【研究領域課題番号】20H02389 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

オペレーションズ・リサーチ / 都市計画 / 公共施設・サービス / 数理最適化 / 施設配置 / 公平性指標 / 施設の統廃合 / 施設配置問題 / 公共サービス

【研究成果の概要】

本研究課題では、将来の需要の変化を踏まえて、公共施設へのアクセシビリティという観点から、公平性を長期的に維持できる統廃合計画立案のための数理モデルを開発することである。これを実現するために、研究2年目である本年度は、昨年度までに行ってきた公共施設の統廃合に関する現状調査、施設配置に関する研究および公平性の指標に関する研究を継続・発展させつつ進めた。具体的には、まず、昨年度の調査から、学校や病院、買い物支援サービスに焦点化し、様々な地域の情報を収集し、比較・整理した。
また、それらの情報などを踏まえつつ、施設配置モデルの開発として、以下のような様々なアプローチを試みた。まず、長期にわたる施設の配置計画を考えるための基礎モデルとして、連続空間を対象として各施設の受け持ち需要の偏りを減らす施設配置及び閉鎖順序を求めるものや、離散空間を対象として多期間での施設の廃止と新設を求めるものを開発した。実際の地域のデータを用いた数値実験等を行い、モデルの効果を分析した。
このほか、施設へのアクセスのしやすさを検討するために、道路などのネットワーク上の移動者（通勤通学者など）がその途中で施設に立ち寄る行動において、移動者が確率的に施設を利用するときに、利用できる人を最大となるように施設を配置する問題などを取り扱った。
さらに、公共交通機関としての航空ネットワーク設計を考えるために、どのように路線を整備していくかについてを取り扱うモデルにおいて、既存研究と比較して旅客の流れを自然に表現したモデルを構築し、より現実的な状況を想定した拡張を行い、ベンチマークデータを用いた数値実験およびその結果の分析をすすめた。
また、公平性指標の分析として、議席配分問題を対象として、代表的な5つの配分方法を用いた場合にどのようになるかのシミュレーションを行い、その影響を分析した。

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2020-04-01 - 2024-03-31

【配分額】13,910千円 (直接経費: 10,700千円、間接経費: 3,210千円)

【研究領域課題番号】18H01661 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

都市インフラ / 施設配置問題 / フロー捕捉型配置問題 / 輸送・交通 / 最適化モデル / 移動距離分布 / 数理最適化 / 数理モデル / ネットワーク設計 / 都市工学 / インフラ / 最適配置問題 / 都市インフラの設計 / ネットワーク設計問題 / 最適化手法 / オペレーションズ・リサーチ / スケジューリング

【研究成果の概要】

都市施設の適切な配置・運用を検討する際に，人々の移動需要を土台とした数理モデルの開発と応用を追求した．施設の種類，移動目的，施設利用者の行動，施設配置の評価尺度などに応じて，数多くの研究テーマが考えられる．本課題では，実社会で重要な応用をもつにも関わらず，十分な学術的成果が得られていないテーマとして，鉄道利用者フローを対象としてサービスを提供する拠点駅を選定する問題，経路上にある施設からサービスを受けられない確率を考慮した配置問題の一般化，施設への立寄りを伴う移動を想定した移動距離分布の導出とアクセシビリティ評価への応用などの研究を行った．

【研究の社会的意義】

都市における種々の施設等のインフラに対する需要は，都市内の人の流れに基づいて生じるものも多い．本研究では，鉄道網，道路網，歩行空間などの移動空間を対象として，人々が移動途中に施設に立寄ってサービスを受け取る行動に着目した．そして，ネットワーク上に施設を最適に配置する状況において，これまで十分に扱われなかった構造を取り入れた数理モデルを提案した．さらに，現実のフローデータを用いた大規模問題を解くことにより，実社会への応用を踏まえた知見を得ることに成功した．具体的な現実問題から出発し，理論と応用の両面で問題解決のアプローチを示した点で意義があったと考える．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2018-04-01 - 2022-03-31

【配分額】15,860千円 (直接経費: 12,200千円、間接経費: 3,660千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】16K12828 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

