JP2017010111A - Device, method, and program for assisting with noise data rejection - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ノイズデータ除去支援装置、方法、および、プログラム、特に、ある変数の予測モデルを過去のデータから学習する装置に入力されるデータを対象とした異常データ(ノイズデータ)除去技術に関する。 The present invention relates to a noise data removal support apparatus, method, and program, and more particularly, to an abnormal data (noise data) removal technique for data input to an apparatus that learns a prediction model of a variable from past data.
ある変数値の振る舞いを記述するモデルを過去のデータから学習し、当該モデルに基づいて将来の変数値を予測する装置が存在する。このような装置は、様々な分野で用いられているが、近年、例えば太陽光発電の発電量の予測分野での利用が進んでいる。 There exists a device that learns a model describing behavior of a variable value from past data and predicts a future variable value based on the model. Such devices are used in various fields, but in recent years, for example, the use in the field of predicting the amount of power generated by solar power generation has progressed.
太陽光や風力などにより発電された再生可能エネルギーの固定買い取り制度の施行を契機に、太陽光発電の普及が進んでいる。電力事業者が担う電源設備の運用計画立案や電力市場取引での運用コスト低減のため、数時間後から数日前の時点で、将来の発電量を出来るだけ正確に把握することが喫緊の問題となっている。しかし、太陽光発電量は、気象状態に依存して出力が激しく変動し、その予測は容易ではない。 With the implementation of a fixed purchase system for renewable energy generated by sunlight and wind power, solar power generation has been spreading. It is an urgent issue to grasp the future power generation as accurately as possible from a few hours to a few days ago in order to plan the operation of power supply facilities that power companies bear and to reduce the operating costs in power market transactions. It has become. However, the output of photovoltaic power generation varies greatly depending on weather conditions, and its prediction is not easy.
この問題を解決する為の技術が、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載されている装置は、太陽光発電量を予測するために最小二乗法による統計的手法を用いている。この装置は、対象地点における対象時刻の気象状況を表す特徴量を入力変数、対象地点における対象時刻の太陽光発電量を出力変数として、過去の入出力関係を表すデータを統計的に学習することで対象時刻における予測関数を作成する。そして、この装置は、その予測関数に入力変数値を入力することで発電量を予測する。 A technique for solving this problem is described in Patent Document 1. The apparatus described in Patent Document 1 uses a statistical method based on the least square method in order to predict the amount of photovoltaic power generation. This device statistically learns data representing past input / output relationships, using the feature value representing the weather condition at the target time at the target point as an input variable and the amount of photovoltaic power generation at the target time at the target point as an output variable. To create a prediction function at the target time. And this apparatus estimates the electric power generation amount by inputting an input variable value into the prediction function.
この装置は、所定の気象状況に対する太陽光発電量の上限値しきいおよび下限しきい値により定まる区間を設け、所定の気象状況に対する太陽光発電量の新規データが入力されると、新規データが上限しきい値と下限しきい値の間にあるか否かを判定する。新規データがこれらの範囲外にあると、この装置は、新規データをノイズデータとして除外する。この装置は、これにより、予測精度の向上を図っている。 This device provides a section determined by an upper limit threshold and a lower threshold of the amount of photovoltaic power generation for a predetermined weather situation, and when new data of the amount of photovoltaic power generation for a predetermined weather situation is input, the new data It is determined whether it is between the upper threshold and the lower threshold. If the new data is outside these ranges, the device excludes the new data as noise data. This apparatus is thereby improving the prediction accuracy.
特許文献1に記載されている装置は、過去の入出力関係を表すデータに含まれるノイズデータを十分に除去することができない。このように学習の対象となるデータは、一般に教師データと呼ばれる。すなわち、特許文献1に記載されている装置は、教師データに含まれるノイズデータを十分に除去することができない。教師データに真の相関関係にないデータが含まれるため、この装置は、高精度な予測関数を作成できず、予測精度の向上が不十分である。 The device described in Patent Document 1 cannot sufficiently remove noise data included in data representing past input / output relationships. The data to be learned in this way is generally called teacher data. That is, the apparatus described in Patent Document 1 cannot sufficiently remove noise data included in teacher data. Since the teacher data includes data that does not have a true correlation, this apparatus cannot create a highly accurate prediction function, and the prediction accuracy is not sufficiently improved.
特許文献1で記載されている装置は、データがノイズか否かを判断するのに、晴、曇り、雨などの天気ごとに太陽光発電量の上限しきい値と下限しきい値からなる区間を設定している。しかし、その値は、当該装置の運用者や利用者が経験などに基づいて定めたものであり、必ずしも適切ではない可能性がある。 The apparatus described in Patent Document 1 is a section that includes an upper threshold value and a lower threshold value for the amount of photovoltaic power generation for each weather, such as sunny, cloudy, and rainy, to determine whether data is noise. Is set. However, the value is determined by the operator or user of the apparatus based on experience or the like, and may not necessarily be appropriate.
本発明は、ノイズデータの除去に関する上述の課題を解決する、ノイズデータ除去支援装置、方法、および、プログラムを提供することを目的とする。 It is an object of the present invention to provide a noise data removal support apparatus, method, and program that solve the above-described problems related to noise data removal.
