CPS & Digital Twin Foundation

CPS・デジタルツイン基盤

都市・人流・交通・建物をサイバー空間に写し取り、リアルとバーチャルをつなぐCPS・デジタルツイン・都市OSの基盤技術

サイバーフィジカルシステム（CPS）とデジタルツインは，実世界の都市・交通・建物・環境をサイバー空間上に再現し，シミュレーションと実データを融合させることで，現実では試行困難な施策評価や将来予測を可能にする基盤技術です．本研究室では，交通・人流シミュレーション，3次元点群やNeRF／3D Gaussian Splattingを用いた都市モデリング，スマートホームにおけるエネルギー管理シミュレーションなど，多様なスケールのデジタルツイン構築に取り組んでいます．

大規模言語モデル（LLM）を活用したシミュレーションエージェントの自動生成や，HPC（高性能計算）基盤上での並列シミュレーションによる大規模シナリオ評価など，AIとシミュレーションを融合したシステム設計にも取り組んでいます．これらの技術は，都市計画・交通政策・防災計画の立案を支援する都市OS的な基盤の構築に貢献しています．

Keywords

デジタルツイン都市デジタルツイン人流デジタルツインCPS都市OS交通・人流シミュレーション都市モデリング3次元点群処理3D-GS/NeRFスマートホームLLM駆動シミュレーションHPC並列計算

IoTデバイスからクラウドまで、大規模データストリームを処理し、連携させるためのミドルウェア、オーケストレーション技術

IoTデバイスからエッジ，クラウドに至る大規模な分散環境において，データストリームの効率的な処理・集約・連携を実現するミドルウェアやオーケストレーション技術の研究に取り組んでいます．Pub／Subメッセージングによるリアルタイムデータ配信，ROSを基盤としたロボット・自律システムの制御，IoTデータストリーム処理による大量センサデータのオンライン分析などが主要な研究テーマです．

また，データのプライバシを保護しながら複数拠点で協調的にモデルを学習する連合学習（Federated Learning），分散環境での数理最適化，複数の自律エージェントが協調して意思決定を行うマルチエージェントシステム，そしてセンサデータからのリアルタイム予測と並列分散処理にも取り組んでいます．これらの技術は，都市規模の交通・人流シミュレーションや防災システム，スマート農業など，本研究室の応用研究を支える計算基盤として機能しています．

Keywords

連合学習Pub/Sub分散最適化IoTデータストリーム処理ROSリアルタイム予測マルチエージェント並列分散

ICNN Based Distributed Optimization of 3D Point Cloud Quality for Real-Time Physical Space Sharing

JIP Specially Selected Paper, IPSJ Outstanding Paper Award

Yui Maruyama, Tatsuya Amano, Hirozumi Yamaguchi

Journal of Information Processing, 2025, Volume 33, Pages 325-335

DOI 10.2197/ipsjjip.33.325

スマートホームシミュレータにおける大規模言語駆動エージェントの設計・開発

Best Short Paper Award

Haruki Yonekura, Fukuharu Tanaka, Teruhiro Mizumoto, Hirozumi Yamaguchi

The 20th International Conference on Intelligent Environments (IE2024)

DOI 10.1109/IE61493.2024.10599909

大規模言語モデルエージェントベース・モデリング +3

Challenges for Federated Crowd Management in Smart Cities

Daniela Nicklas, Leonie Ackermann, Debasree Das, Tatsuya Amano, Hamada Rizk, Hirozumi Yamaguchi

ICDCN 2026 Workshop: IWNDSC2026

DOI 10.1145/3737611.3776621

Transformer-Based Resource and Stage-Aware Scheduling for Model-Parallel LLM Inference

Rami Naeem, Tengis Buyantogtokh, Hamada Rizk, Tatsuya Amano, Hirozumi Yamaguchi

ICDCN 2026 Workshop: DistLLM

DOI 10.1145/3737611.3776613

When Sensors Talk: LLM-Guided Object-Centric Collaboration for Distributed 3D Scene Understanding

Ziheng Xu, Tatsuya Amano, Hamada Rizk, Hirozumi Yamaguchi

ICDCN 2026 Poster/Demo

DOI 10.1145/3737611.3776964

鉄道駅プラットフォームにおけるデジタルツインを用いた群衆流モデリング

Yu Yasuda, Tatsuya Amano and Hirozumi Yamaguchi

IEEE International Conference on Smart Computing (SMARTCOMP), pp. 82-89

DOI 10.1109/SMARTCOMP65954.2025.00069

デジタルツイン群衆シミュレーション +1

Design and Implementation of Point Cloud-Based Space Integration with Quality-Aware Optimization

