JP2018195215A - People flow rate prediction device, people flow rate prediction method and people flow rate prediction program - Google Patents

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佑典 田中
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Abstract

To accurately predict people flow rate at each observation point at each point of time.SOLUTION: On the basis of set data including people inflow rate at each point of time at each of a plurality of observation points, set data including people outflow rate at each point of time at each of the plurality of observation points, data on the number of observed people showing the number of people moving at each point of time outflowing from one direction to another direction for each of pairs of observation points, and observation time data showing movement time for each of pairs at the observation points, obtained by observing specific plural people, in order to optimize an object function, a parameter of transition probability, a parameter of movement time and a latent variable are estimated, inputs of a target observation point to be a prediction object and a predicted point of time are accepted and thereby a predicted inflow rate at the target observation point at the predicted point of time is calculated.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、観測点における将来の人流量の予測を行う人流量予測装置、人流量予測方法、及び人流量予測プログラムに関する。   The present invention relates to a human flow prediction device, a human flow prediction method, and a human flow prediction program for predicting a future human flow at an observation point.

センサ、GPS(Global Positioning System)等から得られる人間の位置情報は、プライバシーの観点から個人を追跡できないよう集合データ(aggregated data)として提供されることがある。集合データとは、時間及び空間に対してある粒度でサンプルを集計したデータのことを指す。   Human position information obtained from sensors, GPS (Global Positioning System), etc. may be provided as aggregated data so that individuals cannot be tracked from the viewpoint of privacy. Collective data refers to data obtained by collecting samples with a certain granularity with respect to time and space.

具体的には、ある観測時刻tにおいて、ある観測点iから流出した人数(流出量)と、ある観測点iに流入した人数(流入量)とが与えられる。従来技術として、人間が移動する観測点間のつながりをグラフで表現し、グラフ上の人の流れを確率モデルにより表現することで、集合データに基づいて観測点間を移動する人数を推定し、将来の人流量の予測を行う手法(Collective Flow Diffusion Model)が提案されている(例えば、非特許文献1参照)。   Specifically, the number of people who flowed out from a certain observation point i (flowing amount) and the number of people who flowed into a certain observation point i (flowing amount) at a certain observation time t are given. As a conventional technology, the connection between observation points where humans move is expressed in a graph, and the flow of people on the graph is expressed by a probability model, so that the number of people moving between observation points is estimated based on aggregate data, A method (Collective Flow Diffusion Model) for predicting future human flow has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).

また、このような従来技術では、“ある観測時刻tにおいて任意の観測点から流出した人の合計人数と、次の観測時刻(t+1)において任意の観測点に流入する人の合計人数は等しい”という「移動人数の保存」を表す制約を加味した最適化問題を解くことによって、観測点間の移動人数を推定しつつ確率モデルを学習可能なアルゴリズムが提案されている(例えば、非特許文献2参照)。   Further, in such a conventional technique, “the total number of people who flowed out from an arbitrary observation point at a certain observation time t is equal to the total number of people who flow into an arbitrary observation point at the next observation time (t + 1)”. An algorithm that can learn a probability model while estimating the number of people moving between observation points has been proposed by solving an optimization problem that takes into account the constraint of “preserving the number of people moving” (for example, Non-Patent Document 2). reference).

学習済みの確率モデルを用いることによって、観測時刻(t’−1)における各観測点からの流出量を与えると、将来の時刻t’における各観測点への流入量を予測することが可能である。   By using the learned probabilistic model, it is possible to predict the amount of inflow to each observation point at a future time t ′ when the outflow amount from each observation point at the observation time (t′−1) is given. is there.

A. Kumar, D. Sheldon, and B. Srivastava, “Collective Diffusion over Networks: Models and Inference”, In Proceedings of International Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI), pp. 351-360, 2013.A. Kumar, D. Sheldon, and B. Srivastava, “Collective Diffusion over Networks: Models and Inference”, In Proceedings of International Conference on Uncertainty in Artificial Intelligence (UAI), pp. 351-360, 2013. D. Sheldon, T. Sun, A. Kumar, and T. G. Dietterich, “Approximate Inference in Collective Graphical Models”, In Proceedings of International Conference on Machine Learning (ICML), pp. 1004-1012, 2013.D. Sheldon, T. Sun, A. Kumar, and T. G. Dietterich, “Approximate Inference in Collective Graphical Models”, In Proceedings of International Conference on Machine Learning (ICML), pp. 1004-1012, 2013.

上述したように、従来技術では、“ある観測時刻tにおいて任意の観測点から流出した人の合計人数と、次の観測時刻(t+1)において任意の観測点に流入する人の合計人数は等しい”という「移動人数の保存」を表す制約を加味した最適化問題を解くことによって、集合データに基づいて観測点間の移動人数を推定しつつ確率モデルの学習を行うことが可能である。   As described above, in the prior art, “the total number of people who flowed out from an arbitrary observation point at a certain observation time t is equal to the total number of people who flow into an arbitrary observation point at the next observation time (t + 1)”. It is possible to learn a probability model while estimating the number of people moving between observation points based on the aggregated data by solving the optimization problem that takes into account the constraint of “preserving the number of people moving”.

上記のような「移動人数の保存」を表す制約を課すことは、ユーザが移動する空間を全て覆うような密な観測点からのデータが得られる場合には自然である。なぜなら、観測点が密であるということは、各時刻において、各人がどこかの観測点において必ず観測されることを意味するからである。   Imposing the restriction indicating “preservation of the number of people moving” as described above is natural when data from a dense observation point that covers all the space in which the user moves is obtained. This is because dense observation points mean that each person is always observed at some observation point at each time.

しかし、現実問題への応用を考えると、空間的に密な観測点を仮定することができるとは限らない。例えば、広い展示イベント会場において、各展示ブースにおいてのみ、人の流入量および流出量をセンサによって観測できるというような場合が考えられる。この例のように、観測点が空間的に疎な状況においては、観測点間の人の流出時刻と流入時刻に時間遅れが発生する。つまり、観測点間の移動時間を考慮する必要が生じる。このような場合に、従来技術は適用困難であるという問題が存在した。   However, considering application to real problems, it is not always possible to assume spatially dense observation points. For example, in a large exhibition event venue, it is conceivable that the inflow and outflow of people can be observed by sensors only at each exhibition booth. As in this example, in a situation where the observation points are spatially sparse, a time delay occurs between the outflow time and the inflow time of the person between the observation points. In other words, it is necessary to consider the travel time between observation points. In such a case, there has been a problem that the prior art is difficult to apply.

また、実用的な場面では、少数のユーザについては詳細な追跡が可能であるが、他の大部分のユーザについては集合データしか得られないという場合もあり得る。例えば、少数のユーザに対してはWi−Fiの識別子を用いて追跡ができるが、大多数のユーザに対しては観測点に置かれたカメラによって集合データしか取得できない場合などが挙げられる。これらのデータ(集合データと追跡可能なユーザ移動履歴)を組み合わせることで人流量の推定精度向上が期待できる。しかし、従来技術ではこのようなデータに対して適用困難であるという問題が存在した。   Further, in practical situations, detailed tracking is possible for a small number of users, but only aggregate data may be obtained for most other users. For example, it is possible to track using a Wi-Fi identifier for a small number of users, but for a large number of users, only collective data can be acquired by a camera placed at an observation point. Combining these data (collected data and traceable user movement history) can be expected to improve human flow estimation accuracy. However, the conventional technique has a problem that it is difficult to apply to such data.

本発明は、以上のような事情に鑑みてなされたものであり、各時刻における各観測点の人流量を精度良く予測することができる人流量予測装置、人流量予測方法、及び人流量予測プログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and a human flow prediction device, a human flow prediction method, and a human flow prediction program capable of accurately predicting the human flow at each observation point at each time point. The purpose is to provide.

上記目的を達成するために、本発明の人流量予測装置は、複数の観測点の各々における各時刻の人の流入量からなる集合データ、前記複数の観測点の各々における各時刻の人の流出量からなる集合データ、特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す観測人数データ、及び特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての移動時間を表す観測時間データに基づいて、前記流入量の集合データ、前記流出量の集合データ、前記観測人数データ、前記観測時間データ、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す潜在変数、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ人が移動する遷移確率、及び前記観測点のペアの各々についての移動時間を用いて表される目的関数を最適化するように、前記遷移確率のパラメータ、前記移動時間のパラメータ、及び前記潜在変数を推定するパラメータ推定部と、予測の対象とする対象観測点及び予測時刻の入力を受け付ける検索部と、前記パラメータ推定部により推定された、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ移動する遷移確率のパラメータ、前記対象観測点以外の観測点と前記対象観測点とのペアについての移動時間のパラメータ、及び前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ向かって流出した前記移動人数と、前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点からの流出量とに基づいて、前記予測時刻における前記対象観測点の予測流入量を算出する予測人流量算出部と、を備える。   In order to achieve the above object, the human flow prediction device of the present invention is configured to collect data consisting of inflow amounts of people at each time at each of a plurality of observation points, and outflow of people at each time at each of the plurality of observation points. Collected data consisting of quantity, observed for a specific number of people, observed number data representing the number of people moving at each time flowing from one to the other for each pair of observation points, and observed for a specific number of people , Based on observation time data representing the travel time for each of the observation point pairs, the inflow amount set data, the outflow amount set data, the observation number data, the observation time data, and the observation point pair A latent variable indicating the number of people moving at each time flowing out from one to the other for each of the above, the transition probability that the person moves from one to the other for each of the observation point pairs. And a parameter estimator for estimating the transition probability parameter, the travel time parameter, and the latent variable so as to optimize the objective function expressed using the travel time for each of the observation point pairs. A search unit that accepts input of a target observation point to be predicted and a prediction time, and a parameter of transition probability estimated by the parameter estimation unit to move from an observation point other than the target observation point to the target observation point , Travel time parameters for a pair of the observation point other than the target observation point and the target observation point, and the observation point other than the target observation point from the observation point other than the target observation point toward the target observation point. Based on the number of people who have flowed out and the amount of outflow from observation points other than the target observation point for a time prior to the prediction time. Comprising the predicted human flow rate calculation unit for calculating a predicted flow rate of the target observation point in time, the.

