東北大学研究者紹介 - 水谷　大二郎

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研究者略歴

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ミズタニ　ダイジロウ

水谷　大二郎

Daijiro Mizutani

所属

大学院工学研究科　土木工学専攻　地域システム学講座（先端社会基盤学分野）

職名

助教

学位

博士（工学）（大阪大学）
修士（工学）（大阪大学）

researchmap

https://researchmap.jp/19900219

J-GLOBAL ID

201801014397938424

e-Rad 研究者番号

30813414

経歴 5

2020年10月～継続中

東北大学　大学院工学研究科土木工学専攻　助教
2017年8月～ 2020年9月

東北大学　災害科学国際研究所　助教
2017年4月～ 2017年7月

大阪大学　大学院工学研究科地球総合工学専攻　特任研究員（常勤）
2016年4月～ 2017年3月

ETH Zurich　Institute of Construction & Infrastructure Management　Research Associate
2014年4月～ 2016年3月

独立行政法人日本学術振興会　特別研究員 DC1

学歴 3

大阪大学　大学院工学研究科　地球総合工学専攻博士後期課程

2014年4月～ 2016年9月
大阪大学　大学院工学研究科　地球総合工学専攻博士前期課程

2012年4月～ 2014年3月
大阪大学　工学部　地球総合工学科

2008年4月～ 2012年3月

研究分野 2

社会基盤（土木・建築・防災） / 土木計画学、交通工学 /
社会基盤（土木・建築・防災） / 土木材料、施工、建設マネジメント /

論文 57

365‐day sectional work zone schedule optimization for road networks considering economies of scale and user cost 査読有り

Yuto Nakazato, Daijiro Mizutani

Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering　39　(15)　2270-2298　2024年8月
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1111/mice.13273 　

ISSN：1093-9687

eISSN：1467-8667

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Abstract This study proposes a methodology for deriving the optimal work zone schedule for the annual routine maintenance planning in an infrastructure asset management system considering the (i) economies of scale in work zone costs due to work zone synchronization and (ii) user costs across the road network with traffic assignments. A key aspect of the proposed methodology is the ability to derive in detail optimal work zone schedules of realistic‐scale road networks in 100 m sections for 365 days, which is beneficial in practice. To this end, an optimization model of the work zone schedule is newly formulated as a mixed‐integer programming (MIP) problem, and a novel bilevel solution method for the model utilizing the conventional solver Gurobi Optimizer with MIP algorithms such as root relaxation, dual simplex, barrier methods, and cutting planes is proposed. In application examples, the proposed methodology is applied to two real‐world road networks, which confirms that the optimal work zone schedule can be obtained in 313.7 s for a network with 2640, 100 m, sections and in 168,180 s (46 h and 43 min) for a network with 5038, 100 m, sections.
Future-proofing geotechnics workflows: accelerating problem-solving with large language models 査読有り

Stephen Wu, Yu Otake, Daijiro Mizutani, Chang Liu, Kotaro Asano, Nana Sato, Taiga Saito, Hidetoshi Baba, Yusuke Fukunaga, Yosuke Higo, Akiyoshi Kamura, Shinnosuke Kodama, Masataka Metoki, Tomoka Nakamura, Yuto Nakazato, Akihiro Shioi, Masahiro Takenobu, Keigo Tsukioka, Ryo Yoshikawa

Georisk: Assessment and Management of Risk for Engineered Systems and Geohazards　1-18　2024年7月25日
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.1080/17499518.2024.2381026 　

ISSN：1749-9518

eISSN：1749-9526
離散時間多段階ワイブル劣化ハザードモデル査読有り

水谷大二郎, 貝戸清之, 四方滉也

土木学会論文集　80　(2)　23-00092　2024年2月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejj.23-00092 　

eISSN：2436-6021
Optimal intervention policy of emergency storage batteries for expressway transportation systems considering deterioration risk during lead time of replacement 査読有り

Daijiro Mizutani, Yuto Nakazato, Rie Ikushima, Koki Satsukawa, Yosuke Kawasaki, Masao Kuwahara

Reliability Engineering & System Safety　242　109735　2024年2月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.ress.2023.109735 　

ISSN：0951-8320
公的資金の限界費用を考慮した道路橋メンテナンスの最適長期補修施策査読有り

河野達仁, 嶌万希音, 祢津知広, 水谷大二郎

土木学会論文集　79　(11)　23-00030　2023年11月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejj.23-00030 　

eISSN：2436-6021
Infrastructure deterioration modeling with an inhomogeneous continuous time Markov chain: A latent state approach with analytic transition probabilities 査読有り

