JP2007205001A - Discharge forecasting apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、下水処理場・ポンプ場・系統制御所・給電指令所・ダム管理所・水力発電所等の貯水施設へ流れる水の流量、または、河川の流量を予測するための流量予測装置に関する。 The present invention relates to a flow rate prediction device for predicting the flow rate of water flowing into a water storage facility such as a sewage treatment plant, a pumping station, a system control station, a power supply command station, a dam management station, a hydroelectric power station, or a river flow rate. .
ダムへ流入する水の流量やその上流の河川における流量の予測は、ダム運用の安全性や経済性のために非常に重要である。数時間先の流量予測は、降雨時のダム放流量を適切に行うことができ、流域の安全性確保に役立てることができる。数時間先から数日先の予測、特に翌日の予測は、発電計画を適切に立案することができ、水力エネルギーの有効利用・経済性の向上に寄与できる。 Predicting the flow rate of water flowing into the dam and the upstream river is very important for the safety and economics of dam operation. Predicting the flow rate several hours ahead can appropriately perform dam discharge during rainfall, and can help to ensure the safety of the basin. Forecasts from several hours to several days ahead, especially the forecast for the next day, can properly formulate a power generation plan, which can contribute to effective use of hydropower and improvement of economic efficiency.
従来、ダムの流入量の予測は、熟練運用者の経験と直感的知識により行われていることが多い。また、数時間先までの予測作業の自動化も実現されており、その例として、タンクモデル、貯留関数法、ニューラルネットワーク等を用いる様々な方法が提案され、その予測精度は向上してきている。上記のような予測手法では、ダム周辺、及びダムの上流流域の降雨状況を表す雨量を入力として、流量または流量の変化分などを出力としている。 Conventionally, the prediction of the inflow of a dam is often performed based on the experience and intuitive knowledge of a skilled operator. Further, automation of prediction work up to several hours ahead has been realized, and as an example, various methods using a tank model, a storage function method, a neural network, etc. have been proposed, and the prediction accuracy has been improved. In the prediction method as described above, the amount of rainfall representing the rainfall situation around the dam and the upstream basin of the dam is input, and the flow rate or the change in the flow rate is output.
この場合、ダム周辺及びダム上流流域内の降雨状況は地点によって異なるため、複数地点における雨量を用いる。さらに、近年では地上に設置された雨量計だけでなく、雨量レーダーによる解析結果を用いた、広範囲にわたるメッシュ雨量を用いる例もある。
なお、雨量計は広いエリア中の一地点の降雨量を計測しているに過ぎないので、局所的に降雨状況が異なると全体的な降雨状況を表すデータとはいえない。また、メッシュ雨量も範囲が細かすぎる場合がある。そこで、複数地点の雨量や複数区画のメッシュ雨量を平均化して用いることも行われている。
In this case, since the rainfall conditions around the dam and in the upstream basin of the dam vary depending on the point, rainfall at a plurality of points is used. Furthermore, in recent years, there is an example using not only a rain gauge installed on the ground but also a wide range of mesh rainfall using an analysis result by a rainfall radar.
Note that the rain gauge only measures the rainfall at a single point in a wide area, so it cannot be said that it represents the overall rainfall situation if the rainfall situation differs locally. Also, the mesh rainfall may be too narrow. Therefore, it is also practiced to average the rainfall at a plurality of points and the mesh rainfall at a plurality of sections.
ここで、雨量またはメッシュ雨量の平均化の際には、各地点において降雨が始まった時刻から予測対象のダムに流れ込む時刻までの時間(流下時間)を考慮する必要がある。これは、一般に上流の雨が降り始めてから下流のダム地点の流入量が増加するまで、数時間程度の時間遅れがあり、これは当然ながら雨量の地点によって異なるからである。 Here, when averaging the rainfall or the mesh rainfall, it is necessary to consider the time (flowing time) from the time when rainfall started at each point to the time when it flows into the prediction target dam. This is because, in general, there is a time delay of about several hours from the start of rain in the upstream until the amount of inflow at the downstream dam point increases, which naturally depends on the point of rainfall.
例えば、上流のA地点からCダムまでの流下時間が1時間、上流のB地点からCダムまでの流下時間が2時間であるとすると、下式のように1時間ずらして平均雨量データを計算する。 For example, if the flow time from the upstream point A to the C dam is 1 hour and the flow time from the upstream point B to the C dam is 2 hours, the average rainfall data is calculated by shifting by 1 hour as shown in the following formula. To do.
これにより、流量との相関が強い平均雨量を得ることができる。雨量は一時の雨量だけでなく、過去数時間分の雨量が累積して流量となって現れるため、予測に際しては、平均雨量を過去数時間分用いる。平均雨量を何時間分用いればよいかはダムによって異なることはいうまでもない。 Thereby, the average rainfall with a strong correlation with the flow rate can be obtained. Since the rainfall is not only temporary rainfall, but also the rainfall for the past several hours accumulates and appears as a flow rate, the average rainfall is used for the past several hours for prediction. It goes without saying that how many hours of average rainfall should be used depends on the dam.
また、平均化の方法として、複数の河川が存在するときには、河川ごとの平均雨量を算出して用いる方法と、全ての流域をまとめた流域平均雨量を用いる方法と、がある。
従来技術としては、例えば、特許文献1(特開2001−167078号公報、発明の名称「ダムまたは河川による流量予測方法」)が開示されており、ダムの流入量の予測に上流流域の流域平均雨量を用いる方法が開示されている。
また、特許文献2(特開平5−134715号公報、発明の名称「ニューラルネットワーク応用雨水流入量予測装置」)では、下水処理場やポンプ場における雨水の流入量予測方法に関するものであり、上流流域のメッシュ雨量を用いて流入量を予測する方法が開示されている。
Further, as a method of averaging, there are a method of calculating and using an average rainfall for each river when there are a plurality of rivers, and a method of using a basin average rainfall that summarizes all the basins.
As a prior art, for example, Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 2001-167078, the title of the invention “flow rate prediction method by a dam or a river”) is disclosed. A method using rainfall is disclosed.
Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-134715, entitled “Neural Network Applied Rainwater Inflow Prediction Device”) relates to a method for predicting the amount of rainwater in a sewage treatment plant or a pump station, and has an upstream basin. A method for predicting the inflow amount using the mesh rain amount is disclosed.
上記特許文献1に記載の従来技術では、ダムの流入量の予測に上流流域の流域平均雨量を用いる方法が開示されており、詳しくは、上流河川の流域面積を用いて各河川の雨量を加重平均して、流域平均雨量を算出している。しかし、この方法は、明確に流域が分離可能であれば正確な流域平均雨量を計算できると考えられるが、一般的には流域の境界が明確でない。従って、流域面積を適切に設定することができず、適切な流域平均雨量の算出は困難である。また、同一流域内に複数の雨量計が存在する場合についての算出方法は開示されていない。
In the prior art described in
さらに、メッシュ雨量について、流域面積比によって流域平均雨量を算出するという前記開示技術を適用すれば、メッシュ雨量を平均し、流域平均雨量を算出する方法が考えられる。しかし、広範囲にわたるメッシュ雨量のすべてが予測対象の貯留施設の流入量または河川の流量に流入するとは限らない。すなわち、一般的な地点雨量を用いる場合では、地点雨量を用いた適切な流域平均雨量の算出が困難であるし、メッシュ雨量を用いる場合では、メッシュごとの加重比を適切に設定することが困難である。 Furthermore, if the disclosed technique of calculating the basin average rainfall according to the basin area ratio is applied to the mesh rainfall, a method of averaging the mesh rainfall and calculating the basin average rainfall can be considered. However, not all mesh rainfall over a wide area flows into the inflow of the storage facility to be predicted or the flow of the river. In other words, when using general point rainfall, it is difficult to calculate an appropriate basin average rainfall using point rainfall, and when using mesh rainfall, it is difficult to set an appropriate weight ratio for each mesh. It is.
また、上記特許文献2に記載の従来技術では、メッシュ雨量の平均化を行なわず、そのまま用いる方法がとられている。すなわち、メッシュごとに過去数時間にわたる雨量データを全て用いる方法である。この方法では、メッシュごとの加重比を明示的に考慮する必要がないが、流量予測モデルとして用いられているニューラルネットワークの入力因子の数が膨大でニューラルネットワークの構造が大規模で複雑なものとなってしまう。
Moreover, in the prior art described in
例えば、メッシュ数が縦横5メッシュずつ、入力因子として考慮すべき時間が現在から過去4時間前までとすると、5メッシュ×5メッシュ×5時間分の125個とかなり多くの雨量データを入力することとなってしまう。メッシュ数が数個程度と少なく、入力として考慮するべき時間も短い場合はよいが、一般的に入力因子数が多くなってくると、ニューラルネットワークの学習に多大な時間を要すること、入出力関係の適切な学習が困難であることから、適切な方法とはいえない。 For example, if the number of meshes is 5 meshes vertically and horizontally, and the time to be considered as an input factor is from the present to the past 4 hours ago, input a considerable amount of rainfall data, 125 meshes for 5 meshes x 5 meshes x 5 hours. End up. It is good if the number of meshes is as small as several and the time to be considered as input is short, but in general, when the number of input factors increases, it takes a lot of time to learn the neural network, and the input / output relationship Because it is difficult to learn properly, it is not an appropriate method.
そこで本発明は上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、複数地点の雨量または複数区画の雨量(複数のメッシュ雨量)の加重比の最適化により流域平均雨量データを算出してパラメータを低減するとともに、学習効率を高めて精度良い流量予測モデルを構築し、予測精度の向上も実現する流量予測装置を提供することにある。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and its purpose is to calculate basin average rainfall data by optimizing the weight ratio of rainfall at a plurality of points or rainfall at a plurality of sections (a plurality of mesh rainfalls). It is an object of the present invention to provide a flow rate predicting apparatus that reduces parameters and constructs a highly accurate flow rate prediction model by improving learning efficiency and also improves prediction accuracy.
本発明の請求項1に係る流量予測装置は、
上流の複数箇所の雨量データを用いて下流の流量を予測する流量予測装置であって、
上流の複数地点または複数区画における雨量データと、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比と、を用いて、ある箇所の雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する加重比決定用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて相関係数を算出する相関係数算出手段と、
相関係数に基づいて評価が高い加重比であるか否かを判定する加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する加重比決定用加重比最適化手段と、
を有し、これら加重比決定用流域平均雨量算出手段、相関係数算出手段、加重比評価手段および加重比決定用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、流域平均雨量データと流量データとの相関が高くなるように加重比を決定する加重比決定手段と、
ある箇所の雨量データとこの雨量データに係るものであって加重比決定手段で決定された加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを用いて流量予測モデルを構築する予測モデル構築手段と、
予測モデル構築手段で構築された流量予測モデルに対し、加重比決定手段で決定された加重比による流域平均雨量データを入力して予測流量に係る予測流量データを生成する予測手段と、
を備えることを特徴とする。
A flow rate predicting apparatus according to
A flow rate prediction device that predicts downstream flow rate using rainfall data at a plurality of upstream locations,
Using rainfall data at multiple points or sections upstream, and weight ratios that represent the degree of influence of rainfall data at a certain location on the downstream flow rate for each of the multiple rainfall data, A basin average rainfall calculating means for calculating a basin average weight for calculating a plurality of basin average rainfall data for each time point or a sum of a product of the weight ratio related to the rainfall data for a plurality of points or a plurality of sections;
Correlation coefficient calculating means for calculating a correlation coefficient by using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data by time,
A weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high weight ratio based on a correlation coefficient;
A weight ratio optimization means for determining a weight ratio that generates a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The weight ratio determining basin average rainfall calculating means, the correlation coefficient calculating means, the weight ratio evaluating means, and the weight ratio determining weight ratio optimizing means are repeatedly functioned to correlate the basin average rainfall data with the discharge data. A weight ratio determining means for determining the weight ratio so as to increase,
Estimate the flow rate prediction model using the basin average rainfall data, which is the sum of the data of the rain data at a certain location and the weight ratio determined by the weight ratio determination means and the weight ratio determined for the multiple points or sections. A prediction model construction means to be constructed;
A prediction unit that inputs the basin average rainfall data based on the weight ratio determined by the weight ratio determination unit to generate the prediction flow data related to the predicted flow, with respect to the flow prediction model constructed by the prediction model construction unit;
It is characterized by providing.
