JP2015210557A - Prediction device and prediction method - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve prediction accuracy of a prediction device for predicting a future state quantity based on chaos theory.SOLUTION: A prediction device 1 predicts a future state quantity from accumulated time series data based on chaos theory. A detection part 2 detects a state quantity from a system to be controlled. A data input part 5 stores the detected state quantity in a data storage part 3 as time series data. A prediction calculation part 4 calculates a strange attractor obtained by burying the time series data stored in the data storage part 3 into a multi-dimension state space. In addition, information axes for reflecting information on factors influencing the state quantity constituting the time series data are added to the strange attractor. And then, the prediction device 1 uses various algorithms to predict the future state quantity based on the strange attractor to which the information axes have been added.

Description

本発明は、カオス理論に基づいて将来の状態量を予測する予測技術に関する。特に、社会基盤や生産設備等において検出される状態量を予測する技術に関する。   The present invention relates to a prediction technique for predicting future state quantities based on chaos theory. In particular, the present invention relates to a technology for predicting a state quantity detected in a social infrastructure or production facility.

高速道路、電力網、浄水場等の社会基盤や生産設備(プラント)では、将来の状況を予測してシステムの制御が行われている。具体的には、システムの運転時において一定間隔で状態量(例えば、交通量、電力消費量、水の消費量等)を取得して、状態量の時系列データを蓄積する。この過去の状態量の時系列データから将来の時系列データを推定(予測)し、予測された将来の状態量によってシステムの制御(例えば、信号や換気ファン等の制御)が行われる。   In social infrastructure and production facilities (plants) such as highways, power grids, and water purification plants, the system is controlled by predicting the future situation. Specifically, state quantities (for example, traffic volume, power consumption, water consumption, etc.) are acquired at regular intervals during system operation, and time-series data of the state quantities is accumulated. Future time-series data is estimated (predicted) from the time-series data of the past state quantities, and system control (for example, control of signals, ventilation fans, etc.) is performed based on the predicted future state quantities.

このような過去の状態量に基づいて将来の状態量を予測し、予測された状態量に基づいてシステムの制御を行う分野においては、予測の精度並びに予測するための計算速度及び操作の簡便性により、システム全体の経済性、低炭素化、安全性等に差異が生じることとなる。ゆえに、システムの制御における予測技術の精度、計算速度及び簡便性等は重要な要素となる。   In the field of predicting future state quantities based on such past state quantities and controlling the system based on the predicted state quantities, the accuracy of the prediction, the calculation speed for the prediction, and the ease of operation As a result, there will be differences in the economy, low carbonization, safety, etc. of the entire system. Therefore, the accuracy, calculation speed, simplicity, etc. of the prediction technique in system control are important factors.

例えば、水道のシステムでは、水道の需要量を予測し、予測された需要量に応じて配分計画(浄水場からの水の供給量等)が作成される。需要量の予測は、曜日、祝祭日、天候、気温等の外部条件が付加された配水等の流量データを収集し、収集された時系列データに基づいて予測計算式の未定係数を算出することで行われる。すなわち、予測計算手法により、現在から時間単位毎の需要量または日単位毎の需要量等が予測され、予測された需要量及び現在の浄水場からの供給量等のデータを考慮して配分計画が作成される。   For example, in a water supply system, the amount of water demand is predicted, and a distribution plan (such as the amount of water supplied from a water treatment plant) is created according to the predicted amount of demand. Demand volume is forecasted by collecting flow rate data such as water distribution to which external conditions such as days of the week, holidays, weather, and temperature are added, and calculating the undetermined coefficient of the prediction formula based on the collected time series data. Done. In other words, the forecast calculation method predicts the demand amount for each hour unit or the demand amount for each day unit from the present, and considers the forecast demand amount and the data such as the current supply amount from the water treatment plant, and the allocation plan. Is created.

過去の需要量から将来の需要量を予測する予測計算手法として、例えば、指数平滑法、自己回帰法、重回帰法、曜日指数手法、カルマンフィルタ法等の回帰法に基づく方法と、カオス理論に基づいた方法が知られている(例えば、特許文献1−3)。   As prediction calculation methods for predicting future demand from past demand, for example, exponential smoothing method, autoregressive method, multiple regression method, day of week exponential method, Kalman filter method and other methods based on chaos theory There are known methods (for example, Patent Documents 1-3).

指数平滑法は、時系列データに急激な変動がない限り、普通の予測精度が期待できる。また、計算式が簡単なため、データの前処理が不要な方法である。   In the exponential smoothing method, normal prediction accuracy can be expected as long as there is no sudden change in the time series data. In addition, since the calculation formula is simple, data pre-processing is unnecessary.

自己回帰法は、過去の需要量のみを用いるので、特別な入力を必要としない方法である。この方法は、比較的高い予測精度を得ることができるが、予測計算式の係数を一定周期毎に見直す必要がある。   Since the autoregressive method uses only the past demand, it does not require any special input. Although this method can obtain a relatively high prediction accuracy, it is necessary to review the coefficients of the prediction calculation formula at regular intervals.

重回帰法は、様々な要因で予測値を求める方法である。この方法は、高い精度で予測を行うことができるが、予測計算式の係数を一定周期毎に見直す必要がある。   The multiple regression method is a method for obtaining a predicted value by various factors. Although this method can perform prediction with high accuracy, it is necessary to review the coefficients of the prediction calculation formula at regular intervals.

曜日指数手法は、重回帰法のように種々の要因を加味するのではなく、曜日のみに注目し、予測値を求める方法である。この方法は、簡単な計算で、普通程度の精度の予測が可能であるが、曜日指数を一定期間毎に見直す必要がある。   The day-of-week index method is a method for obtaining a predicted value by paying attention only to the day of the week, without taking into account various factors as in the multiple regression method. This method can be predicted with a normal degree of accuracy with a simple calculation, but it is necessary to review the day-of-week index at regular intervals.

カルマンフィルタ法は、自己回帰法や重回帰法と組み合わされて使用され、最も精度が高い方法である。この方法では、予測係数が自動で修正されるため、補正の必要性がない。   The Kalman filter method is used in combination with the autoregressive method or the multiple regression method, and is the most accurate method. In this method, since the prediction coefficient is automatically corrected, there is no need for correction.

また、カオス理論に基づいた予測方法は、短期的な予測精度が高く、過去の需要量に基づいて、将来の需要量を予測することができる。   Moreover, the prediction method based on the chaos theory has high short-term prediction accuracy, and can predict future demand based on past demand.