Daijiro Mizutani, Xian‐Xun Yuan

Computer-Aided Civil and Infrastructure Engineering　38　(13)　1730-1748　2023年9月
出版者・発行元： Wiley
DOI： 10.1111/mice.12976 　

ISSN：1093-9687

eISSN：1467-8667

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Abstract Markov chains have been widely used to characterize performance deterioration of infrastructure assets, to model maintenance effectiveness, and to find the optimal intervention strategies. For long‐lived assets such as bridges, the time‐homogeneity assumptions of Markov chains should be carefully checked. For this purpose, this research proposes a regime‐switching continuous‐time Markov chain of which the state transition probabilities depend on another, latent, Markov chain that characterizes the overall aging regime of an asset. With the aid of a state‐augmentation technique, closed‐form solutions for the transition probabilities are analytically derived, making the statistical analysis simple. A case study is presented using the open Ontario Bridge Condition data for provincial highway bridges. The case study demonstrates that the proposed method allows to (1) estimate a statistically superior model to the homogeneous Markov chain and (2) obtain results with comparable accuracy in approximately 48% of the computation time of the state‐of‐the‐art inhomogeneous Markov chain.
Optimal repair policies for infrastructure systems with life cycle cost minimization and annual cost leveling 査読有り

Yuto Nakazato, Daijiro Mizutani, Shunichi Fukuyama

Journal of Infrastructure Systems　29　(3)　04023021　2023年9月
出版者・発行元： American Society of Civil Engineers (ASCE)
DOI： 10.1061/jitse4.iseng-2169 　

ISSN：1076-0342

eISSN：1943-555X
道路施設点検における故障予知に関する一考察査読有り

吉岡慶祐, 掛上寛希, 桑原雅夫, 下川澄雄, 水谷大二郎, 川崎洋輔, 佐津川功季

交通工学研究発表会論文集　43　2023年8月

DOI： 10.14954/jsteproceeding.43.0_427 　
AI・データサイエンスに関する教材・教育手法開発（成果報告：WG-I, IV）

西尾真由子, 党紀, 三好崇夫, 浅本晋吾, 長山智則, 白旗弘実, 車谷麻緒, 小濱健吾, 神田信也, 下庄孝弘, 杉崎光一, 多田恵一, 水谷大二郎, 全邦釘, 阿部雅人

AI・データサイエンス論文集　4　(L3)　1-7　2023年5月
道路ネットワークの補修施策：グルーピングと集計化に基づく近似解法査読有り

中里悠人, 水谷大二郎, 長江剛志

土木学会論文集D3（土木計画学）特集号　78　(5)　I_193-I_204　2023年5月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.78.5_i_193 　

eISSN：2185-6540
下水処理施設の包括的民間委託導入効果：費用効率性に基づく評価査読有り

貝戸清之, 竹末直樹, 水谷大二郎, 小林潔司

土木学会論文集　79　(4)　22-002255　2023年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejj.22-00255 　

eISSN：2436-6021
点検間隔の不均一性を許容した数え上げによるマルコフ推移確率の推定手法査読有り

山岸拓歩, 水谷大二郎, 小濱健吾, 貝戸清之

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　78　(1)　164-183　2022年10月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.78.1_164 　

eISSN：2185-6605
複数均衡解を持つポテンシャル・ゲームのパラメータ最尤推定手法査読有り

長江剛志, 水谷大二郎

土木学会論文集D3（土木計画学）　78　(3)　150-165　2022年9月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.78.3_150 　

eISSN：2185-6540
故障時交通渋滞による経済損失を考慮したETC設備の最適補修施策に関する研究査読有り

佐津川功季, 水谷大二郎, 川崎洋輔, 金田威夫, 桑原雅夫

土木学会論文集D3（土木計画学）　78　(3)　105-121　2022年9月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.78.3_105 　

eISSN：2185-6540
更新履歴情報の欠損を考慮した道路照明柱の劣化予測手法査読有り

二宮陽平, 水谷大二郎, 貝戸清之

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　78　(1)　118-132　2022年5月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.78.1_118 　

eISSN：2185-6605
段階的劣化異質性に基づく長寿命化技術導入効果の事後評価査読有り

貝戸清之, 慈道充, 水谷大二郎, 小林潔司, 宇野裕亮

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　78　(1)　99-117　2022年5月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.78.1_99 　

