JP2014174071A - Calculation device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、気象データに基づいて物体の移動の予測計算を行う計算装置に関する。 The present invention relates to a calculation device that performs prediction calculation of movement of an object based on weather data.
風象データ、海象データなどの気象データを用いて、漂流船、漂流者などの海上物体の移動軌跡を予測する偏流計算を行う場合、シミュレーション論理時刻(以下、論理時刻)の刻み幅(以下、計算時間刻み幅という)ごとに物体の推定位置を算出する移動計算が行われる(例えば、特許文献1参照)。この物体の移動計算方法では、算出した物体の推定位置から計算時間刻み幅経過後における次の論理時刻での物体の移動計算の始点を決定し、この始点を用いて、更に次の論理時刻での物体の推定位置を算出している。 When performing drift calculation that predicts the movement trajectory of drifting ships, drifters, and other marine objects using weather data such as wind and sea data, the step size of the simulation logical time (hereinafter, logical time) Movement calculation for calculating the estimated position of the object is performed for each calculation time interval (see, for example, Patent Document 1). In this object movement calculation method, the start point of the object movement calculation at the next logical time after the calculation time step size has elapsed is determined from the estimated position of the calculated object, and this start point is used to further calculate the next logical time. The estimated position of the object is calculated.
従来の物体の移動計算方法では、計算時間刻み幅ごとに算出した物体の推定位置の分布を示す2つの円を求め、この2円の中心の中間点を次回の推定位置の算出の始点として決定し、この始点を基準として次の論理時刻での推定位置を算出している(例えば、非特許文献1参照)。 In the conventional object movement calculation method, two circles indicating the distribution of the estimated position of the object calculated for each calculation time step are obtained, and the midpoint of the center of the two circles is determined as the starting point for the calculation of the next estimated position. Then, the estimated position at the next logical time is calculated with this starting point as a reference (see, for example, Non-Patent Document 1).
上記従来の物体の移動計算方法では、算出した物体の推定位置の2点の中間点を、次回の論理時刻での推定位置の算出の始点としている。しかしながら、この時点で算出した物体の推定位置は、上記中間点の1点に限定されており、推定位置の存在公算分布に基づく推定位置の拡散が考慮されていない。このため、物体の推定位置の算出時に存在公算分布を算出しても、その算出した存在公算分布は次回の存在公算分布の計算に組み込まれることはないので、物体の移動計算結果において物体の推定位置からの拡散が充分に考慮されないという問題があった。 In the above-described conventional object movement calculation method, an intermediate point between two calculated estimated positions of the object is used as a starting point for calculating the estimated position at the next logical time. However, the estimated position of the object calculated at this point is limited to one of the intermediate points, and diffusion of the estimated position based on the estimated distribution of the estimated positions is not considered. For this reason, even if the existence probability distribution is calculated when calculating the estimated position of the object, the calculated existence probability distribution is not included in the next calculation of the existence probability distribution. There is a problem that diffusion from the position is not sufficiently considered.
また、別の偏流計算方法として、算出した物体の推定位置の2点の中心位置のそれぞれを始点として、次回の推定位置をそれぞれ算出する方法がある。この別の偏流計算方法では、順次算出される2点の中心位置が何れも始点となって、物体の推定位置が順次求められるので、推定位置の存在公算分布と拡散を考慮した物体の移動計算を行うことができる。しかしながら、1つの始点に対して次の論理時刻での始点が2つずつ生成されるため、計算時間刻み幅ごとの計算回数の2乗で計算量が増加することとなり、物体の移動計算のシミュレーション実行速度が低下するという問題があった。 In addition, as another drift calculation method, there is a method of calculating the next estimated position using each of the two center positions of the calculated estimated position of the object as a starting point. In this different drift calculation method, the center position of the two points calculated sequentially is the starting point, and the estimated position of the object is obtained sequentially. Therefore, the movement calculation of the object in consideration of the estimated distribution of existence of the estimated position and diffusion It can be performed. However, since two start points at the next logical time are generated for each start point, the amount of calculation increases by the square of the number of calculations for each calculation time step size, and simulation of object movement calculation There was a problem that the execution speed decreased.
