JP2795997B2 - Water distribution prediction device - Google Patents

Water distribution prediction device

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JP2795997B2
JP2795997B2 JP17226391A JP17226391A JP2795997B2 JP 2795997 B2 JP2795997 B2 JP 2795997B2 JP 17226391 A JP17226391 A JP 17226391A JP 17226391 A JP17226391 A JP 17226391A JP 2795997 B2 JP2795997 B2 JP 2795997B2
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太 黒川
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Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、上水道施設の計画的な
運用を確保する観点から日配水量を予測する配水量予測
装置の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement in a water distribution predicting apparatus for predicting daily water distribution from the viewpoint of ensuring planned operation of water supply facilities.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、上水道施設においては、山間部
のダム式貯水池や河川から原水を取水し、さらに取水場
で取水された原水を導水路を通して浄水場まで運ぶ経路
をとっている。従って、このような上水道施設では、取
水場から浄水場まで原水を導水するための導水遅れが大
きいこと、浄水場では凝集,沈殿という浄水プロセスを
とっているので配水に至るまでの時間遅れが大きいこと
等から、取水後配水するまでの時間が逐次大きく変化す
る。このため、最終端の配水量の変動に基づいて取水場
の取水量や浄水場の上水量をフィードバック的に制御す
ることが難しい。ゆえに、予め当日の配水量を予測し、
取水場,浄水場および配水場等の日間運用計画を立てる
ことが重要になってくる。ところで、配水量は、 1) 天候,気温,降雪,日照時間等の気象条件、 2) 曜日,祝祭日,五月連休,夏休み,正月休み等の
特異日等による社会生活条件によって影響を受けて変動
する。
2. Description of the Related Art Generally, a water supply facility takes a route of taking raw water from a dam-type reservoir or a river in a mountainous area, and transporting the raw water taken at a water intake to a water purification plant through a headrace. Therefore, in such a water supply facility, there is a large delay in introducing raw water from the intake plant to the water treatment plant, and the water treatment plant uses a water purification process of coagulation and sedimentation, so there is a large time delay until distribution. For this reason, the time from water intake to water distribution changes greatly sequentially. For this reason, it is difficult to feedback-control the water intake at the water intake and the water supply at the water purification plant based on the fluctuation of the water distribution at the final end. Therefore, the amount of water distribution on the day is predicted in advance,
It is important to make daily operation plans for water intakes, water purification plants and water distribution plants. By the way, the water distribution varies depending on social living conditions such as 1) weather conditions, temperature, snowfall, sunshine hours, etc., 2) unusual days such as days of the week, holidays, May holidays, summer holidays, new year holidays, etc. I do.

【0003】そこで、従来、かかる要望および影響に考
慮しながら、曜日等の生活条件別に過去の実績データか
ら日配水量を予測する方式、日配水量の統計モデルに気
象条件を考慮しつつ配水量の補正(例えば気温が高い日
には日配水量が多いなど)を行って日配水量を予測する
方式、さらに1つのニュラルネットワークを用いて重み
係数を可変しつつ学習を繰り返すことにより日配水量を
予測する方式が考えられている。
Therefore, conventionally, a method of predicting daily water distribution from past actual data for each living condition such as a day of the week while considering such demands and influences, and a statistical model of the daily water distribution with consideration of weather conditions. (For example, when the temperature is high, the daily water distribution is large) to predict the daily water distribution. Further, the daily distribution is performed by repeating learning while changing the weighting coefficient using one neural network. A method for estimating the amount of water has been considered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
曜日等の生活条件別予測方式や気象条件を考慮した予測
方式では、日々得られる実績データを教師信号とする学
習能力がなく、人口移動や配管工事等による長期的な構
造変動に追従できないこと、互いに一方の条件を中心と
する予測方式であるので予測精度が低いなどの問題があ
る。
However, the former method of predicting living conditions such as the day of the week or the prediction method taking into account weather conditions does not have a learning ability to use actual data obtained daily as a teacher signal. There are problems such as the inability to follow long-term structural changes due to construction and the like, and low prediction accuracy because the prediction method is based on one of the conditions.

【0005】一方、後者のニュラルネットワークを用い
た予測方式では、1つのニューラルネットワークに1年
間を通して各種条件の変動を考慮した学習結果を銘記す
ることから、例えば気象条件の1つである温度をとって
も年間の最高温度と最低温度の範囲が非常に広くなり、
それだけ日配水量の予測精度が低くなり、日配水量を精
度よく予測できない。
[0005] On the other hand, in the latter prediction method using a neural network, learning results in consideration of fluctuations of various conditions are recorded in one neural network throughout the year, so that, for example, the temperature, which is one of the weather conditions, is determined. Very wide range of maximum and minimum temperature of the year,
As a result, the prediction accuracy of the daily water distribution becomes low, and the daily water distribution cannot be accurately predicted.

