JP2019159506A - Time series prediction apparatus, time series prediction method, and program - Google Patents

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Abstract

To provide a time series prediction apparatus, a time series prediction method, and a program capable of dealing with a highly accurate and inexperienced scale prediction target.SOLUTION: A time series prediction apparatus 100 includes time series data acquisition means 110 for acquiring time series data of river water level and rainfall, and predictor configuration means 120 for configuring a predictor 140 based on a dynamical system theory using the time series data. The predictor configuring means 120 uses multivariate time-series data to configure a plurality of predictors based on different embedding methods, and integrates the plurality of predictors.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は時系列予測装置、時系列予測方法及びプログラムに関し、特に高精度かつ未経験の規模の予測対象にも対応できる時系列予測装置、時系列予測方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a time-series prediction apparatus, a time-series prediction method, and a program, and more particularly to a time-series prediction apparatus, a time-series prediction method, and a program that can cope with a highly accurate and inexperienced scale target.

観測値、例えば雨量等のデータを用いて、将来生じ得る現象、例えば河川水位を予測するための手法が幾つか存在する。代表的なものに、物理モデルを基盤とする予測手法、過去のデータを利用した統計的な予測手法、及び力学系理論に基づく予測手法がある。   There are several methods for predicting phenomena that may occur in the future, such as river water levels, using observation values, such as rainfall. Typical examples include prediction methods based on physical models, statistical prediction methods using past data, and prediction methods based on dynamical system theory.

物理モデルを基盤とした予測手法では、例えば予め構築した流出解析モデルに雨量データ等を入力して河川流量を求め、予め定義したH−Q式に河川流量を入力することで河川水位を予測する。   In the prediction method based on a physical model, for example, the river flow level is predicted by inputting the rainfall data into a pre-established runoff analysis model to obtain the river flow, and inputting the river flow into a predefined HQ equation. .

統計的な予測手法では、例えば過去の洪水の際に観測された雨量、気温、積雪深、風向、風速、気圧、潮位、ダム放流量等のデータ(入力データ)と、河川水位データ(出力データ)と、の相関関係を学習させたモデルを機械学習により構築する。そして、この学習済みモデルに任意の入力データを与えることで、河川水位の予測値を出力させる。   Statistical prediction methods include, for example, data (input data) such as rainfall, temperature, snow depth, wind direction, wind speed, barometric pressure, tide level, dam discharge, and river water level data (output data) observed during past floods. ) And the model that learned the correlation between the two is constructed by machine learning. Then, by giving arbitrary input data to the learned model, the predicted value of the river water level is output.

力学系理論に基づく予測手法では、例えば過去の雨量データや雨量の予報データ等の不規則な時系列データを、非線形力学系の持つカオスダイナミクスに起因するもの(決定論的力学系)と考えて時系列解析を行い、力学系のモデルすなわちアトラクタを構築する。アトラクタの再構成に最も広く使われる手法は観測時系列から時間遅れ座標系への変換である。この変換は一定の条件下では埋め込みであることが知られている。   In the prediction method based on dynamical system theory, for example, irregular time-series data such as past rainfall data and rainfall forecast data are considered to be due to chaotic dynamics of nonlinear dynamical systems (deterministic dynamical systems). A time series analysis is performed to build a dynamic system model, that is, an attractor. The most widely used technique for attractor reconstruction is the transformation from observation time series to time-delayed coordinate systems. This transformation is known to be embedded under certain conditions.

非特許文献1には、深層ニューラルネットワークを利用した統計的な予測手法と流出解析モデルとを組合せたハイブリッド洪水予測手法が記載されている。また、力学系理論に基づく予測手法に関する先行研究として非特許文献2乃至5がある。   Non-Patent Document 1 describes a hybrid flood prediction method that combines a statistical prediction method using a deep neural network and a runoff analysis model. Further, there are Non-Patent Documents 2 to 5 as prior studies on prediction methods based on dynamical system theory.

一言正之ほか、「深層ニューラルネットワークと分布型モデルを組み合わせたハイブリッド河川水位予測手法」、土木学会論文集B1(水工学)、日本、公益社団法人土木学会、2017年、Vol.73 No.1、第22−33頁Masayuki Ichiban et al., “Hybrid River Water Level Prediction Method Combined with Deep Neural Network and Distribution Model”, Journal of Japan Society of Civil Engineers B1 (Hydro Engineering), Japan, Japan Society of Civil Engineers, 2017, Vol. 73 No. 1, pages 22-33 奥野峻也ほか、「Avoiding Underestimates for Time Series Prediction by State−Dependent Local Integration」、MATHEMATICAL ENGINEERING TECHNICAL REPORTS(METR 2017−22)、[online]、2017年11月、東京大学工学部計数工学科、[2018年1月23日閲覧]、インターネット(URL:http://www.keisu.t.u−tokyo.ac.jp/research/techrep/)Takuya Okuno et al., “Avoiding Underestimates for Time Series Prediction by State-Dependent Local Integration”, MATHEMATICAL ENGINEERING TECHNIC 20 ne. May 23], the Internet (URL: http://www.keisu.t.u-tokyo.ac.jp/research/techrep/) J. Doyne Farmerほか、「Dynamic patterns in complex systems」、World Scientific、シンガポール、1988年、第265−292頁J. et al. Doyne Farmer et al., “Dynamic patterns in complex systems”, World Scientific, Singapore, 1988, pp. 265-292. Y. Hirataほか、「Approximating high−dimensional dynamics by barycentric coordinates with linear programming」,Chaos:An Interdisciplinary Journal of Nonlinear Science、AIP Publishing、2015年、第25号 013114Y. Hirata et al., “Approximation high-dimensional dynamics by bicentric coordinating with linear programming 3rd year, CIP: 15th Ann. H. Yeほか、「Information leverage in interconnected ecosystems: Overcoming the curse of dimensionality」、Science、2016年8月25日、第353号、第922−925頁H. Ye et al., “Information level in interconnected ecosystems: Overcoming the course of dimension”, Science, August 25, 2016, No. 353, pages 922-925.

物理モデルを基盤として予測する手法は、不正確な水文データに基づくモデル化誤差、モデルを構成する方程式の離散化及び近似に伴う誤差、モデルの設定パラメータに基づく誤差により予測精度が不十分な場合がある。また、モデル構築の労力や計算負荷が大きいという問題がある。   The prediction method based on the physical model is based on modeling errors based on inaccurate hydrological data, errors due to discretization and approximation of equations that make up the model, and errors based on model setting parameters. There is. In addition, there is a problem that a model construction effort and a calculation load are large.

統計的な予測手法は、物理モデルを基盤として予測する手法に比べればモデル構築は容易である。しかしながら、不適切な特徴選択や学習段階におけるデータの不足があると精度が低下する。また、未経験の洪水規模に対し適切に対応できないという問題がある。   A statistical prediction method is easier to build than a method that uses a physical model as a basis for prediction. However, if there is an inappropriate feature selection or lack of data at the learning stage, the accuracy will drop. In addition, there is a problem that it is not possible to respond appropriately to inexperienced flood scales.

力学系理論に基づく予測手法でも、物理モデルを基盤として予測する手法に比べモデル構築は容易といえる。特に非特許文献5記載の手法によれば、モデル構築に必要なデータの種類や量が統計的な予測手法よりも少なくて済む等の利点がある。   Even with a prediction method based on a dynamical system theory, it can be said that the model construction is easier than a prediction method based on a physical model. In particular, according to the method described in Non-Patent Document 5, there is an advantage that the type and amount of data necessary for model construction are smaller than that of the statistical prediction method.

しかしながら、非特許文献2記載の手法は多変量時系列に対する複数の埋め込みを想定していない。また計算した全ての予測器を統合に用いるため、実運用では多くの計算時間とメモリ容量を必要とするうえ、一部の予測器が結果に悪影響をおよぼす場合がある。また、ノイズが含まれる実データに対しては十分な精度を発揮できないという問題がある。   However, the method described in Non-Patent Document 2 does not assume a plurality of embeddings for the multivariate time series. In addition, since all the calculated predictors are used for integration, the actual operation requires a lot of calculation time and memory capacity, and some predictors may adversely affect the results. In addition, there is a problem that sufficient accuracy cannot be exhibited for actual data including noise.

また、非特許文献4記載の手法は、特に多変量時系列では誤って埋め込まれた予測に寄与しない時系列に大きく影響を受ける。さらに、実データを想定した際、局所的なノイズに対しても解が大きく影響を受ける場合がある。   In addition, the method described in Non-Patent Document 4 is greatly influenced by a time series that does not contribute to erroneously embedded prediction, particularly in a multivariate time series. Furthermore, when actual data is assumed, the solution may be greatly affected by local noise.

