JP7199075B2 - Forecasting systems and methods - Google Patents

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本技術は、宇宙空間に生じる現象を予測するための予測システムおよび予測方法に関する。 The present technology relates to a prediction system and prediction method for predicting phenomena occurring in outer space.

宇宙空間で生じる様々な現象の解析および予測は、観測できる情報が限られていることもあり容易ではない。宇宙空間で生じる様々な現象の一つとして、従来から、太陽の活動、特に太陽で生じる爆発現象(一般的に「太陽フレア」、あるいは単に「フレア」と称される。)の観測および予測が続けられている。大規模な太陽フレアが発生すると、高エネルギー粒子の放出、フレアX線放射、太陽風じょう乱などが生じる。この結果、衛星障害、衛星測位の障害、短波通信の障害、航空機の経路変更、送電設備のトラブルといった社会影響が生じ得る。そのため、太陽フレアの発生を予測して、不慮の事態に備える体制が整えられている。 It is not easy to analyze and predict various phenomena that occur in outer space, partly due to the limited information that can be observed. As one of the various phenomena that occur in outer space, observation and prediction of solar activity, especially explosion phenomena that occur on the sun (generally referred to as "solar flares" or simply "flares") have hitherto been carried out. being continued. Large-scale solar flares produce high-energy particle emissions, flare X-ray radiation, and solar wind disturbances. As a result, social impacts such as satellite failures, satellite positioning failures, shortwave communication failures, aircraft route changes, and power transmission facility troubles can occur. Therefore, a system is in place to predict the occurrence of solar flares and prepare for unforeseen circumstances.

このような太陽フレアの発生を予測する手法として、例えば、非特許文献1には、太陽の観測画像をニューラルネットワークの一つであるCNN(Convolutional Neural Network)に入力して、太陽フレアの発生確率をクラス(規模)毎に算出する方法が開示されている。 As a method for predicting the occurrence of such a solar flare, for example, in Non-Patent Document 1, an observation image of the sun is input to a CNN (Convolutional Neural Network), which is one of the neural networks, and the probability of occurrence of a solar flare is calculated. is disclosed for each class (scale).

Xin Huang, Huaning Wang, Long Xu, Jinfu Liu, Rong Li, and Xinghua Dai, "Deep Learning Based Solar Flare Forecasting Model. I. Results for Line-of-sight Magnetograms," The American Astronomical Society, The Astrophysical Journal, 856:7(11pp), 2018 March 20Xin Huang, Huaning Wang, Long Xu, Jinfu Liu, Rong Li, and Xinghua Dai, "Deep Learning Based Solar Flare Forecasting Model. I. Results for Line-of-sight Magnetograms," The American Astronomical Society, The Astrophysical Journal, 856 :7(11pp), March 20, 2018 N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii, "Solar Flare Prediction Model with Three Machine-learning Algorithms using Ultraviolet Brightening and Vector Magnetograms," The Astrophysical Journal, 835:156(10pp), 2017 February 1N. Nishizuka, K. Sugiura, Y. Kubo, M. Den, S. Watari, M. Ishii, "Solar Flare Prediction Model with Three Machine-learning Algorithms using Ultraviolet Brightening and Vector Magnetograms," The Astrophysical Journal, 835:156 (10pp), February 1, 2017

非特許文献1に開示される手法によれば、ラベル付けされた観測画像をCNNに与えることで予測モデルが構築される。このような画像ベースの手法で構築された予測モデルが良好な予測精度を示したとしても、太陽フレアの発生を予測するために、観測画像中に現れるどのような現象に着目すればよいのかといった科学的知見を得ることは難しい。すなわち、太陽フレアの発生確率を単に予測できるだけではなく、太陽フレアの発生メカニズムを解明するための何らかのフィードバックが得られるような予測モデルが好ましい。 According to the method disclosed in Non-Patent Document 1, a prediction model is constructed by providing a CNN with labeled observed images. Even if a prediction model built by such an image-based method shows good prediction accuracy, what kind of phenomena appearing in observation images should be focused on in order to predict the occurrence of solar flares? It is difficult to obtain scientific knowledge. In other words, a prediction model that not only predicts the probability of solar flare occurrence, but also provides some kind of feedback for clarifying the mechanism of solar flare occurrence is desirable.

本技術は、宇宙空間に生じる現象の発生メカニズムの解明にも利用可能な予測モデルを用いた予測システムを提供することを目的としている。 The purpose of this technology is to provide a prediction system using a prediction model that can be used to elucidate the mechanism of occurrence of phenomena occurring in outer space.

本発明のある局面によれば、宇宙空間に生じる現象を予測するための予測システムが提供される。予測システムは、宇宙空間に由来する時系列の観測データを取得する取得部と、観測データのうち予測タイミングより前のデータ要素に基づいて複数の特徴量を算出する特徴量算出部と、特徴量算出部により算出された複数の特徴量を予測モデルに与えることで、予測タイミングに引き続く所定長さの予測期間内において、1または複数の事象の各々が発生する確率を算出する推定部とを含む。 According to one aspect of the present invention, a prediction system for predicting phenomena occurring in outer space is provided. The prediction system includes an acquisition unit that acquires time-series observation data derived from outer space, a feature amount calculation unit that calculates a plurality of feature amounts based on data elements before the prediction timing in the observation data, and a feature amount an estimating unit that calculates the probability of occurrence of each of the one or more events within a predetermined length of prediction period following the prediction timing by applying the plurality of feature values calculated by the calculating unit to the prediction model. .

複数の特徴量は、予測タイミングの直前の所定期間内において観測されたデータ要素に基づいて算出される特徴量を含むようにしてもよい。 The plurality of feature amounts may include feature amounts calculated based on data elements observed within a predetermined period immediately before the prediction timing.

推定部は、予測期間内において第1の事象が発生する第1の確率と、予測期間内において第1の事象が発生しない第2の確率とを算出するようにしてもよい。 The estimation unit may calculate a first probability that the first event will occur within the prediction period and a second probability that the first event will not occur within the prediction period.

推定部は、複数の事象の各々が発生する確率を算出するとともに、算出された確率が最大となる事象を予測結果として出力するようにしてもよい。 The estimation unit may calculate the probability of occurrence of each of the plurality of events, and output the event with the highest calculated probability as the prediction result.

予測モデルは、直列に接続された複数の線形結合層と、複数の線形結合層のうち第1の線形結合層の入力と第1の線形結合層とは異なる第2の線形結合層の出力とを結合するスキップ経路とを含むようにしてもよい。 The prediction model includes a plurality of linearly-connected layers connected in series, an input of a first linearly-connected layer among the plurality of linearly-connected layers, and an output of a second linearly-connected layer different from the first linearly-connected layer. may include a skip path connecting the .

1または複数の事象は、所定クラス以上の太陽フレアが発生する確率を含むようにしてもよい。 The one or more events may include the probability that a solar flare of a given class or higher will occur.

特徴量算出部は、太陽の活動領域を検出および時間的にトラッキングする手段と、トラッキングされる活動領域において生じた太陽フレアのクラスを取得する手段と、所定の算出周期毎に、複数の特徴量を算出するとともに、当該算出した複数の特徴量に、複数の特徴量の算出タイミングに引き続く予測期間内において生じた太陽フレアの最大のクラスを示すラベルを付与して、トレーニングサンプルを生成する手段とを含むようにしてもよい。予測システムは、トレーニングサンプルを用いた教師有り学習により予測モデルを規定するネットワークパラメータを最適化する学習部をさらに含んでいてもよい。 The feature amount calculation unit includes means for detecting and temporally tracking the active region of the sun, means for acquiring a class of solar flare that occurred in the tracked active area, and a plurality of feature amounts for each predetermined calculation cycle. is calculated, and a label indicating the largest class of solar flare that occurred within a prediction period following the calculation timing of the plurality of feature values is assigned to the calculated plurality of feature values to generate a training sample; may be included. The prediction system may further include a learning unit that optimizes the network parameters defining the prediction model by supervised learning using training samples.

予測システムは、予測モデルの予測精度への各特徴量の影響度を算出する影響度算出部をさらに含んでいてもよい。 The prediction system may further include an influence calculator that calculates the influence of each feature on the prediction accuracy of the prediction model.

本発明の別の局面によれば、宇宙空間に生じる現象を予測するための予測方法が提供される。予測方法は、宇宙空間に由来する時系列の観測データを取得するステップと、観測データのうち予測タイミングより前のデータ要素に基づいて複数の特徴量を算出するステップと、算出された複数の特徴量を予測モデルに与えることで、予測タイミングに引き続く所定長さの予測期間内において、1または複数の事象の各々が発生する確率を算出するステップとを含む。 According to another aspect of the present invention, a prediction method for predicting phenomena occurring in outer space is provided. The prediction method includes a step of acquiring time-series observation data derived from outer space, a step of calculating a plurality of feature values based on data elements of the observation data prior to the prediction timing, and a step of calculating a plurality of feature values. and calculating the probability of each of the one or more events occurring within a predetermined length of prediction period following the prediction timing by providing the quantities to the prediction model.

本発明のさらに別の局面によれば、太陽フレアが発生する確率を推定するように、コンピュータを機能させるための学習済モデルが提供される。学習済モデルは、太陽の活動領域を検出および時間的にトラッキングするステップと、トラッキングされる活動領域において生じた太陽フレアのクラスを取得するステップと、所定の算出周期毎に、複数の特徴量を算出するとともに、当該算出した複数の特徴量に、複数の特徴量の算出タイミングに引き続く予測期間内において生じた太陽フレアの最大のクラスを示すラベルを付与して、トレーニングサンプルを生成するステップと、トレーニングサンプルを用いた教師有り学習により予測モデルを規定するネットワークパラメータを最適化するステップとにより生成される。 According to yet another aspect of the invention, a trained model is provided for operating a computer to estimate the probability of a solar flare occurring. The trained model includes the steps of detecting and temporally tracking an active region of the sun, obtaining classes of solar flares that occurred in the tracked active region, and calculating a plurality of feature values for each predetermined calculation cycle. a step of generating a training sample by calculating and assigning to the calculated plurality of feature quantities a label indicating the largest class of solar flare that occurred within a prediction period following the calculation timing of the plurality of feature quantities; and optimizing the network parameters that define the prediction model by supervised learning using training samples.

本技術によれば、宇宙空間に生じる現象の発生メカニズムの解明にも利用可能な予測モデルを用いた予測システムを実現できる。 According to this technology, it is possible to realize a prediction system using a prediction model that can be used to elucidate the mechanism of occurrence of phenomena that occur in outer space.

本実施の形態に従う予測システムの概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a prediction system according to this embodiment. 本実施の形態に従う予測システムによる太陽フレアの発生確率を算出する時間的関係を説明するための図である。FIG. 4 is a diagram for explaining the temporal relationship for calculating the solar flare occurrence probability by the prediction system according to the present embodiment; 本実施の形態に従う予測システムにおいて用いられる観測画像および検出された活動領域の一例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an example of observed images and detected active regions used in the prediction system according to the present embodiment; 本実施の形態に従う予測システムによる教師ラベルの付与およびトレーニングサンプルの生成処理を説明するための図である。FIG. 10 is a diagram for explaining teacher label assignment and training sample generation processing by the prediction system according to the present embodiment; 本実施の形態に従う予測システムが採用する予測モデルのネットワークの一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of a network of prediction models adopted by a prediction system according to the present embodiment; FIG. 図5に示すニューラルネットワークの一例を示す模式図である。FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the neural network shown in FIG. 5; FIG. 本実施の形態に従う予測装置を実現するためのハードウェア構成の一例を示す模式図である。1 is a schematic diagram showing an example of a hardware configuration for realizing a prediction device according to an embodiment; FIG. 本実施の形態に従う予測システムの学習フェーズに係る処理手順を示すフローチャートである。4 is a flow chart showing a processing procedure relating to a learning phase of the prediction system according to the present embodiment; 本実施の形態に従う予測システムの運用フェーズに係る処理手順を示すフローチャートである。It is a flow chart which shows the processing procedure concerning the operation phase of the prediction system according to this embodiment. 本実施の形態に従う予測システムが提供する予測結果の出力例を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing an output example of prediction results provided by the prediction system according to the present embodiment; 本実施の形態に従う予測システムにおいて特徴量の重要度の評価手順を説明するための模式図である。FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a procedure for evaluating the importance of feature quantities in the prediction system according to the present embodiment;

本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中の同一または相当部分については、同一符号を付してその説明は繰返さない。 Embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts in the drawings are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

[A.予測システムのアプリケーション例]
本実施の形態に従う予測システム1は、宇宙空間に由来する時系列の観測データに基づいて、宇宙空間に生じる1または複数の現象を予測する。1または複数の現象の予測は、各現象の発生確率を算出することを含む。
[A. Application example of prediction system]
Prediction system 1 according to the present embodiment predicts one or more phenomena occurring in outer space based on time-series observation data derived from outer space. Predicting one or more phenomena includes calculating the probability of occurrence of each phenomenon.