本発明の1実施の形態のノイズデータ除去支援装置は、或る時点における、入力変数の値および出力変数の実績値を包含する履歴レコードを、複数時点について格納するデータ記憶手段と、ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、前記入力変数の値から予測された前記出力変数の予測値と前記出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出し、抽出した履歴レコードに基づいて、前記入力変数の値から前記出力変数の値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する事前予測手段と、を備える。 A noise data removal support apparatus according to an embodiment of the present invention includes a data storage unit that stores a history record including a value of an input variable and an actual value of an output variable at a certain time point, and a noise determination threshold value. A history record in which the difference between the predicted value of the output variable predicted from the value of the input variable and the actual value of the output variable is less than or equal to the noise determination threshold is extracted and changed. Based on the history record, a prediction function for predicting the value of the output variable and a prediction error thereof are calculated from the value of the input variable, and a noise determination threshold value with a smaller prediction error than the others is selected and output. Prior prediction means.
本発明の1実施の形態の方法は、或る時点における、入力変数の値および出力変数の実績値を包含する履歴レコードを、複数時点について記憶し、ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、前記入力変数の値から予測された前記出力変数の予測値と前記出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出し、抽出した履歴レコードに基づいて、前記入力変数の値から前記出力変数の値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する。 The method according to an embodiment of the present invention stores a history record including a value of an input variable and an actual value of an output variable at a certain time point for a plurality of time points, while changing a noise determination threshold value within a predetermined range. A history record in which the difference between the predicted value of the output variable predicted from the value of the input variable and the actual value of the output variable is equal to or less than the noise determination threshold, and the input is performed based on the extracted history record. A prediction function for predicting the value of the output variable and its prediction error are calculated from the value of the variable, and a noise determination threshold value with a smaller prediction error than the others is selected and output.
本発明の1実施の形態のプログラムは、或る時点における、入力変数の値および出力変数の実績値を包含する履歴レコードを、複数時点について記憶するデータ記憶処理と、ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、前記入力変数の値から予測された前記出力変数の予測値と前記出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出し、抽出した履歴レコードに基づいて、前記入力変数の値から前記出力変数の値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する事前予測処理と、をコンピュータに実行させる。 A program according to an embodiment of the present invention includes a data storage process for storing a history record including a value of an input variable and an actual value of an output variable at a certain time, and a noise determination threshold within a predetermined range. The difference between the predicted value of the output variable predicted from the value of the input variable and the actual value of the output variable is extracted from the noise determination threshold value or less based on the extracted history record. A prediction function for predicting the value of the output variable from the value of the input variable and a prediction error thereof, and a pre-prediction process for selecting and outputting a noise determination threshold value with which the calculated prediction error is smaller than others , Execute on the computer.
本発明にかかるノイズ除去支援装置は、教師データに含まれるノイズデータを十分に除去すること、つまり、教師データを真の相関を持つデータのみのデータに近づけることを可能とする。したがって、当該データを学習対象とする装置は、高精度な予測モデル、例えば、予測関数、を作成し、高精度な予測をすることができる。 The noise removal support apparatus according to the present invention can sufficiently remove the noise data included in the teacher data, that is, the teacher data can be brought close to data having only true correlation. Therefore, an apparatus that uses the data as a learning target can create a highly accurate prediction model, for example, a prediction function, and perform highly accurate prediction.
<第1の実施の形態>
<構成>
本実施の形態にかかるノイズデータ除去支援装置100は、教師データからノイズデータを除去する為のパラメータであるノイズ判定閾値を決定する。ノイズデータ除去支援装置100は、さらに、決定されたノイズ判定閾値に基づいてノイズデータが除去された教師データから出力変数の予測関数を生成して、将来の出力変数値を予測しても良い。
<First Embodiment>
<Configuration>
The noise data removal support
図1は、本実施の形態にかかるノイズデータ除去支援装置100の構成図である。ノイズデータ除去支援装置100は、入力装置40と出力装置50に通信ネットワークなどを介して接続されている。ノイズデータ除去支援装置100は、データ取得部11、事前予測部12、予測部13、データ出力部14、主記憶部20、および、データ記憶部31を備えている。データ記憶部31は、ノイズデータ除去支援装置100外に存在し、通信ネットワークなどを介して接続されていても良い。
FIG. 1 is a configuration diagram of a noise data
入力装置40は、キーボード、マウスなどである。出力装置50は、ディスプレイ、プリンタなどである。
The
データ取得部11、事前予測部12、予測部13、および、データ出力部14は、半導体論理素子、半導体記憶素子、カウンタ、及び、その他回路素子を包含し、予め組みこまれたアルゴリズムを実行する論理回路である。主記憶部20は、読み書き可能な半導体記憶装置等であり、データが一時的に記憶される。データ記憶部31は、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ等の記憶装置であり、プログラムやデータを常時保存できる。
The data acquisition unit 11, the
データ記憶部31は、ノイズデータを含んでいる可能性が有る教師データを予め格納している。教師データは、日時、及び、その時点の出力変数の実績値と、入力変数の当該時点に対する予報値または当該時点の実績値を含む履歴レコードの集合である。例えば、ノイズデータ除去支援装置100は、この教師データを統計的に解析して予測関数を生成し、当該予測関数に入力変数の値を入力して、出力変数値を予測する。入力変数の値は、例えば、入力装置40から入力される。
The
予測関数が生成可能な理由は、入力変数値と出力変数値の間に一定の相関関係が存在するからである。教師データの多くはこの相関関係を示すが、一部は示さない。この相関関係を示さない教師データがノイズデータである。教師データから精度の高い予測関数を作成する為には、教師データがノイズデータを含んでいない方が好ましい。 The reason why the prediction function can be generated is that there is a certain correlation between the input variable value and the output variable value. Many teacher data show this correlation, but some do not. Teacher data that does not show this correlation is noise data. In order to create a highly accurate prediction function from the teacher data, it is preferable that the teacher data does not include noise data.