特開平6−020188号公報JP-A-6-020188 特開平6−102939号公報JP-A-6-102939 特開平9−088499号公報JP-A-9-088499

しかし、実際のシステムでは、季節変動、週間変動、不規則変動等の様々なノイズにより予測精度を高精度に保つことが非常に困難である。例えば、予測精度の高いカルマンフィルタ法を用いた場合においても、90%以上の精度を保つことは非常に困難である。   However, in an actual system, it is very difficult to keep the prediction accuracy high due to various noises such as seasonal variation, weekly variation, and irregular variation. For example, even when the Kalman filter method with high prediction accuracy is used, it is very difficult to maintain an accuracy of 90% or more.

また、カオス理論に基づいて予測を行う場合、時系列データに内包される情報を元に決定論に基づいて予測を行う。この情報は、個別の情報として分離されることはなく、未知または不明確な状態で使用されることとなる。よって、カルマンフィルタ法等に代表される回帰法等の技術を活用し、両者を組み合わせて予測することが困難である。つまり、カオス理論に基づく予測技術と回帰法等の予測技術とは両者の計算方法が大きく異なるため、両者を組み合わせて予測を行う場合、予測の結果が得られない、期待した予測精度の向上が認められない、または操作が煩雑となるおそれがある。   Further, when performing prediction based on chaos theory, prediction is performed based on determinism based on information included in time series data. This information is not separated as individual information, but is used in an unknown or unclear state. Therefore, it is difficult to use a technique such as a regression method typified by the Kalman filter method or the like to predict the combination of the two. In other words, the prediction techniques based on chaos theory and the prediction techniques such as the regression method are greatly different, so when performing a combination of the two predictions, prediction results cannot be obtained and the expected prediction accuracy is improved. It may not be recognized or the operation may be complicated.

また、カオス理論に基づく予測は、カオスの持つ特徴から、短期の予測精度と比較して、長期の予測精度が低下するおそれがあった。   Moreover, the prediction based on the chaos theory has a possibility that the long-term prediction accuracy may be lower than the short-term prediction accuracy due to the characteristics of the chaos.

上記事情に鑑み、本発明は、カオス理論に基づいて将来の状態量を予測する予測装置において、予測精度の向上に貢献する技術を提供することを目的とする。   In view of the above circumstances, an object of the present invention is to provide a technique that contributes to improvement of prediction accuracy in a prediction device that predicts a future state quantity based on chaos theory.

上記目的を達成する本発明の予測装置の一態様は、時間の経過とともに変化する状態量を蓄積し、カオス理論に基づいて、蓄積された状態量の時系列データから将来の状態量を予測する予測装置であって、前記時系列データを多次元状態空間に埋め込んで得られるストレンジアトラクタに、前記時系列データを構成する状態量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加し、該情報軸が追加されたストレンジアトラクタに基づいて、前記将来の状態量を予測することを特徴としている。   One aspect of the prediction apparatus of the present invention that achieves the above object accumulates state quantities that change over time, and predicts future state quantities from time-series data of the accumulated state quantities based on chaos theory. An information axis for reflecting information on elements that affect the state quantity constituting the time series data is added to a strange attractor obtained by embedding the time series data in a multidimensional state space. The future state quantity is predicted based on the strange attractor to which the information axis is added.

また、上記目的を達成する本発明の予測方法の一態様は、時間の経過とともに変化する状態量を蓄積し、カオス理論に基づいて、蓄積された状態量の時系列データから将来の状態量を予測する予測方法であって、前記時系列データを多次元状態空間に埋め込んだストレンジアトラクタを導出する工程と、前記ストレンジアトラクタに、前記時系列データを構成する状態量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加する工程と、該情報軸が追加されたストレンジアトラクタに基づいて、最新の観測で得られたデータベクトルが進む将来のデータベクトルを予測計算手法を用いて算出する工程と、前記算出された将来のデータベクトルから将来の状態量を求める工程と、を有することを特徴としている。   Also, one aspect of the prediction method of the present invention that achieves the above object is to accumulate state quantities that change over time, and to calculate future state quantities from time-series data of accumulated state quantities based on chaos theory. A prediction method for predicting, wherein a step of deriving a strange attractor in which the time series data is embedded in a multidimensional state space, and information on elements affecting the state quantity constituting the time series data in the strange attractor. A step of adding an information axis to be reflected, and a step of calculating a future data vector in which a data vector obtained by the latest observation advances based on the strange attractor to which the information axis is added using a prediction calculation method And a step of obtaining a future state quantity from the calculated future data vector.

以上の発明によれば、カオス理論に基づいて将来の状態量を予測する予測装置の予測精度が向上する。   According to the above invention, the prediction accuracy of the prediction device that predicts the future state quantity based on the chaos theory is improved.

本発明の実施形態に係る予測装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the prediction apparatus concerning the embodiment of the present invention. 本発明の実施形態に係る予測装置の予測に供される時系列データの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the time series data with which it uses for the prediction of the prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る予測装置により作成されるストレンジアトラクタの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the strange attractor produced by the prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る予測装置により選択される可能性が高まったストレンジアトラクタの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the strange attractor with which possibility of selection by the prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention increased. 局所ファジィ再構成法の概念図である。It is a conceptual diagram of the local fuzzy reconstruction method. 本発明の実施例1の予測装置における予測方法のフローチャートである。It is a flowchart of the prediction method in the prediction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の予測装置で形成されるストレンジアトラクタを示す図である。It is a figure which shows the strange attractor formed with the prediction apparatus of Example 1 of this invention. 本発明の実施例1の予測装置により選択される可能性が高まったストレンジアトラクタの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the strange attractor with which possibility of selection by the prediction apparatus of Example 1 of this invention increased. 本発明の実施例4の予測装置により選択される可能性が高まったストレンジアトラクタの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the strange attractor with which possibility of being selected by the prediction apparatus of Example 4 of this invention increased.

本発明の実施形態に係る予測装置及び予測方法について、図を参照して詳細に説明する。なお、実施形態の説明では、浄水場の配水量予測または電力供給会社の電力消費量予測を行う形態を例示して説明するが、本発明の予測装置及び予測方法は、実施形態に限定されるものではなく、高速道路、電力網(マイクログリッドを含む)等の社会基盤や生産設備におけるシステムを制御する状態量の予測に適用することができる。また、予測される状態量は、システムを制御するための状態量に限定されるものではなく、時間の経過とともに変化する状態量(例えば、血糖値や脳波若しくは波の高さや台風の進路情報等)を蓄積し、カオス理論に基づいて、将来の状態量を予測するような予測装置に適用することもできる。   A prediction apparatus and a prediction method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, although description of embodiment demonstrates and demonstrates the form which performs the amount of water distribution prediction of a water purification plant, or the power consumption prediction of an electric power supply company, the prediction apparatus and prediction method of this invention are limited to embodiment. It can be applied to the prediction of state quantities that control systems in social infrastructure and production facilities such as highways and power networks (including microgrids). Further, the predicted state quantity is not limited to the state quantity for controlling the system, but the state quantity that changes over time (for example, blood glucose level, brain wave or wave height, typhoon course information, etc.) ) And can be applied to a prediction device that predicts future state quantities based on chaos theory.