なお、前記パラメータ推定部は、EMアルゴリズムにより、前記遷移確率のパラメータ及び前記移動時間のパラメータを固定して前記潜在変数を算出するEステップと、前記潜在変数を固定して前記遷移確率のパラメータ及び前記移動時間のパラメータを算出するMステップとを繰り返すことにより、前記目的関数を最適化する、前記遷移確率のパラメータ、前記移動時間のパラメータ、及び前記潜在変数を推定するようにしても良い。   The parameter estimator uses an EM algorithm to fix the transition probability parameter and the travel time parameter to calculate the latent variable, and to fix the latent variable. The transition probability parameter, the travel time parameter, and the latent variable that optimize the objective function may be estimated by repeating the M step of calculating the travel time parameter.

また、前記予測人流量算出部は、前記予測時刻における前記対象観測点の予測流入量に基づき、前記予測時刻における、前記対象観測点の予測流出量を計算し、前記対象観測点の各時刻の人の流入量、各時刻の人の流出量、前記予測流入量、及び前記予測流出量に基づいて、前記対象観測点における人口の推移を算出するようにしても良い。   The predictor flow rate calculation unit calculates a predicted outflow amount of the target observation point at the prediction time based on a predicted inflow amount of the target observation point at the prediction time, and The transition of the population at the target observation point may be calculated based on the inflow amount of people, the outflow amount of people at each time, the predicted inflow amount, and the predicted outflow amount.

上記目的を達成するために、本発明の人流量予測方法は、パラメータ推定部、検索部、及び予測人流量算出部を備えた人流量予測装置における人流量予測方法であって、前記パラメータ推定部が、複数の観測点の各々における各時刻の人の流入量からなる集合データ、前記複数の観測点の各々における各時刻の人の流出量からなる集合データ、特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す観測人数データ、及び特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての移動時間を表す観測時間データに基づいて、前記流入量の集合データ、前記流出量の集合データ、前記観測人数データ、前記観測時間データ、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す潜在変数、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ人が移動する遷移確率、及び前記観測点のペアの各々についての移動時間を用いて表される目的関数を最適化するように、前記遷移確率のパラメータ、前記移動時間のパラメータ、及び前記潜在変数を推定するステップと、前記検索部が、予測の対象とする対象観測点及び予測時刻の入力を受け付けるステップと、前記予測人流量算出部が、前記パラメータ推定部により推定された、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ移動する遷移確率のパラメータ、前記対象観測点以外の観測点と前記対象観測点とのペアについての移動時間のパラメータ、及び前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ向かって流出した前記移動人数と、前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点からの流出量とに基づいて、前記予測時刻における前記対象観測点の予測流入量を算出するステップと、を行う。   In order to achieve the above object, the human flow rate prediction method of the present invention is a human flow rate prediction method in a human flow rate prediction apparatus comprising a parameter estimation unit, a search unit, and a predicted human flow rate calculation unit, wherein the parameter estimation unit Is a set of data consisting of the inflow of people at each time at each of a plurality of observation points, a set of data consisting of the outflow of people at each time at each of the plurality of observation points, and observed for a specific plurality of people, Observation number data indicating the number of moving persons at each time for each observation point pair flowing out from one side to the other, and observation indicating the movement time for each of the observation point pairs observed for a plurality of specific persons Based on the time data, one set for each of the inflow volume data, the outflow volume data, the observation number data, the observation time data, and the observation point pair. A latent variable representing the number of people traveling at each time flowing out from one to the other, the transition probability that a person moves from one to the other for each of the observation point pairs, and the movement time for each of the observation point pairs Estimating the transition probability parameter, the travel time parameter, and the latent variable so as to optimize the objective function expressed by using the target observation point to be predicted by the search unit, and A step of receiving an input of a prediction time; a parameter of a transition probability that the predictor flow rate calculation unit moves from an observation point other than the target observation point to the target observation point, which is estimated by the parameter estimation unit; Parameters of travel time for pairs of observation points other than the point and the target observation point, and other than the target observation point for a time before the predicted time The target at the predicted time based on the number of people that have flowed out from the observation point toward the target observation point and the amount of outflow from observation points other than the target observation point for a time before the predicted time And a step of calculating a predicted inflow amount at the observation point.

上記目的を達成するために、本発明のプログラムは、コンピュータを、上記人流量予測装置の各部として機能させるためのプログラムである。   In order to achieve the above object, the program of the present invention is a program for causing a computer to function as each part of the human flow rate prediction apparatus.

本発明によれば、各時刻における各観測点の人流量を精度良く予測することができることが可能となる。   According to the present invention, it is possible to accurately predict the human flow rate at each observation point at each time.

本発明の実施形態に係る人流量予測装置の機能的構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the functional structure of the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置の流入量格納部に格納されている情報の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the information stored in the inflow amount storage part of the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置の流出量格納部に格納されている情報の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the information stored in the outflow amount storage part of the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置の移動履歴格納部に格納されている情報の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the information stored in the movement history storage part of the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置で用いられるパラメータσjiを変化させた場合のレイリー分布の形状を示すグラフである。It is a graph which shows the shape of Rayleigh distribution at the time of changing parameter (sigma) ji used with the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置で用いられるレイリー分布の[t−1,t]における累積分布関数を示すグラフである。It is a graph which shows the cumulative distribution function in [t-1, t] of the Rayleigh distribution used with the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置において実行されるパラメータ推測処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the parameter estimation process performed in the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置において実行される予測人流量算出処理の流れを示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the flow of the prediction human flow calculation process performed in the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention. 本発明の実施形態に係る人流量予測装置の検索部が検索を行った場合の出力部からの出力内容の一例を示す模式図である。It is a schematic diagram which shows an example of the output content from an output part when the search part of the human flow prediction apparatus which concerns on embodiment of this invention searches.

以下、本発明に係る人流量予測装置の実施形態について図面を用いて説明する。   Hereinafter, an embodiment of a human flow prediction device according to the present invention will be described with reference to the drawings.

本実施形態に係る人流量予測装置は、人が移動する観測点間のつながりをグラフで表現し、観測点間の移動時間を組み込み、グラフ上の人の流れを確率モデルにより表現する。また、本実施形態に係る人流量予測装置は、位置情報の集合データに基づいて、観測点間の移動人数を推定しつつ確率モデルを学習する機能を有し、学習済みの確率モデルを用いることにより任意の時刻における人流量を予測する。   The human flow rate prediction apparatus according to the present embodiment expresses a connection between observation points where a person moves by a graph, incorporates a movement time between observation points, and expresses a flow of people on the graph by a probability model. In addition, the human flow prediction device according to the present embodiment has a function of learning a probability model while estimating the number of moving people between observation points based on the set data of position information, and uses a learned probability model. Predicts the human flow rate at an arbitrary time.

本実施形態では、様々な位置情報の集合データを対象とし、観測により得られた集合データに応じて柔軟に適用できる。   In the present embodiment, a collection of various pieces of position information is targeted, and can be applied flexibly according to the collection data obtained by observation.

なお、ここでいう位置情報とは、屋内及び屋外におけるセンサ(BLE(Bluetooth(登録商標) Low Energy)等)、カメラ、Wi−Fiなどによって取得された位置情報である。また、ここでいう集合データとは、時間及び空間に対して所定の粒度でサンプルを集計したデータのことを指す。また、ここで対象とする集合データは、個人が“どこからどこへ行ったか”という追跡を行うことができないようになっているものとする。   Note that the position information referred to here is position information acquired by an indoor or outdoor sensor (BLE (Bluetooth (registered trademark) Low Energy) or the like), a camera, Wi-Fi, or the like. Further, the collective data here refers to data obtained by collecting samples with a predetermined granularity with respect to time and space. Further, it is assumed that the aggregate data targeted here cannot be traced as to where the individual went from where.

一方で、Wi−Fiの識別子などを使うことで追跡可能なユーザが少数存在する場合、そのデータを付加情報として用いる。以下では、実施例として、一般的な位置情報の集合データと少数のユーザに対する移動履歴とが与えられた条件の下で、観測点間の移動人数を推定しつつ確率モデルの学習を行い、将来の時刻における人流量の予測を行う場合について説明する。ここで、付加情報である少数のユーザに対する移動履歴は存在しなくてもモデル推定は可能である。   On the other hand, when there are a small number of users that can be tracked by using Wi-Fi identifiers, the data is used as additional information. In the following, as an example, learning of a probability model is performed while estimating the number of people moving between observation points under conditions given general location information set data and movement history for a small number of users. A case where the human flow rate is predicted at the time will be described. Here, model estimation is possible even if there is no movement history for a small number of users as additional information.

以下、実施形態として、一般的な位置情報の集合データが与えられた条件の下で、観測点間の移動人数を推定しつつ確率モデルの学習を行い、将来の時刻における人流量の予測を行う場合について説明する。   Hereinafter, as an embodiment, learning of a probabilistic model is performed while estimating the number of people moving between observation points under a condition where general set of position information is given, and human flow rate is predicted at a future time The case will be described.

図1は、本実施形態に係る人流量予測装置100の機能的構成を示すブロック図である。図1に示すように、人流量予測装置100は、流入量格納部1、流出量格納部2、移動履歴格納部12、操作部3、検索部4、人流量モデル学習部5、パラメータ推定部6、遷移確率パラメータ格納部7、移動人数格納部8、移動時間パラメータ格納部9、予測人流量算出部10、及び、出力部11を含んで構成されている。   FIG. 1 is a block diagram showing a functional configuration of a human flow prediction device 100 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the human flow prediction device 100 includes an inflow amount storage unit 1, an outflow amount storage unit 2, a movement history storage unit 12, an operation unit 3, a search unit 4, a human flow model learning unit 5, and a parameter estimation unit. 6, a transition probability parameter storage unit 7, a moving person storage unit 8, a travel time parameter storage unit 9, a predicted person flow rate calculation unit 10, and an output unit 11.

このうち、操作部3、及びパラメータ推定部6は、流入量格納部1、流出量格納部2、及び移動履歴格納部12に接続されている。また、予測人流量算出部10は、流出量格納部2に接続されている。   Among these, the operation unit 3 and the parameter estimation unit 6 are connected to the inflow amount storage unit 1, the outflow amount storage unit 2, and the movement history storage unit 12. Further, the predictor flow rate calculation unit 10 is connected to the outflow amount storage unit 2.

