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論文

Image reconstruction of radioactive contamination due to the Fukushima-Daiichi Nuclear Power Station Accident using a compact Compton camera

佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 鳥居 建男

Reactor Dosimetry; 16th International Symposium on Reactor Dosimetry (ISRD-16) (ASTM STP 1608), p.428 - 436, 2018/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100

We developed a lightweight compact Compton camera to measure the distribution of radioactive contamination inside the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station. We conducted performance evaluation tests in the coastal area of Fukushima, Japan, using the camera, which employs a cerium (Ce)-doped GAGG (Gd$$_{3}$$Al$$_{2}$$Ga$$_{3}$$O$$_{12}$$) scintillator coupled with a multipixel photon counter. The camera can clearly visualize spreading of radioactivity along the ground surface. In addition, we performed three-dimensional image reconstruction of the distribution of radioactive contamination using the multi-angle data obtained with the Compton camera. We succeeded in obtaining a three-dimensional image of radioactive contamination in the outdoor area.

論文

Remote radiation imaging system using a compact $$gamma$$-ray imager mounted on a multicopter drone

佐藤 優樹; 小澤 慎吾*; 寺阪 祐太; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 宮村 浩子; 和泉 良*; 鈴木 敏和*; 鳥居 建男

Journal of Nuclear Science and Technology, 55(1), p.90 - 96, 2018/01

 被引用回数:12 パーセンタイル:4.18(Nuclear Science & Technology)

A remote radiation imaging system comprising a lightweight Compton camera and a multicopter drone was developed to remotely and quickly measure radioactive contamination inside the buildings of the Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS). The drone system is used for measuring detailed radiation distributions in narrow areas, which have been difficult to gauge with conventional aircraft monitoring using helicopters. A measurement of radiation distributions in outdoor environments in the coastal areas of Fukushima, Japan, was performed. The drone system with the Compton camera succeeded in remote observations of dense hotspots from the sky over a contaminated area near the FDNPS. The time required for image reconstruction is approximately 550 s in the case of a 9-m flight altitude for the hotspots with a surface dose rate of several tens of $$mu$$Sv/h. This drone system will be used inside the buildings of the FDNPS for remote measurement of radioactive contamination.

論文

Development of compact Compton camera for 3D image reconstruction of radioactive contamination

佐藤 優樹; 寺阪 祐太; 小澤 慎吾*; 宮村 浩子; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 川端 邦明; 鳥居 建男

Journal of Instrumentation (Internet), 12(11), p.C11007_1 - C11007_8, 2017/11

 被引用回数:7 パーセンタイル:42.03(Instruments & Instrumentation)

The Fukushima Daiichi Nuclear Power Station (FDNPS), operated by Tokyo Electric Power Company Holdings, Inc., went into meltdown after the large tsunami caused by the Great East Japan Earthquake of March 11, 2011. Very large amounts of radionuclides were released from the damaged plant. Radiation distribution measurements inside the building of FDNPS are indispensable to execute the decommission tasks in the reactor buildings. We have developed a light-weight compact Compton camera to three-dimensionally measure the distribution of radioactive contamination inside FDNPS. The total weight of the Compton camera is lower than 1.0 kg. The $$gamma$$-ray sensor of the Compton camera employs the Ce-doped GAGG scintillators coupled with a multi-pixel photon counter (MPPC: Hamamatsu Photonics K.K.,). We performed the 3D image reconstruction of the $$^{137}$$Cs-radioactive sources as shown in Fig. 1; the 3D radiation image is reconstructed using the multi-angle data measured with the Compton camera. Here, we introduce the development status of the 3D radiation imaging system consisting of the Compton camera. Moreover, we present the results of a performance evaluation test for 3D image reconstruction of radioactive contaminations in details.

論文

Radiation imaging system using a compact $$gamma$$-ray imager mounted on a remotely operated machine

佐藤 優樹; 川端 邦明; 小澤 慎吾*; 和泉 良*; 冠城 雅晃; 谷藤 祐太; 寺阪 祐太; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 敏和*; et al.