図1に示すように、本発明の実施形態に係る予測装置1は、検出部2と、データ格納部3と、予測演算部4と、を備える。   As shown in FIG. 1, the prediction device 1 according to the embodiment of the present invention includes a detection unit 2, a data storage unit 3, and a prediction calculation unit 4.

検出部2は、社会基盤や生産設備における状態量を検出する。状態量は、社会基盤や生産設備等のシステムを運用する際に変化する要素であり、この状態量に応じてシステムが制御される。例えば、浄水場のシステム制御を行う場合、検出部2は、使用される水の流量(配水量)等を検出する。検出部2で検出された状態量は、データ入力部5を介してデータ格納部3に保存される。   The detection unit 2 detects state quantities in the social infrastructure and production facilities. The state quantity is an element that changes when operating a system such as a social infrastructure or a production facility, and the system is controlled according to the state quantity. For example, when performing system control of a water purification plant, the detection part 2 detects the flow volume (water distribution amount) etc. of the water used. The state quantity detected by the detection unit 2 is stored in the data storage unit 3 via the data input unit 5.

データ格納部3は、検出部2で検出された状態量を時系列データとして保存する。例えば、浄水場のシステムでは、検出部2において、図2に示すような時間に応じて変化する配水量が検出される。検出された配水量は一定期間蓄積され、所定期間毎の配水量の蓄積量が時系列データとしてデータ格納部3に保存される。   The data storage unit 3 stores the state quantity detected by the detection unit 2 as time series data. For example, in the system of a water purification plant, the amount of water distribution that changes according to time as shown in FIG. The detected water distribution amount is accumulated for a certain period, and the accumulated amount of the water distribution amount for each predetermined period is stored in the data storage unit 3 as time series data.

予測演算部4は、カオス理論を用いてデータ格納部3に保存された時系列データから将来の状態量を予測する。具体的に説明すると、データ格納部3に保存された時系列データをターケンスの埋め込み定理に基づいて、n次元(nは2以上の整数)の状態空間に埋め込む。この処理により、式(1)に示されるデータベクトルが得られる。なお、式(1)において、埋め込み次元(n)及び遅れ時間(τ)は、解析される時系列データに応じて適宜設定される数である。
x(t)=(y(t),y(t−τ),・・・,y(t−(n−1)τ)) …(1)
状態空間にプロットされたデータベクトルx(t)に対してtを変化させると、n次元状態空間に軌道(ストレンジアトラクタ)が描かれる。例えば、図3に示すようなダイナミクスを内包するストレンジアトラクタがn次元空間上に描画される。
The prediction calculation unit 4 predicts a future state quantity from time series data stored in the data storage unit 3 using chaos theory. More specifically, the time-series data stored in the data storage unit 3 is embedded in an n-dimensional (n is an integer of 2 or more) state space based on the Turkens embedding theorem. By this process, the data vector shown in Expression (1) is obtained. In equation (1), the embedding dimension (n) and the delay time (τ) are numbers appropriately set according to the time series data to be analyzed.
x (t) = (y (t), y (t−τ),..., y (t− (n−1) τ)) (1)
When t is changed with respect to the data vector x (t) plotted in the state space, a trajectory (strange attractor) is drawn in the n-dimensional state space. For example, a strange attractor including dynamics as shown in FIG. 3 is drawn on the n-dimensional space.

次に、状態空間にプロットされたデータベクトルx(t)に、検出部2で検出された状態量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加する。1あるいはそれ以上の情報軸を追加することで、追加された情報軸の数に応じてストレンジアトラクタの次元数が増加することとなる。例えば、浄水場のシステムでは、需要量に影響を与える要素として、年、季節、曜日、平日、休日、祝祭日、時刻、天候、気温等の要素がある。   Next, an information axis is added to the data vector x (t) plotted in the state space to reflect information on elements that affect the state quantity detected by the detection unit 2. By adding one or more information axes, the number of dimensions of the strange attractor increases according to the number of added information axes. For example, in a water purification plant system, there are factors such as year, season, day of the week, weekday, holiday, holiday, time, weather, temperature, etc. as factors that affect demand.

つまり、データベクトルx(t)に、各要素の情報を反映するための情報軸(a,b,c,・・・)を追加することで、式(2)に示すような新たなデータベクトルx’(t)が得られる。
x’(t)=(y(t),y(t−τ),・・・y(t−(n−1)τ),a,b,c,・・・) …(2)
このデータベクトルx’(t)により、n+m次元状態空間(mは追加した情報軸の数)に新たなストレンジアトラクタが描かれることとなる。
That is, by adding information axes (a, b, c,...) For reflecting the information of each element to the data vector x (t), a new data vector as shown in Expression (2) x ′ (t) is obtained.
x ′ (t) = (y (t), y (t−τ),... y (t− (n−1) τ), a, b, c,...) (2)
With this data vector x ′ (t), a new strange attractor is drawn in the n + m-dimensional state space (m is the number of added information axes).

このように情報軸を追加して、次元数が増加した状態空間に新たなストレンジアトラクタを描くことで、図3に示したデータベクトルx(t)で描かれたストレンジアトラクタ間の距離が変更されることとなる。その結果、図4に示すように、データベクトルx(t)により描かれたストレンジアトラクタから選択される可能性が高いアトラクタが切り出されることとなる。図4では、濃い色で塗りつぶされているアトラクタが選択の確率が高まったアトラクタ群を示している。なお、情報軸の取り方によっては、次元数が増加した状態空間に埋め込まれるストレンジアトラクタは、元のストレンジアトラクタとは異なる形状となる場合もあるが、そのような場合においても、状態量に影響を与える要素の情報を反映してアトラクタの選択を行うことができる。   By adding an information axis in this way and drawing a new strange attractor in the state space with an increased number of dimensions, the distance between the strange attractors drawn with the data vector x (t) shown in FIG. 3 is changed. The Rukoto. As a result, as shown in FIG. 4, an attractor that is highly likely to be selected from the strange attractors drawn by the data vector x (t) is cut out. FIG. 4 shows an attractor group in which the attractor filled with a dark color has a higher probability of selection. Depending on how the information axis is taken, the strange attractor embedded in the state space with the increased number of dimensions may have a different shape from the original strange attractor. The attractor can be selected by reflecting the information of the element that gives

そして、n+m次元状態空間上に、最新の観測で得られたデータベクトルz(T)をプロットする。ここで、最新のデータベクトルz(T)から距離の近いデータベクトルx’(i’)を「近傍データベクトル」と称する。近傍データベクトルx’(i’)は、過去の観測データベクトルである。   Then, the data vector z (T) obtained by the latest observation is plotted on the n + m-dimensional state space. Here, the data vector x ′ (i ′) that is close to the latest data vector z (T) is referred to as a “neighbor data vector”. The neighborhood data vector x ′ (i ′) is a past observation data vector.