eISSN：2185-6605
現場技術者へのアンケート調査に基づく高速道路設備の維持管理施策の改善可能性査読有り

生嶋理恵, 水谷大二郎, 佐津川功季, 川崎洋輔, 桑原雅夫

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　78　(1)　51-69　2022年3月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.78.1_51 　

eISSN：2185-6605
公的資金の限界費用の内生的変化を考慮した最適補修施策査読有り

河野達仁, 嶌万希音, 水谷大二郎

土木学会論文集D3（土木計画学）　77　(4)　389-399　2021年12月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.77.4_389 　

eISSN：2185-6540
元請負業者の施工要素技術の空洞化と経時的進行状況査読有り

浜田成一, 貝戸清之, 杉原栄作, 水谷大二郎

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　77　(1)　135-152　2021年7月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.77.1_135 　

eISSN：2185-6605
小規模道路舗装の時空間的補修同期化施策査読有り

中里悠人, 水谷大二郎, 奥村誠

土木学会論文集D3（土木計画学）特集号　76　(5)　I_233-I_240　2021年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.76.5_i_233 　

eISSN：2185-6540
利用者の経済損失を考慮した高速道路情報板の維持管理施策の簡易的評価手法査読有り

水谷大二郎, 川崎洋輔, 佐津川功季, 中川岳士, 梅田祥吾, 生嶋理恵, 桑原雅夫

土木学会論文集D3（土木計画学）特集号　76　(5)　I_127-I_139　2021年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.76.5_i_127 　

eISSN：2185-6540
アセットマネジメント研究の最先端：統計的劣化予測と維持管理施策最適化招待有り

水谷大二郎

土木学会論文集D3（土木計画学）特集号　76　(5)　I_1-I_19　2021年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.76.5_i_1 　

eISSN：2185-6540
鋼桁端部の腐食に対する伸縮装置止水材の予防保全効果査読有り

貝戸清之, 小林潔司, 水谷大二郎, 二宮陽平, 河合良治

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　77　(1)　96-114　2021年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.77.1_96 　

eISSN：2185-6605
長寿命化技術導入効果の経時変化を考慮した動的劣化ハザードモデル査読有り

慈道充, 宇野裕亮, 水谷大二郎, 貝戸清之

構造工学論文集A　67A　127-138　2021年3月

DOI： 10.11532/structcivil.67A.127 　
鋼床版疲労き裂の発生・進展過程に着目した高速道路高架橋の大規模修繕箇所の選定方法査読有り

二宮陽平, 水谷大二郎, 慈道充, 貝戸清之, 小林潔司, 宮田亮

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　77　(1)　37-56　2021年2月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.77.1_37 　

eISSN：2185-6605
Model-based analysis on social acceptability and feasibility of a focused protection strategy against the COVID-19 pandemic 査読有り

Takashi Akamatsu, Takeshi Nagae, Minoru Osawa, Koki Satsukawa, Takara Sakai, Daijiro Mizutani

Scientific Reports　11　Article number: 2003　2021年1月
出版者・発行元： Springer Science and Business Media LLC
DOI： 10.1038/s41598-021-81630-9 　

eISSN：2045-2322

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Abstract This paper studies the social acceptability and feasibility of a focused protection strategy against coronavirus disease 2019 (COVID-19). We propose a control scheme to develop herd immunity while satisfying the following two basic requirements for a viable policy option. The first requirement is social acceptability: the overall deaths should be minimized for social acceptance. The second is feasibility: the healthcare system should not be overwhelmed to avoid various adverse effects. To exploit the fact that the disease severity increases considerably with age and comorbidities, we assume that some focused protection measures for those high-risk individuals are implemented and the disease does not spread within the high-risk population. Because the protected population has higher severity ratios than the unprotected population by definition, the protective measure can substantially reduce mortality in the whole population and also avoid the collapse of the healthcare system. Based on a simple susceptible-infected-recovered model, social acceptability and feasibility of the proposed strategy are summarized into two easily computable conditions. The proposed framework can be applied to various populations for studying the viability of herd immunity strategies against COVID-19. For Japan, herd immunity may be developed by the proposed scheme if $${\mathcal {R } }_0 \le 2.0$$ and the severity rates of the disease are 1/10 times smaller than the previously reported value, although as high mortality as seasonal influenza is expected.
土木におけるAI活用のための教材作成にむけて査読有り

小濱健吾, 中村秀明, 神田信也, 水谷大二郎, 杉崎光一

AI・データサイエンス論文集　1　(J1)　261-269　2020年11月
出版者・発行元：公益社団法人土木学会
DOI： 10.11532/jsceiii.1.J1_261 　

