JP5340899B2 - Security device and sensor reaction factor estimation method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、センサの反応信号に基づいて侵入物体の属性を判定し、必要な場合に警備動作を行う警備装置およびセンサ反応要因の推定方法に関するものである。 The present invention relates to a security device that determines an attribute of an intruding object based on a response signal of a sensor and performs a security operation when necessary, and a sensor response factor estimation method.
従来、建物の屋外にセンサを設置し、このセンサにより建物の内部に侵入しようとしている不審者を検知して警報を出力したり、警備会社への通報を行ったりする警備装置が知られている。このような警備装置は、近年のセキュリティに対する関心の高まりや敷設コストの低コスト化に伴って、一般家庭においても広く導入されるようになってきている。 Conventionally, there has been known a security device that installs a sensor outside a building, detects a suspicious person who is about to enter the inside of the building by this sensor, outputs an alarm, or reports to a security company. . Such a security device has been widely introduced in general households as the interest in security in recent years and the laying cost are reduced.
建物の屋外にセンサを設置する警備装置においては、猫や鳥、また、落ち葉や草木、ビニール袋等によってセンサが誤反応してしまう可能性があり、センサ誤反応により誤報が発生すると、無駄な出動による警備員の負担増加を招き、また、居住者の不安感をいたずらに煽る結果となる。このため、この種の警備装置においては、センサの誤反応に起因する誤報をいかに低減させるかが重要な課題とされている。 In a security device that installs a sensor outside a building, there is a possibility that the sensor may react incorrectly due to cats, birds, fallen leaves, plants, plastic bags, etc. This leads to an increase in the burden on guards due to dispatch, and also results in mischief of residents' anxiety. For this reason, in this type of security device, it is an important issue how to reduce false alarms due to sensor false reactions.
以上のような観点から、例えば、下記の特許文献1では、センサとして対向式の赤外線アレーを設置し、赤外線ビームが何本遮断されたかというパターンによって反応要因を推定することにより誤報を低減させる、という技術が提案されている。
From the above viewpoint, for example, in the following
また、下記の特許文献2では、人感センサの反応パターンを予め決められたパターンと比較し、これらのパターンが一致するか否かにより警報を送信するか否かを判断することで誤報を低減させる、という技術が提案されている。
Moreover, in the following
また、下記の特許文献3では、センサにより開口部前での滞在状態を推定し、その滞在時間の長短から不審者であるか否かを判定したり、移動経路として通常の移動経路ではない箇所のセンサが反応した場合にも、移動経路の不審度合いを推定して不審か否かを判定したりすることで誤報を低減させる、という技術が提案されている。
Moreover, in the following
しかしながら、特許文献1に記載されている技術では、多段式の赤外線ビームを張るための広い空間が必要であり、一般の住宅等においてはそのような広い空間を確保できない場合もある。また、特許文献1に記載の技術では、センサの検知領域が集中されるため、ゴミ袋等大きめの誤反応要因が通過した場合、人間の通過と誤判断してしまうこともおおいに考えられ、誤報低減の効果が十分に得られないといった問題がある。
However, the technique described in
また、特許文献2に記載されている技術では、実環境において、敷地の構成や考えられる誤反応要因、また、センサの反応パターンは千差万別であるため、全てのパターンを環境毎に規定することは非常に困難であり、また、センサが反応しなかった場合には異なるパターンとなってしまうため、設定作業が煩雑な割に十分な精度を確保することが困難であるといった問題がある。
Moreover, in the technology described in
また、特許文献3に記載されている技術は、不審者か否かを判定することに主眼を置いた技術であり、小動物や各種自然要因等によるセンサ誤反応の影響を積極的に判別する技術ではない。つまり、特許文献3に記載の技術は、不審と考えられる移動経路や滞在時間の基準として、居住者による通常の行動からの逸脱を見ているような技術である。そのため、居住者が通常は選択しない経路を通る場合が多いと考えられる小動物等による反応を、小動物等による反応であると積極的に判断することがないため、不審者と誤判断してしまう可能性が高いと考えられる。また、不審である滞在時間の基準や不審と考えられる移動経路等多くのパラメータを設定することが必要であり、設定時の手間が多いといった問題がある。
In addition, the technique described in
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、設定に多くの手間を要することなく、また、使用するセンサの種類に制限を与えることなく、センサ反応要因を高精度に推定してセンサ誤反応に起因する誤報を効果的に低減させることができる警備装置およびセンサ反応要因の推定方法を提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of the above, and it is possible to estimate the sensor reaction factor with high accuracy without requiring much labor for setting and without restricting the type of sensor to be used. It is an object of the present invention to provide a security device and a method for estimating a sensor reaction factor that can effectively reduce false alarms resulting from a false reaction.
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる警備装置は、物体検知の対象となる複数の検知対象領域の各領域にそれぞれ一つ以上設置された複数のセンサと、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルを記憶するモデル記憶手段と、前記複数のセンサから時系列で得られるセンサ反応信号と前記判断モデルとを用いて、センサ反応要因となり得る物体のカテゴリごとに、各カテゴリに属する物体がセンサ反応要因となっている確信度を算出する確信度算出手段と、前記確信度算出手段により算出された確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体のカテゴリを判定する判定手段と、前記判定手段による判定結果に応じて警備動作を実行する警備手段と、を備えることを特徴とする。 In order to solve the above-described problems and achieve the object, the security device according to the present invention includes a plurality of sensors installed in each of a plurality of detection target areas that are objects of object detection, Using model storage means for storing a judgment model, which is a model expressing a causal relationship of sensor responses by a probability model using a Bayesian network, sensor response signals obtained in time series from the plurality of sensors, and the judgment model Based on the certainty factor calculated by the certainty factor calculating means and the certainty factor calculating means for calculating the certainty factor that the object belonging to each category is the sensor reaction factor Determining means for determining the category of the object that is a sensor reaction factor, and performing a guard operation according to the determination result by the determining means Characterized in that it comprises a security unit that row, the.
また、本発明にかかるセンサ反応要因の推定方法は、物体検知の対象となる複数の検知対象領域の各領域にそれぞれ一つ以上設置された複数のセンサによるセンサ反応要因を推定する方法であって、前記複数のセンサから時系列で得られるセンサ反応信号と、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルとを用いて、センサ反応要因となり得る物体のカテゴリごとに、各カテゴリに属する物体がセンサ反応要因となっている確信度を算出するステップと、センサ反応要因となり得る物体のカテゴリごとに算出した前記確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体のカテゴリを判定するステップと、を有することを特徴とする。 The sensor reaction factor estimation method according to the present invention is a method for estimating sensor reaction factors by a plurality of sensors respectively installed in each of a plurality of detection target regions to be object detection. Using a sensor response signal obtained in time series from the plurality of sensors and a judgment model that represents a causal relationship of the sensor response by a probability model using a dynamic Bayesian network, For each category, based on the step of calculating the certainty that the object belonging to each category is a sensor reaction factor and the certainty calculated for each category of the object that can be a sensor reaction factor, Determining the category of the object that is present.
本発明によれば、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論によりセンサ反応要因を推定するようにしているので、センサ反応要因を高精度に推定することができ、センサ誤反応に起因する誤報を効果的に低減させることができる。また、各センサの反応パターンを予め定めておく必要がないため、全てのセンサ反応パターンを定めるような方法と比較して、設定の手間が少ないという利点がある。さらに、利用するセンサにも特に定めがなく、様々なセンサを利用できる、という効果を奏する。 According to the present invention, the sensor reaction factor is estimated by probabilistic inference using a dynamic Bayesian network. Therefore, the sensor reaction factor can be estimated with high accuracy, and the false alarm caused by the sensor erroneous reaction can be effectively performed. Can be reduced. In addition, since it is not necessary to predetermine the reaction pattern of each sensor, there is an advantage that setting labor is reduced compared to a method of determining all sensor reaction patterns. Furthermore, there is no particular limitation on the sensor to be used, and there is an effect that various sensors can be used.
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる警備装置およびセンサ反応要因の推定方法の最良な実施の形態を詳細に説明する。 Exemplary embodiments of a security device and a sensor reaction factor estimation method according to the present invention will be explained below in detail with reference to the accompanying drawings.
(概要)
本実施の形態にかかる警備装置は、例えば、個人の住宅等において、侵入者が建物内部への侵入を企てた際に、建物内部へ侵入する前にその侵入者を検知して警報発令などの警備動作を実施するものであり、特に、建物の屋外に複数のセンサを設置して、これら複数のセンサから時系列で得られるセンサ反応信号と、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルとを用いてセンサ反応要因を推定し、センサ反応要因が人間であると判定した場合に警報発令などの警備動作を実施するものである。
(Overview)
The security device according to the present embodiment, for example, when an intruder attempts to enter the inside of a building in an individual house or the like, detects the intruder before entering the inside of the building, issues an alarm, etc. In particular, when multiple sensors are installed outdoors in a building, the sensor reaction signals are obtained in time series from these multiple sensors and the probability response using a dynamic Bayesian network. A sensor reaction factor is estimated using a judgment model that is a model expressing the causal relationship of the above, and when it is determined that the sensor reaction factor is a human, a security operation such as issuing an alarm is performed.
建物の屋外に設置したセンサの反応信号に基づいて侵入者を検知しようとする場合、猫や鳥などの小動物、落ち葉や草木、ビニール袋等によってセンサが誤反応してしまう可能性がある。そこで、本実施の形態にかかる警備装置では、屋外の敷地を周辺環境や開口部との位置関係等を利用して複数のエリアに分け、それぞれのエリアを物体検知の対象となる検知対象領域として各検知対象領域に一つ以上のセンサを設置し、各検知対象領域に属するセンサの反応状態の時系列変化と他の様々な情報から、センサに反応している要因を推定する。 When trying to detect an intruder based on a reaction signal from a sensor installed outside a building, there is a possibility that the sensor may react erroneously due to small animals such as cats and birds, fallen leaves, vegetation, and plastic bags. Therefore, in the security device according to the present embodiment, the outdoor site is divided into a plurality of areas using the positional relationship with the surrounding environment and the opening, etc., and each area is set as a detection target area to be an object detection target. One or more sensors are installed in each detection target area, and a factor reacting to the sensor is estimated from a time-series change in the reaction state of the sensors belonging to each detection target area and various other information.
具体的には、センサ反応要因となり得る物体をいくつかのカテゴリ(例えば、人間、小動物、無生物など。以下、これらセンサ反応要因となり得る物体のカテゴリを「物体カテゴリ」と呼ぶ。)に分け、上記の複数のセンサから時々刻々と得られるセンサ反応信号の時系列から、その時系列を生成している物体がどの物体カテゴリに含まれるかを推定する。そして、センサ反応の時系列からその反応要因がどの物体カテゴリに含まれるかを推定するために、物体カテゴリごとに行動モデルを用意し、センサ反応の時系列がどの行動モデルにどの程度近いのかを計算する。 Specifically, an object that can be a sensor reaction factor is divided into several categories (for example, humans, small animals, inanimate objects, etc., hereinafter, the category of an object that can be a sensor reaction factor is referred to as an “object category”). From which time series of sensor response signals obtained from a plurality of sensors, the object category that includes the object generating the time series is estimated. Then, in order to estimate which object category the reaction factor is included in the time series of sensor response, prepare an action model for each object category, and how close to which action model the time series of sensor response is calculate.