【0006】本発明は上記実情にかんがみてなされたも
ので、各種条件の年間変動に拘らず日配水量を精度良く
予測でき、これによって上水道施設での経済的,安定的
な水供給を確保できる配水量予測装置を提供することを
目的とする。
[0006] The present invention has been made in view of the above circumstances, and it is possible to accurately predict the amount of daily water distribution regardless of the annual fluctuation of various conditions, thereby ensuring economical and stable water supply in water supply facilities. It is an object to provide a water distribution amount prediction device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、気象実績および配水量実績情報に基づいて
所要とする分類処理を行って各月毎の特異日を含み、或
い特異日を含まない曜日情報,気象情報(例えば天候,
平均最大温度からの偏り,平均最低温度からの偏り)お
よび各月毎の配水量に分類する実績データ分類手段を設
け、また予め各月毎のニューラルネットワークが設けら
れ、該当月のニューラルネットワークに対して分類され
た前記各月毎の特異日を含み、或い特異日を含まない曜
日情報・気象情報および各月毎の配水量を入力し、前記
重み係数を可変して学習することにより各月毎の日配水
量予測モデルを作成する各月予測モデル作成手段を設
け、さらに該当月に応じて前記予測モデル化された中か
ら該当月のニューラルネットワークを選択し、このニュ
ーラルネットワークに対して特異日を含み、或い特異日
を含まない当日の曜日情報、気象情報および前日の日配
水量を入力して当日の日配水量を予測する日配水量予測
手段を設けた配水量予測装置である。
In order to solve the above-mentioned problems, the present invention performs a required classification process based on weather information and water distribution amount information, and includes a unique day for each month. Day of the week information that does not include the day, weather information (for example, weather,
A deviation data from the average maximum temperature, deviation from the average minimum temperature) and actual data classification means to classify the water distribution amount for each month are provided, and a neural network for each month is provided in advance. By inputting weekday information / weather information and water distribution amount for each month including the anomalous day of each month classified as described above, and excluding the anomalous day, and learning by changing the weighting coefficient, Providing a monthly forecast model creating means for creating a daily water distribution forecast model for each month, further selecting a neural network of the corresponding month from among the forecasted models according to the corresponding month, The water distribution amount provided with a daily water distribution amount prediction means for predicting the daily water distribution amount on the day by inputting the day of the week information, weather information, and the daily water distribution amount of the previous day including no specific day. It is a measuring apparatus.

【0008】[0008]

【作用】従って、本発明は以上のような手段を講じたこ
とにより、実績データ分類手段では、気象情報および必
要に応じて特異日を含む曜日情報を取り込んで各月毎の
曜日情報の他、例えば天候,平均最大温度からの偏り,
平均最低温度からの偏り等の気象情報に分類してファイ
ルに格納し、同様に配水流量検出器からの配水量を取り
込んで各月毎の日配水量情報に分類してファイルに格納
する。
Therefore, according to the present invention, by taking the above-described means, the actual data classifying means takes in weather information and day information including a special day as required, and, in addition to day information for each month, For example, weather, deviation from average maximum temperature,
The information is classified into meteorological information such as deviation from the average minimum temperature and stored in a file. Similarly, the water distribution amount from the water distribution flow rate detector is taken in, classified into monthly water distribution information for each month, and stored in a file.

【0009】以上のようにして各月毎の曜日情報、気象
情報および配水量をファイルに分類したならば、各月予
測モデル作成手段ではその分類された情報を用いて日配
水量を予測するが、ここでは予め複数のニューラルネッ
トワークを用意し、各月ごとにニューラルネットワーク
を選択し、当該月のニューラルネットワークに対して分
類された情報を入力するとともに当日の日配水量を教師
信号として与え、かつ、重み係数を可変して学習を繰り
返しながら各月毎の予測モデルを作成する。
If the day of the week information, weather information, and water distribution amount for each month are classified into files as described above, the monthly water distribution amount is predicted by each month prediction model creating means using the classified information. Here, a plurality of neural networks are prepared in advance, a neural network is selected for each month, information classified for the neural network for the month is input, and the daily water distribution amount of the day is given as a teacher signal, and Then, a prediction model is created for each month while repeating learning with variable weighting factors.

【0010】このようにして予測モデルを作成した後、
日配水量予測手段では、該当月のニューラルネットワー
クを選択し、当該ニューラルネットワークに対して特異
日を含む当日の曜日情報、気象情報および前日の日配水
量を入力し、当日の日配水量を予測することにより日配
水量を高精度に予測するものである。
After the prediction model is created in this way,
The daily water distribution forecasting means selects the neural network of the corresponding month, inputs the day of the week including the special day, weather information and the daily water distribution of the previous day to the neural network, and predicts the daily water distribution of the day. By doing so, the daily water distribution is predicted with high accuracy.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明装置の一実施例を示す構成図
である。この装置は、上水が配水池1から配水管2を経
て自然流下によって配水管網3に配水される途中,つま
り配水管2の途中に配水流量検出器4が設置され、この
配水流量検出器4によって検出された配水流量を入力装
置(プロセスインターフェイス)5で取り込み、また、
曜日,気象情報および前日の日配水量をキーボード・マ
ウス等の入力装置6で取り込んで当日の日配水量を予測
するものであって、その当日の日配水量の予測のため
に、実績データ分類手段10、各月予測モデル作成手段
20および日配水量予測手段30等が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of the device of the present invention. In this device, a water distribution flow rate detector 4 is installed in the middle of distribution of clean water from a reservoir 1 through a water distribution pipe 2 to a water distribution network 3 by natural flow, that is, in the water distribution pipe 2. The distribution flow rate detected by 4 is taken in by an input device (process interface) 5 and
The day of the week, weather information, and the amount of daily water distribution of the previous day are taken in by the input device 6 such as a keyboard and a mouse to predict the amount of daily water distribution of the day. Means 10, monthly prediction model creation means 20, daily water distribution amount prediction means 30, and the like are provided.

