ヒト・モノのモビリティの数理モデルと産業応⽤
藤澤 克樹
九州大学 マス・フォア・インダストリ研究所 (IMI)
産業技術総合研究所 人工知能研究センター (AIRC)
東京工業大学 学術国際情報センター
統計数理研究所 統計的機械学習研究センター
2017年8月30日
SS研HPCフォーラム

ラーメン屋近道JST CREST 研究成果(最終評価A+)：グラフ探索と産業応用
超大規模ネットワーク（数兆頂点）に対する解析
アルゴリズムの高速実装

世界最高性能の並列最適化ソルバの開発

Graph500 ベンチマーク
５期連続（通算６期）
世界第1位

計算量とデータ移動量の正確な推定による性能最適化
及び省電力計算

H29 文部科学大臣表彰
科学技術賞（研究部門）
藤澤克樹

多階層型データ解析・最適化
システムの開発と評価

都市OS最適化エンジン開発と企業連携IoT 時代のビッグデータ,オープンデータの長期・中期・短期スパンでの分析と最適化

RIKEN Advanced Institute for Computational
Science (AICS)’s K computeris ranked

No.1
on the Graph500 Ranking of Supercomputers with
38621.4 GE/s on Scale 40
on the 12th Graph500 list published at the International
Supercomputing Conference, June 19, 2016.
Congratulations from the Graph500 Executive Committee

CPS(Cyber Physical System)とビッグデータ活⽤による都市 OS の開発
実世界

実世界
実世界へ反映、制御

サイバー空間最適化計算、シミュレーション

実世界のデータ化
地理情報、設備情報

ソーシャルシステム
ITS、管制、EMS

街中センシング

行政情報、ソーシャル情報

ウェアラブルデバイス
パーソナルデバイス

交通センシング

スマホ、PC
ナビゲーショ
ン

水素インフラセンシング

FCV/EV

オフィスビル

航空管制

デジタルサイネージ
空港

産地

農業
住宅

病院

医療

農業用水路

マンション

ＳＡ/ＰＡ

商業複合ビル

ＥＶ
橋

駅

河川

監視カメラ
浄水場

コンビニ

車道

商店街

ゴミ処理場

入退館ゲート

ＥＳＣ
トンネル
歩道
市街地道路

高速道路

堤防

倉庫

現実世界

再現世界

モデリング

補完・ノイズ除去
現実に基づくパラメータAlgorithm
Computation

数理的解析
フィードバック

最適化
シミュレーション

機械学習

Big Data
理想世界

最適化されたパラメータ

最適解の実証多階層型データ解析システム
意思決定までの時間と問題の難易度(計算量とデータ量)にあわせた解析手法
実世界
実世界のデータ化

マクロ解析層サイバー空間最適化計算、シミュレーション

実世界
実世界へ反映、制御

u長期スパンでの解析（四半期、年単位など）
u複雑な計算をあらかじめ行い、計画、設計に反映
u計算量が大きい中位
解析層

u中期スパンでの解析（日、週単位など）
uイベント、変化への対応など、計画、設計を中期的に修正
ミクロ
解析層

u短期スパンでの解析（リアルタイム）
u常に現在の状況から計算を行い、有事に即対応
u計算量が小さい

物流配送センターに対する適用計画
実世界
実世界のデータ化
動線データとマクロ解析層
グラフデータ化

サイバー空間最適化計算、シミュレーション
ボトルネック解析
最適化計算

実世界
実世界へ反映、制御
建物や動線の設計

⻑期ディープ計算中位解析層

グラフデータと静的データ活⽤

最適化計算
グラフ解析

動線分析によるトラック＆カートフローの決定

中期
オンデマンド計算
20

ミクロ解析層短期センシングなどの動的データ活⽤
データセンシング

ネットワーク
フロー計算＆機械学習㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 Rev Socionetwork Strat (2012) 6:15-28

混雑度予測
異常検知と危険度判定

Figure 3. The universally quickest flow (a) and one of the quickest flows (b) on the dynamic
network in Figure 1 (a) in which ܾሺ‫ݒ‬ଵ ሻ ൌ ͵, ܾሺ‫ݒ‬ଶ ሻ ൌ ʹ and ܾሺ‫ݒ‬ଷ ሻ ൌ ʹ. Solid lines represent a
flow, and a number attached to each node represents the amount of supply that passes that node(for a sink node it represents the amount of supply that reaches it).