また、非特許文献5記載の手法は、高次元の埋め込みには適さず、また予測に適切な埋め込み次元を推定できない場合がある。さらに、特に予測に寄与しない時系列が含まれる場合には適切な統合数を決定できず精度が低下すること、異なる予測器の統合を想定していないこと等の問題がある。   Further, the method described in Non-Patent Document 5 is not suitable for high-dimensional embedding and may not be able to estimate an appropriate embedding dimension for prediction. Furthermore, particularly when a time series that does not contribute to the prediction is included, there is a problem that an appropriate number of integration cannot be determined and accuracy is lowered, and integration of different predictors is not assumed.

本発明はこれらの問題を解決するためになされたものであり、高精度かつ未経験の規模の予測対象にも対応できる時系列予測装置、時系列予測方法及びプログラムを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve these problems, and an object of the present invention is to provide a time-series prediction apparatus, a time-series prediction method, and a program that can cope with a highly accurate and inexperienced scale target.

本発明の一実施形態に係る時系列予測装置は、河川の水位時系列データを少なくとも取得する時系列データ取得手段と、前記時系列データを用いて、力学系理論に基づく予測器を生成する予測器生成手段と、を有する時系列予測装置であって、前記予測器生成手段はさらに、多変量の前記時系列データを使用して、それぞれ異なる埋め込み手法に基づく複数の予測器を生成し、前記複数の予測器を統合することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測装置において、前記予測器生成手段は、前記時系列データを鮮鋭化させる変換を行い、前記変換後の前記時系列データに対して力学系理論に基づく予測を行い、前記変換前の前記時系列データに対する予測値を再帰的に復元することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測装置において、前記時系列データ取得手段はさらに、観測雨量の時系列データと予報雨量の時系列データとを取得し、前記予測器生成手段はさらに、前記観測雨量の時系列データと前記予報雨量の時系列データとを組み合わせて遅れ座標を逐次構成することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測装置において、前記予測器生成手段はさらに、再構成したアトラクタにおける予測時点の遅れ座標の近傍点に対し、凸二次計画問題を解くことで予測に適した重心位置を求めることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測装置において、前記予測器生成手段はさらに、前記重心位置と予測時点の遅れ座標の差分ベクトルを、補正行列により修正してすることを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測装置は、多変量の前記時系列データを入力して、それぞれ異なる埋め込み手法に基づく複数の予測器による予測値を統合し、最終的な予測値として出力する予測手段をさらに有することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測装置において、前記予測手段はさらに、前記複数の予測器による予測値又はそれらの予測値のばらつきに関する値を出力することを特徴とする。
本発明の一実施形態に係る時系列予測方法は、時系列データ取得手段及び予測器生成手段を有する時系列予測装置において、時系列データ取得手段が、河川の水位及び雨量の時系列データを取得する時系列データ取得ステップと、予測器生成手段が、前記時系列データを用いて、力学系理論に基づく予測器を生成する予測器生成ステップと、を有する時系列予測方法であって、前記予測器生成ステップは、多変量の前記時系列データを使用して、それぞれ異なる埋め込み手法に基づく複数の予測器を生成するステップと、前記複数の予測器を統合するステップと、を含むことを特徴とする。
本発明の一実施形態に係るプログラムは、上記方法をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
A time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention uses a time-series data acquisition unit that acquires at least river water level time-series data, and a prediction that generates a predictor based on dynamical system theory using the time-series data. A time-series predicting device comprising: a multi-variable time-series data to generate a plurality of predictors based on different embedding methods, and It is characterized by integrating a plurality of predictors.
In the time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, the predictor generation unit performs a conversion for sharpening the time-series data, and predicts the converted time-series data based on a dynamic system theory. And the prediction value for the time series data before the conversion is recursively restored.
In the time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, the time-series data acquisition unit further acquires time-series data of observed rainfall and time-series data of predicted rainfall, and the predictor generation unit further includes the The lag coordinate is sequentially constructed by combining the time series data of the observed rainfall and the time series data of the forecasted rainfall.
In the time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, the predictor generation unit is further suitable for prediction by solving a convex quadratic programming problem with respect to the neighboring points of the delayed coordinates at the prediction time in the reconstructed attractor. The center of gravity position is obtained.
In the time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, the predictor generation unit further corrects a difference vector between the centroid position and a delayed coordinate at the prediction time using a correction matrix.
The time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention inputs the multivariate time-series data, integrates prediction values obtained by a plurality of predictors based on different embedding methods, and outputs the result as a final prediction value. It further has a prediction means to perform.
In the time-series prediction apparatus according to an embodiment of the present invention, the prediction unit further outputs a prediction value by the plurality of predictors or a value related to a variation in the prediction value.
A time series prediction method according to an embodiment of the present invention is a time series prediction apparatus having a time series data acquisition unit and a predictor generation unit, wherein the time series data acquisition unit acquires time series data of river water level and rainfall. A time-series data acquisition step, and a predictor generation means, which uses the time-series data to generate a predictor based on dynamical system theory. The generator generating step includes a step of generating a plurality of predictors based on different embedding methods using the multivariate time-series data, and a step of integrating the plurality of predictors, To do.
A program according to an embodiment of the present invention is a program for causing a computer to execute the above method.

本発明により、高精度かつ未経験の規模の予測対象にも対応できる時系列予測装置、時系列予測方法及びプログラムを提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide a time-series prediction apparatus, a time-series prediction method, and a program that can cope with a highly accurate and inexperienced scale target.

時系列予測装置100のハードウェア構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a hardware configuration of a time series prediction apparatus 100. FIG. 時系列予測装置100の機能構成を示すブロック図である。2 is a block diagram showing a functional configuration of a time series prediction apparatus 100. FIG. 時系列予測装置100の動作を示すフローチャートである。4 is a flowchart showing the operation of the time series prediction apparatus 100. 時系列予測装置100による河川水位予測結果を示す図である。It is a figure which shows the river water level prediction result by the time series prediction apparatus. 時系列予測装置100による河川水位予測結果を示す図である。It is a figure which shows the river water level prediction result by the time series prediction apparatus. 時系列予測装置100における予測手法を説明する図である。It is a figure explaining the prediction method in the time series prediction apparatus. 時系列予測装置100における予測手法を説明する図である。It is a figure explaining the prediction method in the time series prediction apparatus. 時系列予測装置100における予測手法を説明する図である。It is a figure explaining the prediction method in the time series prediction apparatus.

本発明を適用した具体的な実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。図1は、本発明の実施の形態にかかる時系列予測装置100の概略的なハードウェア構成を示すブロック図である。時系列予測装置100は、典型的には1又は複数のコンピュータにより構成される。   Specific embodiments to which the present invention is applied will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a schematic hardware configuration of a time-series prediction apparatus 100 according to an embodiment of the present invention. The time series prediction apparatus 100 is typically configured by one or a plurality of computers.

時系列予測装置100が備えるCPU(中央処理装置)11は、時系列予測装置100を全体的に制御する。CPU11は、不揮発性メモリ14に格納されたプログラムをバス20を介して読み出し、プログラムに従って情報処理を実行することにより特有の機能を実現する。   A CPU (central processing unit) 11 included in the time series prediction apparatus 100 controls the time series prediction apparatus 100 as a whole. The CPU 11 implements a specific function by reading out a program stored in the nonvolatile memory 14 via the bus 20 and executing information processing according to the program.

不揮発性メモリ14は、時系列予測装置100の電源の状態にかかわらず記憶状態が保持されるハードディスクやSSD等の記憶装置である。不揮発性メモリ14に記憶されているプログラムやデータは、典型的にはプログラム実行時に揮発性メモリ13に展開される。   The nonvolatile memory 14 is a storage device such as a hard disk or an SSD that retains the storage state regardless of the power state of the time-series prediction device 100. The program and data stored in the nonvolatile memory 14 are typically expanded in the volatile memory 13 when the program is executed.

揮発性メモリ13には、不揮発性メモリ14から展開されたプログラムやデータをはじめ、一時的な計算データや入出力装置70を介して入力又は出力されるデータ等が格納される記憶装置である。   The volatile memory 13 is a storage device that stores programs and data expanded from the nonvolatile memory 14, temporary calculation data, data input or output via the input / output device 70, and the like.

入出力装置70はディスプレイ等のデータ出力装置、キーボード等のデータ入力装置、外部装置(例えばネットワークを介して接続された他のコンピュータなど)との通信を制御する通信インタフェース等を含む。CPU11から出力された表示データは、インタフェース15を介してディスプレイに表示される。キーボードから入力された指令やデータは、インタフェース15を介してCPU11に渡される。通信インタフェースはCPU11から出力された送信データをインタフェース15を介して取得し、外部装置に対して出力する。また通信インタフェースは外部装置より受信データを取得し、インタフェース15を介してCPU11に引き渡す。   The input / output device 70 includes a data output device such as a display, a data input device such as a keyboard, and a communication interface that controls communication with an external device (for example, another computer connected via a network). The display data output from the CPU 11 is displayed on the display via the interface 15. Commands and data input from the keyboard are passed to the CPU 11 via the interface 15. The communication interface acquires the transmission data output from the CPU 11 via the interface 15 and outputs it to the external device. The communication interface acquires received data from an external device and passes it to the CPU 11 via the interface 15.

