特開 2022-102214 データ変換装置、データ変換方法およびデータ変換プログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022102214

(43)【公開日】2022-07-07

(54)【発明の名称】データ変換装置、データ変換方法およびデータ変換プログラム

(51)【国際特許分類】

   G06F 17/17 20060101AFI20220630BHJP

【ＦＩ】

G06F17/17

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020216819

(22)【出願日】2020-12-25

(71)【出願人】

【識別番号】000000099

【氏名又は名称】株式会社ＩＨＩ

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100170818

【弁理士】

【氏名又は名称】小松 秀輝

(72)【発明者】

【氏名】小熊 祐司

(72)【発明者】

【氏名】▲濱▼口 謙一

【テーマコード（参考）】

5B056

【Ｆターム（参考）】

5B056BB52

(57)【要約】

【課題】時系列データにおける時系列方向のデータの解像度を適切に変更する。
【解決手段】データ変換装置１は、複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データを生成する。データ変換装置１は、対象となる前記時系列データである対象データを取得する取得部と、変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得する条件指定部と、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する変換後データを生成する変換部と、を有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データを生成するデータ変換装置であって、
対象となる前記時系列データである対象データを取得する取得部と、
前記変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得する条件指定部と、
所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する前記変換後データを生成する変換部と、
を有する、データ変換装置。

【請求項2】

前記変換部は、前記第１条件および前記第２条件が規定された最適化問題を解くことによって、前記変換後データを生成する、請求項１に記載のデータ変換装置。

【請求項3】

前記変換部は、前記変換後データに含まれる時系列値の上限または下限に係る第３条件がさらに規定された最適化問題を解くことによって、前記変換後データを生成する、請求項２に記載のデータ変換装置。

【請求項4】

前記最適化問題は、線形計画問題として記述される、請求項２または３に記載のデータ変換装置。

【請求項5】

前記最適化問題は、２次計画問題として記述される、請求項２または３に記載のデータ変換装置。

【請求項6】

前記時系列データは、エネルギーに関するデータである、請求項１～５のいずれか一項に記載のデータ変換装置。

【請求項7】

複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データを生成するデータ変換方法であって、
対象となる前記時系列データである対象データを取得することと、
前記変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得することと、
所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する前記変換後データを生成することと、
を含む、データ変換方法。

【請求項8】

複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データの生成をコンピュータに実行させるデータ変換プログラムであって、
対象となる前記時系列データである対象データを取得することと、
前記変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得することと、
所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する前記変換後データを生成することと、
を前記コンピュータに実行させる、データ変換プログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、データ変換装置、データ変換方法およびデータ変換プログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、時系列データの欠損時に補間する方法が検討されている。例えば、特許文献１では、補間精度を高めることを目的として、時系列データにおける時間変化のパターンをモデルに対して当てはめた上で欠損部分を補完する技術が記載されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１４－１０２７７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、時系列データを何らかの用途に使用する場合、その用途によっては時系列に沿ったデータの細かさ（解像度）に対する要求が変化し得る。しかしながら、設備等の事情によって、時系列に沿った解像度を変更した時系列データを取得することが難しい場合がある。このような場合、例えば、特許文献１に記載の手法を適用して、所望の解像度に対応した時系列データを準備することも考えられる。しかしながら、時系列データが予め準備されたモデルとは異なる変化を示す場合には、モデルに対する当てはめを前提とした処理では精度よく補間ができない可能性も考えられる。

【0005】

本開示は上記を鑑みてなされたものであり、時系列データにおける時系列方向のデータの解像度を適切に変更することが可能な技術を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本開示の一形態に係るデータ変換装置は、複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データを生成するデータ変換装置であって、対象となる前記時系列データである対象データを取得する取得部と、前記変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得する条件指定部と、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する前記変換後データを生成する変換部と、を有する。

【0007】

本開示の一形態に係るデータ変換方法は、複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データを生成するデータ変換方法であって、対象となる前記時系列データである対象データを取得することと、前記変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得することと、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する前記変換後データを生成することと、を含む。

【0008】

本開示の一形態に係るデータ変換プログラムは、複数の時系列値を含む時系列データに基づいて、隣接する時系列値間の間隔を変更した変換後データの生成をコンピュータに実行させるデータ変換プログラムであって、対象となる前記時系列データである対象データを取得することと、前記変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件を取得することと、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たした上で、前記対象データから変換条件に対応した間隔を有する前記変換後データを生成することと、を前記コンピュータに実行させる。

