JP2019201440A - Demand prediction server and demand prediction method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、需要予測サーバ及び需要予測方法に関する。 The present invention relates to a demand prediction server and a demand prediction method.
IoT(Internet of Things)やビッグデータを活用したサービスの一つとして需要予測サービスがある。需要予測サービスは、例えば、クラウド上に構成されるIoTプラットフォームに時々刻々蓄積されるデータを解析することで、ユーザにとって価値のある電力需要や熱需要といった需要値を予測してユーザに提供するサービスである。 There is a demand prediction service as one of services using IoT (Internet of Things) and big data. Demand prediction service, for example, is a service that predicts demand values such as power demand and heat demand that are valuable to the user by analyzing data that is constantly accumulated in the IoT platform configured on the cloud, and provides it to the user It is.
需要予測サービスを用いることで、例えば、熱電併給プラントにおける、時々刻々と変化する熱需要の予測値に合わせて発電電力を電力取引市場で売買できるようになる。ただし、IoTプラットフォームに蓄積されるデータは膨大であり、データの種類も多い。また、IoTプラットフォームには、目的外のデータや信頼度が低いデータも多数蓄積されている。このため、機械学習や人工知能といった技術を適用してIoTプラットフォームに蓄積されたデータを有効活用するためには、予測対象に応じて必要なデータを取捨選択する必要がある。 By using the demand prediction service, for example, the generated power can be bought and sold in the power trading market in accordance with the predicted value of heat demand that changes every moment in the combined heat and power plant. However, the data stored in the IoT platform is enormous and there are many types of data. The IoT platform also stores a large amount of unintended data and data with low reliability. For this reason, in order to effectively use data accumulated in the IoT platform by applying techniques such as machine learning and artificial intelligence, it is necessary to select necessary data according to the prediction target.
予測に必要なデータを取捨選択する技術として、例えば、特許文献1には「点予測に基づくデマンド予測値と併せて、区間予測に基づく管理値超過確率、すなわちデマンド管理目標値を実際のデマンドが超過する確率を算出する」技術が開示されている。また、文献1には、「気象予報データのみを用いて気象の実績値を用いないことにより、気象予報の不確実性も包含させることができると共に、実測データが存在しない地域であってもデマンド予測モデルを構築することができる」と記載されている。
As a technique for selecting data necessary for the prediction, for example,
特許文献1に開示された技術を用いた需要予測方式では過去の気象予報値を含むデータを蓄積した気象予報値データベースから、需要値を予測する時刻(以下、「予測時刻」と呼ぶ)に対応する過去の気象予報値を抽出する必要がある。予測時刻が変更された場合や、複数の予測時刻がある場合には、それまでにIoTプラットフォーム上に蓄積されたデータベースとは異なる気象予報値データベース、あるいは予測時刻に応じた複数セットの気象予報値データベースを用意しなければならない。
The demand prediction method using the technique disclosed in
しかし、過去に行われた気象予報により作成されるデータは膨大であり、気象予報値データベースには全てのデータが蓄積されてはいない。また、気象予報値データベースに蓄積されたデータが、いつの時点で予報され、作成されたものであるかが分からない。また、例えば電力需要は、経時変化し、季節の変わり目において、気温がある温度を下回ると急に増大することがある。このため、例えば、ある時期は直近のデータを使い、別の時期には1年前のデータを使わなければ、予測対象の需要値を正確に求めることができない場合があった。 However, the data created by weather forecasts made in the past is enormous, and not all data is accumulated in the weather forecast value database. Also, it is not known when the data accumulated in the weather forecast value database was forecasted and created. In addition, for example, the power demand changes with time, and may suddenly increase when the temperature falls below a certain temperature at the turn of the season. For this reason, for example, there is a case where the demand value to be predicted cannot be accurately obtained unless the latest data is used at one time and the data of one year ago is used at another time.
データ欠損の無い十分な量のデータを確保するのが困難であれば、特許文献1に開示された技術を用いることができない。さらに、予測対象の需要値には増減傾向や季節変化などの性質があるため、予測時刻に対応する過去のデータ(気象予報値)を気象予報値データベースから画一的に選択して予測した需要値は、期待した予測精度が得られなかった。
If it is difficult to secure a sufficient amount of data without data loss, the technique disclosed in
本発明はこのような状況に鑑みて成されたものであり、予測対象の予測を行うために必要かつ可用なデータを予測毎に選択することを目的とする。 The present invention has been made in view of such a situation, and an object thereof is to select necessary and usable data for each prediction in order to perform prediction of a prediction target.
本発明に係る需要予測サーバは、予測対象の実績値を含む過去データを用いて、データ選択ルールを作成するために用いられるデータ選択メタモデルを学習するデータ選択メタモデル学習部と、データ選択メタモデルに基づいてデータ選択ルールを作成し、予測対象の需要値に関する将来データからデータ選択ルールに該当し、予測の入力となる予測入力データを動的に選択し、かつ過去データからデータ選択ルールに該当し、予測対象の需要値を予測するために用いられる学習データを動的に選択するデータ選択部と、学習データを用いて、予測対象の需要値を予測するための予測モデルを学習する予測モデル学習部と、予測モデルに予測入力データを入力して、予測対象の需要値を予測する予測部と、を備える。 A demand prediction server according to the present invention includes a data selection metamodel learning unit that learns a data selection metamodel used to create a data selection rule using past data including actual values to be predicted, a data selection meta Create a data selection rule based on the model, dynamically select the prediction input data that corresponds to the data selection rule from the future data related to the demand value to be predicted, and use the past data as the data selection rule Corresponding and prediction that learns the prediction model for predicting the demand value of the prediction target using the data selection part that dynamically selects the learning data used to predict the demand value of the prediction target and the learning data A model learning unit; and a prediction unit that inputs prediction input data to the prediction model and predicts a demand value to be predicted.