この発明は係る課題を解決するためになされてものであり、物体の推定位置からの拡散を考慮した始点を利用して次回の存在公算分布の算出を行うとともに、各回の論理時刻での計算回数の増加を抑えることを目的とする。 The present invention has been made to solve such a problem, and calculates the next existence probability distribution using the start point in consideration of diffusion from the estimated position of the object, and the number of calculations at each logical time. The purpose is to suppress the increase of.
この発明による計算装置は、風象データ、海象データなどの気象データに基いて、漂流船、漂流者などの海上物体の移動軌跡を予測する偏流計算を行い、計算時間刻み幅ごとに移動後の物体の推定位置を算出する推定位置の算出処理と、気象データから得られる流れの誤差、風圧流速、及び風圧偏角に基づいて、上記物体の推定位置の存在確率が所定以上となる拡散領域を求める拡散効果の広がりの算出処理と、上記拡散領域内に複数の計算格子を設け、各格子での物体の推定位置の存在公算を始点ごとに算出し、各時刻における保存された始点ごとの存在公算を重ね合わせて、物体の存在公算を算出する存在公算の算出処理と、全ての上記始点からの上記物体の推定位置の拡散領域内にて、上記存在公算の算出処理にて得られた物体の存在公算が最も高い一定数分の点を、次の計算時間刻み幅での始点として選択することで当該選択した始点を偏りなく配置し、当該選択した始点の位置と当該選択した始点の上記存在公算を対応付け、上記保存された始点として保存する始点の配置処理と、を備えたものである。 The calculation device according to the present invention performs a drift calculation for predicting the movement trajectory of a marine object such as a drifting ship and a drifter based on weather data such as wind image data and sea condition data, and moves after the movement for each calculation time step. Based on the estimated position calculation process for calculating the estimated position of the object, the flow error obtained from the weather data, the wind pressure flow velocity, and the wind pressure declination, a diffusion region in which the existence probability of the estimated position of the object is greater than or equal to a predetermined value is determined. A calculation process of the spread of the desired diffusion effect and a plurality of calculation grids in the above diffusion area, and the existence probability of the estimated position of the object in each grid is calculated for each start point, and the existence for each stored start point at each time Presence calculation processing to calculate the existence probability of the object by superimposing the probability, and the object obtained by the calculation processing of the existence probability in the diffusion region of the estimated position of the object from all the start points The presence of By selecting a certain number of points with the highest calculation as the starting point at the next calculation time step, the selected starting point is placed without any bias, and the position of the selected starting point and the existence probability of the selected starting point are And a start point arrangement process for storing the stored start point as the stored start point.
この発明によれば、物体の推定位置からの拡散を考慮した始点を利用して、次回の存在公算分布の算出を行うため、各回の計算にて拡散を考慮した存在公算分布を算出することができるとともに、各回の計算回数を一定数に制限することにより、シミュレーションの実行速度の低下を防止することができる。 According to this invention, since the next existence probability distribution is calculated using the start point in consideration of the diffusion from the estimated position of the object, it is possible to calculate the existence probability distribution in consideration of diffusion in each calculation. In addition, it is possible to prevent a decrease in the execution speed of the simulation by limiting the number of calculation times to a certain number.
実施の形態1.
以下、この発明に係る実施の形態1による物体の移動計算を行う計算装置について、図を用いて説明する。図1は、実施の形態1による物体の移動計算を行う計算装置の構成を示す図である。図2は、実施の形態1による計算装置における推定位置計算の処理フローを示す図である。実施の形態1による計算装置は、漂流船、漂流者などの目標とする海上物体(以下、物体)の捜索を行うために利用され、偏流計算により計算時間刻み幅ごとの各時刻における移動後の上記目標とする物体の推定位置及び存在公算分布を算出し、物体の移動計算を行う。
Embodiment 1 FIG.