流入量格納部1は、人流量予測装置100によって解析され得る集合データであって、複数の観測点の各々における各時刻の人の流入量からなる集合データを格納している。流入量格納部1は、人流量モデル学習部5からの要求にしたがって、要求された集合データを読み出し、読み出した集合データを人流量モデル学習部5に送信する。   The inflow amount storage unit 1 is set data that can be analyzed by the human flow prediction device 100, and stores collective data that includes inflow amounts of people at each time at a plurality of observation points. The inflow amount storage unit 1 reads the requested set data in accordance with a request from the human flow model learning unit 5, and transmits the read set data to the human flow model learning unit 5.

例えば、観測点をiとし、観測時刻をtとしたとき、観測点iにおける人の流入量をNti INと表す。また、流入量格納部1に格納されているデータ形式を(i,t,Nti IN)と表す。このデータ形式は、観測点iから時刻tにNti INの人数の人が流入したことを意味する。なお、流入量格納部1は、Webサーバ及びデータベースを具備するデータベースサーバ等で構成されていても良い。 For example, when the observation point is i and the observation time is t, the inflow of a person at the observation point i is represented as N ti IN . The data format stored in the inflow amount storage unit 1 is represented as (i, t, N ti IN ). This data format means that N ti IN people flowed in from the observation point i at time t. The inflow amount storage unit 1 may be configured by a database server or the like that includes a Web server and a database.

一例として図2に示すように、流入量格納部1には、時刻ステップ毎に、観測点を識別するための観測点ID、流入量(人数)、及び観測時刻が対応付けられて格納されている。   As an example, as shown in FIG. 2, the inflow amount storage unit 1 stores an observation point ID for identifying an observation point, an inflow amount (number of people), and an observation time in association with each time step. Yes.

流出量格納部2は、人流量予測装置100によって解析され得る集合データであって、複数の観測点の各々における各時刻の人の流出量からなる集合データを格納している。流出量格納部2は、人流量モデル学習部5からの要求にしたがって、要求された集合データを読み出し、読み出した集合データを人流量モデル学習部5に送信する。   The outflow amount storage unit 2 is set data that can be analyzed by the human flow prediction device 100, and stores collective data that includes the amount of outflow of a person at each time at a plurality of observation points. The outflow amount storage unit 2 reads the requested set data in accordance with a request from the human flow model learning unit 5 and transmits the read set data to the human flow model learning unit 5.

例えば、観測点をiとし、観測時刻をtとしたとき、観測点iにおける人の流出量をNti OUTと表す。また、流出量格納部2に格納されているデータ形式を(i,t,Nti OUT)と表す。このデータ形式は、観測点iから時刻tにNti OUTの人数の人が流出したことを意味する。なお、流出量格納部2は、Webサーバ及びデータベースを具備するデータベースサーバ等で構成されていても良い。 For example, when the observation point is i and the observation time is t, the amount of human outflow at the observation point i is represented as N ti OUT . The data format stored in the outflow amount storage unit 2 is represented as (i, t, N ti OUT ). This data format means that N ti OUT persons flowed out from the observation point i at time t. The outflow amount storage unit 2 may be configured by a database server or the like that includes a Web server and a database.

一例として図3に示すように、流出量格納部2には、時刻ステップ毎に、観測点を識別するための観測点ID、流出量(人数)、及び観測時刻が対応付けられて格納されている。   As an example, as shown in FIG. 3, the outflow amount storage unit 2 stores an observation point ID for identifying an observation point, an outflow amount (number of people), and an observation time in association with each time step. Yes.

移動履歴格納部12は、人流量予測装置100によって解析され得る少数のユーザに対する移動履歴の集合データを格納している。移動履歴格納部12は、人流量予測装置100からの要求にしたがって、要求された集合データを読み出し、読み出した集合データを装置に送信する。   The movement history storage unit 12 stores movement history set data for a small number of users that can be analyzed by the human flow prediction device 100. The movement history storage unit 12 reads the requested set data in accordance with a request from the human flow prediction device 100 and transmits the read set data to the device.

移動履歴格納部12に格納されているデータ形式を(u,i,tout,j,tin)と表す。このデータ形式は、ユーザuが時刻toutに観測点iを出発し、時刻tinに観測点jに到着することを意味する。なお、移動履歴格納部12は、Webサーバ及びデータベースを具備するデータベースサーバ等で構成されていても良い。 The data format stored in the movement history storage unit 12 is represented as (u, i, t out , j, t in ). This data format means that user u leaves observation point i at time t out and arrives at observation point j at time t in . The movement history storage unit 12 may be configured by a database server or the like that includes a Web server and a database.

一例として図4に示すように、移動履歴格納部12には、ユーザの移動毎に、ユーザID、出発観測点を識別するための出発観測点ID、出発時刻、到着観測点を識別するための到着観測点ID、及び到着時刻が対応付けられて格納されている。   For example, as shown in FIG. 4, the movement history storage unit 12 identifies a user ID, a departure observation point ID for identifying a departure observation point, a departure time, and an arrival observation point for each movement of the user. The arrival observation point ID and the arrival time are stored in association with each other.

操作部3は、流入量格納部1、流出量格納部2、及び移動履歴格納部12に格納されている集合データに対するユーザからの各種操作を受け付ける。ここでいう各種操作とは、格納されている集合データを登録する操作、修正する操作、削除する操作等である。操作部3は、入力手段として、キーボード、マウス、タッチパネル等を備えており、これらの入力手段のデバイスドライバ、メニュー画面の制御ソフトウェア等で実現される。   The operation unit 3 receives various operations from the user with respect to the collective data stored in the inflow amount storage unit 1, the outflow amount storage unit 2, and the movement history storage unit 12. The various operations here include an operation for registering stored data, an operation for correcting, and an operation for deleting. The operation unit 3 includes a keyboard, a mouse, a touch panel, and the like as input means, and is realized by a device driver of these input means, control software for a menu screen, and the like.

検索部4は、人流量の予測を行う対象とする対象観測点i、及び予測時刻t’の入力を受け付ける。検索部4で受け付けられた対象観測点i及び予測時刻t’に基づき、予測人流量算出部10により後述する処理が行われて算出された、対象観測点iにおける予測時刻t’の予測人流量が出力される。   The search unit 4 receives an input of a target observation point i for which a human flow rate is to be predicted and a predicted time t ′. Based on the target observation point i and the predicted time t ′ received by the search unit 4, the predicted human flow rate at the predicted time t ′ at the target observation point i calculated by performing the process described later by the predicted human flow rate calculation unit 10. Is output.

なお、検索部4は、入力手段として、キーボード、マウス、タッチパネル等を備えており、これらの入力手段のデバイスドライバ、メニュー画面の制御ソフトウェア等で実現される。   The search unit 4 includes a keyboard, a mouse, a touch panel, and the like as input means, and is realized by a device driver of these input means, control software for a menu screen, and the like.

人流量モデル学習部5は、パラメータ推定部6、遷移確率パラメータ格納部7、移動人数格納部8、及び、移動時間パラメータ格納部9を含んで構成されている。   The human flow rate model learning unit 5 includes a parameter estimation unit 6, a transition probability parameter storage unit 7, a moving number storage unit 8, and a travel time parameter storage unit 9.

パラメータ推定部6は、流入量格納部1に格納されている流入量の集合データ、流出量格納部2に格納されている流出量の集合データ、及び移動履歴格納部12に格納されている移動履歴の集合データを取得する。また、パラメータ推定部6は、移動履歴の集合データに基づいて、特定の複数人について観測した、観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す観測人数データ、及び特定の複数人について観測した、観測点のペアの各々についての移動時間を表す観測時間データを求める。また、パラメータ推定部6は、流入量の集合データ、流出量の集合データ、観測人数データ、観測時間データ、観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す潜在変数、観測点のペアの各々についての一方から他方へ人が移動する遷移確率、及び観測点のペアの各々についての移動時間を用いて表される目的関数を最適化するように、遷移確率のパラメータ、移動時間のパラメータ、及び潜在変数を推定する。   The parameter estimation unit 6 includes the inflow amount set data stored in the inflow amount storage unit 1, the outflow amount set data stored in the outflow amount storage unit 2, and the movement stored in the movement history storage unit 12. Get historical data. In addition, the parameter estimation unit 6 observes a specific plurality of persons based on the movement history set data, and indicates the number of persons moving at each time point that flows out from one to the other of each pair of observation points. Data and observation time data representing the travel time for each observation point pair observed for a plurality of specific persons are obtained. In addition, the parameter estimation unit 6 determines the number of moving people at each time that flows out from one to the other for each of the inflow volume data, the outflow volume data, the observation number data, the observation time data, and the observation point pair. Transition to optimize the objective function expressed using the latent variable to represent, the transition probability that a person moves from one to the other for each observation point pair, and the movement time for each observation point pair Estimate probability parameters, travel time parameters, and latent variables.

パラメータ推定部6は、推定した遷移確率のパラメータを、遷移確率パラメータ格納部7に格納させる。また、パラメータ推定部6は、潜在変数として推定した移動人数を、移動人数格納部8に格納させる。さらに、パラメータ推定部6は、推定した移動時間のパラメータを、移動時間パラメータ格納部9に格納させる。   The parameter estimation unit 6 causes the transition probability parameter storage unit 7 to store the estimated transition probability parameter. The parameter estimation unit 6 stores the number of moving people estimated as a latent variable in the moving number of people storage unit 8. Furthermore, the parameter estimation unit 6 stores the estimated travel time parameter in the travel time parameter storage unit 9.

予測人流量算出部10は、検索部4により受け付けられた観測点(予測対象とする対象観測点)以外の観測点から対象観測点へ移動する遷移確率のパラメータ、対象観測点以外の観測点と対象観測点とのペアについての移動時間のパラメータ、及び、検索部4により受け付けられた予測時刻より前の時刻についての、対象観測点以外の観測点から対象観測点へ向かって流出した移動人数と、予測時刻より前の時刻についての、対象観測点以外の観測点からの流出量とに基づいて、予測時刻における対象観測点の予測流入量を算出する。   The predictor flow rate calculation unit 10 is a parameter of a transition probability of moving from an observation point other than the observation point (target observation point to be predicted) received by the search unit 4 to the target observation point, an observation point other than the target observation point, and The parameter of the travel time for the pair with the target observation point, and the number of people that flowed from the observation point other than the target observation point toward the target observation point for the time before the predicted time received by the search unit 4 The predicted inflow amount at the target observation point at the prediction time is calculated based on the outflow amount from the observation point other than the target observation point for the time before the prediction time.