上記の物体カテゴリは人間や小動物等であるため、その行動は画一的ではない。つまり、これらの物体カテゴリに属する物体が毎回全く同じ行動を取るとは考えられず、移動経路や移動速度などは毎回変化するものと考えられる。したがって、各物体カテゴリの行動モデルとして決定的な単一モデルを構築することは困難であり、確率的な行動モデルを構築することが必要となる。そこで、本実施の形態にかかる警備装置では、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルを構築し、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論によってセンサ反応要因を推定する。 Since the above object categories are humans, small animals, etc., their actions are not uniform. That is, it is not considered that the objects belonging to these object categories take the same action every time, and the moving route, the moving speed, etc. are considered to change every time. Therefore, it is difficult to construct a definitive single model as the behavior model for each object category, and it is necessary to construct a probabilistic behavior model. Therefore, in the security device according to the present embodiment, a probability model using a dynamic Bayesian network is constructed, and a sensor reaction factor is estimated by probability inference using a dynamic Bayesian network.
すなわち、本実施の形態にかかる警備装置では、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論を実行するために、各種の物体カテゴリ毎の行動の選択基準(行動モデル)を確率モデルによって構築し、また、センサの反応と物体の行動との関係性をセンサモデルとして行動モデルと同様の確率モデルによって構築する。そして、これら二つの確率モデルと、上述した複数の検知対象領域の位置を表す位置モデルとを組み合わせた「判断モデル」を利用することによって、時系列で得られるセンサ反応信号からセンサ反応要因を推定できるようにしている。 That is, in the security device according to the present embodiment, in order to execute probability inference using a dynamic Bayesian network, action selection criteria (behavior models) for various object categories are constructed using probability models, and sensors The relationship between the response of the object and the behavior of the object is used as a sensor model to construct a probability model similar to the behavior model. Then, by using a “judgment model” that combines these two probability models and the position model that represents the positions of the plurality of detection target areas described above, the sensor reaction factor is estimated from the sensor reaction signal obtained in time series. I can do it.
本実施の形態にかかる警備装置では、以上のような構成によってダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論によるセンサ反応要因の推定が可能となり、センサ誤反応に起因する誤報の低減を図ることができる。さらに、各センサの反応パターンを予め定める方法ではないため、全てのセンサ反応パターンを定めるような方法と比較して、設定の手間が少ないという利点がある。さらに、利用するセンサにも特に定めがなく、様々なセンサを利用できるという利点がある。 In the security device according to the present embodiment, it is possible to estimate the sensor reaction factor by the probabilistic reasoning using the dynamic Bayesian network with the configuration as described above, and it is possible to reduce the false alarm due to the sensor erroneous reaction. Furthermore, since it is not a method for predetermining the response pattern of each sensor, there is an advantage that the setting effort is less compared with a method for determining all sensor reaction patterns. Furthermore, there is no particular limitation on the sensor to be used, and there is an advantage that various sensors can be used.
(ダイナミックベイジアンネットワーク)
以下では、まず、本実施の形態にかかる警備装置の具体的な説明に先立ち、ダイナミックベイジアンネットワークの概要について説明する。ダイナミックベイジアンネットワークとは、観測された事象からその原因を推定する確率モデルであるベイジアンネットワークを時間軸に展開したものである。
(Dynamic Bayesian network)
In the following, first, an outline of the dynamic Bayesian network will be described prior to specific description of the security device according to the present embodiment. A dynamic Bayesian network is a time-based expansion of a Bayesian network, which is a probabilistic model for estimating the cause from observed events.
ベイジアンネットワークは、事象を構成する複数の要素間の因果関係を視覚的に表現し、それらの因果関係を条件付確率で表したものである。つまり、ベイジアンネットワークは、図1に示すように、事象を構成する各要素を確率変数で表されるノードとして表し、因果関係を有する各ノード間を有向辺(矢印)で結んで、ノード間の因果関係を条件付確率で定義したモデルとして表現される。図1に示した例では、事象を構成するノードAとノードBの因果関係が条件付確率P(B|A)として与えられ、ノードBとノードCの因果関係が条件付確率P(C|B)として与えられる。なお、先頭のノードAには、このノードに接続される矢印がなく、条件付確率を定義できないので、このノード自体の確率変数で定まる事前確率P(A)を与える。このような事前確率と条件付確率によって表現される図1のモデルは、下記の式(1)に示すような数式によって表すことができる。
P(A,B,C)=P(A)P(B|A)P(C|B) ・・・(1)
A Bayesian network is a visual representation of a causal relationship between a plurality of elements constituting an event, and the causal relationship is expressed by a conditional probability. In other words, as shown in FIG. 1, the Bayesian network represents each element constituting an event as a node represented by a random variable, connects each node having a causal relationship with a directed side (arrow), and connects between the nodes. It is expressed as a model in which the causal relationship is defined by conditional probability. In the example shown in FIG. 1, the causal relationship between the node A and the node B constituting the event is given as the conditional probability P (B | A), and the causal relationship between the node B and the node C is the conditional probability P (C | B). Note that the leading node A has no arrow connected to this node, and the conditional probability cannot be defined, so a prior probability P (A) determined by the random variable of this node itself is given. The model of FIG. 1 expressed by such prior probabilities and conditional probabilities can be expressed by a mathematical formula as shown in the following formula (1).
P (A, B, C) = P (A) P (B | A) P (C | B) (1)
以上のようなベイジアンネットワークにおいて、あるノードに対して当該ノードに接続される矢印の起点となるノードは、一般に親ノードと呼ばれている。ここで、あるノードXに対する親ノードをPa(X)と表し、ノードがn個あるモデルを一般式で表現すると、下記の式(2)のようになる。
ベイジアンネットワークでは、上述したように、事象を構成する各要素間の因果関係を条件付確率によって定義するが、各要素の実現値は離散的に表現するのが一般的である。図1に示した例において、ノードAとノードBの因果関係を表す条件付確率P(B|A)は、図2に示すような条件付確率表によって表現される。この図2の条件付確率表では、ノードAが「1」のときにノードBが「1」となる確率は0.6、ノードAが「1」のときにノードBが「0」となる確率は0.4、ノードAが「0」のときにノードBが「1」となる確率は0.1、ノードAが「0」のときにノードBが「0」となる確率は0.9であることを示している。ベイジアンネットワークでは、各ノード間の条件付確率としてそれぞれ以上のような条件付確率表を用意してネットワーク全体のモデルを構築する。 In the Bayesian network, as described above, the causal relationship between each element constituting the event is defined by the conditional probability, but the actual value of each element is generally expressed discretely. In the example shown in FIG. 1, the conditional probability P (B | A) representing the causal relationship between the node A and the node B is expressed by a conditional probability table as shown in FIG. In the conditional probability table of FIG. 2, the probability that node B is “1” when node A is “1” is 0.6, and node B is “0” when node A is “1”. The probability is 0.4, the probability that the node B is “1” when the node A is “0” is 0.1, and the probability that the node B is “0” when the node A is “0” is 0. 9 is shown. In a Bayesian network, a conditional probability table as described above is prepared as a conditional probability between nodes, and a model of the entire network is constructed.
ベイジアンネットワークを利用した原因の推定は、観測できる要素を固定して未知の要素の全てのパターンの組み合わせを考えることで行う。例えば、図1に示した例において、ノードCが「1」であることが観測された場合、ノードCが「1」という結果が、ノードAが「1」であることに起因するものかどうかを推定するには、ノードAが「1」の条件下でノードBが「1」となってノードCが「1」となる確率と、ノードAが「1」の条件下でノードBが「0」となってノードCが「1」となる確率の和を計算する。以上を数式で表すと、下記の式(3)のようになる。
P(C=1|A=1)=α(P(A=1)P(B=1|A=1)P(C=1|B=1)+P(A=1)P(B=0|A=1)P(C=1|B=0))
=α(ΣBP(A=1)P(B|A=1)P(C=1|B)) ・・・(3)
ここで、αは正規化定数であり、C=1の場合のA=0の確率との正規化を行う定数である。
The cause estimation using the Bayesian network is performed by fixing the elements that can be observed and considering the combination of all patterns of unknown elements. For example, in the example illustrated in FIG. 1, when it is observed that the node C is “1”, whether the result that the node C is “1” is due to the node A being “1”. Is estimated under the condition that the node A is “1” and the node B is “1” and the node C is “1”. The sum of the probabilities that node C becomes “1” and node C becomes “1” is calculated. When the above is expressed by a mathematical formula, the following formula (3) is obtained.
P (C = 1 | A = 1) = α (P (A = 1) P (B = 1 | A = 1) P (C = 1 | B = 1) + P (A = 1) P (B = 0 | A = 1) P (C = 1 | B = 0))
= Α (Σ B P (A = 1) P (B | A = 1) P (C = 1 | B)) ··· (3)
Here, α is a normalization constant, and is a constant that performs normalization with the probability of A = 0 when C = 1.
以上のように、ベイジアンネットワークでは、観測できる要素の値を固定して観測できない未知の要素の全ての実現値分のパターンの確率の和を求めることで原因の確率を求めることができ、原因の推定が可能となる。 As described above, in the Bayesian network, the cause probability can be obtained by calculating the sum of the pattern probabilities for all realization values of unknown elements that cannot be observed with fixed observable element values. Estimation is possible.
以上説明したベイジアンネットワークは、時間軸を考慮しない静的なモデルである。したがって、本実施の形態にかかる警備装置のように、時々刻々とセンサ反応信号が得られるような対象への適用を考えた場合には、時系列に対応したモデルを構築する必要がある。そこで、ベイジアンネットワークを時間軸に展開したモデルであるダイナミックベイジアンネットワークを利用する。 The Bayesian network described above is a static model that does not consider the time axis. Therefore, when considering application to a target where a sensor response signal can be obtained every moment as in the security device according to the present embodiment, it is necessary to construct a model corresponding to time series. Therefore, a dynamic Bayesian network, which is a model in which the Bayesian network is developed over time, is used.
ダイナミックベイジアンネットワークは、図3に示すように、一つの基本的なモデルをユニットとして、観測結果が得られるごとに時々刻々とユニットが追加され、増大していくモデルとなっている。このようなダイナミックベイジアンネットワークを利用した推定方法は、基本的には上述したベイジアンネットワークを利用した推定方法と同様であり、観測結果が得られるたびにノード数が増えていくだけである。 As shown in FIG. 3, the dynamic Bayesian network is a model in which one basic model is used as a unit, and units are added every time an observation result is obtained. The estimation method using such a dynamic Bayesian network is basically the same as the estimation method using the Bayesian network described above, and only the number of nodes increases each time an observation result is obtained.
図3に示した例では、1回目の観測結果O1が得られたときのモデルは図4のようになる。この図4のモデルを上記の式(1)のように表すと、下記の式(4)のようになる。
P(X0,X1,O1)=P(X0)P(X1|X0)P(O1|X1) ・・・(4)
ここで、X1の状態の推定を行うことを考える。O1は観測結果のため固定し、未知の要素はX0となる。上記の式(3)を利用すると、下記の式(5)のとおりに計算することによってX1の状態の推定値を得ることができる。
P(X1|O1)=ΣX0P(X0)P(X1|X0)P(O1|X1)
=P(O1|X1)ΣX0P(X0)P(X1|X0) ・・・(5)
In the example shown in FIG. 3, the model when the first observation result O1 is obtained is as shown in FIG. When the model of FIG. 4 is expressed as the above equation (1), the following equation (4) is obtained.
P (X0, X1, O1) = P (X0) P (X1 | X0) P (O1 | X1) (4)
Here, it is assumed that the state of X1 is estimated. O1 is fixed for the observation result, and the unknown element is X0. When the above equation (3) is used, the estimated value of the state of X1 can be obtained by calculating as the following equation (5).
