道路利用者の安全性と快適性を考慮したアスファルト舗装のポットホールメンテナンスにおける優先順位付けと措置方法の改善

北見工業大学博士(工学)Among the asphalt pavement distresses, a pothole is one of the potential risks reducing traffic safety and comfort of road users. It leads to traffic accidents while the overall pavement condition is acceptable according to the maintenance threshold. From a road asset management viewpoint, potholes should be prioritized and maintained by the dimensions corresponding to the degree of impact on the safety and comfort of road users. In this context, treatment methods for pothole maintenance should also be carefully considered to avoid repeated failure,especially after rainy seasons. In light of this background, this study aims to improve the prioritization and treatment method for pothole maintenance in terms of the safety and comfort of road users as well as the durability of pavements repaired with patching in rainy areas such as Ethiopia. This study consists of the following three phases. The first phase evaluates the safety and comfort of traveling over potholes with various dimensions as well as the International Roughness Index (IRI) by conducting experiments using the Kitami Institute of Technology Driving Simulator (KITDS). In the experiment, this study introduces a novel approach to the safety measure, which is perception reaction time based on the theory of cognitive psychology. The comfort issue against the pothole is assessed with a questionnaire survey to the participants as well. The result shows that potholes with a width of 500 mm with a depth greater than 50 mm and 750 mm with a depth greater than 25 mm should be prioritized and maintained to secure the safety and comfort of road users even though the roughness in terms of the IRIs are in good condition. The second phase proposes a new treatment method for potholes by raising the patches above the existing asphalt surface. A critical issue leading to patching failure is that patches settle after construction due to traffic loading, which is then accumulating rainwater. Accordingly, this study introduces the raised patch concept. Possible raising heights are tested in terms of vehicle safety and comfort by a driving experiment using KITDS in the same manner as the first phase. As a result, raised patches of 15 mm in height for widths of 200 and 500 mm and 10 mm in height for a width of 750mm can be acceptable for safety and comfort while increasing the durability of patching treatments. Applying the maintenance threshold in terms of the IRI established by the Addis Ababa City Roads Authority (AACRA), which is 4 mm/m for roads in good condition, up to eight potholes with widths less than 750 mm can be treated by the raised patch concept. This concept also enables other countries to decide the number of potholes to be patched by considering the IRI threshold. The third phase examines the practical applications of raised patches with different types of mixtures in terms of durability by the Immersion Wheel Tracking Test (IWTT). First, wheel-tracking specimens are prepared from straight hot mix asphalt. Then, a hole is created at the center of each specimen. After that, the hole is patched using a straight and modified hot mix asphalt as well as a cold mix. Finally, the patched specimens are tested by the IWTT to confirm the durability of the patching treatment in terms of the settlement caused by traffic loading. The result clearly shows that the raised patches, even with straight hot mix asphalt, are more durable than conventional patching treatments by maintaining the patch over the existing surface. However, straight hot mix asphalt indicates poor patching performance in moisture conditions, such as during the rainy season. In contrast, modified hot mix asphalt, by which the modifier is resistant to the stripping effect of water, exhibits durability against moisture conditions. This study also recommends that a water-activated cold mix is used for emergency repair because it permits compaction with water and requires no heating. Potholes cause discomfort and traffic accidents for traveling vehicles, leading to an increase in road user costs. This study contributes to the improvement of road asset management with special attention not only to the implementation of effective pothole maintenance but also to the safety and comfort of road users. In particular, realizing the pothole maintenance by the proposed methods and criteria in this study can secure safe and comfortable traffic and result in revitalizing the economy in developing countries.doctoral thesi

資源循環型農業に向けた家畜排せつ物の高度利用 牛尿由来の液体肥料がシロイヌナズナとシアノバクテリアに与える影響に関する基礎研究

北見工業大学博士(工学)doctoral thesi

農業におけるコスト制約を伴う複数圃場向け統合管理

農業における利益最大化に関して，従来から数多く検討されている．その中に，農業利益をコスト制約下で最大化するために，輪作（栽培作物の選択）と栽培管理（栽培行動の選択）を1 つの統合管理問題として解く従来研究がある．しかし，従来研究は1 圃場（畑）を対象とした統合管理問題である．本研究では，コスト制約を伴う複数圃場向け統合管理問 題を検討し，複数圃場向けのコスト制約を考慮した新しい統合管理方法を提案する．コスト制約を伴う統合管理問題はマルコフ決定過程を用いてモデル化される．提案方法は動的計画法を用いて，コスト制約下で複数圃場の期待利益を最大化する．数値計算例では，コスト制約下で複数圃場の適応的な作物選択例と栽培行動選択例が確認された．本研究は基礎研究であり，今後の拡張研究が必要である．例えば，より現実的な問題設定として，作物価格の変動を考慮したコスト制約を伴う複数圃場向け統合管理問題が興味深い．journal articl

