擬似層流化状態を誘導する最適設計基盤の構築

Reference No.	2026a017
Type/Category	Grant for General Research-Short-term Joint Research
Title of Research Project	擬似層流化状態を誘導する最適設計基盤の構築
Principal Investigator	代田 健二（愛知県立大学・情報科学部・教授）
Research Period
Keyword(s) of Research Fields	逆問題、数値解析、形状最適化問題、トポロジー最適化問題、非定常Navier-Stokes方程式
Objectives and Expected Results	本研究の目的は、自然河川における非線形現象の内部に潜在する秩序構造を数理的に抽出し、設計・制御へと接続する新たな理論的枠組みを構築することである。特に、乱流的環境下においても安定した整流場を形成する「擬似層流」と、流路幾何を操作して秩序を誘発する「拡縮工法」とを、加速パラメータを媒介として数理的に接続することを目指す。これにより、流体の秩序構造を設計変数として扱い、自然現象の予測可能性を高めつつ、河川制御に応用可能な理論基盤を確立する。そのために本研究では、分岐理論や力学系理論に基づく解析を進めるとともに、X帯・Ka帯レーダによる高精度観測、成分分離復元によるデータ解析、DMDやPINNsを用いた構造抽出、さらに強化学習と形状最適化を組み合わせた多段階的アプローチを採用する。これらを有機的に統合することで、理論・観測・設計の三者を往還可能とする柔軟かつ再利用性の高い数理的基盤を構築する。期待される成果としては、最適化された拡縮構造物を実河川に実装し、その流路において擬似層流の存在を数値的に確認するとともに、流体実験との比較検証を通じて信頼性を担保することが挙げられる。これにより、数理モデルに基づく設計と実環境における現象の整合性を確保し、自然秩序を活用した新たな河川制御技術の社会実装へとつなげる。さらに、従来の装置依存型制御に代わり、自然の自律性を活かす持続可能な治水技術を提示することで、気候変動や都市化に伴う多様なリスクに対応可能な新しい防災・環境設計の方向性を示すことができる。
Organizing Committee Members (Workshop) Participants (Short-term Joint Usage)	代田健二（愛知県立大学情報科学部・教授） 中澤嵩（金沢大学学術メディア創成センター・准教授） 高石武史（武蔵野大学工学部数理工学科・教授） 内海晋弥（北海道大学電子科学研究所附属社会創造数学研究センター・特任准教授） 亀谷幸憲（明治大学理工学部機械情報工学科・専任講師） 中川貴司（津山工業高等専門学校・特命教授） 松井一徳（東京海洋大学学術研究院流通情報工学部門・助教）