JP6609391B1 - Prediction model creation device, prediction model creation method, and prediction model creation program - Google Patents
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Abstract
【課題】予測精度を高めたい期間及び無視できない実測値の範囲を指定して、局所的に予測モデルのパラメータを学習する。【解決手段】本発明の予測モデル作成装置は、浄水場が取得する原水の性質を示す値の実測値、及び、原水に注入された薬剤の量を示す値の実測値を取得する実測値取得部と、実測値を使用して、原水の性質を示す値を説明変数とし薬剤の量を示す値を目的変数とする予測モデルのパラメータを最適化するパラメータ最適化部と、パラメータが最適化された予測モデルが出力する薬剤の量を示す値の予測値と、薬剤の量を示す値の実測値との差分が有意に大きくなる期間、及び/又は、はずれ値を除いた実測値の範囲を受け付ける期間・範囲受付部と、受け付けた期間及び/又は範囲に該当する実測値を使用して、パラメータを補正するパラメータ補正部と、を備えることを特徴とする。【選択図】図11A parameter of a prediction model is locally learned by specifying a period for which prediction accuracy is to be improved and a range of actually measured values that cannot be ignored. A prediction model creation apparatus according to the present invention obtains an actual measurement value for obtaining an actual measurement value indicating a property of raw water acquired by a water purification plant and an actual measurement value indicating a quantity of a medicine injected into the raw water. And a parameter optimization unit that optimizes the parameters of the prediction model using the actual measured value as the explanatory variable and the value indicating the amount of the drug as the objective variable. A range in which the difference between the predicted value indicating the amount of drug output by the prediction model and the actual measured value indicating the amount of drug is significantly large, and / or the range of actual values excluding outliers. It is characterized by comprising a receiving period / range receiving unit, and a parameter correcting unit for correcting a parameter using an actual measurement value corresponding to the received period and / or range. [Selection] Figure 11
Description
本発明は、予測モデル作成装置、予測モデル作成方法及び予測モデル作成プログラムに関する。 The present invention relates to a prediction model creation device, a prediction model creation method, and a prediction model creation program.
浄水場において、河川等から取得した原水に対して凝集剤が注入され、原水に含まれる汚濁物質を凝集させる。凝集した汚濁物質は、沈殿し、又は、濾過される。注入すべき凝集剤の量は、原水の性質を示す値(濁度、温度、水素イオン濃度等)によって変化する。そこで、原水の性質に基づき、注入すべき凝集剤の量を予測することが必要となる。近時、浄水場に限らず、社会インフラの運転計画作成に必要な諸数値を予測モデルを使用して予測する技術が普及している。 In the water purification plant, the flocculant is injected into the raw water obtained from rivers and the like, and the pollutants contained in the raw water are aggregated. The agglomerated contaminants are precipitated or filtered. The amount of the flocculant to be injected varies depending on the values indicating the properties of the raw water (turbidity, temperature, hydrogen ion concentration, etc.). Therefore, it is necessary to predict the amount of the flocculant to be injected based on the properties of the raw water. Recently, not only water purification plants, but also a technology that uses prediction models to predict various numerical values necessary for creating social infrastructure operation plans.
特許文献1の予測装置は、将来の電力需要を予測する。1日の最高気温、最低気温等は、比較的長い周期(例えば数か月)で変動し、かつ、比較的短い周期(例えば1日)でも変動する。当該予測装置は、長い周期の移動平均値で予測モデルのパラメータを学習する。その予測モデルの予測値と、短い周期の移動平均の実測値との差分がある閾値に達すると、当該予測装置は、予測モデルのパラメータを補正する。
The prediction device of
特許文献2の河川水位予測装置は、河口近くのポンプ場の水位を、上流地域の水位・降水量及び下流地域の潮位によって予測する。一般に上流地域の水位・降水量の変動周期は、下流地域の潮位の変動周期よりも長い。そこで、当該河川水位予測装置は、予測モデルのパラメータを最新の潮位に基づき学習することを短い周期で繰り返す。そして、予測モデルの誤差(予測値と実測値との差分)がある程度大きくなったとき初めて、上流地域の水位・降水量の最新の実測値を使用して予測モデルのパラメータを遡及的に学習し直す。
The river water level prediction apparatus of
浄水場の凝集剤の注入量の予測においては、例えば直近数カ月の最頻値に現在の注入量を一致させたいというニーズが高い。しかしながら、特許文献1の予測装置は、そのように予測モデルを学習することはできない。
In the prediction of the injection amount of the flocculant at the water purification plant, there is a high need to make the current injection amount coincide with the mode value of the most recent months, for example. However, the prediction device of
真夏の猛暑日、豪雨の直後等の例外時においては、浄水場が取得する原水の濁度等が想定以上に大きくなり、そもそも凝集剤が効かなくなる。しかしながら、このような例外時を含む期間の実測値を一律的に使用して予測モデルを学習すると、それに引きずられて、本来正確に予測すべき特定期間における予測モデルの予測精度は落ちる。つまり、例外時の精度を犠牲にしてでも、特定期間の予測精度を上げる必要がある。しかしながら、特許文献2の河川水位予測装置は、そのように予測モデルを学習することはできない。
そこで、本発明は、予測精度を高めたい期間及び無視できない実測値の範囲を指定して、局所的に予測モデルのパラメータを学習することを目的とする。
In exceptionally hot days in midsummer, immediately after heavy rain, the turbidity of raw water obtained by the water purification plant becomes larger than expected, and the flocculant becomes ineffective in the first place. However, when the prediction model is learned by uniformly using the actual measurement values during the period including such an exceptional time, the prediction accuracy of the prediction model in a specific period that should be predicted accurately decreases. In other words, it is necessary to increase the prediction accuracy for a specific period even at the expense of accuracy at the time of exception. However, the river water level prediction apparatus of
Therefore, an object of the present invention is to specify a period for which prediction accuracy is to be improved and a range of actually measured values that cannot be ignored, and to locally learn parameters of a prediction model.