キバナオウギ葉抽出物の生理機能に関する研究

北見工業大学博士(工学)doctoral thesi

補強材を活用した補強土壁の新たな管理手法に関する研究

北見工業大学博士(工学)doctoral thesi

Annual Report of Open Facility Center Kitami Institute of Technology Vol.23

◆巻頭言…センター長吉田裕 ◆研究紹介 「ガスクロマトグラフ質量分析(GC-MS)による植物精油の定性による植物精油の定性」 地球環境工学科小針良仁…1 ◆研究成果一覧…6 ◆主要設置機器…39 ◆活動報告…40 ◆編集後記…42othe

樹木流失及び高水敷掘削による流下能力向上が河道形状に与える影響に関する研究

北見工業大学博士(工学)地球温暖化に起因し多発する豪雨による災害の激甚化・頻発化が予測される中，洪水時の河川流量を安全に流下させるためには，河道内樹木による流れの阻害や河道の断面不足を解消し流下能力をより一層向上させる必要がある．しかし，洪水時における樹木群内の基本的な水理特性ならびに河道内樹木流失とこれに対する水理現象との関係，また，河道断面掘削が河道に与える影響に関する知見は十分とは言えない．本研究は，洪水時における樹林帯内の付着物の抵抗，中規模出水における樹木流失特性，高水敷掘削による河岸高と河岸侵食の関係についての解明を目的とするとともに，これらの視点に立った河道管理上の着目点を明らかにする． 　本研究により以下の研究成果が得られた． 1) 十勝川水系猿別川洪水時（H19）に樹林帯内にADCPを設置して計測された鉛直方向流速分布データを詳細に解析した．流速分布構造はゴミなどの付着物の影響を受けていると考えられた．そこで，水深方向に密度変化を考慮できるよう既往の樹林帯内流速理論式を改良し，改良式に河床付近の堆積物の密度を与えた結果，実測流速分布をより正確に再現することが可能となった．さらに，付着物の有無を考慮した流況解析では，付着物を考慮した計算流速は実測に概ね一致したことから，樹林帯の出水中の流水抵抗をより正確に評価するには，ゴミなどの付着物の影響を考慮する必要があることを明確にした． 2) 2005 年及び 2006 年に音更川で発生した低水路満水程度の中規模洪水を対象に交互砂州上の樹木群の流失現象を考察した．2005 年では樹木群上流側の一部のみの流失に留まったのに対し，規模の小さい 2006 年ではほとんどが流失した．この違いについて河床変動計算手法により現象の再現を試みた結果，樹木群の冠水時間は2006年は2005年の1.8倍程度と砂州が発達する時間が確保されたため蛇行が発達しやすい状況となり 2006 年は樹木群が大規模に流出したことを明らかにした．特に樹木群流失は砂州の下流側への移動により発生したことから音更川のような急流河川では交互砂州上に存在する樹木群流失は上流側の砂州が大きく影響し，砂州が下流側へ移動することにより生じる可能性が示唆された．また，砂州への冠水時間や流量規模が異なる条件の数値実験では，樹木群流失は流量規模よりも砂州への冠水時間による影響が大きいものと考えられた． 3) 音更川では2016年8月洪水等の大規模出水時に堤防流出や大規模な河岸侵食が発生した．一方，本川下流に位置し人工的に直線化された統内捷水路は多くの出水を経験してきたが交互砂州を伴う直線河道を維持し続けている．流下能力向上のため，河道掘削をする場合，河道の安定を第一に考える必要があることから，河岸侵食の有無がどのような違いから生じているかを把握する目的で，河床変動計算手法により水深に対する比高の比(比高/水深)が統内捷水路で約 2.0，音更川で約 1.0 となる流量を一定で与えた検討を行った．その結果，前者では交互砂州の形成後も蛇行流路の振幅は小さくなる一方，後者では蛇行流路の振幅が拡大し河岸侵食が発生した．また，統内捷水路で同じ流量規模時に比高/水深が 1.0 となるように比高を変化させた場合，音更川同様の傾向を確認した．これより，高水敷を掘削し比高を下げると流下能力は確保されるが，河岸侵食が発生して新たな被災が生まれる可能性があることを指摘した．doctoral thesi