最新のデータベクトルz(T)の近傍データベクトルx’(i’)からsステップ先ベクトルx’(i’+s)への軌道は既知である。時系列データの変動に規則性を仮定すると、状態z(T)からz(T+s)の軌道は、状態x’(i’)からx’(i’+s)の軌道と近似的に等価である。よって、複数の近傍データベクトルx’(i’)を選択し、各種アルゴリズム(予測計算手法)を用いて将来のデータベクトルz(T+s)を算出することができる。各種アルゴリズムとしては、例えば、グラムシュミットの直交化法、テセレーション法、局所ファジィ再構成法、重心法等の方法を使用することができる。例えば、局所ファジィ再構成法では、図5に示すように、近傍データベクトルの軌道に応じて、将来のデータベクトルが予測される。この場合、最新のデータベクトルと選択された近傍データベクトルとの距離によって、異なる重み付けがなされることとなる。そして、予測された将来のデータベクトルから将来の状態量が導出される。   The trajectory from the neighborhood data vector x ′ (i ′) of the latest data vector z (T) to the s step ahead vector x ′ (i ′ + s) is known. Assuming regularity in the fluctuation of the time series data, the trajectory from the state z (T) to z (T + s) is approximately equivalent to the trajectory from the state x ′ (i ′) to x ′ (i ′ + s). . Therefore, it is possible to select a plurality of neighboring data vectors x ′ (i ′) and calculate future data vectors z (T + s) using various algorithms (prediction calculation methods). As various algorithms, for example, Gramschmitt orthogonalization method, tessellation method, local fuzzy reconstruction method, centroid method and the like can be used. For example, in the local fuzzy reconstruction method, as shown in FIG. 5, a future data vector is predicted according to the trajectory of the neighborhood data vector. In this case, different weighting is performed depending on the distance between the latest data vector and the selected neighboring data vector. A future state quantity is derived from the predicted future data vector.

予測演算部4において将来の状態量が予測された後、図1に示すように、予測演算部4で導出された将来の状態量は、予測結果格納部6に保存される。なお、将来のデータベクトルの予測値をデータ格納部3に保存し、教師データとして用いることもできる。   After the future state quantity is predicted by the prediction calculation unit 4, the future state quantity derived by the prediction calculation unit 4 is stored in the prediction result storage unit 6 as shown in FIG. 1. Note that predicted values of future data vectors can be stored in the data storage unit 3 and used as teacher data.

また、予測演算部4で予測された状態量は、出力部7(ディスプレイ等)に出力される。出力部7には、予測された状態量と実際に計測された状態量とを併せて表示してもよい。また、出力部7に予測された状態量に応じて変動する他の状態量を表示してもよい。   The state quantity predicted by the prediction calculation unit 4 is output to the output unit 7 (display or the like). The output unit 7 may display the predicted state quantity and the actually measured state quantity together. Moreover, you may display the other state quantity which fluctuates according to the estimated state quantity on the output part 7. FIG.

[実施例1]
実施例1の予測装置は、比較的長期間(現在時点より24時間後)の浄水場の需要量を予測した。図6に、実施例1の予測装置の予測演算フローチャートを示す。
[Example 1]
The prediction apparatus of Example 1 predicted the demand amount of the water purification plant for a relatively long period (24 hours after the current time point). FIG. 6 shows a prediction calculation flowchart of the prediction apparatus according to the first embodiment.

まず、浄水場Aの第1系統の配水量データ(2009年4月1日〜2012年3月31日までの期間における配水量を1時間毎に積算したデータ)をデータ格納部3に保存し、教師データとした(ステップS1)。   First, the water distribution amount data of the first system of the water purification plant A (data obtained by integrating the water distribution amount in the period from April 1, 2009 to March 31, 2012 every hour) is stored in the data storage unit 3. Teacher data was set (step S1).

データ格納部3に保存された教師データを、埋め込み次元5、遅れ時間3で、直交系状態空間に埋め込んだ(ステップS2)。この埋め込み処理により得られたストレンジアトラクタを図7に示す。   The teacher data stored in the data storage unit 3 is embedded in the orthogonal state space with the embedding dimension 5 and the delay time 3 (step S2). A strange attractor obtained by this embedding process is shown in FIG.

次に、図7に示したストレンジアトラクタに需要量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加した(ステップS3)。ここでは、季節の情報、年の情報、平日の情報の3つの情報軸を追加した。季節の情報軸には、各季節(春夏秋冬)に応じて、1〜4の数を代入した。また、年の情報軸には、2009年〜2012年に応じて、1〜4の数を代入した。同様に、平日の情報軸には、平日、土曜、日曜祝日に応じて、1〜3の数を代入した。情報軸を追加することで、ストレンジアトラクタの次元軸が拡張されることとなる。この次元軸が拡張されたストレンジアトラクタに基づいて将来の需要量を予測することで、図8に示すように、ステップS2で形成されたストレンジアトラクタから選択される確率が高いストレンジアトラクタを切り出して将来の需要量が予測される。   Next, an information axis for reflecting information on elements that affect the demand amount is added to the strange attractor shown in FIG. 7 (step S3). Here, three information axes were added: seasonal information, year information, and weekday information. The number of 1 to 4 was assigned to the seasonal information axis according to each season (spring, summer, autumn and winter). Moreover, the number of 1-4 was substituted for the information axis of the year according to 2009-2012. Similarly, the numbers 1 to 3 are assigned to the weekday information axis according to weekdays, Saturdays, and Sundays and holidays. By adding the information axis, the dimension axis of the strange attractor is expanded. By predicting the future demand based on the strange attractor in which the dimension axis is expanded, as shown in FIG. 8, the strange attractor having a high probability of being selected from the strange attractor formed in Step S2 is cut out and Demand volume is predicted.