図2は、本発明の実施の形態にかかる時系列予測装置100の機能構成を示すブロック図である。また図3は、時系列予測装置100の動作の概略を示すフローチャートである。時系列予測装置100は、予測対象の観測値を含む多変量時系列データを入力して、予測対象の予測値を出力するものである。例えば、時系列予測装置100は、予測地点における河川水位、予測地点周辺の降雨量、利用可能であれば予測地点における予測雨量、予測地点の上流の河川水位などの多変量時系列データを入力して、将来における予測地点の河川水位の値すなわち予測値を出力するものである。加えて本実施の形態では、従来の力学系理論に基づく時系列予測手法を改善し、水位予測に特化させた予測手法を開示する。   FIG. 2 is a block diagram showing a functional configuration of the time-series prediction apparatus 100 according to the embodiment of the present invention. FIG. 3 is a flowchart showing an outline of the operation of the time series prediction apparatus 100. The time-series prediction apparatus 100 inputs multivariate time-series data including an observation value to be predicted and outputs a prediction value to be predicted. For example, the time-series prediction device 100 inputs multivariate time-series data such as the river water level at the predicted point, the rainfall around the predicted point, the predicted rainfall at the predicted point if available, and the river water level upstream of the predicted point. Thus, the value of the river water level at the predicted point in the future, that is, the predicted value is output. In addition, in the present embodiment, a time series prediction method based on a conventional dynamical system theory is improved, and a prediction method specialized in water level prediction is disclosed.

時系列予測装置100は、予測対象の観測値である時系列データを取得する時系列データ取得手段110、時系列データ取得手段110が取得した時系列データを用いて予測器140を生成する予測器生成手段120、予測器140を用いて将来における予測対象の値すなわち予測値を予測する予測手段130、及び予測器140を有する。   The time-series prediction apparatus 100 includes a time-series data acquisition unit 110 that acquires time-series data that are observation values to be predicted, and a predictor that generates the predictor 140 using the time-series data acquired by the time-series data acquisition unit 110. A generation unit 120, a prediction unit 130 that predicts a value to be predicted in the future, that is, a prediction value using the prediction unit 140, and a prediction unit 140 are included.

時系列データ取得手段110は、予測対象の観測値の時系列データを含む多変量時系列データを収集し、蓄積する(ステップS101)。時系列データ取得手段110は、少なくとも予測対象の過去の観測値を収集する必要がある。例えば、ある予測地点における河川水位の予測を目的とする場合、時系列データ取得手段110は、その予測地点における河川水位の過去の観測値を少なくとも収集する。加えて、予測地点周辺の降雨量の過去の観測値、予測地点の上流の河川水位の過去の観測値など、予測対象と関連があると考えられる他の観測値を併せて収集しても良い。例えば、降雨量の観測値を併せて収集するならば、降雨量の影響を織り込んだ河川水位を予測できる可能性がある。   The time series data acquisition unit 110 collects and accumulates multivariate time series data including time series data of observation values to be predicted (step S101). The time-series data acquisition unit 110 needs to collect at least past observation values to be predicted. For example, when the purpose is to predict a river water level at a certain predicted point, the time-series data acquisition unit 110 collects at least past observation values of the river water level at the predicted point. In addition, other observations that are considered to be related to the prediction target, such as past observations of rainfall around the prediction point, and past observations of the river water level upstream of the prediction point, may be collected together. . For example, if we collect rainfall observations together, there is a possibility that we can predict river water levels that incorporate the effects of rainfall.

時系列データ取得手段110は、予測対象の河川の予測地点等に予め設置された1以上の水位計及び雨量計等から、通信ネットワークを介して一定時間毎に水位データ及び雨量データ等の観測値を収集することができる。予測地点等に設置された河川カメラの映像を公知技術を利用して解析し、水位データ等を得ても良い。収集された観測値は、予測器生成手段120による予測器140の生成及び予測手段130による予測の各段階において使用される。   The time-series data acquisition unit 110 uses one or more water level gauges and rain gauges, etc., installed in advance at a prediction point of a river to be predicted, etc., to observe observation values such as water level data and rainfall data via a communication network at regular intervals. Can be collected. Water level data or the like may be obtained by analyzing a video of a river camera installed at a predicted point or the like using a known technique. The collected observation values are used in each stage of generation of the predictor 140 by the predictor generation unit 120 and prediction by the prediction unit 130.

また、時系列データ取得手段110は、上述の観測値の将来の予測値を入手できるならば、その予測値を収集することが好ましい。例えば、降雨量は天気予報により予測可能である。時系列データ取得手段110は、予報データ提供業者のサーバやデータベース等から、予測地点における予測雨量を収集することができる。収集された予測値は、予測手段130による予測段階において使用される。   Moreover, if the time series data acquisition means 110 can obtain the future predicted value of the observed value, it is preferable to collect the predicted value. For example, the amount of rainfall can be predicted by a weather forecast. The time-series data acquisition unit 110 can collect the predicted rainfall at the predicted point from the server or database of the forecast data provider. The collected prediction values are used in the prediction stage by the prediction means 130.

予測器生成手段120は、時系列データ取得手段110が取得した過去の観測値の時系列データを使用して予測器140を生成する。本実施の形態では、予測器生成手段120は次の手順により予測器140を生成する。
(1)時系列データにFIR(Finite Impulse Response,有限インパルス応答)フィルタを適用し、データを変換する(ステップS102)。河川水位のように緩慢に変化する時系列に対しては鮮鋭化を施すことで、予測対象の特徴を適切に捉えた予測器140を生成することができる。
(2)変換した時系列データをK個の評価区間に分割する(ステップS103)。
(3)力学系理論に基づき過去(インサンプル)の観測値の時系列データを用いた予測を行い、各評価区間において予測誤差を最小にする埋め込み(状態の再構成方法)を、上位M通り、合計P=KM通り行う(ステップS104)。
(4)P個の予測器の結果を統合し、予測器140を得る(ステップS105)。このように、予測に適した複数の再構成方法で生成された複数の予測器を統合することで、不適切な特徴選択やデータの不足に基づく精度低下を抑制し、高精度な予測器140を生成することができる。
The predictor generation unit 120 generates the predictor 140 using the time series data of past observation values acquired by the time series data acquisition unit 110. In the present embodiment, the predictor generation unit 120 generates the predictor 140 by the following procedure.
(1) An FIR (Finite Impulse Response) filter is applied to the time series data to convert the data (step S102). By sharpening a time series that changes slowly, such as a river water level, a predictor 140 that appropriately captures the characteristics of the prediction target can be generated.
(2) The converted time series data is divided into K evaluation sections (step S103).
(3) Prediction using time series data of past (in-sample) observation values based on dynamical system theory, and embedding (state reconstruction method) that minimizes prediction error in each evaluation section The total P = KM is performed (step S104).
(4) The results of P predictors are integrated to obtain the predictor 140 (step S105). In this way, by integrating a plurality of predictors generated by a plurality of reconstruction methods suitable for prediction, a reduction in accuracy due to inappropriate feature selection or lack of data is suppressed, and a highly accurate predictor 140 is provided. Can be generated.

加えて、予測器生成手段120は、適切な予報値が入手できる場合は、予測器140の生成時に過去の観測値の時系列データと予報値の時系列データとを組み合わせて遅れ座標を逐次構成することとしても良い。これにより、より高精度な予測器140を生成することが可能である。   In addition, when an appropriate forecast value is available, the predictor generation unit 120 sequentially composes the delayed coordinates by combining the time series data of past observation values and the time series data of forecast values when the predictor 140 is generated. It is also good to do. Thereby, it is possible to generate the predictor 140 with higher accuracy.

こうして生成された予測器140は、観測値等の時系列データを入力して、予測対象の予測値を出力する。   The predictor 140 generated in this way inputs time-series data such as observed values and outputs a predicted value to be predicted.

予測手段130は、予測器140に対し実際(アウトオブサンプル)の観測値等を入力して(ステップS201)、予測対象の予測値を出力として得る。予測手段130は、時系列データ取得手段110が取得した時系列データを入力することができる。ここで予測手段130は、利用する予測器140の生成段階において使用されたのと同種の観測値の時系列データを少なくとも入力する。但し、予測手段130が入力する観測値のデータセットは、必ずしも予測器生成手段120が使用した観測値のデータセットと内容が一致している必要はない。すなわち、両者は別個のデータセットであって構わない。例えば、予測器140の生成段階において河川水位の観測値が使用されたのであれば、予測手段130も河川水位の観測値を入力すべきであるが、両者は異なる期間に取得されたものであって良い。   The prediction unit 130 inputs an actual (out-of-sample) observation value or the like to the predictor 140 (step S201), and obtains a prediction value to be predicted as an output. The prediction unit 130 can input the time series data acquired by the time series data acquisition unit 110. Here, the prediction unit 130 inputs at least time series data of the same kind of observation values used in the generation stage of the predictor 140 to be used. However, the observation data set input by the prediction unit 130 does not necessarily have the same content as the observation data set used by the predictor generation unit 120. That is, both may be separate data sets. For example, if the river water level observation value is used in the generation stage of the predictor 140, the prediction means 130 should also input the river water level observation value, but they were acquired in different periods. Good.