P (X1 | O1) = ΣX0P (X0) P (X1 | X0) P (O1 | X1)
= P (O1 | X1) ΣX0P (X0) P (X1 | X0) (5)
次に、2回目の観測時点では、図5に示すように、X2とO2のノードが追加されたモデルとなる。この図5に示すモデルをこれまでと同様に数式で表すと、下記の式(6)のようになる。
P(X0,X1,X2,O1,O2)=P(X0)P(X1|X0)P(O1|X1)P(X2|X1)P(O2|X2) ・・・(6)
ここで、X2の状態の推定値は、未知の要素がX0およびX1であるため、下記の式(7)のとおりに計算することで得ることができる。
P(X2|O1,O2)=ΣX0ΣX1P(X0)P(X1|X0)P(O1|X1)P(X2|X1)P(O2|X2)
=P(O2|X2)ΣX1P(O1|X1)P(X2|X1)ΣX0P(X0)P(X1|X0) ・・・(7)
Next, at the time of the second observation, as shown in FIG. 5, the model is obtained by adding nodes X2 and O2. When the model shown in FIG. 5 is expressed by mathematical formulas as before, the following formula (6) is obtained.
P (X0, X1, X2, O1, O2) = P (X0) P (X1 | X0) P (O1 | X1) P (X2 | X1) P (O2 | X2) (6)
Here, since the unknown elements are X0 and X1, the estimated value of the state of X2 can be obtained by calculating as in the following equation (7).
P (X2 | O1, O2) = Σ X0 Σ X1 P (X0) P (X1 | X0) P (O1 | X1) P (X2 | X1) P (O2 | X2)
= P (O2 | X2) Σ X1 P (O1 | X1) P (X2 | X1) Σ X0 P (X0) P (X1 | X0) ··· (7)
ダイナミックベイジアンネットワークでは、新たな観測結果が得られるたびにモデルにユニットを追加して上述のように計算を行うことによって、時系列で得られる観測結果からその原因を推定することが可能となる。ただし、時々刻々とユニットを追加していけば、ある時間が経過すると非常に巨大なモデルとなり、それだけ計算量が増大して実用に値しないものとなる虞がある。そこで、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した因果関係の推定を行う場合には、下記の式(8)に示すような再帰的な計算を行うことによって計算量の増大を抑えるようにすることが望ましい。
P(Xt+1|O1,O2,・・・,Ot+1)=P(Ot+1|Xt+1)ΣXtP(Xt+1|Xt,O1,O2,・・・,Ot)P(Xt|O1,O2,・・・,Ot)
=P(Ot+1|Xt+1)ΣXtP(Xt+1|Xt)P(Xt|O1,O2,・・・,Ot) ・・・(8)
この式(8)において、最後の項が前のタイミングでの推定値である。このように、前のタイミングの推定値を用いた再帰的な計算を行うことによって、計算量の増大を有効に抑制することが可能となる。
In a dynamic Bayesian network, each time a new observation result is obtained, a unit is added to the model and the calculation is performed as described above, so that the cause can be estimated from the observation result obtained in time series. However, if units are added from time to time, there is a possibility that the model becomes very large after a certain period of time, and the amount of calculation increases accordingly, which is not practical. Therefore, when causal relation estimation using a dynamic Bayesian network is performed, it is desirable to suppress an increase in calculation amount by performing recursive calculation as shown in the following formula (8).
P (Xt + 1 | O1, O2,..., Ot + 1) = P (Ot + 1 | Xt + 1) .SIGMA.XtP (Xt + 1 | Xt, O1, O2,..., Ot) P (Xt | O1, O2, ..., Ot)
= P (Ot + 1 | Xt + 1) Σ XtP (Xt + 1 | Xt) P (Xt | O1, O2,..., Ot) (8)
In this equation (8), the last term is the estimated value at the previous timing. Thus, by performing recursive calculation using the estimated value of the previous timing, it is possible to effectively suppress an increase in the amount of calculation.
次に、以上説明したダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論によってセンサ反応要因を推定する機能を備えた本実施の形態にかかる警備装置について、具体的に説明する。 Next, the security device according to the present embodiment having the function of estimating the sensor reaction factor by the probability inference using the dynamic Bayesian network described above will be specifically described.
(装置構成)
図6は、本実施の形態にかかる警備装置の概略構成を示す構成図である。本実施の形態にかかる警備装置は、図6に示すように、警備の対象となる住宅の屋外に設置された複数のセンサ1と、住宅の建物内に設置されたセンサ制御装置2、判断装置3、本体装置4、表示装置5、操作装置6と、警備会社に設置された監視装置7とを備える。
(Device configuration)
FIG. 6 is a configuration diagram showing a schematic configuration of the security device according to the present embodiment. As shown in FIG. 6, the security device according to the present embodiment includes a plurality of
センサ1は、警備対象となる住宅の敷地内(屋外)を複数の検知対象領域に分けたときに、各検知対象領域に対してそれぞれ一つ以上設置される。つまり、本実施の形態にかかる警備装置では複数のセンサ1を用いており、それぞれのセンサ1の種類としては、当該センサ1が設置される検知対象領域での物体検知に適したものが用いられる。例えば、門扉の開閉を検出するセンサや、焦電素子を用いたパッシブ型の赤外線センサ、赤外線ビームの遮断を検出するセンサ、赤外線の反射を利用して物体の有無や物体までの距離を検出するセンサ等が、本実施の形態におけるセンサ1として有効に利用可能である。
One or
センサ制御装置2は、上記の複数のセンサ1の制御および各センサ1の反応信号の受信を実施するための装置である。本実施の形態にかかる警備装置では、センサ1が物体を検知したか否かにかかわらず、センサ制御装置2によって所定の計測周期で定期的にセンサ1の反応信号が取得され、判断装置3に供給される。
The
判断装置3は、本実施の形態にかかる警備装置において特徴的な構成要素であり、センサ制御装置2によって定期的に取得されるセンサ1の反応信号の時系列データに基づいて、センサの反応要因が人間か小動物か無生物かを判断する装置である。なお、この判断装置3の詳細については後述する。
The
本体装置4は、本実施の形態にかかる警備装置による監視機能の駆動や様々な情報の保持等、警備装置の全体の動作を統括的に制御する装置である。この本体装置4は、判断装置3によってセンサ1の反応要因が人間であると判定された場合に、警備会社や警備対象となる住宅の居住者に対して警報を発令する機能(警備手段)を有している。具体的には本体装置4は、警備会社に対して警報を発令する場合は、通信装置を用いて警備会社の監視装置7に情報伝達(通報)を行い、住宅の居住者に対して警報を発令する場合は、例えば表示装置5に警告メッセージを表示させたり、表示装置5に一体化されているスピーカから警告音を出力させたりといった処理を実行する。
The
表示装置5は、本実施の形態にかかる警備装置の現在の警備状態、センサ1の反応状態、判断装置3の判断結果、判断装置3による判断プロセスやその他様々な情報等を表示する装置である。本実施の形態にかかる警備装置では、上記のように住宅の居住者に対して警報を発令する際にこの表示装置5が用いられる。
The
操作装置6は、警備対象となる住宅の居住者等が警備の入/切などの操作を行うための装置である。この操作装置6を用いて住宅の居住者等が行った操作は、本体装置4に入力され、本実施の形態にかかる警備装置の制御に反映される。
The
監視装置7は、本体装置4との間での通信により警備にかかわる各種情報を取得して警備会社の警備員に提示する装置である。本実施の形態にかかる警備装置では、本体装置4が警備会社に対して警報を発令する場合、本体装置4からの通報を受けて監視装置7が警備会社の警備員に警報を伝達する。なお、本実施の形態にかかる警備装置においては、上記の判断装置3、本体装置4、表示装置5、操作装置6を警備対象となる住宅の建物内に設置するものとして説明するが、これらの一部または全部を警備会社に設置することも可能である。
The
(動作の概要)
以上のように構成される本実施の形態にかかる警備装置は、「警備セットモード」と「警備解除モード」の少なくとも2種類の警備モードを有し、例えば、警備対象となる住宅の居住者が操作装置6を用いて操作を行うことで、本体装置4においてその警備モードの切り替えが行われるようになっている。ここで、「警備セットモード」とは、センサ制御装置2により受信された各センサ1の反応信号に基づいて判断装置3によりセンサ反応要因の推定を行い、センサ反応要因が人間であると判定された場合に本体装置4が警備動作を実行するモードをいう。一方、「警備解除モード」とは、センサ1が反応しても判断装置3によるセンサ反応要因の推定は行わず、本体装置4による警備動作を行わないモード、つまり警備会社や警備対象となる住宅の居住者に対する警報発令などの警備動作を実施しないモードをいう。
(Overview of operation)
The security device according to the present embodiment configured as described above has at least two types of security modes of “security set mode” and “security release mode”. For example, a resident of a house to be guarded By performing an operation using the
本実施の形態にかかる警備装置では、警備モードが「警備セットモード」に設定されている場合、センサ制御装置2がセンサ1の反応信号を所定の計測周期で定期的に受信し、判断装置3がセンサ1の反応信号を定期的にチェックする。そして、判断装置3は、センサ1の反応信号をチェックするたびに、その時点までに得られたセンサ反応信号の時系列データを用いて、センサ反応要因の推定処理を実行する。この判断装置3によるセンサ反応要因の推定処理の結果、センサ反応要因が人間であると判定された場合には、本体装置4が警備会社の監視装置7に対して通報を行い、また、表示装置5への警告メッセージの表示やスピーカからの警告音の出力といった警備動作を実行する。一方、センサ反応要因が人間以外の小動物や無生物であると判定された場合には、判断装置3がそれまでの処理をリセットして、その後、新たに得られるセンサ1の反応信号の時系列データを用いてセンサ反応要因の推定処理を継続する。そして、警備モードが「警備セットモード」から「警備解除モード」に切り替えられるまで、以上の処理を繰り返し行う。
In the security device according to the present embodiment, when the security mode is set to the “security set mode”, the
なお、本実施の形態にかかる警備装置では、「警備セットモード」中に判断装置3によってセンサ反応要因が人間であると判定された場合に本体装置4が実行する警備動作として、警備会社や警備対象となる住宅の居住者に対する警報発令を例示しているが、警報発令以外にも、例えば、音声等による威嚇を行う威嚇装置を駆動させて威嚇を行ったり、電気錠や電動シャッタ、扉の物理強度を高めるための物理防御機構を作動させるといった警備動作を実行するようにしてもよい。
Note that, in the security device according to the present embodiment, the security device or the security is performed as the security operation performed by the
(判断装置の詳細)
次に、本実施の形態にかかる警備装置において特徴的な構成要素である判断装置3の詳細について説明する。図7は、判断装置3内部の機能的な構成を示す機能ブロック図である。判断装置3は、図7に示すように、モデル記憶部11と、確信度算出部12と、判定部13とを備える。
(Details of judgment device)
Next, the detail of the
モデル記憶部11は、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルを記憶するデータベースである。本実施の形態における判断装置3は、上述したように、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論によってセンサ反応要因を推定するが、この推定処理に必要なモデルである判断モデルが、モデル記憶部11に記憶されている。
The
確信度算出部12は、センサ制御装置2によって複数のセンサ1から定期的に取得されるセンサ反応信号の時系列データと、モデル記憶部11に記憶されている判断モデルとを用いて、予め定めたセンサ反応要因となり得る物体カテゴリごとに、各物体カテゴリに属する物体がセンサ反応要因となっている確信度を算出する。具体的には、確信度算出部12は、センサ制御装置2によってセンサ反応信号が取得されるたびにそのセンサ反応信号をチェックするとともに、そのセンサ反応信号を内部メモリなどにバッファリングしていく。そして、新たに得られたセンサ反応信号と過去のセンサ反応信号とを組み合わせた時系列データを随時生成し、このセンサ反応信号の時系列データを、モデル記憶部11に記憶されている判断モデルと照合することによって、各物体カテゴリごとにセンサ反応要因となっている確信度を算出する。なお、確信度算出部12は、計算結果を内部メモリなどに一時的に保存し、次の処理周期において確信度を算出する際に、前回の計算結果を用いて再帰的な計算を行うことで、計算負荷を低減させるようにしている。
The certainty
判定部13は、確信度算出部12により算出された確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する。具体的には、判定部13は、確信度算出部12により算出された物体カテゴリごとの確信度または確信度の加重和を閾値と比較して、ある物体カテゴリの確信度または確信度の加重和が閾値を越えたときに、その物体カテゴリをセンサ反応要因となっている物体カテゴリであると判定し、判定結果を本体装置4に対して出力する。
The
(判断モデル)
次に、判断装置3においてセンサ反応要因の推定処理を実行する際に用いられる判断モデルについて、さらに詳しく説明する。図8は、判断モデルの概要を示すモデル図である。判断モデルは、図8に示すように、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルであり、大きく分けて、位置モデルと、行動モデルと、センサモデルの3つのモデルから構成されている。このうち、行動モデルとセンサモデルは、図2に示したような条件付確率表で表現される確率モデルである。なお、図8の判断モデルでは、各ノードの添え字の部分が観測時間を表し、“0”は初期状態を表している。この判断モデルは時系列の変化を表したモデル(ダイナミックベイジアンネットワーク)であり、図9に示すように、初期状態の基本モデルに対して、添え字が共通する部分がユニットとして観測タイミングごとに追加されていくものである。以下、この判断モデルを構成する位置モデル、行動モデル、センサモデルについて、具体例を挙げながら説明する。
(Judgment model)
Next, the determination model used when the sensor reaction factor estimation process is executed in the
(位置モデル)
位置モデルは、センサ1を用いた物体検知の対象となる複数の検知対象領域の位置を表すモデルである。すなわち、個人の住宅を警備対象とする場合、一般的な住宅の敷地構造を周辺状況等によって複数の抽象的なエリアに分け、各エリアをそれぞれ検知対象領域とする。このときの各エリアの位置を位置モデルとして表現する。具体的には、一般的な住宅の敷地構造は、例えば図10に示すように、門扉エリアと、囲障エリアと、アクセスエリアと、プライベートエリアと、開口部エリアとに分けることができ、これら各エリアの位置を位置モデルとして表す。
(Position model)
The position model is a model that represents the positions of a plurality of detection target regions that are targets of object detection using the
ここで、図10に例示する位置モデルの各エリアは、次のような意味を持つ。
門扉エリア:外部からの通常のアクセスが行われるエリアであり、門扉は通常閉じられており、開閉はレバーを引く等の動作を要するものとする。
囲障エリア:囲障(塀)の部分を表している。
アクセスエリア:通常の外部から入ってくる人間が玄関へ向かうのに通過するエリアである。
プライベートエリア:アクセスエリアと空間的には繋がっているが、門扉から玄関までのルートを外れた庭の奥の部分の空間を表す。
開口部エリア:建物の開口部及びその手前部分の空間を表す。
Here, each area of the position model illustrated in FIG. 10 has the following meaning.