以下の説明においては、このような宇宙空間に生じる現象の一例として、太陽フレアの発生確率を予測するアプリケーションについて例示する。より具体的には、予測システム1が予測する1または複数の事象としては、所定クラス以上の太陽フレアが発生する確率を含む。 In the following description, as an example of such a phenomenon occurring in outer space, an application for predicting the probability of occurrence of a solar flare will be exemplified. More specifically, the one or more events predicted by the prediction system 1 include the probability that a solar flare of a predetermined class or higher will occur.

図1は、本実施の形態に従う予測システム1の概略構成を示す模式図である。図1を参照して、予測システム1は、太陽2で生じる爆発現象である太陽フレアの発生確率を事前に予測する。 FIG. 1 is a schematic diagram showing a schematic configuration of a prediction system 1 according to this embodiment. Referring to FIG. 1, a prediction system 1 predicts in advance the probability of occurrence of a solar flare, which is an explosion phenomenon occurring on the sun 2 .

予測システム1は、宇宙空間に由来する時系列の観測データを取得する機能を有している。より具体的には、予測システム1は、太陽2を観測する構成として、地上観測施設4を利用可能になっている。地上観測施設4は、光学望遠鏡6、および/または、電波へリオグラフ、太陽電波強度偏頗計、ミリ波電波望遠鏡、ミリ波干渉計などの電波望遠鏡7と、観測装置8とを含む。 The prediction system 1 has a function of acquiring time-series observation data derived from outer space. More specifically, the prediction system 1 can use a ground observation facility 4 as a configuration for observing the sun 2 . The ground observation facility 4 includes an optical telescope 6 and/or a radio telescope 7 such as a radio heliograph, a solar radio intensity polarimeter, a millimeter wave radio telescope, a millimeter wave interferometer, and an observation device 8 .

観測装置8は、光学望遠鏡6および/または電波望遠鏡7により観測された信号に基づいて時系列の観測データを出力する。複数の地上観測施設4から観測データを収集するようにしてもよいし、単一の地上観測施設4に複数の光学望遠鏡6および/または電波望遠鏡7を配置するようにしてもよい。 The observation device 8 outputs time-series observation data based on signals observed by the optical telescope 6 and/or the radio telescope 7 . Observation data may be collected from multiple ground observation facilities 4 , or multiple optical telescopes 6 and/or radio telescopes 7 may be arranged at a single ground observation facility 4 .

予測システム1は、さらに、観測用衛星10と、地上受信施設12とをさらに利用可能であってもよい。観測用衛星10は、宇宙空間において太陽2から放射される各種電磁波や粒子を観測し、その観測結果を地上受信施設12に送信する。地上受信施設12は、通信用アンテナ14と、通信装置16とを含む。通信装置16は、通信用アンテナ14により受信された電波を信号処理して観測データを出力する。 The prediction system 1 may additionally have available observation satellites 10 and ground reception facilities 12 . The observation satellite 10 observes various electromagnetic waves and particles emitted from the sun 2 in outer space, and transmits the observation results to the ground reception facility 12 . Terrestrial reception facility 12 includes communication antenna 14 and communication device 16 . The communication device 16 performs signal processing on radio waves received by the communication antenna 14 and outputs observation data.

観測装置8および/または通信装置16から出力される観測データは、観測データ収集装置18に蓄積される。観測データ収集装置18は、要求に応じて、蓄積している観測データを出力する。 Observation data output from the observation device 8 and/or the communication device 16 is accumulated in the observation data collection device 18 . The observation data collection device 18 outputs the accumulated observation data upon request.

予測システム1における宇宙空間に由来する時系列の観測データを取得する機能は、観測施設および観測装置を現実に有している必要はなく、利用可能な観測施設および観測装置から時系列の観測データを取得(典型的には、ダウンロードなど)するための任意の手段を含む。 The function of acquiring time-series observation data derived from outer space in the prediction system 1 does not need to actually have observation facilities and observation devices, and time-series observation data can be obtained from available observation facilities and observation devices. including any means for obtaining (typically, such as downloading)

予測システム1は、特徴量算出部30および推定器40を含む予測装置20を有している。 The prediction system 1 has a prediction device 20 including a feature quantity calculator 30 and an estimator 40 .

特徴量算出部30は、観測データ収集装置18からの観測データに基づいて、太陽フレアの発生確率の算出に用いられる互いに異なる複数の特徴量を算出する。予測時においては、特徴量算出部30は、観測データのうち予測タイミングより前のデータ要素に基づいて複数の特徴量を算出することになる。 Based on the observation data from the observation data collection device 18, the feature amount calculator 30 calculates a plurality of different feature amounts used for calculating the probability of occurrence of solar flares. At the time of prediction, the feature amount calculation unit 30 calculates a plurality of feature amounts based on data elements of observation data that precede the prediction timing.

推定器40は、後述するようにDNN(Deep Neural Network:深層ニューラルネットワーク)を利用した予測モデルを有しており、特徴量算出部30により算出されるそれぞれの特徴量を要素とする特徴量ベクトルが入力されると、太陽フレアの発生確率を算出する。より具体的には、推定器40は、特徴量算出部30により算出された複数の特徴量を予測モデルに与えることで、予測タイミングに引き続く所定長さの予測期間内において、1または複数の事象の各々(所定クラス以上の太陽フレア)が発生する確率を算出する。 The estimator 40 has a prediction model using a DNN (Deep Neural Network) as will be described later. is input, the probability of occurrence of a solar flare is calculated. More specifically, the estimator 40 applies the plurality of feature quantities calculated by the feature quantity calculation unit 30 to the prediction model, so that one or more events occur within a prediction period of a predetermined length following the prediction timing. (solar flares of a predetermined class or higher) are calculated.

図2は、本実施の形態に従う予測システム1による太陽フレアの発生確率を算出する時間的関係を説明するための図である。図2を参照して、任意の時間に推定処理を実施したとする。この推定処理を実施したタイミングから予め定められた期間だけ先までの間(予測期間)において、太陽フレアが発生する確率が算出される。既存の太陽フレア観測の運用に倣って、本実施の形態に従う予測システム1においては、太陽フレアの規模(クラス)別に発生確率を算出する。 FIG. 2 is a diagram for explaining temporal relationships for calculating the probability of occurrence of solar flares by prediction system 1 according to the present embodiment. With reference to FIG. 2, assume that the estimation process is performed at an arbitrary time. The probability that a solar flare will occur during a predetermined period (prediction period) from the timing at which this estimation process is performed is calculated. Following the operation of existing solar flare observation, prediction system 1 according to the present embodiment calculates the occurrence probability for each scale (class) of solar flare.

例えば、太陽フレアの規模の指標として、X線等級を用いると、放射されるX線強度の最大値によって、低い方からA,B,C,M,Xの計5つのクラスが規定されている。実用上、X,M,Cクラスの太陽フレアの発生確率が重要であり、特に、発生頻度が相対的に高いMクラスおよびCクラスに注目されることが多い。 For example, when X-ray magnitude is used as an index of the scale of a solar flare, a total of five classes, A, B, C, M, and X, are defined according to the maximum intensity of emitted X-rays. . In practice, the probability of occurrence of X-, M-, and C-class solar flares is important, and attention is often paid to M-class and C-class, which have relatively high occurrence frequencies.

なお、本実施の形態に従う予測システム1が出力する発生確率は、例えば、Mクラス以上の太陽フレアが発生する確率およびCクラス以上の太陽フレアが発生する確率をそれぞれ算出するようにしてもよい。さらに、太陽フレアの規模(クラス)の指標としては、X線等級に代えて、Hα等級あるいはRスケールなどを用いてもよい。 The occurrence probabilities output by prediction system 1 according to the present embodiment may be, for example, the probability that a solar flare of class M or higher will occur and the probability that a solar flare of class C or higher will occur. Furthermore, as an index of the scale (class) of solar flares, the Hα magnitude or the R scale may be used instead of the X-ray magnitude.

推定処理においては、当該推定処理を実施した時刻の直前の観測データから算出された複数の特徴量が用いられる。特徴量算出部30(図1)により算出される特徴量は、予測タイミングの直前の所定期間内において観測されたデータ要素に基づいて算出される特徴量を含む。 In the estimation process, a plurality of feature quantities calculated from observation data immediately before the time at which the estimation process was performed are used. The feature amounts calculated by the feature amount calculation unit 30 (FIG. 1) include feature amounts calculated based on data elements observed within a predetermined period immediately before the prediction timing.

各特徴量の算出に用いられる観測データの観測期間などは任意に決定される。予測精度を高めるためには、特徴量の算出に用いられる観測データの種類、算出される特徴量の内容、および特徴量の算出に用いられる観測データの期間などを多様化することが好ましい。 The observation period of the observation data used to calculate each feature amount is determined arbitrarily. In order to improve prediction accuracy, it is preferable to diversify the types of observation data used to calculate the feature amount, the content of the calculated feature amount, the period of the observation data used to calculate the feature amount, and the like.

[B.特徴量]
本実施の形態に従う予測モデルにおいては、上述の先行技術とは異なり、観測データから算出された複数の特徴量を用いて、太陽フレアの発生確率を予測する。まず、特徴量の算出方法などについて説明する。
[B. Feature value]
Unlike the prior art described above, the prediction model according to the present embodiment uses a plurality of feature values calculated from observation data to predict the probability of occurrence of a solar flare. First, a method for calculating the feature amount and the like will be described.

(b1:概要)
太陽フレアの観測の歴史は古く、かつ、世界各国において観測設備が整えられている。本願発明者らは、アメリカ航空宇宙局(NASA:National Aeronautics and Space Administration)が管理する太陽観測衛星であるSDO(Solar Dynamics Observatory)、および、アメリカ海洋大気庁(NOAA:National Oceanic and Atmospheric Administration)が管理する気象衛星であるGOES(Geostationary Operational Environmental Satellite)により収集された観測データを利用した。
(b1: Overview)
Observation of solar flares has a long history, and observation facilities are in place around the world. The inventors of the present application are SDO (Solar Dynamics Observatory), a solar observation satellite managed by the National Aeronautics and Space Administration (NASA), and the National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA: National Oceanic and Atmospheric Administration) Observation data collected by GOES (Geostationary Operational Environmental Satellite), which is a meteorological satellite under management, was used.

様々な観測データが収集されているが、本実施の形態においては、(1)視線方向磁場画像(line-of-sight magnetogram)、(2)ベクトル磁場画像(vector magnetogram)、(3)1600Åフィルター処理がなされたEUV高温コロナ発光画像(hot coronal brightening)画像、(4)131Åフィルター処理がなされたEUV高温コロナ発光画像、(5)軟X線放射強度曲線(the light curves of the soft X-ray emission)などを用いた。 Various observation data are collected, but in this embodiment, (1) line-of-sight magnetogram, (2) vector magnetogram, (3) 1600 Å filter (4) EUV hot coronal brightening image with 131 Å filtering; (5) the light curves of the soft X-ray emission), etc.

なお、視線方向磁場画像は、SDOに搭載されたHMI(Helioseismic and Magnetic Imager)により観測される。また、光球上部のUV連続光は、SDOに搭載されたAIA(Atmospheric Imaging Assembly)の1600Åフィルター処理結果により得られる。太陽フレアが生じている領域のEUV高温コロナ発光画像は、SDOによる131Åフィルター処理結果により得られる。1-8Åの範囲に亘るX線放射の全面積分値はGOESにより観測される。 The line-of-sight magnetic field image is observed by an HMI (Helioseismic and Magnetic Imager) mounted on the SDO. Also, the UV continuum at the top of the photosphere is obtained as a result of 1600 Å filtering of the AIA (Atmospheric Imaging Assembly) mounted on the SDO. An EUV hot coronal emission image of the region in which the solar flare is occurring is obtained by 131 Å filtering results with SDO. A global integral value of X-ray emission over the range 1-8 Å is observed by GOES.