Hereinafter, a calculation apparatus for calculating the movement of an object according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a calculation apparatus that performs an object movement calculation according to the first embodiment. FIG. 2 is a diagram showing a processing flow of estimated position calculation in the calculation apparatus according to the first embodiment. The calculation device according to the first embodiment is used to search for a target marine object (hereinafter referred to as an object) such as a drifting ship or a drifter, and after the movement at each time for each calculation time step by drift current calculation. The estimated position and existence probability distribution of the target object are calculated, and the movement of the object is calculated.
まず、図1を用いて、実施の形態1による物体の移動計算を行う計算装置101の構成を説明する。計算装置101は、物体の移動計算部102と、始点作成部103と、存在公算の算出部104とを備えている。また、物体の移動計算部102は、予め外部から与えられた気象データ105が入力され、入力された気象データ105を保持している。始点作成部103は、各時刻における物体の推定位置及び存在公算からなる始点の情報106を保持している。存在公算の算出部104は、各時刻における目標とする物体の存在公算分布107を保持し、計算終了後に外部に出力する。物体の移動計算部102は、気象データ105、及び始点作成部103からの始点の情報106に基づき、各時刻における移動後の物体の推定位置の分布を算出する。存在公算の算出部104は、物体の移動計算部102の算出した物体の推定位置の分布、及び始点作成部103からの始点の情報106に基づき、各時刻における目標とする物体の存在公算分布107を算出する。
First, the configuration of a
続いて、図2を用いて、物体の移動計算における推定位置計算の処理手順を説明する。
推定位置計算の処理手順は、推定位置の算出処理201、拡散効果の広がりの算出処理202、存在公算の算出処理203、存在公算の算出判定処理204、全領域の存在公算の算出処理205、終了判定処理206、次回の始点の配置処理207からなる。
Subsequently, a processing procedure of estimated position calculation in object movement calculation will be described with reference to FIG.
The estimated position calculation processing procedure includes an estimated
まず、物体の移動計算部102は、推定位置の算出処理201にて、位置、時刻及び漂流抵抗などの目標とする物体の目標情報と、風象データ、例えば海流データ、波浪データ及び潮流データなどの海象データなどからなる気象データ105を基に、海流、吹送流、波浪、潮流、風圧流などの海上における各種流れを計算する。
First, in the estimated
次に、物体の移動計算部102は、推定位置の算出処理201にて、論理時刻tn(nは1以上の整数)における各種流れのベクトルの和、即ち海流ベクトル+吹送流ベクトル+潮流ベクトル+風圧流ベクトルを計算し、始点の情報106に保存された論理時刻tnで算出した複数の始点に対し、事前に設定した計算時間刻み幅Δtでの次の論理時刻tn+1における、目標とする物体の推定位置の分布を算出する。目標とする物体の推定位置の分布の算出方法は、例えば特許文献1、及び非特許文献1などに示されるので、ここでは詳細な説明を省く。
Next, the object
始点作成部103は、推定位置の算出処理201にて算出された推定位置の分布に基づき、存在公算の算出部104による処理結果を用いて、更に次の計算時間刻み幅での論理時刻tn+2(=tn+1+Δt)における推定位置算出を行うための次の始点を決定する。
Based on the estimated position distribution calculated in the estimated
存在公算の算出部104は、後述する拡散効果の広がりの算出処理202、存在公算の算出処理203にて、推定位置計算結果から出力刻み幅時刻経過時における目標とする物体の存在公算分布を求める。