Gate area: It is an area where normal access from outside is performed, the gate is normally closed, and opening and closing requires an operation such as pulling a lever.
Fence area: Represents the Fence (障) part.
Access area: This is the area through which a person coming from the outside passes to go to the entrance.
Private area: Represents the space in the back of the garden that is spatially connected to the access area but is off the route from the gate to the entrance.
Opening area: It represents the opening of the building and the space in front of it.
(行動モデル)
行動モデルは、センサ反応要因となり得る物体カテゴリごとに各物体カテゴリに属する物体の行動様式を表した確率モデルである。すなわち、行動モデルは、各物体カテゴリに属する物体が上記の位置モデルで表現される建物敷地内をどのような行動を取りながらどのように移動していくのかを、図2に示したような条件付確率表の形で表現したモデルである。本実施の形態における判断装置3で用いる判断モデルは、図8に示したように、行動モデルの部分の要素間を繋ぐ矢印が、物体行動(At)と物体位置(Xt)の2種類のノードに向かっている。したがって、行動モデルは、各物体カテゴリに属する物体の行動の遷移を表現する条件付確率表と、各物体カテゴリに属する物体の位置の遷移を表現する条件付確率表との2つの条件付確率表によって表される。
(Behavior model)
The behavior model is a probability model that represents the behavior style of an object belonging to each object category for each object category that can be a sensor reaction factor. That is, the behavior model is based on the conditions as shown in FIG. 2 as to what kind of behavior the object belonging to each object category moves within the building site represented by the above position model. It is a model expressed in the form of an attached probability table. As shown in FIG. 8, the determination model used in the
ここで、それぞれの条件付確率表について説明する前に、図8に示した判断モデル(ダイナミックベイジアンネットワーク)のノードとなる物体カテゴリと物体行動および物体位置の具体的な実現値の例を説明する。 Here, before explaining each conditional probability table, an example of specific realization values of the object category, the object action, and the object position which are nodes of the determination model (dynamic Bayesian network) shown in FIG. 8 will be explained. .
物体カテゴリは、センサ反応要因の分類であり、本実施の形態では、人間、動物、無生物の3つのカテゴリとしている。なお、ここで無生物とは、動物以外のセンサ誤報の要因となり得るものを総称したカテゴリであり、例えば、太陽光や風、ゴミ袋等の飛来物などである。 The object category is a classification of sensor reaction factors, and in this embodiment, there are three categories: human, animal, and inanimate. Here, inanimate is a category that collectively refers to factors that may cause sensor false alarms other than animals, such as sunlight, wind, and flying objects such as garbage bags.
物体行動は、物体カテゴリが取り得る行動を分類したものであり、本実施の形態では、消失、進入、移動、滞在の4つの行動に分類している。ここで消失とは、敷地外から消える動作であり、外部に離脱するような動きをいう。また、進入とは、外部から敷地内部に入ってくる動作をいう。また、移動とは、敷地内を移動する動作をいう。また、滞在とは、敷地内の現在位置からほとんど動かない動作をいう。 The object action is a classification of actions that can be taken by the object category. In this embodiment, the action is classified into four actions of disappearance, entry, movement, and stay. Here, “disappearance” means an operation that disappears from outside the site, and refers to a movement that leaves the outside. Moreover, approach means the operation | movement which enters the site inside from the outside. Moreover, movement means the operation | movement which moves within the site. A stay means an operation that hardly moves from the current position in the site.
物体位置は、図10に示したように、上記の位置モデルにおいて表現された敷地内のそれぞれのエリアを表したものである。 As shown in FIG. 10, the object position represents each area in the site expressed in the above position model.
次に、行動モデルを表現する2つの条件付確率表について説明する。図11は、物体の行動の遷移を表現する条件付確率表の具体例を示し、図12は、物体の位置の遷移を表現する条件付確率表の具体例を示している。 Next, two conditional probability tables expressing the behavior model will be described. FIG. 11 shows a specific example of the conditional probability table expressing the transition of the behavior of the object, and FIG. 12 shows a specific example of the conditional probability table expressing the transition of the position of the object.
物体の行動の遷移を表現する条件付確率表とは、物体が前に選択した行動によって敷地内のある位置に存在しているとの条件の下で、次に選択する行動の確率を表現したものである。言い換えると、物体がある行動を取って現在の位置にいるときに、続けてどの行動を選択するのかという確率を表している。このような行動の遷移の条件付確率を式で表すと、P(行動|物体,現在位置,前回行動)となる。この条件付確率を、上述した物体行動の分類と図10に示した位置モデルとを用いて図2に示したような条件付確率表として表すことにより、図11に示すような物体の行動の遷移を表現する条件付確率表が得られる。 The conditional probability table that expresses the transition of an object's behavior represents the probability of the next action to be selected under the condition that the object exists at a certain position in the site by the previously selected action. Is. In other words, when the object takes a certain action and is at the current position, it represents the probability of selecting which action to continue. When the conditional probability of such a behavior transition is expressed by an equation, P (action | object, current position, previous behavior) is obtained. By expressing this conditional probability as a conditional probability table as shown in FIG. 2 using the above-mentioned classification of object behavior and the position model shown in FIG. 10, the behavior of the object as shown in FIG. A conditional probability table representing the transition is obtained.
物体の位置の遷移を表現する条件付確率表とは、物体が前のタイミングで存在していた位置においてある行動を取ったとの条件の下で、現在存在する位置はどこなのかを確率で表現したものである。言い換えると、物体が前にいた位置である行動を取った後に、どの位置にいるのかという確率を表している。このような位置の遷移の条件付確率を式で表すと、P(位置|物体,前位置,前行動)となる。この条件付確率を、上述した物体行動の分類と図10に示した位置モデルとを用いて図2に示したような条件付確率表として表すことにより、図12に示すような物体の位置の遷移を表現する条件付確率表が得られる。 A conditional probability table that expresses the transition of the position of an object is a probability that expresses where the current position is, under the condition that the object has taken some action at the position where it existed at the previous timing. It is a thing. In other words, it represents the probability of where the object is after taking an action that is the position where the object was in front. When the conditional probability of such a position transition is expressed by an equation, P (position | object, previous position, previous action) is obtained. By expressing this conditional probability as a conditional probability table as shown in FIG. 2 using the above-mentioned classification of object behavior and the position model shown in FIG. 10, the position of the object as shown in FIG. A conditional probability table representing the transition is obtained.
ところで、初期状態の判断モデル(図9の左側に示す基本モデル)では、前のタイミングでの行動や位置のノードが存在しないため、図11や図12に示した条件付確率表をそのまま適用することはできない。そこで、このような初期状態に対応した条件付確率表、つまり、センサ1が最初に反応した場合に適合する条件付確率表を別に用意しておく。
By the way, in the initial state determination model (the basic model shown on the left side of FIG. 9), there is no action or position node at the previous timing, so the conditional probability tables shown in FIGS. 11 and 12 are applied as they are. It is not possible. Therefore, a conditional probability table corresponding to such an initial state, that is, a conditional probability table that is suitable when the
初期状態の位置については、センサ1の反応要因となる物体が最初に建物敷地内のどこに存在するか(初期位置)を条件付確率P(位置|物体)として表すことができ、これを図2に示したような条件付確率表として表すと、図13に示すような初期位置の条件付確率表が得られる。また、初期状態の行動については、センサ1の反応要因となる物体が最初にどのような行動をとるか(初期行動)を条件付確率P(行動|物体,現在位置)として表すことができ、これを図2に示したような条件付確率表として表すと、図14に示すような初期行動の条件付確率表が得られる。
With respect to the position in the initial state, where the object that becomes the reaction factor of the
なお、図8に示した判断モデルにおいては、物体カテゴリ(Ct)を表すノード間が矢印で繋がっているため、この物体カテゴリを表すノード間の因果関係についての条件付確率を定義する必要があるが、物体が動いている最中に変化することはないと考えられる(例えば人間が小動物に変化するといったことはない)ため、前の物体と現在の物体が等しい確率を1.0、変化する確率を0として与えておけばよい。 In the determination model shown in FIG. 8, since the nodes representing the object category (Ct) are connected by arrows, it is necessary to define a conditional probability for the causal relationship between the nodes representing the object category. However, it is considered that the object does not change while it is moving (for example, a human is not changed to a small animal), so the probability that the previous object and the current object are equal will change by 1.0. The probability should be given as 0.