視線方向磁場画像の観測周期は45秒であり、ベクトル磁場画像の観測周期は12分であり、1600Åフィルター処理画像および131Åフィルター処理画像の観測周期はいずれも12秒であり、GOESの観測周期は1分以下である。このような観測周期で生じるデータサイズなどを考慮して、本実施の形態に従う予測システム1においては、1時間周期で特徴量の算出および予測が可能に構成されている。 The observation period of the line-of-sight magnetic field image is 45 seconds, the observation period of the vector magnetic field image is 12 minutes, the observation period of both the 1600 Å filtered image and the 131 Å filtered image is 12 seconds, and the observation period of GOES is less than 1 minute. Considering the data size generated in such an observation period, the prediction system 1 according to the present embodiment is configured to be able to calculate and predict the feature amount in one hour period.

予測システム1においては、視線方向磁場の全面画像(full-disk images)から活動領域(active regions:以下「AR」または「ARs」とも標記される。)が検出され、各活動領域は時間経過に沿ってトラッキングされる。 In the prediction system 1, active regions (hereinafter also referred to as “AR” or “ARs”) are detected from full-disk images of the line-of-sight magnetic field, and each active region is tracked along.

各活動領域について、複数波長による観測結果から特徴量が算出されるとともに、対象の画像が観測された時間から24時間以内にX,M,Cのいずれかのクラスの太陽フレアが発生している場合には、当該算出された特徴量にその発生した太陽フレアのクラスを示すラベルが付与されて、データベースに格納される。 For each active region, a feature value is calculated from the observation results of multiple wavelengths, and a solar flare of any class X, M, or C has occurred within 24 hours from the time the target image was observed. In this case, the calculated feature amount is assigned a label indicating the class of the solar flare that occurred and stored in the database.

このようにラベル付けされた特徴量をトレーニングサンプルとして、DNNによる教師有り学習を実行する。すなわち、本実施の形態に従う予測システム1において用いられる予測モデルは、教師有り学習により生成される学習済みモデルに相当する。 DNN-based supervised learning is performed using the feature quantities labeled in this way as training samples. That is, the prediction model used in prediction system 1 according to the present embodiment corresponds to a trained model generated by supervised learning.

本実施の形態における教師有り学習では、1時間毎に、次に続く24時間以内に生じ得る太陽フレアの最大のクラスを予測するというタスクを学習する。今回利用した観測データの観測周期などの都合上、1時間毎に特徴量が算出されることになっており、これに応じて、教師有り学習の周期も決定されている。 In supervised learning in the present embodiment, the task of predicting the largest class of solar flares that can occur within the next 24 hours is learned every hour. Due to the observation cycle of the observation data used this time, the feature amount is calculated every hour, and the cycle of supervised learning is determined accordingly.

なお、各トレーニングサンプルにおいて、対応する観測データが欠落している場合には、直近の30分以内に存在する過去の観測データが探索され、それも欠落している場合には、当該周期の学習処理はスキップされる。 In each training sample, if the corresponding observation data is missing, the past observation data that exists within the last 30 minutes is searched, and if it is also missing, the learning of the cycle Processing is skipped.

本願発明者らは、2010年6月から2015年12月までにSDO(2010年2月より運用開始)によって取得された観測データを利用した。この期間内において、Xクラスの太陽フレアが26回、Mクラスの太陽フレアが383回、Cクラスの太陽フレアが4054回観測されている。これらの太陽面上において観測された太陽フレアは、当該期間内に発生した全太陽フレアの約90%に相当する。 The inventors of the present application used observation data obtained from June 2010 to December 2015 by SDO (operation started in February 2010). During this period, 26 X-class solar flares, 383 M-class solar flares, and 4054 C-class solar flares were observed. These observed solar flares on the sun's surface represent about 90% of all solar flares that occurred during that time period.

(b2:活動領域の検出)
まず、取得された観測画像から特徴量を算出するための活動領域(AR)が検出される。すなわち、特徴量算出部30は、太陽の活動領域を検出および時間的にトラッキングする。典型的には、視線方向磁場の全面画像から活動領域が検出されてもよい。視線方向磁場画像は、ベクトル磁場画像に比較してノイズが少なく、活動領域の検出処理をより正確に実行できる。
(b2: detection of active area)
First, an active area (AR) for calculating a feature amount is detected from an acquired observed image. That is, the feature amount calculation unit 30 detects and temporally tracks the active region of the sun. Typically, active regions may be detected from a full-view image of the line-of-sight magnetic field. The line-of-sight magnetic field image has less noise than the vector magnetic field image, and the active region detection process can be performed more accurately.

活動領域の検出は、例えば、各視線方向磁場画像において、予め定められたしきい値(例えば、140G(ガウス))以上の領域を探索および抽出することで実現できる。そして、検出された活動領域のフレーム内の座標位置が他の画像(すなわち、異なる波長で観測された画像)にも適用される。なお、光球面画像(photospheric images)において天体の外縁に検出された活動領域については、無効なものとして特徴量の算出対象から除外するようにしてもよい。検出された活動領域をトラッキングするにあたって、ユニークな識別番号を付与するようにしてもよい。より具体的な活動領域の検出方法については、非特許文献2などを参照のこと。 Detection of active regions can be realized, for example, by searching and extracting regions above a predetermined threshold value (eg, 140 G (Gauss)) in each line-of-sight magnetic field image. The coordinate positions in the frame of the detected active regions are then applied to other images (ie, images observed at different wavelengths). An active region detected on the outer edge of a celestial body in a photospheric image may be regarded as invalid and excluded from the feature amount calculation targets. A unique identification number may be assigned to track the detected active area. See Non-Patent Document 2 and the like for a more specific method of detecting an active region.

図3は、本実施の形態に従う予測システム1において用いられる観測画像および検出された活動領域の一例を示す図である。図3(a)には、SDOに搭載されたHMIにより観測された白色光強度(while light intensity)の全面画像の一例を示す。図3(a)には、4箇所の活動領域が検出されている。図3(b)には、SDOに搭載されたHMIにより観測された視線方向磁場の全面画像の一例を示す。図3(c)には、SDOに搭載されたAIAにより観測され1600Åフィルター処理がなされたUV連続光の全面画像の一例を示す。図3(d)には、SDOに搭載されたAIAにより観測され131Åフィルター処理がなされた高温コロナ発光の全面画像の一例を示す。 FIG. 3 is a diagram showing an example of observed images and detected active regions used in prediction system 1 according to the present embodiment. FIG. 3(a) shows an example of a full image of white light intensity while light intensity observed by the HMI mounted on the SDO. In FIG. 3(a), four active regions are detected. FIG. 3(b) shows an example of a full image of the line-of-sight magnetic field observed by the HMI mounted on the SDO. FIG. 3(c) shows an example of a 1600 Å filtered full-surface UV continuum image observed by the AIA onboard the SDO. FIG. 3(d) shows an example of a 131 Å filtered full-surface image of the hot coronal emission observed by the AIA onboard the SDO.

なお、図3(a)~(d)の各画像に設定された活動領域AR1においては、図3(a)~(d)の各画像が観測された時点から3時間後にX5.4クラスの太陽フレアが生じている。 In addition, in the active area AR1 set in each image of FIGS. A solar flare is occurring.

(b3:活動領域についての特徴量算出)
本実施の形態に従う予測システム1においては、視線方向磁場画像、ベクトル磁場画像、1600Åフィルター処理がなされたEUV高温コロナ発光画像、および、GOESにより収集された1-8Åの範囲のX線データから必要な特徴量が算出される。
(b3: Feature value calculation for active region)
In the prediction system 1 according to the present embodiment, the required feature amount is calculated.

さらに、10K以上の温度で放出される20価の鉄イオン(FeXX)および23価の鉄イオン(FeXXIII)の輝線発光を示す、131Åフィルター処理がなされたEUV高温コロナ発光画像(SDOに搭載されたAIAにより観測される)を用いた特徴量を算出してもよい。 In addition, a 131 Å filtered EUV high temperature coronal emission image (SDO) showing line emission of 20-valent iron ions (Fe XX ) and 23-valent iron ions (Fe XXIII ) emitted at temperatures above 10 7 K. (observed by the AIA installed in the )) may be used to calculate the feature amount.

実用上の予測を想定すると、131Åフィルター処理がなされたEUV高温コロナ発光画像、および、GOESにより収集されたX線データの直前1時間前および直前2時間前の画像も特徴量として採用してもよい。 Assuming a practical prediction, the EUV high-temperature coronal emission image with 131 Å filter processing and the image 1 hour and 2 hours before the X-ray data collected by GOES may also be adopted as feature quantities. good.

また、131Åフィルター処理がなされたEUV高温コロナ発光画像における各活動領域における最大強度を特徴量として採用してもよい。 Also, the maximum intensity in each active region in the EUV high-temperature corona emission image subjected to 131 Å filter processing may be employed as a feature amount.

より具体的には、本書の最後に付録として添付した79次元(79種類)の特徴量を用いる。なお、各特徴量は、検出された活動領域(AR)の各々について算出される。 More specifically, the 79-dimensional (79 types) feature amount attached as an appendix at the end of this document is used. Each feature amount is calculated for each detected active area (AR).

本実施の形態に従う予測システム1においては、各特徴量を要素とする特徴量ベクトルを生成して、予測モデルに入力することで、対象の活動領域における太陽フレアの発生確率が推定される。 In prediction system 1 according to the present embodiment, a feature quantity vector having each feature quantity as an element is generated and input to a prediction model, thereby estimating the occurrence probability of a solar flare in a target active region.

なお、上述した特徴量のすべてを含む特徴量ベクトルを必ずしも生成する必要はなく、その一部およびその時系列を用いるようにしてもよい。 It should be noted that it is not always necessary to generate a feature amount vector including all of the feature amounts described above, and a part thereof and its time series may be used.

(b4:特徴量へのラベル付与およびトレーニングサンプルの生成)
次に、所定周期毎に算出される特徴量(特徴量ベクトル)に対する教師ラベルの付与およびトレーニングサンプルの生成について説明する。
(b4: Labeling of features and generation of training samples)
Next, the assignment of teacher labels to the feature values (feature value vectors) calculated at predetermined intervals and the generation of training samples will be described.

図4は、本実施の形態に従う予測システム1による教師ラベルの付与およびトレーニングサンプルの生成処理を説明するための図である。図4を参照して、上述したような複数の特徴量は、所定の算出周期(例えば、1時間)毎に算出される。特徴量の算出タイミングに引き続く所定期間(例えば、24時間)(予測期間に相当)内に生じた太陽フレアのうち最も大きなクラスを当該特徴量の教師ラベルとして設定する。 FIG. 4 is a diagram for explaining teacher label assignment and training sample generation processing by prediction system 1 according to the present embodiment. Referring to FIG. 4, a plurality of feature amounts as described above are calculated at predetermined calculation intervals (for example, one hour). The largest class among the solar flares occurring within a predetermined period (for example, 24 hours) (corresponding to the prediction period) following the timing of calculating the feature amount is set as the teacher label of the feature amount.

従って、例えば、時刻tにおいて特徴量群(特徴量ベクトル)が算出されると、当該時刻tに引き続く予測期間内に生じた太陽フレアのうち最も大きなクラスが教師ラベルとして決定される。 Therefore, for example, when the feature amount group (feature amount vector) is calculated at time tn , the largest class among the solar flares occurring within the prediction period following time tn is determined as the teacher label.

その結果、任意の活動領域ARについての時刻tのトレーニングサンプルとして、{AR(t):教師ラベル|特徴量1,特徴量2,特徴量3,・・・}が生成される。活動領域毎に、トラッキング可能な時間期間に亘って、所定周期毎にトレーニングサンプルが順次生成される。このように、特徴量算出部30は、トラッキングされる活動領域において生じた太陽フレアのクラスを取得する。そして、特徴量算出部30は、所定の算出周期毎に、複数の特徴量を算出するとともに、当該算出した複数の特徴量に、複数の特徴量の算出タイミングに引き続く予測期間内において生じた太陽フレアの最大のクラスを示すラベルを付与して、トレーニングサンプルを生成する。 As a result, {AR i (t n ) : teacher label|feature 1 , feature 2, feature 3, . . For each active region, training samples are generated sequentially at predetermined intervals over a trackable time period. In this way, the feature quantity calculator 30 acquires the class of solar flare that occurred in the tracked active region. Then, the feature amount calculation unit 30 calculates a plurality of feature amounts for each predetermined calculation cycle, and adds the calculated feature amounts to the sun that occurred within the prediction period following the calculation timing of the plurality of feature amounts. Generate training samples labeled with the largest class of flares.