【0009】

上記のデータ変換装置、データ変換方法およびデータ変換プログラムによれば、対象となる時系列データについて、変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件に基づいて変換後データが作成される。このときに、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たすという条件で変換が行われる。この結果、積分値を維持しつつ時系列値のなめらかな変化を有する変換後データが得られるため、時系列方向のデータの解像度を適切に変更することが可能となる。

【0010】

前記変換部は、前記第１条件および前記第２条件が規定された最適化問題を解くことによって、前記変換後データを生成する態様としてもよい。

【0011】

上記のように、第１条件および第２条件が規定された最適化問題を設定し、これを解くことによって変換後データを生成する構成とすることで、より適切な変換後データを生成することが可能となる。

【0012】

前記変換部は、前記変換後データに含まれる時系列値の上限または下限に係る第３条件がさらに規定された最適化問題を解くことによって、前記変換後データを生成する態様としてもよい。

【0013】

時系列データの種類によっては、取り得る値に上限または下限が存在し得る。このような場合に、上記のように第３条件を考慮した最適化問題を解くことで変換後データを生成する構成とすることで、実際に取り得る値を考慮した変換後データが生成されるため、より適切な変換後データを生成することができる。

【0014】

前記最適化問題は、線形計画問題として記述される態様としてもよい。また、前記最適化問題は、２次計画問題として記述される態様としてもよい。

【0015】

前記時系列データは、エネルギーに関するデータである態様としてもよい。エネルギーに関する時系列データとしては、例えば、エネルギーマネジメントシステムにおいて用いられる時系列データが挙げられる。エネルギーマネジメントシステムにおける電力授受の制御等のように、エネルギーに関する時系列データを用いて何らかの評価を行う場合、例えば、エネルギーの総量を考慮する必要がある。したがって、エネルギーに関する時系列データに対して、上記のようにエネルギーの総量（時間積分値）が維持される条件でのデータ変換を適用することで、変換後のデータを利用してより精度の高い分析等を行うことが可能となる。

【発明の効果】

【0016】

本開示によれば、時系列データにおける時系列方向のデータの解像度を適切に変更することが可能な技術が提供される。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】図１は、実施形態に係るデータ変換装置の概略図である。

【図2】図２は、データの時間解像度に関して説明する図である。

【図3】図３は、データ変換方法を説明するフロー図である。

【図4】図４（ａ）および図４（ｂ）は、本実施形態に係るデータ変換方法の効果を説明する図である。

【図5】図５は、データ変換装置のハードウェア構成の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、添付図面を参照して、本開示を実施するための形態を詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

【0019】

［データ変換装置］
まず、図１を参照して、一実施形態に係るデータ変換装置１の概略構成について説明する。図１に示すデータ変換装置１は、時系列データの時間方向の解像度を変換する機能を有する。時系列データとは、時系列に沿って繰り返し（例えば、所定の時間毎に）取得されるデータをいう。一例として、対象の現象について所定の間隔で繰り返し計測されるデータ群が挙げられる。この場合、所定の間隔で繰り返し計測が行われるので、時系列に沿った複数のデータが得られることになる。このような時系列データは、対象となる事象の時間的な変化を捉えるために有効なデータであるといえる。

【0020】

一方で、時系列データは、データの取得タイミング以外のタイミングでの変化を捉えることが難しい。したがって、時系列データの取得間隔は、対象となる事象の変化の速度等を考慮して設定され得る。しかしながら、時系列データをより詳細に取得しようとすると、より高い性能の計測器等を設置する必要があり、コスト等の観点から時系列データの必要性が確認されないと設置されない場合も多く存在する。本実施形態で説明するデータ変換装置１は、上記のように詳細な時系列データが存在しない場合に、前後の測定値を考慮して時系列方向（時間軸方向）に沿った解像度（時間解像度）を高めた時系列データを生成するという機能を有する。なお、詳細は後述するが、以下で説明する手法は、時系列データの時間解像度を低くする方法にも適用することができる。

【0021】

（データ変換装置の適用分野について）
以下の実施形態で説明するデータ変換装置１を適用可能な分野のひとつとしてエネルギーマネジメントシステム（ＥＭＳ）が挙げられる。ＥＭＳとは、例えば工場やビルなどにおいて、エネルギーコストまたは排出ＣＯ_２量等の削減を目的として、所有する蓄電池や発電機をエネルギー需要にあわせて最適に運転するものである。例えば、蓄電池を有するマイクログリッドにおいて、日中・夜間の従量制電力量単価を考慮して蓄電池の充放電を計画的に行うことで、従量制電力量を抑制することができる。ＥＭＳの具体的な運転の形態としては、直近一日～数日程度先までの時間帯別需要予測等に基づいて需給計画（エネルギー機器の運転計画および受電計画）を策定しておき、この計画に沿いつつも予実差等を反映しつつリアルタイムの機器制御が行う形態がある。