本発明によれば、予測対象に応じて、予測対象の需要値を予測するために必要かつ可用な過去データ及び将来データを予測対象毎に動的に選択し、予測対象の需要値を高い精度で予測することが可能となる。これにより、例えば、IoTプラットフォーム上に蓄積されたデータを予測対象の需要予測のために有効活用することができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
According to the present invention, according to the prediction target, the past data and the future data necessary and usable for predicting the demand value of the prediction target are dynamically selected for each prediction target, and the demand value of the prediction target is highly accurate. Can be predicted. Thereby, for example, the data accumulated on the IoT platform can be effectively used for the demand prediction of the prediction target.
Problems, configurations, and effects other than those described above will be clarified by the following description of embodiments.
以下、本発明を実施するための形態について、添付図面を参照して説明する。本明細書及び図面において、実質的に同一の機能又は構成を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複する説明を省略する。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the present specification and drawings, components having substantially the same function or configuration are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted.
図1は、需要予測サーバ100の構成例を示すブロック図である。
需要予測サーバ100は、例えば、予測対象である熱需要の数時間後又は数日後の値を予測する装置である。需要予測サーバ100は、例えば、IoTプラットフォームとして構築されることで、ユーザがネットワークを通じて需要予測サーバ100にアクセスし、需要予測サーバ100により予測された予測対象の需要値を取得可能な需要予測システムとして構成される。この需要予測サーバ100は、過去データベース101A、データ選択メタモデル学習部102、データ選択部103、将来データ104、予測モデル学習部105及び予測部106を備える。
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration example of the
The
過去データベース101Aには、予測対象の実績値を含む過去データ101が蓄積される。
データ選択メタモデル学習部102は、過去データベース101Aから読み出した過去データ101を用いて、データ選択ルール131(後述する図8を参照)を作成するために用いられるデータ選択メタモデル120(後述する図9を参照)を学習する。データ選択メタモデル120の学習とは、例えば、後述する図9に示すニューラルネットワーク121を構成する複数のノード121a、及び複数のノード121a間のリンク121bを作り、データ選択ルール131を算出するために必要な係数等を求める処理である。
In the
The data selection
データ選択部103は、データ選択メタモデル120に基づいてデータ選択ルール131を作成する。データ選択ルール131は、予測時刻、将来データ104といった実際の値を、学習済みのデータ選択メタモデル120に入力して作成されるルールである。そして、データ選択部103は、予測対象の需要値に関する将来データ104からデータ選択ルール131に該当し、予測部106への入力となる予測入力データ112(後述する図12を参照)を動的に選択し、かつ過去データ101からデータ選択ルール131に該当し、予測対象の需要値を予測するために用いられる学習データ110(後述する図11を参照)を動的に選択する。すなわち、学習データ110は、過去データ101から選択された一部のデータであり、予測入力データ112は、将来データ104から選択された一部のデータである。
The
将来データ104には、予測対象の需要値を予測する時点における予測時刻から見た将来の時刻である予測時刻における、予測対象である熱需要を除いた任意項目の現在値が格納される。現在値とは、後述する図5に示す需要予測処理を行う時点で取得可能な最新の値である。将来データ104は、例えば、気象を予報する気象庁から受信した予報値やカレンダー情報等から取得した情報に基づいて作成される。
The
予測モデル学習部105は、データ選択部103により選択された学習データ110を用いて、予測対象の需要値を予測するための予測モデル111を学習する。予測モデル学習部105が学習する予測モデル111、及び予測モデル111の学習手法には、例えば、サポートベクターマシンやガウス過程などの一般的な機械学習手法が用いられる。
The prediction
予測部106は、予測モデル学習部105により学習された予測モデル111に予測入力データ112を入力することで、予測対象の需要値を予測する。このとき、予測部106により予測される需要値が、熱需要の需要値であり、この需要値が需要予測値として用いられる。
The
需要予測データ107は、予測部106が予測した需要予測値を含むデータである。需要予測データ107は、需要予測サーバ100に接続される不図示のPC(Personal Computer)等に表示されたり、不図示の電力システムに供給されたりする。
The
次に、本明細書で用いられる語句の定義について説明する。
図2は、語句の定義を示す説明図である。
以下の説明で、需要予測サーバ100が熱需要を予測する時刻(すなわち、予測時刻)を2018年1月30日の午後3時とし、需要予測サーバ100が熱需要を予測する日(すなわち、需要予測日)を2018年1月30日とする。そして、需要予測サーバ100は、予測対象である熱需要を次の日(2018年1月31日)の一時間単位で予測するものとする。このため、例えば、2018年1月31日を「予測対象日」と呼ぶ。予測時刻を現在時刻とした場合、予測時刻を基準とした過去のデータが過去データ101として表され、将来のデータが将来データ104として表される。
Next, the definition of the phrase used in this specification will be described.
FIG. 2 is an explanatory diagram showing the definition of words.