また、本発明の請求項2に係る流量予測装置は、
上流の複数箇所の雨量データを用いて下流の流量を予測する流量予測装置であって、
上流の複数地点または複数区画における雨量データと、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比と、を用いて、ある箇所の雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する予測モデル構築用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて流量予測モデルを学習する予測モデル学習手段と、
過去の実績に係る流域平均雨量データと対応する実績の流量データとを用いて流量予測モデルにより予測して予測流量データを生成し、実績の流量データと予測流量データとの予測誤差を用いて評価し、評価が高い流量予測モデルおよび加重比であるか否かを判定する予測モデル・加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する予測モデル構築用加重比最適化手段と、
を有し、これら予測モデル構築用流域平均雨量算出手段、予測モデル学習手段、予測モデル・加重比評価手段および予測モデル構築用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、予測誤差が少なくなるように流量予測モデルおよび加重比を決定する予測モデル構築手段と、
予測モデル構築手段で構築された流量予測モデルに対し、予測モデル構築手段で決定された加重比による流域平均雨量データを入力して予測流量に係る予測流量データを生成する予測手段と、
を備えることを特徴とする。
A flow rate predicting apparatus according to
A flow rate prediction device that predicts downstream flow rate using rainfall data at a plurality of upstream locations,
Using rainfall data at multiple points or sections upstream, and weight ratios that represent the degree of influence of rainfall data at a certain location on the downstream flow rate for each of the multiple rainfall data, A basin average rainfall calculation means for predictive model construction for calculating a plurality of basin average rainfall data for each time point or a sum of the products of the weight ratio relating to this rainfall data for a plurality of points or a plurality of sections;
A prediction model learning means for learning a flow prediction model using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data according to time;
Predicted by the flow prediction model using the basin average rainfall data related to the past results and the corresponding flow rate data to generate predicted flow data, and evaluated using the prediction error between the actual flow data and the predicted flow data And a prediction model / weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high flow rate prediction model and a weight ratio,
A weight ratio optimization means for constructing a prediction model for generating a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The prediction model construction basin average rainfall calculation means, the prediction model learning means, the prediction model / weight ratio evaluation means and the prediction model construction weight ratio optimization means are repeatedly functioned so that the prediction error is reduced. A prediction model construction means for determining a prediction model and a weight ratio;
Predictive means for generating predicted flow rate data related to the predicted flow rate by inputting the basin average rainfall data based on the weight ratio determined by the predictive model constructing unit to the flow rate predictive model constructed by the predictive model constructing unit;
It is characterized by providing.
また、本発明の請求項3に係る流量予測装置は、
上流の複数箇所の雨量データを用いて下流の流量を予測する流量予測装置であって、
上流の複数地点または複数区画における雨量データと、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比と、を用いて、ある箇所の雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する加重比決定用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて相関係数を算出する相関係数算出手段と、
相関係数に基づいて評価が高い加重比であるか否かを判定する加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する加重比決定用加重比最適化手段と、
を有し、これら加重比決定用流域平均雨量算出手段、相関係数算出手段、加重比評価手段および加重比決定用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、流域平均雨量データと流量データとの相関が高くなるように加重比を決定する加重比決定手段と、
ある箇所の雨量データとこの雨量データに係るものであって加重比決定手段で決定された加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する予測モデル構築用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて流量予測モデルを学習する予測モデル学習手段と、
過去の実績に係る流域平均雨量データと対応する実績の流量データとを用いて流量予測モデルにより予測して予測流量データを生成し、実績の流量データと予測流量データとの予測誤差を用いて評価し、評価が高い流量予測モデルおよび加重比であるか否かを判定する予測モデル・加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する予測モデル構築用加重比最適化手段と、
を有し、これら予測モデル構築用流域平均雨量算出手段、予測モデル学習手段、予測モデル・加重比評価手段および予測モデル構築用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、予測誤差が少なくなるように流量予測モデルおよび加重比を決定する予測モデル構築手段と、
予測モデル構築手段で構築された流量予測モデルに対し、予測モデル構築手段で決定された加重比による流域平均雨量データを入力して予測流量に係る予測流量データを生成する予測手段と、
を備えることを特徴とする。
A flow rate predicting apparatus according to claim 3 of the present invention is
A flow rate prediction device that predicts downstream flow rate using rainfall data at a plurality of upstream locations,
Using rainfall data at multiple points or sections upstream, and weight ratios that represent the degree of influence of rainfall data at a certain location on the downstream flow rate for each of the multiple rainfall data, A basin average rainfall calculating means for calculating a basin average weight for calculating a plurality of basin average rainfall data for each time point or a sum of a product of the weight ratio related to the rainfall data for a plurality of points or a plurality of sections;
Correlation coefficient calculating means for calculating a correlation coefficient by using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data by time,
A weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high weight ratio based on a correlation coefficient;
A weight ratio optimization means for determining a weight ratio that generates a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The weight ratio determining basin average rainfall calculating means, the correlation coefficient calculating means, the weight ratio evaluating means, and the weight ratio determining weight ratio optimizing means are repeatedly functioned to correlate the basin average rainfall data with the discharge data. A weight ratio determining means for determining the weight ratio so as to increase,
Multiple basin average rainfall data for each point in time is calculated by summing the product of the rainfall data at a certain location and the weight ratio determined by the weight ratio determination means for multiple points or multiple sections. Basin average rainfall calculation means for predictive model construction,
A prediction model learning means for learning a flow prediction model using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data according to time;
Predicted by the flow prediction model using the basin average rainfall data related to the past results and the corresponding flow rate data to generate predicted flow data, and evaluated using the prediction error between the actual flow data and the predicted flow data And a prediction model / weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high flow rate prediction model and a weight ratio,
A weight ratio optimization means for constructing a prediction model for generating a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The prediction model construction basin average rainfall calculation means, the prediction model learning means, the prediction model / weight ratio evaluation means and the prediction model construction weight ratio optimization means are repeatedly functioned so that the prediction error is reduced. A prediction model construction means for determining a prediction model and a weight ratio;
Predictive means for generating predicted flow rate data related to the predicted flow rate by inputting the basin average rainfall data based on the weight ratio determined by the predictive model constructing unit to the flow rate predictive model constructed by the predictive model constructing unit;
It is characterized by providing.
また、本発明の請求項4に係る流量予測装置は、
請求項1〜請求項3の何れか一項に記載の流量予測装置において、
前記流量予測モデルはニューラルネットワークであることを特徴とする。
A flow rate predicting apparatus according to claim 4 of the present invention includes:
In the flow prediction apparatus according to any one of
The flow rate prediction model is a neural network.
以上のような本発明によれば、複数地点の雨量または複数区画の雨量(複数のメッシュ雨量)の加重比の最適化により流域平均雨量データを算出してパラメータを低減するとともに、学習効率を高めて精度良い流量予測モデルを構築し、予測精度の向上も実現する流量予測装置を提供することができる。 According to the present invention as described above, the basin average rainfall data is calculated by optimizing the weight ratio of the rainfall at a plurality of points or the rainfalls at a plurality of sections (a plurality of mesh rainfalls), and the learning efficiency is improved. Therefore, it is possible to provide a flow rate prediction device that constructs a highly accurate flow rate prediction model and also realizes improvement of prediction accuracy.
以下、本発明の最良の形態の流量予測装置について図を参照しつつ説明する。図1は、本形態の流量予測装置の構成図である。
流量予測装置1は、入力手段10、出力手段20、記録媒体読書手段30、データ発信手段40、データ収集手段50、データ蓄積手段60、加重比決定手段70、予測モデル構築手段80、予測手段90を備えている。
Hereinafter, a flow rate predicting apparatus according to the best mode of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram of a flow rate prediction apparatus according to this embodiment.
The flow
入力手段10は、手入力を行うキーボードである。
出力手段20は、ディスプレイやプリンタなどであり、各種データ表示・印刷も行う。
記憶媒体読書手段30は、FD(Flexible Disc)、MO(Magnet Optical Disc)、USBメモリなどの記憶媒体に対して情報の読み書きを行う装置である。
データ発信手段40は、ネットワーク2と接続するための手段であり、データ蓄積手段60からデータ発信手段40・ネットワーク2を経由して、外部へ情報の出力を行うことができるようになされている。
The input means 10 is a keyboard for performing manual input.
The
The storage medium reading means 30 is a device that reads and writes information from and to a storage medium such as an FD (Flexible Disc), an MO (Magnet Optical Disc), or a USB memory.
The data transmission means 40 is a means for connecting to the
データ収集手段50は、監視制御システム、複数地域にある雨量計または気象情報会社などからネットワーク2を介して各種データを取得する手段であり、さらに雨量データ収集手段51、流量データ収集手段52を備える。
雨量データ収集手段51は、過去、現在および未来の雨量データを収集する手段である。まず、過去および現在の雨量データについて説明する。ここでいう過去および現在の雨量データとは、例えば、各地域に独自で設置した雨量計などの計測装置・センサから収集整理して入力された雨量データであったり、または、雨量レーダーによる解析結果を用いた所定区画内のメッシュ雨量を表す雨量データである。雨量データにはどこの雨量であるかを表す場所データも付加されており、時刻データ、雨量データおよび場所データが関連付けられて登録される。また、過去および現在の実績についての雨量データは、気象情報サービス会社からネットワーク2を介して配信される雨量データを用いるようにしても良い。この雨量データも時刻データ、雨量データおよび場所データが関連付けられて登録される。
The data collecting means 50 is means for acquiring various data via a
The rainfall
雨量データの詳細としては、特に晴、小雨、大雨、台風、というように雨量が異なる天候時の前後の一定期間の連続する雨量データが登録されるものとする。また、小雨から大雨へというように雨量・流量が変化する期間のうちの一定期間の連続する雨量データも登録されているものとする。さらに、月日を変えて小雨・大雨等の降雨条件が異なるような雨量データも登録されているものとする。これら過去および現在の雨量データは図3,図4,図5,図7で示すようにデータ蓄積手段60の雨量データベース62に蓄積される。
As the details of the rainfall data, it is assumed that continuous rainfall data for a certain period before and after the weather with different rainfall, such as particularly fine, light rain, heavy rain, and typhoon, is registered. It is also assumed that continuous rainfall data for a certain period of the period in which the rainfall and flow rate change from light rain to heavy rain is also registered. Furthermore, it is assumed that rainfall data that changes the rainy conditions such as light rain and heavy rain by changing the date is registered. These past and present rainfall data are stored in the
この雨量データについて、例えば、図2で示すようなモデルを想定して説明する。図2は河川モデルにおける雨量データおよび流量データを説明する説明図である。
このモデルでは、上流において支流1,2,・・・,i,・・・nが本流に入り込み、下流の予測対象100(例えば貯水施設)へ流量Qの水が流れ込むようなモデルである。これら支流の各流域付近に雨量計1,2,・・・,i,・・・nを配置し、この雨量計から出力される雨量データR(1),R(2)・・・,R(i),・・・R(n)を収集する。必要な雨量データとしては、ある時刻における全ての箇所の雨量データR(1),・・・R(n)を一組とし、さらに時刻別に複数組みのデータを求めるものである。
なお、雨量に加え、例えば天候(晴、雨、曇、雪)、気温、湿度、日照量等も含む気象データを収集してももちろん良い。
The rainfall data will be described assuming a model as shown in FIG. FIG. 2 is an explanatory diagram for explaining rainfall data and flow data in a river model.