教師データは、例えば、再生可能エネルギー量等を、種々の地理、気象データから予測する為のデータである。再生エネルギーは、太陽光や風力などにより発電された電力である。この場合、教師データは、出力変数実績値としての再生可能エネルギー量等と、入力変数の値としての種々の地理・気象データを含む履歴データである。教師データは、例えば、緯度、経度、日付、時刻、発電量、日射量、気温、湿度、風向、風速、降水量、天気、上層雲量、中層雲量、下層雲量、全雲量、地上気圧、および、海面気圧を含む履歴データである。ここで、発電量は、例えば、太陽光発電や風力発電などによって発電された電力量である。 The teacher data is data for predicting, for example, the amount of renewable energy from various geography and weather data. Renewable energy is electric power generated by sunlight or wind power. In this case, the teacher data is history data including a renewable energy amount or the like as an output variable actual value and various geographical / weather data as input variable values. Teacher data includes, for example, latitude, longitude, date, time, power generation, solar radiation, temperature, humidity, wind direction, wind speed, precipitation, weather, upper cloud cover, middle cloud cover, lower cloud cover, total cloud cover, ground pressure, and This is historical data including sea level pressure. Here, the power generation amount is, for example, the amount of power generated by solar power generation or wind power generation.
なお、データ記憶部31に格納されている教師データは、履歴が取得された日時の出力変数値の実測値と、当該日時以前に予測された出力変数値の予測値と、の差分を算出するための差分算出データを包含しても良い。差分算出データは、差分そのものであっても良いし、予測値であっても良いし、予測に使用された予測関数記述と入力変数値であっても良い。例えば、過去に出力変数の予測をした装置が収集した履歴を、教師データとして用いる場合、当該装置は教師データに差分算出データを含めることが出来る。
The teacher data stored in the
データ記憶部31は、さらに、ノイズデータ除去支援装置100の動作パラメータを予め格納していても良い。動作パラメータは、例えば、定格値、ノイズ判定閾値εの初期値/上限値/下限値/刻み幅Δε、及び、学習日数である。
The
ここで、定格値は、日射量や発電量などの通常期待される出力値である。ノイズ判定閾値εは、気象データが真の相関を持たないノイズデータか否かを判定するための値である。予測誤差がこの閾値を超えていれば、その時点の気象データはノイズデータと判定される。ノイズ判定閾値の初期値は、閾値が取り得る範囲の中で最適な閾値を探索する処理の開始時の値である。ノイズ判定閾値の上限値/下限値は、閾値が取り得る範囲の上限/下限の値である。ノイズ判定閾値の刻み幅Δεは、閾値が取り得る範囲の中で最適な閾値を探索する際に検証を行う閾値間の幅である。学習日数は、学習に用いる教師データが取得された期間である。 Here, the rated value is a normally expected output value such as the amount of solar radiation and the amount of power generation. The noise determination threshold value ε is a value for determining whether or not the weather data is noise data having no true correlation. If the prediction error exceeds this threshold, the meteorological data at that time is determined as noise data. The initial value of the noise determination threshold is a value at the start of processing for searching for an optimum threshold within a range that the threshold can take. The upper limit value / lower limit value of the noise determination threshold is an upper limit / lower limit value of a range that the threshold can take. The step width Δε of the noise determination threshold is a width between thresholds to be verified when searching for an optimum threshold within a range that the threshold can take. The learning days is a period in which teacher data used for learning is acquired.
データ取得部11は、データ記憶部31から動作に必要な情報を主記憶部20に読み込むなどの初期設定を行う。事前予測部12は、教師データからノイズデータを除去する為のパラメータであるノイズ判定閾値を決定する。予測部13は、決定されたノイズ判定閾値に基づいてノイズデータが除去された教師データに基づいて、指定された将来時点の出力変数値を予測する。データ出力部14は、出力変数値の予測値を出力装置50に出力する。
The data acquisition unit 11 performs initial settings such as reading information necessary for operation from the
ノイズデータ除去支援装置100は、必ずしも予測部13を備えておらず、ノイズ判定閾値を決定して既存の他の装置に出力しても良い。当該他の装置が決定されたノイズ判定閾値に基づいて教師データからノイズデータを除去し、予測関数を生成し、指定された将来時点の出力変数値を予測しても良い。
The noise data
さらに、ノイズデータ除去支援装置100は、必ずしも、データ取得部11及び、データ出力部14を備えていなくても良い。事前予測部12、または、予測部13がそれらの機能を包含していても良い。
Furthermore, the noise data