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<p>近年，土木の分野において積極的なAI技術の導入が期待されている．しかしながら，AI技術に関する知識不足は，AI技術の導入による効果の適切な把握や，AI技術を利用するために必要な各種データの収集を困難なものとし，AI技術の導入の障壁となってしまう．本論文は，AI技術を実業務において直面する様々な課題に活用したいと考えている土木技術者のために，教材の作成を目標として，理解に必要となる基礎的な知識の概要を説明する．具体的には，AIという言葉により示されているAI技術を適切にイメージできるようにAIの歴史を説明する．また，AI技術を利用するために必要な考え方やインプット・アウトプットを整理する．最後に，実事例の紹介を通じてAI技術に対する理解の定着を図る．</p>
Toward a big data based approach: A review on degradation models for prognosis of critical infrastructure 査読有り

Guru Prakash, Xian-Xun Yuan, Budhaditya Hazra, Daijiro Mizutani

Journal of Nondestructive Evaluation, Diagnostics and Prognostics of Engineering Systems　4　(2)　021005　2020年11月
出版者・発行元： ASME International
DOI： 10.1115/1.4048787 　

ISSN：2572-3901

eISSN：2572-3898

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Abstract Safety and reliability of large critical infrastructure such as long-span bridges, high-rise buildings, nuclear power plants, high-voltage transmission towers, rotating machinery, and so on, are important for a modern society. Research on reliability and safety analysis started with a “small data” problem dealing with relative scarce lifetime or failure data. Later, degradation modeling that uses performance deterioration, or, condition data collected from in-service inspections or online health monitoring became an important tool for reliability prediction and maintenance planning of highly reliable engineering systems. Over the past decades, a large number of degradation models have been developed to characterize and quantify the underlying degradation mechanism using direct and indirect measurements. Recent advancements in artificial intelligence, remote sensing, big data analytics, and Internet of things are making far-reaching impacts on almost every aspect of our lives. The effect of these changes on the degradation modeling, prognosis, and safety management is interesting questions to explore. This paper presents a comprehensive, forward-looking review of the various degradation models and their practical applications to damage prognosis and management of critical infrastructure. The degradation models are classified into four categories: physics-based, knowledge-based, data-driven, and hybrid approaches.
Network-level synchronized pavement repair and work zone policies: Optimal solution and rule-based approximation 査読有り

Daijiro Mizutani, Yuto Nakazato, Jinwoo Lee

Transportation Research Part C: Emerging Technologies　120　102797　2020年11月
出版者・発行元： Elsevier BV
DOI： 10.1016/j.trc.2020.102797 　

ISSN：0968-090X
Can a herd immunity strategy become a viable option against COVID-19? A model-based analysis on social acceptability and feasibility

Takashi Akamatsu, Takeshi Nagae, Minoru Osawa, Koki Satsukawa, Takara Sakai, Daijiro Mizutani

medRxiv　2020.05.19.20107524　2020年5月
出版者・発行元： Cold Spring Harbor Laboratory
DOI： 10.1101/2020.05.19.20107524 　

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<title>Abstract</title>This paper studies the social acceptability and feasibility of “herd immunity” strategies against coronavirus disease 2019 (COVID-19). To this end, we propose a control scheme that aims to develop herd immunity while satisfying the following two basic requirements for a viable policy option. The first requirement is social acceptability: the overall deaths should be minimized for social acceptance. The second is feasibility: the healthcare system should not be overwhelmed to avoid diverse adverse effects. Exploiting the fact that the severity of the disease increases considerably with age, the proposed control scheme protects high-risk individuals that mainly consist of the elderly. The protection of high-risk individuals reduces the average severity of the disease in the unprotected population, thereby substantially reducing mortality and avoiding the collapse of the healthcare system. Social acceptability (in terms of the resulting mortality) and feasibility (in terms of the healthcare system capacity) of the proposed herd immunity strategy are summarized into two respective, easily computable conditions by building on a simple susceptible–infected–recovered (SIR) model. For its parsimony, the proposed framework can provide a rule of thumb that applies to various populations for studying the viability of herd immunity strategies against COVID-19. For Japan, herd immunity may be developed by the considered control scheme if <inline-formula><alternatives><inline-graphic xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xlink:href="20107524v1_inline1.gif" /></alternatives></inline-formula> and the severity rates of the disease are 1/10 times smaller than the previously reported value, although as high mortality as seasonal influenza is expected.
連続主体ポテンシャル・ゲームの確率的進化動学と定常分布推定方法査読有り