In this model,
Of course, weather data including, for example, weather (sunny, rain, cloudy, snow), temperature, humidity, amount of sunlight, etc. may be collected in addition to the rainfall.
次に未来の雨量データについて説明する。これは未来の気象予報も収集し、気象予報に含まれる雨量データを収集する。この予測に係る雨量データは、気象情報サービス会社から気象予報を受信して得た気象データに含まれるものであり、ある箇所・ある時刻における予測雨量を表す雨量データである。未来の雨量データも、図3,図4,図5,図7で示すようにデータ蓄積手段60の雨量データベース62に蓄積される。雨量データは過去・現在・未来という一連のデータが蓄積される。
Next, future rainfall data will be described. It also collects future weather forecasts and collects rainfall data included in weather forecasts. The rain data related to this prediction is included in the weather data obtained by receiving the weather forecast from the weather information service company, and is the rain data representing the predicted rainfall at a certain location / time. Future rainfall data is also stored in the
流量データ収集手段52は、予測対象である河川の流量データを収集する手段である。流量データは、図2で示すように、予測対象100へ流れ込む河川本流の流量Qを表すデータである。流量データは、例えば、予測対象100付近の河川に設置した流量計や監視システムから所定期間毎または常時入力される。この流量計や監視システムは、ネットワーク2を介して接続されるような流量計である。この流量データは、時刻データが関連付けられて登録される。これら過去および現在の流量データは図3,図4,図5,図7で示すようにデータ蓄積手段60の流量データベース63に蓄積される。
The flow rate
これら雨量データおよび流量データについてはデータ蓄積手段60に保存し、日々更新してこれらデータを蓄積していくようにしても良い。このデータ蓄積手段60では計測時刻・季節・雨量の程度が特定できる特定データを主キーとして雨量データおよび流量データが関連付けられて登録されたデータベースとしても良い。なお、データ蓄積手段60には他にも複数のデータが登録されているが、後述する。
These rainfall data and flow rate data may be stored in the data storage means 60 and updated daily to store these data. The data storage means 60 may be a database in which rain data and flow rate data are registered in association with specific data that can specify the measurement time, season, and degree of rain as a main key. A plurality of other data are registered in the
加重比決定手段70は、上流の複数地点または複数区画における過去の雨量データを雨量データベース62から読み出し、また、流量データベース63から過去の流量データを読み出し、これらのような雨量データおよび流量データに基づいて、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比を決定する手段である。ここに加重比を決定するとは、雨量の増減が下流の流量の増減に大きく影響を及ぼす箇所の雨量データの加重比を大きくし、また、雨量の増減が下流の流量の増減に小さく影響を及ぼす箇所の雨量データの加重比を小さくする、ことである。
続いて加重比を用いる理由について説明する。先に雨量データを収集したが、流域の複数地点や複数区画にわたるため、予測に用いる雨量データも複数扱うこととなり、このままではパラメータ数が多すぎるという問題があった。さらにパラメータ数が多いと複雑な流量予測モデルとなってモデル構築や流量予測に時間や手間を要するという問題もあった。そこで、特に流量に対して影響度の高くない箇所の雨量データの加重を低く、また、流量に対して影響度の高い箇所の雨量データの加重を高くした流域平均雨量データとして表すものである。この流域平均雨量データは、流域平均雨量データの増減と流量の増減とが関連するため、流量に対して影響度が高いパラメータである。さらに流域平均雨量データ自体は複数地点における複数の雨量データを合わせたパラメータであるため、パラメータ数を少なくしており、流域平均雨量データを用いることで流量予測モデルの構築時や流量予測時において時間や手間を少なくすることができる。
The weight ratio determining means 70 reads the past rainfall data at a plurality of upstream points or sections from the
Next, the reason for using the weight ratio will be described. Rainfall data was collected first, but because it covers multiple points and multiple sections of the basin, multiple rainfall data used for prediction are handled, and there is a problem that the number of parameters is too large. Furthermore, when the number of parameters is large, it becomes a complicated flow prediction model, and there is a problem that time and labor are required for model construction and flow prediction. In view of this, it is expressed as basin average rainfall data in which the weight of the rainfall data at a location that does not have a high influence on the flow rate is low and the weight of the rainfall data at a location that has a high influence on the flow rate is high. This basin average rainfall data is a parameter having a high influence on the flow rate because the increase and decrease of the basin average rainfall data and the increase and decrease of the flow rate are related. Furthermore, since the basin average rainfall data itself is a parameter that combines multiple rainfall data at multiple points, the number of parameters is reduced. And less time and effort.
加重比決定手段70は、詳しくは、図3の加重比決定手段の構造図で示すように、加重比決定用流域平均雨量算出手段71、相関係数算出手段72、加重比評価手段73、加重比決定用加重比最適化手段74を備える。そして、データ蓄積手段60が備える加重比データベース61、雨量データベース62、流量データベース63の各データが読み出されて用いられる。加重比データベース61は、最適化途中の加重比および最適化された加重比が登録される。雨量データベース62は、雨量データのうち特に過去の雨量データが用いられる。流量データベース63は、流量データのうち特に過去の流量データが用いられる。
Specifically, as shown in the structure diagram of the weight ratio determining means in FIG. 3, the weight
まず、加重比決定用流域平均雨量算出手段71は、加重比データベース61から加重比を読み出し、また、雨量データベース62から過去のある時刻の雨量データを複数箇所について読み出して、流域平均雨量データを算出する。この流域平均雨量データは、後述するが上流のある地点またはある区画における雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和したものである。この加重比の初期値は適当な値(但し総和は1.0である)である。
First, the basin average rainfall calculation means 71 for determining the weight ratio reads the weight ratio from the
なお、図2で示すように、雨量R(1),R(2)・・・,R(i),・・・R(n)が下流の流量Qに表れるまでの流下時間は、上流側と下流側とで異なるためいずれも相違しており、それぞれ時間遅れが生じている。流域1の雨量R(1)が下流の流量Qに現れるまでの流下時間をa1、・・・、流域iの雨量R(i)が下流の流量Qに現れるまでの流下時間をai、・・・、流域nの雨量R(n)が下流の流量Qに現れるまでの流下時間anとする。このように下流では過去の雨量に影響される。
In addition, as shown in FIG. 2, the downflow time until the rainfall R (1), R (2)..., R (i),. And the downstream side are different from each other, and each has a time delay. The flow time until the rainfall R (1) of the
これら雨量R(1),R(2)・・・,R(i),・・・R(n)には加重比が乗算される。加重比はw(1),w(2),・・・,w(i),・・・,w(n)である。雨が降っても河川に少ししか流れ込まない地域では雨量R(i)の影響は小さいため加重比w(i)は小さく、また、雨が降ると河川に多く流れ込む地域では雨量R(i)の影響は大きいため加重比w(i)は大きくなる。この場合、加重比w(1),・・・,w(i),・・・,w(n)の総和が1.0を満たすように配慮する。加重比の値は、例えば、0か定数aかの2値としてもよい。この場合では、加重比が0の場合は雨量を使わない、加重比がaの場合は雨量を使うことを表す。例えば、n=6でw(1)=0、w(2)=0.25、w(3)=0.25、w(4)=0.25、w(5)=0、w(6)=0.25というようになる。この場合でもw(1),・・・,w(i),・・・,w(n)の総和が1.0を満たすようにする。 These rainfall amounts R (1), R (2)..., R (i),... R (n) are multiplied by a weight ratio. The weight ratios are w (1), w (2),..., W (i),. Even if it rains, the influence of the rainfall R (i) is small in the area where it flows into the river only a little, so the weight ratio w (i) is small. Since the influence is great, the weight ratio w (i) becomes large. In this case, consideration is given so that the sum of the weight ratios w (1),..., W (i),. The value of the weight ratio may be, for example, a binary value of 0 or a constant a. In this case, when the weight ratio is 0, the rainfall is not used, and when the weight ratio is a, the rain is used. For example, n = 6, w (1) = 0, w (2) = 0.25, w (3) = 0.25, w (4) = 0.25, w (5) = 0, w (6 ) = 0.25. Even in this case, the total sum of w (1),..., W (i),.
また、加重比の値は、0から1までの小数の値としてもよい。この場合では、例えば、n=6でw(1)=0.1、w(2)=0.5、w(3)=0.05、w(4)=0、w(5)=0.2、w(6)=0.15というような値をとる。また、例えば、n=6でw(1)=0.01、w(2)=0.01、w(3)=0.005、w(4)=0.005、w(5)=0.01、w(6)=0.96というようになる。このようにw(i)は0から1までの値を取りうるが、いずれも加重比w(1),・・・,w(i),・・・,w(n)の総和が1.0を満たすように配慮する。そしてこのような流域平均雨量データを時刻別に複数算出する。ある時刻tの流域平均雨量データをRt とする。また、上流側のある支流の雨量R(i)の影響が下流のある予測対象100の流量Qに現れるまでに時間遅れとなる流下時間aiがあるため、ある時刻tの予測対象100に流れ込む雨量R(i)をR(i)t−aiとする。このときにおける図2で示した河川モデルにおいて流域平均雨量データRtを数式で表すと次式のようになる。 Also, the value of the weight ratio may be a decimal value from 0 to 1. In this case, for example, n = 6, w (1) = 0.1, w (2) = 0.5, w (3) = 0.05, w (4) = 0, w (5) = 0. .2, w (6) = 0.15. For example, when n = 6, w (1) = 0.01, w (2) = 0.01, w (3) = 0.005, w (4) = 0.005, w (5) = 0 .01, w (6) = 0.96. Thus, w (i) can take a value from 0 to 1, but in any case, the sum of the weight ratios w (1),..., W (i),. Take care to meet zero. A plurality of such basin average rainfall data are calculated for each time. The basin average rainfall data of a certain time t and R t. In addition, since there is a downflow time ai that is delayed until the influence of the rainfall R (i) of a certain tributary on the upstream side appears in the flow rate Q of the prediction target 100 downstream, the amount of rain that flows into the prediction target 100 at a certain time t Let R (i) be R (i) t-ai . Expressing basin average rainfall data R t in the formula in river model shown in FIG. 2 in this case is as follows.
これにより複数箇所や複数区画の雨量を取り込んだ流域平均雨量データRtを取得する。そして、この流域平均雨量データRtは時刻tを異ならせて複数取得する。 Thereby obtaining a basin average rainfall data R t taken rainfall at a plurality of locations and multiple compartments. A plurality of the basin average rainfall data Rt are acquired at different times t.
続いて、相関係数算出手段72は、加重比決定用流域平均雨量算出手段71から流域平均雨量データRt 、および、流量データベース63から過去の流量データ、をそれぞれ読み出し、これら流域平均雨量データ、流量データを用いて、加重比を評価するための相関係数の算出を行う手段である。まず、相関係数rは次式で表される。
Subsequently, the correlation
相関係数とは、2つのデータの相関度合いを測る統計指標である。相関係数は−1≦r≦+1の値をとり、r>0のとき正相関,r<0のとき負相関、r=0のときに無相関であることを意味する。例えばこの相関係数rが1に近いとき(例えば0.8以上)に流域平均雨量の増減と流量の増減とは同じ傾向を示すと判断する。 The correlation coefficient is a statistical index that measures the degree of correlation between two data. The correlation coefficient takes a value of −1 ≦ r ≦ + 1, meaning that positive correlation is obtained when r> 0, negative correlation is given when r <0, and no correlation is given when r = 0. For example, when the correlation coefficient r is close to 1 (for example, 0.8 or more), it is determined that the increase / decrease in the basin average rainfall and the increase / decrease in the flow rate show the same tendency.