なお、ノイズデータ除去支援装置100は、コンピュータ装置200により実現されても良い。図2は、コンピュータ装置200の構成図である。コンピュータ装置200は、入力装置40と出力装置50に通信ネットワークなどを介して接続されている。コンピュータ装置200は、プロセッサ10、主記憶部20、および、外部記憶装置30を備えている。外部記憶装置30は、コンピュータ装置200外に存在し、通信ネットワークなどを介して接続されていても良い。コンピュータ装置200の内部において、プロセッサ10、主記憶部20、外部記憶装置30、入力装置40、および、出力装置50は、バス60により相互に接続されている。
The noise data
プロセッサ10は、主記憶部20に格納されているプログラム21を実行することにより、データ取得部11、事前予測部12、予測部13、および、データ出力部14として機能する。外部記憶装置30は、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブなどの記憶装置であり、データ記憶部31として用いられる。なお、プログラム21は、例えば、当初外部記憶装置30に格納されており、コンピュータ装置200の初期設定時に主記憶部20にロードされる。
The
<動作>
図3は、ノイズデータ除去支援装置100の全体動作を示すフローチャートである。
<Operation>
FIG. 3 is a flowchart showing the overall operation of the noise data
入力装置40から開始命令が入力されると、データ取得部11が、データ記憶部31に保存されている教師データやノイズ判定閾値の初期値等を、主記憶部20へ一時的に保存する(S21)。なお、開始命令は1以上の予測対象日時を含む。予測対象日時は、現在または将来の日時である。
When a start command is input from the
次いで、事前予測部12が、ノイズ判定閾値が既に決定済みかどうか判定する(S22)。事前予測部12は、ノイズ判定閾値が初期値であれば、ノイズ判定閾値が決定済みではないと判定し(S22でNo)、ノイズ判定閾値が初期入力値以外の値であれば、決定済みと判定する(S22でYes)。
Next, the
ノイズ判定閾値が決定済みではない場合(S22でNo)、事前予測部12は事前予測を行うことにより、ノイズ判定閾値を決定する(S23)。この処理は、後述する。
When the noise determination threshold has not been determined (No in S22), the
ノイズ判定閾値の決定後、予測部13が、事前予測部12が決定したノイズ判定閾値を用いて教師データからノイズデータを削除し、ノイズデータが削除された教師データに基づいて予測関数を生成し、予測対象日時の出力変数値を予測する(S24)。事前予測部12が、ノイズ判定閾値が決定済みと判定した場合(S22でYes)も、同様である。S24の処理は、後述する。
After determining the noise determination threshold, the
予測部13は、開始命令で指定されたすべての予測対象日時の予測を繰り返し実行する(S25でNo、S24)。予測部13がすべての予測対象日時の予測を終了すると(S25でYes)、データ出力部14が、予測値をグラフ化等して出力装置50に出力し(S26)、処理を終了する。
The
<事前予測処理S23の詳細>
図4は、事前予測部12の動作を示すフローチャートである。この処理は、図3のS23で実行される。
<Details of Advance Prediction Process S23>
FIG. 4 is a flowchart showing the operation of the
事前予測部12は、初めにノイズ判定閾値εに上限値を設定する(S30)。ついで、事前予測部12は、この値を順次Δεずつ減らしながら(S3A)、予測誤差の極小値を検出するまで(S39でYes)、または、ノイズ判定閾値εが下限値以下になる(S31でNo)まで、S31乃至S3Aの予測処理を繰り返す。
The
予測処理において、事前予測部12は、教師データの全履歴レコードを一つずつ取り出して(S35、S36)、入力変数の予報値または実績値から予測される出力変数の予測値と出力変数の実績値との差分と、現在のノイズ判定閾値εを比較する(S32)。事前予測部12は、当該差分が現在のノイズ判定閾値εより小さな履歴レコードを教師データに残す旨記録し(S33)、当該差分が現在のノイズ判定閾値ε以上の履歴レコードをノイズデータとして教師データから削除する旨記録する(S34)。事前予測部12は、例えば、この記録を主記憶部20に一時的な抽出履歴テーブルを作成して記憶する。
In the prediction process, the
ここで、事前予測部12は、入力変数の値から予測される出力変数の予測値と出力変数の実績値との差分を、履歴レコードに含まれる差分算出データから得れば良い。差分算出データが、例えば、履歴が取得された日時以前に予測された出力変数値の予測値である場合、事前予測部12は、履歴レコードの出力変数の実測値と当該予想値の差分を算出すればよい。差分算出データが、例えば、履歴が取得された日時以前に予測された出力変数値の予測値と、履歴取得時の出力変数の実測値との差分であれば、事前予測部12は当該差分をそのままS32で使用すればよい。
Here, the
次いで、事前予測部12は、現在のノイズ判定閾値εに基づいて判断されたノイズデータが削除された教師データに基づいて予測関数を作成する(S37)。事前予測部12は、現在のノイズ判定閾値εに基づいて判断されたノイズデータが削除された教師データを主記憶部20の抽出履歴テーブルを参照して判断する。
Next, the
予測関数は、例えば、式(1)に示す形式の関数である。
The prediction function is, for example, a function having the format shown in Expression (1).
ここでtiは、履歴に含まれる最初の日から第i日目(iは1からpの自然数)を示す。ti+mは、第i+m日目(mは整数)を示す。pは教師データの日数-mを示す。Y(ti+m)は、第i+m日目の予測対象時刻における出力変数の予測値を示す。Xn(ti)は、第i日目の同時刻におけるn番目(nは整数)の入力変数の実績値、または、第i日目の同時刻に対するn番目の入力変数の予報値を示す。
Here t i represents the i-th day from the first day included in the history of (i is a natural number from 1 to p). t i + m represents the i + mth day (m is an integer). p indicates the number of days of teacher data-m. Y (t i + m ) represents the predicted value of the output variable at the prediction target time on the i + mth day. Xn (t i ) indicates the actual value of the n-th (n is an integer) input variable at the same time on the i-th day or the predicted value of the n-th input variable at the same time on the i-th day.