これらのトレーニングサンプルを用いて、予測モデルを学習することになる。すなわち、本実施の形態に従う予測システム1は、トレーニングサンプルを用いた教師有り学習により予測モデルを規定するネットワークパラメータを最適化する。 These training samples will be used to learn a predictive model. That is, prediction system 1 according to the present embodiment optimizes network parameters that define a prediction model by supervised learning using training samples.

[C.予測モデル]
次に、本実施の形態に従う予測システム1が採用する予測モデル400について説明する。
[C. prediction model]
Next, prediction model 400 adopted by prediction system 1 according to the present embodiment will be described.

図5は、本実施の形態に従う予測システム1が採用する予測モデル400のネットワークの一例を示す模式図である。図5に示す予測モデル400は、DNNに分類されるネットワークであり、推定器40内に実装される。予測モデル400は、複数の層を有しており、入力には観測データから算出される特徴量ベクトル(本実施の形態においては、79次元の規格化された特徴量)が与えられ、クラス毎の太陽フレアの発生確率が出力される。 FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of a network of prediction models 400 adopted by prediction system 1 according to the present embodiment. The prediction model 400 shown in FIG. 5 is a DNN-classified network and is implemented within the estimator 40 . The prediction model 400 has a plurality of layers, and a feature amount vector calculated from observation data (in this embodiment, a 79-dimensional normalized feature amount) is given as an input, and each class , the probability of occurrence of a solar flare is output.

図5には、予測モデル400における入力から出力までのマップが示されている。予測モデル400は、線形結合および活性化関数(通常は、非線形)を含む、複数のニューラルネットワークの層を含む。より具体的には、予測モデル400は、線形結合層411,412,413,414,415,416と、非線形結合層417とを含む。 FIG. 5 shows a map from inputs to outputs in predictive model 400 . The predictive model 400 includes multiple layers of neural networks, including linear combinations and activation functions (usually non-linear). More specifically, predictive model 400 includes linear combination layers 411 , 412 , 413 , 414 , 415 , 416 and nonlinear combination layer 417 .

図6は、図5に示すニューラルネットワークの一例を示す模式図である。図6(a)には、線形結合層411,412,413,414,415,416のネットワークの一例を示し、図6(b)には、非線形結合層417のネットワークの一例を示す。 FIG. 6 is a schematic diagram showing an example of the neural network shown in FIG. FIG. 6(a) shows an example of a network of linear combination layers 411, 412, 413, 414, 415, and 416, and FIG. 6(b) shows an example of a network of nonlinear combination layer 417. FIG.

図6(a)には、最も単純なネットワークとして、入力層442と出力層444との間に1つの隠れ層443が配置された構成例を示す。入力層442には特徴量を示す入力ベクトル441が与えられ、出力層444からは線型結合された結果である出力ベクトル445が出力される。 FIG. 6A shows a configuration example in which one hidden layer 443 is arranged between an input layer 442 and an output layer 444 as the simplest network. An input vector 441 representing a feature amount is given to the input layer 442, and an output vector 445, which is the result of linear combination, is output from the output layer 444. FIG.

基本的には、入力層442に含まれる各ノードと隠れ層443に含まれる各ノードとは相互に結合している。入力層442の各ノードと隠れ層443の各ノードとの間の結合に付与される重み係数の集合である重み係数ベクトル446が学習により決定される。同様に、隠れ層443に含まれる各ノードと出力層444に含まれる各ノードとは相互に結合している。隠れ層443の各ノードと出力層444の各ノードとの間の結合に付与される重み係数の集合である重み係数ベクトル447が学習により決定される。 Basically, each node included in the input layer 442 and each node included in the hidden layer 443 are connected to each other. A weighting factor vector 446, which is a set of weighting factors given to the connections between each node of the input layer 442 and each node of the hidden layer 443, is determined by learning. Similarly, each node contained in hidden layer 443 and each node contained in output layer 444 are interconnected. A weighting factor vector 447, which is a set of weighting factors given to the connection between each node of the hidden layer 443 and each node of the output layer 444, is determined by learning.

必要に応じて、隠れ層443の各ノードに付加されるバイアスの集合であるバイアスベクトル448、および、出力層444の各ノードに付加されるバイアスの集合であるバイアスベクトル449が設定される。 A bias vector 448, which is a set of biases applied to each node of the hidden layer 443, and a bias vector 449, which is a set of biases applied to each node of the output layer 444, are set as necessary.

図6(a)に示すようなネットワークを用いることで、入力ベクトル441から出力ベクトル445までの間は、重み係数ベクトル446,447およびバイアスベクトル448,449で規定される1次の線形結合となる。すなわち、図6(a)に示すネットワークは、入力データ群を線形変換する集合であり、入力ベクトルxと出力ベクトルyとの間は、重み係数ベクトルW(図6(a)に示す重み係数ベクトルW1,W2をまとめたもの)と、バイアスベクトルb(図6(a)に示すバイアスベクトルb1,b2をまとめたもの)とを用いて、以下のようなアフィン変換の形で表すことができる。 By using a network as shown in FIG. 6(a), the input vector 441 to the output vector 445 becomes a first-order linear combination defined by the weighting coefficient vectors 446, 447 and the bias vectors 448, 449. . That is, the network shown in FIG. 6(a) is a set for linearly transforming the input data group, and between the input vector x and the output vector y, the weighting factor vector W (the weighting factor vector shown in FIG. 6(a) W1 and W2 combined) and a bias vector b (combined bias vectors b1 and b2 shown in FIG. 6A) can be expressed in the form of the following affine transformation.

y=f(x;W,b)=f(Wx+b)
図6(b)には、図6(a)に示すネットワークに加えて、活性化関数としての正規化線形関数(rectified linear unit;以下「ReLU関数」とも称す。)451と、Softmax関数452とがさらに付加されているネットワークを示す。ReLU関数451は、非線形の活性化関数に従って、各ノードに入力される特徴量を後段に伝達する。より具体的には、ReLU関数451は、入力ベクトルxに対して、以下のような値を出力する。
y=f(x;W,b)=f(Wx+b)
In addition to the network shown in FIG. 6(a), FIG. shows a network with additional additions. The ReLU function 451 transfers the feature quantity input to each node to the subsequent stage according to a nonlinear activation function. More specifically, the ReLU function 451 outputs the following values for the input vector x.

ReLU(x)=log(1+exp(x))≒max(x,0)
Softmax関数452は、ReLU関数451から出力される特徴ベクトルについての確率を正規化してクラス毎の確率を推定する。
ReLU(x)=log(1+exp(x))≈max(x,0)
The Softmax function 452 normalizes the probabilities for the feature vectors output from the ReLU function 451 to estimate probabilities for each class.

なお、図6(a)および図6(b)に示すネットワークは一例であり、線形結合層411,412,413,414,415,416および非線形結合層417の各々において、入力層のノード数、出力層のノード数、隠れ層の層数などは適宜決定すればよい。また、活性化関数についても、ReLU関数およびSoftmax関数に限定されず、任意の活性化関数を用いることができる。 The networks shown in FIGS. 6A and 6B are examples, and in each of the linear coupling layers 411, 412, 413, 414, 415, and 416 and the nonlinear coupling layer 417, the number of input layer nodes, The number of nodes in the output layer, the number of layers in the hidden layer, and the like may be determined as appropriate. Also, the activation function is not limited to the ReLU function and the Softmax function, and any activation function can be used.

再度図5を参照して、予測モデル400は、太陽フレアの発生確率p(y)を出力する。本実施の形態においては、推定器40は、予測モデル400を用いて、予測期間内において第1の事象が発生する第1の確率と、予測期間内において第1の事象が発生しない第2の確率との2種類の確率を少なくとも算出する。 Referring to FIG. 5 again, the prediction model 400 outputs the solar flare occurrence probability p(y). In this embodiment, the estimator 40 uses the prediction model 400 to obtain a first probability that the first event will occur within the prediction period and a second probability that the first event will not occur within the prediction period. At least two kinds of probabilities are calculated.

一例として、Mクラス以上(あるいは、Cクラス以上)の太陽フレアの発生確率に着目している。ここで、yは太陽フレアのクラスを示すベクトルであり、y=(y,y)として定義される。(y,y)=(0,1)であるときには、Mクラス以上(あるいは、Cクラス以上)の太陽フレアが発生するとの事象を示し、(y,y)=(1,0)であるときには、Mクラス未満(あるいは、Cクラス未満)の太陽フレアが発生する、あるいは、太陽フレアが発生しないとの事象を示すものとする。 As an example, attention is paid to the occurrence probability of solar flares of M class or higher (or C class or higher). Here, y is a vector indicating the solar flare class and is defined as y=(y 1 , y 2 ). When (y 1 , y 2 )=(0, 1), it indicates an event that a solar flare of M class or higher (or C class or higher) occurs, and (y 1 , y 2 )=(1, 0) ) indicates an event that a solar flare less than M-class (or less than C-class) occurs or that a solar flare does not occur.

後述する予測性能評価においては、Mクラス以上(あるいは、Cクラス以上)の太陽フレアが発生するとの事象の発生確率と、Mクラス(あるいは、Cクラス以上)未満の太陽フレアが発生する、あるいは、太陽フレアが発生しないとの事象の発生確率とをそれぞれ推定し、その推定された発生確率のうち値の大きな方を最終結果として採用した。 In the prediction performance evaluation described later, the probability of occurrence of an event that a solar flare of M class or higher (or C class or higher) will occur and a solar flare of less than M class (or C class or higher) will occur, or We estimated the occurrence probability of an event that a solar flare would not occur, and adopted the larger one of the estimated occurrence probabilities as the final result.

予測モデル400において、各層の間には、バッチ正規化処理(Batch Normalization:「BN」とも標記される。)421,422,423,424,425,426が実施される。バッチ正規化処理は、各層の入力パラメータを正規化することで、学習を安定化させるとともに、予測精度を高める。 In the prediction model 400, batch normalization processing (Batch Normalization: also denoted as "BN") 421, 422, 423, 424, 425, 426 is performed between each layer. Batch normalization processing stabilizes learning and increases prediction accuracy by normalizing the input parameters of each layer.

入力ベクトルx={x,x,・・・,x}に対するバッチ正規化処理からの出力ベクトルy={y,y,・・・,y}は以下の(1A)および(1B)式のように表すことができる。 The output vector y={y 1 , y 2 , . (1B) can be expressed as in formula.

Figure 0007199075000001
Figure 0007199075000001

ここで、μはミニバッチの平均値を示し、σはミニバッチの分散を示す。ミニバッチとは、1回のフォワード/バックワード経路におけるトレーニングサンプルの数に相当する。ミニバッチは、バッチ正規化処理によって実際に正規化される。式中のγおよびβは、重み係数と同様の方法で最適化される。εは、ゼロ除算が発生するのを防止するための任意の値を示し、添え字iは隠れ層のノードインデックスを示す。 where μ B denotes the mini-batch mean and σ B denotes the mini-batch variance. A mini-batch corresponds to the number of training samples in one forward/backward pass. The mini-batches are actually normalized by the batch normalization process. γ and β in the equations are optimized in a similar manner as the weighting factors. ε indicates an arbitrary value to prevent division by zero from occurring, and the subscript i indicates the hidden layer node index.

さらに、図5に示す予測モデル400においては、層数を増大させるために、比較的簡素なスキップコネクションを導入している。すなわち、予測モデル400は、直列に接続された複数の線形結合層と、複数の線形結合層のうち第1の線形結合層の入力と第1の線形結合層とは異なる第2の線形結合層の出力とを結合するスキップ経路とを含む。このスキップコネクションは、予測モデルの予測精度を高めるとともに、層数が大きくなることによる勾配の消失または発散を防止するように機能する。 Furthermore, in the predictive model 400 shown in FIG. 5, relatively simple skip connections are introduced to increase the number of layers. That is, the prediction model 400 includes a plurality of linearly-connected layers connected in series, an input of a first linearly-connected layer among the plurality of linearly-connected layers, and a second linearly-connected layer different from the first linearly-connected layer. and skip paths that combine the outputs of This skip connection increases the prediction accuracy of the prediction model and functions to prevent the disappearance or divergence of the gradient due to the increase in the number of layers.

より具体的には、予測モデル400は、2つのスキップコネクションを有している。第1のスキップコネクションは、線形結合層411の入力側から線形結合層412の出力側に繋がるスキップ経路431と、スキップ経路431を線形結合層412の出力側に結合するための加算器432とからなる。第2のスキップコネクションは、線形結合層413の入力側から線形結合層415の出力側に繋がるスキップ経路433と、スキップ経路433を線形結合層415の出力側に結合するための加算器434とからなる。 More specifically, predictive model 400 has two skip connections. A first skip connection consists of a skip path 431 leading from the input side of the linear combination layer 411 to the output side of the linear combination layer 412 and an adder 432 for coupling the skip path 431 to the output side of the linear combination layer 412. Become. A second skip connection is from a skip path 433 leading from the input side of linear combination layer 413 to the output side of linear combination layer 415 and an adder 434 for coupling skip path 433 to the output side of linear combination layer 415. Become.

