JP4463516B2 - Similarity search method - Google Patents
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Description
本発明は、類似点検索方法に関するものである。 The present invention relates to a similarity search method.
地図データから特定の事象を観察、評価する方法としては、例えば、特許文献1に記載のものが知られている。この従来例において、地図データは複数のメッシュに分割され、各メッシュ毎に動物の行動特性等の特徴量が算定される。
しかし、上述した従来例をはじめとするメッシュ単位に特徴量を把握する手法を利用して類似メッシュを検索する場合には、以下の問題がある。すなわち、類似部分の検索には、類似判断の基準となる教師モデルを統計的に求める必要があり、上記従来例によれば、教師モデルの生成は、特定事象発現の有無によりメッシュを分別し、特定事象が発現しているメッシュの特徴量を統計的処理により求めることとなる。 However, there are the following problems when searching for similar meshes using a method of grasping feature quantities in units of meshes including the conventional example described above. That is, for searching for similar parts, it is necessary to statistically determine a teacher model that is a criterion for similarity determination. According to the above-described conventional example, the generation of a teacher model is performed by classifying a mesh according to the presence or absence of a specific event, The feature amount of the mesh in which the specific event has occurred is obtained by statistical processing.
一方、地理情報上での特定事象を考察する場合には、点として特定事象発現点は周囲の地理的影響を受けるという特殊性があるために、セル内での特定事象発現点の位置を考慮しなければ正確な教師モデルを得ることができない。 On the other hand, when considering a specific event on geographic information, the specific event occurrence point is affected by the surrounding geographical influence as a point, so the position of the specific event occurrence point in the cell is considered. Otherwise, an accurate teacher model cannot be obtained.
すなわち、図4(c)に示すように、特定事象発現点2が升目の中心にあるセルと、隅部にあるセルとは同視できず、隅部にあるセルについては、鎖線で示す領域について特徴量をとる必要がある。これに対し、上記2つのセルを同視して得られた特徴量を統計処理する従来手法では、メッシュサイズが適正であったとしても、正確な評価基準となる教師モデルを生成することはできない。
That is, as shown in FIG. 4C, the cell at which the specific
また、上記従来手法の欠点は、同様の理由により、教師モデルを使用して類似点を検索する際にも発生する。 Further, the disadvantages of the above conventional method also occur when searching for similar points using a teacher model for the same reason.
本発明は、以上の欠点を解消すべくなされたものであって、地理的類似性を正確に探索することのできる類似点検索方法の提供を目的とする。 The present invention has been made to solve the above-described drawbacks, and an object of the present invention is to provide a similar point search method capable of accurately searching for geographical similarity.
図1、2に本発明の原理を示す。図1は本発明のフローチャート、図2は本発明を実現する類似点検索システム5の機能ブロック図であり、類似点検索に際し、まず、特定事象発現点2、教師モデル空間形状、変量候補及び検索対象空間3が初期条件として決定される。特定事象発現点2は、類似点を検索するもとの事象が発現している点を指し、例えば、ギフチョウの移植可能地の検索に際しては、ギフチョウの現在の生息確認地点をいう。
1 and 2 show the principle of the present invention. FIG. 1 is a flowchart of the present invention, and FIG. 2 is a functional block diagram of a similar
教師モデル空間形状は、後述する教師モデルの地理情報空間における形状、大きさ、および特定事象発現点2の位置情報を指し、発現する事象に対する地理的影響を考慮して決定される。教師モデル空間形状の決定には、例えば、生物の場合、営巣箇所や生育箇所を起点として諸行動に伴うエネルギー消費量の等量線が、人間の場合には、調査対象により、想定する移動手段による移動可能量が考慮に入れられる。また、教師モデルには、図5(a)に示すように、平面的なものに加え、図5(b)に示すように、立体的なものも想定できる。
The shape of the teacher model space refers to the shape and size of the teacher model in the geographic information space, which will be described later, and the position information of the specific
変量候補は、後述する回帰方程式の説明変量となる候補であり、事象発現に対して影響を与えると思われる地理的要素である。この変量候補は、地理情報データベース1上に直接保持されている、例えば標高等の数値、あるいは気温等の一次的諸量以外に、これらに対して適宜の演算を施して得られる量でもよい。地理情報データベース1には、統計的情報も説明変量として利用することができるので、地図情報に種々の統計量を重ね合わせて定量的分析を可能にしたGIS(Geographic Information System:地理情報システム)を利用するのが望ましい。 The variable candidate is a candidate that becomes an explanatory variable of a regression equation described later, and is a geographical element that seems to have an influence on the occurrence of an event. This variable candidate may be an amount obtained by performing an appropriate calculation on the variable candidate other than a numerical value such as an altitude or a primary amount such as an air temperature that is directly held in the geographic information database 1. Since statistical information can also be used as explanatory variables in the geographic information database 1, a GIS (Geographic Information System) that enables quantitative analysis by superimposing various statistics on map information. It is desirable to use it.