IFAC-PapersOnLine, 50(1), p.1062 - 1066, 2017/07

 被引用回数:2 パーセンタイル:100

The development of remote and quick radiation imaging methods in the high dose-rate environment is requested to accelerate implementation of decommissioning of the Fukushima Dai-ichi Nuclear Power Plant (FDNPP). We developed the remote radiation imaging system consisting of a Compton camera and a multicopter drone to remotely measure the radioactive contamination on the several radioactive fields in the environment and inside the building of nuclear facilities such as the FDNPP. The drone system succeeded in the observation of several hotspots from the sky at the outdoor environments in coastal areas of Fukushima, Japan. In addition, we are now developing the SLAM technology for remotely operated machines such as the drone to complete the remote radiation imaging system, which can autonomous flight.

論文

Algebraic design of multi-dimensional transfer function using transfer function synthesizer

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

Journal of Visualization, 20(1), p.151 - 162, 2017/02

 被引用回数:2 パーセンタイル:76.65(Computer Science, Interdisciplinary Applications)

本論文では多変量向けボリュームレンダリングのための新しい伝達関数設計手法を提案する。従来的な手法ではGUIベースの伝達関数設計を行っていたために扱えるデータは2変量に限られていた。より高次元の伝達関数設計を対話的かつ直感的に行うために、Transfer Function Synthesizer (TFS)を開発した。TFSでは従来的なGUIや代数式で指定した1次元伝達関数を論理演算によって合成することで多次元伝達関数を生成する。TFSは多変量向けボリュームレンダリングを可能にするだけでなく、サーフェス可視化や画像合成をもボリュームレンダリングの枠組みで可能にする手法である。TFSは遠隔可視化システムPBVRに実装され原子力分野で計算された様々なデータに適用されている。

論文

Inferring partial orders of nodes for hierarchical network layout

Wu, H.-Y.*; 高橋 成雄*; 宮村 浩子; 大坐畠 智*; 中尾 彰宏*

Electronic Imaging, 2017(1), p.118 - 130, 2017/01

複雑なネットワークデータから階層構造を抜き出すのは、例えばネットワークトラフィックや分散の解析に有用である。本論文では山なりのパスに従ってノードを配置するようにノードの半順序関係を推定する手法を提案する。提案手法の有効性を検証するために、コース依存状態チャート、鉄道ネットワーク、およびピアツーピア(P2P)ネットワークに適用した例を示す。

論文

Inferring partial orders of nodes for hierarchical network layout

Wu, H.-Y.*; 高橋 成雄*; 宮村 浩子; 大坐畠 智*; 中尾 彰宏*

Journal of Imaging Science and Technology, 60(6), p.060407_1 - 060407_13, 2016/11

 被引用回数:0 パーセンタイル:100(Imaging Science & Photographic Technology)

ネットワークから階層構造を抽出することにより効果的にネットワークを可視化することができる。これは、交通網や分散ネットワークのような複雑なノード間接続が含まれる場合に特に効果的である。本論文では、入力データとして与えられる流路に沿った階層構造の最適化によってノード間半順序関係を推定するアルゴリズムを提案する。また、経路依存グラフ、鉄道経路グラフ、P2Pネットワークを含むいくつかのネットワーク事例を用いて提案手法の有効性を評価する。

論文

環境モニタリングデータの詳細度制御

宮村 浩子; 武宮 博; Wu, H.-Y.*; 高橋 成雄*

可視化情報学会誌, 36(143), p.152 - 156, 2016/10

福島第一原子力発電所の事故を受け、空間線量率に関する継続的な調査が実施されている。調査によって得られたモニタリングデータは、データベースに蓄えられて、広く公開されている。近年、空間線量率を空間・時間方向に詳細に計測することが可能になり、計測によって得られるデータは大規模化している。大規模データを可視化し解析するためには、表示するデータの数を削減し簡略化する必要が生じる。しかし、不用意にデータを削減すると、分布に関する重要な情報を見逃してしまうおそれがある。そこで我々は重要な特徴を保持しつつデータ数を削減し、可視化対象を簡略化する詳細度制御法を考案した。本手法では、微分トポロジー特徴解析によって分布の局所的特徴と大局的特徴を同時に抽出する。そして抽出した特徴を考慮した稜線縮退操作によって簡略化モデルを生成する。