加えて、予測手段130は、他の観測値や入手可能な予測値を併せて入力しても良い。例えば予測手段130は、予測地点周辺の降雨量の観測値や予測値、上流の河川水位の観測値等の時系列データを入力することができる。   In addition, the prediction unit 130 may input other observed values and available predicted values together. For example, the prediction unit 130 can input time-series data such as an observation value and a prediction value of rainfall around the prediction point, and an observation value of an upstream river water level.

予測手段130は、これらの時系列データを予測器140に入力して得られた予測値を入出力装置70に対して出力するか、不揮発性メモリ17に格納する(ステップS202)。例えば、ディスプレイ等のデータ出力装置に予測値を数値やグラフとして表示させたり、通信インタフェースを介して外部装置に予測値を送信したりすることができる。   The prediction means 130 outputs the predicted value obtained by inputting these time series data to the predictor 140 to the input / output device 70 or stores it in the nonvolatile memory 17 (step S202). For example, the predicted value can be displayed as a numerical value or a graph on a data output device such as a display, or the predicted value can be transmitted to an external device via a communication interface.

このように、本実施の形態にかかる時系列予測装置100は、統計的な予測手法と同様に過去の観測値を利用するが、力学系理論に基づいた状態の再構成を行うことで予測器140を生成する。また予測器140は、予測に適した複数の再構成方法を特定した上で予測器を複数生成し、得られた複数の予測器を統合することで得られる。これにより、不適切な特徴選択やデータの不足に基づく精度の低下といった、統計的な予測手法が有していた問題点を改善することができる。加えて、再構成したアトラクタの幾何的な性質を利用し、また再構成時のフィルタに独自の工夫を加えたことにより、未経験の規模の予測対象に対する予測、例えば未経験の規模の洪水規模における水位予測を高精度で実現することができる。   As described above, the time-series prediction apparatus 100 according to the present embodiment uses past observation values in the same manner as the statistical prediction method, but the predictor is configured by performing state reconstruction based on the dynamical system theory. 140 is generated. The predictor 140 is obtained by specifying a plurality of reconstruction methods suitable for prediction, generating a plurality of predictors, and integrating the obtained plurality of predictors. As a result, it is possible to improve the problems of the statistical prediction method such as inappropriate feature selection and deterioration of accuracy due to lack of data. In addition, by using the geometric properties of the reconstructed attractor and adding a unique device to the reconstructed filter, predictions for inexperienced scale forecast targets, for example, Prediction can be realized with high accuracy.

続いて一実施例として、予測器生成手段120による予測器140の生成処理について、さらに詳しく説明する。なお本実施例は、時系列予測装置100を河川水位の予測に適用した場合を例とするものである。   Subsequently, as an example, the generation process of the predictor 140 by the predictor generation unit 120 will be described in more detail. In this embodiment, the time series prediction apparatus 100 is applied to the prediction of river water level as an example.

<予測器140の構成>
本発明では河川の水位と雨量との関係をシステム(力学系)として捉える。力学系f:R→Rと状態空間x(t)∈Rを考える。

Figure 2019159506
<Configuration of Predictor 140>
In the present invention, the relationship between the water level of the river and the rainfall is regarded as a system (dynamic system). Consider a dynamical system f: R m → R m and state space x (t) εR m .
Figure 2019159506

また、観測関数g:R→Rを通じて観測される時系列データr(t)∈Rを考える。

Figure 2019159506
rは、例えば河川の予測対象地点における水位と周辺の観測雨量、利用可能であれば予測雨量と上流の水位である。予測器生成手段120は、力学系理論に基づく状態の再構成手法(公知技術であるため本明細書では詳細な説明を省略する。例えば非特許文献2乃至5を参照されたい。)を利用して、将来時刻における河川水位を予測する。 Further, consider time series data r (t) εR n observed through the observation function g: R m → R n .
Figure 2019159506
For example, r is the water level at the prediction target point of the river and the observed rainfall in the vicinity, and the predicted rainfall and the upstream water level if available. The predictor generation unit 120 uses a state reconstruction method based on a dynamical system theory (it is a well-known technique and will not be described in detail in this specification. For example, refer to Non-Patent Documents 2 to 5). Predict the river water level at a future time.

まず予測器生成手段120は、時系列rの成分riに対し数3の変換を施す。これは、データの鮮鋭化、すなわち時系列データから着目したい特徴を取り出すこと(着目したい特徴だけを残すか増幅するなど)を目的とした処理である。水位を扱う場合は、鮮鋭化させた情報、より具体的には水位の現在の状態に対する変化量に着目することで予測精度を向上させることができる。

Figure 2019159506
但しh(k)∈R、h(0)=1、μi及びσiは正規化に用いられる係数である。予測値(数3のフィルタをかけたもの)
Figure 2019159506
を用いて
Figure 2019159506
とすることで元の時系列rに対する予測値(数3のフィルタをかけていないもの)
Figure 2019159506
が得られる。すなわち数5は、数3のフィルタを取り去って元に戻す操作を意味する。ri(t−k)が観測されていない場合においては、
Figure 2019159506
と近似することで、任意ステップ先まで予測が可能である。ここでステップとは、観測値の時系列データの間隔をいう。例えば1時間毎に観測値を取得している場合の1ステップ先は1時間先となる。hはFIRフィルタのフィルタ係数に相当する。 First, the predictor generation unit 120 performs transformation of Formula 3 on the component r i of the time series r. This is a process aimed at sharpening data, that is, extracting a feature of interest from time-series data (such as leaving or amplifying only the feature of interest). When the water level is handled, prediction accuracy can be improved by focusing on the sharpened information, more specifically, the amount of change of the water level with respect to the current state.
Figure 2019159506
However, h (k) εR, h (0) = 1, μ i and σ i are coefficients used for normalization. Predicted value (filtered with Equation 3)
Figure 2019159506
Using
Figure 2019159506
Is the predicted value for the original time series r (the one without the filter of Equation 3)
Figure 2019159506
Is obtained. That is, Equation 5 means an operation of removing the filter of Equation 3 and restoring it. When r i (t−k) is not observed,
Figure 2019159506
It is possible to predict up to an arbitrary step ahead. Here, “step” refers to the interval of time series data of observed values. For example, when the observation value is acquired every hour, one step ahead is one hour ahead. h corresponds to the filter coefficient of the FIR filter.

一般に、ノイズが含まれる時系列に対してはローパスフィルタが適用されるが、発明者は、水位に関してはh(k)<0∃k∈{1,2,・・・,N−1}なる、時系列信号を鮮鋭化させるフィルタを設計及び適用することで、過小評価を防ぎ、予測精度の向上が見込めることを発見した。hとして例えば(1,−0.5)や(1,0,−0.8)なるフィルタを与えると良い。また、複数パターンのフィルタを想定しても良い。それぞれのフィルタに基づく予測結果は後述する方法により統合される。   In general, a low-pass filter is applied to a time series including noise, but the inventors have h (k) <0∃k∈ {1, 2,..., N−1} with respect to the water level. It was discovered that by designing and applying a filter that sharpens time series signals, underestimation can be prevented and prediction accuracy can be improved. For example, a filter such as (1, -0.5) or (1, 0, -0.8) may be given as h. A plurality of patterns of filters may be assumed. The prediction results based on the respective filters are integrated by a method described later.

ここで、本実施例における上述の一連の処理のメリットを、非特許文献2に記載の手法と比較しつつ説明する。非特許文献2に記載の手法では、まず時系列の差分に基づく遅れ座標を構成する。ここでの差分は、フィルタ係数(1,−1)の狭義のFIRフィルタと解釈できる。一方、本実施例では、一般化したFIRフィルタによる前処理を行う。例えば(1,0,−1)など任意のフィルタ係数を本実施例では与えることが可能である。   Here, the merit of the above-described series of processing in the present embodiment will be described in comparison with the method described in Non-Patent Document 2. In the method described in Non-Patent Document 2, delayed coordinates based on time-series differences are first constructed. The difference here can be interpreted as an FIR filter in the narrow sense of the filter coefficient (1, −1). On the other hand, in the present embodiment, preprocessing by a generalized FIR filter is performed. For example, an arbitrary filter coefficient such as (1, 0, −1) can be given in this embodiment.