検索対象空間3は、類似点を検索する地理情報空間上の領域をいい、これら初期条件が初期条件入力部6に入力されると、次に、教師モデル生成部7における教師モデル生成ステップ(ステップS1)が実行される。教師モデル生成ステップにおいては、まず、サンプル空間設定部8においてサンプル空間9の設定が実行される(ステップS11)。サンプル空間9の設定は、図4(a)に示すように、地理情報空間上に初期条件として与えられた特定事象発現点2を配置した後、この特定事象発現点2に初期条件で与えら得れた空間形状情報を適用して行われる。
The
このステップが終了すると、地理データ空間上には、特定事象発現点2の数に等しいサンプル空間9が展開され、次いで、図4(b)に示すように、これら複数、または単数のサンプル空間9を他の領域から区別している特徴量を導き出すために、比較空間設定部10において比較空間11が設定される(ステップS12)。比較空間11は、サンプル空間9と大きさ、形状が等しい領域であり、望ましくは、検索対象空間3全体に均等に配置される。
When this step is completed, a
次いで、ステップS13において、上記サンプル空間9と比較空間11に対して変量候補の値が導入される。変量候補値の導入は、各サンプル空間9、あるいは比較空間11内に存在する変量候補の量をデータベースアクセス部を介して地理情報データベース1から読み込むことにより行われる。
Next, in step S <b> 13, variable candidate values are introduced into the
この後、ステップS14において、変量候補に対する多変量解析が行われる。多変量解析部12における多変量解析は、上記変量候補がサンプル空間9の地理的特徴を表現するのに適しているか否かを統計的手法により判断し、良好でなければ、使用する変量候補を変えて、あるいは必要ならば、初期設定値、とりわけ、空間の大きさ、形状を変えて評価を繰り返す。
Thereafter, in step S14, multivariate analysis is performed on the variable candidates. The multivariate analysis in the
このステップにおいて良好な結果が得られた場合には、モデル定義部13において教師モデルが決定される(ステップS15)。教師モデルは、特定事象発現点2の位置を含む空間形状情報に加え、多変量解析により抽出された有意な説明変量により与えられる回帰方程式で定義される。
If a good result is obtained in this step, the
上記教師モデル生成ステップの次に調査空間設定部14における調査空間設定ステップが実行される(ステップS2)。調査空間設定ステップは、図6に示すように、検索対象点設定部15において検索対象空間3内に検索対象点16を特定し(ステップS21)、この後、調査空間設定部21において検索対象点16を基準に調査空間4を形成して行われる(ステップS22)。調査空間4は、教師モデルと地理データ空間上で合同であり、かつ、教師モデル内で特定事象発現点2が占める位置を検索対象点16が占める。
Following the teacher model generation step, a survey space setting step in the survey
検索対象点16の特定方法は適宜決定可能であり、検索対象空間3を示すディスプレイ装置に利用者が直接指定する以外に、検索対象点設定部15に自動抽出させることもできる。検索対象点16の自動抽出に当たっては、検索対象空間3全体に所定ピッチでマトリクス状に配置するように設定したり、あるいは、特定条件を充足する場合には、格子点間に付加的な検索対象点16を配置するように設定することができる。
The method of specifying the
また、特定事象発現点2に対して予め一次的特徴を付与しておくと、検索対象点16の特定に際し、この特徴を利用することができる。一次的特徴とは、稜線上、国道沿い、交差点近傍等、地理情報空間内で一次的に決定可能な特徴を指すもので、例えば、図6(a)においては、特定事象発現点2の一次的特徴として稜線17上であることが付与されており、検索対象点16は、地理情報空間上の稜線17に沿って所定ピッチで自動配置された状態が示されている。
Further, if a primary feature is given to the specific
また、図6(b)においては、特定事象発現点2は国道沿いであることが位置的特徴として付与され、付随的に、屈曲部及び駅から最初の交差点を含めるという条件が付与された場合を示す。この場合、検索対象点16及び調査空間4は、図中で実線で示すように、国道18沿いに所定ピッチ(L)で配置され、さらに、図中で破線で示すように、屈曲部及び駅19から最初の交差点が自動抽出される。
In addition, in FIG. 6B, the specific
以上のようにして調査空間設定ステップが終了すると、次に、空間評価部20において空間評価ステップ(ステップS3)が実行される。空間評価ステップは、上記各調査空間4と教師モデルとの類似性を評価するもので、データベースアクセス部22を介して各調査空間4内の説明変量を地理情報データベース1から呼び出した後(ステップS31)、目的変量演算部23において回帰方程式を演算し(ステップS32)、類似性判定部24において類似性を判定して行われる(ステップS33)。