加重比評価手段73は、相関係数算出手段72で算出された相関係数rに基づいて評価が高い加重比であるか否かを判定し、評価が高いならばこの加重比(詳しくはw(1),・・・,w(i),・・・,w(n)である)を加重比データベース61に登録する手段である。まず、この相関係数rに基づく評価では評価関数Eを用いる。評価関数Eとしては、様々な計算方法が考えられるが、一例として次式を示す。
The weight ratio evaluation means 73 determines whether or not the evaluation is a high weight ratio based on the correlation coefficient r calculated by the correlation coefficient calculation means 72. If the evaluation is high, this weight ratio (more specifically, w (1),..., W (i),..., W (n)) are registered in the
ここで、評価関数Eに具体的な値の相関係数を入力して出力される値を評価値とし、この評価値に基づいて評価する。そして、評価値が1に近いときには相関係数が1(正相関)や−1(負相関)に近いことを表すものであって流域平均雨量データと流量データとの相関が高く評価が高い。また、評価値が0に近いときには相関係数が0(無相関)に近いことを表すものであって流域平均雨量データと流量データとの相関が低く評価が低い。
つまり評価関数Eに具体的な相関係数rを入力して得られた評価値が前よりも高い評価が得られる評価値であるか否かを判定し、評価が高い場合には流域平均雨量データは下流の流量の増減に影響が大きいパラメータとなるため、この流域平均雨量データの加重比を加重比データベース61に登録する。最初の一回は、初期値として用いた加重比を登録するが、以後は前よりも高い評価が得られるたびに加重比データベース61に加重比が上書き登録される。
Here, a value output by inputting a correlation coefficient of a specific value into the evaluation function E is set as an evaluation value, and evaluation is performed based on the evaluation value. When the evaluation value is close to 1, it indicates that the correlation coefficient is close to 1 (positive correlation) or -1 (negative correlation), and the correlation between the basin average rainfall data and the discharge data is high and the evaluation is high. Further, when the evaluation value is close to 0, it indicates that the correlation coefficient is close to 0 (no correlation), and the correlation between the basin average rainfall data and the discharge data is low and the evaluation is low.
That is, it is determined whether or not the evaluation value obtained by inputting a specific correlation coefficient r into the evaluation function E is an evaluation value that can obtain a higher evaluation than before. Since the data is a parameter that has a large influence on the increase or decrease of the downstream flow rate, the weight ratio of the basin average rainfall data is registered in the
加重比決定用加重比最適化手段74では、加重比評価手段73により高い評価が得られた加重比に対してさらに所定規則に基づいて増減させることで変更して新たな加重比として加重比データベース61に別途登録する手段である。なお、高い評価が得られた元の加重比は加重比データベース61に残して登録されている。ここで加重比を変更する所定規則として数理計画法やメタヒューリスティク手法などの各種最適化手法を適用して加重比を変更することが可能である。適用する最適化手法の詳細については本発明の要旨ではないので省略する。
In the weight ratio optimization means 74 for determining the weight ratio, the weight ratio obtained by the weight ratio evaluation means 73 is further changed by increasing / decreasing the weight ratio based on a predetermined rule, thereby changing the weight ratio database as a new weight ratio. 61 is a means for separately registering. It should be noted that the original weight ratio obtained with high evaluation is registered in the
その後は、加重比データベース61に新しく追加登録した加重比を用いて、加重比決定用流域平均雨量算出手段71、相関係数算出手段72、加重比評価手段73を機能させて流域平均雨量データの加重比を評価し、前の評価と新しく得た評価とを比較して評価が前よりも良いならば新しい加重比を最良の加重比として加重比データベース61に上書き登録し、また加重比決定用加重比最適化手段74でこの加重比に対してさらに所定規則に基づいて加重比を書き換える。以下、加重比決定用流域平均雨量算出手段71、相関係数算出手段72、加重比評価手段73、加重比決定用加重比最適化手段74を繰り返し機能させ、最終的に評価が最も高い(相関が高い)ような加重比w(1),・・・,w(i),・・・,w(n)を加重比として決定する。なお、評価関数Eの評価が最高になってから所定期間にわたり評価が最高にならない場合は繰り返しを終了する。
このような流域平均雨量データは、各々の流域iの雨量の増減に応じて下流側の流量が同じ傾向で増減するように決定される。
Thereafter, by using the weight ratio newly added and registered in the
Such basin average rainfall data is determined such that the flow rate on the downstream side increases or decreases with the same tendency according to the increase or decrease of the rainfall in each basin i.
続いて予測モデル構築手段80によりモデル構築が行われる。
予測モデル構築手段80は、詳しくは図4で示すように、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81、予測モデル学習手段82、予測モデル評価手段83を備える。
そして、データ蓄積手段60が備える加重比データベース61、雨量データベース62、流量データベース63、予測モデルデータベース64の各データが用いられる。
Subsequently, model construction is performed by the prediction model construction means 80.
As shown in detail in FIG. 4, the prediction
And each data of the
流量予測モデル構築のため、既に起こった過去の実績である雨量データ、および、過去の実績である流量データが用いられる。特に晴、小雨、大雨、台風、というように雨量が異なる天候時の前後一定期間の連続する雨量データや流量データが用いられる。また、小雨から大雨へというように雨量・流量が変化する期間の一定期間の連続する雨量データおよび流量データが用いられる。さらに、月日を変えて小雨・大雨等の降雨条件が異なるような雨量データおよび流量データが用いられる。上記条件を満たしつつ複数箇所での雨量データを取得する。また、時刻が対応する流量データを取得する。 In order to construct a flow rate prediction model, rainfall data that is a past record that has already occurred and flow rate data that is a past record are used. In particular, continuous rainfall data and flow rate data for a certain period of time before and after the weather with different rainfall such as clear, light rain, heavy rain, and typhoon are used. Further, continuous rainfall data and flow rate data for a certain period of time during which the rainfall and flow rate change, such as from light rain to heavy rain, are used. Further, rainfall data and flow rate data are used in which the rainy conditions such as light rain and heavy rain differ by changing the month and day. Rainfall data at multiple locations is acquired while satisfying the above conditions. Further, flow rate data corresponding to the time is acquired.
まず、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81は、加重比データベース61から、先に加重比決定手段70により決定された評価の高い最適な加重比を読み出し、また、雨量データベース62から過去の雨量データを読み出して、数2により流域平均雨量データを算出する。さらに時刻別に複数時刻の流域平均雨量データを算出する。
First, the basin average rainfall calculating means 81 for constructing the prediction model reads out the optimum weight ratio having a high evaluation previously determined by the weight ratio determining means 70 from the
予測モデル学習手段82は、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81から流域平均雨量データを読み出し、また、流量データベース63から流域平均雨量データと時刻的に対応する流量データを複数読み出し、そして、この流量データおよび予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81で算出された流域平均雨量データを複数時刻について用いて流量予測モデルを構築する。
ここで、予測手法の詳細については本発明の要旨ではないので詳細な説明は省略するが、代表的な流量予測モデルとしては、重回帰モデル、ニューラルネットワークモデル、ファジィ推論モデル、自己回帰モデル、カルマンフィルタモデル、事例ベース推論モデルなどがある。本形態では、流量予測モデルとしてニューラルネットワークモデルを採用した場合の予測手法について簡単に説明する。ニューラルネットワークモデルは様々な文献に記載されているため、簡単に説明するに留めるが、一般に入力層、中間層、出力層からなる3階層ニューラルネットワーク構造を有しており、さらに、入力層、中間層、出力層の各層にはシグモイド関数で表現されたニューロンによる素子が設けられ、入力層と中間層との素子間、中間層と出力層との素子間に結合を持つ。
The prediction model learning means 82 reads the basin average rainfall data from the prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, reads a plurality of flow rate data corresponding to the basin average rainfall data in time from the
Here, since the details of the prediction method are not the gist of the present invention, a detailed description thereof will be omitted, but typical flow prediction models include multiple regression models, neural network models, fuzzy inference models, autoregressive models, Kalman filters. Models, case-based reasoning models, etc. In this embodiment, a prediction method when a neural network model is adopted as a flow rate prediction model will be briefly described. Since the neural network model is described in various documents, it will be briefly described. Generally, the neural network model has a three-layer neural network structure including an input layer, an intermediate layer, and an output layer. Each layer of the layer and the output layer is provided with a neuron element expressed by a sigmoid function, and has a connection between elements of the input layer and the intermediate layer and between elements of the intermediate layer and the output layer.
このニューラルネットワークでは入力層における素子が入力因子に、また、出力層における素子が出力因子に、それぞれ相当する。そしてニューロン間では結合の度合いを結合係数で表しており、この結合係数は、ニューラルネットワークの素子間の結合の重みを表すための係数である。結合係数が大きければ、結合が重みを有している、つまり、必要な結合であるとされ、結合係数が小さければ、結合が重みを有していない、つまり、不要な結合であるとされる。結合係数w(i)の大きさを更新することで、入出力間の非線形関係を学習することができる。 In this neural network, elements in the input layer correspond to input factors, and elements in the output layer correspond to output factors. The degree of coupling between neurons is represented by a coupling coefficient, and this coupling coefficient is a coefficient for representing the weight of coupling between elements of the neural network. If the coupling coefficient is large, the coupling has a weight, that is, a necessary coupling, and if the coupling coefficient is small, the coupling has no weight, that is, an unnecessary coupling. . By updating the magnitude of the coupling coefficient w (i), it is possible to learn a nonlinear relationship between input and output.
入力層素子数をn、中間層素子数をm、出力層素子数を1、入力層と中間層間の結合係数をwij、中間層と出力層間の結合係数をwj、入力をx=(x1、x2、x3、・・・、xn)とすると、入出力関係は以下の各式のように表される。中間層素子jへの入力は次式のようになる。 The number of input layer elements is n, the number of intermediate layer elements is m, the number of output layer elements is 1, the coupling coefficient between the input layer and the intermediate layer is w ij , the coupling coefficient between the intermediate layer and the output layer is w j , and the input is x = ( x 1 , x 2 , x 3 ,..., x n ), the input / output relationship is represented by the following equations. The input to the intermediate layer element j is as follows.
また、中間層素子jの出力は次式のようになる。 Further, the output of the intermediate layer element j is as follows.
また、出力層素子への入力は次式のようになる。 The input to the output layer element is as follows.
また、出力層素子の出力は次式のようになる。 Further, the output of the output layer element is as follows.
このようなニューラルネットワークモデルでは、モデル構造や結合係数を変更することで非線形の入出力関係を処理することができるため、流量予測モデルとして多用されている。
このようなニューラルネットワークの各種予測モデル構築とは、複数の入力層素子(入力因子)に入力された入力値(時系列データ)に対し、出力層素子(出力因子)から所望の出力値が得られるように入力層と中間層、また、中間層と出力層との結合係数を変更することをいう。これにより結合係数が確定するものとする。
In such a neural network model, nonlinear input / output relations can be processed by changing the model structure and the coupling coefficient, so that it is frequently used as a flow rate prediction model.
Various prediction model construction of such neural network is to obtain a desired output value from an output layer element (output factor) for input values (time series data) input to a plurality of input layer elements (input factors). In other words, the coupling coefficient between the input layer and the intermediate layer and between the intermediate layer and the output layer is changed. As a result, the coupling coefficient is determined.
