特集

新たな価値創造をめざすデジタルツインコンピューティング構想実現に向けた取り組み

連成サステナビリティ

システムオブシステムズ

包摂的サステナビリティの実現に向けた連成技術の研究開発
包摂的サステナビリティの実現に向けては，環境と経済，社会の間の相互作用を理解したうえで政策立案，評価をしていく必要があります．NTT 人間情報研究所はこれに対し，計算機上に環境，経済，社会を再現し，それを用いて政策評価を行っていくというアプロー
チを取っています．本稿ではその実現に向けて，複数のシミュレーションモデルを協調させるための連成技術の概要と政策評価のプロトタイピング，および将来の展望について紹介します．

包摂的サステナビリティの実現に向けて

福田

てつや

哲也

まるよし丸吉まさひろ

政博

NTT 人間情報研究所

上に再現するというアプローチはデジ①

タルツインコンピューティング（DTC）構想に沿っています．すなわち，各々NTT 人間情報研究所 NTT デジタルの事象のデジタルツインをシミュレーツインコンピューティング研究センタ

ションに利用可能なかたちであるシは，地球の環境が備える自律性とそのミュレータとして制作し，それらを組一部としての経済・社会システムの自み合わせることで現実の再現を試みて律性とが包摂的に調和することで可能います．例えば，後に例示する自然環となる持続性を「包摂的サステナビリ境下での水循環と人間の農業生産活動ティ」と定義しています ．包摂的サの組合せなどです．

（1）

基本的な連成機能を提供できていること②

計算精度や速度についての解析機能を有していること③

モデルやデータの再利用が可能であること抽出した要件を図 １ にまとめました．この要件について詳述します．
①の実現には，まず複数のシミュレータが独立に持っている内部時刻をステナビリティの実現に向けて，環境これを実施するためにはシミュレー統一的に管理する仕組み（論理時刻）と経済，社会の間の複雑な相互作用をタどうしを適切に結合させていく技術が必要です．また，複数のシミュレー理解したうえで政策の影響評価をしてが必要です．こうした結合技術は連成タの変数間の因果関係に従ってデータいくことをめざしています．しかし，（Co-simulation）と呼ばれています．

交換させる必要があります．そして，現実世界の観察だけですべての相互作

私たちは連成技術にかかわる要求を，このデータ交換が適切な時刻に行われ用を理解するのは困難なことに加え，DTC ホワイトペーパー ，連成に関るように，論理時刻に従いながら各シ現実世界において影響を評価するの（3）するサーベイ論文 と既存の仕様（FMI

ミュレータの進行を管理，制御する必は，実施コスト，影響発生の時間遅れ，や HLA，DCP），および私たち自身要があります．このとき，各シミュレー不可逆性などから困難です．そこで，で想定ユースケースを設定したプロト

タで意図的にランダムな擾乱を起こし私たちは計算機上に環境，経済，社会タイピングをとおして抽出していまている場合を除き，計算結果は再現すを再現し，政策評価ができる仕組みのす．私たちは以下の 3 つの観点から要るようにする必要があります．これら構築に取り組んでいます．

求を抽出することで，最小限のソフトは，各シミュレータがネットワーク的ウェア改修でさまざまなユースケースに分散したばらばらの環境下で動作しに適用可能な連成技術の提供をめざしている場合でも実行可能である必要がています．

あります．最後に，さらなる適用領域連成シミュレーション技術の構築
私たちの環境，経済，社会を計算機

30

ふくだ

2023.2（2）

特集の拡大ため，実システムをシミュレーとができるようになります．データにWorker 型のアーキテクチャを仮定しタとみなして連成可能できると望ましついても利用可能なモデルとの対応付ます．シミュレータと Worker の間のいです．

けを行うことで，初学者を含め利用しデータのやり取りは，シミュレータ側②の計算精度や正確度に関しては，やすいかたちで提供できるようになりで利用可能な形式，例えばファイルやデータ交換に起因する誤差の混入や拡ます．モデルやデータの再利用性につAPI（Application Programming

大を検知して適宜修正可能にしておく

いては，各々レポジトリ，データストInterface）アクセスなどを用いて実必要があります．連成の速度に関してアの形態で提供し，ユーザによる実利

施 し ま す．Master 機 能 部 は 各

は連成対象のシミュレータに大きく左

用例の蓄積によって拡張していくこと

Worker が管理しているシミュレータ

右されますが，利用シーンを踏まえたを理想としています．の時刻を論理時刻上にマッピングする

ボトルネック解析や，サロゲートを含

これらの要求を簡易アーキテクチャことで統一的に管理しており，適切なむ高速化機能を，利用しやすいかたち的にまとめたものが図 １ です．①，②，時刻に適切なシミュレータを実行するで具備しておくべきです．