When the survey space setting step is completed as described above, the
類似性の判定は、調査空間4内の説明変量によって算出した回帰方程式の目的変量と教師モデルの目的変量を比較しておこなわれ、目的変量の差分の小さいもの、あるいは目的変量が教師モデルのそれより大きいものが類似性ありと判定される。 The similarity is determined by comparing the objective variable of the regression equation calculated by the explanatory variable in the research space 4 with the objective variable of the teacher model. The difference of the objective variable is small, or the objective variable is that of the teacher model. Larger ones are determined to be similar.
このようにして空間評価ステップにおいて類似性が判定された場合には、類似点抽出ステップが実行され(ステップS4)、類似点登録部25に登録されるとともに、要求に応じてディスプレイ装置、あるいはプリンタ等の出力部から出力される。
When the similarity is determined in the space evaluation step in this way, a similar point extraction step is executed (step S4), registered in the similar
なお、上記類似点検索システム5全体、あるいはこれを構成する教師モデル生成部7、調査空間設定部14、空間評価部20は、これらの機能を与えるように動作させるプログラムにより稼働するコンピュータによって達成できる。
The whole
本発明によれば、教師モデルは、特定事象発現点2との位置関係を考慮してなされるために、地理的特徴を正確に反映した評価基準による類似性判断を行うことができるために、判定精度が向上する。
According to the present invention, since the teacher model is made in consideration of the positional relationship with the specific
また、調査空間4も特定事象発生点との関係を維持したまま設定されるために、評価の精度を高めることが可能となる。 In addition, since the survey space 4 is also set while maintaining the relationship with the specific event occurrence point, it is possible to improve the accuracy of evaluation.
図3にギフチョウの生息地域の推計及び生息域の移転の可能性等を評価するために適用された本発明の実施の形態を示す。ギフチョウの生息には、ギフチョウの食草であるカンアオイ類のあることが条件となることが知られており、ギフチョウの生息域の移動に際しては、カンアオイの移植が試みられる。しかし、カンアオイ類の移植に成功しても、ギフチョウが生息可能となるわけではなく、成虫になった時に吸密するカタクリやツツジ類があること、また、林内の風や湿度など空間的な条件が揃って移植が可能になることが知られている。この実施の形態は、これらギフチョウの生息可能領域をカンアオイの移植の可能性とともに種々の条件から割り出すのに使用される。 FIG. 3 shows an embodiment of the present invention that is applied to estimate the habitat area of Gifu butterflies and the possibility of transfer of the habitat. It is known that the existence of the kingfisher, which is a burdock butterfly, is a condition for the inhabiting of the geese butterfly. However, even if transplantation of Kang mallow is successful, the butterfly is not able to inhabit, but there are anchovy and azalea that become dense when it becomes an adult, and spatial conditions such as wind and humidity in the forest It is known that all of them can be transplanted. This embodiment can be used to determine the habitat area of these butterflies from various conditions along with the potential for transplantation of kang mallow.