また、非特許文献2記載の手法では、時系列の差分に基づく遅れ座標を、再構成したアトラクタの近傍探索に利用する。そして、近傍点の和を取る際には元の時系列を利用する。つまり、変換後の世界で近傍点の探索処理を行い、変換前の世界で近傍点の和を取っている。一方、本実施例では、図6に示すように、フィルタで観測時系列を変換し(図6(a)、数3に相当)、変換した各変数に正規化を施し、変換した時系列に対する予測を行い(図6(b))、得られた予測結果を元の時系列に戻す(図6(c)、数5に相当)。つまり、変換後の世界で、近傍点の探索処理と、近傍点の和を取る処理との両方を行っている。   Further, in the method described in Non-Patent Document 2, delayed coordinates based on time-series differences are used for the proximity search of the reconstructed attractor. The original time series is used when calculating the sum of neighboring points. That is, the process of searching for neighboring points is performed in the world after conversion, and the sum of the neighboring points is calculated in the world before conversion. On the other hand, in this embodiment, as shown in FIG. 6, the observation time series is converted by a filter (corresponding to Equation 3 in FIG. 6A), each converted variable is normalized, and the converted time series is converted. Prediction is performed (FIG. 6B), and the obtained prediction result is returned to the original time series (FIG. 6C, corresponding to Equation 5). That is, in the world after the conversion, both the search process for the neighboring points and the process for calculating the sum of the neighboring points are performed.

本実施例の手法によれば、多変量の埋め込みや任意のフィルタの適用が可能なので、様々な種類の予測モデルを構築することができる。すなわち、従来の手法よりも多様な表現を持った予測器を構成できる。   According to the method of the present embodiment, multivariate embedding and arbitrary filters can be applied, so that various types of prediction models can be constructed. That is, it is possible to configure a predictor having more various expressions than the conventional method.

また、本実施例によれば、従来、多変量に対して差分処理を行った場合に発生していたデータのスケールの問題を解決することができる。従来、多次元ベクトルの距離を考える場合には、値の大きい成分で距離が支配されるという問題があった。特に多変量のデータを取り扱う場合は、本来知りたい近傍とは異なる不適切な近傍が得られてしまうことが問題となっていた。特に多変量時系列から構成した遅れ座標を考える場合、データのスケールの違いは予測精度に大きく影響する。変化率を考える場合にもこの問題は顕著にみられる。   Further, according to the present embodiment, it is possible to solve the problem of data scale that has conventionally occurred when differential processing is performed on multivariate. Conventionally, when considering the distance of a multidimensional vector, there has been a problem that the distance is controlled by a component having a large value. In particular, when dealing with multivariate data, there has been a problem that an inappropriate neighborhood different from the neighborhood desired to be obtained is obtained. In particular, when considering delayed coordinates composed of multivariate time series, the difference in data scale greatly affects the prediction accuracy. This problem is also noticeable when considering the rate of change.

加えて、本実施例によれば、変換後の時系列から直接予測を行うため、再構成アトラクタの幾何的な関係を直接利用した高精度な予測を行うことが可能である(後述。数10、数14、数16を参照)。本実施例では、現在観測している軌道と、過去の軌道との乖離を考慮した処理を実施する(後述)が、例えば非特許文献2及び5に記載の従来の手法では、再構成アトラクタに予測したい成分が含まれない場合があるので、このような処理が行えない。本実施例では、変換後の世界で、近傍点の重心や距離といった幾何学的な特徴を予測に利用することが可能であるが、従来の手法では、変換前の世界で予測を行うので、これができない。   In addition, according to the present embodiment, since the prediction is performed directly from the time series after conversion, it is possible to perform highly accurate prediction that directly uses the geometrical relationship of the reconstructed attractor (described later, Equation 10). , (14) and (16). In this embodiment, processing is performed in consideration of the difference between the currently observed trajectory and the past trajectory (described later). For example, in the conventional methods described in Non-Patent Documents 2 and 5, Since the component to be predicted may not be included, such processing cannot be performed. In this example, it is possible to use geometric features such as the center of gravity and distance of neighboring points for prediction in the world after conversion, but in the conventional method, since prediction is performed in the world before conversion, I can't do this.

予測器生成手段120の動作の説明に戻る。予測器生成手段120は、上述の変換を施した時系列s(t)∈Rから遅れ座標v’(t)∈REを構成する。具体的な埋め込みの方法は後述するように予測誤差を最小とする複数の方法を採用しうる。ここでv’(t)に対し

Figure 2019159506
なる変換を施す。但しλ∈Rとする。これは、情報に重み付けを行う処理である。特に、非特許文献3に記載の手法を拡張し、埋め込む対象となった変数の先頭時間の係数を1、以後当該の変数が埋め込まれるたびに指数関数的に係数を減衰させることで精度の向上が得られる場合がある。つまり、最近の情報を重視し、古い情報は軽く見るような重み付けを行うことで、精度を上げることができる。例えば0<λ≦1なるλにより、
Figure 2019159506
なる変換を施すと良い。 Returning to the description of the operation of the predictor generator 120. Predictor generating unit 120 constitute the coordinates v '(t) ∈R E delayed sequence s (t) ∈R n when subjected to the above conversion. As a specific embedding method, a plurality of methods for minimizing the prediction error can be adopted as will be described later. Where for v ′ (t)
Figure 2019159506
The following conversion is performed. However the λ∈R E. This is a process of weighting information. In particular, the method described in Non-Patent Document 3 is expanded to improve the accuracy by reducing the coefficient of the first time of the variable to be embedded to 1 and then exponentially attenuating the coefficient every time the variable is embedded. May be obtained. In other words, it is possible to improve accuracy by emphasizing recent information and weighting old information so that it can be viewed lightly. For example, by λ where 0 <λ ≦ 1,
Figure 2019159506
It is good to apply the following conversion.

予測器生成手段120は、このとき、時刻tの観測から数10によりv(t)に対するpステップ先予測を行う(図7参照)。

Figure 2019159506
但し、
Figure 2019159506
であり、I(t)はv(t)における近傍点の時間インデックスの集合である。 At this time, the predictor generation unit 120 performs p step ahead prediction for v (t) according to Equation 10 from the observation at time t (see FIG. 7).
Figure 2019159506
However,
Figure 2019159506
I (t) is a set of time indices of neighboring points in v (t).

そして予測器生成手段120は、

Figure 2019159506
のうち、予測したい成分のpステップ先の値を予測値とする。河川水位の予測であれば、河川水位のpステップ後の値が予測値である。したがって、予測したい成分に関しては予測時点の観測値を遅れ座標に含む必要がある。G(t)はv(t)と近傍点の重心
Figure 2019159506
との差を補正する行列である。つまり行例G(t)は現在の観測値の遅れ座標と、近傍点の重心と、の乖離を補正する。G(t)としてはc>=0 ∀iなる次の対角行列を指定することができる。
Figure 2019159506
And the predictor generation means 120 is
Figure 2019159506
Among these, the value of the p step ahead of the component to be predicted is set as the predicted value. If the river water level is predicted, the value after p steps of the river water level is the predicted value. Therefore, for the component to be predicted, it is necessary to include the observed value at the time of prediction in the delayed coordinates. G (t) is v i (t) and the center of gravity of neighboring points
Figure 2019159506
It is a matrix that corrects the difference between. That is, the example G (t) corrects the difference between the delayed coordinate of the current observation value and the center of gravity of the neighboring point. As G (t), the following diagonal matrix where c i > = 0∀i can be designated.
Figure 2019159506

w(t’)としては

Figure 2019159506
となるような重心座標系を考える。w(t’)の算定には距離d(v(t),v(t’))に依存した関数を与える方法の他、次の凸二次計画問題を解くことで予測に適した重心を求めることができる。
Figure 2019159506
w (t ')
Figure 2019159506
Consider a barycentric coordinate system such that In calculating w (t ′), in addition to a method of giving a function depending on the distance d (v (t), v (t ′)), a centroid suitable for prediction is obtained by solving the next convex quadratic programming problem. Can be sought.
Figure 2019159506

最適化問題を解くことで近傍点に対する重みを決定する方法には非特許文献4があるが、非特許文献4ではLノルムを最小化する線形計画問題を解くため、特に多変量時系列では誤って埋め込まれた予測に寄与しない時系列に大きく影響を受ける。また実データを想定した際、局所的なノイズに対しても解が大きく影響を受ける場合がある。本発明における凸二次計画問題を解く手法ではこれらの影響を緩和することができる。 There is Non-Patent Document 4 as a method for determining weights for neighboring points by solving an optimization problem, but Non-Patent Document 4 solves a linear programming problem that minimizes the L∞ norm. Largely affected by time series that do not contribute to erroneously embedded predictions. In addition, when actual data is assumed, the solution may be greatly affected by local noise. The method of solving the convex quadratic programming problem in the present invention can alleviate these effects.

<雨量予測値を利用した再帰予測>
予測器生成手段120は、1ステップ先予測を再帰的に繰り返してpステップ先を予測する場合、数10に基づく予測値

Figure 2019159506
を利用して次ステップの遅れ座標を再帰的に構成すれば良い。つまり、予測値を入力として、その先を予測することができる。また、上記予測値(数17)に対応する観測値が利用できる場合、該当する時刻は観測値を用いて遅れ座標を構成する。 <Recursive prediction using rainfall forecast value>
When the predictor generation unit 120 recursively repeats one-step prediction to predict a p-step destination, a prediction value based on Equation 10
Figure 2019159506
It is sufficient to recursively construct the delayed coordinates of the next step using. That is, the predicted value can be used as an input to predict the future. Further, when an observed value corresponding to the predicted value (Equation 17) is available, the corresponding time constitutes a delayed coordinate using the observed value.