深層学習および数理最適化アルゴリズムを用いたハイスループット培地組成最適化手法の開発

北見工業大学博士(工学)doctoral thesi

少資源言語及び方言における多言語有害情報検出

北見工業大学博士(工学)Cyberbullying detection in low-resource languages and dialects presents significant challengesdue to limited annotated datasets, linguistic diversity, and unique cultural expressions such assarcasm. This thesis addresses these challenges by focusing on 21 languages and dialects, including Bangla and Chittagonian, through the development of novel methods that leverage linguistic similarity, cross-lingual transfer learning, and machine learning. Firstly, I conducted a systematic review of all studies published in years 2017–2023 on cyberbullying detection in low-resource languages, identifying critical gaps such as inconsistent definitions, annotation biases, or limited consideration of dialectal variations. To address these gaps, I developed and annotated Chittagonian dataset containing vulgar remarks. A keyword extraction baseline method demonstrated near-human performance in extracting vulgar terms, although showed a low performance in vulgar sentence classification. Next, I applied machine learning (ML) to further enhance the accuracy by addressing limitations in the keyword-based approach. Additionally, I created Bangla and Chittagonian cyberbullying dataset, and validated it using standard inter-rater agreement metrics. These datasets were tested across various machine and deep learning models, with transformer-based models achieving up to 84% accuracy. Further error inspection showed that sarcasm can be difficult for even the newest ML methods. Therefore I addressed this problem using a novel approach that integrates sarcasm detection with explainable AI techniques. This approach reduced false positives in sarcastic remark classification, improving detection accuracy. Furthermore, I proposed a transfer learning method based on source-target language similarity to enhance zero-shot cross-lingual transfer learning for cyberbullying detection in low-resource languages and dialects. I collected publicly available datasets for 21 languages, from diverse language groups such as Indo-Aryan (Bengali, Chittagonian, etc.), Sino-Tibetan (Bodo), Dravidian (Tamil, Kannada, etc.), Semitic (Arabic), Oghuz (Turkish), Austronesian (Indonesian, Vietnamese), and Indo-European (Polish, English). Initially, two multilingual transformers, mBERT and XLM-RoBERTa, were tested across these languages. mBERT outperformed XLM-RoBERTa in those experiments. Thus, I selected mBERT for further experiments with zero-shot cross-lingual transfer learning. To determine optimal source-target language pairings, I employed various language similarity metrics such as eLinguistics, lang2vec, qWALS, and EzGlot, revealing correlations between language similarity and classifier performance. This work establishes a scalable framework for multilingual cyberbullying detection in low-resource languages, advancing the understanding of linguistic diversity, sarcasm detection, and transfer language optimization. The findings contribute actionable insights for developing robust detection systems, fostering safer online environments globally.少資源言語及び方言における有害情報（誹謗中傷等）検出の研究には，正解タグ付きデータセット不足，言語の多様性不足，皮肉等文化依存の表現による曖昧性等，多くの課題が存在している．本研究では，言語的類似性，言語間転移学習及びTransformerベースの先進的な機械学習技術を活用した手法の開発を行い，21の言語と方言に焦点を当て，これらにおける有害情報の自動検出の課題に取り組んだ． 　まず，少資源言語における有害情報検出に関する2017〜2023年発表の全ての研究に関してシステマティックレビューを行い，従来研究における課題を調査した．その結果，少資源言語及び方言における有害情報検出研究の不足を始め，有害情報関連用語の定義の不一致，データのアノテーションにおけるバイアス，方言考慮の不足などの重要な課題を特定した．これらの課題に対処するため，卑猥表現と猥褻表現を特定し，それらの表現を含む新規のチッタゴン語データセットを収集した．さらに，入力文からそのような卑猥・猥褻表現を自動抽出する手法を提案し，キーワード抽出をベースにした有害情報検出のベースライン手法を提案した．卑猥・猥褻表現抽出用の手法は人間に近い性能を示し，キーワード抽出ベースの有害情報検出の手法を将来にも応用可能にした．しかし，キーワードベースのアプローチには限界がありそれに対処し，機械学習手法も応用し，さらに精度を向上させた． 　その次，ベンガル語とチッタゴン語のための有害情報検出用の新たなデータセットを作成し，アノテーター間信頼性指標を用いて検証した．このデータセットを用いて，複数の機械学習及び深層学習のアルゴリズムを分類に用いて実験的に比較した．その結果，トランスフォーマーベースのモデルは最大84%の精度を達成した．さらに，有害情報検出の研究で見過ごされがちである皮肉検出をLIMEなどの説明可能なAI技術を統合する手法を用いて分析を行った．この手法により，皮肉な発言の分類における誤検出が減少し検出精度が向上した． 　次には，少資源言語と方言における有害情報検出のためのゼロショット言語間転移学習を応用し，学習起点言語と目的言語の類似性に基づく転移学習手法を提案した．そのために，まず，インド・アーリア語族，シナ・チベット語族，ドラビダ語族，セム語族など，多様な言語群にまたがる21言語を含む統一した多言語の有害情報検出用のデータセットを開発した．当初、このデータセットを用いて2つの多言語のトランスフォーマーモデル，mBERTとXLM-RoBERTaを実験的に検証し比較した．結果として，mBERTがXLM-RoBERTaより優れた結果となり，そのモデルをゼロショットの言語間転移学習のさらなる実験に選出した．最適な起点言語と目的言語のペアを決定するためには，eLinguistics，lang2vec，qWALS，EzGlotという複数の言語類似性指標を使用し，言語類似性と分類器の性能に相関が存在することを明らかにしました． 　本研究は，少資源言語における有害情報検出のためのスケーラブルなフレームワークを確立し，言語の多様性，皮肉検出，移転言語の最適化に関する理解を深めることに貢献している．これらの知見は，堅牢な検出システムの開発に貢献し，グローバルなオンライン環境の安全性向上を促進する．doctoral thesi