③の各々が上述のとおり細分化され，ように Worker に実行指示を出しま合計13個の要求としてマッピングされす．実行指示を受け取った Worker はています．

データ交換用の領域（キューなど）か③の実現もプラットフォーム上でのユーザの良い経験に直結します．モデ
ルおよびモデル間の接続モデルをセッ

現在は主に①の基本的な連成機能をら自分宛のデータを受信し，適宜変換トで再利用可能とすることで，別の連具備するソフトウェアを構築し，実験したうえで，適切な時刻のシミュレー成実験でも容易に利用可能となり，そに用いています．実装方法は一通りでタの状態変数を書き換えながら，指示の部分の連成を構築する時間が短縮ではありませんが，例えば，次に述べるされた期間分シミュレーションを実行きます．さらにそれをリファレンスとような方法で実現することができまします．必要に応じてシミュレーショしてカスタマイズの手掛かりとするこす． 図 １ に 示 し た よ う に Master-ンの実行タイムステップは再分割され

図1

連成プラットフォーム技術の要求概要
図１ 連成プラットフォーム技術の要求概要

図はそのまま掲載可能です

2023.2

31

特集

新たな価値創造をめざすデジタルツインコンピューティング構想実現に向けた取り組み

たうえで代入や実行処理が行われま間積分し，それをさらに １ 年間分時間は本稿のスコープ外としますが，連成す． シ ミ ュ レ ー シ ョ ン の 実 行 後，積分しました．こうすることで，グリッさせたことで初めて明らかになった問

Worker はシミュレータから，他のシド単位で出力されていた短期間の情報

題であり，現在解決方法を検討していミュレータの渡す結果を受け取り，加を，ポリゴン単位で定義されている長ます．

工し，データ交換用の領域に送信しま

期間の情報に対して代入することが可す．こうした処理を連成シミュレー

能になりました．

続いて，私たちの連成システム上で政策評価のプロトタイピングを行った

これらの手順を経て，ILS 側で詳細結果を示します．ここでは環境政策とに計算された地表水の量を GCAM のして水の消費価格を変動させた際の全利用可能水量に代入することで，リア球的な「水ストレス」の変化を観察しリスティックな水量下における社会経ました．水ストレスとは水の利用が環済モデルの挙動を観察できるようにな境に与える負荷を評価するための指標

私たちは現在，気候変動下におけるりました．結果の一例として，2020〜です．本実験では利用可能水量に対す水循環と食糧生産の間の関係性をリア2040年の日本における米の年間生産量

る水の需要量（消費量）によって評価

リスティックに評価する PoC（Proofを図 2 に示します．連成をしていない

しています．

of Concept）の構築に取り組んでい場合（青）とした場合（橙）で異なる水の消費価格を低く設定した場合とます．水循環については，陸のどこに結果が得られており，連成における高く設定した場合で水ストレスを比較どれくらいの水が存在するのかを計算

データ交換が実施されたことが観察でしたのが図 3 です．今回は簡単な比較

す る た め に Integrated Land

きます．生産量の値は当然一致しないのため，全世界で共通の価格を設定し（4）Simulator（ILS） を用いています．

ものの，近い値の範囲に収まっており，ています．部分的な例外を除くと，水食糧生産を計算するためには，経済・シミュレータの計算処理も適切に行わの価格が高い図 ３（b）の水ストレスの社会的な水利用を詳細に表現しているれているといえます．ただし，さらにほうが，水の価格が低い図 3（a）に比統合評価モデルの一種である Global

計算対象期間を伸ばしていくことで，べて全体的に低くなる傾向が観察されChange Analysis Model

一部計算結果に課題があることがみえました．

（GCAM） を用いています．このよてきています．それは経済社会シミュ

この結果から，単純に水ストレスとうに詳細な環境シミュレータと社会経レータが伝統的に特定の環境シミュいう指標だけを取り上げた場合には，済シミュレータをオンライン連成させレータの計算結果を所与のものとし水消費価格の設定が環境負荷を低減するのは新しい試みです．て，それを前提条件に計算しているこる有効な政策だと分かりました．一方とに起因しています．解決方法の確立