次に、情報軸が追加されたストレンジアトラクタ上で、最新のデータベクトルの近傍データベクトルを選択した(ステップS4)。ここでは、最新のデータベクトルから近い順に4つのデータベクトルを選択した。   Next, the neighborhood data vector of the latest data vector is selected on the strange attractor to which the information axis is added (step S4). Here, four data vectors are selected in the order from the latest data vector.

選択された4つの近傍データベクトルとこの近傍データベクトルにおけるストレンジアトラクタの軌跡から、それぞれの近傍データベクトルの進む未来のデータベクトルを抽出し、局所ファジィ再構成法、テセレーション法及びグラムシュミット直交化法の3つのアルゴリズムで最新のデータベクトルが進む将来のデータベクトルを抽出した(ステップS5)。どのアルゴリズムでもほぼ同様の予測精度で将来のデータベクトルを抽出することができた。予測時間については、時間差があり、局所ファジィ再構成法、グラムシュミット直交化法、テセレーション法、の順に計算時間が短かった。すなわち、異なるアルゴリズムを用いた場合、予測計算時間は異なるものの、ほぼ同様の予測精度で将来のデータベクトルを予測することができた(他の実施例も同じである)。   From the selected four neighborhood data vectors and the trajectory of the strange attractor in the neighborhood data vector, the future data vectors of the respective neighborhood data vectors are extracted, and the local fuzzy reconstruction method, tessellation method, and Gram Schmitt orthogonalization method are extracted. The future data vector to which the latest data vector advances is extracted by the three algorithms (step S5). All algorithms were able to extract future data vectors with almost the same prediction accuracy. Regarding the prediction time, there was a time difference, and the calculation time was shorter in the order of the local fuzzy reconstruction method, the Gram Schmidt orthogonalization method, and the tessellation method. That is, when a different algorithm is used, although the prediction calculation time is different, a future data vector can be predicted with substantially the same prediction accuracy (the same is true for the other embodiments).

最後に、ステップS5で抽出された将来のデータベクトルから将来の需要量の予測値を算出した(ステップS6)。   Finally, the predicted value of the future demand is calculated from the future data vector extracted in step S5 (step S6).

対照実験として、情報軸の追加(ステップS3)を行わないこと以外は実施例1の予測装置と同じ方法で需要量の予測を行った。   As a control experiment, the demand amount was predicted by the same method as the prediction apparatus of Example 1 except that the addition of the information axis (step S3) was not performed.

需要量の予測は、現在時刻から24時間先までの合計の需要量を予測した。24時間先までの予測は、1時間毎に需要量の予測を行い、得られた需要量を24時間積算して24時間先までの需要量とした。需要量の予測は、2012年4月1日〜2013年3月31日まで行い、需要量の予測精度の評価は、式(3)に基づいて行った。一般的に浄水場では、需要量に応じて配水が行われるので、(3)式における「予測配水量」は「予測需要量」と等しい量である(他の実施例でも同様である)。なお、需要量の予測は1日毎に1年間行い、1年間で得られた予測精度の絶対値を平均した。
予測精度=((実配水量−予測配水量)/実配水量)×100(%) …(3)
対照実験の予測装置における予測精度は、1.93であった。これに対して、実施例1の予測装置における予測精度は、1.84であり、情報軸を追加することで予測精度が向上した。
For the prediction of the demand amount, the total demand amount from the current time to 24 hours ahead was predicted. For the prediction up to 24 hours ahead, the demand amount is predicted every hour, and the obtained demand amount is integrated for 24 hours to obtain the demand amount up to 24 hours ahead. The demand amount was predicted from April 1, 2012 to March 31, 2013, and the prediction accuracy of the demand amount was evaluated based on Equation (3). Generally, in a water purification plant, water distribution is performed according to the demand amount, and therefore, the “predicted water distribution amount” in the equation (3) is the same amount as the “predicted demand amount” (the same applies to other embodiments). The demand amount was predicted for one year every day, and the absolute value of the prediction accuracy obtained in one year was averaged.
Prediction accuracy = ((Actual water distribution-Predicted water distribution) / Actual water distribution) x 100 (%) (3)
The prediction accuracy in the prediction device of the control experiment was 1.93. On the other hand, the prediction accuracy in the prediction apparatus of Example 1 is 1.84, and the prediction accuracy is improved by adding the information axis.

[実施例2]
実施例2の予測装置では、比較的短期間(現在時点より1時間後)の需要量の予測を行ったことが異なること以外は、実施例1の予測装置と同様に需要量の予測を行った。実施例2の予測装置は、実施例1と同様に、図6に示したフローチャートにしたがって需要量の予測を行った。
[Example 2]
The prediction device of the second embodiment predicts the demand amount in the same manner as the prediction device of the first embodiment, except that the demand amount is predicted for a relatively short period (one hour after the current time). It was. Similar to the first embodiment, the prediction apparatus according to the second embodiment predicts demand according to the flowchart illustrated in FIG. 6.

まず、浄水場Aの第2系統の配水量データ(2009年4月1日〜2012年3月31日における配水量を1時間毎に積算したデータ)をデータ格納部3に保存し、教師データとした(ステップS1)。   First, the water distribution amount data of the second system of the water purification plant A (data obtained by integrating the water distribution amount from April 1, 2009 to March 31, 2012 every hour) is stored in the data storage unit 3, and the teacher data (Step S1).

データ格納部3に保存された教師データを、埋め込み次元5、遅れ時間3で、直交系状態空間に埋め込んだ(ステップS2)。   The teacher data stored in the data storage unit 3 is embedded in the orthogonal state space with the embedding dimension 5 and the delay time 3 (step S2).

埋め込んだストレンジアトラクタに、季節の情報、年の情報、平日の情報の3つの情報軸を追加した(ステップS3)。   Three information axes of seasonal information, year information, and weekday information were added to the embedded strange attractor (step S3).

情報軸が追加されたストレンジアトラクタ上で、最新のデータベクトルの近傍データベクトルを4つ選択し(ステップS4)、選択された近傍データベクトルに基づいて将来の需要量の予測を行った(ステップS5,S6)。   Four neighboring data vectors of the latest data vector are selected on the strange attractor to which the information axis is added (step S4), and the future demand is predicted based on the selected neighboring data vector (step S5). , S6).

対照実験として、情報軸の追加(ステップS3)を行わないこと以外は実施例2の予測装置と同じ方法で需要量の予測を行った。   As a control experiment, the demand amount was predicted by the same method as the prediction apparatus of Example 2 except that the addition of the information axis (step S3) was not performed.