本実施形態では、人流量モデルを作成する際、上述した遷移確率のパラメータ、移動時間のパラメータ、及び移動人数を表す潜在変数を人流量モデルに組み込んだ上で、観測点間のつながりをグラフとして表現し、グラフ上において人の流れを確率モデルにより表現する。   In the present embodiment, when creating the human flow model, the transition probability parameter, the travel time parameter, and the latent variable representing the number of people are incorporated into the human flow model, and the connection between observation points is graphed. Express the flow of people on the graph using a probability model.

以下、人の流れが表現された確率モデルについて図面とともに説明する。   Hereinafter, a probability model expressing the flow of people will be described with reference to the drawings.

<観測データ>   <Observation data>

ここでは、任意の2頂点間に枝があるグラフである完全グラフG=(V,E)上を、人が移動する状況について考える。なお、Vはノード集合を表し、Eはエッジ集合を表す。   Here, consider a situation in which a person moves on a complete graph G = (V, E), which is a graph having a branch between any two vertices. V represents a node set, and E represents an edge set.

ノードiは観測点に対応し、エッジEは観測点間をつなぐ通路等に対応する。時刻tにおいてノードi∈Vから流出する人の人数をNti OUTとし、時刻(t+1)においてノードi∈Vに流入する人数をNt+1,i INとする。観測時刻ステップの数をTとしたとき、観測点における人の流出量は

と表され、観測点における人の流入量は

と表される。
Node i corresponds to an observation point, and edge E corresponds to a path connecting the observation points. The number of people flowing out from the node iεV at time t is N ti OUT, and the number of people flowing into the node iεV at time (t + 1) is N t + 1, i IN . When the number of observation time steps is T,

The inflow of people at the observation point is

It is expressed.

<観測人数データ(付加情報)>
また、移動履歴格納部12に格納されている集合データ(u,i,tout,j,tin)を用いて算出可能な、時刻tにおいて観測点iから観測点jへ移動する人数をLtijとし、観測点iから他の観測点jへ移動する人数をまとめて

と表す。また、

とする。
<Observation data (additional information)>
In addition, the number of persons who move from observation point i to observation point j at time t, which can be calculated using the set data (u, i, t out , j, t in ) stored in movement history storage unit 12 is L Let tij be the number of people moving from observation point i to another observation point j

It expresses. Also,

And

<観測時間データ(付加情報)>
また、観測点iから観測点jへ移動する際にかかった移動時間のn番目のサンプルをΔijnとし、観測データに含まれるすべてのサンプルをまとめて、Δij={Δijn|n=1,…,Nij}とする。ここで、Nijは観測データに含まれる観測点iから観測点jへと移動したサンプルの合計数である。
<Observation time data (additional information)>
In addition, the n-th sample of the travel time taken when moving from the observation point i to the observation point j is Δ ijn, and all samples included in the observation data are put together, and Δ ij = {Δ ijn | n = 1 ,..., N ij }. Here, N ij is the total number of samples moved from observation point i to observation point j included in the observation data.

<モデルパラメータ>   <Model parameters>

ノードiからノードjへと人が移動する遷移確率を

とする。ここで、ノード集合V\iは、ノード集合Vからノードiを除いた集合を表す。また、θij≧0及びΣj∈V\iθij=1を満たす。全てのノード間の遷移確率をまとめて集合

と表す。
Transition probability that a person moves from node i to node j

And Here, the node set V \ i represents a set obtained by removing the node i from the node set V. Further, θ ij ≧ 0 and Σ j∈V \ i θ ij = 1 are satisfied. Collective set of transition probabilities between all nodes

It expresses.

また、ノードiからノードjへの移動にかかる時間の程度を制御するためのパラメータをσij>0とする。全てのノード間に対するパラメータをまとめて集合

と表す。
Further, a parameter for controlling the degree of time required for the movement from the node i to the node j is assumed to be σ ij > 0. Collective set of parameters for all nodes

It expresses.

<潜在変数> <Latent variable>

時刻tにおいてノードiからノードjへ移動する移動人数をMtijとし、ノードiから他のノードjへ移動する移動人数をまとめて

と表す。これらの値は観測不可能であるものとし、

を潜在変数とする。
The number of people moving from node i to node j at time t is M tij, and the number of people moving from node i to another node j is collectively

It expresses. These values are not observable,

Is a latent variable.

<モデル> <Model>

モデルパラメータΘ,Σが与えられたという条件の下での、観測点における人の流入量の集合データNIN及び観測点における人の流出量の集合データNOUTの生成プロセスを確率モデルを用いてモデル化する。まず、移動人数Mtiは、下記(1)式の多項分布から生成されるものと仮定する。 Using a stochastic model, the generation process of the collective data N IN of the inflow of people at the observation point and the collective data N OUT of the outflow of humans at the observation point under the condition that the model parameters Θ and Σ are given using a probability model. Model. First, it is assumed that the moving number Mti is generated from a multinomial distribution of the following equation (1).


…(1)

... (1)

次に、Mが得られた条件の下で、下記(2)式及び(3)式に示す2つの値を定義する。   Next, under the condition where M is obtained, two values shown in the following formulas (2) and (3) are defined.


…(2)

... (2)


…(3)

... (3)

ここで、上記(2)式は、時刻tにおいてノードiから流出する人数を表し、上記(3)式は、時刻(t+1)においてノードiに流入する人数を表す。Qτji(t)は、ノード間の移動時間を考慮するための因子であり、時刻τにノードjを出発し時刻tにノードiに到着する確率を表す。Nti OUT及びNt+1,i INは、Ati及びBt+1,iをそれぞれの平均とする下記(4)式及び(5)式に示すポアソン分布から生成されるものと仮定する。 Here, the equation (2) represents the number of people flowing out from the node i at the time t, and the equation (3) represents the number of people flowing into the node i at the time (t + 1). Q τji (t) is a factor for considering the travel time between nodes, and represents the probability of leaving node j at time τ and arriving at node i at time t. N ti OUT and N t + 1, i IN are assumed to be generated from Poisson distributions shown in the following formulas (4) and (5), where A ti and B t + 1, i are averages.


…(4)

... (4)


…(5)

... (5)

ここで、M・,・,i={Mτji|τ=1,…,t,j∈V\i},σ・,i={σj,i|j∈V\i}としている。 Here, M ··· , i = {M τji | τ = 1,..., T, j∈V \ i }, σ ·, i = {σ j, i | j∈V \ i }.

次に、Qτji(t)をレイリー分布の累積分布関数を用いてモデル化する。このとき、ワイブル分布など他の確率分布を用いることも可能である。なお、レイリー分布は、下記(6)式で表され、下記(7)式を満たす。 Next, Q τji (t) is modeled using the cumulative distribution function of the Rayleigh distribution. At this time, another probability distribution such as a Weibull distribution may be used. The Rayleigh distribution is expressed by the following formula (6) and satisfies the following formula (7).


…(6)

... (6)


…(7)

... (7)

図5に、レイリー分布の形状の一例を示した。レイリー分布のパラメータσjiを変化させることにより、観測点間によって異なる移動時間(出発から到着までの時間遅れ)を表現することができる。図5では、σji=0.5のグラフ20、σji=1.0のグラフ21、σji=2.0のグラフ22の順に、観測点間の移動にかかる時間が長いことを表している。 FIG. 5 shows an example of the shape of the Rayleigh distribution. By changing the parameter σ ji of the Rayleigh distribution, it is possible to represent different travel times (time delays from departure to arrival) between observation points. In Figure 5, sigma ji = 0.5 graph 20, sigma ji = 1.0 in the graph 21, the order of the graph 22 of sigma ji = 2.0, indicates that the time it takes to move between the observation points is long Yes.

次に、[t−1,t]におけるレイリー分布の累積分布関数を計算すると、下記(8)式が得られる。   Next, when the cumulative distribution function of the Rayleigh distribution at [t−1, t] is calculated, the following equation (8) is obtained.


…(8)

... (8)

図6に、ある時間区間[t−1,t]におけるレイリー分布の累積分布関数Qτji(t)の一例を示した。Qτji(t)は、図6において網掛けで示した領域23の面積に等しい。このようにして求めたQτji(t)は、上記(3)式に組み込まれる。 FIG. 6 shows an example of the cumulative distribution function Q τji (t) of the Rayleigh distribution in a certain time interval [t−1, t]. Q τji (t) is equal to the area of the region 23 indicated by shading in FIG. Q τji (t) thus determined is incorporated into the above equation (3).

次に、モデルパラメータΘが与えられたという条件の下での、少数のユーザに対する真の移動人数Ltiの生成プロセスを確率モデルによりモデル化する。Ltiは、下記(9)式に示されるように、多項分布から生成されるものと仮定する。ここで、Lti OUT=Σj∈V\itijである。 Next, the generation process of the true number of people Lti for a small number of users under the condition that the model parameter Θ is given is modeled by a probability model. It is assumed that L ti is generated from a multinomial distribution as shown in the following equation (9). Here, L ti OUT = Σj∈V \ i L tij .


…(9)

... (9)

さらに、モデルパラメータΣが与えられたという条件の下での、少数のユーザに対する移動時間Δijnの生成プロセスを確率モデルによりモデル化する。移動時間Δijnは、下記(10)式に示されるように、レイリー分布から生成されるものと仮定する。 Further, the generation process of the travel time Δ ijn for a small number of users under the condition that the model parameter Σ is given is modeled by a probability model. It is assumed that the movement time Δ ijn is generated from the Rayleigh distribution as shown in the following equation (10).


