山邊 友一郎 | ![]() |
ヤマベ ユウイチロウ | |
大学院工学研究科 建築学専攻 | |
准教授 | |
土木・建築工学関係 |
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Background: Generally, there are different optimal solutions with regard to urban landscape planning depending on the area and the opinions and characteristics of community residents. Furthermore, when considering urban landscape and/or city-planning regulations, it is important to include residents’ opinions based on voluntary activities like participation in town development on a regional scale and its management. However, residents’ opinions are difficult to quantify, as many do not have specialized knowledge. Therefore, when an administrative body plans a city, a system to include residents’ opinions on urban landscape options is required. Methods: In this study, an optimization system for urban landscape design was proposed using an interactive genetic algorithm (IGA). In this system, three properties of an urban landscape, that is, wall surface positions, heights, and building textures, were varied and the resulting urban landscape images, developed using OpenGL, were subjectively evaluated by users. Weighted scores were then calculated using the paired comparison method. In this system, a site of 200 m × 70 m was assumed and 20 buildings were located on 20 m × 20 m lots. The building widths were fixed at 20 m, and wall positions from the sidewalk varied from 10 m to 20 m at 2 m intervals. The building heights varied from 20 m to 40 m at 4 m intervals, and eight building textures were considered. Two simulations were performed: Case 1, in which the three parameters were evaluated simultaneously and Case 2, in which the three parameters were evaluated individually. The same 10 users participated in both cases. Following completion of each case, questionnaires were administered to users in which they were asked to confirm that the results obtained matched their expectations. Results: The results demonstrated that individual users were satisfied with the results generated based on their evaluations. In both cases, the results were obtained from the optimal results of the system as the result of questionnaires. Conclusions: It is necessary to re-examine the evaluation order and evaluation method used as evaluation order may affect optimal results. Furthermore, since users generated different optimal results, it is necessary to develop an optimization system for urban landscapes that allows for collaboration between users.
Springer, 2017年12月01日, Visualization in Engineering, 5 (1), 1 - 10, 英語[査読有り]
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Aiming at the extension of structural health monitoring systems, a new monitoring system with low cost and easy installation was developed in this study. The proposed system includes MEMS acceleration sensors for measuring, a single-board microcontroller GR-SAKURA for processing, and a wireless device, XBee-PRO, for communicating. Acceleration data are collected by microcontroller and transferred by wired or wireless devices to a PC for real-time monitoring. To verify the measuring performance of the proposed system, fundamental shaking table tests were conducted on a small-scale three-story specimen. Data collection and measuring accuracy were verified. The system's applicability to structural health monitoring systems was assessed. Experimental results showed that the response accelerations and natural frequencies of the specimen measured using the proposed system coincided well with those measured using a conventional data logger. GR-SAKURA has sufficient processing capability. XBee-PRO was confirmed to satisfy basic communication requirements equal to a wired system. Therefore, the proposed system is applicable for structural health monitoring systems with high cost-performance and simple construction.
ARCHITECTURAL INST JAPAN, 2015年09月, JOURNAL OF ASIAN ARCHITECTURE AND BUILDING ENGINEERING, 14 (3), 663 - 670, 英語[査読有り]
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To cope with a large disaster such as that caused by a large earthquake, it is necessary to gather seismic information and building damage data. This paper describes open source hardware (OSHW) with various sensors and a wireless communication system used as a new device to measure the strength of an earthquake and the extent of building damage. The OSHW assessed in this study is inexpensive and readily accessible. Therefore, the spread of wireless sensor network with the OSHW is expected. For this study, an acceleration sensor is used to conduct the following examinations. First, a component of OSHW with the wireless sensor network is explained, as are its specifications. Secondly, simple and extensive applications for the system for gathering seismic information and building damage data are proposed. Thirdly, future subjects of these applications are defined. Several fundamental test results are presented. Finally, the effectiveness of this seismic information gathering system is discussed.