一般的には、層数が増大しすぎるとモデル精度は低下する。この課題を解決するために、スキップコネクションを用いて各層の残差関数を学習させることで、ネットワークパラメータを最適化するアルゴリズムが提案されている。このようなスキップコネクションを採用することで、層数が増大した場合であっても、モデル精度の向上および学習を安定化できる。 In general, model accuracy decreases when the number of layers increases too much. To solve this problem, algorithms have been proposed to optimize network parameters by learning the residual function of each layer using skip connections. By adopting such skip connections, it is possible to improve model accuracy and stabilize learning even when the number of layers increases.

推定器40は、複数の事象の各々が発生する確率を算出するとともに、算出された確率が最大となる事象を予測結果として出力する。すなわち、k個のラベルy の各々についての推定された発生確率p(y)のうち最大であるもの(発生確率が最大となるラベル)を予測結果として出力する。具体的には、以下の(2)式に示すような形で予測結果が決定される。 The estimator 40 calculates the probability of occurrence of each of a plurality of events, and outputs the event with the highest calculated probability as a prediction result. That is, the maximum estimated occurrence probability p(y k ) for each of the k labels y k * (the label with the maximum occurrence probability) is output as the prediction result. Specifically, the prediction result is determined in the form shown in the following equation (2).

Figure 0007199075000002
Figure 0007199075000002

[D.予測モデルの学習]
次に、図5に示す予測モデル400を構築するための学習処理について説明する。予測精度を最大化するように、図5に示す予測モデル400を学習するにあたって、以下に示すようなコスト関数Jを最小化するように、ネットワークパラメータが最適化される。
[D. Learning prediction model]
Next, learning processing for constructing the prediction model 400 shown in FIG. 5 will be described. To maximize the prediction accuracy, in learning the prediction model 400 shown in FIG. 5, the network parameters are optimized to minimize the cost function J as shown below.

一般的な識別問題においては、クロスエントロピーを最小化するように、ネットワークパラメータが最適化される。しかしながら、本実施の形態に従う予測モデル400が取り扱う事象においては、太陽フレアの発生確率がバランスしていないため、以下の(3)式に示すような、重み付きクロスエントロピーの総和をコスト関数Jとして採用している。 In general identification problems, network parameters are optimized to minimize cross-entropy. However, in the event handled by prediction model 400 according to the present embodiment, the probabilities of occurrence of solar flares are not balanced. We are hiring.

Figure 0007199075000003
Figure 0007199075000003

(3)式において、wは各クラスkについての重み係数であり、各クラスの発生確率の逆数が採用されている。ynk はクラスkにおけるn番目のトレーニングサンプルの教師ラベルを示し、p(ynk)はクラスkにおけるn番目のトレーニングサンプルについて推定された発生確率を示す。 In equation (3), wk is a weighting factor for each class k, and the reciprocal of the occurrence probability of each class is adopted. y nk * denotes the teacher label of the nth training sample in class k, and p(y nk ) denotes the estimated probability of occurrence for the nth training sample in class k.

本実施の形態に従う予測システム1においては、以下のTable1に示すようなパラメータに従う予測モデル400を設定し、任意の最適化メソッドを用いて、予測モデル400を規定するネットワークパラメータを最適化する。予測モデル400の各層のノード数およびバッチ正規化処理におけるバッチサイズは、50-200の範囲の値に設定されてもよい。また、線形結合層の数は4~9ぐらいが好ましく、必要に応じて、スキップコネクションを適宜付加するようにしてもよい。 In prediction system 1 according to the present embodiment, prediction model 400 is set according to the parameters shown in Table 1 below, and network parameters defining prediction model 400 are optimized using an arbitrary optimization method. The number of nodes in each layer of the prediction model 400 and the batch size in the batch normalization process may be set to values in the range of 50-200. Also, the number of linear coupling layers is preferably about 4 to 9, and if necessary, skip connections may be appropriately added.

最適化メソッドとしては、例えば、Adam(Adaptive moment estimation)法を用いることができる。 As an optimization method, for example, the Adam (Adaptive moment estimation) method can be used.

Figure 0007199075000004
Figure 0007199075000004

[E.予測装置20のハードウェア構成]
次に、本実施の形態に従う予測装置20のハードウェア構成の一例について説明する。図7は、本実施の形態に従う予測装置20を実現するためのハードウェア構成の一例を示す模式図である。予測装置20は、典型的には、汎用コンピュータを用いて実現される。
[E. Hardware configuration of prediction device 20]
Next, an example of the hardware configuration of prediction device 20 according to the present embodiment will be described. FIG. 7 is a schematic diagram showing an example of a hardware configuration for realizing prediction device 20 according to the present embodiment. Predictor 20 is typically implemented using a general-purpose computer.

図7を参照して、予測装置20は、主要なハードウェアコンポーネントとして、プロセッサ100と、主メモリ102と、ディスプレイ104と、入力デバイス106と、ネットワークインターフェイス(I/F:interface)108と、光学ドライブ110と、入力インターフェイス(I/F)114と、出力インターフェイス(I/F)116と、二次記憶装置120とを含む。これらのコンポーネントは、内部バス118を介して互いに接続される。 7, the prediction device 20 includes, as main hardware components, a processor 100, a main memory 102, a display 104, an input device 106, a network interface (I/F) 108, an optical It includes a drive 110 , an input interface (I/F) 114 , an output interface (I/F) 116 and a secondary storage device 120 . These components are connected to each other via internal bus 118 .

プロセッサ100は、後述するような各種プログラムを実行することで、本実施の形態に従う予測システム1の実現に必要な処理を実行する演算主体であり、例えば、1または複数のCPU(Central Processing Unit)やGPU(Graphics Processing Unit)などで構成される。複数のコアを有するようなCPUまたはGPUを用いてもよい。 Processor 100 is a computing entity that executes processing necessary for realizing prediction system 1 according to the present embodiment by executing various programs as described later. For example, one or more CPUs (Central Processing Unit) and a GPU (Graphics Processing Unit). Any CPU or GPU with multiple cores may be used.

主メモリ102は、プロセッサ100がプログラムを実行するにあたって、プログラムコードやワークメモリなどを一時的に格納する記憶領域であり、例えば、DRAM(Dynamic Random Access Memory)やSRAM(Static Random Access Memory)などの揮発性メモリデバイスなどで構成される。 The main memory 102 is a storage area that temporarily stores program code, work memory, etc. when the processor 100 executes a program. It consists of a volatile memory device, etc.

ディスプレイ104は、処理に係るユーザインターフェイスや処理結果などを出力する表示部であり、例えば、LCD(Liquid Crystal Display)や有機EL(Electroluminescence)ディスプレイなどで構成される。 The display 104 is a display unit that outputs a user interface related to processing, processing results, and the like, and is configured by, for example, an LCD (Liquid Crystal Display) or an organic EL (Electroluminescence) display.

入力デバイス106は、ユーザからの命令や操作などを受付けるデバイスであり、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、ペンなどで構成される。また、入力デバイス106としては、機械学習に必要な音声を収集するためのマイクロフォンを含んでいてもよいし、機械学習に必要な音声を収集した集音デバイスと接続するためのインターフェイスを含んでいてもよい。 The input device 106 is a device that receives commands, operations, and the like from the user, and includes, for example, a keyboard, mouse, touch panel, pen, and the like. Also, the input device 106 may include a microphone for collecting sounds necessary for machine learning, or an interface for connecting to a sound collecting device that collects sounds necessary for machine learning. good too.

ネットワークインターフェイス108は、インターネット上またはイントラネット上の任意の情報処理装置などとの間でデータを遣り取りする。ネットワークインターフェイス108としては、例えば、イーサネット(登録商標)、無線LAN(Local Area Network)、Bluetooth(登録商標)などの任意の通信方式を採用できる。 A network interface 108 exchanges data with any information processing device or the like on the Internet or intranet. As the network interface 108, for example, any communication method such as Ethernet (registered trademark), wireless LAN (Local Area Network), Bluetooth (registered trademark), or the like can be adopted.

光学ドライブ110は、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD(Digital Versatile Disc)などの光学ディスク112に格納されている情報を読出して、内部バス118を介して他のコンポーネントへ出力する。光学ディスク112は、非一過的(non-transitory)な記録媒体の一例であり、任意のプログラムを不揮発的に格納した状態で流通する。光学ドライブ110が光学ディスク112からプログラムを読み出して、二次記憶装置120などにインストールすることで、コンピュータにより予測システム1の機能を提供できるようになる。従って、本発明の主題は、二次記憶装置120などにインストールされたプログラム自体、または、本実施の形態に従う機能や処理を実現するためのプログラムを格納した光学ディスク112などの記録媒体でもあり得る。 The optical drive 110 reads information stored in an optical disc 112 such as a CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory) or a DVD (Digital Versatile Disc) and outputs it to other components via an internal bus 118 . The optical disk 112 is an example of a non-transitory recording medium, and is distributed in a state in which arbitrary programs are stored in a non-volatile manner. The optical drive 110 reads the program from the optical disc 112 and installs it in the secondary storage device 120 or the like, so that the function of the prediction system 1 can be provided by the computer. Therefore, the subject of the present invention can be a program itself installed in secondary storage device 120 or the like, or a recording medium such as optical disc 112 storing a program for realizing functions and processes according to the present embodiment. .

図7には、非一過的な記録媒体の一例として、光学ディスク112などの光学記録媒体を示すが、これに限らず、フラッシュメモリなどの半導体記録媒体、ハードディスクまたはストレージテープなどの磁気記録媒体、MO(Magneto-Optical disk)などの光磁気記録媒体を用いてもよい。 FIG. 7 shows an optical recording medium such as an optical disc 112 as an example of a non-transitory recording medium, but is not limited to this, semiconductor recording media such as flash memory, magnetic recording media such as hard disks or storage tapes. , and MO (Magneto-Optical disk) may be used.

入力インターフェイス114は、外部の観測装置などと接続され、必要な観測データなどを取込む。出力インターフェイス116は、表示デバイスなどと接続され、太陽フレアの発生確率などの予測結果(推定結果)を出力する。入力インターフェイス114および出力インターフェイス116は、USB(Universal Serial Bus)などの汎用的な通信インターフェイスを用いることができる。 The input interface 114 is connected to an external observation device or the like, and takes in necessary observation data or the like. The output interface 116 is connected to a display device or the like, and outputs prediction results (estimation results) such as the probability of occurrence of solar flares. The input interface 114 and the output interface 116 can use general-purpose communication interfaces such as USB (Universal Serial Bus).

二次記憶装置120は、プロセッサ100にて実行されるプログラム、後述するようなニューラルネットワークを学習させるための訓練データセット、および、ニューラルネットワークを規定するネットワークパラメータなどを格納するコンポーネントであり、例えば、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)などの不揮発性記憶装置で構成される。 The secondary storage device 120 is a component that stores a program executed by the processor 100, a training data set for learning a neural network as described later, and network parameters that define the neural network. It consists of a non-volatile storage device such as a hard disk or SSD (Solid State Drive).

より具体的には、二次記憶装置120は、図示しないOS(Operating System)の他、特徴量算出部30を実現するための特徴量算出プログラム122と、予測モデルを構築するための学習プログラム124と、予測モデルを用いて太陽フレアの発生確率を算出するための推定プログラム126と、予測モデルの実体であるニューラルネットワークを規定するネットワークパラメータ130とを格納している。また、二次記憶装置120には、トレーニングデータセット132が格納されていてもよい。 More specifically, the secondary storage device 120 includes an OS (Operating System) (not shown), a feature amount calculation program 122 for realizing the feature amount calculation unit 30, and a learning program 124 for constructing a prediction model. , an estimation program 126 for calculating the probability of occurrence of a solar flare using the prediction model, and network parameters 130 that define the neural network that is the substance of the prediction model. A training data set 132 may also be stored in the secondary storage device 120 .