需要量の予測は、現在時刻から1時間先までの合計の需要量を予測した。需要量の予測は、2012年4月1日〜2013年3月31日まで行い、需要量の予測精度の評価は、式(3)に基づいて行った。なお、需要量の予測は1時間毎に1年間行い、1年間で得られた予測精度の絶対値を平均した。   The prediction of the demand amount predicted the total demand amount from the current time to one hour ahead. The demand amount was predicted from April 1, 2012 to March 31, 2013, and the prediction accuracy of the demand amount was evaluated based on Equation (3). The demand amount was predicted every hour for one year, and the absolute value of the prediction accuracy obtained in one year was averaged.

対照実験の予測装置における予測精度は、5.76であった。これに対して、実施例2の予測装置における予測精度は、5.14であり、情報軸を追加することで予測精度が向上した。   The prediction accuracy in the prediction device of the control experiment was 5.76. On the other hand, the prediction accuracy in the prediction apparatus of Example 2 was 5.14, and the prediction accuracy was improved by adding the information axis.

[実施例3]
実施例3の予測装置は、時系列データを埋め込んだストレンジアトラクタに追加する情報軸の要素が異なること以外は、実施例1の予測装置と同様の方法により、浄水場の需要量の予測を行ったものである。実施例3の予測装置は、図6に示したフローチャートにしたがって需要量の予測を行った。
[Example 3]
The prediction device of the third embodiment predicts the demand amount of the water purification plant by the same method as the prediction device of the first embodiment, except that the elements of the information axis added to the strange attractor in which the time series data is embedded are different. It is a thing. The prediction device of Example 3 predicted the demand amount according to the flowchart shown in FIG.

まず、浄水場Bの第1系統の配水量データ(2010年4月1日〜2012年3月31日における配水量を1時間毎に積算したデータ)をデータ格納部3に保存し、教師データとした(ステップS1)。   First, the water distribution amount data of the first system of the water purification plant B (data obtained by integrating the water distribution amount from April 1, 2010 to March 31, 2012 every hour) is stored in the data storage unit 3, and teacher data (Step S1).

データ格納部3に保存された教師データを、埋め込み次元5、遅れ時間3で、直交系状態空間に埋め込んだ(ステップS2)。   The teacher data stored in the data storage unit 3 is embedded in the orthogonal state space with the embedding dimension 5 and the delay time 3 (step S2).

埋め込んだストレンジアトラクタに、時刻の情報、気温の情報、曜日の情報の3つの情報軸を追加した。時刻の情報軸には、時刻に応じて、1〜24の数を代入した。また、気温の情報軸には、低い温度、中位の温度、高い温度に応じて、1〜3の数を代入した。同様に、曜日の情報軸には、月曜日〜日曜日に応じて、1〜7の数を代入した。   Three information axes were added to the embedded strange attractor: time information, temperature information, and day information. A number of 1 to 24 was assigned to the time information axis according to the time. Moreover, the number of 1-3 was substituted for the low temperature, the intermediate temperature, and the high temperature on the information axis of the air temperature. Similarly, the numbers 1 to 7 are assigned to the information axis of the day of the week according to Monday to Sunday.

情報軸が追加されたストレンジアトラクタ上で、最新のデータベクトルから最も近い5つの近傍データベクトルを選択し(ステップS4)、選択された近傍データベクトルに基づいて将来の需要量の予測を行った(ステップS5,S6)。   On the strange attractor to which the information axis is added, the five nearest neighbor data vectors are selected from the latest data vector (step S4), and the future demand is predicted based on the selected neighbor data vector ( Steps S5 and S6).

対照実験として、情報軸の追加(ステップS3)を行わないこと以外は、実施例3と同じ方法で需要量の予測を行った。   As a control experiment, the demand amount was predicted by the same method as in Example 3 except that the addition of the information axis (step S3) was not performed.

需要量の予測は、現在時刻から24時間先までの合計の需要量を予測した。24時間先までの予測は、1時間毎に需要量の予測を行い、得られた需要量を24時間積算して24時間先までの需要量とした。需要量の予測は、2012年4月1日〜2013年3月31日まで行い、需要量の予測精度の評価は、式(3)に基づいて行った。なお、需要量の予測は24時間毎に1年間行い、1年間で得られた予測精度の絶対値を平均した。   For the prediction of the demand amount, the total demand amount from the current time to 24 hours ahead was predicted. For the prediction up to 24 hours ahead, the demand amount is predicted every hour, and the obtained demand amount is integrated for 24 hours to obtain the demand amount up to 24 hours ahead. The demand amount was predicted from April 1, 2012 to March 31, 2013, and the prediction accuracy of the demand amount was evaluated based on Equation (3). The demand amount was predicted every 24 hours for one year, and the absolute value of the prediction accuracy obtained in one year was averaged.

対照実験の予測装置における予測精度は、3.46%であった。これに対して、実施例3の予測装置における予測精度は、3.18%であり、情報軸を追加することで予測精度が向上した。   The prediction accuracy in the prediction device of the control experiment was 3.46%. On the other hand, the prediction accuracy in the prediction apparatus of Example 3 was 3.18%, and the prediction accuracy was improved by adding an information axis.

[実施例4]
実施例4の予測装置は、電力供給システムの電力消費量の予測を行ったものである。実施例4の予測装置は、ステップS1においてデータ格納部3に保存されるデータが実施例1の予測装置と異なるものである。実施例4の予測装置では、図6に示したフローチャートにしたがって電力消費量の予測を行った。
[Example 4]
The prediction apparatus according to the fourth embodiment predicts the power consumption of the power supply system. The prediction apparatus according to the fourth embodiment is different from the prediction apparatus according to the first embodiment in data stored in the data storage unit 3 in step S1. In the prediction apparatus according to the fourth embodiment, power consumption is predicted according to the flowchart shown in FIG.

まず、電力供給システムの電力消費量データ(2008年4月1日〜2012年3月31日における電力消費量を1時間毎に積算したデータ)をデータ格納部3に保存し、教師データとした(ステップS1に相当)。   First, power consumption data of the power supply system (data obtained by accumulating the power consumption from April 1, 2008 to March 31, 2012 every hour) is stored in the data storage unit 3 and used as teacher data. (Corresponding to step S1).

データ格納部3に保存された教師データを、埋め込み次元5、遅れ時間4で、直交系状態空間に埋め込んだ(ステップS2)。   The teacher data stored in the data storage unit 3 is embedded in the orthogonal system state space with the embedding dimension 5 and the delay time 4 (step S2).