American Society of Civil Engineers (ASCE), 2014年, Computing in Civil and Building Engineering - Proceedings of the 2014 International Conference on Computing in Civil and Building Engineering, 1158 - 1165, 英語[査読有り]
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近年,人口が減少段階に転じつつある日本において,既存の集合住宅の有効活用は重要な課題である.住戸の空スペースを活用し,建物の構成を変化させることで,魅力的な住空間に再生する手法として,減築が有望視されている.減築とは,既存の建物に対して,切り取る,抜けをつくる,などの建物のボリュームを減らす改修を行うことにより,住環境を向上させる手法である.本稿で論じるような集合住宅の配置計画を対象とする場合,膨大な解空間から限られた時間で準最適解を得るために,進化的計算手法を用いた研究が多数実施され,有効性が検証されている.本稿では,減築による既存集合住宅の再生を対象とする点及び,最適化手法としてクラシファイアシステムを適用する点に特徴がある.クラシファイアシステムはルール強化型の学習システムであり,進化の結果として減築後の住宅形態を得るのみではなく,進化の過程で用いる減築ルールを得られるため,どのような経過で減築を行ったかを追跡することが可能である.そこで本稿では,構築したシミュレーションにより減築ルールを獲得し,考察を加えることによって,クラシファイアシステムの有効性を検証することを第一の目的とする.次に,獲得したルールを用いて実際に集合住宅の減築を行い,得られた形態を対象として考察を行うが,設定した評価指標を目的関数として遺伝的アルゴリズムを適用して得られた形態を比較対象とすることにより,評価指標を満足する形態を獲得可能なルールを得られたか否かの検証を行うことを第二の目的とする.
Japan Society for Fuzzy Theory and Intelligent Informatics, 2011年08月, 知能と情報(日本知能情報ファジィ学会誌), Vol. 23, No. 4, pp. 447-456 (4), 447 - 456, 日本語[査読有り]
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The authors have already proposed an intelligent fuzzy optimal and active control system (IFOACS) and the effectiveness of IFOACS was proved using digital simulations and shaking table tests. However, the results show that the control effect of IFOACS becomes small in case of near-source region earthquakes. To improve control effects in case of near-source region earthquakes, a combinatorial control system (CCS), in which IFOACS is combined with a fuzzy active control system (FACS), is also proposed. In this paper, control rules in CCS are optimized using parameter-free genetic algorithms (PfGAs) considering limitations of an actuator such as maximal strokes and control forces. Effectiveness of proposed combinatorial control system (CCS) is verified and discussed based on results of digital simulations.
The Japan Society of Mechanical Engineers, 2008年07月, Journal of Computational Science and Technology, Vol. 2 (2008) , No. 3 Special (3), 381 - 392, 英語[査読有り]
研究論文(学術雑誌)
In this paper, a multiple optimization system using genetic algorithms is proposed. Using this system, plural objectives with mutually differing evaluation criteria can co-evolve and co-exist according to given overall conditions. Three case study simulations are performed in which three architectural spaces are formed using a cellular automata model and the L-system within a building site under the following conditions: internal conditions— stability, density, aspect ratio, and natural lighting; and external conditions— building coverage and floor area ratio. For these case studies, results showed that these three architectural spaces can co-evolve and co-exist autonomously, adapting to external site conditions using the proposed multiple optimization system.
The Japan Society of Mechanical Engineers, 2008年07月, Journal of Computational Science and Technology, Vol. 2 (2008) , No. 3 Special (3), 371 - 380, 英語[査読有り]
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The authors have already proposed an intelligent fuzzy optimal and active control system (IFOACS) and the effectiveness of IFOACS was proved using digital simulations and shaking table tests. However, the results show that the control effect of IFOACS becomes small in case of near-source region earthquakes. To improve control effects in case of near-source region earthquakes, a combinatorial control system (CCS), in which IFOACS is combined with a fuzzy active control system (FACS), is also proposed. In this paper, control rules in CCS are optimized using parameter-free genetic algorithms (PfGAs) considering limitations of an actuator such as maximal strokes and control forces. Effectiveness of proposed combinatorial control system (CCS) is verified and discussed based on results of digital simulations.
The Japan Society of Mechanical Engineers, 2007年12月, Proc. of the APCOM’07 in conjunction with EPMESC XI, MS11-2-2, CD-ROM, pp.1-10 (3), 381 - 392, 英語[査読有り]
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In this paper, a multiple optimization system using genetic algorithms is proposed. Using this system, plural objectives with mutually differing evaluation criteria can co-evolve and co-exist according to given overall conditions. Three case study simulations are performed in which three architectural spaces are formed using a cellular automata model and the L-system within a building site under the following conditions: internal conditions— stability, density, aspect ratio, and natural lighting; and external conditions— building coverage and floor area ratio. For these case studies, results showed that these three architectural spaces can co-evolve and co-exist autonomously, adapting to external site conditions using the proposed multiple optimization system.