The existence
また、存在公算の算出部104は、存在公算の判定処理204にて全ての始点からの存在公算が算出されたと判定されるまで、上記処理201、202,203を複数回繰返すことにより、推定位置計算結果の出力刻み幅時刻経過時における目標とする物体の存在公算分布を求める。その後、全領域の存在公算の算出処理205にて、存在公算分布107として保存する。上記の一連の処理を、終了判定処理206にて計算終了時刻を経過したと判定されるまで繰り返す。
Further, the existence
ここで、始点作成部103は、存在公算の算出部104による上記処理202〜205を用いて、次の計算時間刻み幅での論理時刻tn+2における、目標とする物体の推定位置算出の始点を以下の手順で算出する。
Here, the start
はじめに、推定位置の算出処理201における次の論理時刻tn+1における推定位置の分布の算出後、拡散効果の広がりの算出処理202にて、海流、吹送流及び風圧流の誤差より求める総合誤差と、風圧偏角に基づいて、物体の推定位置の存在確率が所定以上となる推定位置の分布である、拡散効果の広がりを求める。総合誤差dは、例えば数1に示すとおり海流による誤差dc、吹送流による誤差ds及び風圧流による誤差dwの平方の和の平方根より計算する。
First, after calculating the estimated position distribution at the next logical time t n + 1 in the estimated
図3を用いて、拡散効果の広がりの算出処理202における拡散効果の広がりの算出方法について説明する。風圧流は、風下に向かって右もしくは左のいずれかに偏って流れるため、全ての目標とする物体は単一の始点301からの漂流計算により、基準点となる2点の推定位置302及び推定位置303が、推定位置の分布として算出される。ここで、図3の符号304は各種の流れのベクトル和、符号305は風圧流ベクトル、符号306は風圧偏角を示す。総合誤差307と風圧偏角306を考慮した拡散効果の広がり309は、風圧流の2つの推定位置を結んだ線分の中点308を中心とした半径Dの円(以下、円P)となる。半径Dは、例えば数2に示すとおり、風圧流流速Vw、総合誤差d及び風圧偏角θを基に計算する。
A method for calculating the spread of the diffusion effect in the diffusion effect
続いて、物体の推定位置の存在確率を与える存在公算について、その算出処理203を実行する。総合誤差と風圧偏角を考慮した拡散効果の広がり309の円P内の目標とする物体の存在公算は、拡散効果の広がり309の円Pの中心で最も高く、円P上で50%となる正規分布を有した確率fに従う(即ち、円Pの中心に近付く程、存在公算が高くなる)。因みに、円Pは、推定位置302の存在確率が50%となる円と、推定位置303の存在確率が50%となる円に接している。存在公算の算出処理204にて、確率fに従い、拡散効果の広がり309の円P内をメッシュ(正方形網状の計算格子)に分割し、各メッシュ(各計算格子)における目標とする物体の存在公算を算出する。また、始点の情報106の保存データから、各論理時刻tk(k=1,2,・・・,n)における物体の推定位置及び存在公算を含む各始点のデータ中から、次の論理時刻tnにおける推定位置算出の各始点となるデータを取り出す。さらに、この取り出した推定位置算出の各始点を含んだ領域(前回の論理時刻で求めた円P)における物体の存在公算と、上記各メッシュ(各計算格子)の存在公算との積により、当該始点の存在公算を反映した物体の存在公算を、上記拡散効果の広がり309の円P内のメッシュごとに算出する。
Subsequently, the
次に、存在公算の判定処理204にて、計算時間刻み幅における全始点からの目標とする物体の存在公算を算出したと判定された後、全領域の存在公算の算出処理205にて同一時刻(時刻tn+1)において基点とした全ての始点からの存在公算を重ね合わせ、全領域の存在公算分布を算出する。ここで、ある領域が、複数の始点からの存在公算分布の円Pに含まれる場合、その領域の存在公算は、各始点から算出した存在公算の和として算出する。このように重み付けされて算出された存在公算は、存在公算分布107として保存する。
Next, after determining that the existence probabilities of the target objects from all starting points in the calculation time increment are calculated in the existence
終了判定処理206にて、計算終了時刻を経過していないと判定された場合は、次回の始点の配置処理207にて、存在公算分布107に保存される論理時刻tn+1における全始点からの存在公算分布の円P内にある領域に、偏りなく次の計算刻み幅での論理時刻tn+2の始点(次回の始点)を配置する。ここで、再配置する次回の始点の数m(mは2以上の正の整数)は外部からあらかじめ設定されており、存在公算が高いメッシュ点から低いメッシュ点を降順に並べ、存在公算が最も高いメッシュ点からm番目以内のメッシュ点を始点として選択し、配置するようにする。逆に、存在公算が高いメッシュ点からm+1番目のメッシュ点は、存在公算が比較的低いものであるとみなして、次回の始点としての選択及び配置は行わない。また、次回の始点の配置時に、その領域における目標とする物体の存在公算(始点の存在公算)を、次回の始点に対応付けて始点の情報106へ登録する。この始点の情報106へ登録された次回の始点とその存在公算は、次の計算時間刻み幅での論理時刻tn+3における存在公算分布の円の算出後の各領域の存在公算の算出に使用する。