(センサモデル)
センサモデルは、物体が存在する位置と複数のセンサ1の反応との関係を表した確率モデルである。すなわち、センサモデルは、物体がある位置に存在した場合に、各センサ1がどのように反応するのかを表している。図8に示した判断モデルのセンサモデル部分に示すように、センサモデルは、物体位置(Xt)のノードと観測結果であるセンサ反応信号(Ot)のノード間が矢印で結ばれた形をしており、条件付確率P(センサ|位置)によって定義される。なお、センサ反応信号は反応/無反応の2値をとるものとしている。以下、具体例を挙げながらセンサモデルについてさらに詳しく説明する。
(Sensor model)
The sensor model is a probabilistic model that represents the relationship between the position where the object exists and the reactions of the plurality of
警備対象となる住宅の敷地内を図10に示したように門扉エリア、囲障エリア、アクセスエリア、プライベートエリア、開口部エリアの5つの検知対象領域にエリア分けし、図15に示すように、門扉エリアには屋外開閉センサ1a、囲障エリアには2つの対向式赤外線センサ1b,1c、アクセスエリアには屋外空間センサ1d、プライベートエリアには屋外空間センサ1e、開口部エリアには滞留検知センサ1fがそれぞれ設置されているものとする。なお、屋外開閉センサ1aは門扉の開閉を検出するセンサであり、対向式赤外線センサ1b,1cは赤外線ビームの遮断を検出するセンサである。また、屋外空間センサ1d,1eは焦電素子を用いたパッシブ型の赤外線センサであり、滞留検知センサ1fは赤外線の反射を利用して物体の有無や物体までの距離を検出するセンサである。これら各センサ1a〜1fの検知エリアは、図15中のハッチングを付した領域となる。
As shown in FIG. 10, the area of the house to be guarded is divided into five detection target areas: a gate area, an obstacle area, an access area, a private area, and an opening area. As shown in FIG. Outdoor open /
以上のように住宅の敷地内にセンサ1a〜1fを設置したとの仮定のもとで、条件付確率P(センサ|位置)を図2に示したような条件付確率表として表すことにより、図16に示すようなセンサモデルの条件付確率表が得られる。各センサ1a〜1fから得られるセンサ反応信号は上述したように反応/無反応の2値であり、図16に示す条件付確率表では反応を示す確率が示される。この図16に示す条件付確率は、敷地内のある位置に物体が存在したときに、どのセンサが反応するかを表現したものである。
By expressing the conditional probability P (sensor | position) as a conditional probability table as shown in FIG. 2 under the assumption that the
なお、このセンサモデルの条件付確率表では、敷地内のいずれかのエリア(検知対象領域)に物体が存在するにも関わらずセンサ1a〜1fのいずれも反応しない無反応の状態となる確率も与えている。これは、位置モデルによって定義される各エリア(検知対象領域)をセンサ1a〜1fの検知エリアで完全に覆うことは困難であることや、検知エリア内に物体が存在してもセンサ1a〜1fが誤って反応しない(失報)場合があることを考慮したものである。このようにセンサモデルの条件付確率表に無反応の状態の確率を与えておくことにより、位置モデルによって定義される敷地内のエリア全てをセンサ1の検知エリアで覆う必要はなくなり、また、センサ1が誤って反応しなかった場合にも対応することが可能となる。
In the conditional probability table of this sensor model, there is also a probability that an unreacted state in which none of the
以上のように、本実施の形態における判断装置3で用いる判断モデルは、警備対象となる住宅の敷地をエリア分けして位置モデルを生成するとともに、行動モデルを表現する4つの条件付確率表(図11〜図14)と、センサモデルを表す条件付確率表(図16)とを作成することによって構築されるものである。判断モデルを構成する上記の5つの条件付確率表は、人間(侵入者)や小動物、無生物の行動パターンやそれに応じたセンサ反応状態を数値に変換したものであり、設計者が予め作成しておくものであるが、経験的に得られる警備に関するノウハウを利用してこれらの条件付確率表を作成することによって、警備装置に適用する上で最適な判断モデルを構築することができる。以下、警備に適した判断モデルを構成する条件付確率表の具体的な作成基準の一例について説明する。
As described above, the determination model used in the
(人間の行動パターン)
まず、人間の行動パターンについて、基本的な考え方として次のような仮定をおく。
「人間は地面を移動し(空を飛ばない)、敷地外から敷地内へ移動する。敷地内においても地面を移動し、建物へ向かう。」
このような仮定をおくため、図13に示した初期位置の条件付確率表では、人間が敷地内部のエリア(アクセスエリア、プライベートエリア、開口部エリア等)に初期状態で存在する確率は0とする。
(Human behavior pattern)
First, the following assumptions are made as a basic way of thinking about human behavior patterns.
“Human moves on the ground (does not fly in the sky) and moves from outside the site to the site.
In order to make such an assumption, in the conditional probability table of the initial position shown in FIG. 13, the probability that a person exists in the area inside the site (access area, private area, opening area, etc.) in the initial state is 0. To do.
また、上述した物体行動の定義から、「進入」は敷地外から敷地内へ移動することと定義しているため、図14に示した初期行動の条件付確率表では、門扉エリアと囲障エリア以外のエリアでは、人間の初期行動が「進入」である確率を0としている。同様に、図11に示した行動遷移の条件付確率表では、前のタイミングでの行動に拠らず敷地内部のエリア(アクセスエリア、プライベートエリア、開口部エリア等)に存在している状態で人間が「進入」を選択する確率を0としている。また、図12に示した位置遷移の条件付確率表では、図10に示した位置モデルにおいて、進入の直後に玄関前に存在することは不可能であるため(距離が離れすぎている)、前行動が「進入」の場合に人間が開口部エリアに存在する確率を0としている。 In addition, since the definition of the object action described above defines that “entry” is to move from outside the site to inside the site, the conditional probability table for the initial action shown in FIG. 14 is other than the gate area and the obstacle area. In this area, the probability that the initial action of a human being is “entry” is set to zero. Similarly, in the conditional transition probability probability table shown in FIG. 11, it exists in an area (access area, private area, opening area, etc.) inside the site without depending on the action at the previous timing. The probability that a human selects “approach” is zero. Further, in the conditional probability table of position transition shown in FIG. 12, in the position model shown in FIG. 10, it is impossible to exist in front of the entrance immediately after entering (the distance is too far), When the previous action is “entry”, the probability that a person exists in the opening area is set to zero.
以上は、物体行動や物体位置の定義のもとで人間の物理的な挙動に関して明示的な行動パターンに関して述べたものである。図11〜図14に示した条件付確率表の他の部分に関しては、侵入者等の人間の行動に関して警備のノウハウを応用する。以下では、その例を簡単に説明する。 The above is a description of an explicit action pattern regarding the physical behavior of a person based on the definition of the object action and the object position. For other parts of the conditional probability tables shown in FIGS. 11 to 14, security know-how is applied to human behavior such as intruders. Below, the example is demonstrated easily.
侵入者は、周囲から見られることを嫌悪する傾向が強く現れる。そのため、見通しが悪い箇所や見られたとしても周囲から怪しまれない箇所/行動、極度に短時間で目的が達成される箇所/行動を好む傾向にある。そのため、図13に示した初期位置の条件付確率表では、人間の初期位置の確率として、「囲障」よりも「門扉」を高く設定している。これは、門扉を開けることは通常の訪問者のようで怪しまれにくい上に、乗り越えるよりも短時間で敷地内へ入ることができると考えられるからである。ただし、門扉自体が強固な場合や、門扉が頑丈に施錠されている場合、門扉が高い場合等においては、人間の初期位置の確率として「門扉」よりも「囲障」のほうを高く設定することが好ましい場合もある。 Intruders tend to dislike being seen from the surroundings. Therefore, there is a tendency to prefer a place / behavior where the prospect is poor, a place / behavior that is not suspicious from the surroundings even if it is seen, and a place / behavior whose purpose is achieved in an extremely short time. Therefore, in the conditional probability table for the initial position shown in FIG. 13, “gate” is set higher than “enclosure” as the probability of the initial position of the human. This is because opening a gate is like a normal visitor and is less likely to be suspicious, and it is considered possible to enter the site in a shorter time than getting over. However, when the gate itself is strong, when the gate is firmly locked, or when the gate is high, the probability of the initial position of the person should be set higher than the gate. May be preferred.
同様に、門扉周辺に滞在することは周囲から見つかり怪しまれるリスクを負うことになるため、図11に示した行動遷移の条件付確率表では、前のタイミングでの行動に拠らず門扉エリアに存在している人間がとる行動として、「滞在」よりも「移動」を選択する確率を高く設定している。 Similarly, staying around the gate is at risk of being found and suspicious from the surroundings, so the conditional transition probability table shown in FIG. 11 shows that in the gate area regardless of the behavior at the previous timing. The probability of selecting “move” rather than “stay” is set higher as an action taken by a human being.
また、アクセスエリアは門扉から直接繋がったエリアであり、門扉が格子状であるような場合にはアクセスエリアの見通しがよくなる。そのため、図11に示した行動遷移の条件付確率表では、アクセスエリア内では人間が「滞在」を選択する確率を低く設定しており、「移動」を選択する確率を高く設定している。また、プライベートエリアは周囲を囲障で囲まれており滞在しても周囲から見られるリスクが低いため、プライベートエリアに存在している人間が「滞在」を選択する確率は、アクセスエリアに存在している場合より高く設定する。 Also, the access area is an area directly connected from the gate, and when the gate is in a lattice shape, the visibility of the access area is improved. Therefore, in the conditional transition probability probability table shown in FIG. 11, the probability that a person will select “stay” is set low in the access area, and the probability that “movement” will be selected is set high. In addition, since the private area is surrounded by obstacles and the risk of being seen from the surroundings is low even when staying, the probability that a person existing in the private area will select “stay” exists in the access area. Set higher than if
人間は建物の中を目指して進み、建物内へ入るには開口部を通る。そのため、人間は開口部エリアに向かう。したがって、開口部エリア以外のエリアでは人間が「移動」を選択する確率が全体的に高く、逆に、開口部エリアでは人間が「滞在」を選択する確率が高い。図12に示した位置遷移の条件付確率表は、物体の移動の方向性を表している。侵入者は見通しが悪いエリアを移動しながら、見通しが悪く侵入しやすい開口部のエリアへ向かうように位置を遷移する。このため、図12に示した位置遷移の条件付確率表では、侵入者が好むエリアへ進むように人間の位置の遷移確率を与える。 Humans go inside the building and go through the opening to enter the building. Therefore, the human heads for the opening area. Therefore, the probability that a person will select “move” is generally high in areas other than the opening area, and conversely, the probability that a person will select “stay” is high in the opening area. The conditional probability table for position transition shown in FIG. 12 represents the directionality of the movement of the object. While the intruder moves in an area where the line of sight is poor, the position changes so as to go to the area of the opening where the line of sight is poor and easy to enter. For this reason, in the conditional probability table of position transition shown in FIG. 12, the transition probability of the human position is given so as to proceed to the area preferred by the intruder.
以上のような基準に従って人間の位置や行動に関する条件付確率を定めるが、これらは警備対象となる住宅の物理的な構造や周辺環境に依存して調整する。例えば、囲障が1m程度であれば、乗り越える方が短時間で済む場合があり、そのような建物の場合には、図13に示した初期位置の条件確率表において、人間の初期位置が「囲障」である確率を高めるようにする。 Conditional probabilities relating to human positions and actions are determined according to the above criteria, but these are adjusted depending on the physical structure of the house to be guarded and the surrounding environment. For example, if the fence is about 1 m, it may take a short time to get over. In such a building, the initial position of the human in the condition probability table of the initial position shown in FIG. To increase the probability of
(小動物の行動パターン)
小動物についても、人間の場合と同様に「地面を移動し(空を飛ばない)、敷地外から敷地内へ移動する。敷地内においても地面を移動する」との仮定をおく。このような仮定をおくため、図13に示した初期位置の条件付確率表では、小動物の初期位置が「囲障」である確率を高く設定している。なお、小動物は門扉を開閉することがないと考えられるため、門扉エリアに存在する確率は0としている。
(Small animal behavior patterns)
As for humans, as in humans, it is assumed that “move the ground (do not fly in the sky) and move from outside the site to the site. The ground is also moved within the site”. In order to make such an assumption, in the conditional probability table of the initial position shown in FIG. 13, the probability that the initial position of the small animal is “enclosure” is set high. In addition, since it is thought that a small animal does not open and close a gate, the probability that it exists in a gate area is set to 0.