移植可能点(類似点)の検索に際し、まず、ギフチョウの生息が実際に確認された地点を特定事象発現点2として初期条件入力部6に登録する。また、ギフチョウの行動範囲は繁殖地点を中心とする円形領域と考え、移植の可否を判定するための教師モデルを、特定事象発現点2を中心とする円形形状に設定する。
When searching for a transplantable point (similarity), first, a point where the existence of a geese butterfly is actually confirmed is registered in the initial
さらに、処理の前準備として、変量候補を検討、スクリーニングして決定する。図5に、変量候補として、水路26の長さ、緑地林27内部のカンアオイ類の有無、池28の面積・数、水田29の面積、緑地内30の面積・斜度・吸蜜植物の有無、林縁31の長さ、工場等32の有無、道路33の長さ・密度、その他の土地利用地34の面積が採用された場合が示されている。
Further, as a preparation for processing, variable candidates are examined and determined. In FIG. 5, as candidates for variables, the length of the
上記教師モデル空間形状の決定に際して、ギフチョウの行動範囲を調査し、その大きさを設定し、これらから、教師モデル空間は、ギフチョウの生息域を中心として所定半径、例えば500mの円形領域として設定される。 When determining the shape of the teacher model space, the behavior range of the butterfly is investigated and its size is set. From these, the teacher model space is set as a circular area having a predetermined radius, for example, 500 m, centering on the living area of the butterfly. The
以上の初期条件が決定すると、次に、サンプル空間設定部8においてサンプル空間9が設定される。サンプル空間9設定に際し、まず、地理データ空間上にギフチョウ生息地2が配置され(ステップS111)、次いで、ギフチョウ生息地2の周囲にサンプル空間9が設定される(ステップS112)。図4(a)にサンプル空間9を設定した状態を示す。
When the above initial conditions are determined, the sample
次に、これらサンプル空間9の評価をするために、比較空間設定部10において、サンプル空間9が内接するメッシュを検索対象空間3全体に設定し(ステップS121)、次いで、各メッシュ内にサンプル空間9と幾何学的に合同な比較空間11を設定する(ステップS122)。図4(b)にステップS122が終了した状態を図示する。
Next, in order to evaluate the
この後、サンプル空間9と比較空間11に変量候補の値を導入し(ステップS130)、多変量解析部12において変量候補の評価を行う。この実施の形態において、多変量解析は、ロジスティック回帰分析の判別問題を適用して行われる(ステップS141)。判別問題による寄与率が低い場合には、採用する変量候補を変更して寄与率が所定の予想値に至るまで繰り返す。このステップにおいて、変量候補の変更だけでは寄与率の向上が見られない場合には、教師モデル空間形状等、初期条件を見直す。
Thereafter, the values of the variable candidates are introduced into the
このようにして、寄与率が所定の予想値に達すると(ステップS142)、モデル定義部13における教師モデルの決定がなされ(ステップS150)、教師モデル設定ステップが終了する。
Thus, when the contribution rate reaches a predetermined expected value (step S142), the
類似点検索は上記教師モデルを使用して行われる。教師モデルの適用のために、検索対象空間3には調査空間設定部14により調査空間4が設定される。調査空間4の設定は、まず、検索対象点設定部15により検索対象点16を検索対象空間3に配置した後(ステップS210)、検索対象点16を中心とする円形領域を調査空間4として設定して行われる(ステップS220)。検索対象点16の配置は、生息地2に対する一次的特徴が与えられている場合には、この一次的特徴を地理情報空間から自動抽出して行われる。
Similarity search is performed using the teacher model. In order to apply the teacher model, the search space 4 is set in the
以上の調査空間設定ステップに続いて、空間評価ステップが実行される。空間評価に際して、まず、地理情報データベース1から説明変量を抽出し(ステップS310)、目的変量演算部23において回帰方程式の目的変量を演算する(ステップS320)。 Subsequent to the above survey space setting step, a space evaluation step is executed. In the spatial evaluation, first, explanatory variables are extracted from the geographic information database 1 (step S310), and the objective variable calculation unit 23 calculates the objective variable of the regression equation (step S320).