特に雨量予報値が利用可能な場合、予測器生成手段120は、上記の再帰的な予測方法を用いる。但し時刻tから予測を行う場合、1ステップ先の雨量予報値を観測値とみなして遅れ座標を構成する。水位をrstage、雨量をrrain、雨量予報値をr’rainとすると、時刻tにおいて次ステップの時刻t+1に相当する遅れ座標、例えば(rstage(t),rstage(t−1),rrain(t+1),r’rain(t))を考えることができる。但し、雨量予報値を用いない場合の表記と統一するため、遅れ座標の時間インデックスは予測したい水位rstage(t)に合わせ、数27の変換を施したうえで

Figure 2019159506
とする。v(t)に基づく予報値を用いることで、
Figure 2019159506
を得ることができる。 In particular, when the rainfall forecast value is available, the predictor generation unit 120 uses the above recursive prediction method. However, when the prediction is performed from time t, the delayed coordinate is constructed by regarding the rainfall forecast value one step ahead as the observed value. When the water level is r stage , the rainfall is r rain , and the rainfall forecast value is r ′ rain , the delay coordinates corresponding to the time t + 1 of the next step at time t, for example, (r stage (t), r stage (t−1), rrain (t + 1), r'rain (t)) can be considered. However, in order to unify the notation when the rainfall forecast value is not used, the time index of the delayed coordinate is converted to Equation 27 according to the water level r stage (t) to be predicted.
Figure 2019159506
And By using a forecast value based on v (t),
Figure 2019159506
Can be obtained.

再帰的に

Figure 2019159506
を予測する場合、
Figure 2019159506
のうち観測済みの値又は雨量予報値が存在する場合は値を置き換え、
Figure 2019159506
なる遅れ座標を構成し、予測を行うことができる。同様の手続きにより、雨量予報値が利用可能な限り予測を再帰的に繰り返すことができる。但し、実際に雨量予報値を遅れ座標に含むかは次に述べる埋め込みの最適化により決められることに注意されたい。 Recursively
Figure 2019159506
When predicting
Figure 2019159506
If there is an observed value or rainfall forecast value, replace the value,
Figure 2019159506
Can be constructed and predicted. A similar procedure can be used to recursively predict as long as rainfall forecast values are available. However, it should be noted that whether or not the rainfall forecast value is actually included in the delay coordinates is determined by the embedding optimization described below.

<遅れ座標の構成と予測の統合>
本実施の形態では、予測器生成手段120は、埋め込みに基づき遅れ座標を構成し、それぞれの予測結果を統合することで最終的な予測、すなわち予測器140を得る。n変量時系列rに対しラグl(エル)までの観測値から予測したい1変数の最新の観測値を必ず含むよう埋め込みを構成する方法は2n1−1通りある。埋め込み方法の集合C、埋め込みe∈Cによるri(t)に対する予測値を

Figure 2019159506
とする。訓練期間の時間インデックスの集合をTtrain、それをK分割した場合のK’番目の集合を
Figure 2019159506
とする。 <Integration of delayed coordinate structure and prediction>
In the present embodiment, the predictor generation unit 120 configures delayed coordinates based on embedding, and obtains the final prediction, that is, the predictor 140 by integrating the prediction results. There are 2 n1-1 ways to configure the embedding so that the latest observed value of one variable to be predicted from the observed values up to lag l (el) is included for the n-variable time series r. A prediction value for r i (t) by a set C of embedding methods and embedding e∈C
Figure 2019159506
And The train time index set is T train , and the K′- th set when it is divided into K
Figure 2019159506
And

図8に示すように、予測器生成手段120は、訓練区間全体Ttrainに該当する観測値をライブラリとして分割した区間(数24)に対応するインサンプル予測を実施し、二乗誤差が最小となるような埋め込みを組合せ最適化により求める。

Figure 2019159506
As illustrated in FIG. 8, the predictor generation unit 120 performs in-sample prediction corresponding to a section (Equation 24) obtained by dividing observation values corresponding to the entire training section T train as a library, and the square error is minimized. Such embedding is obtained by combinatorial optimization.
Figure 2019159506

本問題は、対象となるnl−1通りの変数及び時間の候補に対し、埋め込む場合は1、埋め込まない場合は0としてバイナリコーディングで表現することで、遺伝的アルゴリズムをはじめとしたメタヒューリスティックな最適化手法を適用できる。また、それぞれの訓練区間における解の探索過程で見つかった埋め込みのうち、バイナリコーディングで表現した際のハミング距離がしきい値以上となる上位M通りの埋め込みを保存することで、予測の多様性を確保しながらKM通りの埋め込みが得られる。   This problem is expressed in binary coding with nl-1 variable and time candidates as binary coding as 1 if embedded and 0 if not embedded. Can be applied. In addition, among the embeddings found in the solution search process in each training section, the top M ways of embedding in which the Hamming distance when expressed in binary coding is greater than or equal to the threshold value is stored, thereby reducing the diversity of prediction. KM street embedding can be obtained while ensuring.

次に、予測器生成手段120は、KM通りの埋め込みそれぞれに対し、予測に必要なパラメータを複数与え、P個の予測器を構成する。すなわち、数3のフィルタ係数や、数27の変換行列に該当する係数を複数与え、それぞれの埋め込みに対して適用し、予測を行う。なお係数は、任意の値を与えることが可能である。P個の予測器により、訓練区間全体でインサンプル予測を実施する。各予測結果を単純平均により統合するが、予測結果の二乗誤差の昇順にソートした埋め込みをe,e,・・・,eとしたとき、数27により予測の統合数

Figure 2019159506
を求める。
Figure 2019159506
統合数(数27)は二乗誤差の順に予測器を1つずつ統合し逐次二乗誤差を評価するだけで良く、少ない計算量で容易に求まる。 Next, the predictor generation unit 120 provides a plurality of parameters necessary for prediction for each of the KM types of embedding, and configures P predictors. That is, a plurality of coefficients corresponding to the filter coefficient of Expression 3 and the coefficient corresponding to the transformation matrix of Expression 27 are given, applied to each embedding, and prediction is performed. The coefficient can be given any value. In-sample prediction is performed over the entire training interval by P predictors. Although integrated by simply averaging each prediction result, e 1 embedded sorted in ascending order of the prediction result squared error, e 2, ···, when the e p, integrating the number of the prediction by the number 27
Figure 2019159506
Ask for.
Figure 2019159506
The integration number (Equation 27) can be easily obtained with a small amount of calculation by integrating the predictors one by one in the order of the square error and evaluating the square error sequentially.

予測器生成手段120は、算出した統合数(数27)にもとづき

Figure 2019159506
を得る。ここで
Figure 2019159506
は統合数に対する二乗誤差の変化から、0乃至20程度の値を選択する。 The predictor generation means 120 is based on the calculated integration number (Equation 27).
Figure 2019159506
Get. here
Figure 2019159506
Selects a value of about 0 to 20 from the change of the square error with respect to the integration number.

力学系理論に基づく複数の予測とその統合方法に関しては非特許文献2に記載されているが、非特許文献2では多変量時系列に対する複数の埋め込みを想定していない。また計算した全ての予測器を統合に用いるため、実運用では多くの計算時間とメモリ容量を必要とするうえ、一部の予測器が結果に悪影響をおよぼす場合がある。また、ノイズが含まれる実データに対しては十分な精度を発揮できず、特に河川水位予測では本手法による方法が高精度となる場合が多い。   Non-Patent Document 2 describes a plurality of predictions based on dynamical system theory and an integration method thereof, but Non-Patent Document 2 does not assume multiple embeddings for multivariate time series. In addition, since all the calculated predictors are used for integration, the actual operation requires a lot of calculation time and memory capacity, and some predictors may adversely affect the results. In addition, sufficient accuracy cannot be demonstrated for actual data including noise, and the method according to the present method is often highly accurate especially in river water level prediction.

多変量時系列に対する埋込と予測の統合に関しては、非特許文献5に記載されており、特にノイズが含まれる時系列で良好な予測精度が示されている。但し、非特許文献5では埋め込み次元を固定した上で考えられる全ての埋め込みを探索する手法をとり、高次元の埋め込みには適用できず、また予測に適切な埋め込み次元を推定できない場合がある。加えて、予測器の統合数が埋め込みの組み合わせ総数の平方根から決められるため、特に予測に寄与しない時系列が含まれる場合には適切な統合数を決定できず、精度が低下する。また、非特許文献5では異なる埋め込みによる近傍点の統合を想定しており、本手法で想定する異なる予測器を統合する状況を想定していない。   The integration of embedding and prediction with respect to a multivariate time series is described in Non-Patent Document 5, and particularly shows good prediction accuracy in a time series including noise. However, Non-Patent Document 5 uses a method of searching for all possible embeddings after fixing the embedding dimension, and may not be applied to high-dimensional embedding and may not be able to estimate an embedding dimension appropriate for prediction. In addition, since the number of predictor integrations is determined from the square root of the total number of embedding combinations, an appropriate integration number cannot be determined particularly when a time series that does not contribute to prediction is included, and the accuracy decreases. Further, Non-Patent Document 5 assumes integration of neighboring points by different embeddings, and does not assume a situation in which different predictors assumed in this method are integrated.