【0012】この実績データ分類手段10には、入力装
置6から取り込んだ曜日・気象情報(例えば温度など)
を格納する曜日・気象実績ファイル11、この実績ファ
イル11の曜日・気象情報に基づいて例えば月30日で
あれば1日〜30日にわたって各日ごとに所定の処理を
行って1ヶ月単位ごと(各月毎)の曜日・気象実績デー
タに分類分けする曜日・気象分類演算手段12、この分
類演算手段12で分類された各月毎の曜日・気象実績デ
ータを格納する曜日・気象分類ファイル13が設けられ
ている。
The performance data classifying means 10 includes the day of the week and weather information (for example, temperature) taken from the input device 6.
Is stored on the basis of the day / weather information in the result file 11, for example, if the date is 30 days, a predetermined process is performed for each day from 1 to 30 days, and the process is performed on a monthly basis ( The day / weather classification calculating means 12 for classifying into the day / meteorological data of each month) and the day / weather classification file 13 for storing the day / meteorological data of each month classified by the classifying means 12 are included. Is provided.

【0013】さらに、この実績データ分類手段10に
は、入力装置5で取り込んだ配水量を格納する配水量実
績ファイル14と、この配水量実績ファイル14の実績
配水量に基づいて例えば月30日であれば1日〜30日
にわたって各日ごとに所定の処理を行って1ヶ月単位ご
と(各月毎)の配水量実績に分類分けする配水量分類演
算手段15、この配水量分類演算手段15で分類された
各月毎の配水量実績データを格納する配水量分類ファイ
ル16等が設けられている。なお、この配水量分類ファ
イル16には教師信号(出力)となる当日の配水量も格
納される。
Further, the performance data classifying means 10 stores a water distribution amount file 14 for storing the water distribution amount taken in by the input device 5 and, based on the actual water distribution amount of the water distribution amount file 14, for example, on the 30th of the month. If there is, the predetermined processing is performed every day for 1 to 30 days, and the distribution amount classifying means 15 for classifying into the distribution amount results on a monthly basis (every month). A distribution amount classification file 16 for storing the classified distribution amount data for each month is provided. The water distribution amount classification file 16 also stores the water distribution amount of the day, which becomes a teacher signal (output).

【0014】次に、各月予測モデル作成手段20は、1
2ヶ月分に相当する12組のニューラルネットワークが
備えられ、カレンダー(月)データに基づいて該当月の
ニューラルネットワークを選択した後、このニューラル
ネットワークに対して2つの分類ファイル13,16か
らの実績分類データと教師信号とを入力して繰り返し重
み係数を変えながら最適な出力を得るように学習機能2
1で学習することにより各月毎の予測モデル22を作成
する。
Next, each month prediction model creation means 20
There are provided 12 sets of neural networks corresponding to two months, and after selecting a neural network of a corresponding month on the basis of calendar (month) data, performance classification from the two classification files 13 and 16 is performed on the neural network. Learning function 2 for inputting data and teacher signal to obtain optimum output while changing weighting coefficient repeatedly
By learning at step 1, a prediction model 22 for each month is created.

【0015】さらに、日配水量予測手段30は、予測モ
デル21の中からカレンダー(月)データに該当する月
のニューラルネットワークを選択し、この選択されたニ
ューラルネットワーク31に対して入力装置6から取り
込んだ当日の曜日,天気情報および前日の日配水量を入
力し、ここで正規化された当日の日配水量を予測して出
力する。32は正規化された当日の日配水量を実際の日
配水量に変換する信号変換手段であって、この信号変換
手段32で変換された日配水量はCRTなどの表示装置
7の画面に表示される。次に、以上のような装置の動作
について、実績データ分類手段10、各月予測モデル作
成手段20および日配水量予測手段30に分けて説明す
る。 A.実績データ分類手段10の動作について
Further, the daily water distribution amount predicting means 30 selects a neural network of a month corresponding to calendar (month) data from the prediction model 21, and takes in the selected neural network 31 from the input device 6. The day of the week, weather information, and the amount of daily water distribution of the previous day are input, and the normalized daily water distribution of the current day is predicted and output. Numeral 32 denotes a signal conversion means for converting the normalized daily water distribution on the day into an actual daily water distribution. The daily water distribution converted by the signal converter 32 is displayed on the screen of the display device 7 such as a CRT. Is done. Next, the operation of the above-described apparatus will be described separately for the actual data classifying unit 10, the monthly forecast model creating unit 20, and the daily water distribution amount predicting unit 30. A. About the operation of the performance data classification means 10

【0016】この実績データ分類手段10では、入力装
置6で順次取り込んだ曜日,気象情報を曜日,気象実績
ファイル11に格納し、また配水流量検出器4で検出さ
れた配水量は入力装置5にて配水量実績ファイル14に
格納する。
The performance data classifying means 10 stores the day of the week and the weather information sequentially taken by the input device 6 in the day of the week and the weather performance file 11, and the distribution amount detected by the distribution flow rate detector 4 to the input device 5. And stored in the actual water distribution amount file 14.