…(10)

(10)

パラメータ推定部6は、流入量格納部1、流出量格納部2、及び移動履歴格納部12に格納されている集合データを学習データとして、上述した確率モデルにしたがって観測データが生成されたと仮定した上で、観測点間の遷移確率のパラメータ、観測点間の移動人数、及び、観測点間の移動時間を表すパラメータの未知変数を推定する。これらの未知変数は、EMアルゴリズム(Expectation-maximization algorithm)、マルコフ連鎖モンテカルロサンプリング等、さまざまな推定手法によって推定可能であるが、ここでは、EMアルゴリズムに基づいてパラメータを推定する手法について述べる。   The parameter estimation unit 6 assumes that the observation data is generated according to the above-described probability model using the collective data stored in the inflow amount storage unit 1, the outflow amount storage unit 2, and the movement history storage unit 12 as learning data. Above, the unknown variable of the parameter showing the parameter of the transition probability between observation points, the number of people moving between observation points, and the movement time between observation points is estimated. These unknown variables can be estimated by various estimation methods such as an EM algorithm (Expectation-maximization algorithm) and Markov chain Monte Carlo sampling. Here, a method for estimating parameters based on the EM algorithm will be described.

<EMアルゴリズムに基づくパラメータ推定手法> <Parameter estimation method based on EM algorithm>

完全データ{NOUT,NIN,M}の尤度関数P(NOUT,NIN,M|Θ,Σ)を潜在変数Mに関して周辺化することにより、観測データ{NOUT,NIN}の尤度関数は、下記(11)式に示すように表される。 By marginalizing the likelihood function P (N OUT , N IN , M | Θ, Σ) of the complete data {N OUT , N IN , M} with respect to the latent variable M, the observation data {N OUT , N IN } The likelihood function is expressed as shown in the following equation (11).


…(11)

... (11)

対数尤度関数logP(NOUT,NIN|Θ,Σ)を目的関数として、目的関数を最大にするようなパラメータを求めたい。しかし、上記(9)式について閉形式で解を求めることは困難である。そこでEMアルゴリズム(下記非特許文献3を参照)を用いる。 The log likelihood function logP (N OUT , N IN | Θ, Σ) is used as an objective function, and a parameter that maximizes the objective function is desired. However, it is difficult to obtain a solution in the closed form for the above equation (9). Therefore, an EM algorithm (see Non-Patent Document 3 below) is used.

[非特許文献3]B.M. Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning, Springer, pp. 450-455, 2006. [Non-Patent Document 3] B.M. Bishop, Pattern Recognition and Machine Learning, Springer, pp. 450-455, 2006.

Q関数は、下記(12)式に示す関数である。   The Q function is a function represented by the following equation (12).


…(12)

(12)

ここで、更新前のパラメータ集合をφ={Θ,Σ}とし、更新後のパラメータ集合を

とした。上記(12)式は、事後分布

を用いてlogP(NOUT,NIN,M|Θ,Σ)の重み付き平均(期待値)を計算している。
Here, the parameter set before update is φ = {Θ, Σ}, and the parameter set after update is

It was. Equation (12) above is the posterior distribution

Is used to calculate the weighted average (expected value) of logP (N OUT , N IN , M | Θ, Σ).

しかし、考え得る全ての移動人数Mについて和をとることは困難なので、移動人数MのMAP(Maximum a posteriori)推定値を用いて近似する。   However, since it is difficult to take the sum for all possible moving persons M, approximation is performed using the MAP (Maximum a posteriori) estimated value of the moving persons M.

事後確率最大化に基づき、下記(13)式が得られる。   Based on posterior probability maximization, the following equation (13) is obtained.


…(13)

... (13)


を用いてQ関数を下記(14)式のように近似する。

Is used to approximate the Q function as shown in the following equation (14).


…(14)

... (14)

上記非特許文献2において、上記(14)式は、上記(12)式に対する良い近似になることが実験的に示されている。また、上記(14)式をパラメータΘ,Σについて最大化することにより、最尤推定値を得ることができる。   In the said nonpatent literature 2, it is experimentally shown that said (14) Formula becomes a good approximation with respect to said (12) Formula. Further, the maximum likelihood estimated value can be obtained by maximizing the equation (14) with respect to the parameters Θ and Σ.

EMアルゴリズムの手続きに従い、下記のE−stepとM−stepとを繰り返すことにより、パラメータΘ、Σの推定が可能である。   The parameters Θ and Σ can be estimated by repeating the following E-step and M-step according to the procedure of the EM algorithm.

<<E−step>>   << E-step >>

MAP推定を行い、

が得られる。
MAP estimation,

Is obtained.

<<M−step>>   << M-step >>


を最大にするようなパラメータΘ,Σを推定する。

Estimate parameters Θ and Σ that maximize.

次に、E−step及びM−stepの具体的な導出方法について述べる。   Next, a specific method for deriving E-step and M-step will be described.

<E−stepの導出方法> <Derivation method of E-step>

移動人数Mの事後確率は、ベイズの定理より、下記(15)式となる。   The posterior probability of the moving number M is expressed by the following equation (15) from Bayes' theorem.


…(15)

... (15)

ただし、上記(15)式の右辺第一因子は、下記(16)式であり、右辺第二因子は下記(17)式であり、右辺第三因子は下記(18)式である。   However, the right side first factor of the above formula (15) is the following formula (16), the right side second factor is the following formula (17), and the right side third factor is the following formula (18).


…(16)

... (16)


…(17)

... (17)


…(18)

... (18)

上記(15)式の両辺に対数をとって移動人数Mに関する項のみ取り出すと、下記(19)式となる。なお、ここでは、スターリン近似logM!〜MlogM−Mを用いている。   Taking the logarithm on both sides of the above equation (15) and taking out only the term relating to the number M of moving people, the following equation (19) is obtained. Here, Stalin approximation logM! ~ MlogM-M is used.


…(19)

... (19)

解くべき最適化問題は、下記(20)式である。   The optimization problem to be solved is the following equation (20).


…(20)

... (20)

この最適化問題は、変数Mtijの定義域を制約として考慮できるL−BFGS−B法(下記非特許文献4を参照)によって解くことができる。 This optimization problem can be solved by the L-BFGS-B method (see Non-Patent Document 4 below) that can consider the domain of the variable M tij as a constraint.

[非特許文献4]R. H. Byrd, P. Lu, J. Nocedal, and C. Zhu, “A Limited Memory Algorithm for Bound Constrained Optimization”, SIAM Journal on Scientific Computing, vol. 16, pp. 1190-1208, 1995. [Non-Patent Document 4] RH Byrd, P. Lu, J. Nocedal, and C. Zhu, “A Limited Memory Algorithm for Bound Constrained Optimization”, SIAM Journal on Scientific Computing, vol. 16, pp. 1190-1208, 1995 .

<M−stepの導出方法> <Method for deriving M-step>

Q関数は、下記(21)式のように表すことができる。パラメータΘ、Σを下記(21)式に従って最尤推定で求める。   The Q function can be expressed as the following equation (21). Parameters Θ and Σ are obtained by maximum likelihood estimation according to the following equation (21).


…(21)

... (21)

パラメータΘを推定する方法について述べる。Θを推定する方法は、付加情報である少数のユーザに対する真の移動人数Lが入手できる場合と、そうでない場合とで異なる。まず、付加情報が入手できない場合について述べる。上記(21)式より、パラメータΘに関する項のみを取り出し、Σj∈V\iθij=1であることを考慮すると、目的関数は、下記(22)式のように表される。なお、ηはラグランジュ乗数である。また、

とした。
A method for estimating the parameter Θ will be described. The method of estimating Θ differs depending on whether or not the true number of people L for a small number of users as additional information is available. First, a case where additional information is not available will be described. Taking only the term relating to the parameter Θ from the above equation (21) and considering that Σ jεV \ i θ ij = 1, the objective function is expressed as the following equation (22). Note that η is a Lagrange multiplier. Also,

It was.


…(22)

... (22)

上記(22)式は、θijについて微分して0とおくと、下記(23)式となる。 When the above equation (22) is differentiated with respect to θ ij and set to 0, the following equation (23) is obtained.


…(23)

... (23)

上記(23)式を変形して、両辺でjについて和をとると、下記(24)式となる。   When the above equation (23) is modified and the sum of j on both sides is taken, the following equation (24) is obtained.


…(24)

... (24)


とすると、下記(25)式が得られる。

Then, the following equation (25) is obtained.


…(25)

... (25)

上記(25)式を上記(23)式に代入すると、最尤推定値である下記(26)式が得られる。

…(26)
By substituting the above equation (25) into the above equation (23), the following equation (26) which is the maximum likelihood estimated value is obtained.

... (26)

次に、付加情報である観測人数データLが入手可能な場合のモデルパラメータΘを推定する方法について述べる。上記(22)式の第一項を取り出し、下記(27)式とする。

…(27)
Next, a method for estimating the model parameter Θ when the observation number data L as additional information is available will be described. The first term of the above expression (22) is taken out and is defined as the following expression (27).

... (27)

次に、観測人数データLの生成モデルが上記(9)式で与えられることを仮定しているので、観測人数データLが与えられたときのモデルパラメータΘの対数尤度関数は、Lij=Σtijとすると、下記(28)式のように記述される。

…(28)
Next, since it is assumed that the generation model of the observation number data L is given by the above equation (9), the log likelihood function of the model parameter Θ when the observation number data L is given is L ij = Assuming Σ t L tij , the following equation (28) is used.

... (28)

上記(27)式及び上記(28)式を加味し、Σj∈V\iθij=1であることを考慮すると、新たな目的関数は、下記(29)式のように記述される。ここで、ξは付加情報の推定への寄与度を制御するためのハイパーパラメータであり、交差検定法などを用いて決定することができる。

…(29)
Taking into account the above equations (27) and (28) and considering that Σ jεV \ i θ ij = 1, the new objective function is described as the following equation (29). Here, ξ is a hyper parameter for controlling the degree of contribution to the estimation of the additional information, and can be determined using a cross-validation method or the like.

... (29)

最尤推定値は閉形式で求めることができ、下記(30)式が得られる。

…(30)
The maximum likelihood estimated value can be obtained in a closed format, and the following equation (30) is obtained.

... (30)

次に、モデルパラメータΣを推定する方法について述べる。Σを推定する方法は、付加情報である少数のユーザに対する移動時間Δijnが入手できる場合と、そうでない場合とで異なる。まず、付加情報である観測時間データが入手できない場合について述べる。上記(20)式より、モデルパラメータΣに関する項のみを取り出すと目的関数は下記(31)式のように表される。 Next, a method for estimating the model parameter Σ will be described. The method of estimating Σ differs depending on whether the travel time Δ ijn for a small number of users, which is additional information, is available or not. First, a case where observation time data as additional information is not available will be described. If only the term relating to the model parameter Σ is extracted from the above equation (20), the objective function is expressed as the following equation (31).