施設配置問題 / 数理最適化 / 避難モデル / 退避壕 / 火山災害 / 最適化 / 避難施設 / 最適化モデル / 時空間ネットワーク / 最適配置問題 / 数理モデル / 火山 / アルゴリズム

【研究成果の概要】

火山噴火の際に，登山者や周辺住民が安全に避難するための避難施設の配置方法を決定する数理モデルを構築した．特に，噴火時にランダムに飛来する噴石を，確率モデルを用いて表現し，登山者が退避壕に安全に避難する経路を求めるための問題を定式化した．その上で，避難者が最も安全な経路を選択した場合に，期待避難者数を最大化する配置問題，避難困難地点の避難確率を最大化する問題，一定の避難確率を保証する条件下で最小の施設数を求める問題等を構築し，最適解の特徴を比較した．さらに噴石の飛来の密度が噴火口からの距離と時間に依存して変化することに着目し，時空間ネットワークを用いた拡張モデルを構築した．

【研究の社会的意義】

実際の現場において退避壕の具体的な配置計画を立てる際には，火山の特性，登山者や周辺住民の人口分布，予算総額などの，各事例に特化した様々な要因を考慮する必要がある．一方で，基礎となる数理モデルを構築した上で，最適な計画案を導くための枠組みを整備することも重要な課題であるが，こうした試みはこれまで十分になされてこなかった．本研究は，オペレーションズ・リサーチの分野で古くから研究されてきた，施設配置問題の枠組みを土台として，退避壕を適切に整備するための新しい問題を構築し，火山防災対策に資するための基礎となる数理モデル構築を行った．

【研究種目】挑戦的萌芽研究

【研究期間】2016-04-01 - 2019-03-31

【配分額】3,250千円 (直接経費: 2,500千円、間接経費: 750千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】25282089 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

都市工学 / 施設配置問題 / 時間軸 / 数理最適化 / 最適配置問題 / 数理モデル / 時空間ネットワーク / オペレーションズ・リサーチ / 整数計画問題 / アルゴリズム / 都市・地域計画

【研究成果の概要】

都市における人の流れに着目し，施設の配置場所とサービス提供時間帯を同時に最適化する数理モデルを構築し，鉄道網上での配置分析を行った．具体的には，(1) 終業後の帰宅途中に施設へ立ち寄りサービスを受ける状況において早く帰宅できるほど望ましい点を考慮したモデル，(2) サービス提供時間帯のどこかで一定時間以上立ち寄ればよいモデル，(3) サービス提供時間を可変とした拡張モデル等を提案した．さらに，オリンピック開催期間中の観戦客輸送に関わる数理モデル，ネットワークを段階的に改変するための数理モデルなど，時間軸を幅広い視点で捉え，理論と事例研究の両面から様々な研究を行った．

【研究種目】基盤研究(B)

【研究期間】2013-04-01 - 2017-03-31

【配分額】5,980千円 (直接経費: 4,600千円、間接経費: 1,380千円)

【研究分野】社会システム工学・安全システム

【研究領域課題番号】22710139 (KAKENデータベースで見る）

【研究キーワード】

最適化 / 数理計画 / 時空間領域 / 施設配置問題 / 都市計画 / 都市計画・建築計画 / 交通工学・国土計画 / アルゴリズム / 数理最適化 / 動的モデル / 数量最適化

【研究成果の概要】

施設配置問題は,都市における様々な施設を対象空間にどのように配置すれば利用者や施設経営者にとって望ましいかを追求する問題であり,これまでに様々な研究がなされてきた.本研究では,施設配置問題に時間軸を導入し,時空間的な人の流れを所与とし,施設の配置の決定と同時に望ましいサービス提供時間帯も決定する新しいモデルを開発した.また,基本モデルのいくつかの拡張モデルを考案した.さらに,首都圏鉄道網を対象とし,実流動データを用いて,多くの人がアクセスし易いサービス提供方法の分析を行った.

【研究種目】若手研究(B)

【研究期間】2010 - 2011

【配分額】1,430千円 (直接経費: 1,100千円、間接経費: 330千円)