論文

原子力プラントの地震応答解析と可視化

中島 憲宏; 西田 明美; 宮村 浩子; 飯垣 和彦; 沢 和弘

可視化情報学会誌(USB Flash Drive), 36(Suppl.2), 4 Pages, 2016/10

組立構造を意識した有限要素解析により、原子力プラント全体での俯瞰的な耐震裕度評価と各部ごとの詳細な評価技術を実現する手段として、FIESTA(Finite element analysis for structure of assembly)と呼ぶコードを開発するとともに、組立構造解析技術の研究を進めている。本報では、観測値と計算解の照合を具体事例で例証した結果の可視化技術について報告する。地震波としては、震源地でマグニチュード5以上の7波を使い、「京」コンピュータにより地震応答解析を実施した。結合部を有する複雑構造物である原子力プラントの振動解析/耐震性評価過程を、Visual Analytics手法により実施した内容について報告する。これにより「組立構造解析」で耐震性評価に不可欠な計算結果の「確かさ」を向上する方法論をVisual Analytics手法により提案できた。

論文

「京」利用による次世代耐震シミュレーションの例証

中島 憲宏; 鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 西田 明美; 川上 義明; Guo, Z.; 富山 栄治*

計算工学, 20(4), p.3338 - 3340, 2015/12

HPCI戦略プロジェクトの分野4ものづくりにおける課題5「原子力施設等の大型プラントの次世代耐震シミュレーションに関する研究開発」の研究開発内容について解説した。例証は高温工学試験研究炉を対象としている。FIESTA(Finite Element Analysis for Structure of Assembly)を京上に実装し、その並列化効率や実装効率を報告した。また、大規模可視化技術による可視化事例も報告した。

論文

設計案の分析過程におけるデータ分析

中島 憲宏; 宮村 浩子; 川上 義明; 河村 拓馬

可視化情報学会誌, 35(Suppl.1), p.233 - 238, 2015/07

機械構造物の想定される損傷の誘因定義し、これによる想定現現象を仮定し、損傷可能性箇所を分析する作業は、設計過程において重要である。本論では、地震による要因を例にとり、これにより想定されうる現象をシミュレーションし、その結果を数理的に分析することで損傷可能性箇所の情報可視化する技術を試作した。一般機械部品を例にとり、設計者が損傷可能性箇所を設計者の感性により理解するための手段として例証した。

論文

粒子ベースボリュームレンダリングによる大規模データの可視化技術

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 今村 俊幸*; 武宮 博

システム制御情報学会論文誌, 28(5), p.221 - 227, 2015/05

スーパーコンピュータ上の大規模データをボリュームレンダリングで可視化することは、複雑なデータを解析し知見を得るために重要であるが、従来のクライアント/サーバ可視化システムでは可視化処理速度やデータ転送量の点問題があった。粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システムは、ボリュームデータをサイズの小さい可視化用粒子データに変換することで、対話的な可視化が可能なシステムである。粒子データの生成に、京やBX900等のスーパーコンピュータを利用することで、一億要素のデータを数秒で処理し、約1000並列までのストロングスケーリングを示した。

論文

Remote visualization system based on particle based volume rendering

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博; 坂本 尚久*; 小山田 耕二*

Visualization and Data Analysis 2015 (Proceedings of SPIE Vol.9397) (Internet), p.93970S_1 - 93970S_8, 2015/02

 被引用回数:3 パーセンタイル:11.16

この論文は遠隔地にあるスーパーコンピュータ上の大規模データに対する対話的な可視化を目的とした、粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)に基づく遠隔可視化システムについて提案するものである。遠隔PBVRシステムはレンダリングに必要な粒子データを生成するサーバとボリュームレンダリングを実行するクライアントから構成され、粒子データのサイズは画像解像度により計算されるものであり元のボリュームデータよりも十分に小さくなるという特徴がある。そのためネットワークの帯域幅に従って高フレームレートを得るための柔軟な画像詳細度制御が可能である。サーバはハイブリッドなプログラミングモデルにより様々なプラットフォームの高並列環境下で最適化可能である。この手法によりサーバ上のマッピング処理速度はCPU単体と比較して二桁高速化され、約一億格子のデータを数秒で処理可能である。提案手法を商用の可視化ツールと比較し、全体性能が激的に高速化されたことを確認した。

