571-021-00426-w
• 发表时间: 2021
• 期刊: Computational Particle Mechanics
• 影响因子: 3.3
• 作者: Mizuno Yoshiki;Shibata Kazuya;Koshizuka Seiichi
• 通讯作者: Koshizuka Seiichi

粒子法に基づく多変量ガウス過程エミュレータによる自由表面流れ解析の高精度化

使用基于粒子法的多元高斯过程模拟器提高自由表面流分析的精度

• 发表时间: 2021
• 作者: Antonin Cheymol;Rebecca Fribourg;Nami Ogawa;Anatole Lecuyer;Yutaro Hirao;Takuji Narumi;Ferran Argelaguet;Jean-Marie Normand;水野芳規，越塚誠一
• 通讯作者: 水野芳規，越塚誠一