【0022】

ＥＭＳにおいて上記の制御を行うためには、リアルタイムのエネルギーデータ（電力データなど）が必要となる。そのため、マイクログリッドの各所に計測器を配置することによって、必要なデータ取得され得る。しかし、ＥＭＳを実施するために十分な精度・解像度の計測器がはじめから配置されていることは少ない。

【0023】

多くのケースでは、まずコストをかけずに解像度の粗いデータを取得したＥＭＳ導入の有効性評価を行う。有効性の評価では、まず、需給計画の最適化に伴ってどの程度の経済性の効果が得られるかという評価を行った上で、エネルギー機器の応答性や予実差の影響のもとで、経済性がどこまで再現されるかの評価が行われる。応答性や予実差を評価する場合、高い時間解像度（たとえば１秒ごとなど）のデータが必要となる。しかしながら、この段階では、ＥＭＳの導入に適した計測器等が配備されていない場合が多い。そのため、時間解像度が低いデータから、時間解像度を高めた場合のデータを推定して代替利用することが求められる。

【0024】

時系列データの時間解像度を変換する方法としては、例えば、時間解像度が粗いデータのデータ間をゼロ次ホールドで補間する方法、および、時間解像度が粗いデータのデータ間を滑らかに補間する方法が挙げられる。

【0025】

図２は、ゼロ次ホールドによる時系列データの補間の方法を示している。ゼロ次ホールドは、データ間の補間に際して時系列上の前回値をそのまま引き継ぐ方法である。例えば、図２に示す１時間単位のデータが得られていて、このデータを３０分単位の時系列データに変換（補間）しようとすると、図２の破線に示すように３０分後の値が求められる。しかしながら、このような方法は、単純に前回の値を引き継いでいるだけであり、前回の値からの変動を考慮していない。一方、データ間を滑らかに補間する方法として、線形補間、スプライン補間等が知られている。これらの手法は、時間解像度が粗い時系列データを滑らかに補間することが可能である。しかしながら、補間前後で時系列値の積分値が変化し得る。

【0026】

ＥＭＳにおける需給計画の最適化は主にコスト削減を目的としている。また、削減対象のコストは受電電力の積分値に概ね比例することが分かっている。そのため、補間前後で時系列値の積分値が変化する補間方法を採用すると、コストに関する誤差が含まれた状態で評価を行うことになり、適切な評価を行うことができない。

【0027】

本実施形態で説明するデータ変換装置１は、上記の点を考慮して、変換前後での時系列データの積分値（時間積分値）を維持することを前提としたデータの時間解像度の変換を行う機能を有する。なお、本実施形態での時間積分値とは、所定の時間帯における時系列値の時間積分値であるが、これは時系列データに含まれる各値（例えば計測値）の合計を指しているのでなく、所定の時間帯におけるデータの変動をある関数ｆ（ｔ）としてみなしたときに所定の時間帯ｔ＝ａ～ｂの間で積分した際の値をいう。

【0028】

（データ変換装置の機能部）
図１を参照しながら、データ変換装置１の各部について説明する。図１に示されるように、データ変換装置１は、時系列データ取得部１１（取得部）、変換条件指定部１２（条件指定部）、時間解像度変換処理部１３（変換部）、および変換後データ出力部１４（出力部）を含んで構成される。

【0029】

時系列データ取得部１１は、時間解像度を変換する前の時系列データ（例えば、データ取得間隔が粗い時系列データ）を取得する。時系列データ取得部１１が取得するデータが時間解像度の変換の対象となる対象データに相当する。時系列データ取得部１１は、例えば、ファイルからの読み込み、または、画面上からの入力を介して時系列データを取得してもよい。また、時系列データの変換をライブラリとして実施する場合は、他のプログラムからメモリを介して受け渡された時系列データを時系列データ取得部１１が取得する構成であってもよい。なお、時系列データ取得部１１において取得される時系列データは、基本的に時系列に沿った各値（時系列値）それぞれについて、各値に対応するタイムスタンプ（例えばデータを取得した日時等）が含まれ得る。ただし、データの取得タイミングがたとえば一定間隔であることが保証されていて、さらに、データの取得開始・終了タイミングが特定可能である場合は、時系列値のみであってもよい。