論文

Multivariate volume rendering using transfer function synthesizer implemented in remote visualization system PBVR

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

Proceedings of SIGGRAPH Asia 2015 (SA 2015) (Internet), 4 Pages, 2015/00

本論文では多変量ボリュームレンダリング向けの新しい伝達関数設計手法を提案する。この手法は従来の1次元伝達関数や変量の論理演算によって多次元伝達関数を生成するものである。この手法は解析者が変量の相関を抽出したり、多変量に対するサーフェスやボリュームの統合表示をしたりできるようにする。そしてこの手法は幾つかのスーパコンピュータ上で最適化されている遠隔可視化システムPBVRに実装されている。原子力分野における燃料溶融の多層シミュレーションから得られたデータに対して実験を行い、溶融物の複雑な挙動を抽出することで有効性を示した。

論文

4次元データにおける特徴領域探索のための2次元可視化

宮村 浩子; 河村 拓馬; 鈴木 喜雄; 井戸村 泰宏; 武宮 博

情報処理学会論文誌, 55(9), p.2216 - 2224, 2014/09

数値シミュレーションでは、ある変量軸を設定して計算し、その変量の変化に応じて結果が変化する様子を観察することが行なわれる。対象となるモデルが3次元である場合、シミュレーション結果は4次元となる。このような4次元以上の多次元データの解析は、空間軸と変量軸で構成された多次元空間内を精査して特徴領域を特定する必要がある。しかし、多次元かつ大規模な対象データから特徴領域を探し出す作業は、膨大な手間と時間を要する。さらにすべての特徴領域を見逃しなく発見することは困難である。本研究では、4次元データから特徴領域を発見するために、動画像解析技術である時空間画像を応用した2次元可視化手法を提案する。具体的には、8分木構造を用いて空間軸を作成し、その軸と垂直に変量軸を作成することで4次元データを2次元画像として可視化する。実際に提案手法を原子力施設の耐震シミュレーション結果と固有値解析シミュレーション結果に適用し、応力値が相対的に高い領域の発見や、周波数ごとに影響を受ける領域の探索を実施した。その結果、提案手法を用いることで複雑かつ大規模な4次元データから特徴領域を効率的に発見できることを確認した。

論文

粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システム

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

日本シミュレーション学会論文誌, 6(2), p.15 - 26, 2014/09

遠隔地にあるスーパーコンピュータシステム上で計算された大規模データに対して対話的な可視化を可能にする、粒子ベースボリュームレンダリング(PBVR)を利用した遠隔可視化システムを提案する。このシステムはクライアント・サーバ型のスタイルを採用し、PBVRに必要とされる可視化用の中間処理(粒子データの生成)をスーパーコンピュータ上で実行し、クライアントマシンに可視化用データを転送することで、対話的なボリュームレンダリングを行うことが可能である。PBVRは粒子数が描画する画素数によって決まるため、大規模ボリュームデータに対してデータ転送量を大幅に削減でき、粒子データを利用することで高いフレームレートが実現できる。このシステムではサーバマシンとしてGPGPUクラスタを使用し、MPIとCUDAのハイブリッドなプログラミングモデルを用いる。粒子データの生成処理はCPUによる手法と比較して2桁高速化され、要素数約108の構造格子と非構造格子を数秒で処理できる。システムの全体性能を商用の可視化ソフトウェアと比較し、2桁以上の可視化時間の短縮を達成した。