The Japan Society of Mechanical Engineers, 2007年12月, Proc. of the APCOM’07 in conjunction with EPMESC XI, MS11-1-3, CD-ROM, pp.1-9 (3), 371 - 380, 英語[査読有り]
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In this paper, ubiquitous structural health monitoring systems are proposed by means of RFID tags with sensors as a ubiquitous information technology. Here, acceleration sensors are employed and those fundamental characteristics are verified through shaking table tests using a data logging system with wireless LAN which has the same performances as RFID tags, because RFID tags with acceleration sensors are now under development. Furthermore, based on experimental results, some ubiquitous application ideas of structural health monitoring systems of buildings using RFID tags with acceleration sensors are proposed and discussed.
一般社団法人日本建築学会, 2006年02月, 日本建築学会総合論文誌, 第4号, 111-116 (4), 111 - 116, 日本語[査読有り]
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In this paper, a co-evolutionary fuzzy system of multiple optimizations for structural performance is developed by using genetic algorithms and applied to a planning of seismic retrofitting. In this multiple optimizations system, both optimizations of such a planning and evaluation functions used in the optimization process of the plan are performed simultaneously. At the first process, a plan of seismic retrofitting is optimized by using a certain set of evaluation functions. In the second process, a set of membership functions is also optimized by using results in the first process. Effectiveness of the proposed system is verified by simulation results, and co-evolutional autonomous behaviors are also observed in such multiple optimizing processes
一般社団法人日本建築学会, 2004年03月, 構造工学論文集, Vol.50-B, 207-213, 207 - 213, 日本語[査読有り]
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In this paper, buildings are composed as three-dimensional "form" by using a new systems technique of intelligent artificial life. Cubic cells which are basic spaces of three-dimensional forms are proliferated to specified directions according to surrounding conditions. At every proliferation step various architectural evaluations are performed, and degrees of adaptation to environments are obtained. The purpose of this paper is to compose a multi-optimization-system with evolutionary evaluation in which optimal forms of architectural SD-structures and optimal membership functions of evaluations for phenotypes can be obtained by using Genetic Algorithm(GA) originated by Holland and Goldberg. First, a model of GA is employed, and surrounding conditions are coded as genotype. Next, it's phenotypes are estimated, and employed genetic processing of crossover and mutation is performed, so that genotypes with more excellent degrees of adaptation emerge. Finally optimal forms with optimal membership functions for evaluations can be obtained.
日本建築学会, 1998年04月, 日本建築学会構造系論文集, No.506, pp.193-199 (506), 193 - 199, 日本語[査読有り]
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In this paper, buildings are composed as three-dimensional "form" by using the technique of intelligent artificial life. The authors tried to compose a multi-optimization-system with evolutionary evaluation in which optimal forms of architectural 3D-structures and optimal membership functions of evaluations for phenotypes can be obtained by using Genetic Algorithm(GA). Finally, an the optimal form with optimal membership functions can be obtained.