【0030】

変換条件指定部１２は、データ変換装置１におけるデータ変換（時間解像度）の条件を指定した情報を取得する機能を有する。変換条件指定部１２では、例えば、変換後の時間解像度や、時間解像度変換後の時系列値の上下限値などを指定することができる。例えば、蓄電池の蓄電量等のように、理論上予め上限または下限値が決まっているようなデータに関して時間解像度の変換を行う場合には、上下限値の指定が有効となり得る。なお、変換条件の指定の方法は特に限定されないが、例えば、変換前時系列データを同様に、ファイル、画面、他プログラム等を利用した手法を用いることができる。

【0031】

時間解像度変換処理部１３は、時系列データ取得部１１および変換条件指定部で１２において取得された情報に基づいて、時間解像度の変換処理を行う。時間解像度の変換方法については後述する。

【0032】

変換後データ出力部１４は、時間解像度変換処理部１３の処理によって得られた変換後の時系列データを出力する機能を有する。出力方法は特に限定されないが、例えば、時系列データ取得部１１において変換前の時系列データを取得した方法に対応させて、ファイル、画面、他プログラムへの値返却等の手法を用いることができる。なお、変換後の時系列データの出力方法として、例えば、モニタ等の自装置での表示等を用いてもよいし、上述の方法を組み合わせてもよい。

【0033】

［データ変換方法］
次に、図３を参照しながら、データ変換装置１によるデータ変換方法について説明する。

【0034】

まず、データ変換装置１では、時系列データ取得部１１によって、時間解像度を変換する前の時系列データが取得される（ステップＳ０１）。この処理は、例えば、データ変換装置１の操作者（ユーザ）がデータ変換装置１を操作することによって行われてもよい。また、予め指定されたセンサ等において取得された測定値が逐次データ変換装置１へ送られることによって、データ変換装置１において変換対象の時系列データが取得される構成としてもよい。

【0035】

次に、データ変換装置１の変換条件指定部１２によって、データ変換装置１におけるデータ変換の条件を指定した情報が取得される（ステップＳ０２）。この処理は、例えば、データ変換装置１の操作者（ユーザ）がデータ変換装置１を操作することによって行われてもよい。なお、ステップＳ０１とステップＳ０２との順序は特に限定されず、例えば、ステップＳ０２が先に行われてもよいし、ステップＳ０１とステップＳ０２とが同時に行われてもよい。また、変換条件を指定する情報はデータ変換装置１の変換条件指定部１２において予め取得され、変換条件指定部１２において保持される状態としてもよい。

【0036】

次に、データ変換装置１の時間解像度変換処理部１３によって、時系列データに係る時間解像度の変換処理が行われる（ステップＳ０３）。

【0037】

次に、データ変換装置１の変換後データ出力部１４によって、時間解像度変換処理部１３の処理によって得られた変換後の時系列データが出力される（ステップＳ０４）。出力時には、時系列データに係る変換処理等を行ってもよい。

【0038】

［時間解像度の変換に係る計算］
次に、時間解像度変換処理部１３において行われる時間解像度の変換について、説明する。ここでは、時間解像度を高くする（時系列値間の間隔を小さくする）変換を行うことを想定して説明する。

【0039】

データ変換装置１において時系列データの時間解像度を変換する（高くする）場合、以下の２つの条件が考慮され得る。
（Ａ）時間解像度を変換した後の時系列データは、データ点推移が滑らかとなる
（Ｂ）時間解像度変換の前後で、時系列データの積分値が保存される（所定の時間帯における各データの積分値が維持される）

【0040】

データ変換装置１では、上記の２つの条件を満たした状態で時系列データの時間解像度を変換する。このとき、時間解像度変換処理部１３では、上記の条件に対応する最適化問題を設定し、これを解くことによって時間解像度変換後の時系列値を得る。時間解像度を高くする変換を行う場合、以下の数式（１）～（３）に示す最適化問題を設定する。なお、数式（１）～（３）に示す最適化問題を最適化問題（Ｐ）とする。

【0041】

【数1】

【0042】

上記式に含まれる各パラメータの定義を表１に示す。

【0043】

【表1】

【0044】

なお、ΔＴ_ｎ、Δｔ_ｍは、以下の数式（４）を満たす。

【0045】

【数2】

【0046】

また、上記の数式（１）におけるＷ_ｍは適当な非負の重みであり、典型的にはＷ_ｍ＝（Δｔ_ｍ）^２となる。

【0047】

上記の最適化問題（Ｐ）の各数式（１）～（３）の意味は、それぞれ、概略以下のとおりである。
数式（１）：時間解像度変換後の時系列値の変動を最小化する（時刻間の値の差の二乗和の意味が小さくなるように設定する）
数式（２）：時間解像度変換前後で積分値を保存する
数式（３）：時間解像度変換後の時系列値は所定の上下限制約を満たす