In the following description, the time when the
また、例えば、気象庁などが将来の予報対象時刻における気象予報を行った時刻を「予報時刻」と呼ぶ。ある予報対象時刻に対する気象予報は、異なる予報時刻で行われる場合がある。このため、ある予報対象時刻に対して、異なる複数の予報時刻が存在しうる。そこで、以下の説明では、予報対象時刻の予報値を予報した時刻である予報時刻と、予報対象時刻との差分を「予報ステップ」と呼ぶ。例えば、予報対象時刻から予報ステップAだけ遡った時刻が予報時刻Aとなり、予報対象時刻から予報ステップBだけ遡った時刻が予報時刻Bとなる。 For example, the time when the Japan Meteorological Agency or the like made a weather forecast at a future forecast target time is called “forecast time”. A weather forecast for a certain forecast target time may be performed at a different forecast time. Therefore, a plurality of different forecast times can exist for a certain forecast target time. Therefore, in the following description, the difference between the forecast time, which is the forecast time of the forecast value of the forecast target time, and the forecast target time is called a “forecast step”. For example, a time that is back by the forecast step A from the forecast target time is the forecast time A, and a time that is traced back by the forecast step B from the forecast target time is the forecast time B.
次に、過去データ101及び将来データ104の構成例について、図3と図4を参照して説明する。
図3は、過去データ101の構成例を示す説明図である。図3の上側にカンマ区切りのCSV(Comma Separated Values)形式で表される過去データ101の例を示し、図3の下側に過去データ101を表に書替えた例を示す。
Next, configuration examples of the
FIG. 3 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the
図1に示したように過去データ101は、過去データベース101Aに格納される。過去データ101を構成する各項目は、日時、予報ステップ、日種、外気温、風速、湿度、日射量、イベントID、熱需要などの需要予測に関連する任意項目の過去実績値を表す。
ここで、過去データ101を構成する各項目の内容を説明する。各項目の名称に付加した括弧内の語句は、それぞれ過去データ101を構成する各項目のフィールド名称を表す。
As shown in FIG. 1, the
Here, the content of each item which comprises the
日時(Date Time)は、図2に示した予報対象時刻を表す項目である。
予報ステップ(ForecastStep)は、図2に示したように気象予報により予報値が予報される時点を表す予報時刻と、予報対象時刻との差分を表す項目である。例えば、予報時刻に“2015−1−1”と格納され、予報ステップに“9”と格納されるデータレコードでは、2015年1月1日0時の9時間前である2014年12月31日15時に予報して得られた、2015年1月1日0時の予報値(外気温、風速、湿度)が格納される。また、予報ステップに“33”と格納されるデータレコードでは、2015年1月1日0時の33時間前(24時間と9時間前)である2014年12月30日15時に予報して得られた、2015年1月1日0時の予報値(外気温、風速、湿度)が格納される。
The date and time (Date Time) is an item representing the forecast target time shown in FIG.
The forecast step (ForecastStep) is an item that represents the difference between the forecast time that indicates when the forecast value is forecasted by the weather forecast and the forecast target time, as shown in FIG. For example, in a data record in which “2015-1-1” is stored in the forecast time and “9” is stored in the forecast step, December 31, 2014, which is 9 hours before midnight on January 1, 2015 The forecast value (outside temperature, wind speed, humidity) obtained at 15:00 on January 1, 2015 is stored. In the data record stored as “33” in the forecast step, the forecast is obtained at 15:00 on December 30, 2014, which is 33 hours before January 1, 2015 (24 hours and 9 hours before). The predicted value (outside temperature, wind speed, humidity) at 0:00 on January 1, 2015 is stored.
過去データ101は、予報ステップ毎に、同じ予報対象時刻であっても、予報時刻が異なる複数のデータレコードを保持できる。例えば、図2に示したように、過去データ101は、1つの予報対象時刻に対して、予報ステップAだけ遡った予報時刻A、予報ステップBだけ遡った予報時刻Bにおける複数のデータレコードを保持できる。
The
また、過去データ101は、予報ステップを例えば“0”とすることで、気象観測値などの実績値を持つデータレコードも保持できる。そして、図3に示すように過去データ101は、予報ステップを“0”、“9”、“33”とした3つのデータレコードを保持する。これにより、従来は、予報ステップを“0”とした1つのデータレコードしか保持できなかったのに対し、本実施の形態では、熱需要を予測するために必要となる十分な量の予報データを過去データ101に確保することが可能となる。
The
日種(Holiday)は、例えば、平日のみ、休校日のみ、公休日のみ、休校日かつ公休日を区別するための項目である。例えば、日種に“1”が格納されていれば、休校日かつ公休日であることが示される。
外気温(Temperature)は、ある地点における外気温を格納する項目である。
風速(Wind100m,Wind2m)は、ある地点における風速を格納する項目である。ここで、風速(Wind100m)には、地表100mにおける風速が格納され、風速(Wind2m)には、地表2mにおける風速が格納される。
The “Holiday” is an item for distinguishing, for example, only weekdays, only closed days, only public holidays, closed days and public holidays. For example, if “1” is stored in the day type, it indicates that the school is closed and is a public holiday.
The outside air temperature (Temperature) is an item for storing the outside air temperature at a certain point.
The wind speed (Wind100m, Wind2m) is an item for storing the wind speed at a certain point. Here, the wind speed (Wind100m) stores the wind speed at the
湿度(Humidity)は、ある地点における湿度を格納する項目である。なお、湿度は、“0”〜“1”の範囲の値を取るため、例えば、“0.2”という値は、湿度が20%であることを表す。
日射量(SolarRadiation)は、ある地点における日射量を格納する項目である。このデータレコードでは、0時(真夜中)であるため、日射量として“0”が格納される。
Humidity is an item that stores the humidity at a certain point. Since humidity takes a value in the range of “0” to “1”, for example, a value of “0.2” indicates that the humidity is 20%.