その他の条件付確率表では、「小動物はランダムに行動を選択し、方向性の定めがなく移動する」との仮定をおいて、それぞれの条件付確率表の小動物に関する項目を埋めていく。 In the other conditional probability tables, items regarding small animals in each conditional probability table are filled in on the assumption that “small animals randomly select an action and move without a direction”.
(無生物のパターン)
無生物は、ゴミ袋等の飛来物のほか、風や太陽光線などの自然要因がある。したがって、敷地内のどの位置も無生物の初期位置となり得るが、その確率は各エリアの大きさに依存することとなる。このため、図13に示した初期位置の条件付確率表では、無生物の初期位置の確率の大小を各エリアの大きさに応じて設定している。
(Inanimate pattern)
Inanimate objects include natural factors such as wind and sunlight, as well as flying objects such as garbage bags. Therefore, any position in the site can be an inanimate initial position, but the probability depends on the size of each area. For this reason, in the conditional probability table of the initial position shown in FIG. 13, the magnitude of the probability of the inanimate initial position is set according to the size of each area.
また、無生物は移動することがほとんどないと考えられるため、「移動」を選択する確率はどのような状態(位置、前のタイミングの行動)でも非常に小さい確率を与える。また、無生物はその要因自体がなくなる場合(太陽光が雲で覆われる場合や日が傾く等)があるため、行動として「消失」を選択する確率を高く設定する。以上のような考え方に従って、図11〜図14に示した条件付確率表の無生物に関する項目を埋めていく。 Further, since it is considered that an inanimate object rarely moves, the probability of selecting “move” gives a very small probability in any state (position, behavior at the previous timing). In addition, since inanimate factors may disappear (sunlight is covered with clouds or the sun is tilted), the probability of selecting “disappear” as an action is set high. In accordance with the above concept, the inanimate items in the conditional probability tables shown in FIGS.
(センサ反応信号のパターン)
センサ反応信号は、物体の行動パターンによって変化するものではなく、センサ1の種類や検知エリアの大きさ、センサ1の設置位置に依存して反応の確率が変化する。図16に示したセンサモデルの条件付確率表は、物体がある位置Xに存在したときにどのセンサが反応するかを表したものであり、図15に示した例において、物体が存在しているエリアに設置されているセンサ以外のセンサが反応する確率を0としている。
(Sensor response signal pattern)
The sensor response signal does not change depending on the behavior pattern of the object, but the probability of reaction changes depending on the type of
また、図16に示したセンサモデルの条件付確率表では、上述したように、センサ1の種類に応じて、物体が存在するのに誤って反応しないような確率を「無反応」の確率として与えている。図15に示した例では、門扉エリアに設置した屋外開閉センサ1aや、囲障エリアに設置した対向式赤外線センサ1b,1c、開口部エリアに設置した滞留検知センサ1fは、誤って反応しない場合が非常に少ないと想定しているため、無反応の確率を非常に小さな値に設定している。逆に、アクセスエリアやプライベートエリアに設置する屋外空間センサ1d,1eは誤って反応しない確率はある程度高いことを想定しているため、無反応の確率を他のセンサよりも高く設定している。
In the conditional probability table of the sensor model shown in FIG. 16, as described above, the probability that an object is present but does not react erroneously as the probability of “no reaction” depends on the type of
ところで、図15に示した例では、位置モデルによって定義される各エリア(検知対象領域)がセンサ1a〜1fの検知エリアによってほぼ覆われていることを想定しているが、実際には、センサ1の検知エリアで全てのエリア(検知対象領域)を完全に覆うことは困難な場合が多い。そこで、このような場合には、位置モデルによって定義されるエリア内ではあるがセンサ1の検知エリアからは外れている位置に物体が存在する可能性も考慮して、センサモデルの条件付確率表における「無反応」の確率を定める。
By the way, in the example shown in FIG. 15, it is assumed that each area (detection target area) defined by the position model is substantially covered by the detection areas of the
具体的な例を挙げて説明すると、例えば図17に示すように、警備対象となる住宅の屋外に、アクセスエリアの一部を検知エリアとする屋外空間センサ1g、アクセスエリアの一部とプライベートエリアの一部とを検知エリアとする屋外空間センサ1h、プライベートエリアの一部を検知エリアとする屋外空間センサ1iがそれぞれ設置されているものとする(図中のハッチングを付した領域が各センサ1g〜1iの検知エリアを示している。)。この図17に示す例では、特にプライベートエリアにおいてセンサ検知エリアから外れる領域が広くなっているため、プライベートエリアに物体が存在しても、無反応の状態となる確率が高い。そこで、センサモデルの条件付確率表では、位置がプライベートエリアの場合に、そのセンサ検知エリアから抜けている面積に応じて確率を低く設定する。図18は、このような場合のセンサモデルの条件付確率表の一例を示している。なお、ここでは簡単のために、アクセスエリアとプライベートエリアのみに焦点を絞って記述している。
For example, as shown in FIG. 17, an
また、図17に示した例では、屋外空間センサ1hがアクセスエリアとプライベートエリアにまたがって設置されている。この場合には、アクセスエリアとプライベートエリアのどちらに物体が存在しても屋外空間センサ1hが反応する場合がある。そのため、図18に示したセンサモデルの条件付確率表では、物体の位置がアクセスエリアとプライベートエリアのどちらの場合にも屋外空間センサ1hの確率を0にせず、各エリアにどれほどセンサの検知エリアがかかっているかに応じた確率を与える。
In the example shown in FIG. 17, the
(確信度の算出)
次に、判断装置3の確信度算出部12において、センサ1の反応信号の時系列データと上述した判断モデルとを用いて、物体カテゴリごとにセンサ反応要因となっている確信度を算出する手法について説明する。
(Calculation of confidence)
Next, in the certainty
ベイジアンネットワークを利用した原因推定の計算式は、上記の式(3)で示したように、条件付確率の積と和で構成されている。センサ反応要因推定アルゴリズムにおいて、図8に示したような判断モデルを利用して確信度の算出を行うために、上記の式(3)を図8の判断モデルに適用すると、下記の式(9)のようになる。
P(C0=c|O0=o)=α(P(C0=c)ΣXΣAP(A0|C0=c,X0)P(X0|C0=c)P(O0=o|X0)) ・・・(9)
また、2回目以降の観測値が得られた際の確信度の計算式は、下記の式(10)のように、再帰的な計算を行う計算式として表される。
P(C=c|Ot=ot,Ot-1=ot-1,Ot-2=ot-2,・・・)
=α((ΣXtΣAtΣXt−1ΣAt−1P(At|C=c,Xt,At-1)P(Xt|C=c,At-1,Xt-1)P(Ot=ot|Xt))P(C=c|Ot-1=ot-1,Ot-2=ot-2,・・・)) ・・・(10)
なお、上記の式(9)および式(10)において、Cは物体カテゴリを表し、Oはセンサ反応信号(反応したセンサ)を表している。また、Aは物体の行動を表し、Xは物体の存在する位置を表している。また、各変数の添え字は観測タイミングを表し、添え字の“0”は初期状態を表している。また、ΣA(・・・)は行動Aに関して総和をとるという意味であり、ΣX(・・・)は位置Xに関して総和をとるという意味である。
The calculation formula for cause estimation using the Bayesian network is composed of a product and a sum of conditional probabilities as shown in the above formula (3). When the above equation (3) is applied to the determination model of FIG. 8 in order to calculate confidence using the determination model as shown in FIG. 8 in the sensor reaction factor estimation algorithm, the following equation (9 )become that way.
P (C0 = c | O0 = o) = α (P (C0 = c) Σ X Σ A P (A0 | C0 = c, X0) P (X0 | C0 = c) P (O0 = o | X0)) ... (9)
Moreover, the calculation formula of the certainty factor when the observed value after the second time is obtained is expressed as a calculation formula for performing recursive calculation as in the following formula (10).
P (C = c | Ot = ot, Ot-1 = ot-1, Ot-2 = ot-2,...)
= Α ((Σ Xt Σ At Σ Xt-1 Σ At-1 P (At | C = c, Xt, At-1) P (Xt | C = c, At-1, Xt-1) P (Ot = ot | Xt)) P (C = c | Ot-1 = ot-1, Ot-2 = ot-2,...)) (10)
In the above formulas (9) and (10), C represents an object category, and O represents a sensor response signal (reacted sensor). A represents the action of the object, and X represents the position where the object exists. The subscript of each variable represents the observation timing, and the subscript “0” represents the initial state. Further, Σ A (...) Means summing with respect to the action A, and Σ X (...) Means summing with respect to the position X.
上記の式(9)では、初期行動の条件付確率を表すP(A0|C0=c,X0)に関して図14に示したような条件付確率表から値を参照し、初期位置の条件付確率を表すP(X0|C0=c)に関して図13に示したような条件付確率表から値を参照し、センサモデルの条件付確率を表すP(O0=o|X0)に関して図16に示したような条件付確率表から値を参照することによって、初期状態のセンサ反応信号としてoが観測された際にその反応要因の物体カテゴリがcである確信度P(C0=c|O0=o)を算出することができる。 In the above equation (9), the conditional probability at the initial position is obtained by referring to the conditional probability table as shown in FIG. 14 for P (A0 | C0 = c, X0) representing the conditional probability of the initial action. With respect to P (X0 | C0 = c) representing the value, a value is referred from the conditional probability table as shown in FIG. 13, and P (O0 = o | X0) representing the conditional probability of the sensor model is shown in FIG. By referring to the value from the conditional probability table, the certainty P (C0 = c | O0 = o) that the object category of the reaction factor is c when o is observed as the sensor response signal in the initial state. Can be calculated.
また、上記の式(10)では、行動遷移の条件付確率を表すP(At|C=c,Xt,At-1)に関して図11に示したような条件付確率表から値を参照し、位置遷移の条件付確率を表すP(Xt|C=c,At-1,Xt-1)に関して図12に示したような条件付確率表から値を参照し、センサモデルの条件付確率を表すP(Ot=ot|Xt)に関して図16に示したような条件付確率表から値を参照し、前回の計算結果P(C=c|Ot-1=ot-1,Ot-2=ot-2,・・・)を用いた再帰的な計算をすることによって、2回目以降のセンサ反応信号としてoが観測された際にその反応要因の物体カテゴリがcである確信度P(C=c|Ot=ot,Ot-1=ot-1,Ot-2=ot-2,・・・)を算出することができる。 Further, in the above equation (10), a value is referred to from the conditional probability table as shown in FIG. 11 with respect to P (At | C = c, Xt, At-1) representing the conditional probability of action transition, With respect to P (Xt | C = c, At-1, Xt-1) representing the conditional probability of the position transition, values are referred from the conditional probability table as shown in FIG. 12, and the conditional probability of the sensor model is represented. With respect to P (Ot = ot | Xt), the previous calculation result P (C = c | Ot-1 = ot-1, Ot-2 = ot- is referred to from the conditional probability table as shown in FIG. 2)), when o is observed as the second and subsequent sensor reaction signals, the certainty factor P (C = c) that the object category of the reaction factor is c | Ot = ot, Ot-1 = ot-1, Ot-2 = ot-2,.