If it is determined in the
N回目(論理時刻tN。Nは2以上の正の整数)以降については、N−1回目にて配置した各点を始点として、同様の計算を行うことにより、各領域の存在公算を求める。判定処理206にて計算終了時刻を経過したと判定された場合、計算を終了し、各時刻における存在公算分布を出力する。
From the Nth time (logical time t N, where N is a positive integer equal to or greater than 2), the existence probabilities of each region are obtained by performing the same calculation starting from each point arranged at the (N−1) th time. . When it is determined in the
このように、論理時刻tnにて算出した拡散効果の広がり309の円P内に偏りなく配置した各始点から、論理時刻tn+1における推定位置及び論理時刻tn+2の推定位置算出の基点となる始点を算出するようにしたので、各計算刻み幅での論理時刻tnにおいて計算した拡散効果の広がりを考慮した存在公算分布を算出することができる。これによって、存在公算分布の精度を向上できる。 As described above, the estimated position at the logical time t n + 1 and the estimated position at the logical time t n + 2 are calculated from the start points arranged without deviation in the circle P of the diffusion effect spread 309 calculated at the logical time t n . Since the starting point serving as the base point is calculated, it is possible to calculate the existence probable distribution in consideration of the spread of the diffusion effect calculated at the logical time t n at each calculation step size. This can improve the accuracy of the existence probability distribution.
また、存在公算を算出の基とした始点自体の存在公算を考慮し、存在公算が高い始点から算出した推定位置ほど存在公算が高いものとして、各領域の目標とする物体の存在公算分布を算出するので、さらに存在公算分布の精度を向上できる。 Also, considering the existence probability of the starting point itself based on the existence probability, the estimated position calculated from the starting point with the highest existence probability is assumed to have a higher existence probability, and the existence probability distribution of the target object in each area is calculated. As a result, the accuracy of the existence probability distribution can be further improved.
加えて、各計算刻み幅において配置する始点の数mを一定としたので、計算回数による計算量が一定となり、各回の計算回数を一定数に制限することができるので、シミュレーション速度を低下させずに計算することが可能となる。 In addition, since the number m of starting points to be arranged in each calculation step size is made constant, the calculation amount by the number of calculations becomes constant, and the number of calculations can be limited to a certain number, so that the simulation speed is not reduced. Can be calculated.