長江剛志, 水谷大二郎

土木学会論文集D3（土木計画学）　76　(2)　138-155　2020年5月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.76.2_138 　

eISSN：2185-6540
階層的隠れマルコフ劣化モデルの状態推移確率の解析解について査読有り

水谷大二郎, 上野渉

土木学会論文集D3（土木計画学）　76　(2)　196-202　2020年5月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.76.2_196 　

eISSN：2185-6540
長期記憶性を考慮した時系列データによる構造物劣化過程のモデル化査読有り

小林潔司, 貝戸清之, 水谷大二郎, 坂井康人

土木学会論文集D3（土木計画学）　75　(4)　233-249　2019年11月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.75.233 　

eISSN：2185-6540
高速道路斜面災害に対する降雨時通行規制基準値の設定方法査読有り

櫻谷慶治, 水谷大二郎, 小濱健吾, 貝戸清之, 音地拓

土木学会論文集F6（安全問題）　75　(1)　12-30　2019年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejsp.75.12 　

eISSN：2185-6621
Variability in an optimal infrastructure management policy by internalization of seismic risk 査読有り

Daijiro Mizutani

Journal of Disaster Research　13　(6)　1062-1071　2018年11月
出版者・発行元： Fuji Technology Press Ltd.
DOI： 10.20965/jdr.2018.p1062 　

ISSN：1881-2473

eISSN：1883-8030

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During recent years, the possibility that damage at the time of earthquake could change depending on the deterioration condition of infrastructure has been noted through analytical analyses. Faced with such a possibility, management policy should be optimized by internalizing the external elements of earthquake damage, evaluating the appropriateness of management policy for infrastructure, and optimizing the system. In this study, the deterioration process for infrastructure was modelled using the Markov process model, and a methodology to determine the optimal management policy is proposed by considering the two risks: i) the risk that infrastructure fails because of deterioration independent of external elements such as an earthquake, and ii) the risk that changes due to deterioration fails the infrastructure at the time of earthquake. Using an example of the application the following two points are demonstratively shown: i) the optimal management policy would change in the case in which earthquake risk is not considered, and ii) the optimal management policy would change depending on the earthquake occurrence probability in the case in which earthquake risk is considered.
健全度推移の不連続性を考慮したマルコフ推移確率の非集計的推定方法査読有り

水谷大二郎

土木学会論文集D3（土木計画学）　74　(2)　125-139　2018年4月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.74.125 　

eISSN：2185-6540
局所的損傷に着目した排水性舗装の劣化評価査読有り

水谷大二郎, 洲崎尚樹, 安村圭亮, 小濱健吾, 貝戸清之, 山田洋太

土木学会論文集E1（舗装工学）　74　(1)　1-15　2018年1月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejpe.74.1 　

eISSN：2185-6559
集計的劣化過程モデルによる高速道路橋RC床版の劣化総合評価査読有り

水谷大二郎, 小濱健吾, 貝戸清之, 田中晶大

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　73　(3)　50-69　2017年12月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.73.50 　

eISSN：2185-6605
Improving the estimation of Markov transition probabilities using mechanistic-empirical models 査読有り

Daijiro Mizutani, Nam Lethanh, Bryan T. Adey, Kiyoyuki Kaito

Frontiers in Built Environment　3　Article 58　2017年10月
出版者・発行元： Frontiers Media SA
DOI： 10.3389/fbuil.2017.00058 　

eISSN：2297-3362
Initial investigations into the use of three heuristic algorithms to determine optimal intervention programs for multiple railway objects 査読有り

Daijiro Mizutani, Marcel Burkhalter, Bryan T. Adey, Claudio Martani, Vijay Ramdas

International Journal of Architecture, Engineering and Construction　6　(3)　1-20　2017年9月
出版者・発行元： International Association for Sustainable Development and Management
DOI： 10.7492/ijaec.2017.013 　

ISSN：1911-110X

eISSN：1911-1118
Comprehensive deterioration prediction with panel unit data of RC slabs on expressway bridge 査読有り

Naoki Kitaura, Daijiro Mizutani, Takayuki Matsui, Hirokazu Miyata, Kengo Obama, Kiyoyuki Kaito

Internet Journal of Society for Social Management Systems　10　(1)　sms15-8426　2016年12月
国内土木工事における契約紛争事例に基づく受発注者間協議の可視化の提案査読有り