で水消費価格の上昇が，農作物やエネション全体の終了時刻に至るまで繰り返します．

環境 ・ 経済 ・ 社会の連成と政策評
価のプロトタイピング（5）

ILS では緯度 / 経度座標で0.5°単位の情報を １ 時間タイムステップで計算しており，計算結果は １ 日単位のもので集約されて出力されます．一方でGCAM は水資源利用の地域は（一部の例外を除いて）大規模な河川流域ごとのポリゴン情報として定義されており（例えば日本は １ つの流域， １ つのポリゴンで表現），タイムステップも１ 年が最小単位です．まずはこれらの時空間的な解像度のギャップを埋めなければなりません．そこで私たちはILS から出力される日単位の平均流出量（≒利用可能水量）を流域単位で空322023.2

図2

図2 連成有無による結果の比較（2020～2040年における日本の米の年間生産量）連成有無による結果の比較（2020～2040年における日本の米の年間生産量）

図はそのまま掲載可能です

特集

要件を再検討し，適切にソフトウェアとしてデザインしていきます．こちらも将来的には公開できるかたちでまとめていきたいと考えています．
■参考文献(a) 水消費価格が小さい場合の水ストレス（1） 丸吉 ・ 六藤 ・ 徳永：“ 環境と経済社会の循環を可視化する連成シミュレーション技術，” NTT
技 術 ジ ャ ー ナ ル，Vol.34，No.1，pp.43-46，2022．
（2） https://www.rd.ntt/dtc/DTC_Whitepaper_
jp_2_0_0.pdf（3） C. Gomes, C. Thule, D. Broman, P. G. Larsen,
and H. Vangheluwe：“Co-simulation: asurvey，” ACM CSUR, Vol.51，No.3, pp.133，May 2018.
（4） T. Nitta, T. Arakawa, M. Hatono, A.
Takeshima, and K. Yoshimura：“Developmentof integrated land simulator，” Progress inEarth and Planetary Science, Vol.7，No.1,pp.1-14，Nov. 2020.
（5） M. Wise, K. Calvin, P. Kyle, P. Luckow, and J.
A. E. Edmonds,：“Economic and physicalmodeling of land use in GCAM 3.0 and an
application to agricultural productivity, land,and terrestrial carbon，” Climate Change
Economics, Vol.5，No.02, 1450003，2014.

(b) 水消費価格が大きい場合の水ストレス

図3

政策評価のプロトタイピング（水消費格設定による水ストレスの変化）
図3 政策評価のプロトタイピング（水消費価格設定による水ストレスの変化）

ルギーなどの生産量や価格に与える影でローカルかつミクロな環境社会連成

響はこの図からは読み取ることができを実施した実績も存在します．洪水発ないため，別途評価が必要になりま生時の避難誘導を計算したもので，河す．今後，将来課題として，水ストレ

川 ，氾濫原，避難民エージェントのス以外の指標をＷ ell-being 等の側面

3 つのシミュレータを連成させることも考慮に入れながら選択し，それを用で実現しました．

いた政策の妥当性評価を実施していきます．

まとめと今後の展望図はそのまま掲
載可能です

連成技術の速度面の要求で述べたサロゲートによる高速化は気候分野でも注目されており，業界の需要ともマッチすることから現在注力しています．

本稿で紹介した環境，経済，社会連ユーザフレンドリーな連成のために満成 PoC では，環境が社会経済に影響たすべき要求はほかにもあります．引

を与える片方向連成を実現しました．

き続き実利用シーンと照らし合わせな

現在社会経済から環境側への連成も試がらデザインし将来的に連成プラットみており，近日中に双方向連成も実現フォームとして公開をめざしていま予定です．紹介した環境，経済，社会す．また，経済社会シミュレータ側で連成はグローバルかつマクロなスコー明らかになった課題に対処するため，プが対象でしたが，私たちの連成技術

今後は私たちの目的に沿って理想的な（左から）福田  哲也 / 丸吉  政博
地球環境と人間社会の包摂的サステナ
ビリティの実現に向けては，地球科学や経済学だけでなく，政治学や土木，計測工学といった幅広い領域の専門家の方との協力が必要となります．ぜひ社内外の皆様と議論しながら取り組みを進めていきたいと思っています．

◆問い合わせ先NTT 人間情報研究所
NTTデジタルツインコンピューティング研究センタ
E-maildtc-office2023.2

ntt.com33