ニューラルネットワークの学習では学習データが必要であり、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81で算出した過去のある時刻の流域平均雨量データと、流量データベース63から読み出した同じ時刻の流量データと少し後の時刻の流量データとを用いる。これらは入力用となるある時刻における流域平均雨量データおよび流量データ、並びに出力用となる少し後の時刻の流量データとを、複数時刻にわたり収集し、上記ニューラルネットワークの入出力データセットを複数用意して、例えば周知のバックプロパゲーション法など周知の各種の学習アルゴリズムを用いてニューラルネットワークを構築する。構築された流量予測モデルの結合係数のデータは予測モデルデータベース64に書き込まれて蓄積保存される。
Learning data is necessary for the learning of the neural network. The basin average rainfall data at a certain time in the past calculated by the basin average rainfall calculating means 81 for constructing the prediction model and the flow data at the same time read from the
本形態では、過去のある時刻Tから連続する流域平均雨量データ(例えば、a時間前、ある時刻T、a時間後という三点)やある時刻Tの流量データを入力因子とし、また、ある時刻から所定期間遅れた時刻(例えばある時刻Tからa時間後)の流量データを出力因子として流量予測モデルを構築する手段である。本形態のニューラルネットワークによる流量予測モデルによる予測ではa時間前、現在、a時間未来の流域平均雨量データや現在の流量データを入力すると、a時間未来の流量データを得るものである。 In this embodiment, basin average rainfall data (for example, three points before a time, a certain time T, and after a time) and flow data at a certain time T are used as input factors. Is a means for constructing a flow rate prediction model using flow rate data at a time delayed for a predetermined period from (for example, a time after a certain time T) as an output factor. In the prediction based on the flow rate prediction model by the neural network of this embodiment, when the basin average rainfall data and current flow rate data a hour before, present, and a hour in the future are input, flow data in the future a time is obtained.
そして、予測モデル評価手段83は流量予測モデルを評価する手段である。評価が低い場合には再度学習させるようにする。以下、予測モデル学習手段82および予測モデル評価手段83を繰り返し機能させて最良の流量予測モデルに近づくまで流量予測モデルを学習させる。これにより、流域平均雨量データに対応した流量予測モデルを構築する。
The prediction
続いて予測手段90では、これら流量予測モデルを用いて予測を行う。
予測手段90は、詳しくは図5で示すように、予測用流域平均雨量算出手段91、予測流量算出手段92を備えている。
まず、予測用流域平均雨量算出手段91は、加重比データベース61から、先に加重比決定手段70により決定された最適な加重比を読み出し、また、雨量データベース62から読み出した過去、現在、未来の雨量データを用いてa時間前、現在、a時間未来の流域平均雨量データを生成する。
Subsequently, the
As shown in detail in FIG. 5, the
First, the basin average rainfall calculation means 91 for prediction reads out the optimum weight ratio previously determined by the weight ratio determination means 70 from the
予測流量算出手段92は、予測モデルデータベース64からの結合係数により決定される流量予測モデルを用いて、流域平均雨量算出手段91で算出された流域平均雨量データや、流量データベース63から読み出した流量データを流量予測モデルに入力して未来の予測流量データを生成する手段である。例えば、先の例ではa時間前、現在、a時間未来の流域平均雨量データおよび現在の流量データを流量予測モデルに入力して予測流量データを得るというものである。
このようにして得られた予測流量データはデータ蓄積手段60の予測値データベース65に登録される。さらにデータ発信手段40・ネットワーク2を介して、例えば他の端末で表示したり、出力手段20で出力させたり、記録媒体読書手段30で記録したりする。
The predicted flow
The predicted flow rate data obtained in this way is registered in the predicted
以上本形態の流量予測装置1について説明した。本形態では上記各手段を含む一台のコンピュータとし、入力手段10をキーボード、出力手段20をディスプレイやプリンタ、記録媒体読書手段30をFDやUSBメモリ、データ蓄積手段60をハードディスクや主記憶装置とし、加重比決定手段70、予測モデル構築手段80、予測手段90をCPUのプログラムにより機能させるような手段としても良い。
The
以上説明した本発明によれば、パラメータの削減により流量予測モデルの構築時間や予測時間を短縮しコスト削減を実現することができる。また高い予測精度の予測値を得ることが可能である。従来では流域平均雨量を算出する基準がなかったが、本発明では複数の流域の雨量を流域平均雨量として単純化することにより、開発期間の短縮によるコストダウン、予測精度の高精度化が同時に実現可能である。 According to the present invention described above, it is possible to reduce the cost by reducing the construction time and prediction time of the flow rate prediction model by reducing the parameters. It is also possible to obtain a prediction value with high prediction accuracy. Previously, there was no standard for calculating average basin rainfall, but the present invention simplifies the rainfall of multiple basins as average basin rainfall, thereby simultaneously reducing costs and improving prediction accuracy by shortening the development period. Is possible.
続いて先に説明した流量予測装置をさらに改良した形態について、図を参照しつつ説明する。図6は他の形態の流量予測装置の構成図、図7は他のモデル構築手段の構造図である。
流量予測装置1’は、図6で示すように、入力手段10、出力手段20、記録媒体読書手段30、データ発信手段40、データ収集手段50、データ蓄積手段60、予測モデル構築手段80’、予測手段90を備えている。本形態では、図7で示すように改良された予測モデル構築手段80’内で加重比が決定されるため、加重比決定手段70をなくした構成としている。本形態では予測モデル構築手段80’以外は先の形態とは同じ構成であり、同じ符号を付すとともに重複する説明を省略する。予測モデル構築手段80’は、図7で示すように、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81、予測モデル学習手段82、予測モデル・加重比評価手段84、予測モデル構築用加重比最適化手段85を備える。図4で示した予測モデル構築手段80と比較すると、特に図7では予測モデル・加重比評価手段84、予測モデル構築用加重比最適化手段85が相違している。相違点に重点を置いて説明する。
Next, an embodiment in which the flow rate prediction apparatus described above is further improved will be described with reference to the drawings. FIG. 6 is a block diagram of a flow rate prediction apparatus according to another embodiment, and FIG. 7 is a structural diagram of another model construction means.
As shown in FIG. 6, the flow
まず、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81は、加重比データベース61から加重比を読み出し、また、雨量データベース62から雨量データを読み出して、流域平均雨量データを算出する。最初は適当な初期値である加重比が読出される。
First, the basin average rainfall calculation means 81 for predictive model construction reads the weight ratio from the
そして、この流域平均雨量データを用いて流量予測モデルを構築する。
予測モデル学習手段82は、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81から流域平均雨量データを読み出し、また、流量データベース63からこの流域平均雨量データと時刻が対応する流量データを読み出し、そして、これら流量データおよび流域平均雨量データを用いて流量予測モデルを構築する。なお、流量予測モデルとしては、本形態ではニューラルネットワークを採用している。
本形態でも先の形態のように流域平均雨量データRtと実績の流量データQをニューラルネットワークの入力因子として、また、対応する時刻の流量データQを出力因子として、それぞれ入力して、ニューラルネットワークの学習を行なう。
Then, a flow prediction model is constructed using this basin average rainfall data.
The prediction model learning means 82 reads the basin average rainfall data from the prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, reads out the basin average rainfall data and the flow rate data corresponding to the time from the
Also in this embodiment, as in the previous embodiment, the basin average rainfall data Rt and the actual flow data Q are input as input factors of the neural network, and the flow data Q at the corresponding time are input as output factors, respectively. To learn.
予測モデル・加重比評価手段84は、学習した流量予測モデルを評価する手段である。詳しくは過去の実績に係る流域平均雨量データRtと対応する実績の流量データQとを用いて流量予測モデルにより予測して予測流量データQfを生成し、実績の流量データQと予測流量データQfとの予測誤差eを用いて評価し、評価が高い流量予測モデルおよび加重比であるか否かを判定する手段である。
まず、流域平均雨量データRtを用いた場合の予測流量データQfと実績の流量データQとの予測誤差eを算出する。ここで添え字iは予測流量データQfと実績の流量データQとの時刻を示すものとする。流量データベース63に蓄積された評価用の過去実績のある時刻iにおける流量データQiと、対応する時刻iの流域平均雨量データRtを流量予測モデルに入力して得た予測流量データQfiと、を多数時刻について算出し、これら多数時刻の流量データQiと予測流量データQfiとを用いて、ある時刻iの予測誤差eiを次式により算出する。
The prediction model / weighted ratio evaluation means 84 is means for evaluating the learned flow rate prediction model. For details, it generates a predicted flow rate data Qf predicted by a flow rate prediction model by using the flow rate data Q performance and the corresponding basin average rainfall data R t according to past experience, and the flow rate data Q Actual predicted flow rate data Qf And a means for determining whether the evaluation is a flow rate prediction model and a weighted ratio with high evaluation.
First, to calculate the prediction error e between the flow rate data Q of the predicted flow rate data Qf and actual case of using a watershed average rainfall data R t. Here, the suffix i indicates the time of the predicted flow rate data Qf and the actual flow rate data Q. Estimated flow rate data Qf i obtained by inputting the flow rate data Q i at the time i with past results for evaluation accumulated in the
そして時刻iを異ならせて複数時刻の予測誤差eiを算出する。これら予測誤差eiを評価関数Eに代入する。評価関数Eとしては、様々な計算方法が考えられるが、一例として次式を示す。 The prediction error e i at a plurality of times is calculated by varying the time i. These prediction errors e i are substituted into the evaluation function E. Although various calculation methods can be considered as the evaluation function E, the following equation is shown as an example.
ここで、評価関数Eに具体的な予測誤差eiを入力して出力される値を評価値とし、この評価値に基づいて評価する。そして、評価値が大きいときには予測流量データQfと実績の流量データQとの差が少ないことを表すものであって予測モデルの予測精度が高く評価が高い。また、評価値が小さいときには予測流量データQfと実績の流量データQとの差が多いことを表すものであって予測モデルの予測精度が低く評価が低い。
そして評価が前よりも高いか否かを判定し、評価が高くなったならば(評価値が前よりも大きくなったならば)学習結果となる結合係数を予測モデルデータベース64に書き換え登録する。また、評価値が高くなったときの加重比も加重比データベース61に書き換え登録する。
予測モデル構築用加重比最適化手段85では予測モデル・加重比評価手段84により評価値が高いと評価された加重比に対してさらに数理計画法やメタヒューリスティク手法などの所定規則に基づいて増減させることで変更して新たな加重比として加重比データベース61に別途登録する手段である。適用する最適化手法の詳細については本発明の要旨ではないので省略する。加重比データベース61に登録する加重比w(i)について、最初の一回は、初期値として用いた加重比を登録することとなる。
Here, the value output to the evaluation function E by entering a specific prediction error e i as the evaluation value is evaluated on the basis of the evaluation value. When the evaluation value is large, it indicates that the difference between the predicted flow rate data Qf and the actual flow rate data Q is small, and the prediction accuracy of the prediction model is high and the evaluation is high. Further, when the evaluation value is small, it indicates that there is a large difference between the predicted flow rate data Qf and the actual flow rate data Q, and the prediction accuracy of the prediction model is low and the evaluation is low.
Then, it is determined whether or not the evaluation is higher than before. If the evaluation is higher (if the evaluation value is higher than before), the coupling coefficient that is the learning result is rewritten and registered in the
In the weight ratio optimization means 85 for constructing the prediction model, the weight ratio evaluated as high by the prediction model / weight ratio evaluation means 84 is further increased or decreased based on a predetermined rule such as a mathematical programming method or a metaheuristic method. It is a means of registering separately in the
以下、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81により最適な加重比を用いる新しい流域平均雨量データを生成し、予測モデル学習手段82により流量予測モデルの学習を行い、予測モデル・加重比評価手段84により評価して前回よりも評価が下回るならば結合係数や加重比w(i)を破棄するが、評価が上回るならば結合係数や加重比w(i)を書き換え登録する。そして、予測モデル構築用加重比最適化手段85により新たな加重比w(i)を決定し、以下これら予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81、予測モデル学習手段82、予測モデル・加重比評価手段84および予測モデル構築用加重比最適化手段85を繰り返し機能させて、評価が高い加重比w(i)を決定しつつ流量予測モデルの結合係数も決定する。これにより、流域平均雨量データに対応した流量予測モデルを構築する。 Subsequently, new basin average rainfall data using an optimum weight ratio is generated by the prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, the flow prediction model is learned by the prediction model learning means 82, and the prediction model / weight ratio evaluation means 84 is generated. If the evaluation is lower than the previous evaluation, the coupling coefficient and the weight ratio w (i) are discarded. If the evaluation is higher, the coupling coefficient and the weight ratio w (i) are rewritten and registered. Then, a new weight ratio w (i) is determined by the prediction model construction weight ratio optimization means 85, and these prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, prediction model learning means 82, prediction model / weight ratio evaluation. The means 84 and the weight ratio optimization means 85 for constructing the prediction model are repeatedly functioned to determine the coupling coefficient of the flow rate prediction model while determining the weight ratio w (i) having a high evaluation. As a result, a flow prediction model corresponding to the basin average rainfall data is constructed.