…(31)

... (31)

解くべき最適化問題は、下記(32)式である。   The optimization problem to be solved is the following equation (32).


…(32)

... (32)

この最適化問題は、変数σjiの定義域を制約として考慮できるL−BFGS−B法(上記非特許文献4参照)によって解くことができる。次に、付加情報である少数のユーザに対する移動時間Δijnが入手できる場合の推定方法について述べる。Δijnの生成モデルが上記(10)式で与えられることを仮定しているので、Δijnが与えられたとしたときの、Σの対数尤度関数は、下記(33)式のように記述される。 This optimization problem can be solved by the L-BFGS-B method (see Non-Patent Document 4 above) that can consider the domain of the variable σ ji as a constraint. Next, an estimation method in the case where travel time Δijn for a small number of users as additional information can be obtained will be described. Since generation model delta ijn is assumed that given by equation (10), when formed into a delta ijn is given, the log-likelihood function of Σ is described as follows (33) The


…(33)

... (33)

新たな目的関数を下記(34)式とする。ここで、ωは付加情報の推定への寄与度を制御するためのハイパーパラメータであり、交差検定法などを用いて決定することができる。解くべき最適化問題は、下記(35)式である。

…(34)
The new objective function is represented by the following equation (34). Here, ω is a hyperparameter for controlling the degree of contribution to the estimation of the additional information, and can be determined using a cross-validation method or the like. The optimization problem to be solved is the following equation (35).

... (34)


…(35)

... (35)

遷移確率パラメータ格納部7は、パラメータ推定部6で求めたパラメータ

を示すデータを格納する。遷移確率パラメータ格納部7は、このデータを格納すると共に、復元することができる記憶装置であれば良い。例えば、遷移確率パラメータ格納部7自体がデータベースであっても良く、遷移確率パラメータ格納部7が人流量予測装置100に予め設けられた汎用的な記憶装置(メモリ、ハードディスク装置等)の特定領域であっても良い。
The transition probability parameter storage unit 7 is a parameter obtained by the parameter estimation unit 6.

The data indicating is stored. The transition probability parameter storage unit 7 may be any storage device that can store and restore the data. For example, the transition probability parameter storage unit 7 itself may be a database, and the transition probability parameter storage unit 7 is a specific area of a general-purpose storage device (memory, hard disk device, etc.) provided in advance in the human flow prediction device 100. There may be.

移動人数格納部8は、パラメータ推定部6で求めた潜在変数

を示すデータを格納する。移動人数格納部8は、このデータを格納すると共に、復元することができる記憶装置であれば良い。例えば、移動人数格納部8自体がデータベースであっても良く、移動人数格納部8が人流量予測装置100に予め設けられた汎用的な記憶装置(メモリ、ハードディスク装置等)の特定領域であっても良い。
The moving number storage unit 8 is a latent variable obtained by the parameter estimation unit 6.

The data indicating is stored. The moving number storage unit 8 may be any storage device that can store and restore the data. For example, the moving number storage unit 8 itself may be a database, and the moving number storage unit 8 is a specific area of a general-purpose storage device (memory, hard disk device, etc.) provided in advance in the human flow rate prediction device 100. Also good.

移動時間パラメータ格納部9は、パラメータ推定部6で求めたパラメータ

を示すデータを格納する。移動時間パラメータ格納部9は、このデータを格納すると共に、復元することができる記憶装置であれば良い。例えば、移動時間パラメータ格納部9自体がデータベースであっても良く、移動時間パラメータ格納部9が人流量予測装置100に予め設けられた汎用的な記憶装置(メモリ、ハードディスク装置等)の特定領域であっても良い。
The travel time parameter storage unit 9 is a parameter obtained by the parameter estimation unit 6.

The data indicating is stored. The travel time parameter storage unit 9 may be any storage device that can store and restore the data. For example, the travel time parameter storage unit 9 itself may be a database, and the travel time parameter storage unit 9 is a specific area of a general-purpose storage device (memory, hard disk device, etc.) provided in advance in the human flow rate prediction device 100. There may be.

予測人流量算出部10は、遷移確率パラメータ格納部7に格納されているパラメータ

と、移動人数格納部8に格納されている潜在変数

と、移動時間パラメータ格納部9に格納されているパラメータ

と、流出量格納部2に格納されている、時刻(t’−1(予測時刻t’の1時刻ステップ前)における観測点i以外の観測点からの流出量Nt’−1,j OUTと、に基づき、予測時刻t’における観測点iの予測人流量(観測点iへの流入量)を計算する。予測時刻t’における観測点iの予測人流量(観測点iへの流入量)を算出する人流量算出処理については後述する。
The predictor flow rate calculation unit 10 is a parameter stored in the transition probability parameter storage unit 7.

And a latent variable stored in the moving number storage unit 8

And parameters stored in the travel time parameter storage unit 9

And the outflow amount N t′−1, j OUT from observation points other than the observation point i at time (t′−1 (one time step before the predicted time t ′)) stored in the outflow amount storage unit 2 Based on the above, the predicted flow rate of the observation point i at the prediction time t ′ (inflow amount to the observation point i) is calculated, and the predicted flow rate of the observation point i at the prediction time t ′ (flow rate to the observation point i). ) Will be described later.

ここで、パラメータ推定部6により実行されるパラメータ推定処理の流れについて、図7を参照して説明する。図7は、パラメータ推定処理の流れを示すフローチャートである。   Here, the flow of the parameter estimation process executed by the parameter estimation unit 6 will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a flowchart showing the flow of parameter estimation processing.

本実施形態では、パラメータ推定処理のプログラムは、操作部3を用いて予め定めた操作されたタイミングで開始される。   In the present embodiment, the parameter estimation processing program is started at a predetermined operation timing using the operation unit 3.

ステップS101では、パラメータ推定部6が、潜在変数

、パラメータ

、及びパラメータ

を初期化する。
In step S101, the parameter estimation unit 6 performs the latent variable

, Parameters

And parameters

Is initialized.

ステップS103では、パラメータ推定部6が、観測点における人の流入量の集合データNIN及び観測点における人の流出量の集合データNOUTと、ステップS101で初期化された、又は後述するステップS105、S107で算出されたパラメータΘ、Σとに基づいて、上記(20)式に従って、潜在変数

を算出する。
In step S103, the parameter estimation unit 6 initializes the collective data N IN of the inflow amount of people at the observation point and the collective data N OUT of the outflow amount of people at the observation point, or the step S105 described later or step S105. Based on the parameters Θ and Σ calculated in S107, the latent variable

Is calculated.

ステップS105では、パラメータ推定部6が、ステップS103で算出された移動人数Mと、移動履歴の集合データから得られる観測人数データLとに基づいて、上記(30)式に従って、パラメータ

を算出する。
In step S105, the parameter estimation unit 6 sets the parameter according to the above equation (30) based on the moving number M calculated in step S103 and the observed number data L obtained from the movement history set data.

Is calculated.

ステップS107では、パラメータ推定部6が、観測点における人の流入量の集合データNINと、ステップS103で算出された移動人数Mと、移動履歴の集合データから得られる観測時間データとに基づいて、上記(35)式に従って、パラメータ

を算出する。
In step S107, the parameter estimation unit 6 is based on the collective data N IN of the inflow amount of people at the observation point, the number of people M calculated in step S103, and the observation time data obtained from the collective data of the movement history. According to the above equation (35), parameters

Is calculated.

ステップS109では、パラメータ推定部6が、予め定めた収束判定条件を満たしたか否かを判定する。本実施形態では、予め定めた収束判定条件として、ステップS103乃至S107の処理を予め定めた回数(例えば、1000回)繰り返した場合に、予め定めた収束判定条件とする。ステップS109で予め定めた収束判定条件を満たしたと判定した場合はステップS111に移行する。また、ステップS109で予め定めた収束判定条件を満たしていないと判定した場合はステップS103に移行し、算出された各パラメータを用いて再度ステップS103乃至S107の処理を行う。   In step S109, the parameter estimation unit 6 determines whether or not a predetermined convergence determination condition is satisfied. In the present embodiment, as a predetermined convergence determination condition, a predetermined convergence determination condition is set when the processes in steps S103 to S107 are repeated a predetermined number of times (for example, 1000 times). When it is determined in step S109 that the predetermined convergence determination condition is satisfied, the process proceeds to step S111. If it is determined in step S109 that the predetermined convergence determination condition is not satisfied, the process proceeds to step S103, and the processes in steps S103 to S107 are performed again using the calculated parameters.

ステップS111では、パラメータ推定部6が、ステップS103で算出された

を示すデータを移動人数格納部8に格納させ、ステップS105で算出されたパラメータ

を示すデータを遷移確率パラメータ格納部7に格納させ、ステップS107で算出されたパラメータ

を移動時間パラメータ格納部9に格納させ、本パラメータ推定処理のプログラムの実行を終了する。
In step S111, the parameter estimation unit 6 is calculated in step S103.

Is stored in the moving number storage unit 8, and the parameter calculated in step S105.

Is stored in the transition probability parameter storage unit 7, and the parameter calculated in step S107

Is stored in the travel time parameter storage unit 9, and the execution of the program for this parameter estimation process is terminated.

また、予測人流量算出部10により実行される人流量算出処理の流れについて、図8を参照して説明する。図8は、人流量算出処理の流れを示すフローチャートである。   Further, the flow of the human flow rate calculation process executed by the predicted human flow rate calculation unit 10 will be described with reference to FIG. FIG. 8 is a flowchart showing the flow of the human flow rate calculation process.

本実施形態では、人流量算出処理のプログラムは、操作部3を用いて予め定めた操作されたタイミングで開始される。   In the present embodiment, the program for calculating the human flow rate is started at a timing at which a predetermined operation is performed using the operation unit 3.

ステップS201では、予測人流量算出部10が、検索部4により受け付けられた観測点i、及び予測時刻t’を取得する。   In step S <b> 201, the predicted human flow rate calculation unit 10 acquires the observation point i received by the search unit 4 and the predicted time t ′.

ステップS203では、予測人流量算出部10が、一時変数jを0に初期化する。   In step S203, the predicted human flow rate calculation unit 10 initializes the temporary variable j to zero.