これらのプログラムをプロセッサ100で実行する際に必要となるライブラリや機能モジュールの一部を、OSが標準で提供するライブラリまたは機能モジュールを用いて代替するようにしてもよい。この場合には、各プログラム単体では、対応する機能を実現するために必要なプログラムモジュールのすべてを含むものにはならないが、OSの実行環境下にインストールされることで、必要な機能を実現できる。このような一部のライブラリまたは機能モジュールを含まないプログラムであっても、本発明の技術的範囲に含まれ得る。 Some of the libraries and functional modules required for executing these programs on the processor 100 may be replaced with libraries or functional modules provided as standard by the OS. In this case, each program alone does not include all the program modules necessary to implement the corresponding function, but by installing it under the execution environment of the OS, the necessary function can be implemented. . Even a program that does not include some of such libraries or functional modules can be included in the technical scope of the present invention.

また、これらのプログラムは、上述したようないずれかの記録媒体に格納されて流通するだけでなく、インターネットまたはイントラネットを介してサーバ装置などからダウンロードすることで配布されてもよい。 Moreover, these programs may be distributed by being stored in any recording medium as described above and not only being distributed, but also being downloaded from a server device or the like via the Internet or an intranet.

図7には、単一のコンピュータが予測システム1を構成する例を示すが、これに限らず、コンピュータネットワークを介して接続された複数のコンピュータが明示的または黙示的に連携して、予測システム1を含む全体システムを実現するようにしてもよい。複数のコンピュータが連携する場合、一部のコンピュータがいわゆるクラウドコンピュータと称される、ネットワーク上にある不特定のコンピュータであってもよい。 FIG. 7 shows an example in which a single computer configures the prediction system 1, but not limited to this, a plurality of computers connected via a computer network explicitly or implicitly cooperate to form a prediction system 1 may be implemented. When a plurality of computers work together, some of the computers may be unspecified computers on the network, so-called cloud computers.

コンピュータ(プロセッサ100)がプログラムを実行することで実現される機能の全部または一部を、集積回路などのハードワイヤード回路(hard-wired circuit)を用いて実現してもよい。例えば、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やFPGA(Field-Programmable Gate Array)などを用いて実現してもよい。 All or part of the functions realized by the computer (processor 100) executing the program may be realized using a hard-wired circuit such as an integrated circuit. For example, an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an FPGA (Field-Programmable Gate Array), or the like may be used.

当業者であれば、本発明が実施される時代に応じた技術を適宜用いて、本実施の形態に従う予測システムを実現できるであろう。 A person skilled in the art will be able to realize the prediction system according to the present embodiment by appropriately using the technology suitable for the era in which the present invention is implemented.

[F.処理手順]
次に、本実施の形態に従う予測システム1における処理手順の一例について説明する。
[F. Processing procedure]
Next, an example of a processing procedure in prediction system 1 according to the present embodiment will be described.

(f1:学習フェーズ)
まず、本実施の形態に従う予測システム1における予測モデル400を構築する学習フェーズに係る処理手順について説明する。
(f1: learning phase)
First, a processing procedure relating to a learning phase for constructing prediction model 400 in prediction system 1 according to the present embodiment will be described.

図8は、本実施の形態に従う予測システム1の学習フェーズに係る処理手順を示すフローチャートである。図8に示す各ステップは、典型的には、予測装置20のプロセッサ100が特徴量算出プログラム122および学習プログラム124(いずれも図7参照)を実行することで実現される。 FIG. 8 is a flow chart showing a processing procedure relating to the learning phase of prediction system 1 according to the present embodiment. Each step shown in FIG. 8 is typically implemented by the processor 100 of the prediction device 20 executing the feature amount calculation program 122 and the learning program 124 (see FIG. 7 for both).

図8を参照して、まず、予測装置20は、予測モデル400の学習に必要な観測データを収集する(ステップS100)。 Referring to FIG. 8, first, prediction device 20 collects observation data necessary for learning prediction model 400 (step S100).

そして、予測装置20は、活動領域の検出およびトラッキングを実行する。より具体的には、予測装置20は、収集されている観測データのうち、各時刻の視線方向磁場の全面画像から活動領域を検出し(ステップS102)、位置的および時間的に連続する活動領域を同一の活動領域としてトラッキングする(ステップS104)。そして、予測装置20は、トラッキングされた活動領域の時間系列について、各時刻における座標位置を決定する(ステップS106)。 Predictor 20 then performs active region detection and tracking. More specifically, the prediction device 20 detects an active region from the entire image of the line-of-sight magnetic field at each time (step S102) among the collected observation data, and detects an active region that is positionally and temporally continuous. are tracked as the same active area (step S104). Then, the prediction device 20 determines the coordinate position at each time for the time series of the tracked active region (step S106).

続いて、トレーニングサンプルの生成処理が実行される。すなわち、予測装置20は、トラッキングされた活動領域のうち、1つの活動領域の時間系列を選択し(ステップS108)、選択されている活動領域のトラッキング中に生じた太陽フレアの発生時刻および発生したクラスを取得する(ステップS110)。さらに、予測装置20は、選択されている活動領域のトラッキング期間について所定の算出周期毎に、予め定められた複数の特徴量をそれぞれ算出して特徴量ベクトルを生成する(ステップS112)とともに、特徴量ベクトルを生成した基準タイミングに引き続く予測期間において発生した太陽フレアのクラスに基づいて教師ラベルを取得し(ステップS114)、当該取得した教師ラベルを生成した特徴量ベクトルに付与して、トレーニングサンプルを生成する(ステップS116)。 Subsequently, training sample generation processing is executed. That is, the prediction device 20 selects the time series of one active region from the tracked active regions (step S108), and determines the occurrence time and occurrence time of the solar flare that occurred during tracking of the selected active region. A class is acquired (step S110). Furthermore, the prediction device 20 calculates a plurality of predetermined feature amounts for each predetermined calculation cycle for the tracking period of the selected active region to generate a feature amount vector (step S112). Acquire a teacher label based on the class of solar flare that occurred in the prediction period following the reference timing for generating the quantity vector (step S114), assign the acquired teacher label to the generated feature quantity vector, and generate a training sample. Generate (step S116).

予測装置20は、選択されている活動領域のトラッキング期間のすべてについて、トレーニングサンプルの生成が完了したか否かを判断する(ステップS118)。選択されている活動領域のトラッキング期間のすべてについて、トレーニングサンプルの生成が完了していなければ(ステップS118においてNO)、ステップS112~S116の処理が繰返される。 Prediction device 20 determines whether generation of training samples has been completed for all tracking periods of the selected active region (step S118). If generation of training samples has not been completed for all tracking periods of the selected active region (NO in step S118), steps S112 to S116 are repeated.

一方、選択されている活動領域のトラッキング期間のすべてについて、トレーニングサンプルの生成が完了してれば(ステップS118においてYES)、予測装置20は、トラッキングされた活動領域のすべてが処理済みであるか否かを判断する(ステップS122)。トラッキングされた活動領域のうち未処理の活動領域が存在していれば(ステップS122においてNO)、予測装置20は、未処理の活動領域のうち1つを選択し(ステップS124)、ステップS110以下の処理を再度実行する。 On the other hand, if training samples have been generated for all of the selected active region tracking periods (YES in step S118), prediction device 20 determines whether all of the tracked active regions have been processed. It is determined whether or not (step S122). If there are unprocessed active areas among the tracked active areas (NO in step S122), prediction device 20 selects one of the unprocessed active areas (step S124), and performs steps S110 and after. process again.

一方、トラッキングされた活動領域のすべてが処理済みであれば(ステップS122においてYES)、トレーニングサンプルの生成処理は完了する。 On the other hand, if all the tracked active regions have been processed (YES in step S122), the training sample generation process is complete.

続いて、予測装置20は、予測モデル400を構築する処理を実行する。すなわち、予測装置20は、対象の予測モデル400の各ネットワークパラメータを初期化(ランダムに決定)し(ステップS126)、上述の処理によって生成された複数のトレーニングサンプルの各々に含まれる特徴量ベクトルを予測モデル400に入力し(ステップS128)、予測モデル400から出力される推定結果と入力されたトレーニングサンプルに付与されている教師ラベルとを比較して、予測モデル400を規定するネットワークパラメータを更新する(ステップS130)。 Subsequently, the prediction device 20 executes processing for constructing the prediction model 400 . That is, the prediction device 20 initializes (randomly determines) each network parameter of the target prediction model 400 (step S126), and sets the feature amount vector included in each of the plurality of training samples generated by the above-described processing to Input to the prediction model 400 (step S128), compare the estimation result output from the prediction model 400 and the teacher label assigned to the input training sample, and update the network parameters that define the prediction model 400 (Step S130).

予測装置20は、予測モデル400に対する学習処理の終了条件が成立したか否かを判断し(ステップS132)、学習処理の終了条件が成立していなければ(ステップS132においてNO)、ステップS128以下の処理を繰返す。ここで、学習処理の終了条件としては、生成したすべてのトレーニングサンプルによる学習が完了したこと、および/または、新たなトレーニングサンプルを入力したときのネットワークパラメータの更新量が予め定められたしきい値未満であること、などを含めてもよい。 Prediction device 20 determines whether or not the termination condition of the learning process for prediction model 400 is satisfied (step S132). Repeat process. Here, the conditions for terminating the learning process are the completion of learning using all the generated training samples and/or the amount of update of the network parameters when new training samples are input, which is a predetermined threshold value. is less than, and the like.

予測モデル400に対する学習処理の終了条件が成立していれば(ステップS132においてYES)、予測装置20は、現在の予測モデル400を規定するネットワークパラメータを学習結果として出力する(ステップS134)。そして、処理は終了する。 If the termination condition of the learning process for prediction model 400 is satisfied (YES in step S132), prediction device 20 outputs the network parameters defining current prediction model 400 as the learning result (step S134). Then the process ends.

(f2:運用フェーズ)
次に、本実施の形態に従う予測システム1を用いた太陽フレアの発生確率を算出する運用フェーズに係る処理手順について説明する。
(f2: operation phase)
Next, a processing procedure relating to the operation phase for calculating the probability of occurrence of solar flare using prediction system 1 according to the present embodiment will be described.

図9は、本実施の形態に従う予測システム1の運用フェーズに係る処理手順を示すフローチャートである。図9に示す各ステップは、典型的には、予測装置20のプロセッサ100が特徴量算出プログラム122および推定プログラム126(いずれも図7参照)を実行することで実現される。 FIG. 9 is a flow chart showing a processing procedure relating to the operation phase of prediction system 1 according to the present embodiment. Each step shown in FIG. 9 is typically implemented by the processor 100 of the prediction device 20 executing the feature quantity calculation program 122 and the estimation program 126 (see FIG. 7 for both).

図9を参照して、予測装置20は、予め定められた予測タイミングが到来したか否かを判断する(ステップS200)。予め定められた予測タイミングが到来していなければ(ステップS200においてNO)、ステップS200の処理が繰返される。 With reference to FIG. 9, prediction device 20 determines whether or not a predetermined prediction timing has arrived (step S200). If the predetermined prediction timing has not arrived (NO in step S200), the process of step S200 is repeated.

予め定められた予測タイミングが到来していれば(ステップS200においてYES)、予測装置20は、1または複数の活動領域が検出できるか否かを判断する(ステップS202)。活動領域が検出できなければ(ステップS202においてNO)、予測装置20は、予測対象の活動領域が存在しないことを結果として出力する(ステップS204)。そして、処理は終了する。 If the predetermined prediction timing has arrived (YES in step S200), prediction device 20 determines whether or not one or more active regions can be detected (step S202). If no active region can be detected (NO in step S202), prediction device 20 outputs as a result that there is no active region to be predicted (step S204). Then the process ends.

一方、1または複数の活動領域が検出できれば(ステップS202においてYES)、予測装置20は、検出された活動領域のうち1つの活動領域を選択する(ステップS206)。そして、予測装置20は、予め定められた複数の特徴量をそれぞれ算出して特徴量ベクトルを生成する(ステップS208)。続いて、予測装置20は、生成した特徴量ベクトルを予測モデル400に入力し、ラベル毎の発生確率を算出する(ステップS210)。そして、予測装置20は、算出されたラベル毎の発生確率のうち、発生確率が最大であるものを、選択されている活動領域の予測結果として決定する(ステップS212)。 On the other hand, if one or more active regions can be detected (YES in step S202), prediction device 20 selects one of the detected active regions (step S206). Then, the prediction device 20 calculates a plurality of predetermined feature amounts and generates feature amount vectors (step S208). Subsequently, the prediction device 20 inputs the generated feature quantity vector to the prediction model 400, and calculates the occurrence probability for each label (step S210). Then, the prediction device 20 determines the maximum occurrence probability among the calculated occurrence probabilities for each label as the prediction result of the selected active region (step S212).