The solar radiation amount (SolarRadiation) is an item for storing the solar radiation amount at a certain point. In this data record, since it is 0:00 (midnight), “0” is stored as the amount of solar radiation.
イベントID(Event_ID)は、ある地点にて開催される特別なイベント(例えば、スポーツ、野外イベント)の識別子を格納する項目である。特別なイベントが開催されるときには、熱需要も高まることが予測される。なお、特別なイベントが開催されない場合、イベントIDには“0”が格納される。 The event ID (Event_ID) is an item for storing an identifier of a special event (for example, sports or outdoor event) held at a certain point. When special events are held, heat demand is also expected to increase. If no special event is held, “0” is stored in the event ID.
熱需要(HeatDemand)は、ある地点における熱需要(Wh)を格納する項目である。過去データ101では、ある日時に実際に観測された熱需要の値が、予報ステップの値によらず同じ値で格納される。例えば、日時が“2015−1−1 00:00:00”と表される全てのデータレコードの熱需要の値は、いずれも“11.24”である。
The heat demand (HeatDemand) is an item for storing the heat demand (Wh) at a certain point. In the
図4は、将来データ104の構成例を示す説明図である。図4の上側にCSV形式で表される将来データ104の例を示し、図4の下側に将来データ104を表に書替えた例を示す。
FIG. 4 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the
図1に示したように将来データ104には、予測時刻における任意項目の現在値が格納される。例えば、予測対象日時を2018年1月31日00:00:00としたときに、予報ステップに示される9時間前である、2018年1月30日15:00:00において予報された、2018年1月31日00:00:00の最新の予報値が現在値として格納される。将来データ104の各項目の構成は、過去データ101の構成と同様であるが、予測対象である熱需要(HeatDemand)の項目だけが除かれている。
As shown in FIG. 1, the
図5は、需要予測サーバ100で行われる需要予測処理の例を示すフローチャートである。
始めに、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択メタモデル120(後述する図10を参照)の学習を行う(S1)。ステップS1においてデータ選択メタモデル学習部102がデータ選択メタモデル120の学習を行う処理の詳細は後述する図6にて説明する。
FIG. 5 is a flowchart illustrating an example of a demand prediction process performed by the
First, the data selection
次に、データ選択部103は、ステップS1にて学習されたデータ選択メタモデル120を用いて、予測モデル111に入力するための学習データ110を過去データ101から選択し、予測入力データ112を将来データ104から選択する(S2)。ステップS2においてデータ選択部103が過去データ101及び将来データ104を選択する処理の詳細は後述する図10にて説明する。
Next, the
次に、予測モデル学習部105は、データ選択部103により選択された学習データ110を用いて予測モデル111の学習を行う(S3)。
Next, the prediction
次に、予測部106は、予測モデル学習部105により学習された予測モデル111と、データ選択部103により選択された予測入力データ112を用いて予測対象の需要予測値を計算する予測処理を行い(S4)、需要予測データ107を作成して、本処理を終了する。需要予測値を格納した需要予測データ107は、需要予測サーバ100に接続された不図示のPC等が備えるディスプレイ画面に表示される。ただし、需要予測データ107が内部処理により用いられる場合、需要予測データ107が表示されないこともある。
Next, the
次に、ステップS1のデータ選択メタモデル学習処理、ステップS2のデータ選択処理を順に説明する。
図6は、データ選択メタモデル学習処理の例を示すフローチャートである。このデータ選択メタモデル学習処理は、図5に示した需要予測処理のステップS1における処理の詳細な内容を表したものである。
Next, the data selection metamodel learning process in step S1 and the data selection process in step S2 will be described in order.
FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of the data selection metamodel learning process. This data selection metamodel learning process represents the detailed contents of the process in step S1 of the demand prediction process shown in FIG.
始めに、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択に使用するデータ種別(以下、「設定後データ種別301」と呼ぶ)を設定する(S11)。
First, the data selection
ここで、ステップS11にて設定されるデータ種別の構成例について、図7を参照して説明する。
図7は、設定後データ種別301の構成例を示す説明図である。
Here, a configuration example of the data type set in step S11 will be described with reference to FIG.
FIG. 7 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the
設定後データ種別301は、過去データ101及び将来データ104のデータ項目の一部である。設定後データ種別301は、過去データベース101Aに蓄積される様々な過去データ101から、熱需要の予測に必要かつ可用なデータだけを抽出するために用いられる。設定後データ種別301は、外部ファイルからの読込み、又はオペレーターによる入力操作によって項目が設定される。
The
設定後データ種別301として、過去データ101に含まれる項目のうち、例えば、日時(Date Time)、予報ステップ(ForecastStep)、日種(Holiday)、外気温(Temperature)、風速(Wind2m)、湿度(Humidity)、日射量(SolarRadiation)、イベントID(Event_ID)及び熱需要(HeatDemand)が設定される。ただし、過去データ101に含まれていても、熱需要の予測に不要と考えられる項目、例えば、風速(Wind 100m)は設定後データ種別301に含まれない。
Among the items included in the
再び図6の処理の説明に戻る。
ステップS11の後、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択ルールの探索範囲を設定する(S12)。データ選択ルールの探索範囲として、例えば、後述する図8に示す、“train-data”と“wheather”に規定された探索範囲132を探索することが、外部ファイルからの読込み、又はオペレーターによる入力操作により設定される。
Returning to the description of the processing in FIG.