【0048】

上記のように、数式（１）は、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件に対応する条件設定が含まれている。そして、数式（２）は、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件に対応する設定が含まれる。さらに、数式（３）は、変換後データに含まれる時系列値の上限または下限が規定された第３条件に対応する設定が含まれる。

【0049】

また、上記で示した最適化問題（Ｐ）は凸２次計画問題として定式化されている。そのため、主双対内点法や有効制約法などの公知のアルゴリズムにより容易に解くことができる。なお、等式制約条件のみをもつ凸２次計画問題の解は、適当な線形方程式を解くことでも求まることが知られている。よって上下限値の制約がない場合（制約条件として数式（３）が不要であり、数式（２）のみを考慮すればよい場合）、上記の最適化問題（Ｐ）における最適解は、線形方程式を解くことによって求めることができる。

【0050】

なお、上記の最適化問題（Ｐ）のうち、数式（２）で示す制約条件を設定した状態で時間解像度変換後の時系列値を求めることによって、時間解像度の変換前後における時系列データの積分値を保存することができる。つまり、上述の条件（Ｂ）を満たす結果を得ることができる。

【0051】

一方、条件（Ａ）に関しては、時系列値の滑らかな推移を得るための工夫は目的関数（数式（１））の設定によってなされている。最適化問題において条件（Ａ）を記述する方法としては、上記最適化問題（Ｐ）の数式（１）以外にもバリエーションが存在する。例えば、最適化問題（Ｐ）に代えて、例えば、下記の数式（５）～（７）によって記述される最適化問題（Ｑ）を設定してもよい。

【0052】

【数3】

【0053】

上記の最適化問題（Ｑ）において、数式（５）に示す目的関数は、時間解像度変換後の時系列値の変動を時刻間の差の最大値の意味で最小化するものである。この数式（５）に示す目的関数を含む最適化問題（Ｑ）を解く場合、最適化問題（Ｐ）を解いた場合と同様に、（滑らかさの尺度は違うものの）積分値を保存しつつ滑らかな時系列データが得られる。

【0054】

なお、上記の最適化問題（Ｑ）は、決定変数ｚを補助変数として導入することで以下の最適化問題（Ｑ’）と記述することもできる。

【0055】

【数4】

【0056】

最適化問題（Ｑ’）は、最適化問題（Ｑ）と等価である。また、最適化問題（Ｑ’）は線形計画問題であるので、主双対内点法や単体法などのアルゴリズムにより容易に解くことができる。

【0057】

なお、最適化問題（Ｐ）において、時間解像度変換後の時系列値の上下限値を定めた数式（３）式は、例えば、マイクログリッドに含まれる太陽光発電電力の時系列データの時間解像度変換を考える際に有効である。太陽光発電電力は非負であり、且つ、発電電力は太陽光発電装置の装置構成から決められた最大出力を超えることはない。このように、上限または下限が存在することが明らかな場合には、これらを制約条件として考慮した上で最適化問題を解くことで、より現実的な推移が得られる。当然ながら、上下限値が存在しない場合は数式（３）における上限および下限の一方または両方を除外してもよい。

【0058】

なお、上記で説明した制約条件は一例であり、上記で設定した制約条件とは別に、必要に応じて時間解像度変換後の時系列値がとりうる値を制約する他の制約条件を設けてもよい。

【0059】

上記では、時系列データの時間解像度を高くすることを想定しているが、上述の手法を用いることで、逆に時間解像度を低くする（時系列値の間隔を大きくする）ことも可能である。例えば、元の時系列データの解像度が必要以上に高く（時系列値同士の間隔が小さく）、多くのノイズを含んでいるとする。このような時系列データに対しては、前提として積分値を保存しつつ、時間解像度を低くしつつ、ノイズを除去するといった活用ができる。この場合、上述の最適化問題（Ｐ）に対応した最適化問題は以下の数式（１３）～（１５）を含む最適化問題（Ｒ）として記述することができる。