続いて、予測装置20は、検出された活動領域のすべてが処理済みであるか否かを判断する(ステップS214)。検出された活動領域のうち未処理の活動領域が存在していれば(ステップS214においてNO)、予測装置20は、未処理の活動領域のうち1つを選択し(ステップS216)、ステップS208以下の処理を再度実行する。 Subsequently, the prediction device 20 determines whether all detected active regions have been processed (step S214). If there is an unprocessed active area among the detected active areas (NO in step S214), prediction device 20 selects one of the unprocessed active areas (step S216), and performs steps S208 and after. process again.

一方、検出された活動領域のすべてが処理済みであれば(ステップS214においてYES)、予測装置20は、活動領域毎の太陽フレアの発生確率を出力し(ステップS218)、処理は終了する。 On the other hand, if all of the detected active regions have been processed (YES in step S214), prediction device 20 outputs the solar flare occurrence probability for each active region (step S218), and the process ends.

(f3:その他の形態)
説明の便宜上、予測装置20が予測モデル400の構築(学習フェーズ)と予測モデル400を用いた太陽フレアの発生確率の算出(運用フェーズ)との両方を実行する例を示したが、これに限らず、予測モデル400を構築する主体と、予測モデル400を用いて予測を実行する主体とが別であってもよい。
(f3: other forms)
For convenience of explanation, an example is shown in which the prediction device 20 executes both construction of the prediction model 400 (learning phase) and calculation of the probability of occurrence of solar flare using the prediction model 400 (operation phase), but this is not the only case. Alternatively, the entity that constructs the prediction model 400 and the entity that executes the prediction using the prediction model 400 may be separate.

例えば、特定の機関が予測モデル400を構築し、その構築した予測モデル400を他の機関に提供するような実施形態も想定される。このような場合には、本発明の本質的部分は、構築された予測モデル400そのものである。 For example, an embodiment is also envisioned in which a specific institution constructs the prediction model 400 and provides the constructed prediction model 400 to other institutions. In such cases, the essential part of the present invention is the constructed prediction model 400 itself.

[G.予測結果の出力形態]
本実施の形態に従う予測システム1により出力される予測結果は、どのような形態で利用されてもよい。例えば、現在の運用では、専門家が観測データに基づいて太陽フレアの発生確率を予測しており、このような予測の一指標として利用されてもよい。
[G. Output form of prediction result]
The prediction results output by prediction system 1 according to the present embodiment may be used in any form. For example, in current practice, experts predict the probability of occurrence of solar flares based on observational data, and may be used as an indicator of such predictions.

このような場合、各活動領域についての太陽フレアの発生確率を一見して把握できるようなユーザインターフェイスを提供するようにしてもよい。 In such a case, a user interface may be provided so that the probability of occurrence of solar flares for each active region can be grasped at a glance.

図10は、本実施の形態に従う予測システム1が提供する予測結果の出力例を示す図である。図10においては、視線方向磁場画像から検出された活動領域毎に、各クラスの太陽フレアの発生確率がグラフ表示されている。より具体的には、活動領域毎に、Mクラス以上の太陽フレアが発生する確率(≧M)、Mクラス以上の太陽フレアが発生しない確率(<M)、Cクラス以上の太陽フレアが発生する確率(≧C)、および、Cクラス以上の太陽フレアが発生しない確率(<C)を示す棒グラフが表示されている。 FIG. 10 is a diagram showing an output example of prediction results provided by prediction system 1 according to the present embodiment. In FIG. 10, the occurrence probability of each class of solar flare is graphically displayed for each active region detected from the line-of-sight magnetic field image. More specifically, for each active region, the probability that a solar flare of class M or higher will occur (≧M), the probability that a solar flare of class M or higher will not occur (<M), and the solar flare of class C or higher will occur. A bar graph is displayed showing the probability (>C) and the probability (<C) that a solar flare of class C or greater will not occur.

このように実際に観測された画像上に算出された発生確率が視覚的に表示されることで、いずれの活動領域において太陽フレアの発生確率が高いのかを一見して把握できる。 By visually displaying the calculated probability of occurrence on the actually observed image in this way, it is possible to grasp at a glance which active region has the highest probability of occurrence of a solar flare.

[H.予測性能評価の結果]
次に、本実施の形態に従う予測システム1による予測結果に基づく予測性能評価の結果について説明する。以下の予測性能評価においては、既存の運用と同様に、24時間以内における太陽フレアの発生確率を推定した。
[H. Results of prediction performance evaluation]
Next, results of prediction performance evaluation based on prediction results by prediction system 1 according to the present embodiment will be described. In the prediction performance evaluation below, we estimated the probability of a solar flare occurring within 24 hours, as in the existing operation.

以下の予測性能評価においては、2010年から2015年までの観測データを2つのグループに分けた。具体的には、2010年から2014年までの観測データは、トレーニングおよびバリデーションに用いるグループとし、2015年の観測データはテスト(すなわち、予測性能評価)に用いるグループとした。 In the prediction performance evaluation below, the observation data from 2010 to 2015 were divided into two groups. Specifically, observation data from 2010 to 2014 was used as the group used for training and validation, and observation data for 2015 was used as the group used for testing (ie predictive performance evaluation).

このように時系列に沿って2つのグループに分離することで、過去の観測データに基づいて将来(未知)の現象を予測するという予測タスクに対する性能をより正確に評価できる。 By separating the data into two groups along the time series in this way, it is possible to more accurately evaluate the performance for the prediction task of predicting future (unknown) phenomena based on past observation data.

以下に示す予測性能評価を算出するにあたって、トレーニングデータセットのミニバッチを用いて、予測モデル400についての最適化処理を多数回に亘って繰返した。トレーニングサンプルに対応するミニバッチは、予測モデル400の1回のフォワード/バックワード経路におけるサンプルの数に対応させた。ミニバッチについては、重複を避けるために、すべてのトレーニングデータセットからランダムに選択した。学習において、予測モデル400のネットワークパラメータの更新は、エポック毎、すなわちフォワード/バックワード経路毎に実行した。また、ミニバッチを用いて収束を高速化した。 A large number of iterations of the optimization process were performed on the predictive model 400 using mini-batches of the training data set in order to compute the predictive performance evaluations presented below. The mini-batches corresponding to training samples corresponded to the number of samples in one forward/backward pass of predictive model 400 . For mini-batches, we randomly selected from all training datasets to avoid duplication. In learning, updating of the network parameters of the predictive model 400 was performed for each epoch, ie for each forward/backward path. We also used mini-batches to speed up convergence.

予測性能評価においては、2カテゴリーの予測を実行した。具体的には、(1)Mクラス以上の太陽フレアが発生するとの事象、または、Mクラス未満の太陽フレアが発生する、あるいは、太陽フレアが発生しないとの事象のいずれか、ならびに、(2)Cクラス以上の太陽フレアが発生するとの事象、または、Cクラス未満の太陽フレアが発生する、あるいは、太陽フレアが発生しないとの事象のいずれかである。なお、対象とした観測データには、Xクラスの太陽フレアの発生数が不十分であったので、Xクラスの単独ではなく、Mクラスに含める形で予測している。 In the prediction performance evaluation, two categories of prediction were performed. Specifically, (1) either an event that a solar flare of M class or more occurs, or an event that a solar flare of less than M class occurs, or no solar flare occurs, and (2 ) Either a C-class or higher solar flare will occur, or a less than C-class solar flare will occur, or no solar flare will occur. Since the number of occurrences of X-class solar flares was insufficient in the target observation data, predictions are made to include them in the M-class rather than the X-class alone.

予測性能評価においては、テストデータを用いて、構築した予測モデル400をエポック毎に評価した。これらの評価により、スキルスコアとしてTSS(true skill score)が最も高い予測モデル400を最も良いモデルとして選択した。 In the prediction performance evaluation, the constructed prediction model 400 was evaluated for each epoch using test data. Based on these evaluations, the prediction model 400 with the highest TSS (true skill score) as the skill score was selected as the best model.

本実施の形態に従う予測モデル400の評価結果を以下のTable2-1および2-2に示す。 Evaluation results of predictive model 400 according to the present embodiment are shown in Tables 2-1 and 2-2 below.

Figure 0007199075000005
Figure 0007199075000005

Table2-1および2-2においては、TP(True Positive)、FP(False Positive)、TN(True Negative)、FN(False Negative)の4種類の結果事象を示す。 Tables 2-1 and 2-2 show four types of outcome events: TP (True Positive), FP (False Positive), TN (True Negative), and FN (False Negative).

TPは、太陽フレアが発生するとの予測に対して、実際の観測結果においても太陽フレアが発生した事象の数を示す。FPは、太陽フレアが発生するとの予測に対して、実際の観測結果においては太陽フレアが発生しなかった事象の数を示す。TNは、太陽フレアが発生しないとの予測に対して、実際の観測結果においても太陽フレアが発生しなかった事象の数を示す。FNは、太陽フレアが発生しないとの予測に対して、実際の観測結果においては太陽フレアが発生した事象の数を示す。 TP indicates the number of events in which solar flares have occurred even in the actual observation results in response to predictions that solar flares will occur. FP indicates the number of events in which solar flares did not occur in the actual observation results in contrast to predictions that solar flares would occur. TN indicates the number of events in which a solar flare did not occur even in the actual observation results for the prediction that no solar flare would occur. FN indicates the number of events in which solar flares occurred in the actual observation results, as opposed to predictions that no solar flares would occur.

なお、多くの予測周期において太陽フレアは発生しないので、TNの事象数が相対的に多くなっている。また、Cクラス以上の太陽フレアの発生は、Mクラス以上の太陽フレアの発生を含むので、Cクラス以上についてのTPは、相対的に大きな値となっている。 Note that the number of TN events is relatively large because solar flares do not occur in many prediction cycles. In addition, since the occurrence of a solar flare of C class or higher includes the occurrence of a solar flare of M class or higher, the TP for C class or higher is relatively large.

太陽フレアの発生予測のタスクにおいては、代表的なスキルスコアとして、以下に示すような6種類が知られている。 In the task of predicting the occurrence of solar flares, the following six types of typical skill scores are known.

POD(probability of detection)は、再現率を意味し、式(4A)に従って算出できる。CSI(criteria success of index)は、式(4B)に従って算出できる。FAR(false alarm ratio)は、式(4C)に従って算出できる。HSS(Heidke skill score)は、式(4D)に従って算出できる。TSS(true skill score)は、式(4E)に従って算出できる。正確性を意味するAccuracyは、式(4F)に従って算出できる。なお、式中の(´)は反転(NOT)を意味する。 POD (probability of detection) means recall and can be calculated according to equation (4A). CSI (criteria success of index) can be calculated according to equation (4B). FAR (false alarm ratio) can be calculated according to equation (4C). HSS (Heidke skill score) can be calculated according to formula (4D). TSS (true skill score) can be calculated according to equation (4E). Accuracy, which means accuracy, can be calculated according to formula (4F). Note that (') in the formula means inversion (NOT).

Figure 0007199075000006
Figure 0007199075000006

本実施の形態に従う予測モデル400による予測結果を各スキルスコアに関して評価した結果を以下のTable3に示す。 Table 3 below shows the results of evaluating the prediction results of the prediction model 400 according to the present embodiment with respect to each skill score.

Figure 0007199075000007
Figure 0007199075000007

上述のTable3には、ベースラインとして、非特許文献1に開示されるSVM、kNN、ERTの各手法でのスキルスコアを併せて示す。 Table 3 above also shows the skill scores of the SVM, kNN, and ERT methods disclosed in Non-Patent Document 1 as baselines.

Table3に示すように、本実施の形態に従う予測モデル400によれば、一般的な運用と同様の条件下において、Mクラス以上の太陽フレアの発生確率についてのTSSは「0.80」となり、Cクラス以上の太陽フレアの発生確率についてのTSSは「0.63」となっている。これらの結果は、専門家の予測に基づく発生確率についてのTSSより優れている。 As shown in Table 3, according to the prediction model 400 according to the present embodiment, under the same conditions as in general operation, the TSS for the probability of occurrence of M-class or higher solar flares is "0.80", and C The TSS for the probability of occurrence of a solar flare of class or higher is "0.63". These results are superior to the TSS for probability of occurrence based on expert predictions.

[I.重要度評価]
次に、本実施の形態に従う予測システム1において用いられる予測モデル400は、複数の特徴量に基づいて太陽フレアの発生確率を予測する構成を採用しており、さらに、各特徴量の重要度を評価することもできる。
[I. Importance evaluation]
Next, prediction model 400 used in prediction system 1 according to the present embodiment employs a configuration that predicts the probability of occurrence of a solar flare based on a plurality of feature quantities. can also be evaluated.