【0017】ここで、曜日・気象分類演算手段12では
ファイル11に格納された曜日,気象情報実績データに
基づいて後述する所定の分類処理を行って各月毎の曜日
・気象実績データに分類して分類ファイル13に格納
し、また配水量演算手段15ではファイル14に格納さ
れた配水量実績データに基づいて同じく所定の分類(正
規化)処理を行って各月毎の配水量実績データに分類し
て分類ファイル16に格納し、また教師信号(出力)と
なる当日の配水量も所定の分類(正規化)処理を行って
分類ファイル16に格納する。そこで、先ず,各月予測
モデル作成手段20のニューラルネットワークへ入力す
るための曜日,気象・前日の配水量の分類処理について
述べる。 A−1 曜日に関する情報 この曜日に関する情報は次に示す7ビットの0,1のパ
ターンに変換して分類ファイル13に格納する。 日曜日 → 1000000 月曜日 → 0100000 火曜日 → 0010000 水曜日 → 0001000 木曜日 → 0000100 金曜日 → 0000010 土曜日 → 0000001 A−2 気象に関する情報 A−2a.気象予報のうち、天候に関する情報について
は、
Here, the day / weather classification calculating means 12 performs a predetermined classification process described later based on the day / weather information data stored in the file 11 and classifies the data into day / weather data for each month. The distribution amount calculation means 15 performs the same predetermined classification (normalization) processing based on the distribution amount actual data stored in the file 14 to categorize the distribution amount actual data for each month. Then, the water distribution amount of the day, which is to be a teacher signal (output), is stored in the classification file 16 by performing a predetermined classification (normalization) process. Therefore, first, the classification process of the day of the week, the weather, and the amount of water distribution on the previous day for input to the neural network of each month prediction model creating means 20 will be described. A-1 Information on Day of the Week The information on the day of the week is converted into the following 7-bit 0, 1 pattern and stored in the classification file 13. Sunday → 1,000,000 Monday → 0100000 Tuesday → 0010000 Wednesday → 0001000 Thursday → 0000100 Friday → 0000010 Saturday → 0000001 A-2 Meteorological Information A-2a. For weather information in the weather forecast,

【0018】前日および当日の午前,午後に分けて表現
する。その表現法は、例えば晴,曇,雨の3種類に分
け、それぞれ次に示す3ビットの0,1のパターンに変
換して分類ファイル13に格納する。 晴 → 100 曇 → 010 雨 → 001 A−2b.気温に関する情報については、最高気温と最
低気温に分けてその平均最高気温と平均最低気温からの
偏りを求めて分類分けする。
The expression is divided into the morning and the afternoon of the previous day and the day. The expression method is divided into, for example, three types of fine, cloudy, and rainy, and converted into the following 3-bit 0 and 1 patterns, respectively, and stored in the classification file 13. Fine → 100 Cloudy → 010 Rain → 001 A-2b. The information about the temperature is divided into the maximum temperature and the minimum temperature, and the deviation from the average maximum temperature and the average minimum temperature is obtained and classified.

【0019】(イ).最高気温に関する情報 … 先
ず、最高気温の実績データから平均最高気温と最高気温
の分散とを演算により求める。今、i日の最高気温実績
をθmax (i) [°C]とすれば、平均最高気温を平均θmax [°
C]は、
(A). Information on maximum temperature: First, the average maximum temperature and the variance of the maximum temperature are calculated from the actual temperature data. Now, assuming that the maximum temperature result on the i day is θmax (i) [° C], the average maximum temperature is the average θmax [°
C]

【0020】[0020]

【数1】 で表すことができる。さらに、この平均θmax [°C]
を用いて最高気温の分散σθmax [°C]は、
(Equation 1) Can be represented by Further, the average θmax [° C]
The variance σθmax [° C] of the maximum temperature using

【0021】[0021]

【数2】 なる演算式から求める。ここで、nはデータ数である。(Equation 2) It is calculated from the following arithmetic expression. Here, n is the number of data.

【0022】次に、前記i日の最高気温実績θmax (i)
[°C]、平均θmax [°C]および最高気温の分散σ
θmax [°C]から下記する(3)式に基づき平均θma
x (i) からの偏り(チルダθmax )を求める。
Next, the maximum temperature record θmax (i) of the i-th day
[° C], mean θmax [° C] and variance σ of maximum temperature
From θmax [° C], the average θma is calculated based on the following equation (3).
The deviation (tilde θmax) from x (i) is obtained.