すなわち式(1)の関数Fは、教師データ内の入力変数の値を用いて、m日後の予測対象日の予測対象時刻、例えば、数時間後乃至数日後、の出力変数値を予測する関数である。例えばmが0である場合、式(1)は、入力変数の第i日目に対して出された予報値から同日の出力変数の値を予測する関数である。例えばmが1である場合、式(1)は、入力変数の第i日目に対する実績値から翌日の出力変数の値を予測する関数である。ここで、mは、例えば、ノイズデータ除去支援装置100の動作パラメータとして、データ記憶部31に格納されている。
That is, the function F of the formula (1) is a function for predicting the output variable value of the prediction target date of m days after the prediction target date, for example, several hours to several days later, using the value of the input variable in the teacher data. It is. For example, when m is 0, Expression (1) is a function that predicts the value of the output variable on the same day from the predicted value issued for the i-th day of the input variable. For example, when m is 1, Expression (1) is a function that predicts the value of the output variable of the next day from the actual value for the i-th day of the input variable. Here, m is stored in the
事前予測部12は、例えば、ノイズデータが削除された教師データを走査して、履歴が取得された各日の予測対象時刻について、当該日の出力変数実績値とm日前の入力変数値とを対応づけ、統計的な学習により関数Fを作成する。そのために、事前予測部12は、機械学習エンジンとして、重回帰、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシンなどを用いる。また、事前予測部12は、入力変数の予測関数Fへの取り込み方法として、例えば、入力変数の次元を増やす形で取り込む。
For example, the
ここで、入力変数Xnは気象パラメータであり、例えば、気温、湿度、風向、風速、気温、湿度、風向、風速、降水量、天気、上層雲量、中層雲量、下層雲量、全雲量、地上気圧、または、海面気圧である。 Here, the input variable Xn is a weather parameter, for example, temperature, humidity, wind direction, wind speed, temperature, humidity, wind direction, wind speed, precipitation, weather, upper cloud cover, middle cloud cover, lower cloud cover, total cloud cover, ground surface Atmospheric pressure or sea level pressure.
出力変数Yは、例えば、発電量、日射量、または、風速である。出力変数が日射量である場合、太陽光発電量は、例えば、日射量予測値に変換係数を乗算して算出される。出力変数が風速である場合、風力発電量は、例えば、風速予測値を風力発電の変換式によって変換して得られる。 The output variable Y is, for example, the amount of power generation, the amount of solar radiation, or the wind speed. When the output variable is the solar radiation amount, the solar power generation amount is calculated, for example, by multiplying the solar radiation amount predicted value by a conversion coefficient. When the output variable is wind speed, the amount of wind power generation is obtained, for example, by converting the predicted wind speed value using a wind power generation conversion formula.
なお、式(1)の例において、事前予測部12は、入力変数値として一律予測対象日のm日前の値を用いている。事前予測部12は、入力変数によって異なる日の変数値や、複数日の変数値を用いるように構成されていても良い。
In the example of Expression (1), the
予測関数を作成した後(S37)、事前予測部12は、予測関数に入力変数の値を代入し予測値を得て、さらに、出力変数の実績値と予測値から予測誤差を算出する(S38)。事前予測部12は、例えば、教師データの第1日目から第p日目までの入力変数値を用いて、第m+1日目から教師データの最終日までの出力変数の予測値を計算する。
After creating the prediction function (S37), the
事前予測部12は、例えば、予測誤差を式(2)で表されるMAPE(Mean Absolute Percentage Error)により算出する。
For example, the
ここで、yi+mは、式(1)のY(ti+m)すなわち、第i+m日目における出力変数の予測値である。ri+mは、第i+m日目における出力変数の実測値である。
Here, y i + m is Y (t i + m ) of Equation (1), that is, the predicted value of the output variable on the i + m day. r i + m is an actually measured value of the output variable on the i + m day.
次いで、事前予測部12は、予測誤差曲線の極小値が存在するか否かを確認する(S39)。ノイズ判定閾値をx成分、予測誤差をy成分とした予測誤差曲線において極小値が存在した場合(S39でYes)、事前予測部12は、当該極小値を与えるノイズ判定閾値εを出力して(S3B)、動作を終了する。ここで、極小値は、曲線の傾きが正から負へ変わる起点である。
Next, the
予測誤差曲線において極小値が存在しない場合(S39でNo)、事前予測部12は、現在のノイズ判定閾値εを順次Δε減らし、主記憶部20の抽出履歴テーブルを初期化してS31からの予測処理を繰り返す。極小値が見つからないまま、ノイズ判定閾値εが下限値以下になった場合(S39でNo、S31でNo)、事前予測部12は、最小値を与えるノイズ判定閾値εを出力して(S3C)、動作を終了する。
When there is no minimum value in the prediction error curve (No in S39), the
事前予測部12が出力するノイズ判定閾値は、教師データが取得された日数が変わると、変わる可能性が有る。また、地球の気象変動に伴いノイズ判定閾値の最適値が変わる可能性がある。このため、ノイズデータ除去支援装置100の管理者は、ノイズ判定閾値の更新を適切な周期で行い、できるだけ最新のものを用いることが望ましい。
The noise determination threshold output by the
履歴レコードが、差分算出データを含まない場合、事前予測部12は、最初に(S30の前)で、ノイズデータを含む教師データを学習して予測関数を作成し、当該予測関数を使って予測誤差を算出し、各履歴レコードに追記しても良い。この処理は、S37とS38と類似している。違いは、学習対象が、ノイズデータが削除された後の教師データか、ノイズデータを含む教師データかの差である。
When the history record does not include the difference calculation data, the