ここで、図15に示した例において、初期状態のセンサ反応信号として門扉エリアに設置した屋外開閉センサ1aの反応が観測された場合に、そのセンサ反応要因が人間である確信度を算出する場合を想定して上記の式(9)を具体化すると、下記の式(11)のようになる。
なお、上記の式(9)〜式(11)において、右辺の先頭にあるαは正規化定数であり、cを人間、小動物、無生物と3つの物体カテゴリで変化させたときに算出される3つの値の和を1.0とするような係数である。実際の計算上は、αを考慮しないで上記の式を使って3つの物体カテゴリごとにそれぞれ確信度を計算し、3つの値が得られた後に、それぞれの値を3つの値の和で割ることで確信度を得る。 In the above equations (9) to (11), α at the beginning of the right side is a normalization constant, and is calculated when c is changed in three object categories: human, small animal, inanimate. The coefficient is such that the sum of two values is 1.0. In actual calculation, the certainty factor is calculated for each of the three object categories using the above formula without considering α, and after the three values are obtained, each value is divided by the sum of the three values. To gain confidence.
(確信度算出の具体例)
次に、図19および図20に示す物体の行動パターンを想定し、物体カテゴリごとの確信度を算出する具体例について説明する。図19は、不審者が囲障エリアからアクセスエリアに侵入し、そのまま開口部エリア(玄関)へ向かった場合の例である。センサの反応としては、{囲障エリア、アクセスエリア、開口部エリア}と3回反応したとする。一方、図20は、小動物が図19と同様に囲障を乗り越えてアクセスエリアに進入し、そのまま囲障エリアから外へ抜けた場合の例である。この場合のセンサの反応としては、{囲障エリア、アクセスエリア、囲障エリア}となる。
(Specific example of confidence calculation)
Next, a specific example of calculating the certainty factor for each object category assuming the behavior patterns of the objects shown in FIGS. 19 and 20 will be described. FIG. 19 shows an example of a case where a suspicious person enters the access area from the obstacle area and goes directly to the opening area (entrance). It is assumed that the sensor has reacted three times with {enclosure area, access area, opening area}. On the other hand, FIG. 20 shows an example in which a small animal gets over the fence and enters the access area as in FIG. The sensor response in this case is {enclosure area, access area, enclosure area}.
物体カテゴリごとの確信度の算出は、センサ反応の1回目については上記の式(9)と図13、図14、図16に示したような条件付確率表を利用して計算する。2回目のセンサ反応からは、計算量が増えないよう上記の式(10)と図11、図12、図16に示したような条件付確率表を利用して再帰的に計算する。 The certainty factor for each object category is calculated by using the above equation (9) and the conditional probability tables as shown in FIGS. 13, 14, and 16 for the first sensor response. From the second sensor response, calculation is performed recursively using the above equation (10) and the conditional probability tables as shown in FIGS. 11, 12, and 16 so that the calculation amount does not increase.
図19の例において物体カテゴリごとに確信度を算出した場合の結果を図21に示す。また、図20の例において物体カテゴリごとに確信度を算出した場合の結果を図22に示す。これら図21および図22において、実数部分が各センサ反応要因の推定値(確信度)を表している。図21に示すように、図19の例の場合では、道路に面する囲障エリアのセンサの反応から始まっており、初めのうちは動物と区別がつかない。しかしながら、その方向性が開口部エリア(玄関)へまっすぐ進んでいる様子がわかったことで(つまり、センサ反応O2が得られたことで)、センサの反応要因が人間である確信度が高い値となる。一方、図22に示すように、図20の例の場合では、図19の例と同様に囲障エリアのセンサから反応が始まっており、その後も方向の定めがなく再度囲障エリアのセンサが反応する。特定の目的を持たないようなセンサ反応系列が得られたことで、目的を持たずに移動する物体として小動物がセンサ反応要因である確信度が高い値となる。 FIG. 21 shows the result when the certainty factor is calculated for each object category in the example of FIG. In addition, FIG. 22 shows the result when the certainty factor is calculated for each object category in the example of FIG. In these FIG. 21 and FIG. 22, the real part represents the estimated value (confidence) of each sensor reaction factor. As shown in FIG. 21, in the case of the example of FIG. 19, it starts from the reaction of the sensor in the surrounding area facing the road, and is initially indistinguishable from the animal. However, the fact that the directionality goes straight to the opening area (entrance) has been found (that is, the sensor response O2 has been obtained), and the confidence factor that the sensor reaction factor is human is high. It becomes. On the other hand, as shown in FIG. 22, in the case of the example of FIG. 20, the reaction starts from the sensor in the surrounding area as in the example of FIG. . By obtaining a sensor response sequence that does not have a specific purpose, a certainty factor that a small animal is a sensor reaction factor as a moving object without a purpose has a high value.
(センサ反応要因となっている物体カテゴリの判定)
次に、判断装置3の判定部13において、確信度算出部12によって算出された物体カテゴリごとの確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する手法について説明する。
(Determination of the object category that is the sensor response factor)
Next, a method for determining the object category that is a sensor reaction factor in the
判断装置3の判定部13においてセンサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する手法としては、例えば、確信度算出部12により時々刻々と算出される物体カテゴリごとの確信度を閾値θ1と比較して、ある物体カテゴリの確信度が閾値θ1を越えた場合に、この物体カテゴリがセンサ反応要因であると判定する手法が考えられる。図23は、確信度算出部12により算出された確信度を時系列でプロットしたものである。判定部13では、このような系列が得られた際に、確信度に対して閾値θ1を設けてセンサ反応要因の判定を行う。
As a method of determining the object category that is the sensor reaction factor in the
すなわち、判定部13は、確信度算出部12において観測タイミングごとに算出される物体カテゴリごとの確信度MCt(Cは物体カテゴリを表し、tは観測タイミングを表す)を閾値θ1と比較し、θ1<MCtとなる物体カテゴリが現れた際に判定処理を中断させる。そして、θ1<MCtとなるC(物体カテゴリ)が人間であった場合には、その判定結果を本体装置4に出力する。これにより、本体装置4によって、例えば警備会社や住宅の居住者への警報発令といった警備動作が実行される。一方、θ1<MCtとなるC(物体カテゴリ)が小動物や無生物であった場合には、それまでの処理をリセットして、新たに判定処理を再開させる。なお、閾値θ1としては例えば0.8や0.9といった値が用いられる。
That is, the
また、判断装置3の判定部13においてセンサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する手法としては、確信度算出部12により時々刻々と算出される物体カテゴリごとの確信度MCtの加重和を閾値θ2と比較して、ある物体カテゴリの確信度MCtの加重和が閾値θ2を越えた場合に、この物体カテゴリがセンサ反応要因であると判定する手法を採用してもよい。
Further, as a method of determining the object category that is a sensor reaction factor in the
確信度算出部12により算出された確信度MCtの時系列が図23のようなパターンであれば、観測タイミングごとに算出される確信度MCtを単純に閾値θ1と比較することでセンサ反応要因の判定を適切に行うことができるが、確信度算出部12により算出された確信度MCtを時系列でプロットしたときに、図24に示すようなパターンとなる場合もある。この図24に示すようなパターンは、行動モデルの調節ができていないことが一つの原因であるが、観測の初期では得られている情報が少ないため、人間と小動物との区分けが難しい観測結果が得られると、このような確信度MCtの時系列が得られることがある。また、図24に示すようなパターンのほか、物体カテゴリごとの確信度MCtが近い値を示し、閾値を大きく越えるものが現れない場合もある。
If the time series of the calculated by the confidence
そこで、以上のような場合に対応するために、観測タイミング毎に得られる確信度MCtを毎回閾値処理するのではなく、総合的に判断するために、時系列で算出される確信度MCtの積分をとる(物体カテゴリごとに毎回の確信度MCtの総和をとる)。この際、観測の初期段階の確信度MCtは信頼できないと考えて、初期段階の確信度MCtには低い重みをかけて積分し、確信度の加重和IMCtを算出する。ここで、時系列の初期段階ほど低い値となる重みをW(t)とすると、確信度の加重和IMCtは、IMCt=IMCt-1+W(t)・MCtとなる。 Therefore, in order to cope with the cases above, rather than the confidence M C t obtained for each observation time of being each time thresholding, comprehensively to determine, when confidence M calculated in sequence taking the integral of C t (summing of every confidence M C t for each object category). In this case, confidence M C t the early stages of observation is considered unreliable, and integrating over low weight in confidence M C t early stage, calculates a weighted sum IM C t confidence. Here, when the weight which becomes lower in the initial stage of the time series is W (t), the weighted sum IM C t of the certainty is IM C t = IM C t−1 + W (t) · M C t. .
判定部13は、以上のように算出した確信度の加重和IMCtを閾値θ2と比較し、θ2<IMCtとなる物体カテゴリが現れた際に判定処理を中断させる。そして、θ2<IMCtとなるC(物体カテゴリ)が人間であった場合には、その判定結果を本体装置4に出力して警備動作を実行させる。一方、θ2<IMCtとなるC(物体カテゴリ)が小動物や無生物であった場合には、それまでの処理をリセットして、新たに判定処理を再開させる。なお、閾値θ2としては例えば1.5や2.0といった値が用いられる。また、重みW(t)は観測時間が経過するごとに増加していく値であり、種々の単調増加の関数を用いることができるが、シグモイド関数W(t)=1.0/(1.0+exp−at)を用いるのが最適と考えられる。
The
(判断装置の動作)
次に、本実施の形態にかかる警備装置において特徴的な判断装置3により実行される一連の処理について、図25〜図28のフローチャートを参照しながら説明する。図25は、警備モードが「警備セットモード」に設定されている間に判断装置3において繰り返し実行される処理の流れを示すフローチャートであり、図26は、図25のステップS5の処理の詳細を示すフローチャートである。また、図27は、図25のステップS6において、確信度を閾値と比較して判定を行う場合の処理の詳細を示すフローチャートであり、図28は、図25のステップS6において、確信度の加重和を閾値と比較して判定を行う場合の処理の詳細を示すフローチャートである。
(Operation of the judgment device)
Next, a series of processing executed by the
図25のフローがスタートすると、まず、判断装置3の確信度算出部12が、センサ反応信号の観測タイミング(センサ制御装置2によるセンサ反応信号の受信タイミング)となるまで待機し(ステップS1:No)、センサ反応信号の観測タイミングになると(ステップS1:Yes)、センサ制御装置2によって取得されたセンサ反応信号をチェックする(ステップS2)。そして、ステップS2でのチェックの結果、複数のセンサ1のいずれも反応していない場合(ステップS3:No)には、ステップS1に戻って以降の処理を繰り返し、いずれかのセンサ1が反応している場合(ステップS3:Yes)は、反応しているセンサ1のセンサ番号を初期状態のセンサ反応として、内部メモリなどに格納する(ステップS4)。
When the flow of FIG. 25 starts, first, the certainty
次に、確信度算出部12は、モデル記憶部11に記憶されている判断モデルを用いて、物体カテゴリごとにセンサ反応要因となっている確信度の算出処理を行う(ステップS5)。そして、このステップS5での確信度の算出結果に基づいて、判定部13が、センサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する処理を行う(ステップS6)。なお、これらの処理については詳細を後述する。
Next, using the judgment model stored in the
ステップS6での判定の結果、センサ反応要因が確定しない場合(ステップS7:No)には、確信度算出部12が、次のセンサ反応信号の観測タイミングとなるまで待機し(ステップS8:No)、センサ反応信号の観測タイミングになると(ステップS8:Yes)、センサ制御装置2によって取得されたセンサ反応信号をチェックする(ステップS9)。そして、ステップS9でのチェックの結果、複数のセンサ1のいずれも反応していない場合(ステップS10:No)には、センサが無反応であることを示すセンサ番号(0番)を内部メモリなどに格納し(ステップS11)、いずれかのセンサ1が反応している場合(ステップS10:Yes)は、反応しているセンサ1のセンサ番号を内部メモリなどに格納する(ステップS12)。
If the result of determination in step S6 is that the sensor reaction factor is not fixed (step S7: No), the certainty
そして、確信度算出部12は、これまでの処理で内部メモリなどに格納したセンサ番号を用いてセンサ反応信号の時系列データを生成し、センサ反応信号の時系列データとモデル記憶部11に記憶されている判断モデルとを用いて確信度の算出処理を行う(ステップS5)。そして、判定部13が、確信度算出部12により新たに算出された確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する処理を行う(ステップS6)。
Then, the certainty
確信度算出部12および判定部13は、センサ反応要因が確定するまでは以上の処理を繰り返し行う。そして、センサ反応要因が確定すると(ステップS7:Yes)、センサ反応要因が人間である場合(ステップS13:Yes)に限って、センサ反応要因が人間であるとの判定結果を本体装置4に出力する(ステップS14)。これにより、本体装置4によって、例えば警備会社や住宅の居住者への警報発令といった警備動作が実行されることになる。その後、判断装置3におけるそれまでの処理がリセットされ(ステップS15)、ステップ1に戻って新たな処理が再開される。一方、センサ反応要因が人間以外の小動物や無生物の場合には、本体装置4に対する判定結果の出力が行われることなく、それまでの処理がリセットされ(ステップS15)、ステップ1に戻って新たな処理が再開される。