After step S11, the data selection
ここで、データ選択ルール131及び探索範囲132の例について、図8を参照して説明する。
図8は、データ選択ルール131及び探索範囲132の例を示す説明図である。
Here, examples of the
FIG. 8 is an explanatory diagram illustrating an example of the
データ選択ルール131は、設定後データ種別301に関する学習データ選択ルール131A及びデータ項目選択ルール131B(後述する図9を参照)により構成される。
学習データ選択ルール131Aは、データ選択部103が学習データ110を選択するときに参照するルールである。学習データ選択ルール131Aとして、例えば、予測対象日から遡る日数、同じ日種の場合のみに選択するか否か、同じイベントIDの場合のみに選択するか否か、選択するデータレコードの外気温上下限、選択するデータレコードの予報ステップ上下限がある。
また、データ項目選択ルール131Bは、データ選択部103が学習データ110及び予測入力データ112を選択するときに参照する、学習データ110及び予測入力データ112に共通のデータ項目を選択するためのルールである。データ項目選択ルール131Bとして、例えば、気象予報、時間情報及び予測対象がある。
The
The learning
The data
探索範囲132は、データ選択ルール131の中で予測対象に応じて動的に変更される。図8には、探索範囲132として、例えば、データ選択ルール131の“train-data”と“wheather”に基づいて、データ選択メタモデル学習部102がデータ選択ルール131を探索する設定が示される。
The
ここで、データ選択ルール131における各項目の内容を説明する。
始めに、“train-data”について説明する。
“n-days-ahead”とは、予測対象日から遡って何日前のデータを選択するかを表すパラメータである。
また、“same-workday”とは、“n-days-ahead”に規定される日の日種と、予測対象日との日種が同じであるか否かを表すパラメータである。“n-days-ahead”に規定される日と、予測対象日との日種が同じであれば“true”が格納され、異なれば“false”が格納される。この例では、“n-days-ahead”に“35”と規定される、予測対象日から遡って35日前の日が予測対象日と同じ日種“true”であればデータを選択することが示される。
Here, the contents of each item in the
First, “train-data” will be explained.
“N-days-ahead” is a parameter that indicates how many days ago data is selected from the prediction target date.
“Same-workday” is a parameter indicating whether or not the day type specified in “n-days-ahead” is the same as the day type of the prediction target day. If the day specified in “n-days-ahead” is the same as the day type of the prediction target day, “true” is stored, and if different, “false” is stored. In this example, if “n-days-ahead” is defined as “35” and the day 35 days before the prediction target date is the same day type “true” as the prediction target date, data can be selected. Indicated.
同様に“same-event”とは、“n-days-ahead”に規定される日に開催されるイベントと、予測対象日に開催されるイベントとが同じであるか否かを表すパラメータである。“n-days-ahead”に規定される日と、予測対象日とのイベントが同じであれば“true”が格納され、異なれば“false”が格納される。 Similarly, “same-event” is a parameter indicating whether the event held on the day specified in “n-days-ahead” is the same as the event held on the prediction target day. . “True” is stored if the event defined by “n-days-ahead” and the prediction target date are the same, and “false” is stored if they are different.
また、“temperature-range”とは、例えば、最低気温が−5℃、かつ最高気温が20℃の範囲内に外気温がある日のデータを、過去データ101から選択可能であることを表すパラメータである。
また、“available-forecast-steps”とは、使用可能な予報ステップの範囲を制限するパラメータである。例えば、予測対象時刻に対して予報ステップが0時間から33時間前の範囲内にあるデータを、過去データ101から選択可能であることが示される。
In addition, “temperature-range” is a parameter indicating that, for example, data on the day when the minimum temperature is −5 ° C. and the maximum temperature is 20 ° C. and the outside temperature is selected from the
“Available-forecast-steps” is a parameter that limits the range of available forecast steps. For example, it is indicated that data having a prediction step within the range of 0 hours to 33 hours before the prediction target time can be selected from the
次に、“weather”について説明する。“weather”は、需要予測に使用可能な気象予報に関する項目を指定するパラメータである。
“Temperature”は、学習データ110(後述する図11を参照)、及び予測入力データ112(後述する図12を参照)に追加される項目が“Temperature”であることを表す。“Temperature”以外にも、“Wind2m”等の項目が指定されてもよい。
Next, “weather” will be described. “Weather” is a parameter that specifies items related to weather forecasts that can be used for demand forecasting.
“Temperature” indicates that the item added to the learning data 110 (see FIG. 11 described later) and the predicted input data 112 (see FIG. 12 described later) is “Temperature”. In addition to “Temperature”, an item such as “Wind2m” may be specified.