【0023】[0023]

【数3】 (Equation 3)

【0024】(ロ).最低気温に関する情報 … 最低
気温に関する情報を最高気温と同じ方法で分類する。i
日の最低気温実績をθmin(i)[°C]とすれば、平均最
低気温を平均θmin [°C]は、
(B). Information about minimum temperature… Classifies information about minimum temperature in the same way as maximum temperature. i
Assuming that the daily minimum temperature result is θmin (i) [° C], the average minimum temperature is the average θmin [° C],

【0025】[0025]

【数4】 で表すことができる。さらに、この平均θmin [°C]
を用いて最低気温の分散σθmin [°C]は、
(Equation 4) Can be represented by Furthermore, this average θmin [° C]
The variance σθmin [° C] of the minimum temperature using

【0026】[0026]

【数5】 なる演算式から求めることができる。ここで、nはデー
タ数である。
(Equation 5) It can be obtained from the following equation. Here, n is the number of data.

【0027】さらに、前記i日の最低気温実績θmin(i)
[°C]、平均θmin [°C]および最低気温の分散σ
θmin [°C]から下記する(6)式に基づいて平均θ
min(i)からの偏り(チルダθmin )を求める。
Further, the minimum temperature result θmin (i) of the i-th day
[° C], mean θmin [° C] and variance σ of minimum temperature
From θmin [° C], the average θ is calculated based on the following equation (6).
The deviation (tilde θmin) from min (i) is obtained.

【0028】[0028]

【数6】 A−3 前日の配水量に関する情報(Equation 6) A-3 Information on water distribution on the previous day

【0029】前日の配水量に関する情報を以下の方法で
分類する。ここでは、(i−1)日の日配水量実績[m
3 /日]をQ(i−1)とすると、その正規化された前
日の日配水量Qyester(i)は、 Qyester(i)={Q(i−1)−Qmin}/(Qmax −Qmin )…(7) で表すことができる。ここで、Qmax は最大日配水量
[m3 /日]、Qmin は最小日配水量[m3 /日]、n
はデータ数である。 A−4 予測対象情報の分類
Information on the water distribution amount of the previous day is obtained by the following method.
Classify. Here, the actual daily water distribution amount on (i-1) day [m
Three / Day] is Q (i-1),
The daily water distribution amount Qyester (i) can be expressed by Qyester (i) = {Q (i−1) −Qmin} / (Qmax−Qmin) (7) Where Qmax is the maximum daily water distribution
[MThree / Day] and Qmin is the minimum daily water distribution [mThree / Day], n
Is the number of data. A-4 Classification of prediction target information

【0030】ここでは、各月予測モデル作成手段20を
構成するニューラルネットワークの教師信号となる当日
(i)の配水量の特徴に関する情報から以下の方法によ
って分類する。この場合にも前日の配水量と同様に、i
日の日配水量実績[m3 /日]をQ(i)とすると、そ
の正規化されたi日の日配水量Qlearn (i)は、 Qlearn (i)={Q(i)−Qmin}/(Qmax −Qmin ) ……(8) となる。
Here, the information is classified by the following method from the information on the characteristic of the water distribution amount on the day (i), which is a teacher signal of the neural network constituting each month prediction model creating means 20. In this case as well as the water distribution amount of the previous day, i
Actual daily water distribution [m 3 / Day] is Q (i), and the normalized daily water supply amount Qlearn (i) on the i-th day is: Qlearn (i) = {Q (i) -Qmin} / (Qmax-Qmin) 8)

【0031】従って、曜日・気象分類演算手段12で
は、該当月の日数分について例えば曜日,天候(晴,
曇,雨)、平均θmax (i) からの偏り(チルダθmax )
および平均θmin(i)からの偏り(チルダθmin )等の分
類情報を求めて曜日・気象分類ファイル13に格納し、
一方、日配水量分類演算手段15では、該当月の日数分
について前日の日配水量Qyesterの他、教師信号となる
日配水量Qlearn を求めて配水量分類ファイル16に格
納することになる。 B.各月予測モデル作成手段20の動作について
Therefore, the day of the week / weather classification calculating means 12 calculates, for example, the day of the week, the weather (fine,
Cloudy, rainy), deviation from average θmax (i) (tilde θmax)
And classification information such as deviation (tilde θmin) from the average θmin (i) is obtained and stored in the day / weather classification file 13,
On the other hand, the daily water distribution classification calculating means 15 obtains the daily water distribution Qyester as the teacher signal in addition to the previous day's water distribution Qyester for the number of days in the month, and stores it in the water distribution classification file 16. B. About operation of each month prediction model creation means 20

【0032】この各月予測モデル作成手段20では、カ
レンダーの月に該当するニューラルネットワークを選択
し、このニューラルネットワークの入力層ニューロンに
各ファイル13,16に格納されている分類された曜
日,気象関係情報の他、分類された前日の日配水量を入
力し、また出力層ニューロンの出力に対する教師信号と
して分類された当日の日配水量を入力し、よって中間層
ニューロンを含む各ニューロン間の重み係数を可変しな
がら学習機能21により学習を繰り返しながら最適な重
み係数をもった各月毎の予測モデル22を作成する。
The month predictive model creating means 20 selects a neural network corresponding to the month of the calendar, and stores the classified days of the week and the weather-related information stored in the files 13 and 16 in the input layer neurons of the neural network. In addition to the information, the daily water distribution amount on the previous day is input, and the daily water distribution amount on the current day is classified as a teacher signal for the output of the output layer neurons. While the learning is repeated by the learning function 21 while varying, a prediction model 22 for each month having an optimal weighting factor is created.