ステップS205では、予測人流量算出部10が、観測点jがノード集合V\iに帰属するか否かを判定する。ステップS205で観測点jがノード集合V\iに帰属すると判定した場合(S205,Y)はステップS207に移行する。また、ステップS205で観測点jがノード集合V\iに帰属しないと判定した場合(S205,N)は本人流量予測処理のプログラムの実行を終了する。 In step S205, the predictor flow rate calculation unit 10 determines whether or not the observation point j belongs to the node set V \ i. If it is determined in step S205 that the observation point j belongs to the node set V \ i (S205, Y), the process proceeds to step S207. If it is determined in step S205 that the observation point j does not belong to the node set V \ i (S205, N), the execution of the personal flow rate prediction process program is terminated.

ステップS207では、予測人流量算出部10が、検索部4で指定された観測点i以外の観測点j∈V\iから、時刻(t’−1(予測時刻t’の1時刻ステップ前)に流出し、観測点iへと移動する移動人数

を下記(36)式に従って、計算する。

…(36)
In step S207, the predictor flow rate calculation unit 10 starts the time (t′−1 (one time step before the prediction time t ′) from the observation point j∈V \ i other than the observation point i specified by the search unit 4. Of people moving to observation point i

Is calculated according to the following equation (36).

... (36)

このとき、遷移確率パラメータ格納部7に格納されたパラメータ

と、時刻(t’−1)において観測された観測点i以外の観測点j∈V\iからの人の流出量Nt’−1,j OUTと、を用いる。
At this time, the parameters stored in the transition probability parameter storage unit 7

And the amount of human outflow N t′−1, j OUT from observation point j∈V \ i other than observation point i observed at time (t′−1).

ステップS209では、予測人流量算出部10が、一時変数τを1に初期化する。   In step S209, the predicted human flow rate calculation unit 10 initializes the temporary variable τ to 1.

ステップS211では、予測人流量算出部10が、一時変数τが予測時刻t’より小さいか否かを判定する。ステップS211で一時変数τが予測時刻t’より小さいと判定した場合(S211,Y)はステップS213に移行する。また、ステップS211で一時変数τが予測時刻t’以上であると判定した場合(S211,N)はステップS217に移行する。   In step S211, the predicted human flow rate calculation unit 10 determines whether or not the temporary variable τ is smaller than the predicted time t ′. If it is determined in step S211 that the temporary variable τ is smaller than the predicted time t ′ (S211, Y), the process proceeds to step S213. If it is determined in step S211 that the temporary variable τ is greater than or equal to the predicted time t ′ (S211, N), the process proceeds to step S217.

ステップS213では、予測人流量算出部10が、予測時刻t’より前の時刻τに観測点i以外の観測点j∈V\iから流出し、時間遅れを伴って時刻t’に観測点iに流入する流入量の総和Ct’jiを下記(37)式に従って算出する。

…(37)
In step S213, the predicted human flow rate calculation unit 10 flows out of the observation point j∈V \ i other than the observation point i at the time τ before the prediction time t ′, and the observation point i at the time t ′ with a time delay. The total sum C t′ji of the inflow amount flowing into is calculated according to the following equation (37).

... (37)

このとき、移動人数格納部8に格納されている潜在変数

と、移動時間パラメータ格納部9に格納されているパラメータ

と、前回のステップS213で算出された流入量の総和Ct’jiと、を用いる。
At this time, the latent variable stored in the moving number storage unit 8

And parameters stored in the travel time parameter storage unit 9

And the sum C t′ji of the inflow amount calculated in the previous step S213 is used.

ステップS215では、予測人流量算出部10が、一時変数τに1を加算して、ステップS111に移行する。   In step S215, the predicted human flow rate calculation unit 10 adds 1 to the temporary variable τ, and proceeds to step S111.

ステップS217では、予測人流量算出部10が、一時変数jに1を加算して、ステップS105に移行する。   In step S217, the predicted human flow rate calculation unit 10 adds 1 to the temporary variable j, and proceeds to step S105.

出力部11は、以上のようにして予測人流量算出部10により算出された流入量の総和Ct’jiに基づき、検索部4で指定された観測点iを対象として予測流入量を出力する。出力部11は、それと同時に、予測流入量を用いることで将来の時刻t’における観測点iの人口の予測値を出力する。このとき、人口を計算するためには、将来の時刻t’における予測流入量に加えて、予測流出量が必要となる。予測流出量の計算方法としては、過去の時刻における観測点iからの流出量に基づき、観測点iにおける人口に対する流出量の割合を求めておき、この割合にしたがって将来の時刻t’における予測流出量を計算する方法を用いる。このように、将来の時刻t’における観測点iの予測流入量に基づき、将来の時刻t’における、観測点iの予測流出量を計算し、観測点iの各時刻の人の流入量、各時刻の人の流出量、将来の時刻t’における予測流入量、及び将来の時刻t’における予測流出量に基づいて、観測点iにおける人口の推移を算出する。さらに、出力部11は、遷移確率パラメータ格納部7に格納されているパラメータ

を用いて観測点間の人の流れやすさを表す人流グラフを、移動時間パラメータ格納部9に格納されているパラメータ

を用いて観測点間の移動にかかる移動時間を表す分布を可視化した結果を出力する。
The output unit 11 outputs the predicted inflow amount for the observation point i designated by the search unit 4 based on the total inflow amount C t′ji calculated by the predictor flow calculation unit 10 as described above. . At the same time, the output unit 11 outputs a predicted value of the population at the observation point i at a future time t ′ by using the predicted inflow amount. At this time, in order to calculate the population, a predicted outflow amount is required in addition to a predicted inflow amount at a future time t ′. As a method of calculating the predicted outflow, the ratio of the outflow to the population at the observation point i is obtained based on the outflow from the observation point i at the past time, and the predicted outflow at the future time t ′ according to this ratio. Use a method to calculate quantity. Thus, based on the predicted inflow amount at the observation point i at the future time t ′, the predicted outflow amount at the observation point i at the future time t ′ is calculated, and the inflow amount of the person at each time at the observation point i, Based on the outflow amount of the person at each time, the predicted inflow amount at the future time t ′, and the predicted outflow amount at the future time t ′, the transition of the population at the observation point i is calculated. Further, the output unit 11 includes parameters stored in the transition probability parameter storage unit 7.

The parameter stored in the travel time parameter storage unit 9 is a human flow graph representing the ease of human flow between observation points using

The result of visualizing the distribution representing the travel time for the movement between observation points is output using.

ここで、出力とは、ディスプレイへの表示、プリンタへの印字、音出力、外部装置への送信等を含む概念である。また、出力部11は、ディスプレイ、スピーカ等の出力デバイスを含むと考えても含まないと考えてもよい。出力部11は、出力デバイスのドライバソフト、又は、出力デバイスのドライバソフト及び出力デバイス等で実現される。   Here, output is a concept including display on a display, printing on a printer, sound output, transmission to an external device, and the like. Further, the output unit 11 may or may not include an output device such as a display or a speaker. The output unit 11 is implemented by output device driver software, or output device driver software and output devices.

以下、出力部11により出力される出力画面30の具体例について、図9を参照して説明する。   Hereinafter, a specific example of the output screen 30 output by the output unit 11 will be described with reference to FIG.

一例として図9に示すように、出力画面30は、検索内容を表示するための検索内容表示部31を有している。検索内容表示部31には、例えば、観測点IDを示すデータ、及び予測時刻t’を示すデータが表示される。これにより、ユーザは、将来の時刻t’における、上記観測点IDに示される観測点の人口の予測値を知ることができる。   As an example, as illustrated in FIG. 9, the output screen 30 includes a search content display unit 31 for displaying search content. In the search content display unit 31, for example, data indicating the observation point ID and data indicating the predicted time t 'are displayed. Thereby, the user can know the predicted value of the population of the observation point indicated by the observation point ID at the future time t ′.

また、出力画面30は、観測点iにおける人口の推移を表示するための推移表示部32がを有している。推移表示部32には、例えば、検索部4により受け付けられた観測点ID及び予測時刻t’に応じた観測点iにおける人口の推移が表示される。これにより、ユーザは、指定した観測点iにおける人口がどのような推移しているかについて分析することができる。 Further, the output screen 30 has a transition display section 32 for displaying the transition of the population at the observation point i 1 . The transition display unit 32 displays, for example, the transition of the population at the observation point i 1 according to the observation point ID received by the search unit 4 and the predicted time t ′. Thus, the user can analyze whether population in specified observation point i 1 is any transition.

また、出力画面30は、観測点間の人流グラフを表示するための人流グラフ表示部33を有している。人流グラフ表示部33には、例えば、各観測点から観測点iへの人の流れが示された二次元マップが表示される。これにより、ユーザは、指定した予測時刻t’における各観測点から観測点iへの流入量を知ることができる。 The output screen 30 also has a human flow graph display unit 33 for displaying a human flow graph between observation points. The pedestrian flow graph display unit 33, for example, two-dimensional map in which the flow is shown in humans to observation point i 1 from each observation point is displayed. Thereby, the user can know the inflow amount from each observation point to the observation point i 1 at the designated predicted time t ′.

また、出力画面30は、各観測点からの流入量を表示するための流入量表示部34を有している。流入量表示部34には、例えば、指定した予測時刻t’における各観測点から観測点iへの流入量が人数で示された表が表示される。これにより、ユーザは、各観測点から観測点iへ流入する人が各観測点からどの程度の移動時間を経て観測点iへ流入しているかについて分析することができる。 The output screen 30 has an inflow amount display unit 34 for displaying the inflow amount from each observation point. The inflow amount display unit 34 is, for example, inflow from each observation point at specified prediction time t 'to the observation point i 1 is shown in number table is displayed. Thus, the user can analyze whether people flowing from each observation point to the observation point i 1 is flowing into the observation point i 1 through the moving time how much from each observation point.