この実施の形態において、回帰方程式はロジスティック回帰方程式であり、目的変量は事象の発現する確率(p)を示すために、調査空間4の類似性評価は、目的変量が教師モデルのものより大きいか否かにより判定される。調査空間4の目的変量が教師モデルに比して大である場合(ステップS330)には、類似点として登録され(ステップS340)、小である場合には、他の検索対象点16を抽出し、同様の処理を繰り返す。
In this embodiment, since the regression equation is a logistic regression equation, and the objective variable indicates the probability (p) of occurrence of an event, the similarity evaluation of the research space 4 is performed so that the objective variable is larger than that of the teacher model. It is determined by whether or not. When the objective variable of the research space 4 is larger than that of the teacher model (step S330), it is registered as a similar point (step S340), and when it is smaller, another
なお、図3に示す実施の形態においては、類似点が抽出された時点で終了するように構成されているが、条件に合致する複数の類似点を全て抽出するには、ステップS340以降に、未判定検索対象点16が検索対象空間3内に残っているか否かを調査するステップを挿入し、未判定検索対象点16が残っている場合には、ステップS210に帰還するように構成すればよい。
Note that the embodiment shown in FIG. 3 is configured to end when similar points are extracted. However, in order to extract all of a plurality of similar points that meet the conditions, after step S340, If a step of investigating whether or not the undetermined
また、以上においては、ギフチョウの移植可能地を例示したが、この他に、例えば、不法投棄箇所の類推、高収益店舗領域の検索等にも適用可能である。 In the above, the transplantable land of the butterfly is illustrated, but other than this, for example, it is applicable to analogy of illegal dumping places, search of high profit store areas, and the like.
1 地理情報データベース
2 特定事象発現点
3 検索対象空間
4 調査空間
1
Claims (3)
特定事象発現点を含む地理情報空間上の所定領域内から得られる統計量としての地理的諸量を説明変量とする回帰方程式により定義された教師モデルを作成し、
地理情報空間上の検索対象空間内に指定された教師モデルと合同な調査空間に回帰方程式を適用して目的変量を算出し、
得られた目的変量を、教師モデルの目的変量と比較して類似性を判定し、類似性の高い調査空間から特定事象発現点の類似点を抽出してなり、
前記教師モデルの作成に際しては、特定事象発現点を同一位置に含み、相互に幾何学的に合同な地理情報空間上の複数の所定領域内の種々の地理的諸量を変量候補とするロジスティック回帰分析の判別問題が適用された多変量解析を行い、判別問題による寄与率が所定の予想値に至るまで採用する変量候補を変更して多変量解析を繰り返すことにより得られた有意な変量候補が説明変量として決定され、
前記類似点の抽出に際しては、地理情報空間上の検索対象空間内において教師モデルと合同な調査空間の教師モデルにおける特定事象発現点への対応点が類似点として決定される類似点検索方法。 Using a geographic information database composed of GIS formed by superimposing various statistics on map information, a search is made on the geographic information space for similarities to specific event occurrence points in the geographic information space on the geographic information database. A similarity search method for searching from within a target space,
Create a teacher model defined by regression equations geographic quantities as statistics derived from a predetermined area as explanatory variables in the geographic information space including a specific event expression points,
The objective variable is calculated by applying the regression equation to the research space congruent with the teacher model specified in the search target space in the geographic information space,
Comparing the obtained objective variable with the objective variable of the teacher model to determine the similarity, and extracting the similarities of the specific event occurrence points from the survey space with high similarity,
In creating the teacher model, logistic regression using a variety of geographical quantities in a plurality of predetermined areas on a geographical information space that includes specific event occurrence points at the same position and geometrically congruent with each other as variable candidates. There is a significant variable candidate obtained by performing multivariate analysis to which the discriminant problem of analysis is applied, changing the variable candidate adopted until the contribution rate by the discriminant problem reaches a predetermined expected value, and repeating the multivariate analysis. Determined as an explanatory variable,
A similarity point search method in which, when extracting the similar points, a corresponding point to a specific event occurrence point in a teacher model in a research space congruent with a teacher model in a search target space in a geographic information space is determined as a similar point.
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