浜田成一, 貝戸清之, 水谷大二郎, 杉原栄作, 平川勝彦

土木学会論文集F4（建設マネジメント）特集号　72　(4)　I_123-I_134　2016年12月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.72.i_123 　

eISSN：2185-6605
社会基盤施設の維持・修繕工事における専門工事企業の役割と制度設計査読有り

浜田成一, 杉原栄作, 貝戸清之, 水谷大二郎

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　72　(3)　84-101　2016年10月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.72.84 　

eISSN：2185-6605
2次元混合ワイブル劣化ハザードモデル査読有り

小林潔司, 水谷大二郎, 松島格也, 山本浩司, 貝戸清之, 坂口創

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　72　(2)　47-62　2016年7月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.72.47 　

eISSN：2185-6605
連続量を用いた劣化ハザードモデル：舗装耐荷力への適用査読有り

水谷大二郎, 小林潔司, 風戸崇之, 貝戸清之, 松島格也

土木学会論文集D3（土木計画学）　72　(2)　191-210　2016年6月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.72.191 　

ISSN：2185-6540

eISSN：2185-6540
社会基盤施設の多元的劣化過程モデル査読有り

水谷大二郎, 小濱健吾, 貝戸清之, 小林潔司

土木学会論文集D3（土木計画学）　72　(1)　34-51　2016年2月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.72.34 　

eISSN：2185-6540
Extraction of intensively monitored expansion joints by multi-stage mixed Markov hazard model 査読有り

Daijiro Mizutani, Kiyoyuki Kaito, Kiyoshi Kobayashi

Internet Journal of Society for Social Management Systems　9　(1)　sms13-5288　2015年12月
準モンテカルロ法を用いた多段階ワイブル劣化ハザードモデルのベイズ推定査読有り

水谷大二郎, 坂口創, 貝戸清之, 小林潔司

土木学会論文集F4（建設マネジメント）特集号　71　(4)　I_23-I_34　2015年12月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.71.i_23 　

eISSN：2185-6605
非定常な点検間隔を考慮した高速道路トンネル照明設備の最適点検・更新施策査読有り

平川恵士, 水谷大二郎, 小濱健吾, 貝戸清之

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　71　(3)　162-181　2015年10月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.71.162 　

eISSN：2185-6605
判定基準変更を考慮した隠れマルコフ劣化ハザードモデル査読有り

水谷大二郎, 貝戸清之, 小林潔司, 秀島栄三, 山田洋太, 平川恵士

土木学会論文集D3（土木計画学）　71　(2)　70-89　2015年6月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejipm.71.70 　

eISSN：2185-6540
多階層混合マルコフ劣化ハザードモデル：ジョイント劣化評価への適用査読有り

貝戸清之, 坂井康人, 塚本成昭, 水谷大二郎, 小林潔司

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　71　(1)　1-18　2015年2月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.71.1 　

eISSN：2185-6605
気象状況を考慮したポットホールの管理重点化ルール査読有り

水谷大二郎, 貝戸清之, 小林潔司, 平川恵士

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　70　(3)　63-80　2014年10月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.70.63 　

eISSN：2185-6605
階層ベイズ法による補修効果の事後評価査読有り

水谷大二郎, 貝戸清之, 小林潔司

土木学会論文集F4（建設マネジメント）　69　(3)　204-221　2013年12月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.69.204 　

eISSN：2185-6605
Statistical deterioration prediction model considering the heterogeneity in deterioration rates by hierarchical Bayesian estimation 査読有り

Daijiro Mizutani, Kodai Matsuoka, Kiyoyuki Kaito

Structural Engineering International　23　(4)　394-401　2013年11月
出版者・発行元： Informa UK Limited
DOI： 10.2749/101686613x13627351081515 　

ISSN：1016-8664

eISSN：1683-0350
異質性を考慮したトンネル照明灯具の劣化予測査読有り

平川恵士, 水谷大二郎, 貝戸清之

照明学会誌　97　(11)　706-714　2013年11月
出版者・発行元：
DOI： 10.2150/jieij.97.706 　

ISSN：0019-2341

eISSN：1349-838X 2185-1506
落下物品目の多様性を考慮した高速道路上落下物の反射率分布推定査読有り

坂口創, 平川恵士, 水谷大二郎, 小濱健吾, 貝戸清之

土木学会論文集F4（建設マネジメント）特集号　69　(4)　I_39-I_49　2013年11月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejcm.69.i_39 　

eISSN：2185-6605
アドホック無線通信モニタリングシステムの開発と高速道路ジョイント部材への適用査読有り

坂井康人, 塚本成昭, 水谷大二郎, 松岡弘大, 貝戸清之, 小林潔司

土木学会論文集A2（応用力学）特集号　69　(2)　I_605-I_614　2013年9月
出版者・発行元：
DOI： 10.2208/jscejam.69.i_605 　