論文

粒子ベースボリュームレンダリングによる大規模データの可視化技術

河村 拓馬; 井戸村 泰宏; 宮村 浩子; 武宮 博

第58回システム制御情報学会研究発表講演会講演論文集(CD-ROM), 6 Pages, 2014/05

スーパーコンピュータ上の大規模データをボリュームレンダリングで可視化することは、複雑なデータを解析し知見を得るために重要であるが、従来のクライアント/サーバ可視化システムでは可視化処理速度やデータ転送量の点問題があった。粒子ベースボリュームレンダリングを利用した遠隔可視化システムは、ボリュームデータをサイズの小さい可視化用粒子データに変換することで、対話的な可視化が可能なシステムである。粒子データの生成に、京やBX900等のスーパーコンピュータを利用することで、一億要素のデータを数秒で処理し、約1000並列までのストロングスケーリングを示した。

論文

AS間接続関係を用いたオーバレイネットワークの可視化

宮村 浩子; Hu, H.-Y.*; 吉田 雅裕*; 大坐畠 智*; 中尾 彰宏*; 高橋 成雄*

信学技報, 112(463), p.577 - 582, 2013/03

オーバーレイネットワークに代表されるスケールフリーなネットワークの可視化手法について報告する。ソーシャルネットワークなどのネットワーク構造の可視化が近年盛んに行われているが、これらに用いられる一般的なネットワーク可視化手法は、頂点に接続する辺の個数分布に大きな偏りのあるスケールフリーなネットワークを可視化する際、ネットワークの接続関係やトラフィックの解析のしやすさという点で効果的とはいえない点がある。そこで本報告では、このネットワーク特有の次数分布とクライアントカスタマ関係に関する特徴を利用した階層構造を用いて、ネットワークを3次元的に描画することで、より利便性のあるデータ解析と可視化を試みる。

論文

原子力施設のための3次元仮想振動台システムの研究開発への取り組み

西田 明美; 鈴木 喜雄; 山田 知典; 木野 千晶; 鵜沢 憲*; 宮村 浩子; 河村 拓馬; 武宮 博; 中島 憲宏

RIST News, (54), p.33 - 37, 2013/01

原子力施設は複雑かつ巨大な構造物であり、多数の部品から成り立っている。このような複雑・巨大構造物の挙動をシミュレーションしようとするときには、解析技術だけではなく、プリポスト処理を含めた総合的なシステムとしての視点が重要となる。そこで、システム計算科学センターでは、構造部品を部品単位で認識し、必要な解析のためのデータを組み上げていく組立構造解析アプローチを提案し、原子力施設のような複雑・巨大構造物の挙動解析のためのフレームワークを試作した。これまでに、原子力機構大洗研究開発センターにある高温工学試験研究炉の建屋や機器のデータを用いた数値実験を行い、原子力施設全体での大規模地震応答シミュレーションが可能であることを実証した。本稿では、3次元仮想振動台システムのフレームワーク、システムの核となる組立構造解析アプローチ、結果評価のための可視化技術、および、3次元仮想振動台システムの適用研究として2011年より着手した地震リスク評価への試みについて述べる。

論文

R&D of validity evaluation system for seismic simulation of entire nuclear plant

鈴木 喜雄; 宮村 浩子; 中島 憲宏

Proceedings of 20th International Conference on Nuclear Engineering and the ASME 2012 Power Conference (ICONE-20 & POWER 2012) (DVD-ROM), 9 Pages, 2012/07

近年、原子力施設全体規模の耐震挙動等、実事象を扱える全容シミュレーションが可能となってきている。シミュレーションは、「偶発的な不確かさ」や「認知的な不確かさ」などさまざまな「不確かさ」を含んでいるため、このようなシミュレーションを用いて現象を正確に把握するには、これらの不確かさの度合いを定量的に導出し、低減する必要がある。このため、不確かさの度合いとして計算確度を導出し、評価するためのシステムを研究開発している。本システムは、現在、(1)局所の不確かさの要因を分析するためのツール、(2)局所の不確かさが全体の不確かさへ及ぼす影響を分析するためのツール、(3)計算確度を導出するためのツール、の3つのツールから構成されている。本論文では、特に、(1)に含まれる、シミュレーション結果から特徴的な分布を持つ領域を自動的に抽出し誤差評価結果と合わせて表示する機能について詳細に述べる。また、(1)の機能を、われわれが実施している原子力施設全体規模の耐震シミュレーションに適用し、ピーク応力の分布を抽出した結果を示す。

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