図11は、本実施の形態に従う予測システム1において特徴量の重要度の評価手順を説明するための模式図である。図11を参照して、まず、利用可能なすべての特徴量を含む特徴量ベクトル460を用いた学習処理により、予測モデル400を構築する。この構築した予測モデル400を基準予測モデルとし、この基準予測モデルに対してテストデータ470を与えた場合に得られる予測結果についてのスキルスコアを算出する。この算出されるスキルスコアが基準スキルスコアとなる。 FIG. 11 is a schematic diagram for explaining the procedure for evaluating the importance of feature amounts in prediction system 1 according to the present embodiment. Referring to FIG. 11, first, a prediction model 400 is constructed by learning processing using a feature amount vector 460 including all available feature amounts. This constructed prediction model 400 is used as a reference prediction model, and a skill score is calculated for a prediction result obtained when test data 470 is given to this reference prediction model. This calculated skill score is the reference skill score.

続いて、例えば、利用可能なすべての特徴量のうち、特徴量1を削除した特徴量ベクトル461を生成し、特徴量ベクトル461を用いた学習処理により、予測モデル401を構築する。予測モデル401は、特徴量1を削除した状態での学習結果である。さらに、構築した予測モデル401に対してテストデータ471(特徴量1に相当する成分は削除されている)を与える場合に得られる予測結果についてもスキルスコアを算出する。この算出されるスキルスコアが特徴量1を削除した場合の性能となる。 Subsequently, for example, a feature amount vector 461 is generated by deleting the feature amount 1 among all available feature amounts, and the prediction model 401 is constructed by learning processing using the feature amount vector 461 . A prediction model 401 is a learning result in which the feature quantity 1 is deleted. Furthermore, a skill score is also calculated for a prediction result obtained when test data 471 (the component corresponding to feature value 1 is deleted) is given to the constructed prediction model 401 . This calculated skill score is the performance when the feature amount 1 is deleted.

最終的に、基準スキルスコアと特徴量1を削除した場合に算出されたスキルスコアとの差分(すなわち、スキルスコアの変化度合い)を、削除した特徴量1のスキルスコアへの影響度(すなわち、重要度)として算出できる。 Finally, the difference between the reference skill score and the skill score calculated when the feature 1 is deleted (that is, the degree of change in the skill score) is calculated as the influence of the deleted feature 1 on the skill score (that is, importance).

図11と同様の方法に従って、各特徴量についてのスキルスコアへの影響度(重要度)をそれぞれ算出できる。最終的に、重要度に基づいて特徴量をランク付けすることで、太陽フレアの発生予測にどのような特徴量が重要であるかを推定できるとともに、その推定された特徴量の情報は太陽フレアの発生メカニズムを解明する手がかりとなり得る。 According to the same method as in FIG. 11, the degree of influence (importance) on the skill score for each feature amount can be calculated. Finally, by ranking the features based on their importance, we can estimate what kind of features are important for predicting the occurrence of solar flares. It can be a clue to clarify the generation mechanism of

このように、本実施の形態に従う予測システム1は、予測モデル400の予測精度への各特徴量の影響度を算出する影響度算出機能を有しており、図11に示すような処理手順に従って、各特徴量の重要度を客観的に評価できる数値を出力するようにしてもよい。 As described above, prediction system 1 according to the present embodiment has an influence degree calculation function for calculating the degree of influence of each feature amount on the prediction accuracy of prediction model 400, and according to the processing procedure shown in FIG. , a numerical value that can objectively evaluate the importance of each feature quantity may be output.

[J.まとめ]
本実施の形態に従う予測システム1によれば、画像ベースではなく、太陽の活動を様々な観点でとらえた複数の特徴量を入力として用いた予測モデルを採用する。複数の特徴量を用いることで、画像をそのまま用いる場合に比較して、情報の次元数を抑制できるので、全結合ネットワークを構成することも可能となり、比較的少ない層数で予測精度の高い予測モデルを実現できる。
[J. summary]
According to the prediction system 1 according to the present embodiment, a prediction model that uses, as inputs, a plurality of feature amounts obtained by capturing solar activity from various viewpoints is adopted instead of an image-based prediction model. By using multiple feature values, the number of dimensions of information can be reduced compared to using images as they are, so it is possible to construct a fully connected network, and prediction with high prediction accuracy with a relatively small number of layers. model can be realized.

また、本実施の形態に従う予測システム1によれば、複数の特徴量を入力とする予測モデルを採用するので、学習の結果構築された予測モデルの予測精度に基づいて、予測精度に対する各特徴量の重要度を算出できる。これによって、どのような特徴量が予測に影響を与えるのかといった知識が得られ、太陽フレアの発生メカニズムを解明できる。 Further, according to the prediction system 1 according to the present embodiment, since a prediction model with a plurality of feature values as input is adopted, based on the prediction accuracy of the prediction model constructed as a result of learning, each feature value for prediction accuracy can calculate the importance of As a result, we can obtain knowledge about what kind of feature values affect predictions, and can elucidate the mechanism by which solar flares occur.

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered as examples and not restrictive in all respects. The scope of the present invention is indicated by the scope of the claims rather than the description of the above-described embodiments, and is intended to include all modifications within the scope and meaning equivalent to the scope of the claims.

[K.付録] [K. appendix]

Figure 0007199075000008
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Figure 0007199075000009
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1 予測システム、2 太陽、4 地上観測施設、6 光学望遠鏡、7 電波望遠鏡、8 観測装置、10 観測用衛星、12 地上受信施設、14 通信用アンテナ、16 通信装置、18 観測データ収集装置、20 予測装置、30 特徴量算出部、40 推定器、100 プロセッサ、102 主メモリ、104 ディスプレイ、106 入力デバイス、108 ネットワークインターフェイス、110 光学ドライブ、112 光学ディスク、114 入力インターフェイス、116 出力インターフェイス、118 内部バス、120 二次記憶装置、122 特徴量算出プログラム、124 学習プログラム、126 推定プログラム、130 ネットワークパラメータ、132 トレーニングデータセット、400,401 予測モデル、411,412,413,414,415,416 線形結合層、417 非線形結合層、431,433 スキップ経路、432,434 加算器、441 入力ベクトル、442 入力層、443 隠れ層、444 出力層、445 出力ベクトル、446,447 重み係数ベクトル、448,449 バイアスベクトル、451 正規化線形関数(ReLU関数)、452 Softmax関数、460,461 特徴量ベクトル、470,471 テストデータ、AR 活動領域、J コスト関数。 1 Prediction System 2 Sun 4 Ground Observation Facility 6 Optical Telescope 7 Radio Telescope 8 Observation Device 10 Observation Satellite 12 Ground Reception Facility 14 Communication Antenna 16 Communication Device 18 Observation Data Collection Device 20 Prediction device, 30 feature quantity calculator, 40 estimator, 100 processor, 102 main memory, 104 display, 106 input device, 108 network interface, 110 optical drive, 112 optical disc, 114 input interface, 116 output interface, 118 internal bus , 120 secondary storage device, 122 feature amount calculation program, 124 learning program, 126 estimation program, 130 network parameters, 132 training data set, 400, 401 prediction model, 411, 412, 413, 414, 415, 416 linear combination layer , 417 nonlinear connection layer, 431, 433 skip path, 432, 434 adder, 441 input vector, 442 input layer, 443 hidden layer, 444 output layer, 445 output vector, 446, 447 weight coefficient vector, 448, 449 bias vector , 451 normalized linear function (ReLU function), 452 Softmax function, 460, 461 feature vector, 470, 471 test data, AR active region, J cost function.

Claims (6)

宇宙空間に生じる現象を予測するための予測システムであって、
前記宇宙空間に由来する時系列の観測データを取得する取得部と、
前記観測データのうち予測タイミングより前のデータ要素に基づいて複数の特徴量を算出する特徴量算出部と、
前記特徴量算出部により算出された複数の特徴量を予測モデルに与えることで、前記予測タイミングに引き続く所定長さの予測期間内において太陽フレアが発生する確率を算出する推定部とを備え
前記観測データは、宇宙空間において太陽を観測する観測用衛星によるデータを含み、
前記特徴量算出部は、前記予測タイミングの直前の互いに異なる複数の期間におけるそれぞれのデータ要素に基づいて前記複数の特徴量を算出し、
前記複数の特徴量は、
前記予測タイミングの直前の所定期間内において観測されたX線データにおける最大強度と、
前記予測タイミングから所定時間前において観測されたEUV高温コロナ発光画像またはX線データにおける最大強度とを含む、予測システム。
A prediction system for predicting phenomena occurring in outer space,
an acquisition unit that acquires time-series observation data derived from outer space;
A feature amount calculation unit that calculates a plurality of feature amounts based on data elements of the observation data before the prediction timing;
an estimating unit that calculates the probability that a solar flare will occur within a prediction period of a predetermined length following the prediction timing by giving a plurality of feature values calculated by the feature value calculation unit to a prediction model ;
The observation data includes data from an observation satellite that observes the sun in outer space,
The feature amount calculation unit calculates the plurality of feature amounts based on respective data elements in a plurality of mutually different periods immediately before the prediction timing,
The plurality of feature quantities are
a maximum intensity in X-ray data observed within a predetermined period immediately before the prediction timing;
and a maximum intensity in an EUV hot corona luminescence image or X-ray data observed a predetermined time before the prediction timing .
前記複数の特徴量は、前記予測タイミングの直前の所定期間内における、複数のクラス別の太陽フレアの発生の履歴をさらに含む、請求項1に記載の予測システム。 2. The prediction system according to claim 1, wherein said plurality of feature quantities further include histories of occurrence of solar flares according to a plurality of classes within a predetermined period immediately before said prediction timing. 前記推定部は、太陽フレアのクラス毎に発生する確率をそれぞれ算出するとともに、算出されたそれぞれの確率のうち最大となる確率に対応するクラスを予測結果として出力する、請求項1または2に記載の予測システム。 3. The estimating unit according to claim 1, wherein the estimating unit calculates a probability of occurrence for each class of solar flare, and outputs a class corresponding to a maximum probability among the calculated probabilities as a prediction result. prediction system. 前記推定部は、所定クラス以上の太陽フレアが発生する確率を算出する、請求項1~3のいずれか1項に記載の予測システム。 The prediction system according to any one of claims 1 to 3, wherein the estimator calculates a probability that a solar flare of a predetermined class or higher will occur. 前記予測モデルの予測精度への各特徴量の影響度を算出する影響度算出部をさらに備える、請求項1~4のいずれか1項に記載の予測システム。 5. The prediction system according to any one of claims 1 to 4, further comprising an influence calculator that calculates the influence of each feature quantity on the prediction accuracy of the prediction model. 宇宙空間に生じる現象を予測するための予測方法であって、
前記宇宙空間に由来する時系列の観測データを取得するステップと、
前記観測データのうち予測タイミングより前のデータ要素に基づいて複数の特徴量を算出するステップと、
前記算出された複数の特徴量を予測モデルに与えることで、前記予測タイミングに引き続く所定長さの予測期間内において、太陽フレアが発生する確率を算出するステップとを備え
前記観測データは、宇宙空間において太陽を観測する観測用衛星によるデータを含み、
前記特徴量を算出するステップは、前記予測タイミングの直前の互いに異なる複数の期間におけるそれぞれのデータ要素に基づいて前記複数の特徴量を算出するステップを含み、
前記複数の特徴量は、
前記予測タイミングの直前の所定期間内において観測されたX線データにおける最大強度と、
前記予測タイミングから所定時間前において観測されたEUV高温コロナ発光画像またはX線データにおける最大強度とを含む、予測方法。
A prediction method for predicting phenomena occurring in outer space,
a step of acquiring time-series observation data derived from the outer space;
a step of calculating a plurality of feature amounts based on data elements of the observation data before the prediction timing;
and calculating the probability that a solar flare will occur within a prediction period of a predetermined length following the prediction timing by applying the calculated plurality of feature values to a prediction model ;
The observation data includes data from an observation satellite that observes the sun in outer space,
The step of calculating the feature amount includes calculating the plurality of feature amounts based on each data element in a plurality of mutually different periods immediately before the prediction timing,
The plurality of feature quantities are
a maximum intensity in X-ray data observed within a predetermined period immediately before the prediction timing;
and a maximum intensity in an EUV hot corona luminescence image or X-ray data observed a predetermined time before the prediction timing .
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