【0033】この学習に際してはバックプロパゲーショ
ン法を用いる。このバックプロパゲーション法とは、階
層型の構造をしたニューラルネットワークに対して、ネ
ットワークの誤差が出力層から入力層へ逆伝搬していく
学習方式である。以下にその学習手順を説明する。な
お、各月毎のサフィックスは式が煩雑になるので省略す
る。
In this learning, a back propagation method is used. The back propagation method is a learning method in which a network error propagates back from an output layer to an input layer in a neural network having a hierarchical structure. The learning procedure will be described below. The suffix for each month is omitted because the formula becomes complicated.

【0034】ステップ1:曜日,気象関係情報をニュー
ラルネットワークの入力層に入力するとともに、中間層
および出力層では以下のニューロンモデルに従って演算
する。中間層の第jニューロンの出力Hjは、
Step 1: On the day of the week, weather-related information is input to the input layer of the neural network, and the intermediate layer and the output layer calculate according to the following neuron model. The output Hj of the jth neuron in the hidden layer is

【0035】[0035]

【数7】 (Equation 7)

【0036】の式から得られる。ここで、I1 は入力層
第iニューロンの出力、W1jは入力層第iニューロンと
中間層第jニューロンの重み係数、1は入力層の数、m
は中間層の数、f( )は中間層のしきい値関数であ
る。一方、出力層の第kニューロンの出力okは、
It is obtained from the following equation. Here, I 1 is the output of the i-th neuron in the input layer, W 1j is the weight coefficient of the i-th neuron in the input layer and the j-th neuron in the intermediate layer, 1 is the number of input layers, m
Is the number of hidden layers, and f () is the threshold function of the hidden layer. On the other hand, the output ok of the k-th neuron in the output layer is

【0037】[0037]

【数8】 から得られる。ここで、Wjkは中間層第jニューロンと
出力層第kニューロンとの重み係数、mは中間層の数、
nは出力層の数である。
(Equation 8) Obtained from Here, W jk is a weight coefficient between the j-th neuron in the hidden layer and the k-th neuron in the output layer, m is the number of hidden layers,
n is the number of output layers.

【0038】ステップ2: 出力層の第kニューロンの
出力okと出力層の第kニューロンの教師信号ykとの
二乗誤差の和を最小化するようにネットワークの重み係
数を修正して学習する。この中間層と出力層との重み係
数の学習は、次式の△Wjkを演算し、Wjkを修正するも
のである。 Wjk(t-1) =Wjk(t) +△Wjk(t) …… (11) △Wjk(t) =−ε・dk (t) ・Hj (t) …… (12) dk (t) =ok(t) −yk(t) …… (13) 但し、上式においてtは学習回数、εは1回の修正の大
きさを決めるパラメータ、dk は出力層の誤差である。
次に、入力層と出力層との重み係数の学習は、次式に基
づいて△Wikを演算し、Wikを修正する。
Step 2: Learning is performed by modifying the weighting coefficient of the network so as to minimize the sum of the square error between the output ok of the kth neuron in the output layer and the teacher signal yk of the kth neuron in the output layer. The learning of the weight coefficient between the intermediate layer and the output layer is to calculate △ W jk in the following equation and correct W jk . W jk (t-1) = W jk (t) + △ W jk (t) (11) ΔW jk (t) = − ε · d k (t) · H j (t) (12) ) d k (t) = ok (t) -yk (t) ...... (13) where, t is the number of times of learning in the above equation, epsilon determines the size of one modified parameter, d k is the output layer It is an error.
Next, the learning of the weight coefficient between the input layer and the output layer is performed by calculating △ W ik based on the following equation and correcting W ik .

【0039】[0039]

【数9】 上式においてdj は中間層の逆伝搬誤差、f( )はf
( )の微分である。さらに、次式を用いて振動を減ら
して学習の収束を早める。 △Wjk(t) =−ε・dk (t) ・Hj (t) +α・△Wik(t-1) ……(17) △Wij(t) =−ε・dj (t) ・Ii (t) +α・△Wij(t-1) ……(18) なお、上式において前段項は修正量、αを除く後段項は
前回の重みである。αは安定のためのパラメータであ
る。
(Equation 9) In the above equation, dj is the back propagation error of the intermediate layer, and f () is f
This is the derivative of (). Furthermore, the convergence of learning is expedited by reducing vibration using the following equation. ΔW jk (t) = − ε · d k (t) · H j (t) + α · △ W ik (t−1) (17) ΔW ij (t) = − ε · dj (t) I i (t) + α · △ W ij (t-1) (18) In the above equation, the preceding term is the correction amount, and the following term excluding α is the previous weight. α is a parameter for stability.