【0060】

【数5】

【0061】

上記式に含まれる各パラメータの定義を表２に示す。

【0062】

【表2】

【0063】

最適化問題（Ｐ）と最適化問題（Ｒ）とはほぼ同じ構造であるが、最適化問題（Ｒ）以下の（ａ）～（ｃ）に示す点が最適化問題（Ｐ）と相違する。
（ａ）最適化で決定すべき変数がｙ_ｍであるかｘ_ｎであるか
（ｂ）目的関数がｙ_ｍに係る関数であるかｘ_ｎに係る関数であるか
（ｃ）上下限制約がｙ_ｍに関するものであるか、ｘ_ｎに関するものであるか

【0064】

上記点を考慮することで、時系列データの時間解像度を低くすることについても、時系列データの時間解像度を高くする場合と同様に最適化問題を設定することができる。なお、最適化問題（Ｑ）、（Ｑ’）についても、上記と同様の変更を加えることで時系列データの時間解像度を低くするための最適化問題として記述しなおすことができる。

【0065】

なお、上記で例示した最適化問題は、いずれも、時系列データおよび変換後データの時間解像度が一律であることを想定したものである。これに対して、変換前の時系列データの時間解像度が一律ではない場合、および、変換後データの時間解像度が一律ではない場合が想定される。このような場合においても、例えば、ΔＴ_ｎ、Δｔ_ｍを適切に指定した上で計算を行うことで、対応することができる。特に、変換後データの時間解像度が一律ではない場合は、例えば、数式（２）におけるΔｔ_ｍを変換後の時間解像度に応じて個別に指定することで、対応することができる。

【0066】

上記の手法によって時系列データから変換後データを生成した場合の効果について説明する。

【0067】

図４（ａ）および図４（ｂ）は、同一の時系列データについて、互いに異なる手法によって時間解像度を変更した結果を示している。図４（ａ）は、本実施形態で説明したデータ変換手法を用いたもの（最適化問題を解くことによって変換後データを生成したもの）である。図４（ａ）では、変換前の時系列データＤ０と、変換後データＤ１とを示している。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）と同じ時系列データＤ０と、時系列データに対して線形補間を行うことで得られた線形補間データＤ２と、スプライン補間を行うことによって得られたスプライン補間データＤ３と、を示している。なお、変換後データＤ１は、時間解像度が元のデータに対して１０倍となる（単位時間あたりのデータ点数が１０倍となる）ように設定した。また、線形補間データＤ２、およびスプライン補間データＤ３は、いずれも、時系列データを取得した時刻間の中心の点を通るようにデータの補間をおこなっている。

【0068】

表３では、各手法を適用したことによって、元の時系列データの時間積分値に対して、各変換後データにおける時間積分値がどのように変化したか（乖離の度合い）を示す。

【0069】

【表3】

【0070】

図４に示す結果から、本実施形態で示した方法によると、変換前の時系列データと比較して、隣接する時系列値間での数値の変化が少ない、すなわち、滑らかな変化を有する変換後データが得られることが確認された。また、表３に示す結果から、本実施形態で示す手法では、時間解像度の変換前後において時間積分値が保存されるが、線形補間およびスプライン補間の場合には、時系列データの時間積分値を十分に保存できていることが確認された。

【0071】

［ハードウェア構成］
図５を参照して、データ変換装置１のハードウェア構成について説明する。図５は、データ変換装置１のハードウェア構成の一例を示す図である。データ変換装置１は、１または複数のコンピュータ１００を含む。コンピュータ１００は、ＣＰＵ（Central Processing Unit)１０１と、主記憶部１０２と、補助記憶部１０３と、通信制御部１０４と、入力装置１０５と、出力装置１０６とを有する。データ変換装置１は、これらのハードウェアと、プログラム等のソフトウェアとにより構成された１または複数のコンピュータ１００によって構成される。

【0072】

データ変換装置１が複数のコンピュータ１００によって構成される場合には、これらのコンピュータ１００はローカルで接続されてもよいし、インターネット又はイントラネットなどの通信ネットワークを介して接続されてもよい。この接続によって、論理的に１つのデータ変換装置１が構築される。

【0073】

ＣＰＵ１０１は、オペレーティングシステムやアプリケーション・プログラムなどを実行する。主記憶部１０２は、ＲＯＭ（Read Only Memory)及びＲＡＭ（Random Access Memory）により構成される。補助記憶部１０３は、ハードディスク及びフラッシュメモリなどにより構成される記憶媒体である。補助記憶部１０３は、一般的に主記憶部１０２よりも大量のデータを記憶する。変換条件指定部１２、時間解像度変換処理部１３の少なくとも一部は、補助記憶部１０３によって実現される。通信制御部１０４は、ネットワークカード又は無線通信モジュールにより構成される。時系列データ取得部１１および変換後データ出力部１４の少なくとも一部は、通信制御部１０４によって実現されてもよい。入力装置１０５は、キーボード、マウス、タッチパネル、及び、音声入力用マイクなどにより構成される。例えば、変換条件指定部１２の少なくとも一部は、入力装置１０５によって実現される。出力装置１０６は、ディスプレイ及びプリンタなどにより構成される。出力部１９の少なくとも一部は、出力装置１０６によって実現される。例えば、出力装置１０６は、変換後の時系列データをディスプレイ等に表示してもよい。