また、“time”は、予測入力データ112におけるデータ項目112A(後述する図12を参照)が何であるかを示すパラメータである。例えば、“time”に規定される“Date Time”、“Holiday”、“Forecast Step”に加えて、“weather”に規定される“Temperature”がデータ項目112Aとして選択される。
“Time” is a parameter indicating what the
“target”は、予測対象が何であるかを示すパラメータである。本実施の形態では、“target”として“Heat Demand”が設定される。なお、予測段階では熱需要が判明しないため、データ項目112Aから“Heat Demand”は除かれる。
“Target” is a parameter indicating what the prediction target is. In the present embodiment, “Heat Demand” is set as “target”. Since the heat demand is not known at the prediction stage, “Heat Demand” is excluded from the
一方、学習データ110は、過去データ101から選択されるデータである。このため、学習データ110におけるデータ項目110A(後述する図11を参照)は、過去データ101を“time”に規定される“Date Time”、“Holiday”、“Forecast Step”と、“weather”に規定される“Temperature”と、“target”に規定される“Heat Demand”とを有する。
On the other hand, the learning
再び図6の説明に戻る。
データ選択メタモデル学習部102は、ステップS12にて設定されたデータ選択ルールの探索範囲132に基づいて過去データ101から該当するデータを探索するための繰返し処理を開始し(S13)、ステップS14からステップS17の処理を繰り返す。ステップS14からステップS17の処理は、後述する図10に示すデータ選択処理においてデータ選択部103がデータ選択ルール131を作成するために必要なデータを過去データ101から探索する処理である。
Returning to the description of FIG.
The data selection
過去データ101の繰返し処理において、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択ルール131に基づく繰返し処理を開始し(S14)、ステップS15及びステップS16の処理を繰り返す。このため、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択ルール131の探索を行う(S15)。
In the iterative process of the
ステップS15において、データ選択メタモデル学習部102は、探索範囲132において各項目を以下のように変更する。例えば、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択ルール131の学習データ選択ルール131Aについて、予測対象日から遡る日数を追加又は削除したり、日種、イベントIDの選択ルールを追加又は削除したり、外気温上下限及び予報ステップ上下限を変更したりする。また、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択ルール131のデータ項目選択ルール131Bについて、気象予報のデータ項目を追加又は削除する。
In step S15, the data selection
データ選択メタモデル学習部102は、ステップS15にて探索した後のデータ選択ルール131、及び過去データ101を用いて予測汎化性能を評価する(S16)。予測汎化性能として、例えば、図5に示した需要予測処理と同様の手順で予測モデル111を学習した際に求めた周辺尤度に、予測モデル111の予測分布における需要実績値の確率を乗算した値を計算する。その後、ステップS14に戻って、データ選択メタモデル学習部102は、処理を繰り返す。
The data selection
ステップS15及びS16の繰返し処理が終了した後、データ選択メタモデル学習部102は、ステップS16にて計算した予測汎化性能が最も良いデータ選択ルール131が出力されるように、データ選択メタモデル120を更新する(S17)。予測汎化性能を評価することにより、過去データ101だけを用いた熱需要の予測値だけでなく、将来、取得可能な熱需要の予測値についても高い精度で予測することが可能なデータ選択メタモデル120を得ることができる。
After the iterative processing in steps S15 and S16 is completed, the data selection
その後、ステップS13に戻って、全ての過去データの処理が終了するまで、ステップS14〜S17間の処理を繰り返す。全ての過去データの処理が終了すると、データ選択メタモデル学習部102は、データ選択メタモデル120を出力し、本処理を終了する。
Thereafter, the processing returns to step S13, and the processing between steps S14 to S17 is repeated until the processing of all past data is completed. When the processing of all past data is completed, the data selection
次に、図9を用いてデータ選択メタモデル120を説明する。
図9は、データ選択メタモデル120の構成例を示す説明図である。
Next, the
FIG. 9 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the
データ選択メタモデル120は、入力データからデータ選択ルール131を出力するモデルである。入力データとして、予測対象日における予測対象の需要値を予測する時点の予測時刻130、及び将来データ104がある。そして、データ選択メタモデル120は、入力データに基づいてデータ選択ルール131を出力するニューラルネットワーク121で構成される。ニューラルネットワーク121は、例えば、入力データに基づく深層学習により、ノード121aの重み付け、複数のノード121aを接続するリンク121bの構成、係数等を更新可能である。
The
そして、ニューラルネットワーク121から出力されるデータ選択ルール131には、学習データ選択ルール131A及びデータ項目選択ルール131Bが含まれる。このようにデータ選択メタモデル学習部102がデータ選択メタモデル120を学習することで、予測対象とデータ選択ルール131との関係を学習することが可能となる。
The
図10は、データ選択処理の例を示すフローチャートである。このデータ選択処理は、図5に示した需要予測処理のステップS2における処理の詳細な内容を表したものである。 FIG. 10 is a flowchart illustrating an example of data selection processing. This data selection process represents the detailed contents of the process in step S2 of the demand prediction process shown in FIG.