以上説明した通り、実施の形態1による計算装置は、風象データ、海象データなどの気象データに基いて、漂流船、漂流者などの海上物体の移動軌跡を予測する偏流計算を行い、計算時間刻み幅ごとに移動後の物体の推定位置を算出する推定位置の算出処理201と、気象データから得られる流れの誤差、風圧流速、及び風圧偏角に基づいて、上記物体の推定位置の存在確率が所定以上となる拡散領域を求める拡散効果の広がりの算出処理202と、上記拡散領域内に複数の計算格子を設け、各格子での物体の推定位置の存在公算を始点ごとに算出し、各時刻における保存された始点ごとの存在公算を重ね合わせて、物体の存在公算を算出する存在公算の算出処理203と、全ての上記始点からの上記物体の推定位置の拡散領域内にて、上記存在公算の算出処理にて得られた物体の存在公算が最も高い一定数分の点を、次の計算時間刻み幅での始点として選択することで当該選択した始点を偏りなく配置し、当該選択した始点の位置と当該選択した始点の上記存在公算を対応付け、上記保存された始点として保存する始点の配置処理207と、を備えたものである。
As described above, the calculation apparatus according to the first embodiment performs the drift calculation for predicting the movement trajectory of marine objects such as drifting ships and drifters based on weather data such as wind image data and sea condition data, and calculates the calculation time. Presence probability of the estimated position of the object based on the estimated
これにより、物体の推定位置からの拡散を考慮した始点を利用して、次回の存在公算分布の算出を行うため、各回の計算にて拡散を考慮した存在公算分布を算出することができるとともに、各回の計算回数を一定数に制限することにより、シミュレーションの実行速度の低下を防止することができる。 Thereby, using the start point considering diffusion from the estimated position of the object and calculating the next existence probability distribution, it is possible to calculate the existence probability distribution considering diffusion in each calculation, By limiting the number of calculations to a certain number, it is possible to prevent a decrease in the simulation execution speed.
101 計算装置、102 物体の移動計算部、103 始点作成部、104 存在公算の算出部、105 気象データ、106 始点の情報、107 存在公算分布、201 推定位置の算出処理、202 拡散効果の広がり算出処理、203 存在公算の算出処理、204 存在公算の判定処理、205 全領域の存在公算の算出処理、206 終了判定処理、207 次回の始点の配置処理。
DESCRIPTION OF
Claims (1)
気象データから得られる流れの誤差、風圧流速、及び風圧偏角に基づいて、上記物体の推定位置の存在確率が所定以上となる拡散領域を求める拡散効果の広がりの算出処理と、
上記拡散領域内に複数の計算格子を設け、各格子での物体の推定位置の存在公算を始点ごとに算出し、各時刻における保存された始点ごとの存在公算を重ね合わせて、物体の存在公算を算出する存在公算の算出処理と、
全ての上記始点からの上記物体の推定位置の拡散領域内にて、上記存在公算の算出処理にて得られた物体の存在公算が最も高い一定数分の点を、次の計算時間刻み幅での始点として選択することで当該選択した始点を偏りなく配置し、当該選択した始点の位置と当該選択した始点の上記存在公算を対応付け、上記保存された始点として保存する始点の配置処理と、
を備えた計算装置。 Based on meteorological data such as wind and sea data, drift calculation that predicts the movement trajectory of drifting ships, drifters, and other marine objects is performed, and the estimated position of the moved object is calculated for each calculation time step. Estimated position calculation processing;
Based on flow error obtained from weather data, wind pressure flow velocity, and wind pressure declination, a calculation process of the spread of the diffusion effect to obtain a diffusion region where the existence probability of the estimated position of the object is equal to or greater than a predetermined value,
Multiple calculation grids are provided in the above diffusion area, the existence probabilities of the estimated positions of the objects in each grid are calculated for each start point, and the existence probabilities for each start point stored at each time are overlapped to calculate the object existence probabilities The calculation process of the existence probability to calculate
Within a diffusion region of the estimated positions of the object from all the start points, a certain number of points having the highest object existence probability obtained by the calculation process of the existence probability are calculated by the following calculation time step size. The selected starting point is arranged without bias by selecting it as the starting point, and the position of the selected starting point is associated with the existence probability of the selected starting point, and the starting point arrangement processing for saving as the saved starting point;
A computing device with
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CN113566794A (en) * | 2021-07-14 | 2021-10-29 | 河海大学 | Ocean surface flow trajectory tracking system and tracking method thereof |
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