そして、予測手段90により予測するというものである。予測手段90による予測は先に説明した予測と同一であり、重複する説明を省略する。本形態によれば、流量予測モデルの出力誤差を低減するような加重比w(i)が得られるため、流量予測モデルの高精度化を図りつつ最適な加重比w(i)も得られる。 Then, the prediction is performed by the prediction means 90. The prediction by the prediction means 90 is the same as the prediction described above, and a duplicate description is omitted. According to this embodiment, since the weight ratio w (i) that reduces the output error of the flow prediction model is obtained, the optimum weight ratio w (i) can be obtained while improving the accuracy of the flow prediction model.
続いて先に説明した流量予測装置をさらに改良した形態について説明する。先の形態では、加重比決定手段70を用いずに予測モデル構築手段80’で加重比決定を行ったが、本形態では図3で示す加重比決定手段70と図7で示す予測モデル構築手段80’とを併用して用い、両者で加重比決定を行う構成である。このため、構成は図1の流量予測装置1において予測モデル構築手段80に代えて予測モデル構築手段80’を配置したものである。
なお、後述するが加重比決定手段70の加重比評価手段73と予測モデル構築手段80’の予測モデル・加重比評価手段84とで共用する評価関数Eを用いて評価する点も先の形態と相違している。
Next, an embodiment in which the above-described flow rate prediction apparatus is further improved will be described. In the previous embodiment, the weight ratio determination means 80 ′ did not use the weight ratio determination means 70, but in this embodiment, the weight ratio determination means 70 shown in FIG. 3 and the prediction model construction means shown in FIG. 80 'is used in combination, and the weight ratio is determined by both. For this reason, the configuration is such that a prediction
In addition, although mentioned later, the point evaluated using the evaluation function E shared by the weight ratio evaluation means 73 of the weight ratio determination means 70 and the prediction model / weight ratio evaluation means 84 of the prediction model construction means 80 ′ is also the previous form. It is different.
加重比決定手段70は、詳しくは、図3で示すように、加重比決定用流域平均雨量算出手段71、相関係数算出手段72、加重比評価手段73、加重比決定用加重比最適化手段74を備える。
予測モデル構築手段80’は、詳しくは、図7で示すように、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81、予測モデル学習手段82、予測モデル・加重比評価手段84、予測モデル構築用加重比最適化手段85を備える。
More specifically, as shown in FIG. 3, the weight ratio determination means 70 is a weight ratio determination basin average rainfall calculation means 71, a correlation coefficient calculation means 72, a weight ratio evaluation means 73, a weight ratio determination weight ratio optimization means. 74.
More specifically, as shown in FIG. 7, the prediction model construction means 80 ′ includes a prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, a prediction model learning means 82, a prediction model / weight ratio evaluation means 84, and a weight ratio for prediction model construction. Optimization means 85 is provided.
まず、加重比決定手段70は、上流の複数地点または複数区画における過去の雨量データを雨量データベース62から読み出し、また、流量データベース63から過去の流量データを読み出し、これらのような雨量データおよび流量データに基づいて、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比を決定する手段である。
まず、加重比決定用流域平均雨量算出手段71は、加重比データベース61から加重比を読み出し、また、雨量データベース62から過去のある時刻の雨量データを複数箇所について読み出して、流域平均雨量データを算出する。加重比の初期値は適当な値(但し総和は1.0である)である。流域平均雨量データは先の数2で示すようになる。これにより複数箇所の雨量を取り込んだ流域平均雨量データを取得する。そして、この流域平均雨量データは時刻を異ならせて複数取得する。
First, the weight ratio determining means 70 reads past rainfall data at a plurality of upstream points or sections from the
First, the basin average rainfall calculation means 71 for determining the weight ratio reads the weight ratio from the
続いて相関係数算出手段72は、加重比決定用流域平均雨量算出手段71から流域平均雨量データRt 、また、流量データベース63から過去の流量データ、をそれぞれ読み出し、これら流域平均雨量データ、流量データを用いて、加重比を評価するための相関係数の算出を行う手段である。詳しくは、先の数3で示すような相関係数rである。
Subsequently, the correlation
加重比評価手段73は、相関係数算出手段72で算出された相関係数rに基づいて評価が高い加重比であるか否かを判定し、評価が高いならばこの加重比を加重比データベース61に登録する手段である。まず、この相関係数rを評価関数Eに代入する。評価関数Eとしては、次式で示したような式である。ここで、a、bは、評価関数の各項の重みを表している。 The weight ratio evaluation means 73 determines whether or not the evaluation is a high weight ratio based on the correlation coefficient r calculated by the correlation coefficient calculation means 72. If the evaluation is high, the weight ratio is used as the weight ratio database. 61 is a means for registering in 61. First, the correlation coefficient r is substituted into the evaluation function E. The evaluation function E is an expression as shown in the following expression. Here, a and b represent the weight of each term of the evaluation function.
ここで、評価関数Eの第1項に具体的な相関係数rを、また、第2項に具体的な予測誤差eiを入力して出力される値を評価値とし、この評価値に基づいて評価する。第1項と第2項に分けて検討する。
まず第1項について検討する。第1項がaに近い、つまりr2が1に近いときには相関係数が1(正相関)や−1(負相関)に近いことを表すものであって流域平均雨量データと流量データとの相関が高く評価が高くなるように作用する。また、第1項が0に近い、つまりr2が0に近いときには相関係数が0(無相関)に近いことを表すものであって流域平均雨量データと流量データとの相関が低く評価が低くなるように作用する。
続いて第2項について検討する。予測誤差eiが0に近く第2項が大きな値(例えば1000や10000という値)を示すときには予測流量データQfと実績の流量データQとの差が少ないことを表すものであって予測モデルの予測精度が高く評価が高くなるように作用する。また、予測誤差eiが大きく第2項が0に近いときには予測流量データQfと実績の流量データQとの差が多いことを表すものであって予測モデルの予測精度が低く評価が低くなるように作用する。
つまり、評価関数の評価値が大きいほど評価が高く、評価値が小さいほど評価が低くなる。
なお、この加重比決定手段70の加重比評価手段73における評価では第1項のみが影響し、第2項についての影響はない。そして評価が最も高い値か否かを判定し、評価が高い場合に加重比データベース61における今までの加重比を書き換える。なお、最初の一回は、初期値として用いた加重比を登録するが、以後は評価値が最も高い加重比が登録される。
Here, a specific correlation coefficient r in the first term of the evaluation function E, also the value that is to enter outputs a specific prediction error e i in the second term as an evaluation value, the evaluation value Based on evaluation. Consider separately into the first term and the second term.
First, consider the first term. The first term is close to a, i.e. r 2 is 1 correlation coefficient when close to 1 (positive correlation) and -1 (negative correlation) to be one that indicates that close the basin average rainfall data and flow data High correlation and high evaluation. In addition, when the first term is close to 0, that is, when r 2 is close to 0, this indicates that the correlation coefficient is close to 0 (no correlation), and the correlation between the basin average rainfall data and the discharge data is low and the evaluation is low. Acts to lower.
Next, the second term will be examined. Prediction error e i is the prediction model be one indicating that little difference between the flow rate data Q of the predicted flow rate data Qf and the actual when the second term close to zero indicates a large value (e.g. a value of 1000 or 10000) It works so that the prediction accuracy is high and the evaluation is high. Moreover, so that the prediction accuracy of the prediction model A represents the often a difference between the flow rate data Q of the predicted flow rate data Qf and the actual lower rating is low when second term large prediction error e i is close to 0 Act on.
That is, the larger the evaluation value of the evaluation function, the higher the evaluation, and the smaller the evaluation value, the lower the evaluation.
Note that only the first term has an effect on the evaluation by the weight ratio evaluation means 73 of the weight ratio determination means 70, and there is no influence on the second term. Then, it is determined whether or not the evaluation is the highest value, and when the evaluation is high, the weight ratio so far in the
加重比決定用加重比最適化手段74では、評価値が高い加重比に対して所定規則に基づいて増減させることで変更して新たな加重比として加重比データベース61に別途登録する手段である。ここで加重比を変更する所定規則として数理計画法やメタヒューリスティク手法などの各種最適化手法を適用して加重比を変更することが可能である。
The weight ratio optimization means 74 for determining the weight ratio is a means for separately registering in the
その後は、加重比データベース61に新しく登録した加重比を用いて、加重比決定用流域平均雨量算出手段71、相関係数算出手段72、加重比評価手段73を機能させて評価し、前の評価と新しく得た評価と比較して評価が前よりも低いならば新しい加重比を破棄し、評価が前よりも高いならば新しい加重比を加重比データベース61に登録し、また加重比決定用加重比最適化手段74で加重比を生成する。以下、加重比決定用流域平均雨量算出手段71、相関係数算出手段72、加重比評価手段73、加重比決定用加重比最適化手段74を繰り返し機能させ、最終的に評価が高い加重比w(1),・・・,w(i),・・・,w(n)を加重比として決定する。なお、高い評価を得てから所定期間にわたりより高い評価が得られない場合は繰り返しを終了する。
このような加重比による平均雨量は、各々の流域の雨量の増減に応じて下流側の流量の同じ傾向で増減するように決定される。これにより予め評価の高い加重比が決定される。
Thereafter, using the weight ratio newly registered in the
The average rainfall by such a weight ratio is determined so as to increase or decrease with the same tendency of the downstream flow rate according to the increase or decrease of the rainfall in each basin. As a result, a weight ratio with a high evaluation is determined in advance.
続いて予測モデル構築手段80’により学習を行う。
まず、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81は、加重比データベース61から、先に加重比決定手段70により決定された最適な加重比を読み出し、また、雨量データベース62から雨量データを読み出して、流域平均雨量データを算出する。
Subsequently, learning is performed by the prediction model construction means 80 ′.
First, the basin average rainfall calculating means 81 for constructing the prediction model reads the optimum weight ratio previously determined by the weight ratio determining means 70 from the
そして、この流域平均雨量データを用いて流量予測モデルを構築する。
予測モデル学習手段82は、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81から流域平均雨量データを読み出し、また、流量データベース63からこの流域平均雨量データと時刻が対応する流量データを読み出し、そして、これら流量データおよび流域平均雨量データを用いて流量予測モデルを構築する。なお、流量予測モデルとしては、本形態ではニューラルネットワークを採用している。
Then, a flow prediction model is constructed using this basin average rainfall data.
