特許7791761IP Force 特許公報全文掲載

技術分野

学習装置、学習方法および予測装置

発明が解決しようとする課題[発明の詳細な説明]から抜粋

一般的に、河川工事の工期は、集中豪雨(梅雨)や台風など洪水が起きやすい時期である「出水期」と出水期以外の時期である「非出水期」に分類される。河川工事を実施する上での目安として、出水期は6月1日から10月31日まで、非出水期は11月1日から翌年の5月31日と定義し、出水期には河川工事を行わないことが多い。非出水期においても豪雨などにより出水が発生することがあり、例えば積雪が多い地域を流れる河川では3~5月にかけて融雪に伴う出水が発生する。 融雪は、気温、降雨、風速、日照時間やそれらに伴う熱収支、冷却抑制効果など複数の要因により発生するため、融雪時期に注目した場合の水位予測では以下の課題が挙げられる。 第一に、融雪を考慮した水位予測手法として流出解析等の予測手法はあるが、融雪に関する気象項目を考慮した方程式の構築やパラメータチューニングに手間と時間を要するという課題がある。 第二に、融雪量を入力値として融雪時期の一時間ごとの水位を予測する手法は多く見られるが、融雪量を精度よく予測するためには複数地点での観測データが必要となるという課題がある。具体的には、(a)日平均気温を用いて簡易的に日融雪量を求めるdegree-hour法(degree-day法)、(b)積雪深の変化から一日当たりの融雪量を求める雪面低下法、(c)積雪深,気温,日射量などの気象項目から放射,顕熱潜熱の伝達などに関する熱量を求めて融雪熱量を算出して融雪量を求める熱収支法、(d)積雪層をタンクとして融雪水を時間単位で予測するタンクモデル法などがある。これらの手法では、融雪量の予測精度を高めるために複数地点における降雨量,気温,風速などの観測データが必要となり、少ない観測データでは予測できないこともある。 このような観点から、本発明は、事前の準備が簡単であると共に取得が容易な情報を用いて精度の良い予測を実現可能である学習装置、学習方法および予測装置を提供する。

課題を解決するための手段[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明に係る学習装置は、学習データ取得部と、学習処理部とを備える。学習データ取得部は、河川の集水域の少なくとも一部に積雪が存在している融雪期間中のある第一時点での前記河川の水位と、前記第一時点よりも過去を含む少なくとも一つ以上の第二時点での代表点情報および気象項目値情報との組を学習データとして取得する。学習処理部は、学習器を有しており、前記学習データを用いて前記学習器を機械学習させる。 ・・・ 続きを知財ポータルサイト IP Force にログインして見る

発明の効果[発明の詳細な説明]から抜粋

本発明によれば、事前の準備が簡単であると共に取得が容易な情報を用いて精度の良い予測を実現可能である。

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この特許公報に記載されている図面[図面の簡単な説明]から抜粋

【図1】 本発明の第1学習装置および予測装置の機能構成図である。
【図2】 河川および集水域のイメージ図である。
【図3】 画像処理部の処理を説明するための図であり、(a)は気象分布画像の例示であり、(b)は集水域内の気象分布画像を抽出した集水域画像の例示であり、(c)は代表点の例示である。
【図4】 各々の気象分布画像での重心の算出イメージであり、(a)は日平均気温画像での算出結果を示し、(b)は日積算降水量画像での算出結果を示し、(c)は日照時間画像での算出結果を示す。
【図5】 各々の気象分布画像での重心の算出イメージであり、(a)は全天日射量画像での算出結果を示し、(b)は日平均風速画像での算出結果を示し、(c)は積雪深画像での算出結果を示す。
【図6】 本発明の第1実施形態における学習データ群の一例である。
【図7】 本発明の第1学習方法および予測方法のフローチャートの例示である。
【図8】 月形観測所における2017~2019年の水位変化を示すグラフである。
【図9】 予測試験の実施手順を示すフローチャートである。
【図10】 交差検証におけるテストデータと学習データとの関係を示す図である。
【図11】 2018年の実測水位と第1実施形態での第1予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2018/3/1~2018/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2018/4/1~2018/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2018/5/1~2018/5/31の範囲のグラフである。
【図12】 2019年の実測水位と第1実施形態での第1予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2019/3/1~2019/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2019/4/1~2019/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2019/5/1~2019/5/31の範囲のグラフである。
【図13】 2020年の実測水位と第1実施形態での第1予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2020/3/1~2020/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2020/4/1~2020/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2020/5/1~2020/5/31の範囲のグラフである。
【図14】 実測水位と第1実施形態での第2予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2015/4/1~2015/4/30の範囲のグラフであり、(b)は2018/4/1~2018/4/30の範囲のグラフである。
【図15】 河川工事への適用性の検証結果を説明するための図であり、(a)は気象項目ごとの正答・見逃し・空振りの総イベント数、およびその割合を示したグラフであり、(b)は気象項目ごとの見逃しのイベント数、および実測水位と予測水位との水位差の絶対値の割合を示したグラフであり、(c)は気象項目ごとの空振りのイベント数、および実測水位と予測水位との水位差の絶対値の割合を示したグラフである。
【図16】 本発明の第2学習データ群の一例である。
【図17】 2018年の実測水位と第2実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2018/3/1~2018/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2018/4/1~2018/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2018/5/1~2018/5/31の範囲のグラフである。
【図18】 2019年の実測水位と第2実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2019/3/1~2019/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2019/4/1~2019/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2019/5/1~2019/5/31の範囲のグラフである。
【図19】 2020年の実測水位と第2実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2020/3/1~2020/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2020/4/1~2020/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2020/5/1~2020/5/31の範囲のグラフである。
【図20】 実測水位と予測水位との差異の絶対値の平均および標準偏差を、予測時での実測水位の「ある・なし」で示した図である。
【図21】 本発明の第3実施形態における重回帰分析を用いた重みの算出方法の一例を説明するための図であり、(a)は重回帰分析に用いる目的変数および説明変数の一例であり、(b)は重回帰分析によって得られた重み値の一例である。
【図22】 2018年の実測水位と第3実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2018/3/1~2018/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2018/4/1~2018/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2018/5/1~2018/5/31の範囲のグラフである。
【図23】 2019年の実測水位と第3実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2019/3/1~2019/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2019/4/1~2019/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2019/5/1~2019/5/31の範囲のグラフである。
【図24】 2020年の実測水位と第3実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2020/3/1~2020/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2020/4/1~2020/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2020/5/1~2020/5/31の範囲のグラフである。
【図25】 2018年の実測水位と第3実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2018/3/1~2018/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2018/4/1~2018/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2018/5/1~2018/5/31の範囲のグラフである。
【図26】 2019年の実測水位と第3実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2019/3/1~2019/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2019/4/1~2019/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2019/5/1~2019/5/31の範囲のグラフである。
【図27】 2020年の実測水位と第3実施形態での予測試験における予測水位とを比較した図であり、(a)は2020/3/1~2020/3/31の範囲のグラフであり、(b)は2020/4/1~2020/4/30の範囲のグラフであり、(c)は2020/5/1~2020/5/31の範囲のグラフである。
【図28】 実測水位と予測水位との差異の絶対値の平均および標準偏差を、予測時での実測水位の「ある・なし」および重み付けの「ある・なし」で場合分けして示した図である。
【図29】 従来の出水警報システムの構成例である。

代表図 図1本件の代表的な図

10 学習装置 11 画像処理部 12 学習データ取得部 13 学習処理部 20 予測装置 21 画像処理部 22 予測データ取得部 23 予測処理部 F,Fa,Fb 気象分布画像

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