【0074】

補助記憶部１０３は、予め、プログラム１１０及び処理に必要なデータを格納している。プログラム１１０は、データ変換装置１の各機能要素をコンピュータ１００に実行させる。プログラム１１０によって、例えば、上述したステップＳ０１からステップＳ０４に係る処理がコンピュータ１００において実行される。例えば、プログラム１１０は、ＣＰＵ１０１又は主記憶部１０２によって読み込まれ、ＣＰＵ１０１、主記憶部１０２、補助記憶部１０３、通信制御部１０４、入力装置１０５、及び出力装置１０６の少なくとも１つを動作させる。例えば、プログラム１１０は、主記憶部１０２及び補助記憶部１０３におけるデータの読み出し及び書き込みを行う。

【0075】

プログラム１１０は、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、半導体メモリなどの有形の記録媒体に記録された上で提供されてもよい。プログラム１１０は、データ信号として通信ネットワークを介して提供されてもよい。

【0076】

［作用］
上記のデータ変換装置１、データ変換方法およびデータ変換プログラムによれば、対象となる時系列データについて、変換後データにおける時系列値間の間隔を指定した変換条件に基づいて変換後データが作成される。このときに、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持されるという第１条件と、隣接する時系列値間の差分が小さくなるという第２条件と、を満たすという条件で変換が行われる。この結果、積分値を維持しつつ時系列値のなめらかな変化を有する変換後データが得られるため、時系列方向のデータの解像度を適切に変更することが可能となる。

【0077】

上述したように、時系列データを何らかの分析で使用する場合、時間積分値が重要となる場合がある。しかしながら、時系列データにおける補間方法としてこれまで知られている方法では、時間解像度を変換することでなめらかな曲線とすることはできたとしても、時間積分値が考慮されていないため、積分値を考慮するべき場面では適切な補間ができていない場合があった。これに対して、上記の手法によれば、所定の時間帯における時系列値の時間積分値が維持される条件でデータの変換が行われるため、特に時間積分値を考慮すべき用途において有用な変換データを得ることが可能となる。

【0078】

また、時間解像度変換処理部１３では、上述のように第１条件および第２条件が規定された最適化問題を解くことによって、変換後データを生成してもよい。この場合、最適化問題を解くことによって変換後データを生成するため、適切な変換後データを生成することが可能となる。

【0079】

時間解像度変換処理部１３は、変換後データに含まれる時系列値の上限または下限に係る第３条件がさらに規定された最適化問題を解くことによって、変換後データを生成してもよい。上述のように、時系列データの種類によっては、取り得る値に上限または下限が存在し得る。このような場合に、上記の第３条件を考慮した最適化問題を解くことで変換後データを生成する構成とすることで、実際に取り得る値を考慮したより適切な変換後データを得ることができる。

【0080】

なお、最適化問題は、線形計画問題として記述されるでもよいし、２次計画問題として記述される態様としてもよい。

【0081】

また、上記実施形態で説明したように、時系列データは、エネルギーに関するデータであってもよい。エネルギーに関する時系列データとしては、例えば、エネルギーマネジメントシステムにおいて用いられる時系列データが挙げられる。エネルギーマネジメントシステムにおける電力授受の制御等のように、エネルギーに関する時系列データを用いて何らかの評価を行う場合、例えば、エネルギーの総量を考慮する必要がある。したがって、エネルギーに関する時系列データに対して、上記のようにエネルギーの総量（時間積分値）が維持される条件でのデータ変換を適用することで、変換後のデータを利用してより精度の高い分析等を行うことが可能となる。