始めに、データ選択部103は、予測時刻130、将来データ104及びデータ選択メタモデル120に基づいてデータ選択ルール131を生成する(S21)。このとき、図9に示したように、データ選択メタモデル120に入力された予測時刻130及び将来データ104により、データ選択ルール131が出力される。
First, the
次に、データ選択部103は、データ選択ルール131を用いて過去データ101の該非判定を行うことで学習データ110を選択する(S22)。すなわち、データ選択ルール131に該当する過去データ101が学習データ110として選択される。例えば、予測時刻から1日前までの過去データ101を学習データ110として選択するデータ選択ルール131が作成された場合、さらに前の過去データ101は学習データ110として選択されない。このようにデータ選択ルール131に該当しない過去データ101は以降の処理で用いられない。
Next, the
また、データ選択部103は、データ選択ルール131を用いて将来データ104の該非判定を行うことで予測入力データ112を選択する(S22)。すなわち、データ選択ルール131に該当する将来データ104が予測入力データ112として選択される。データ選択ルール131に該当しない将来データ104は以降の処理で用いられない。
In addition, the
そして、上述した図5に示したように、データ選択部103により選択された学習データ110が予測モデル111の学習に用いられ(図5のステップS3)、予測入力データ112が予測モデル111を用いた需要予測に用いられる(図5のステップS4)。
Then, as shown in FIG. 5 described above, the learning
図11は、学習データ110の構成例を示す説明図である。
学習データ110を構成するデータ項目110A及びデータレコード110Bは、データ選択ルール131を構成する学習データ選択ルール131A及びデータ項目選択ルール131Bに基づいて、過去データ101から選択される。ここでは、過去データ101から日時(Date Time)、日種(Holiday)、予報ステップ(ForecastStep)、外気温(Temperature)及び熱需要(HeatDemand)が選択されたことが示される。
FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the learning
The
図12は、予測入力データ112の構成例を示す説明図である。
予測入力データ112を構成するデータ項目112Aは、データ項目選択ルール131Bに基づいて、将来データ104から選択される。ここでは、過去データ101から日時(Date Time)、日種(Holiday)、予報ステップ(ForecastStep)及び外気温(Temperature)が選択されたことが示される。
FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the predicted
The
図13は、需要予測データ107の構成例を示す説明図である。
需要予測データ107のデータ項目107Aは、予測モデル111及び予測入力データ112に基づいて、予測部106の予測処理(S4)から出力される需要予測値を含む。このデータ項目107Aは、日時(Date Time)と熱需要(HeatDemand)を有する。
FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating a configuration example of the
The
ここで、将来データ104から選択される予測入力データ112が予測モデル111に入力することで、将来データ104には含まれていなかった予測対象日時における熱需要(HeatDemand)が予測モデル111により予測される。このため、データ項目107Aには、予測入力データ112から選択された日時(Date Time)と共に、予測モデル111により予測対象日における1時間毎に予測された熱需要(HeatDemand)の値が格納される。
Here, when the
次に、需要予測装置100を構成する計算機Cのハードウェア構成を説明する。
図14は、計算機Cのハードウェア構成例を示すブロック図である。
Next, the hardware configuration of the computer C configuring the
FIG. 14 is a block diagram illustrating a hardware configuration example of the computer C.
計算機Cは、いわゆるコンピュータとして用いられるハードウェアである。計算機Cは、バスC4にそれぞれ接続されたCPU(Central Processing Unit:中央処理装置)C1、ROM(Read Only Memory)C2、RAM(Random Access Memory)C3を備える。さらに、計算機Cは、不揮発性ストレージC5、ネットワークインターフェイスC6を備える。 The computer C is hardware used as a so-called computer. The computer C includes a CPU (Central Processing Unit) C1, a ROM (Read Only Memory) C2, and a RAM (Random Access Memory) C3 connected to the bus C4. Furthermore, the computer C includes a nonvolatile storage C5 and a network interface C6.
CPU C1は、本実施の形態に係る各機能を実現するソフトウェアのプログラムコードをROM C2から読み出して実行する。RAM C3には、演算処理の途中に発生した変数やパラメーター等が一時的に書き込まれる。図1に示したデータ選択メタモデル学習部102、データ選択部103、予測モデル学習部105及び予測部106は、CPU C1により実行される機能を表したものである。
The CPU C1 reads out the program code of software that realizes each function according to the present embodiment from the ROM C2, and executes it. In the RAM C3, variables, parameters and the like generated during the arithmetic processing are temporarily written. The data selection
不揮発性ストレージC5としては、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、フレキシブルディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD−ROM、CD−R、磁気テープ、不揮発性のメモリ等が用いられる。この不揮発性ストレージC5には、OS(Operating System)、各種のパラメーターの他に、計算機Cを機能させるためのプログラムが記録されている。ROM C2、不揮発性ストレージC5は、CPU C1が動作するために必要なプログラムやデータ等を永続的に記録しており、計算機Cによって実行されるプログラムを格納したコンピュータ読取可能な非一過性の記録媒体の一例として用いられる。例えば、過去データベース101A、将来データ104、需要予測データ107等の各データは、不揮発性ストレージC5に保存される。
As the nonvolatile storage C5, for example, an HDD (Hard Disk Drive), an SSD (Solid State Drive), a flexible disk, an optical disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a CD-R, a magnetic tape, a nonvolatile memory, or the like is used. It is done. In the nonvolatile storage C5, in addition to the OS (Operating System) and various parameters, a program for causing the computer C to function is recorded. The ROM C2 and the non-volatile storage C5 permanently record programs and data necessary for the operation of the CPU C1, and are computer-readable non-transitory storing the programs executed by the computer C. Used as an example of a recording medium. For example, each data such as the
ネットワークインターフェイスC6には、例えば、NIC(Network Interface Card)等が用いられ、端子が接続されたLAN(Local Area Network)、専用線等を介して各種のデータを装置間で送受信することが可能である。需要予測サーバ100は、インターフェイスC6を通じて、オペレーター等が使用する不図示のPC端末等とは通信可能である。
For example, a network interface card (NIC) or the like is used as the network interface C6, and various types of data can be transmitted and received between devices via a LAN (local area network) connected to a terminal, a dedicated line, or the like. is there. The
以上説明した一実施の形態に係る需要予測サーバ100では、予測対象に応じて、予測に必要かつ可用な予測入力データ112及び学習データ110を過去データ101から予測毎に動的に選択することが可能となる。そして、選択した予測入力データ112及び学習データ110を予測モデル111に適用することで、将来の予測対象日時における、予測対象の需要値を高い精度で予測することができる。このようにIoTプラットフォーム上に蓄積される膨大な過去データ101から予測に必要な過去データ101を選択することが可能となる。
In the
なお、本実施の形態に係る需要予測サーバ100は、例えば、VPP(Virtual Power Plant)、電力取引支援システム、デマンドレスポンス装置といった電力系のシステムにおける需要値を予測する処理に適用可能である。さらには、需要予測サーバ100を、熱エネルギー、バイオマスエネルギー、再生エネルギー等の一般的なエネルギー供給システムに適用して、様々なエネルギーの需要値を予測することも可能である。
The
また、本発明は上述した実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した本発明の要旨を逸脱しない限りその他種々の応用例、変形例を取り得ることは勿論である。
例えば、上述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために需要予測サーバの構成を詳細かつ具体的に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されない。また、本実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることも可能である。
また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆ど全ての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Further, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and it is needless to say that other various application examples and modifications can be taken without departing from the gist of the present invention described in the claims.