なお、事前予測部12は、初めにノイズ判定閾値εに下限値を設定してもよい(S30を変更)。この場合、事前予測部12は、この値を順次Δεずつ増やしながら(S3Aを変更)、予測誤差の極小値を検出する(S39でYes)、または、ノイズ判定閾値εが上限値以上になるまで(S31を変更)、S31乃至S3Aの予測処理を繰り返しても良い。この場合、極小値は、曲線の傾きが負から正へ変わる起点のことである。
The
事前予測部12は、極小値の検出は行わず、最小値の検出のみを行っても良い。
The
<予測処理S24の詳細>
まず、予測部13は、事前予測部12が決定したノイズ判定閾値を用いて教師データからノイズデータを削除し、ノイズデータが削除された教師データに基づいて、予測対象日時の予測関数を生成する。この処理は、図4のS32からS37の処理と同じである。ここで、作成された予測関数は、例えば、式(1)の関数であるとする。
<Details of Prediction Process S24>
First, the
次いで、予測部13は、式(1)の予測関数に、予測対象日のm日前の入力変数値を入力して、予測対象日の出力変数予測値Y(ti+m)を算出し、出力する。例えば、m=0であって予測対象日が明日である場合、予測部13は、入力変数(気象データ)の明日に対する予報値を入力装置40から取得して、予測関数に代入して明日の出力変数値を予測する。例えば、m=3であって予測対象日が明日である場合、予測部13は、入力変数の実測値を2日前の履歴データから取得して、予測関数に代入して明日の出力変数値を予測する。
Next, the
なお、事前予測部12が、当該ノイズ判定閾値で作成した予測関数が主記憶部20に残されている場合、予測部13は、当該予測関数を流用し、予測関数の生成を省略しても良い。
When the prediction function created by the
<効果>
本実施の形態のノイズ除去支援装置100は、教師データに含まれるノイズデータを十分に除去すること、つまり、教師データを真の相関を持つデータのみのデータに近づけることを可能とする。その理由は、事前予測部12が、予測誤差の極小値を与えるノイズ判定閾値を選択して出力するからである。したがって、当該データを学習対象とする装置または予測部13は、高精度な予測関数を作成し、高精度な予測をすることができる。
<Effect>
The noise
予測誤差の極小値与えるノイズ判定閾値を選択する理由は、教師データの精度が最も向上し、かつ、これ以上データを減らしすぎると精度改悪してしまう、臨界点になっているためである。また、極小点を検出すれば、事前予測部12は、ノイズ判定閾値の探索を中止できるため、処理効率が良いという利点もある。
The reason for selecting the noise judgment threshold value that gives the minimum value of the prediction error is that it is a critical point where the accuracy of the teacher data is most improved and the accuracy deteriorates if the data is reduced too much. Further, if the minimum point is detected, the
予測誤差の極小値が検出できないとき、事前予測部12は、最小値を与えるノイズ判定閾値を選択して出力する。最小値与えるノイズ判定閾値を選択する理由は、教師データの精度が最も向上するからである。
When the minimum value of the prediction error cannot be detected, the
<データ例>
図6は、学習日数60日の場合の、ノイズ判定閾値に関する東京における日射量予測精度依存性を示す図である。図7は、学習日数365日の場合の、ノイズ判定閾値に関する東京における日射量予測精度依存性を示す図である。
<Data example>
FIG. 6 is a diagram illustrating the dependence of the solar radiation amount prediction accuracy in Tokyo on the noise determination threshold in the case of 60 learning days. FIG. 7 is a diagram illustrating the dependence of the solar radiation amount prediction accuracy in Tokyo on the noise determination threshold in the case of 365 learning days.
この例において、ノイズ判定閾値の初期値/上限値は600Wh、ノイズ判定閾値の刻み幅は、100Wh、ノイズ判定閾値の下限値は200Whである。上記値は、それぞれ、日射量の定格出力1000Whの60%、10%、20%である。 In this example, the initial value / upper limit value of the noise determination threshold is 600 Wh, the step size of the noise determination threshold is 100 Wh, and the lower limit value of the noise determination threshold is 200 Wh. The above values are 60%, 10%, and 20% of the rated output of 1000Wh of solar radiation, respectively.
この例は、東京都千代田区大手町における、翌日5時〜19時における1時間ごとの日射量積算値(以下、日射量1時間値と略す)の予測を前日18時に行ったものである。出力変数は、日射量1時間値である。入力変数は、予測対象時刻と1時間前に対する上層雲量、中層雲量、下層雲量、気温、湿度、大気外日射量の予報値、及び、対象時刻から2時間前から12時間前までに対する、上層雲量、中層雲量、下層雲量、気温、湿度の予報値である。 In this example, in the Otemachi, Chiyoda-ku, Tokyo, the estimation of the integrated amount of solar radiation for each hour from 5:00 to 19:00 on the next day (hereinafter abbreviated as 1 hour of solar radiation) is performed at 18:00 on the previous day. The output variable is a 1 hour solar radiation value. The input variables are the upper cloud cover, the upper cloud cover, the middle cloud cover, the lower cloud cover, the temperature, the humidity, and the predicted amount of solar radiation from the target time, and the upper layer from 2 hours to 12 hours before the target time. These are forecast values for cloud cover, middle cloud cover, lower cloud cover, temperature, and humidity.
サポートベクターマシンが、この出力変数の実績値と、入力変数の値の相関関係について過去60日分もしくは過去365日分のデータを機械学習し、各対象時刻の予測式を作成した。 The support vector machine machine-learned data for the past 60 days or the past 365 days regarding the correlation between the actual value of the output variable and the value of the input variable, and created a prediction formula for each target time.