軟岩が広く分布している流域における河川の土砂動態と河床低下対策に関する研究

北見工業大学博士(工学)近年，北海道では，河床低下に伴う表層砂礫の流失により，侵食抵抗の小さい岩盤（軟岩）が露出し急激に河床低下が進行する河川が増加している．この結果，低水護岸の機能喪失や橋脚の不安定化等など構造物への影響のみならず，河床砂礫の消失によるサケ科魚類の産卵環境劣化など河川環境への悪影響が顕在化している． 　このような中，土砂動態特性を踏まえた適切な河床低下対策工が求められるが，軟岩層を有する流域における土砂動態と河床低下・露岩拡大の関係は明らかになっていない．また，全国の軟岩河川において，様々な河床低下対策の取組が実施されているが，いずれも現地実証の段階であり，最適な対策工法は確立されていない．本研究は，軟岩流域における土砂動態の実態解明と，その特性を踏まえた河床低下対策工を提案することを目的とする． 1) 上流部の地質が異なる 2 流域を対象に現地調査を行った結果，上流部に軟岩が広く分布する流域では河床材料にも軟岩を多く含み，低強度の軟岩は下流に向かうほど粒径と存在割合が減少しやすい特性を有していることが明らかになった．また，軟岩は流下過程で破砕・摩耗作用を受けやすく，細粒化した軟岩は通常の砂礫よりも下流側に供給されるため， 本来供給される位置において河床低下および露岩拡大が生じることが示唆された．以上のことから，軟岩流域における河床低下対策の実施にあたっては，上流から供給される礫の強度の把握，土砂を捕捉可能な工法の検討が重要であることを示した． 2) 軟岩流域の特性，既往研究における水路模型実験・現地試験施工結果等に基づき，実際の軟岩河川を対象とした河床低下対策工を提案した．対策工は，土砂の捕捉を図るため帯工としたが，土砂堆積により軟岩が覆われると、侵食が防止されるとともに，粗度の増加により、軟岩では通過していた土砂が堆積しやすくなる．このため，恒久的なものではなく，経済性に優れかつ屈撓性や透水性の高い袋型根固めを用いた帯工とし，軟岩特有の局所侵食への追従や，サケ科魚類の産卵環境に重要な伏流環境の保全にも配慮した構造とした．また，帯工下流には巨礫を配置し，構造物直下流での局所洗掘を防止する構造とした． 3) 提案した構造の帯工について、実河川における帯工設置後の現地調査に基づき，平均年最大流量を上回る出水に対しても帯工の安定性が確保されること，帯工周辺の河床低下が抑制されること，帯工上流側には土砂堆積が生じることを明らかにした．また，帯工設置後はサケ科魚類の産卵床が集中して分布する平瀬環境が増加すること，帯工周辺にも産卵床が 分布することを明らかにした．また，軟岩侵食を考慮した数値解析による評価を実施し，帯工による河床低下抑制効果およびサケ科魚類産卵適地の創出効果を定量的に明らかにした．以上から，提案した帯工が治水・環境面で有効であることを示した．doctoral thesi