リアルタイム計算

商用店舗に対する適用計画
実世界
実世界のデータ化
動線データとマクロ解析層
グラフデータ化

サイバー空間最適化計算、シミュレーション
ボトルネック解析
最適化計算

実世界
実世界へ反映、制御
建物や動線の設計

⻑期ディープ計算
中位解析層

グラフデータと静的データ活⽤

最適化計算
機械学習

棚や商品の配置
商品や場所等の価値判定

中期
オンデマンド計算
20

ミクロ解析層短期センシングなどの動的データ活⽤
データセンシング

ネットワークフロー計算㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 㻌 Rev Socionetwork Strat (2012) 6:15-28

混雑度予測
リアルタイム避難誘導

Figure 3. The universally quickest flow (a) and one of the quickest flows (b) on the dynamic
network in Figure 1 (a) in which ܾሺ‫ݒ‬ଵ ሻ ൌ ͵, ܾሺ‫ݒ‬ଶ ሻ ൌ ʹ and ܾሺ‫ݒ‬ଷ ሻ ൌ ʹ. Solid lines represent aflow, and a number attached to each node represents the amount of supply that passes that node(for a sink node it represents the amount of supply that reaches it).

リアルタイム計算

都市OS構想 (今後の推進計画)
他の研究プロジェクトと連携 & 都市OSアプリケーションサービスの開発推進
都市OSの機能Ø 新しい都市サービスの共通基盤の提供
Ø 都市間でのデータやサービス共有の仕組みØ 都市規模に応じたスケーラビリティの担保
Ø 災害時などの緊急時サービスの他都市での代替
Ø 新しいサービス・アプリ
ケーションのための抽象化

シミュレーションによる解析結果を用いた未来サービス

共通基盤データを活用したサービス

l リアルタイム l 群衆心理を考慮し l イベントなどの混雑予測とた避難誘導
ピーク需要に移動
迂回路誘導 l 災害状況に即した 式水素ステーショ
ライフライン確保 ン活用

アプリケーション・サービス

共通データを様々な市民サービスへ展開
新規民間サービス支援のしくみ

エネルギー可視化システム
最適なHEMSと制度
スマート＆マルチモーダル交通

市民苦情
対応

イベント
警備計画

交通情報

渋滞のない
交通管制

円滑な災害
避難の計画

多局面での電気需要対応

多階層型データ解析・最適化システム
自動で最適化、制御
ボトルネック検出
リアルタイムシミュレーション

都市OSの展開

複数の都市への展開
複数の都市でデータ共有

セキュリティ

データの格納提供される
都市OS

いろいろな情報を共通データ基盤に吸い上げ、必要に応じて取り出し
都市OSコアソフトウェア

情報伝達

行政情報

ヒト情報

天気・災害情報

交通情報

エネルギー情報

データ格納リポジトリ

データ

オープンデータ
センサーネットワーク
経済的・快適な燃料電池車

大面積・高精細
有機EL

経済的・エコな燃料電池
オープンデータ今後の研究計画：グラフ探索＆数理最適化と産業応用
1. 最先端理論(Algorithm Theory) + ⼤規模実データ(Big Data) + 最新計算技術(Computation)による超⼤規模問題の解決 ⇒ 個別技術ではなくアプリケーション提案
2. サイバーフィジカルシステムにおける都市OS最適化エンジンと産業応⽤• Society5.0 などが⽬指す超スマート社会に向けて，道路や電力網などのインフラを含めた都市計画への活用から、ヒト・モノの動きの解析まで多岐にわたる課題を解決• ヒト, モノ, エネルギー, 情報の移動性 (モビリティ)に関する最適化やシミュレーション• Graph500 ベンチマーク ４期連続世界第1位を達成したグラフ解析技術の活用
3. ビッグデータ解析、数理最適化、AI(⼈⼯知能)、HPC(⾼性能計算)及びサイバーセキュリティなどの最新技術の組合せや融合による社会実装(学術機関及び⺠間企業との連携) ⇒Post K(理研) + 九⼤ Ito(次期) + 東⼯⼤TSUBAME 3＋産総研 ABCI の活⽤

社会システムの事前解析、デザイン及び問題解決
交通、災害復興、避難、ロジスティックス、都市計画
超大規模センサー• 観測データ• スマートグリッド• 交通・輸送• SNS (Twitter)

エネルギー、省電力

物理、化学、生物などの科学
医学、バイオ

経済、経営、金融

ビッグデータ解析、数理最適化、AI(人工知能)、HPC(高性能計算)及びサイバーセキュリティ
次世代スーパーコンピュータ(2017年以降)