図6及び、図7は、ノイズ判定閾値を変化させて予測を行った場合、学習日数に依存して、最も精度改善できる最適値が存在していることを示す。図6は、学習日数が60日の場合、予測誤差が極小で最も精度改善がある閾値は、(b)で示す400Wh(定格出力の40%)であることを示す。図7は、学習日数が365日の場合、予測誤差が極小で最も精度改善がある閾値は、(b)で示す300Wh(定格出力の30%)であることを示す。最も精度改善がある閾値における精度は、本発明を適用しない場合、即ち、図6および図7の(a)で示す600Whの場合と比べ、学習日数に依存せず0.04%程度改善している。 FIG. 6 and FIG. 7 show that there is an optimum value that can improve the accuracy most depending on the number of learning days when prediction is performed by changing the noise determination threshold. FIG. 6 shows that when the number of learning days is 60 days, the threshold with the smallest prediction error and the highest accuracy improvement is 400 Wh (40% of the rated output) shown in (b). FIG. 7 shows that when the number of learning days is 365 days, the threshold with the smallest prediction error and the highest accuracy improvement is 300 Wh (30% of the rated output) shown in (b). The accuracy at the threshold with the highest accuracy improvement is improved by about 0.04% regardless of the number of learning days when the present invention is not applied, that is, compared with the case of 600 Wh shown in FIGS.
このとき、ノイズ除去支援装置100の予測部13は、学習日数が60日の場合、誤差改善が期待できるノイズ判定閾値εを400Whとして、対象日の予測を行う。また、予測部13は、学習日数が365日の場合、誤差改善が期待できるノイズ判定閾値εを300Whとして、対象日の予測を行う。
At this time, when the learning days are 60 days, the
図6において、ノイズ判定閾値の探索範囲は、300Whから600Whである。したがって、事前予測部12は、最適値400Whを極小値として検出する。図7において、ノイズ判定閾値の探索範囲は、200Whから600Whである。したがって、事前予測部12は、最適値300Whを極小値として検出する。
In FIG. 6, the search range of the noise determination threshold is 300 Wh to 600 Wh. Therefore, the
しかし、図6の事例で探索範囲の下限値が400Whであったとすると、事前予測部12は、最適値400Whを最小値として検出する。図7の事例で探索範囲の下限値が400Whであったとすると、事前予測部12は、やはり最適値400Whを最小値として検出する。この場合、ノイズ除去支援装置100の予測部13は、学習日数が60日であっても365日であっても、誤差改善が最も期待できるノイズ判定閾値εを400Whとして対象日の予測を行う。
However, if the lower limit value of the search range is 400 Wh in the case of FIG. 6, the
<第2の実施形態>
本実施の形態のノイズ除去支援装置100は、ノイズ判定閾値εの探索範囲を起動パラメータの上限値および下限値で与えられた範囲より短く設定する。具体的には、ノイズ除去支援装置100は、ノイズデータが検出されなくなるノイズ判定閾値εの下限値を検出し、当該下限値より大きな値域についての探索を省略する。当該下限値より大きな値域については、ノイズデータが存在せず、予測関数及び予測値と実測値の差は変化しないからである。
<Second Embodiment>
The noise
これによって、本実施の形態のノイズ除去支援装置100は、事前予測処理時間を短くすることができる。
Thereby, the noise
本実施の形態のノイズ除去支援装置100の事前予測部12は、第1の実施形態の事前予測部12の処理に加えて、ノイズデータが検出されなくなるノイズ判定閾値εの下限値を検出し、当該下限値をノイズ判定閾値εの探索範囲の上限値として設定する。
The
図5は、本実施形態の事前予測部12が追加的に実行する処理の動作フローチャートである。
FIG. 5 is an operation flowchart of processing additionally executed by the
事前予測部12は、初めにノイズ判定閾値εに下限値を設定する(S40)。次いで、事前予測部12は、この値を順次Δεずつ増やしながら(S48)、ノイズデータを検出する頻度がゼロになる(S47でYes)、または、ノイズ判定閾値εが起動パラメータで与えられた上限値以上になる(S41でNo)まで、以下の処理を繰り返す。
The
事前予測部12は、教師データの全履歴レコードを一つずつ取り出して(S45、S46)、入力変数の値から予測される出力変数の予測値と出力変数の実績値との差分と、現在のノイズ判定閾値εを比較する(S43)。事前予測部12は、当該差分が現在のノイズ判定閾値ε以上の履歴レコードを検出すると(S43でYes)、その数をカウントする(S44)。
The
事前予測部12は、入力変数の値から予測される出力変数の予測値と出力変数の実績値との差分を、履歴レコードに含まれる差分算出データから得れば良い。履歴レコードが差分算出データを含まない場合、事前予測部12は、最初に(S40の前)で、入力された教師データを学習して予測関数を作成し、当該予測関数を使って当該差分を算出し、各履歴レコードに追記しても良い。
The
ノイズデータを検出する頻度がゼロになるノイズ判定閾値εを検出すると(S47でYes)、事前予測部12は、当該値で、起動パラメータとして与えられた探索範囲の上限値を置換して(S48)、追加処理を終了する。ノイズデータを検出する頻度がゼロになるノイズ判定閾値εを検出しないまま(S47でNo)、ノイズ判定閾値εが起動パラメータで与えられた上限値以上になると(S41でNo)、事前予測部12は追加処理を終了する。
When the noise determination threshold value ε at which the frequency of detecting noise data is zero is detected (Yes in S47), the
追加処理を終了すると、続いて、事前予測部12は、図4のフローチャートの処理を実行する。
When the addition process ends, the
<データ例>
図8は、ノイズ判定閾値εごとに算出した教師データの年間のノイズデータ発生割合を示す。この例において、ノイズ判定閾値の初期値/下限値は0Wh、ノイズ判定閾値の刻み幅は100Wh、ノイズ判定閾値の上限値は1000Wh。上記値は、それぞれ、日射量の定格出力1000Whの0%、10%、100%である。これらの値は、ノイズデータ除去支援装置100に起動パラメータとして与えられている。
<Data example>
FIG. 8 shows the annual noise data generation rate of the teacher data calculated for each noise determination threshold ε. In this example, the initial value / lower limit value of the noise determination threshold is 0 Wh, the step size of the noise determination threshold is 100 Wh, and the upper limit value of the noise determination threshold is 1000 Wh. The above values are 0%, 10%, and 100% of the rated output of 1000Wh of solar radiation, respectively. These values are given to the noise data
図8は、学習日数60日と365日の両方の場合において、ノイズ判定閾値600Wh(定格出力の60%)以上においてノイズが発生しないことを示している。このことから、事前予測部12は、閾値の探索範囲の上限値を定格の60%として更新する。更新の結果、探索されたノイズ判定閾値εは、図6および図7に示した通りとなる。
FIG. 8 shows that no noise occurs when the noise determination threshold is 600 Wh (60% of the rated output) or more in both cases of learning
<第3の実施形態>
図9は、本実施の形態にかかるノイズデータ除去支援装置100の構成図である。ノイズデータ除去支援装置100は、事前予測部12、および、データ記憶部31を備えている。
<Third Embodiment>
FIG. 9 is a configuration diagram of the noise data