【0040】従って、各月予測モデル作成手段20で
は、以上のような学習によって得られる重み係数を各月
毎に異なるニューラルネットワークに銘記することによ
り予測モデル22を作成する。ゆえに、各月毎の12個
のニューラルネットワークからなる予測モデル22を得
ることができる。 C.日配水量予測手段30の動作について
Therefore, each month prediction model creation means 20 creates a prediction model 22 by memorizing the weighting factors obtained by the above learning in different neural networks for each month. Therefore, it is possible to obtain a prediction model 22 composed of 12 neural networks for each month. C. Operation of daily water distribution amount prediction means 30

【0041】この日配水量予測手段30では、各月毎の
予測モデル22の中からカレンダーの月に応じたニュー
ラルネットワーク31を選択する。そして、このニュー
ラルネットワーク31に対して、当日の曜日,気象情報
および前日の日配水量を入力すると、当該ニューラルネ
ットワーク31は予め学習によって重み係数が設定され
ているので、このニューラルネットワーク31の演算に
よって日配水量を予測することができる。この予測され
た当日の日配水量は正規化されているので、信号変換手
段32で実際の日配水量に変換して表示装置7に表示す
る。
The daily water distribution amount prediction means 30 selects a neural network 31 corresponding to the month of the calendar from the prediction model 22 for each month. When the day of the week, the weather information, and the daily water distribution amount of the previous day are input to the neural network 31, the neural network 31 has a weighting factor set by learning in advance. Daily water distribution can be predicted. Since the predicted daily water distribution amount on the day is normalized, it is converted into the actual daily water distribution amount by the signal conversion means 32 and displayed on the display device 7.

【0042】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、曜日,気象実績と配水流量検出器4からの配水量実
績とをそれぞれ所要の分類処理を行って分類データに変
換するので、各月毎にニューラルネットワークに最適な
状態で使用可能なようにファイル化することができる。
しかも、各月予測モデル作成手段20は、月ごとに独立
したニューラルネットワークを用意し、該当する月のニ
ューラルネットワークを選択し、前記ファイル化された
分類データを入力して学習を繰り返しながら最適な重み
係数をもった予測モデル22を作成することから、月単
位における最高,最低温度の変動幅が少なく、精度の高
い日配水量を予測でき、さらに総合的に各種の条件を取
り込んで学習を行ってもそれほど複雑な構成にならずに
予測モデル22を作成できる。
Therefore, according to the configuration of the embodiment described above, the day of the week, the actual weather, and the actual water distribution amount from the distribution water flow rate detector 4 are converted into classification data by performing required classification processing. A file can be created for each month so that it can be used in an optimal state for the neural network.
In addition, each month prediction model creating means 20 prepares an independent neural network for each month, selects a neural network of a corresponding month, inputs the filed classification data, and repeats learning to obtain an optimal weight. Since the prediction model 22 having the coefficient is created, the fluctuation range of the maximum and minimum temperatures in a monthly unit is small, and it is possible to predict the daily water distribution amount with high accuracy, and to learn by incorporating various conditions comprehensively. The prediction model 22 can be created without having such a complicated configuration.

【0043】さらに、日々得られる当日の日配水量を教
師信号として予測モデル22を作成し、その予測モデル
22を用いて当日の日配水量を予測するので、例えば人
口移動や配管工事などによる長期的な構造変動に対して
も十分に追従できる。
Furthermore, a prediction model 22 is created using the daily water distribution obtained on a daily basis as a teacher signal, and the daily water distribution is predicted using the prediction model 22. Can sufficiently follow structural changes.

【0044】因みに、図2は日配水量の同定結果を示す
図である。図示実線は実績配水量、図示点線は予測配水
量であるが、かかる予測配水量は殆んど実績配水量と同
じ結果が得られている。これからも非常に予測精度が高
いことが分かる。
FIG. 2 is a diagram showing the results of identifying the daily water distribution. The illustrated solid line indicates the actual water distribution amount, and the illustrated dotted line indicates the predicted water distribution amount. The predicted water distribution amount is almost the same as the actual water distribution amount. It can be seen that the prediction accuracy is very high.