Yui Maruyama, Tatsuya Amano and Hirozumi Yamaguchi

2025 Joint European Conference on Networks and Communications & 6G Summit (EuCNC/6G Summit), Poznan, Poland, 2025, pp. 169-174

DOI 10.1109/EuCNC/6GSummit63408.2025.11037195

三次元点群からの形状特徴に基づく被災者判定

ドローンLiDAR +1

SimDeep: An Efficient Federated Learning Indoor Localization System with Similarity Aggregation Strategy

Ahmed Jaheen, Sarah Elsamanody, Hamada Rizk and Moustafa Youssef

In Proceedings of the 32nd ACM International Conference on Advances in Geographic Information Systems (SIGSPATIAL '24). pp. 721–722.

DOI 10.1145/3678717.3695763

Joint user association, service caching, and task offloading in multi-tier communication/multi-tier edge computing heterogeneous networks

Bassant Tolba, Mohammed Abo-Zahhad, Maha Elsabrouty, Akira Uchiyama, Ahmed H. Abd El-Malek

Elsevier Ad Hoc Networks, Vol. 160, pp. 103500, July 2024.

DOI 10.1016/j.adhoc.2024.103500

3D Point Cloud-Based Interaction System Bridging Physical Spaces in Virtual Environments

Sakuma Shigetomo, Yuki Mishima, Tomokazu Matsui, Hirohiko Suwa, Keiichi Yasumoto, Tatsuya Amano, Hirozumi Yamaguchi

2024 IEEE International Conference on Pervasive Computing and Communications Workshops and other Affiliated Events (PerCom Demo), Biarritz, France, 2024.

DOI 10.1109/PerComWorkshops59983.2024.10502491

言語モデルを活用した適応型メッセージスケジューリング

Ren Ozeki, Akihito Hiromori, Hirozumi Yamaguchi

in Proceedings of the GLOBECOM 2023 IEEE Global Communications Conference (GLOBECOM), pp. 2608-2613,

DOI 10.1109/GLOBECOM54140.2023.10437656

WIS2.0Pub/Sub +1

Semantic Communication for Capacity-aware Remote Collaboration

Tatsuya Amano, Srikant Manas Kala, Teruhiro Mizumoto and Hirozumi Yamaguchi

The 18th International Conference on Wireless and Mobile Computing, Networking and Communications (WiMob 2022)

DOI 10.1109/WiMob55322.2022.9941595

サイバーフィジカル空間における歩行者の日和見識別

Tatsuya Amano, Hirozumi Yamaguchi, Teruo Higashino

IEEE Internet of Things Magazine, Vol.3, No.3, September, 2020.

サイバーフィジカル空間ユーザ識別 +1

環境発電型分散学習MicroDeep

Yuta Fukushima, Daiki Miura, Takashi Hamatani, Hirozumi Yamaguchi and Teruo Higashino

Proceedings of the 4th IEEE International Conference on Smart Computing 163-170 2018年

環境発電分散学習 +1

スマートシティ・ビルディング

人流デジタルツイン、都市デジタルツイン、スマートビルディング、スマートホームを通じて、包括的なWell-beingと持続可能な都市環境の実現を目指します。

スマートモビリティ・交通

交通デジタルツインや都市デジタルツインを含むデータ駆動型アプローチにより、人とモノの移動を安全・快適・効率的に最適化する技術を研究します。

防災・減災・耐災害

レジリエントな社会構築に向けて，防災・減災に繋がる情報通信技術や災害時の効率的な状況認識・情報共有システムの研究に取り組み，社会的公正と誰一人取り残さない防災の実現を目指します．

スマート農業・一次産業

農業や一次産業の現場にデジタルツイン・IoT・AIを導入し，圃場環境の可視化や作物の生育予測，作業の効率化を実現するスマート農業技術の研究に取り組んでいます．

宇宙・衛星技術

複数の小型衛星が連携して動作する分散型衛星システムの制御アルゴリズムや，効率的な衛星間通信プロトコル，フライトフォーメーション技術の開発に取り組んでいます．

知的環境・無線センシング

物理的な環境そのものが「知性」を持ち，人間のニーズや行動を察知して反応する知的環境の実現を目指しています．無線・電波を使った人のセンシングやプライバシーに配慮した3次元の遠隔空間共有システムなどを研究・開発しています

センシング・通信基盤

Beyond 5G / 6G / IoT / センシング / モバイル / エッジ / ユビキタス / ウェアラブルコンピューティング