The certainty
図25のステップS5における確信度算出処理では、図26のフローチャートで示すように、センサ1が最初に反応した初期状態での処理か2回目以降の処理かによって、処理を切り替えるようにしている。すなわち、センサ1が最初に反応した初期状態での処理の場合(ステップS101:Yes)には、上記の式(9)と、図13に示したような初期位置の条件付確率表、図14に示したような初期行動の条件付確率表、図16に示したようなセンサモデルの条件付確率表を用いて、物体カテゴリごとにセンサ反応要因となっている確信度を算出する(ステップS102)。一方、2回目以降の処理の場合(ステップS101:No)には、上記の式(10)と、図11に示したような行動遷移の条件付確率表、図12に示したような位置遷移の条件付確率表、図16に示したセンサモデルの条件付確率表を用いて、物体カテゴリごとにセンサ反応要因となっている確信度を算出する(ステップS103)。
In the certainty factor calculation process in step S5 of FIG. 25, as shown in the flowchart of FIG. 26, the process is switched depending on whether the process in the initial state where the
図25のステップS6における要因判定処理は、ステップS5において算出された物体カテゴリごとの確信度を閾値θ1と比較して判定を行う場合には、図27のフローチャートで示すような処理となる。すなわち、人間がセンサ反応要因となっている確信度をP(人間)、小動物がセンサ反応要因となっている確信度をP(小動物)、無生物がセンサ反応要因となっている確信度をP(無生物)としたときに、まず、P(人間)が閾値θ1を越えているかを判定し(ステップS201)、P(人間)が閾値θ1を越えていれば(ステップS201:Yes)、センサ反応要因が人間であると確定する(ステップS202)。また、P(人間)が閾値θ1以下であれば(ステップS201:No)、次にP(小動物)が閾値θ1を越えているかを判定し(ステップS203)、P(小動物)が閾値θ1を越えていれば(ステップS203:Yes)、センサ反応要因が小動物であると確定する(ステップS204)。また、P(小動物)が閾値θ1以下であれば(ステップS203:No)、次にP(無生物)が閾値θ1を越えているかを判定し(ステップS205)、P(無生物)が閾値θ1を越えていれば(ステップS205:Yes)、センサ反応要因が無生物であると確定し(ステップS206)、P(無生物)が閾値θ1以下であれば(ステップS205:No)、センサ反応要因は未確定とする(ステップS207)。 The factor determination process in step S6 of FIG. 25 is a process as shown in the flowchart of FIG. 27 when determination is performed by comparing the certainty factor for each object category calculated in step S5 with the threshold value θ1. That is, P (human) is the certainty that the human is the sensor reaction factor, P (small animal) is the certainty that the small animal is the sensor reaction factor, and P ( First, it is determined whether P (human) exceeds the threshold θ1 (step S201). If P (human) exceeds the threshold θ1 (step S201: Yes), the sensor reaction factor Is determined to be a human (step S202). If P (human) is less than or equal to the threshold θ1 (step S201: No), it is then determined whether P (small animal) exceeds the threshold θ1 (step S203), and P (small animal) exceeds the threshold θ1. If so (step S203: Yes), it is determined that the sensor reaction factor is a small animal (step S204). If P (small animal) is equal to or less than the threshold θ1 (step S203: No), it is next determined whether P (inanimate) exceeds the threshold θ1 (step S205), and P (inanimate) exceeds the threshold θ1. If so (step S205: Yes), the sensor reaction factor is determined to be inanimate (step S206), and if P (inanimate) is equal to or less than the threshold θ1 (step S205: No), the sensor response factor is not determined. (Step S207).
また、図25のステップS6における要因判定処理は、ステップS5において算出された物体カテゴリごとの確信度の加重和を閾値θ2と比較して判定を行う場合には、図28のフローチャートで示すような処理となる。すなわち、判断処理開始から現在までの時間をt、物体カテゴリxの確信度をP(x)、時間tでの重みをα(t)としたときに、まず、物体カテゴリごとの確信度の加重和αP(x,t)を計算する(ステップS301〜ステップS303)。そして、人間がセンサ反応要因となっている確信度の加重和αP(人間,t)が閾値θ2を越えているかを判定し(ステップS304)、αP(人間,t)が閾値θ2を越えていれば(ステップS304:Yes)、センサ反応要因が人間であると確定する(ステップS305)。また、αP(人間,t)が閾値θ2以下であれば(ステップS304:No)、次に、小動物がセンサ反応要因となっている確信度の加重和αP(小動物,t)が閾値θ2を越えているかを判定し(ステップS306)、αP(小動物,t)が閾値θ2を越えていれば(ステップS306:Yes)、センサ反応要因が小動物であると確定する(ステップS307)。また、αP(小動物,t)が閾値θ2以下であれば(ステップS306:No)、次に、無生物がセンサ反応要因となっている確信度の加重和αP(無生物,t)が閾値θ2を越えているかを判定し(ステップS308)、αP(無生物,t)が閾値θ2を越えていれば(ステップS308:Yes)、センサ反応要因が無生物であると確定し(ステップS309)、αP(無生物,t)が閾値θ2以下であれば(ステップS308:No)、センサ反応要因は未確定とする(ステップS310)。 Further, in the factor determination process in step S6 of FIG. 25, when the weighted sum of the certainty factor for each object category calculated in step S5 is compared with the threshold value θ2, the determination is performed as shown in the flowchart of FIG. It becomes processing. That is, when the time from the start of the determination process to the present is t, the certainty of the object category x is P (x), and the weight at the time t is α (t), first, the weight of the certainty for each object category is first given. The sum αP (x, t) is calculated (steps S301 to S303). Then, it is determined whether or not the weighted sum αP (human, t) of the certainty that the human is the sensor reaction factor exceeds the threshold θ2 (step S304), and αP (human, t) exceeds the threshold θ2. If (step S304: Yes), it is determined that the sensor reaction factor is human (step S305). If αP (human, t) is equal to or smaller than the threshold θ2 (step S304: No), then, the weighted sum αP (small animal, t) of certainty that the small animal is a sensor reaction factor exceeds the threshold θ2. (Step S306), if αP (small animal, t) exceeds the threshold θ2 (step S306: Yes), it is determined that the sensor reaction factor is a small animal (step S307). If αP (small animal, t) is equal to or smaller than the threshold θ2 (step S306: No), then the weighted sum αP (inanimate, t) of certainty that inanimate is the sensor reaction factor exceeds the threshold θ2. (Step S308), if αP (inanimate, t) exceeds the threshold θ2 (step S308: Yes), it is determined that the sensor reaction factor is inanimate (step S309), and αP (inanimate, If t) is equal to or smaller than the threshold value θ2 (step S308: No), the sensor reaction factor is not determined (step S310).
以上、具体的な例を挙げながら詳細に説明したように、本実施の形態にかかる警備装置では、センサ反応要因を推定する判断装置3が、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルを記憶するモデル記憶部11と、複数のセンサ1から時系列で得られるセンサ反応信号と判断モデルとを用いて、物体カテゴリごとにセンサ反応要因となっている確信度を算出する確信度算出部12と、確信度算出部12により算出された確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体カテゴリを判定する判定部13とを有し、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率推論によりセンサ反応要因の推定を行うようにしている。したがって、本実施の形態にかかる警備装置によれば、センサ誤反応に起因する誤報の低減を図ることができる。さらに、本実施の形態にかかる警備装置は、センサ反応要因を推定するために全てのセンサ反応パターンを予め定めるといった煩雑な処理は不要であり、設定の手間が少ないという利点がある。さらに、本実施形態にかかる警備装置では、利用するセンサにも特に定めがなく、様々なセンサを利用できるという利点がある。
As described above in detail with reference to specific examples, in the security device according to the present embodiment, the
以上のように、本発明にかかる警備装置およびセンサ反応要因の推定方法は、センサの反応信号に基づいて侵入物体の属性を精度よく判定するための技術として有用であり、特に、センサ誤反応に起因する誤報を低減させることが求められる警備装置に適している。 As described above, the security device and the sensor reaction factor estimation method according to the present invention are useful as a technique for accurately determining the attribute of an intruding object based on a sensor reaction signal, and in particular, a sensor erroneous reaction. It is suitable for security devices that are required to reduce the resulting false alarms.
1 センサ
2 センサ制御装置
3 判断装置
4 本体装置
5 表示装置
6 操作装置
7 監視装置
11 モデル記憶部
12 確信度算出部
13 判定部
DESCRIPTION OF
Claims (10)
ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルを記憶するモデル記憶手段と、
前記複数のセンサから時系列で得られるセンサ反応信号と前記判断モデルとを用いて、センサ反応要因となり得る物体のカテゴリごとに、各カテゴリに属する物体がセンサ反応要因となっている確信度を算出する確信度算出手段と、
前記確信度算出手段により算出された確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体のカテゴリを判定する判定手段と、
前記判定手段による判定結果に応じて警備動作を実行する警備手段と、を備えることを特徴とする警備装置。 A plurality of sensors installed one or more in each of a plurality of detection target areas to be object detection;
A model storage means for storing a judgment model, which is a model expressing the causal relationship of the sensor response by a probability model using a dynamic Bayesian network;
Using the sensor reaction signals obtained in time series from the plurality of sensors and the judgment model, for each object category that can be a sensor reaction factor, a certainty factor that an object belonging to each category is a sensor reaction factor is calculated. A certainty factor calculating means,
A determination unit that determines a category of an object that is a sensor reaction factor based on the certainty factor calculated by the certainty factor calculating unit;
A security device that performs a security operation according to a determination result by the determination device.
前記複数のセンサから時系列で得られるセンサ反応信号と、ダイナミックベイジアンネットワークを利用した確率モデルによりセンサ反応の因果関係を表現したモデルである判断モデルとを用いて、センサ反応要因となり得る物体のカテゴリごとに、各カテゴリに属する物体がセンサ反応要因となっている確信度を算出するステップと、
センサ反応要因となり得る物体のカテゴリごとに算出した前記確信度に基づいて、センサ反応要因となっている物体のカテゴリを判定するステップと、を有することを特徴とするセンサ反応要因の推定方法。 A method of estimating a sensor reaction factor by a plurality of sensors installed in each of a plurality of detection target regions to be object detection targets,
A category of an object that can be a sensor reaction factor using a sensor reaction signal obtained in time series from the plurality of sensors and a judgment model that is a model expressing a causal relationship of the sensor reaction by a probability model using a dynamic Bayesian network For each step, calculating the certainty that an object belonging to each category is a sensor reaction factor;
A method of estimating a sensor reaction factor, comprising: determining a category of an object that is a sensor reaction factor based on the certainty factor calculated for each category of an object that can be a sensor reaction factor.
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