埋め込んだストレンジアトラクタに、天候の情報、気温の情報、平日の情報の3つの情報軸を追加した(ステップS3)。天候の情報軸には、晴れ、曇り、雨(雪)に応じて、1〜3の数を代入した。また、気温の情報軸には、低い温度、中位の温度、高い温度に応じて、1〜3の数を代入した。同様に、平日の情報軸には、平日、土曜、日曜祝日に応じて、1〜3の数を代入した。図9に、情報軸を追加することで選択される可能性が高まったアトラクタの一例を示す。   Three information axes of weather information, temperature information, and weekday information were added to the embedded strange attractor (step S3). Numbers 1 to 3 were assigned to the weather information axis according to sunny, cloudy, and rainy (snow). Moreover, the number of 1-3 was substituted for the low temperature, the intermediate temperature, and the high temperature on the information axis of the air temperature. Similarly, the numbers 1 to 3 are assigned to the weekday information axis according to weekdays, Saturdays, and Sundays and holidays. FIG. 9 shows an example of an attractor that is more likely to be selected by adding an information axis.

情報軸が追加されたストレンジアトラクタ上で、最新のデータベクトルから最も近い3つの近傍データベクトルを選択し(ステップS4)、選択された近傍データベクトルに基づいて将来の電力消費量の予測を行った(ステップS5,S6)。   On the strange attractor to which the information axis is added, the nearest three neighboring data vectors are selected from the latest data vector (step S4), and the future power consumption is predicted based on the selected neighboring data vector. (Steps S5 and S6).

対照実験として、情報軸の追加(ステップS3)を行わないこと以外は実施例4の予測装置と同じ方法で電力消費量の予測を行った。   As a control experiment, power consumption was predicted by the same method as the prediction apparatus of Example 4 except that the addition of the information axis (step S3) was not performed.

電力消費量の予測は、現在時刻から24時間先までの合計の電力消費量を予測した。24時間先までの予測は、1時間毎に電力消費量の予測を行い、得られた電力消費量を24時間積算して24時間先までの電力消費量とした。電力消費量の予測は、2012年4月1日〜2013年3月31日まで行い、電力消費量の予測精度の評価は、式(4)に基づいて行った。なお、電力消費量の予測は24時間毎に1年間行い、1年間で得られた予測精度の絶対値を平均して予測精度の評価を行った。
予測精度=((実電力消費量−予測電力消費量)/実電力消費量)×100(%) …(4)
対照実験の予測装置における予測精度は、3.61%であった。これに対して、実施例4の予測装置における予測精度は、3.13%であり、情報軸を追加することで予測精度が向上した。
For the prediction of power consumption, the total power consumption from the current time to 24 hours ahead was predicted. For prediction up to 24 hours ahead, power consumption is predicted every hour, and the obtained power consumption is integrated for 24 hours to obtain power consumption up to 24 hours ahead. The prediction of power consumption was performed from April 1, 2012 to March 31, 2013, and the evaluation of the prediction accuracy of the power consumption was performed based on Expression (4). The power consumption was predicted every 24 hours for one year, and the prediction accuracy was evaluated by averaging the absolute values of the prediction accuracy obtained in one year.
Prediction accuracy = ((actual power consumption−predicted power consumption) / actual power consumption) × 100 (%) (4)
The prediction accuracy in the control device of the control experiment was 3.61%. On the other hand, the prediction accuracy in the prediction apparatus of Example 4 was 3.13%, and the prediction accuracy was improved by adding the information axis.

以上のような、本発明の実施形態に係る予測装置及び予測方法によれば、カオス理論に基づいて将来の状態量を予測する予測装置の予測精度が向上する。すなわち、ストレンジアトラクタから適切なデータベクトルを選択するというアルゴリズムの良さは生かしたままで、より最適な選択となるように要素情報を反映させ、将来の状態量(データベクトル)を予測することができる。   According to the prediction device and the prediction method according to the embodiment of the present invention as described above, the prediction accuracy of the prediction device that predicts the future state quantity based on the chaos theory is improved. That is, it is possible to predict the future state quantity (data vector) by reflecting the element information so as to make a more optimal selection while keeping the goodness of the algorithm of selecting an appropriate data vector from the strange attractor.

本発明の実施形態に係る予測装置及び予測方法によれば、カオス理論に基づいて求められたストレンジアトラクタと、このストレンジアトラクタを構成する状態量と関連する様々な情報を次元軸化したものを融合させることで、既知の情報からの回帰予測の機能と、ストレンジアトラクタに展開されたカオス理論に基づく情報(決定論に基づいた予測)の双方を生かした、ハイブリッドのアトラクタを描くことができる。その結果、得られたアトラクタから、状態量と関連する様々な情報の寄与度を調整して将来の状態量を予測することができ、短期の予測から長期の予測まで広い範囲で予測精度を向上させることができる。   According to the prediction device and the prediction method according to the embodiment of the present invention, the strange attractor obtained based on the chaos theory and the various axes related to the state quantities constituting the strange attractor are integrated into a dimension axis. By doing so, it is possible to draw a hybrid attractor that makes use of both the function of regression prediction from known information and information based on chaos theory (prediction based on determinism) developed in the strange attractor. As a result, it is possible to predict the future state quantity by adjusting the contribution of various information related to the state quantity from the obtained attractor, improving the prediction accuracy in a wide range from short-term prediction to long-term prediction Can be made.

特に、本発明の実施形態に係る予測装置及び予測方法では、短期的な予測だけでなく長期的な予測においても予測精度を向上させることができる。その結果、一般的に長期予測と比較して短期予測の精度が高いカオス理論に基づいた予測において、長期予測の精度を向上させることができる。   In particular, in the prediction apparatus and the prediction method according to the embodiment of the present invention, prediction accuracy can be improved not only in short-term prediction but also in long-term prediction. As a result, it is possible to improve the accuracy of long-term prediction in prediction based on chaos theory, which generally has higher accuracy in short-term prediction than in long-term prediction.

なお、本発明の実施形態の説明は、特定の望ましい実施例を例として説明したが、本発明は、実施例に限定されるものではなく、発明の特徴を損なわない範囲で、適宜設計変更が可能であり、設計変更された形態も本発明の技術範囲に属する。   The description of the embodiments of the present invention has been given by way of specific preferred examples. However, the present invention is not limited to the examples, and design changes may be made as appropriate without departing from the characteristics of the invention. Possible and modified forms are also within the technical scope of the present invention.