eISSN：2185-4661

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MISC 1

現場技術者へのアンケート調査に基づく高速道路設備の維持管理施策の改善可能性

生嶋理恵, 水谷大二郎, 佐津川功季, 川崎洋輔, 桑原雅夫

土木計画学研究・講演集(CD-ROM)　64　2021年

共同研究・競争的資金等の研究課題 8

複数均衡をもつ立地・交通モデルのパラメータ推計手法と実証分析：確率論的アプローチ

長江剛志, 水谷大二郎

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2022年4月1日～ 2025年3月31日
ベイズ構造逆解析における不確実性の高精度推定手法の開発

松岡弘大, 貝戸清之, 水谷大二郎

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (B)

研究機関：Railway Technical Research Institute

2022年4月1日～ 2025年3月31日
スリランカにおける下水水質情報に基づいた下水管路劣化予測システムの開発

佐野大輔, 水谷大二郎, Amarasiri Mohan

2021年10月7日～ 2024年3月31日

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本研究は、スリランカにおいて、微生物の起源を同定する手法であるMicrobial Source Tracking（MST）の手法を応用し、下水管の破損部分から混入する土壌由来の微生物の下水中に占める割合を空間的・時間的に把握することで、下水管破損箇所を推定し、かつ下水管劣化速度の予測に適用するための新規手法を開発することを目指すものである。研究初年度である令和3年度においては、まずスリランカ側カウンターパート（チャンディカ・ガマゲ（ペラデニヤ大学医学部・講師）、及びチャミンダ・サマラスーリヤ（モラトゥワ大学地球資源工学部・講師））とのオンライン打ち合わせを通じ、スリランカ国内における調査地点の確定を行った。希望する調査地点で下水採取を行うために、所轄官庁向けの要望書を作成・提出したところである。さらに、本研究で想定している手法が適用可能であることを確認するために、日本国内で未処理下水を採取し、総DNAを抽出して、細菌の分類に用いられる16s rRNA遺伝子配列の取得を行った。その結果、下水に特徴的な細菌種の16s rRNA遺伝子配列が確実に得られることを確認することに成功し、スリランカで得られたサンプルに適用する準備が整えられた。
携帯電話位置情報の時系列変動分解に基づく災害レジリエンスの観測・評価手法の開拓

山口裕通, 奥村誠, 塩崎由人, 水谷大二郎, 中山晶一朗

2020年4月1日～ 2024年3月31日

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2020年度＋繰り越し分の2021年度においては，当初の計画通りに以下の研究を遂行した：・近距離行動の異常（災害レジリエンス）を観測・検知するモデルを開発・既往研究のレビューを実施し，災害レジリエンスの概念整理を行った・ 2014-2020年までの災害データを購入して，部分的な回復過程の解析をスタートしたただし，新型コロナウイルス感染症の影響により，東京オリンピック等の解析を予定していた事象が2020年のデータのみでは分析できなくなった．さらに，新型コロナウイルスで観測される行動の回復過程は，本研究で開発するモデルを適用して得られる情報として，社会的ニーズも高いものと判断して交付申請の時点で本研究の一環として実施することを決定した．しかし，当初の想定より短期間では行動変化が完結せずに，回復過程の解析にはより長期のデータ入手が必要となった．そのため，研究費の繰り越しをおこない2021年度を含むデータで分析を行った．その結果，概念整理に相当するパートと災害時の移動行動変化を解析した論文を公開するとともに，行動変化を検出するために必要な複数の時系列モデルについて基本モデルの開発をおおむね完了した．このモデルでは，混合ガウスモデルと時系列モデルを組み合わせたものであり，連休等を扱う時系列モデルにさらなる改良が必要であるものの，入力した移動行動の時系列データから災害等の「異常変動」を自動的に抽出するものであり，回復過程の全体を自動的に抽出することができる．モデルの開発成果については複数の学会発表を行っており，2022年度の論文化を目指す．
動的需要制御によるインフラマネジメントの高度化：劣化制御という新時代を目指して