本発明では、詳細な水文データを必要とせず観測データのみから将来時点の河川水位を予測することができる。したがって従来の物理的な予測手法に必要であったモデル構築が不要であり、水文データが入手できない地域においても適用可能である。また本発明における水位の時系列信号の変換と復元方法、再構成したアトラクタにおける予測時刻周辺の近傍点に対する最適な重心位置の算出方法、および補正行列による重心位置と現在位置の補正方法により、未経験の洪水規模への予測を改善する。加えて、適切な雨量の予報値が入手可能である場合、本発明における観測雨量と予報雨量を組み合わせた遅れ座標の構成方法と逐次予測方法により、高精度な予測が可能になる。さらに、本発明における多様な埋め込みの算定手法と予測器の構成方法、予測統合の方法により、統計的な予測手法で問題であった不適切な特徴選択やデータの不足に基づく精度低下を改善する。以上により、降雨時における河川流域内設備の適切な監視制御、および流域周辺の住民の早期かつ適切な避難判断が可能になる。   In the present invention, it is possible to predict a river level at a future time point from only observation data without requiring detailed hydrological data. Therefore, the model construction required for the conventional physical prediction method is unnecessary, and it can be applied even in an area where hydrological data is not available. In addition, according to the present invention, the water level time-series signal conversion and restoration method, the optimal center-of-gravity position calculation method for neighboring points around the predicted time in the reconstructed attractor, and the center-of-gravity position and current position correction method using the correction matrix are not experienced. To improve the forecast of flood scale. In addition, when a forecast value of an appropriate rainfall is available, highly accurate prediction is possible by the delayed coordinate composition method and the sequential prediction method combining the observed rainfall and the predicted rainfall in the present invention. In addition, the various embedding calculation methods, predictor configuration methods, and prediction integration methods in the present invention improve accuracy reduction due to inappropriate feature selection and data shortage, which were problems in statistical prediction methods. . As described above, it is possible to appropriately monitor and control the facilities in the river basin at the time of rain and to make an early and appropriate evacuation judgment for residents around the basin.

<既往の河川水位予測手法との比較>
本実施の形態にかかる時系列予測装置100の予測精度を評価するため、引用文献1記載の河川水位予測手法との比較を行った。対象流域は大淀川水系の樋渡(ひわたし)地点とし、対象地点のデータを水分地質データベース(国土交通省、http://www1.river.go.jp、2017年12月20日閲覧)より取得した。対象データのうち、氾濫危険水位を越えた1990年、1993年、2004年、2005年の洪水を対象として非特許文献1と同様の条件で予測を行い、1時間乃至6時間後の予測精度をRMSE(Root Mean Squared Error)で比較した。
<Comparison with existing river water level prediction methods>
In order to evaluate the prediction accuracy of the time series prediction apparatus 100 according to the present embodiment, a comparison with the river water level prediction method described in the cited document 1 was performed. The target basin is the Hidari point of the Oyodo River water system, and the data of the target point is obtained from the moisture geological database (Ministry of Land, Infrastructure, Transport and Tourism, http://www1.river.go.jp, browsed on December 20, 2017) did. Of the target data, forecasts were made for floods in 1990, 1993, 2004, and 2005 that exceeded the flood risk level under the same conditions as in Non-Patent Document 1, and the prediction accuracy after 1 to 6 hours Comparison was made with RMSE (Root Mean Squared Error).

図4に予測誤差を示す。円形の点を結んだ線が深層学習(DNN)による予測結果、正方形の点を結んだ線が分布型流出解析モデルと粒子フィルタによるデータ同化を組み合わせた予測結果、菱形の点を結んだ線が深層学習と分布型流出解析モデルの組み合わせ(ハイブリッドモデル)による予測結果、そして三角形の点を結んだ線が本発明による予測結果である。1990年、1993年、2004年、2005年は最大水位の昇順に並ぶが、最大水位の大きい上位3洪水において、既存のいずれの手法よりも本発明が高精度に予測していることが分かる。1990年の洪水においては深層学習の予測結果にやや劣るが、ハイブリッドモデルと同程度の予測精度が得られている。   FIG. 4 shows the prediction error. The line connecting the circular points is the prediction result by deep learning (DNN), the line connecting the square points is the prediction result combining the distributed runoff analysis model and the data assimilation by the particle filter, the line connecting the diamond points A prediction result by a combination of deep learning and a distributed runoff analysis model (hybrid model), and a line connecting triangle points are prediction results according to the present invention. 1990, 1993, 2004, and 2005 are arranged in ascending order of the maximum water level, but it can be seen that the present invention predicts with higher accuracy than any of the existing methods in the top three floods with the largest maximum water level. In the 1990 flood, the prediction results of deep learning were slightly inferior, but the prediction accuracy was comparable to that of the hybrid model.

図5に水位の観測時系列と予測結果を示す。黒点は観測値、黒の線は本発明による観測から6時間後までの予測時系列、薄いグレーの線は本発明による予測の統合に用いた個別の予測器による予測時系列を表している。最も水位の高い2005年の洪水においても過小評価することなく高い精度で予測できている。また、深層学習と比較して予測精度が劣っていた1990年の洪水においても大きく過小評価することなく予測できており、予測の算出に用いた個別の予測値のばらつきの範囲内で観測値が記録されている。   Fig. 5 shows the observation time series and prediction results of the water level. The black dots represent the observed values, the black lines represent the predicted time series up to 6 hours after the observation according to the present invention, and the light gray lines represent the predicted time series from the individual predictors used for the integration of the prediction according to the present invention. Even the flood of 2005, the highest water level, can be predicted with high accuracy without underestimation. In addition, even in the 1990 flood, where the prediction accuracy was inferior to deep learning, prediction was possible without significant underestimation, and the observed values were within the range of individual prediction values used to calculate the prediction. It is recorded.

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。本発明はその発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。   Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention. Within the scope of the present invention, the present invention can be modified with any component of the embodiment or omitted with any component of the embodiment.

例えば、上述の実施形態では主に降雨量等の観測値に基づく将来の水位予測の手法について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、時系列の観測値の取得と、力学系理論に基づく予測とが可能な種々の事象に適用可能である。   For example, in the above-described embodiment, a method for predicting a future water level based mainly on observation values such as rainfall has been described, but the present invention is not limited to this, and acquisition of time-series observation values and dynamics It is applicable to various events that can be predicted based on system theory.

また、上述の実施の形態では、予測手段130は複数の予測を統合して得られた予測値を出力することとした。しかし本発明はこれに限定されず、予測手段130は統合された予測値に加えて、複数の予測器の予測結果をそれぞれ表示しても良い。又は、複数の予測器の予測結果のばらつきを示す値などを表示しても良い。   In the above-described embodiment, the prediction unit 130 outputs a prediction value obtained by integrating a plurality of predictions. However, the present invention is not limited to this, and the prediction unit 130 may display the prediction results of a plurality of predictors in addition to the integrated prediction value. Or you may display the value etc. which show the dispersion | variation in the prediction result of several predictor.

また、本発明はハードウェアにより実現されても良く、CPUがコンピュータプログラムを実行することにより実現されても良い。コンピュータプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non−transitory computer readable medium)又は一時的なコンピュータ可読媒体(transitory computer readable medium)によりコンピュータに供給され得る。   Further, the present invention may be realized by hardware, or may be realized by a CPU executing a computer program. The computer program may be supplied to the computer by various types of non-transitory computer readable media or transitory computer readable media.