The prediction model learning means 82 reads the basin average rainfall data from the prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, reads out the basin average rainfall data and the flow rate data corresponding to the time from the
予測モデル・加重比評価手段84は、学習した流量予測モデルを評価する手段である。まず、流域平均雨量データRtを用いた場合の予測流量データQfと実績の流量データQとの予測誤差eを算出する。流量データベース63に蓄積された評価用の過去の実績の流量データと流量予測データを用いて各時刻iの予測誤差eiを数9により算出する。そして、これら予測誤差eiを評価関数Eに代入して評価値を算出する。評価関数Eとしては、先に示した数11により算出する。なお、この予測モデル構築手段80’における評価では先の数11の第2項のみが影響し、第1項については影響はない。そして評価が高いか否かを判定し、評価が高ければ学習結果となる結合係数を予測モデルデータベース64に書き換え登録する。また、加重比も加重比データベース61に書き換え登録する。
The prediction model / weighted ratio evaluation means 84 is means for evaluating the learned flow rate prediction model. First, to calculate the prediction error e between the flow rate data Q of the predicted flow rate data Qf and actual case of using a watershed average rainfall data R t. The prediction error e i at each time i is calculated by Equation 9 using the past flow data for evaluation and the flow prediction data stored in the
そして予測モデル構築用加重比最適化手段85では数理計画法やメタヒューリスティク手法などの各種最適化手法を適用して新たな加重比w(i)に変更する。そして新しい加重比w(i)を加重比データベース61に追加登録する。なお、直前の加重比w(i)を加重比データベース61に残しておく。
The weight ratio optimization means 85 for constructing the prediction model changes the weight ratio w (i) to a new weight ratio by applying various optimization methods such as mathematical programming and metaheuristic methods. The new weight ratio w (i) is additionally registered in the
以下、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81により新しい流域平均雨量データを生成し、予測モデル学習手段82により流量予測モデルの学習を行い、予測モデル評価手段83により評価して前回よりも評価が下回るならば結合係数や加重比w(i)を破棄し、また、上回るならば結合係数や加重比w(i)を書き換え登録する。そして、予測モデル構築用加重比最適化手段85により新たな加重比w(i)を決定し、以下これら予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81、予測モデル学習手段82、予測モデル・加重比評価手段84および予測モデル構築用加重比最適化手段85を繰り返し機能させて、評価が高い加重比w(i)を決定しつつ流量予測モデルの結合係数も決定する。これにより、流域平均雨量データに対応した流量予測モデルを構築する。 Thereafter, new basin average rainfall data is generated by the prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, the flow prediction model is learned by the prediction model learning means 82, and evaluated by the prediction model evaluation means 83. If it is lower, the coupling coefficient and the weight ratio w (i) are discarded, and if it is higher, the coupling coefficient and the weight ratio w (i) are rewritten and registered. Then, a new weight ratio w (i) is determined by the prediction model construction weight ratio optimization means 85, and these prediction model construction basin average rainfall calculation means 81, prediction model learning means 82, prediction model / weight ratio evaluation. The means 84 and the weight ratio optimization means 85 for constructing the prediction model are repeatedly functioned to determine the coupling coefficient of the flow rate prediction model while determining the weight ratio w (i) having a high evaluation. As a result, a flow prediction model corresponding to the basin average rainfall data is constructed.
そして、予測手段90により予測するというものである。本形態でも、流量予測モデルの出力誤差を低減するような加重比w(i)が得られるため、流量予測モデルの高精度化を図りつつ最適な加重比w(i)も得られる。 Then, the prediction is performed by the prediction means 90. Also in this embodiment, since the weight ratio w (i) that reduces the output error of the flow rate prediction model is obtained, the optimum weight ratio w (i) can be obtained while improving the accuracy of the flow rate prediction model.
なお、ここでは加重比決定手段70を繰り返し機能させた後に予測モデル構築手段80’を繰り返し機能させるという繰り返し処理を一回行うものとして説明したが、さらにこのような繰り返し処理を複数回にわたり行うようにして評価関数Eによる評価が最大になるように加重比の決定および流量予測モデルの学習を行うようにしても良い。これにより、予測精度をより高めた流量予測モデルを構築することもできる。
Here, it has been described that the iterative process of repeatedly making the prediction model construction means 80 ′ function after the weight
続いて本発明の流量予測装置を用いて実際の予測を行った予測結果について図を参照しつつ詳しく説明する。図8は他の河川モデルにおける雨量データおよび流量データを説明する説明図である。また、流量予測装置として、図1に示して最初に説明した流量予測装置1(加重比決定手段70でのみ加重比を調整する装置)を用いている。 Next, prediction results obtained by performing actual prediction using the flow rate prediction apparatus of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 8 is an explanatory diagram for explaining rainfall data and flow data in another river model. Further, as the flow rate predicting device, the flow rate predicting device 1 (the device that adjusts the weighting ratio only by the weighting ratio determining means 70) illustrated in FIG.
以下、雨量データおよび流量データの具体的数値を挙げて説明する。本形態では、図8で示すように、同時に支流1,2がほぼ同一箇所で本流へ流れ込む簡単化した河川モデルを考える。この例では、予測対象100として貯水施設を例示している。ある時刻tにおいて予測対象100に流れ込む流量をQとする。上流の雨量としては、2箇所に雨量計があり、雨量計が出力する雨量をそれぞれR(1)とR(2)とする。なお、後述するが、説明を簡単にするために、上流の雨量R(1)が下流の流量Qに表れるまでの流下時間と、下流の雨量R(2)が下流の流量Qに表れるまでの流下時間とは、ほぼ同じ時刻に河川のほぼ同一箇所で流れ込むため時間遅れが同じである関係にある。つまりa1=a2=aである。本例ではさらに説明を簡単にするため時間遅れもないものとし、a1=a2=0であるものとして説明する。この場合、流域平均雨量データRtの算出式は次式により表される。
Hereinafter, specific numerical values of the rainfall data and the flow data will be described. In this embodiment, as shown in FIG. 8, a simplified river model is considered in which
そして、具体的数値を当てはめて説明する。下の表は、ある時間帯(1時〜10時)における、地点1、地点2の雨量R(1)、R(2)と、加重比w(1)を0.5、w(2)を0.5とした場合の流域平均雨量データRtを示す(表中の雨量の単位は、mm/hである)。
Then, explanation will be made by applying specific numerical values. The table below shows rainfall R (1) and R (2) at
また、以下に流域平均雨量データRtと流量データQの例を示す(表中の雨量の単位はmm/h、流量の単位はm3/s)。 In addition, examples of the basin average rainfall data Rt and the flow data Q are shown below (the rainfall unit in the table is mm / h, and the flow unit is m 3 / s).
この時の相関係数rを数3にしたがって計算すると相関係数rは0.904となる。数4の評価関数Eによる評価値を計算すると、0.818となっている。
次に、この加重比w(1)とw(2)との最適化を行っていく。最適化の例として、例えば0.1ステップでw(1)とw(2)とを変化させた場合の評価関数Eによる評価値を図9の加重比−評価関数を表す特性図に示す。図9の特性図では、w(1)の0から1.0までの値を横軸に取っている。なお、w(1)+w(2)=1.0であるため、w(1)の値が決定されればw(2)の値についても自動的に決定されることから、w(1)の全ての値を網羅すれば最適な加重比w(1)とw(2)とを選択することができる。この例では、w(1)が0.2、w(2)が0.8の場合で評価関数Eの評価値がE=0.896と最大となり、このときの加重比が最適な加重比として求められる。
以上から、本ケースでは、加重比決定手段70はw(1)を0.2、w(2)を0.8と決定する。
When the correlation coefficient r at this time is calculated according to Equation 3, the correlation coefficient r is 0.904. When the evaluation value by the evaluation function E of Equation 4 is calculated, it is 0.818.
Next, the weighting ratios w (1) and w (2) are optimized. As an example of optimization, for example, the evaluation value by the evaluation function E when w (1) and w (2) are changed in 0.1 steps is shown in the characteristic diagram representing the weight ratio-evaluation function in FIG. In the characteristic diagram of FIG. 9, the horizontal axis represents values of w (1) from 0 to 1.0. Since w (1) + w (2) = 1.0, if the value of w (1) is determined, the value of w (2) is also automatically determined, so w (1) If all the values are covered, the optimum weight ratio w (1) and w (2) can be selected. In this example, when w (1) is 0.2 and w (2) is 0.8, the evaluation value of the evaluation function E is maximum at E = 0.896, and the weighting ratio at this time is the optimum weighting ratio. As required.
From the above, in this case, the weight
続いて、予測モデル構築手段80の予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81では、加重比決定手段70で最適に決定された加重比を用いて数12で流域平均雨量データRtを算出し、予測モデル学習手段82および予測モデル評価手段83を繰り返し機能させて最良の流量予測モデルに近づくまで流量予測モデルを学習させる。この学習する流量予測モデルとしてニューラルネットワークを用いる場合の例で説明する。ニューラルネットワークを予測に用いる場合には、まず、ニューラルネットワークの学習を行なう必要がある。詳細な説明は省略するが、予測モデル構築用流域平均雨量算出手段81で算出した過去数時間分の流域平均雨量データRtと流量データQを用いて、ニューラルネットワークの学習を行なう。流量データQの予測に際しては、予測時点における過去数時間分(ダムによって異なる)の流域平均雨量データRt、または予報雨量などをニューラルネットワークに入力して、流量データQの予測流量データQfを得る。このようにして得られた流量予測モデルを用いて予測するものである。このように流域平均雨量データRt用いることでニューラルネットワークへの入力因子を減らして学習速度を高め、また、予測精度を高めた良好な流量予測モデルが得られる。
Subsequently, the basin average rainfall calculation means 81 for predictive model construction of the prediction model construction means 80 calculates the basin average rainfall data R t using Equation 12 using the weight ratio optimally determined by the weight ratio determination means 70, The prediction
また、他の実施例2について説明する。先の実施例1では時間遅れを考慮しなかったが、この実施例2では上流と下流とで時間を空けて河川に流れ込むため時間遅れが発生する関係にある。図10は他の雨量データおよび流量データを説明する説明図である。この例でも、予測対象100として貯水施設を例示している。そして、ある時点において、予測対象100に流れ込む流量をQとし、上流の雨量としては、2箇所に雨量計があり、雨量計が出力する雨量データをそれぞれR(1)とR(2)とする。なお、詳しくは雨量データR(1)は1時間遅れ、雨量データR(2)は2時間遅れである。ここで、加重比決定手段70の加重比決定用流域平均雨量算出手段71では、時刻tの流域平均雨量データRtを、下の式によって計算する。
Another
数13は、数2において、n=2、a1=1、a2=2としたものである。また、wは0から1までの値であり、雨量データR(1)とR(2)との加重比をそれぞれ、w(1)、w(2)とする。
ここに加重比w(1)、w(2)と時刻別の雨量データR(1)とR(2)による流域平均雨量データRtの具体的な値は、例えば、次表のように表される。
Equation 13 is obtained by setting n = 2, a1 = 1, and a2 = 2 in
Here the weighted ratio w (1), specific values of the basin average rainfall data R t w (2) and hourly rainfall data R (1) and by R (2), for example, the table as shown in the following table Is done.
以下、加重比決定手段70は先の実施例1と同様に機能して最適な流量予測を行うこととなる。このようにして流域平均雨量データRtを算出するようにしても良い。 Hereinafter, the weight ratio determining means 70 functions in the same manner as in the first embodiment to perform an optimal flow rate prediction. In this way, the basin average rainfall data Rt may be calculated.
以上本発明の流量予測装置について説明した。ダムや貯水施設などへ流入する水の流量予測や河川の流量予測は、ダムゲート操作に直結しており、下流域の安全上の問題から、精度良い予測が求められている。これらの予測においては、広範囲にわたる降雨量をどのように考慮するかによって流量予測精度が大きく異なる。
また、今後、地上雨量計の設置を計画するような場合、事前に気象事業者から提供されるメッシュ雨量データを用いて流量予測に最適な雨量地点を選定することができる。この選定結果に基づいて雨量計設置地点を決定すれば、無駄な費用をかけずに適切な設備計画を立案することも可能である。
本発明は、どの地点の雨量を用いて予測を行えばよいかを、自動的に決定することが可能である。また、予測システムを構築する前であれば、流量と雨量との相関を最大化するような最適な加重比を算出することで、測定すべき雨量地点を選定することが可能となる。すでに予測システムが構築されている場合、または計算機上で予測計算のシミュレーションが可能な場合であれば、予測誤差を最小化するような最適な加重比を自動的に算出することが可能である。いずれの場合も高精度な流量予測手段を提供することができる。
The flow rate prediction apparatus of the present invention has been described above. The prediction of the flow rate of water flowing into dams and water storage facilities and the flow rate of rivers are directly linked to dam gate operation, and accurate prediction is required due to safety issues in the downstream area. In these predictions, the flow prediction accuracy varies greatly depending on how to consider rainfall over a wide area.