水谷大二郎, 奥村誠, 山口裕通

2020年4月1日～ 2024年3月31日

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本研究課題では，インフラ群に対するネットワークレベルの維持管理施策最適化問題において，需要制御効果がどの程度存在するのかを体系的に整理することを最終目標としている．これまでの研究により，小規模なインフラネットワークにおいて，動的需要制御効果を検証し，具体的なインフラアセットマネジメント問題（インフラ最適廃棄問題）において，その効果を定量化した．本年度は，これらの研究成果を大規模ネットワークに展開することを予定し，検証を開始したが，その際に生じる組合せ爆発問題により，大規模ネットワークへの展開が容易ではないことが確認された．そのため，次年度実施予定の大規模ネットワークにおける動的需要制御効果の検証に繋げるべく，組合せ爆発問題の解消を具体的な研究テーマとして設定し，複数の方法論を提案した．また，本研究課題実施により副次的に生じた種々のインフラアセットマネジメント問題についても，それを解決するような方法論を提案した．
社会便益を考慮した高速道路施設の維持管理高度化に関する研究

桑原雅夫, 水谷大二郎, 佐津川功季, 川崎洋輔, 熊谷靖彦, 岡宏一

2019年4月1日～ 2023年3月31日

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（１）生存確率の推定手法の提案：計測データには生存開始時刻（運用開始時期），故障時刻，観測期間が不明のデータが含まれており，これらの打切りデータも含めて生存確率を推定する手法を提案した．既往手法および提案手法の数学的な類似性，計測方法による推定手法の選択について考察を行うとともに，ETC機器，トンネル照明取付金具の生存確率の推定を行った．（２）故障原因別，環境要因別の生存確率の推定：故障原因別に生存確率を推定する手法の提案を行い，ETC機器の故障原因別の生存確率を推定した．また，ETC機器とトンネル照明機器について，生存確率が環境要因（凍結防止剤，海による塩害，利用交通量）によって，どのような影響を受けるのかを分析した．（３）点検戦略の評価：推定した生存確率に基づいて，点検戦略（頻度，間隔）の評価を行った．具体的には，生存確率に従う生存期間シミュレーションを用いて，現在の点検方法および新たな点検戦略について，故障件数，点検回数，補修回数について評価を行い，点検戦略の見直しの可能性について知見を得た．（４）故障時や定期点検時に必要な交換部品の配備計画：故障時に必要な予備品について，利用者損失を考慮した社会的損失を最小化するような備蓄拠点と予備品の配置パターンの最適化問題を定式化した．数値計算を行った結果，空間的な拠点の配置，予備品の配置数だけでなく，時間的な配置が重要となりうることが示唆された．（５）維持管理施策改善のためのスクリーニング手法：現場技術者へのアンケート調査により設備の特性を把握し，設備の種類ごとに適切な維持管理施策を決定するための方法論を提案した．NEXCO関西支社管内の41種類の装置機器について調査を実施し，個々の装置機器に対して，故障時の利用者への影響，故障の予兆の有無を把握することにより，適切な維持管理施策が決定できることを確認した．
複数解をもつ都市・交通均衡モデルの実証分析のための確率論的アプローチ

長江剛志, 水谷大二郎

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Scientific Research (C)

研究機関：Tohoku University

2019年4月1日～ 2022年3月31日

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近年，シェア・モビリティやフード・デリバリーといった新しい移動・輸送サービスや，テレワークや複数拠点居住といった新しい生活・勤務様式の普及により，都市・交通の様相は大きく変化しつつある．本研究では，こうした都市・交通システムの非可逆的・構造的変化を考慮した政策立案・評価を目的として，第1に，複数解の存在を前提として，都市・交通均衡モデルの確率的安定状態を定量的に記述・分析するための枠組を提案した．第2に，安定状態を特徴づける定常分布を具体的に推定するための効率的手法を開発した．
画一的維持管理ルールに基づくインフラマネジメント手法の開発

水谷大二郎

提供機関：Japan Society for the Promotion of Science

制度名：Grants-in-Aid for Scientific Research

研究種目：Grant-in-Aid for Early-Career Scientists

研究機関：Tohoku University

2018年4月1日～ 2020年3月31日

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社会基盤施設の公共性を考えると，管理者はその価値を最大化するようにアセットマネジメントを行ってゆく必要がある．一般的に，社会基盤施設は複数の部材などの要素により複合的に構成されている．本研究では，これらの要素に対する補修行為において，隣接した要素の同時補修を考慮し，ライフサイクル費用の更なる低減を図るための方法論を開発した．具体的には，劣化が進展し必ず補修すべき要素からどの程度離れていてどの程度劣化している要素を同時補修すべきかという問題を考え，補修意思決定の基準を導出するための方法論を提案し，実在の規模の社会基盤施設においても，提案方法論が有用となることを確認した．

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