100 時系列予測装置
11 CPU
13 揮発性メモリ
14 不揮発性メモリ
15 インタフェース
20 バス
70 入出力装置
110 時系列データ取得手段
120 予測器生成手段
130 予測手段
140 予測器

100 Time Series Prediction Device 11 CPU
DESCRIPTION OF SYMBOLS 13 Volatile memory 14 Non-volatile memory 15 Interface 20 Bus 70 Input / output device 110 Time series data acquisition means 120 Predictor generation means 130 Prediction means 140 Predictor

Claims (9)

河川の水位時系列データを少なくとも取得する時系列データ取得手段と、
前記時系列データを用いて、力学系理論に基づく予測器を生成する予測器生成手段と、を有する時系列予測装置であって、
前記予測器生成手段はさらに、多変量の前記時系列データを使用して、それぞれ異なる埋め込み手法に基づく複数の予測器を生成し、前記複数の予測器を統合することを特徴とする
時系列予測装置。
Time-series data acquisition means for acquiring at least river water level time-series data;
A predictor generating means for generating a predictor based on a dynamical system theory using the time series data;
The predictor generation means further generates a plurality of predictors based on different embedding methods using the multivariate time-series data, and integrates the plurality of predictors. apparatus.
前記予測器生成手段は、前記時系列データを鮮鋭化させる変換を行い、前記変換後の前記時系列データに対して力学系理論に基づく予測を行い、前記変換前の前記時系列データに対する予測値を再帰的に復元することを特徴とする
請求項1記載の時系列予測装置。
The predictor generating means performs a conversion for sharpening the time series data, performs prediction based on a dynamical system theory for the time series data after the conversion, and predicts a value for the time series data before the conversion The time series prediction apparatus according to claim 1, wherein:
前記時系列データ取得手段はさらに、観測雨量の時系列データと予報雨量の時系列データとを取得し、
前記予測器生成手段はさらに、前記観測雨量の時系列データと前記予報雨量の時系列データとを組み合わせて遅れ座標を逐次構成することを特徴とする
請求項1記載の時系列予測装置。
The time series data acquisition means further acquires time series data of observed rainfall and time series data of forecast rainfall,
2. The time series prediction apparatus according to claim 1, wherein the predictor generation unit further composes delay coordinates by combining the time series data of the observed rainfall and the time series data of the forecast rainfall.
前記予測器生成手段はさらに、再構成したアトラクタにおける予測時点の遅れ座標の近傍点に対し、凸二次計画問題を解くことで予測に適した重心位置を求めることを特徴とする
請求項1記載の時系列予測装置。
The said predictor production | generation means further calculates | requires the gravity center position suitable for prediction by solving a convex quadratic programming problem with respect to the vicinity point of the delayed coordinate of the prediction time in the reconfigure | reconstructed attractor. Time series prediction device.
前記予測器生成手段はさらに、前記重心位置と予測時点の遅れ座標の差分ベクトルを、補正行列により修正してすることを特徴とする
請求項1記載の時系列予測装置。
The time series prediction apparatus according to claim 1, wherein the predictor generation unit further corrects a difference vector between the centroid position and a delayed coordinate at the prediction time point by a correction matrix.
多変量の前記時系列データを入力して、それぞれ異なる埋め込み手法に基づく複数の予測器による予測値を統合し、最終的な予測値として出力する予測手段をさらに有することを特徴とする
請求項1記載の時系列予測装置。
The apparatus further comprises prediction means for inputting the multivariate time-series data, integrating prediction values obtained by a plurality of predictors based on different embedding methods, and outputting the result as a final prediction value. The time-series prediction device described.
前記予測手段はさらに、前記複数の予測器による予測値又はそれらの予測値のばらつきに関する値を出力することを特徴とする
請求項6記載の時系列予測装置。
The time series prediction apparatus according to claim 6, wherein the prediction unit further outputs a predicted value by the plurality of predictors or a value related to a variation in the predicted value.
時系列データ取得手段及び予測器生成手段を有する時系列予測装置において、
時系列データ取得手段が、河川の水位及び雨量の時系列データを取得する時系列データ取得ステップと、
予測器生成手段が、前記時系列データを用いて、力学系理論に基づく予測器を生成する予測器生成ステップと、を有する時系列予測方法であって、
前記予測器生成ステップは、
多変量の前記時系列データを使用して、それぞれ異なる埋め込み手法に基づく複数の予測器を生成するステップと、
前記複数の予測器を統合するステップと、を含むことを特徴とする
時系列予測方法。
In a time series prediction apparatus having time series data acquisition means and predictor generation means,
A time series data acquisition means for acquiring time series data of river water level and rainfall;
A predictor generating means for generating a predictor based on a dynamical system theory using the time series data, and a time series prediction method comprising:
The predictor generating step includes:
Using the multivariate time series data to generate a plurality of predictors based on different embedding methods;
Integrating the plurality of predictors, and a time-series prediction method.
請求項8記載の方法をコンピュータに実行させるためのプログラム。   A program for causing a computer to execute the method according to claim 8.
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Cited By (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111832150A (en) * 2020-03-03 2020-10-27 天地科技股份有限公司 Mine pressure prediction method and device and electronic equipment
JP2021125163A (en) * 2020-02-10 2021-08-30 三菱電機株式会社 River flood and damage prediction device
JP2021140536A (en) * 2020-03-06 2021-09-16 富士通株式会社 Water level prediction program, water level prediction method, and information processing device
CN114693002A (en) * 2022-05-23 2022-07-01 中国海洋大学 Tide level prediction method, device, electronic equipment and computer storage medium
WO2023037502A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 パイオニア株式会社 Server device, control method, program, and storage medium
CN115860272A (en) * 2023-02-22 2023-03-28 山东捷讯通信技术有限公司 Reservoir multi-time point intelligent water level prediction method and system based on deep learning
WO2023163845A1 (en) * 2022-02-23 2023-08-31 Nec Laboratories America, Inc. Dual channel network for multivariate time series retrieval with static statuses
CN117113236A (en) * 2023-10-20 2023-11-24 广东申创光电科技有限公司 Smart city monitoring system and data processing method
CN118226553A (en) * 2024-05-27 2024-06-21 山东温博海洋科技有限公司 Intelligent marine environment monitoring and forecasting platform and method thereof
CN118397797A (en) * 2024-06-28 2024-07-26 杭州定川信息技术有限公司 Small-river-basin mountain torrent forecasting and early warning method and device, electronic equipment and storage medium

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09146915A (en) * 1995-11-20 1997-06-06 Meidensha Corp Chaos time-series short-period predicting device
US20130231906A1 (en) * 2010-10-04 2013-09-05 Ofs Fitel, Llc Statistical Prediction Functions For Natural Chaotic Systems And Computer Models Thereof
WO2014171544A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-23 独立行政法人科学技術振興機構 Time series estimate derivation device, derivation method and derivation program.
JP2016164493A (en) * 2015-03-06 2016-09-08 沖電気工業株式会社 Information processing device, information processing system, information processing method, and program

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH09146915A (en) * 1995-11-20 1997-06-06 Meidensha Corp Chaos time-series short-period predicting device
US20130231906A1 (en) * 2010-10-04 2013-09-05 Ofs Fitel, Llc Statistical Prediction Functions For Natural Chaotic Systems And Computer Models Thereof
WO2014171544A1 (en) * 2013-04-19 2014-10-23 独立行政法人科学技術振興機構 Time series estimate derivation device, derivation method and derivation program.
JP2016164493A (en) * 2015-03-06 2016-09-08 沖電気工業株式会社 Information processing device, information processing system, information processing method, and program

Cited By (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP7233391B2 (en) 2020-02-10 2023-03-06 三菱電機株式会社 River flood and damage prediction device
JP2021125163A (en) * 2020-02-10 2021-08-30 三菱電機株式会社 River flood and damage prediction device
CN111832150B (en) * 2020-03-03 2024-05-14 天地科技股份有限公司 Ore pressure prediction method and device and electronic equipment
CN111832150A (en) * 2020-03-03 2020-10-27 天地科技股份有限公司 Mine pressure prediction method and device and electronic equipment
JP7401763B2 (en) 2020-03-06 2023-12-20 富士通株式会社 Water level prediction program, water level prediction method, and information processing device
JP2021140536A (en) * 2020-03-06 2021-09-16 富士通株式会社 Water level prediction program, water level prediction method, and information processing device
WO2023037502A1 (en) * 2021-09-10 2023-03-16 パイオニア株式会社 Server device, control method, program, and storage medium
WO2023163845A1 (en) * 2022-02-23 2023-08-31 Nec Laboratories America, Inc. Dual channel network for multivariate time series retrieval with static statuses
CN114693002A (en) * 2022-05-23 2022-07-01 中国海洋大学 Tide level prediction method, device, electronic equipment and computer storage medium
CN115860272A (en) * 2023-02-22 2023-03-28 山东捷讯通信技术有限公司 Reservoir multi-time point intelligent water level prediction method and system based on deep learning
CN115860272B (en) * 2023-02-22 2023-06-30 山东捷讯通信技术有限公司 Reservoir multi-time-point intelligent water level prediction method and system based on deep learning
CN117113236A (en) * 2023-10-20 2023-11-24 广东申创光电科技有限公司 Smart city monitoring system and data processing method
CN117113236B (en) * 2023-10-20 2023-12-22 广东申创光电科技有限公司 Smart city monitoring system and data processing method
CN118226553A (en) * 2024-05-27 2024-06-21 山东温博海洋科技有限公司 Intelligent marine environment monitoring and forecasting platform and method thereof
CN118226553B (en) * 2024-05-27 2024-07-30 山东温博海洋科技有限公司 Intelligent marine environment monitoring and forecasting platform and method thereof
CN118397797A (en) * 2024-06-28 2024-07-26 杭州定川信息技术有限公司 Small-river-basin mountain torrent forecasting and early warning method and device, electronic equipment and storage medium

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