Moreover, when planning the installation of a rain gauge on the ground in the future, it is possible to select the most suitable rainfall point for the flow rate prediction using the mesh rainfall data provided from the weather company in advance. If a rain gauge installation point is determined based on this selection result, it is possible to devise an appropriate facility plan without incurring unnecessary costs.
The present invention can automatically determine which point of rainfall should be used for prediction. Moreover, before the construction of the prediction system, it is possible to select a rain point to be measured by calculating an optimal weight ratio that maximizes the correlation between the flow rate and the rainfall. If a prediction system has already been constructed or if simulation of prediction calculation is possible on a computer, it is possible to automatically calculate an optimal weight ratio that minimizes the prediction error. In either case, a highly accurate flow rate predicting means can be provided.
1,1’:流量予測装置
10:入力手段
20:出力手段
30:記録媒体読書手段
40:データ発信手段
50:データ収集手段
51:雨量データ収集手段
52:流量データ収集手段
60:データ蓄積手段
61:加重比データベース
62:雨量データベース
63:流量データベース
64:予測モデルデータベース
65:予測値データベース
70:加重比決定手段
71:加重比決定用流域平均雨量算出手段
72:相関係数算出手段
73:加重比評価手段
74:加重比決定用加重比最適化手段
80,80’:モデル構築手段
81:予測モデル構築用流域平均雨量算出手段
82:予測モデル学習手段
83:予測モデル評価手段
84:予測モデル・加重比評価手段
85:予測モデル構築用加重比最適化手段
90:予測手段
91:予測用流域平均雨量算出手段
92:予測流量算出手段
2:ネットワーク
100:予測対象
1, 1 ': Flow rate prediction device 10: Input unit 20: Output unit 30: Recording medium reading unit 40: Data transmission unit 50: Data collection unit 51: Rainfall data collection unit 52: Flow rate data collection unit 60: Data storage unit 61 : Weight ratio database 62: Rainfall database 63: Flow rate database 64: Prediction model database 65: Predictive value database 70: Weight ratio determination means 71: Basin average rainfall calculation means 72 for weight ratio determination 72: Correlation coefficient calculation means 73: Weight ratio Evaluation means 74: Weight ratio determining weight ratio optimization means 80, 80 ': Model construction means 81: Prediction model construction basin average rainfall calculation means 82: Prediction model learning means 83: Prediction model evaluation means 84: Prediction model / weighting Ratio evaluation means 85: weight ratio optimization means for predictive model construction 90: prediction means 91: basin average rainfall calculation means for prediction 2: predicting flow rate calculation unit 2: Network 100: candidate prediction
Claims (4)
上流の複数地点または複数区画における雨量データと、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比と、を用いて、ある箇所の雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する加重比決定用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて相関係数を算出する相関係数算出手段と、
相関係数に基づいて評価が高い加重比であるか否かを判定する加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する加重比決定用加重比最適化手段と、
を有し、これら加重比決定用流域平均雨量算出手段、相関係数算出手段、加重比評価手段および加重比決定用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、流域平均雨量データと流量データとの相関が高くなるように加重比を決定する加重比決定手段と、
ある箇所の雨量データとこの雨量データに係るものであって加重比決定手段で決定された加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを用いて流量予測モデルを構築する予測モデル構築手段と、
予測モデル構築手段で構築された流量予測モデルに対し、加重比決定手段で決定された加重比による流域平均雨量データを入力して予測流量に係る予測流量データを生成する予測手段と、
を備えることを特徴とする流量予測装置。 A flow rate prediction device that predicts downstream flow rate using rainfall data at a plurality of upstream locations,
Using rainfall data at multiple points or sections upstream, and weight ratios that represent the degree of influence of rainfall data at a certain location on the downstream flow rate for each of the multiple rainfall data, A basin average rainfall calculating means for calculating a basin average weight for calculating a plurality of basin average rainfall data for each time point or a sum of a product of the weight ratio related to the rainfall data for a plurality of points or a plurality of sections;
Correlation coefficient calculating means for calculating a correlation coefficient by using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data by time,
A weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high weight ratio based on a correlation coefficient;
A weight ratio optimization means for determining a weight ratio that generates a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The weight ratio determining basin average rainfall calculating means, the correlation coefficient calculating means, the weight ratio evaluating means, and the weight ratio determining weight ratio optimizing means are repeatedly functioned to correlate the basin average rainfall data with the discharge data. A weight ratio determining means for determining the weight ratio so as to increase,
Estimate the flow rate prediction model using the basin average rainfall data, which is the sum of the data of the rain data at a certain location and the weight ratio determined by the weight ratio determination means and the weight ratio determined for the multiple points or sections. A prediction model construction means to be constructed;
A prediction unit that inputs the basin average rainfall data based on the weight ratio determined by the weight ratio determination unit to generate the prediction flow data related to the predicted flow, with respect to the flow prediction model constructed by the prediction model construction unit;
A flow rate predicting device comprising:
上流の複数地点または複数区画における雨量データと、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比と、を用いて、ある箇所の雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する予測モデル構築用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて流量予測モデルを学習する予測モデル学習手段と、
過去の実績に係る流域平均雨量データと対応する実績の流量データとを用いて流量予測モデルにより予測して予測流量データを生成し、実績の流量データと予測流量データとの予測誤差を用いて評価し、評価が高い流量予測モデルおよび加重比であるか否かを判定する予測モデル・加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する予測モデル構築用加重比最適化手段と、
を有し、これら予測モデル構築用流域平均雨量算出手段、予測モデル学習手段、予測モデル・加重比評価手段および予測モデル構築用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、予測誤差が少なくなるように流量予測モデルおよび加重比を決定する予測モデル構築手段と、
予測モデル構築手段で構築された流量予測モデルに対し、予測モデル構築手段で決定された加重比による流域平均雨量データを入力して予測流量に係る予測流量データを生成する予測手段と、
を備えることを特徴とする流量予測装置。 A flow rate prediction device that predicts downstream flow rate using rainfall data at a plurality of upstream locations,
Using rainfall data at multiple points or sections upstream, and weight ratios that represent the degree of influence of rainfall data at a certain location on the downstream flow rate for each of the multiple rainfall data, A basin average rainfall calculation means for predictive model construction for calculating a plurality of basin average rainfall data for each time point or a sum of the products of the weight ratio relating to this rainfall data for a plurality of points or a plurality of sections;
A prediction model learning means for learning a flow prediction model using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data according to time;
Predicted by the flow prediction model using the basin average rainfall data related to the past results and the corresponding flow rate data to generate predicted flow data, and evaluated using the prediction error between the actual flow data and the predicted flow data And a prediction model / weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high flow rate prediction model and a weight ratio,
A weight ratio optimization means for constructing a prediction model for generating a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The prediction model construction basin average rainfall calculation means, the prediction model learning means, the prediction model / weight ratio evaluation means and the prediction model construction weight ratio optimization means are repeatedly functioned so that the prediction error is reduced. A prediction model construction means for determining a prediction model and a weight ratio;
Predictive means for generating predicted flow rate data related to the predicted flow rate by inputting the basin average rainfall data based on the weight ratio determined by the predictive model constructing unit to the flow rate predictive model constructed by the predictive model constructing unit;
A flow rate predicting device comprising:
上流の複数地点または複数区画における雨量データと、ある箇所の雨量データが下流の流量に対して及ぼす影響度合いを複数箇所の雨量データそれぞれについて表す加重比と、を用いて、ある箇所の雨量データとこの雨量データに係る加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する加重比決定用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて相関係数を算出する相関係数算出手段と、
相関係数に基づいて評価が高い加重比であるか否かを判定する加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する加重比決定用加重比最適化手段と、
を有し、これら加重比決定用流域平均雨量算出手段、相関係数算出手段、加重比評価手段および加重比決定用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、流域平均雨量データと流量データとの相関が高くなるように加重比を決定する加重比決定手段と、
ある箇所の雨量データとこの雨量データに係るものであって加重比決定手段で決定された加重比との積を複数地点または複数区画について総和してなる流域平均雨量データを、時刻別に複数算出する予測モデル構築用流域平均雨量算出手段と、
流域平均雨量データとこの流域平均雨量データに係る流量データとを時刻別で複数用いて流量予測モデルを学習する予測モデル学習手段と、
過去の実績に係る流域平均雨量データと対応する実績の流量データとを用いて流量予測モデルにより予測して予測流量データを生成し、実績の流量データと予測流量データとの予測誤差を用いて評価し、評価が高い流量予測モデルおよび加重比であるか否かを判定する予測モデル・加重比評価手段と、
加重比を所定規則に基づいて変更して新たな加重比を生成する予測モデル構築用加重比最適化手段と、
を有し、これら予測モデル構築用流域平均雨量算出手段、予測モデル学習手段、予測モデル・加重比評価手段および予測モデル構築用加重比最適化手段を繰り返し機能させ、予測誤差が少なくなるように流量予測モデルおよび加重比を決定する予測モデル構築手段と、
予測モデル構築手段で構築された流量予測モデルに対し、予測モデル構築手段で決定された加重比による流域平均雨量データを入力して予測流量に係る予測流量データを生成する予測手段と、
を備えることを特徴とする流量予測装置。 A flow rate prediction device that predicts downstream flow rate using rainfall data at a plurality of upstream locations,
Using rainfall data at multiple points or sections upstream, and weight ratios that represent the degree of influence of rainfall data at a certain location on the downstream flow rate for each of the multiple rainfall data, A basin average rainfall calculating means for calculating a basin average weight for calculating a plurality of basin average rainfall data for each time point or a sum of a product of the weight ratio related to the rainfall data for a plurality of points or a plurality of sections;
Correlation coefficient calculating means for calculating a correlation coefficient by using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data by time,
A weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high weight ratio based on a correlation coefficient;
A weight ratio optimization means for determining a weight ratio that generates a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The weight ratio determining basin average rainfall calculating means, the correlation coefficient calculating means, the weight ratio evaluating means, and the weight ratio determining weight ratio optimizing means are repeatedly functioned to correlate the basin average rainfall data with the discharge data. A weight ratio determining means for determining the weight ratio so as to increase,
Multiple basin average rainfall data for each point in time is calculated by summing the product of the rainfall data at a certain location and the weight ratio determined by the weight ratio determination means for multiple points or multiple sections. Basin average rainfall calculation means for predictive model construction,
A prediction model learning means for learning a flow prediction model using a plurality of basin average rainfall data and flow rate data related to the basin average rainfall data according to time;
Predicted by the flow prediction model using the basin average rainfall data related to the past results and the corresponding flow rate data to generate predicted flow data, and evaluated using the prediction error between the actual flow data and the predicted flow data And a prediction model / weight ratio evaluation means for determining whether the evaluation is a high flow rate prediction model and a weight ratio,
A weight ratio optimization means for constructing a prediction model for generating a new weight ratio by changing the weight ratio based on a predetermined rule;
The prediction model construction basin average rainfall calculation means, the prediction model learning means, the prediction model / weight ratio evaluation means and the prediction model construction weight ratio optimization means are repeatedly functioned so that the prediction error is reduced. A prediction model construction means for determining a prediction model and a weight ratio;
Predictive means for generating predicted flow rate data related to the predicted flow rate by inputting the basin average rainfall data based on the weight ratio determined by the predictive model constructing unit to the flow rate predictive model constructed by the predictive model constructing unit;
A flow rate predicting device comprising:
前記流量予測モデルはニューラルネットワークであることを特徴とする流量予測装置。 In the flow prediction apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The flow rate prediction apparatus, wherein the flow rate prediction model is a neural network.
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