【0045】なお、上記実施例では、曜日情報をファイ
ル11に格納したが、このファイル11に格納せずに分
類ファイル13に直接信号変換して格納してもよい。ま
た、日配水量実績を学習させて、当日の日配水量を予測
する装置について説明したが、例えば各月毎のニューラ
ルネットワークの中間層のニューロン数については、モ
デル作成時にその数を種々変えながらモデルを構築し、
正当率の高いモデルを選定すればよい。また、本装置
は、日配水量の予測に適用したが、曜日、気象等の特長
によりニューラルネットワークを構築するものであれ
ば、他の予測対象例えば電力予測にも適用できる。ま
た、ニューラルネットワークの入力層に特異日(5月連
休,盆休み等)の入力を付加することにより、さらに精
度の高い予測を行うことができる。さらに、当日の日配
水量を出力しているが、本装置は入出力との間で因果関
係が存在するもの、例えば気温高・晴のとき配水量大、
気温低・雨のとき配水量小のようなものでは容易に適用
できる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施できる。
Although the day information is stored in the file 11 in the above embodiment, the day information may be directly converted into the classification file 13 and stored without being stored in the file 11. In addition, the apparatus for predicting the daily water distribution amount by learning the actual water distribution amount on the day has been described.For example, the number of neurons in the middle layer of the neural network for each month may be changed variously during model creation. Build the model,
What is necessary is just to select a model with a high validity rate. Further, the present apparatus is applied to the prediction of daily water distribution, but can be applied to other prediction targets such as power prediction as long as a neural network is constructed based on features such as a day of the week and weather. Further, by adding an input of a specific day (May consecutive holidays, Bon holidays, etc.) to the input layer of the neural network, more accurate prediction can be performed. Furthermore, although the daily water distribution is output on the day, this device has a causal relationship with the input and output, for example, when the temperature is high and clear, the water distribution is large.
When the temperature is low and rain is low, it can be easily applied to the case where the amount of water distribution is small. In addition, the present invention can be implemented with various modifications without departing from the scope of the invention.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
月毎の分類情報および各月毎のニューラルネットワーク
を用いて予測モデルを作成するとともに、該当月のニュ
ーラルネットワークを選択して日配水量を予測するの
で、各種の条件の年間変動が大きくても、日配水量を精
度よく予測でき、上水道施設における経済的,安定的な
水供給を十分に確保できる配水量予測装置を提供でき
る。
As described above, according to the present invention, a prediction model is created using the classification information for each month and the neural network for each month, and the neural network for the month is selected to distribute daily data. Since the amount of water is predicted, even if the annual fluctuation of various conditions is large, it is possible to accurately predict the amount of daily water distribution, and to provide a water distribution amount predicting apparatus capable of sufficiently securing economical and stable water supply in a water supply facility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】 本発明に係わる配水量予測装置の一実施例を
示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing one embodiment of a water distribution amount prediction device according to the present invention.

【図2】 日配水量の実績配水量と予測配水量との関係
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing a relationship between an actual water distribution amount and a predicted water distribution amount of a daily water distribution amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…配水池、2…配水管、4…配水流量検出器、5,6
……入力装置、7…表示装置、10…実績データ分類手
段、11…曜日・気象実績ファイル、12…曜日・気象
分類演算手段、13…曜日・気象分類ファイル、14…
配水量実績ファイル、15…配水量分類演算手段、16
…配水量分類ファイル、20…各月予測モデル作成手
段、21…学習機能、22…各月毎の予測モデル、30
…日配水量予測手段、31…該当月のニューラルネット
ワーク、32…データ変換手段。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Distribution reservoir, 2 ... Distribution pipe, 4 ... Distribution flow rate detector, 5,6
... input device, 7 ... display device, 10 ... actual data classification means, 11 ... day and weather actual calculation file, 12 ... day and weather classification arithmetic means, 13 ... day and weather classification file, 14 ...
Water distribution amount actual file, 15 ... water distribution amount classification calculating means, 16
... Water distribution amount classification file, 20... Monthly prediction model creating means, 21... Learning function, 22.
... means for predicting daily water distribution, 31 ... neural network for the corresponding month, 32 ... data conversion means.

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】 上水道施設から配水する配水量を予測す
る配水量予測装置において、気象実績情報および配水量
実績情報に基づいて所要とする分類処理を行って曜日情
報,気象情報および各月毎の配水量に分類する実績デー
タ分類手段と、予め各月毎のニューラルネットワークが
設けられ、該当月のニューラルネットワークに対して分
類された前記各月毎の曜日情報・気象情報および各月毎
の配水量を入力し、前記重み係数を可変して学習するこ
とにより各月毎の日配水量予測モデルを作成する各月予
測モデル作成手段と、該当月に応じて前記予測モデル化
された中から該当月のニューラルネットワークを選択
し、このニューラルネットワークに対して当日の曜日情
報、気象情報および前日の日配水量を入力して当日の日
配水量を予測する日配水量予測手段とを備えたことを特
徴とする配水量予測装置。
1. A water distribution amount prediction device for predicting a water distribution amount to be distributed from a water supply facility, performs a required classification process based on weather actual information and water distribution amount information, and performs day information, weather information and monthly information. Actual data classifying means for classifying water distribution amounts, and a neural network for each month are provided in advance, and the day of the week information and weather information for each month and the water distribution amount for each month classified for the neural network of the corresponding month. And a monthly prediction model creating means for creating a daily water distribution amount prediction model for each month by learning by changing the weighting coefficient. Select the neural network of the day, and input the day of the week information, weather information of the day, and the amount of water distribution of the previous day to this neural network to predict the amount of daily water distribution of the day. A water distribution amount prediction device comprising: a water amount prediction unit.
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