例えば、本発明の予測装置は、高速道路、電力網(マイクログリッドを含む)等の社会基盤や生産設備における各システムを制御する状態量の予測に適用されるものである。よって、本発明の予測装置を、予測された状態量に基づいて各システムを制御する制御装置として用いることもできる。   For example, the prediction device of the present invention is applied to prediction of state quantities for controlling each system in a social infrastructure such as an expressway and a power network (including a microgrid) and production facilities. Therefore, the prediction apparatus of this invention can also be used as a control apparatus which controls each system based on the predicted state quantity.

また、実施形態の説明では、過去の状態量の時系列データに基づいて、将来の状態量を予測しているが、過去の状態量の時系列データと現在の状態量からリアルタイムに将来の状態量を求めることもできる。   In the description of the embodiment, the future state quantity is predicted based on the time series data of the past state quantity. However, the future state quantity is calculated in real time from the time series data of the past state quantity and the current state quantity. The amount can also be determined.

また、情報軸として追加される要素としては、実施形態に限定されるものではなく、温度等の測定可能なものや、天候等の判断できるものを用いることができる。具体的には、年(2014年等)、月(1月〜12月)、日(1日〜31日)、時間または時刻(1時間〜24時間)、分(1分〜60分)、秒(1秒〜60秒)といった暦及び時間に関する情報や、気圧(hPa)、降水量(mm)、気温(℃)、湿度(%)、風向・風速(m/s)、日照時間(h)、降雪量(cm)、積雪量(cm)、天候(快晴、晴れ、曇り、雨、・・・、雪、砂嵐等)、日射量(直接日射量、散乱日射量、全天日射量)、潮位、紫外線量といった気象及び天文現象に関する情報、並びに、花粉量、黄砂量、微小粒子状物質PM2.5濃度、平日等(休日、連休)、季節等の生活に関係する情報を情報軸として追加することが可能である。   In addition, elements added as information axes are not limited to those in the embodiment, and elements that can be measured such as temperature and those that can be determined such as weather can be used. Specifically, year (2014, etc.), month (January to December), day (1st to 31st), time or time (1 hour to 24 hours), minute (1 minute to 60 minutes), Information on calendar and time such as seconds (1 to 60 seconds), atmospheric pressure (hPa), precipitation (mm), temperature (° C), humidity (%), wind direction / wind speed (m / s), sunshine duration (h ), Snowfall (cm), snowfall (cm), weather (clear, clear, cloudy, rain, snow, sandstorm, etc.), solar radiation (direct solar radiation, diffuse solar radiation, global solar radiation) Information related to weather and astronomical phenomena such as tide level, UV, and pollen, yellow sand, PM2.5 concentration of fine particulate matter, weekdays, etc. (holidays, holidays), seasons, etc. It is possible to add.

1…予測装置
2…検出部
3…データ格納部
4…予測演算部
5…データ入力部
6…予測結果格納部
7…出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Prediction apparatus 2 ... Detection part 3 ... Data storage part 4 ... Prediction calculation part 5 ... Data input part 6 ... Prediction result storage part 7 ... Output part

Claims (4)

時間の経過とともに変化する状態量を蓄積し、
カオス理論に基づいて、蓄積された状態量の時系列データから将来の状態量を予測する予測装置であって、
前記時系列データを多次元状態空間に埋め込んで得られるストレンジアトラクタに、前記時系列データを構成する状態量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加し、
該情報軸が追加されたストレンジアトラクタに基づいて、前記将来の状態量を予測する
ことを特徴とする予測装置。
Accumulate state quantities that change over time,
A prediction device that predicts future state quantities from accumulated time series data based on chaos theory,
In the strange attractor obtained by embedding the time series data in a multidimensional state space, an information axis for reflecting information on elements that influence the state quantity constituting the time series data is added,
A prediction apparatus for predicting the future state quantity based on a strange attractor to which the information axis is added.
制御対象となるシステムの状態量を一定間隔で蓄積し、
カオス理論に基づいて、蓄積された状態量の時系列データから将来の状態量を予測する予測装置であって、
前記時系列データを多次元状態空間に埋め込んで得られるストレンジアトラクタに、前記時系列データを構成する状態量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加し、
該情報軸が追加されたストレンジアトラクタに基づいて、前記将来の状態量を予測する
ことを特徴とする予測装置。
Accumulate state quantities of the system to be controlled at regular intervals,
A prediction device that predicts future state quantities from accumulated time series data based on chaos theory,
In the strange attractor obtained by embedding the time series data in a multidimensional state space, an information axis for reflecting information on elements that influence the state quantity constituting the time series data is added,
A prediction apparatus for predicting the future state quantity based on a strange attractor to which the information axis is added.
前記情報軸が追加されたストレンジアトラクタから、最新の観測で得られたデータベクトルに近接する近傍データベクトルを複数選択し、該選択された近傍データベクトルから予測計算手法を用いて、前記最新の観測で得られたデータベクトルが進む将来のデータベクトルを算出し、
該将来のデータベクトルから前記将来の状態量を導出する
ことを特徴とする請求項1または請求項2に記載の予測装置。
A plurality of neighboring data vectors that are close to the data vector obtained by the latest observation are selected from the strange attractor to which the information axis is added, and the latest observation is performed using a prediction calculation method from the selected neighboring data vector. Calculate the future data vector that the data vector obtained in step
The prediction apparatus according to claim 1, wherein the future state quantity is derived from the future data vector.
時間の経過とともに変化する状態量を蓄積し、カオス理論に基づいて、蓄積された状態量の時系列データから将来の状態量を予測する予測方法であって、
前記時系列データを多次元状態空間に埋め込んだストレンジアトラクタを導出する工程と、
前記ストレンジアトラクタに、前記時系列データを構成する状態量に影響を与える要素の情報を反映するための情報軸を追加する工程と、
該情報軸が追加されたストレンジアトラクタに基づいて、最新の観測で得られたデータベクトルが進む将来のデータベクトルを予測計算手法を用いて算出する工程と、
前記算出された将来のデータベクトルから将来の状態量を求める工程と、を有する
ことを特徴とする予測方法。
A method of accumulating state quantities that change over time, and predicting future state quantities from time-series data of accumulated state quantities based on chaos theory,
Deriving a strange attractor in which the time series data is embedded in a multidimensional state space;
Adding to the strange attractor an information axis for reflecting information of an element that affects the state quantity constituting the time-series data; and
Based on the strange attractor to which the information axis is added, calculating a future data vector in which the data vector obtained by the latest observation advances using a prediction calculation method;
A step of obtaining a future state quantity from the calculated future data vector.
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