For example, the above-described embodiment is a detailed and specific description of the configuration of the demand prediction server in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and is not necessarily limited to one having all the configurations described. Moreover, it is also possible to add, delete, or replace another configuration with respect to part of the configuration of the present embodiment.
Further, the control lines and information lines indicate what is considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. Actually, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
100…需要予測サーバ、101…過去データ、102…データ選択メタモデル学習部、103…データ選択部、104…将来データ、105…予測モデル学習部、106…予測部、107…需要予測データ、110…学習データ、111…予測モデル、112…予測入力データ、120…データ選択メタモデル、131…データ選択ルール
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記データ選択メタモデルに基づいて前記データ選択ルールを作成し、前記予測対象の需要値に関する将来データから前記データ選択ルールに該当し、予測の入力となる予測入力データを動的に選択し、かつ前記過去データから前記データ選択ルールに該当し、前記予測対象の前記需要値を予測するために用いられる学習データを動的に選択するデータ選択部と、
前記学習データを用いて、前記予測対象の前記需要値を予測するための予測モデルを学習する予測モデル学習部と、
前記予測モデルに前記予測入力データを入力して、前記予測対象の前記需要値を予測する予測部と、を備える
需要予測サーバ。 A data selection metamodel learning unit that learns a data selection metamodel that is used to create a data selection rule using past data that includes actual values to be predicted;
Creating the data selection rule based on the data selection metamodel, dynamically selecting prediction input data corresponding to the data selection rule from the future data regarding the demand value of the prediction target, and serving as a prediction input; and A data selection unit that dynamically selects learning data that corresponds to the data selection rule from the past data and is used to predict the demand value of the prediction target;
A prediction model learning unit that learns a prediction model for predicting the demand value of the prediction target using the learning data;
A demand prediction server comprising: a prediction unit that inputs the prediction input data to the prediction model and predicts the demand value of the prediction target.
前記過去データ及び前記将来データは、前記差分毎に前記予報値を含むデータレコードを有する
請求項1に記載の需要予測サーバ。 The item selected from the past data according to the data selection rule includes a difference between a forecast time which is a forecast time of a forecast value at a forecast target time and the forecast target time,
The demand prediction server according to claim 1, wherein the past data and the future data include a data record including the forecast value for each difference.
前記データ選択メタモデル学習部は、前記過去データから選択する項目が規定されるデータ種別、及び前記データ選択ルールに従って前記過去データから探索した値を用いて前記データ選択メタモデルを更新する
請求項2に記載の需要予測サーバ。 The data selection metamodel is composed of a neural network that inputs the prediction time when the demand value of the prediction target on the prediction target date is predicted, and the future data, and outputs the data selection rule.
The data selection metamodel learning unit updates the data selection metamodel using a data type in which an item to be selected from the past data is defined and a value searched from the past data according to the data selection rule. Demand forecast server described in.
請求項3に記載の需要予測サーバ。 The data selection metamodel learning unit evaluates a predicted generalization performance of a value searched from the past data according to the data selection rule, and outputs the data selection rule with the best predicted generalization performance. The demand prediction server according to claim 3, wherein the selected metamodel is updated.
請求項1〜4のいずれか一項に記載の需要予測サーバ。 The demand prediction server according to any one of claims 1 to 4, wherein the prediction target is heat demand.
前記データ選択メタモデルに基づいて前記データ選択ルールを作成し、前記予測対象の需要値に関する将来データから前記データ選択ルールに該当し、予測の入力となる予測入力データを動的に選択し、かつ前記過去データから前記データ選択ルールに該当し、前記予測対象の前記需要値を予測するために用いられる学習データを動的に選択するステップと、
前記学習データを用いて、前記予測対象の前記需要値を予測するための予測モデルを学習するステップと、
前記予測モデルに前記予測入力データを入力して、前記予測対象の前記需要値を予測するステップと、を含む
需要予測方法。 Learning a data selection metamodel used to create a data selection rule using past data including actual values to be predicted;
Creating the data selection rule based on the data selection metamodel, dynamically selecting prediction input data corresponding to the data selection rule from the future data regarding the demand value of the prediction target, and serving as a prediction input; and Dynamically selecting learning data corresponding to the data selection rule from the past data and used to predict the demand value of the prediction target;
Learning a prediction model for predicting the demand value of the prediction target using the learning data;
A step of inputting the prediction input data to the prediction model and predicting the demand value of the prediction target.
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