データ記憶部31は、或る時点における、入力変数の値および出力変数の実績値を包含する履歴レコードを、複数時点について格納する。
The
事前予測部12は、ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、入力変数の値から予測された出力変数の予測値と出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出する。さらに、事前予測部12は、抽出した履歴レコードに基づいて、入力変数値から出力変数値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する。
The
本実施の形態のノイズデータ除去支援装置100は、教師データに含まれるノイズデータを十分に除去すること、つまり、教師データを真の相関を持つデータのみのデータに近づけることを可能とする。その理由は、事前予測部12が、他の値より小さな予測誤差与えるノイズ判定閾値を選択して出力するからである。したがって、当該データを学習対象とする装置または予測部13は、高精度な予測関数を作成し、高精度な予測をすることができる。
The noise data
以上、実施形態を参照して本願発明を説明したが、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。本願発明の構成や詳細には、本願発明のスコープ内で当業者が理解し得る様々な変更をすることができる。 While the present invention has been described with reference to the embodiments, the present invention is not limited to the above embodiments. Various changes that can be understood by those skilled in the art can be made to the configuration and details of the present invention within the scope of the present invention.
10 プロセッサ
11 データ取得部
12 事前予測部
13 予測部
14 出力部
20 主記憶部
21 プログラム
30 外部記憶装置
31 データ記憶部
40 入力装置
50 出力装置
60 バス
100 ノイズデータ除去支援装置
200 コンピュータ装置
DESCRIPTION OF
Claims (10)
ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、前記入力変数の値から予測された前記出力変数の予測値と前記出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出し、抽出した履歴レコードに基づいて、前記入力変数の値から前記出力変数の値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する事前予測手段と、を備えるノイズデータ除去支援装置。 Data storage means for storing a history record including the value of the input variable and the actual value of the output variable at a certain time point for a plurality of time points;
While changing the noise judgment threshold within a predetermined range, a history record in which the difference between the predicted value of the output variable predicted from the value of the input variable and the actual value of the output variable is equal to or less than the noise judgment threshold is extracted. Based on the extracted history record, a prediction function for predicting the value of the output variable from the value of the input variable and its prediction error are calculated, and a noise determination threshold value with a smaller prediction error than the others is selected. A noise data removal support device comprising: a prior prediction unit that outputs the data in advance.
ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、前記入力変数の値から予測された前記出力変数の予測値と前記出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出し、抽出した履歴レコードに基づいて、前記入力変数の値から前記出力変数の値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する方法。 A history record including the value of the input variable and the actual value of the output variable at a certain time point is stored for a plurality of time points.
While changing the noise judgment threshold within a predetermined range, a history record in which the difference between the predicted value of the output variable predicted from the value of the input variable and the actual value of the output variable is equal to or less than the noise judgment threshold is extracted. Based on the extracted history record, a prediction function for predicting the value of the output variable from the value of the input variable and its prediction error are calculated, and a noise determination threshold value with a smaller prediction error than the others is selected. Output method.
ノイズ判定閾値を所定範囲内で変化させながら、前記入力変数の値から予測された前記出力変数の予測値と前記出力変数の実績値との差分が、当該ノイズ判定閾値以下の履歴レコードを抽出し、抽出した履歴レコードに基づいて、前記入力変数の値から前記出力変数の値を予測する予測関数とその予測誤差を算出し、算出された予測誤差が他に比べて小さなノイズ判定閾値を選択して出力する事前予測処理とをコンピュータに実行させるプログラム。 A data storage process for storing a history record including a value of an input variable and an actual value of an output variable at a certain time point for a plurality of time points;
While changing the noise judgment threshold within a predetermined range, a history record in which the difference between the predicted value of the output variable predicted from the value of the input variable and the actual value of the output variable is equal to or less than the noise judgment threshold is extracted. Based on the extracted history record, a prediction function for predicting the value of the output variable from the value of the input variable and its prediction error are calculated, and a noise determination threshold value with a smaller prediction error than the others is selected. A program that causes a computer to execute a prior prediction process to be output in response.
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