また、出力画面30は、各観測点からの移動時間を表示するための移動時間表示部35を有している。移動時間表示部35には、例えば、指定した予測時刻t’における各観測点から観測点iへの移動時間が示された時系列のグラフが表示される。これにより、ユーザは、各観測点から観測点iへ流入する人が各観測点からどの程度の移動時間を経て観測点iへ流入しているかについて分析することができる。 The output screen 30 has a travel time display unit 35 for displaying travel time from each observation point. The travel time display unit 35 displays, for example, a time-series graph showing the travel time from each observation point to the observation point i 1 at the designated predicted time t ′. Thus, the user can analyze whether people flowing from each observation point to the observation point i 1 is flowing into the observation point i 1 through the moving time how much from each observation point.

なお、本実施形態では、検索部4において未来の時刻t’の入力を受け付けた場合について説明したが、これに限らない。例えば、検索部4で過去の時刻を受け付けることにより、過去の人流量についての分析を行い、過去の人流量についての分析結果を出力しても良い。   In the present embodiment, the case where the search unit 4 receives an input of a future time t ′ has been described, but the present invention is not limited to this. For example, the past time may be analyzed by receiving a past time in the search unit 4 and an analysis result regarding the past person flow may be output.

また、本実施形態に係る人流量予測装置100は、例えば、CPU(Central Processing Unit)、RAM(Random Access Memory)、各種プログラムを記憶するROM(Read Only Memory)を備えたコンピュータ装置で構成される。また、人流量予測装置100を構成するコンピュータは、ハードディスクドライブ、不揮発性メモリ等の記憶部を備えていても良い。本実施形態では、CPUがROM、ハードディスク等の記憶部に記憶されているプログラムを読み出して実行することにより、上記のハードウェア資源とプログラムとが協働し、上述した機能が実現される。   Moreover, the human flow prediction apparatus 100 according to the present embodiment is configured by a computer apparatus including, for example, a CPU (Central Processing Unit), a RAM (Random Access Memory), and a ROM (Read Only Memory) that stores various programs. . Moreover, the computer which comprises the human flow prediction apparatus 100 may be provided with memory | storage parts, such as a hard disk drive and a non-volatile memory. In the present embodiment, the CPU reads and executes a program stored in a storage unit such as a ROM or a hard disk, whereby the hardware resources and the program cooperate to realize the above-described function.

また、本実施形態では、図1に示す機能の構成要素の動作をプログラムとして構築し、人流量予測装置100として利用されるコンピュータにインストールして実行させるが、これに限らず、ネットワークを介して流通させても良い。   Further, in the present embodiment, the operation of the components of the function shown in FIG. 1 is constructed as a program and installed in a computer used as the human flow prediction device 100, but is not limited to this. It may be distributed.

また、構築されたプログラムをハードディスクやフレキシブルディスク、CD−ROM等の可搬記憶媒体に格納し、コンピュータにインストールしたり、配布したりしても良い。   Further, the constructed program may be stored in a portable storage medium such as a hard disk, a flexible disk, or a CD-ROM, and installed in a computer or distributed.

1 流入量格納部
2 流出量格納部
3 操作部
4 検索部
5 人流量モデル学習部
6 パラメータ推定部
7 遷移確率パラメータ格納部
8 移動人数格納部
9 移動時間パラメータ格納部
10 予測人流量算出部
11 出力部
100 人流量予測装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Inflow amount storage part 2 Outflow amount storage part 3 Operation part 4 Search part 5 Human flow model learning part 6 Parameter estimation part 7 Transition probability parameter storage part 8 Traveling person number storage part 9 Travel time parameter storage part 10 Predictor flow rate calculation part 11 Output unit 100 Human flow prediction device

Claims (5)

複数の観測点の各々における各時刻の人の流入量からなる集合データ、前記複数の観測点の各々における各時刻の人の流出量からなる集合データ、特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す観測人数データ、及び特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての移動時間を表す観測時間データに基づいて、前記流入量の集合データ、前記流出量の集合データ、前記観測人数データ、前記観測時間データ、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す潜在変数、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ人が移動する遷移確率、及び前記観測点のペアの各々についての移動時間を用いて表される目的関数を最適化するように、前記遷移確率のパラメータ、前記移動時間のパラメータ、及び前記潜在変数を推定するパラメータ推定部と、
予測の対象とする対象観測点及び予測時刻の入力を受け付ける検索部と、
前記パラメータ推定部により推定された、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ移動する遷移確率のパラメータ、前記対象観測点以外の観測点と前記対象観測点とのペアについての移動時間のパラメータ、及び前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ向かって流出した前記移動人数と、前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点からの流出量とに基づいて、前記予測時刻における前記対象観測点の予測流入量を算出する予測人流量算出部と、
を備えた人流量予測装置。
Collective data consisting of the inflow of people at each time at a plurality of observation points, collective data consisting of the outflow of people at each time at each of the plurality of observation points, the observation points observed for a plurality of specific people Observation number data representing the number of persons moving at each time flowing out from one to the other for each of the pairs, and observation time data representing the movement time for each of the pair of observation points observed for a specific plurality of persons Based on the inflow amount data, the outflow amount data, the observation number data, the observation time data, and the number of moving persons at each time point that flowed from one to the other for each of the observation point pairs , A transition probability that a person moves from one to the other for each of the observation point pairs, and a movement time for each of the observation point pairs. A parameter estimating unit so as to optimize the objective function, the parameters of the transition probability parameters of the travel time, and for estimating the latent variables represented Te,
A search unit that accepts input of a target observation point to be predicted and a predicted time;
Parameters of transition probability estimated by the parameter estimation unit to move from an observation point other than the target observation point to the target observation point, travel time for a pair of the observation point other than the target observation point and the target observation point And the target observations for the time before the predicted time, and the number of people that flowed from the observation points other than the target observation point toward the target observation point, and the time before the predicted time. A predictor flow rate calculation unit that calculates a predicted inflow amount of the target observation point at the prediction time based on an outflow amount from an observation point other than a point;
Human flow prediction device with
前記パラメータ推定部は、EMアルゴリズムにより、前記遷移確率のパラメータ及び前記移動時間のパラメータを固定して前記潜在変数を算出するEステップと、前記潜在変数を固定して前記遷移確率のパラメータ及び前記移動時間のパラメータを算出するMステップとを繰り返すことにより、前記目的関数を最適化する、前記遷移確率のパラメータ、前記移動時間のパラメータ、及び前記潜在変数を推定する
請求項1記載の人流量予測装置。
The parameter estimation unit includes an E step of calculating the latent variable by fixing the transition probability parameter and the movement time parameter by an EM algorithm, and fixing the latent variable to the transition probability parameter and the movement. The human flow prediction device according to claim 1, wherein the objective function is optimized by repeating M step for calculating a time parameter, and the transition probability parameter, the travel time parameter, and the latent variable are estimated. .
前記予測人流量算出部は、前記予測時刻における前記対象観測点の予測流入量に基づき、前記予測時刻における、前記対象観測点の予測流出量を計算し、前記対象観測点の各時刻の人の流入量、各時刻の人の流出量、前記予測流入量、及び前記予測流出量に基づいて、前記対象観測点における人口の推移を算出する
請求項1又は2記載の人流量予測装置。
The predicted human flow rate calculation unit calculates a predicted outflow amount of the target observation point at the predicted time based on a predicted inflow amount of the target observation point at the predicted time, and calculates a human flow at each time of the target observation point. The human flow prediction device according to claim 1 or 2, wherein a transition of a population at the target observation point is calculated based on an inflow amount, a human outflow amount at each time, the predicted inflow amount, and the predicted outflow amount.
パラメータ推定部、検索部、及び予測人流量算出部を備えた人流量予測装置における人流量予測方法であって、
前記パラメータ推定部が、複数の観測点の各々における各時刻の人の流入量からなる集合データ、前記複数の観測点の各々における各時刻の人の流出量からなる集合データ、特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す観測人数データ、及び特定の複数人について観測した、前記観測点のペアの各々についての移動時間を表す観測時間データに基づいて、前記流入量の集合データ、前記流出量の集合データ、前記観測人数データ、前記観測時間データ、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ向かって流出した各時刻の移動人数を表す潜在変数、前記観測点のペアの各々についての一方から他方へ人が移動する遷移確率、及び前記観測点のペアの各々についての移動時間を用いて表される目的関数を最適化するように、前記遷移確率のパラメータ、前記移動時間のパラメータ、及び前記潜在変数を推定するステップと、
前記検索部が、予測の対象とする対象観測点及び予測時刻の入力を受け付けるステップと、
前記予測人流量算出部が、前記パラメータ推定部により推定された、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ移動する遷移確率のパラメータ、前記対象観測点以外の観測点と前記対象観測点とのペアについての移動時間のパラメータ、及び前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点から前記対象観測点へ向かって流出した前記移動人数と、前記予測時刻より前の時刻についての、前記対象観測点以外の観測点からの流出量とに基づいて、前記予測時刻における前記対象観測点の予測流入量を算出するステップと、
を行う人流量予測方法。
A human flow prediction method in a human flow prediction device including a parameter estimation unit, a search unit, and a predicted human flow calculation unit,
The parameter estimator is a set of data consisting of inflows of people at each time at each of a plurality of observation points, a set of data consisting of outflows of people at each time at each of the plurality of observation points, for a specific plurality of people Observed observation data representing the number of people moving at each time that flowed from one to the other for each of the observation point pairs, and the movement for each of the observation point pairs observed for a plurality of specific people Based on observation time data representing time, outflow from one to the other of each of the inflow volume data, the outflow volume data, the observation number data, the observation time data, and the observation point pair A latent variable representing the number of people moved at each time, a transition probability that a person moves from one to the other for each of the observation point pairs, and each of the observation point pairs A method to optimize the objective function, the parameters of the transition probability parameters of the travel time, and for estimating the latent variables represented using travel time for,
The search unit accepting input of a target observation point to be predicted and a predicted time;
The predictor flow rate calculation unit is a parameter of transition probability estimated by the parameter estimation unit to move from an observation point other than the target observation point to the target observation point, an observation point other than the target observation point, and the target observation. A parameter of travel time for a pair with a point, and the number of people that have flowed out from an observation point other than the target observation point toward the target observation point for a time before the prediction time, and before the prediction time Calculating a predicted inflow amount of the target observation point at the prediction time based on an outflow amount from an observation point other than the target observation point for the time of
A person flow prediction method.
コンピュータを、請求項1〜3の何れか1項記載の人流量予測装置の各部として機能させるためのプログラム。   The program for functioning a computer as each part of the human flow prediction apparatus of any one of Claims 1-3.
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