Next-Generation Mechanism Design based on Control Theory and Economics and its Application to Smart Cities

スマートシティを大規模分散サイバーフィジカルヒューマンシステムと捉え、ネットワーク結合した異種・異構造インフラシステムの各コンポーネントをモデル化し、制御学と経済学の観点から数理的解析とメカニズム設計を行った。具体的には、以下の４つの成果が得られた。１．システムの受動性及びPassivity-shortの性質に基づき、デマンドレスポンスを含む負荷周波数制御系における安定性解析を制御学の観点から行った。電力システムを、火力発電機、需要家のデマンドレスポンス、ネットワークシステムに分解し、それぞれのシステムの受動性、Passivity-short を示すことで安定性解析と制御系設計を行い、システムのPlug & Play性質を示した。２．貨物輸送と同時にライドシェアサービスを提供する貨客混載車両の運行に関して、安定マッチングに基づくライドシェア同乗者決定を含む経路最適化アルゴリズムを提案した。利用客の迂回距離を基準とした選好決定と、GSアルゴリズムによる同乗者マッチングを用いて、到達コスト最小化アルゴリズムを構築した。３．Plug & Play スマートシティの要素技術として開発されたスマートパーキングシステム、電気自動車を利用したバーチャル・パワー・プラント・システムが社会に実装される際に発生する社会的な費用と便益を経済学の観点から整理した。さらに、再生可能エネルギー由来の水素（グリーン水素）エネルギーマネジメントシステムによる経済性を分析した。４．ビル内の人流データに基づいて照明を制御する新規の分散最適化アルゴリズムを提案した。提案法は受動性に基づく分散最適化アルゴリズムに制御バリア関数に基づく実時間最適化を併合することで、制約条件の違反を禁止し、瞬間的な照度不足によって人が感じる不快度を抑制した。また、照明制御シミュレータを用いて提案法の有効性を実証した。

スマートシティを大規模分散サイバーフィジカルヒューマンシステムと捉え、ネットワーク結合した異種・異構造インフラシステムの各コンポーネントをモデル化し、制御学と経済学の観点から数理的解析とメカニズム設計を行った。具体的には、以下の４つの成果が得られた。１．システムの受動性及びPassivity-shortの性質に基づき、デマンドレスポンスを含む負荷周波数制御系における安定性解析を制御学の観点から行った。電力システムを、火力発電機、需要家のデマンドレスポンス、ネットワークシステムに分解し、それぞれのシステムの受動性、Passivity-short を示すことで安定性解析と制御系設計を行い、システムのPlug & Play性質を示した。２．貨物輸送と同時にライドシェアサービスを提供する貨客混載車両の運行に関して、安定マッチングに基づくライドシェア同乗者決定を含む経路最適化アルゴリズムを提案した。利用客の迂回距離を基準とした選好決定と、GSアルゴリズムによる同乗者マッチングを用いて、到達コスト最小化アルゴリズムを構築した。３．Plug & Play スマートシティの要素技術として開発されたスマートパーキングシステム、電気自動車を利用したバーチャル・パワー・プラント・システムが社会に実装される際に発生する社会的な費用と便益を経済学の観点から整理した。さらに、再生可能エネルギー由来の水素（グリーン水素）エネルギーマネジメントシステムによる経済性を分析した。４．ビル内の人流データに基づいて照明を制御する新規の分散最適化アルゴリズムを提案した。提案法は受動性に基づく分散最適化アルゴリズムに制御バリア関数に基づく実時間最適化を併合することで、制約条件の違反を禁止し、瞬間的な照度不足によって人が感じる不快度を抑制した。また、照明制御シミュレータを用いて提案法の有効性を実証した。