【0082】

ただし、データ変換装置１における時間解像度の変換の対象となる時系列データは、エネルギーに関する時系列データに限定されない。データ変換装置１を用いたデータ変換の手法は、時間積分値が維持することを前提とした時間解像度の変換が有用となる種々の時系列データにおいて有効である。時間積分値を維持すべき時系列データの他の例としては、例えば、水や空気などの流体、人流等を挙げることができる。水、空気等の流体は、工場の操業において電力などのエネルギーと同様必須となるものであり、そのコストは総量に依存する。したがって、上記実施形態で説明したＥＭＳと同様に当該流体を利用する運転計画の策定またはそのためのシミュレーションを考える場合、時間積分値を維持することで精緻な評価が可能となると考えられる。また、人流に関しては、公共施設の動線設計や混雑緩和策の検討において、上記実施形態で説明した手法が有用となる可能性がある。例えば、駅における１時間ごとの入場者数データが時系列データとして得られた場合に、上記手法を利用してより細かい時間間隔のデータに変換することで、より細かい時間単位での人流の変化を推定したデータを得ることができる。このデータを用いてミュレーションを行うと、駅における人流の問題等を特定・改善検討することが可能となり得る。このように、時間積分値を維持した状態での時系列データの時間解像度の変換は、種々の用途において有用であると考えられる。

【0083】

［変形例］
以上、本開示は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。

【0084】

上記実施形態では、時系列データがセンサ等の計測値である場合について説明したが、時系列データは計測等によって得られたデータでなくてもよい。計測等によって得られるデータとは別のデータとしては、他の実測値とは異なる情報等に基づいて作成された時系列データが挙げられる。

【0085】

また、本実施形態に係るデータ変換装置は、別のプログラムが作成した時系列データをアップサンプリングする場合に使用してもよい。例えば、蓄電池やガスタービンなどエネルギー機器の運転計画を最適化によって計画し、運転・制御に反映する技術が知られている。このような技術において、運転計画問題を解く際には、例えば時間を３０分単位で区切った上で、２４時間の計画（４８点分割）を行うといったことが行われる。しかしながら、最適化によって得られた運転計画を、目標出力として各機器の制御装置に伝達することは好ましくない。３０分単位で作成された運転計画では、３０分毎に各機器の指令値が大きく変動することになるため、機器の制御性能の悪化、機器の動作点の急変による物理的劣化等、設定値の大きな変更が諸々影響を及ぼす可能性がある。そこで、上記で説明した手法を用いて、運転計画における各機器の指令値の時間解像度を変更することで、指令値の変動がよりなめらかとなるように指令値を調整することができる。また、積分値が維持された状態での指令値の変更になるため、例えば、各機器における発電電力量が運転計画において算出された計画発電量との間で乖離しないように調整することができる。

【0086】

また、上記で説明した例とは別の適用例として、予測値をアップサンプリングする場合にも有効である。例えば、太陽光発電電力の予測は、気象に係る予測データ（日射・気温）を基に行うことが多い。このような予測データは、例えば１時間毎の予報のように、予報の時間間隔（単位）が比較的長い場合が多い。一方、予測値を用いて発電機や蓄電池などの制御をおこなう場合がある（たとえばモデル予測制御）。このような場合、時間間隔の予測データを０次ホールドで使用するよりも、なめらかなデータを予測値として使用したほうが制御性能上好ましい。また、時間積分値が保存されているということは、太陽光発電電力の電力量（ｋｗｈ）がデータ変換の前後で不変であるということなので、物理的に妥当な解像度変換処理であることが保証される。そのため、このような場面においても、上記実施形態で説明した手法は有用であると考えられる。

【0087】

データ変換装置における変換後の時間解像度は任意に決めることができる。したがって、上記実施形態に係るデータ変換装置における時間解像度の変更に係る手法は、例えば、時間解像度が互いに異なる複数の時系列データにおいて、タイムスタンプを統一する用途にも適している。

【0088】

上記実施形態では、操作者がデータ変換装置１を直接操作してデータ変換に係る処理を行うことを想定して説明している。しかしながら、上記実施形態に係るデータ変換装置１およびデータ変換方法は、例えば不特定多数のユーザが使用できるＷｅｂサービスとして公開・提供されていてもよい。上記実施形態で説明した時間解像度の変換に係る手法は、種々の時系列データに適用することができる。したがって、Ｗｅｂサービスとして公開・提供することによって、多くのユーザが利用可能となるため、より利便性が高いものになることが考えられる。

【0089】

［その他］
本技術は、電力供給におけるカーボンフリー化の推進および、太陽光発電に代表される変動性再生可能エネルギーの導入後における電力バランスの安定化に寄与するため、国連が主導する持続可能な開発目標（ＳＤＧｓ）の目標１３「気候変動及びその影響を軽減するための緊急対策を講じる」に貢献する。

【符号の説明】

【0090】

１ データ変換装置
１１ 時系列データ取得部
１２ 変換条件指定部
１３ 時間解像度変換処理部
１４ 変換後データ出力部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】