TECHNO-PRESS, 1997年, PROCEEDINGS OF THE SEVENTH INTERNATIONAL CONFERENCE ON COMPUTING IN CIVIL AND BUILDING ENGINEERING, VOLS 1-4, Vol.1, pp.683-688, 683 - 688, 英語[査読有り]
研究論文(国際会議プロシーディングス)
近年,種々のオープンソースハードウェア(OSHW)が開発され,安価なセンサも利用可能な状況にあり,建築分野でも,種々のモニタリングにOSHWが利用されている。しかし,OSHWのスペックは様々で,プログラミング環境も異なるため,その利用に際しては,各OSHWの計測精度を検証し,その性能を把握する必要がある。本研究では,代表的なOSHWであるArduinoとArduinoとピンコンパチブルな2種のOSHWを用いて加速度計測精度の検証を行う。ここでは,OSHWを加速度のデータロガーとして使用することを想定し,一定サンプリング間隔で加速度データをマイクロSDカードに保存する実験を,小型振動台を用いて行う。なお,計測精度の検証は,OSHWに接続する加速度センサより高精度の加速度センサとデータロガーを用いた計測結果を用いて行う。また,OSHWにより得られた加速度データのFFT解析を行い,供試体の固有周期の固定精度についても検討を行う。得られた実験結果を基に,本実験で用いたOSHWの計測精度を明らかにし,その建築構造性能モニタリングへの適用性を検討する事を本研究の目的とする。得られた結果より,本研究で用いたOSHWの計測精度が明らかとなり,いずれのOSHWも加速度のデータロガーとして使用可能で,基本的な建築構造性能モニタリングに適用可能であると考える。
一般社団法人電子情報通信学会, 2014年05月22日, 電子情報通信学会技術研究報告. ASN, 知的環境とセンサネットワーク, 114 (65), 41 - 42, 日本語次世代のスマートな建築を目指して、知的環境やセンサネットワークを始めとする先端的な情報通信技術(ICT)の応用が進みつつある。建築分野には、構造、環境、計画、生産、防災などの専門分野があり、建築プロジェクトには、計画・施工・運用・維持管理等の時間軸上の段階がある。それぞれの専門分野と段階において、ICTを応用したアプリケーションが独自に開発されているが、有機的に連携しているという状況にはない。日本建築学会・スマート建築モニタリング応用小委員会では、スマートハウス、スマートビル、スマートシティの実現を目指し、各専門分野を横串で連携し、各段階での建築のモニタリングを行うシステムについて、実践的な研究を行っている。
一般社団法人電子情報通信学会, 2014年05月22日, 電子情報通信学会技術研究報告. ASN, 知的環境とセンサネットワーク, 114 (65), 23 - 24, 日本語講演資料等(セミナー,チュートリアル,講習,講義他)
速報,短報,研究ノート等(学術雑誌)
In this paper, fundamental tests were carried out using RFID tags with sensors and built-in memory in order to clarify the applicability of RFID tags with sensors to structural health monitoring systems. An alternative system was used because RFID tags with sensors and built-in memory are under development. This system has almost identical performance to that of RFID tags and data communication is performed by wireless LAN. Sensors such as acceleration sensors and wire strain gages are used for structural health monitoring systems. Fundamental performances of these sensors were clarified through shaking table tests using a two-story specimen. Furthermore, time historical displacement responses are estimated by using Fourier Integral and Butterworth Filter employed as a high-pass filter. Fundamental characteristics of the proposed system and used sensors, and the applicability of RFID tags with sensors to structural health monitoring systems are discussed and clarified based on results of shaking table tests and Fast Fourier Transform (FFT) analyses.
一般社団法人日本機械学会, 2009年09月01日, 「運動と振動の制御」シンポジウム講演論文集, 2009 (11), 123 - 128, 日本語口頭発表(一般)
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公開講演,セミナー,チュートリアル,講習,講義等
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本研究では,オープンソースハードウェア,加速度センサ,角速度センサ及び無線通信デバイスを組み合わせて地震被災情報収集システムを構築し,地震の揺れに関する情報,建物の被害に関する情報を収集するシステムの構築を目指して以下の研究を行った。 ①無線通信デバイス(XBee)を用いた建物内外での通信実験では,センサノードの通信能力に関して,情報の精度や通信距離に関する知見を得た。 ②3層の実大鉄骨建物を対象として,振動実験による破壊試験を行い,各種センサを用いた建物被害状況の推定及び,情報収集に関する実験を行った。
競争的資金
本研究では,オープンソースハードウェア(OSHW)や安価なデータロガーと種々のセンサを用いた建築構造性能みまもりシステムに関する検討を行った。ここでは,まず,加速度センサ,ジャイロセンサを用いた計測精度の検証を行った。さらに,加速度センサとOSHWを用いた建築構造性能みまもり試作システムを構築し,その基本性能を振動台実験により検証した。この試作システムでは,各種構造性能のモニタリング可能で,メールで応答状況を送信するシステムを構築した。以上より,試作システムは実際の建築構造性能モニタリングに適用可能であることを明らかにし,試作システムを実際の建築物に適用した実証実験も実施した。
競争的資金
建設関連分野からの環境問題への対処として,本研究課題では部材レベルでのリユースを導入した循環型社会を対象としたマルチエージェントシミュレーションを実行した。パラメータとして,部材回収率,リサイクル鋼材歩留り,リユース部材適合率などの物理的因子に焦点を当ててシミュレーションを実行した結果,これらの因子が資源採取量及びCO2排出量の削減効果に及ぼす影響について有益な知見が得られ,リカレント建築の意義と貢献性を明らかにした。
競争的資金