本発明の予測モデル作成装置は、浄水場が取得する原水の性質を示す値の実測値、及び、原水に注入された薬剤の量を示す値の実測値を取得する実測値取得部と、実測値を使用して、原水の性質を示す値を説明変数とし薬剤の量を示す値を目的変数とする予測モデルのパラメータを最適化するパラメータ最適化部と、パラメータが最適化された予測モデルが出力する薬剤の量を示す値の予測値と、薬剤の量を示す値の実測値との差分が有意に大きくなる期間、及び/又は、はずれ値を除いた実測値の範囲を受け付ける期間・範囲受付部と、受け付けた期間及び/又は範囲に該当する実測値を使用して、パラメータを補正するパラメータ補正部と、薬剤の量を示す値の実測値、及び、パラメータが最適化された予測モデルが出力する薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示し、表示された実測値及び予測値に対して、期間及び範囲をユーザが入力するのを期間・範囲受付部が受け付けると、薬剤の量を示す値の実測値、及び、パラメータが補正された予測モデルが出力する薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示する表示処理部と、を備えることを特徴とする。
その他の手段については、発明を実施するための形態のなかで説明する。
The prediction model creation device of the present invention includes an actual measurement value acquisition unit that acquires an actual measurement value indicating a property of raw water acquired by a water purification plant, and an actual measurement value indicating a quantity of a medicine injected into the raw water, and an actual measurement The parameter optimization unit that optimizes the parameters of the prediction model using the value indicating the nature of the raw water as the explanatory variable and the value indicating the amount of the drug as the objective variable, and the prediction model in which the parameter is optimized A period in which the difference between the predicted value indicating the amount of the medicine to be output and the actual measurement value of the drug amount is significantly increased, and / or the period / range in which the range of the actual measurement value excluding outliers is received A reception unit, a parameter correction unit that corrects a parameter using an actual measurement value corresponding to the received period and / or range, an actual measurement value of a value indicating a drug amount, and a prediction model in which the parameter is optimized Output the amount of drug When the period / range accepting unit accepts the user's input of the period and range with respect to the displayed actual measurement value and predicted value, the value indicating the amount of the drug is displayed. And a display processing unit that displays a predicted value of a value indicating the amount of medicine output by the prediction model with the parameter corrected, in time series .
Other means will be described in the embodiment for carrying out the invention.
本発明によれば、予測精度を高めたい期間及び無視できない実測値の範囲を指定して、局所的に予測モデルのパラメータを学習することができる。 According to the present invention, it is possible to locally learn a parameter of a prediction model by designating a period for which prediction accuracy is to be improved and a range of actually measured values that cannot be ignored.
以降、本発明を実施するための形態(“本実施形態”という)を、図等を参照しながら詳細に説明する。本実施形態は、浄水場において原水に凝集剤を注入する例である。しかしながら、原水に対し凝集剤以外の薬剤(凝集補助剤、酸化剤、吸着剤、消毒剤等)を注入する例にも本発明は適用可能である。さらに、本発明は、より一般的に、液体に対して薬剤を注入する例にも適用可能である。 Hereinafter, a mode for carrying out the present invention (referred to as “the present embodiment”) will be described in detail with reference to the drawings. This embodiment is an example in which a flocculant is injected into raw water at a water purification plant. However, the present invention can also be applied to an example in which a drug other than the flocculant (flocculation aid, oxidizing agent, adsorbent, disinfectant, etc.) is injected into the raw water. Furthermore, the present invention is more generally applicable to an example in which a drug is injected into a liquid.
(予測モデル作成装置)
図1に沿って、予測モデル作成装置1の構成等を説明する。予測モデル作成装置1は、一般的なコンピュータであり、中央制御装置11、マウス、キーボード等の入力装置12、ディスプレイ等の出力装置13、主記憶装置14、補助記憶装置15及び通信装置16を備える。これらは、バスで相互に接続されている。補助記憶装置15は、予測モデル31及び実測値情報32(詳細後記)を格納している。
(Prediction model creation device)
A configuration and the like of the prediction
主記憶装置14における実測値取得部21、変数受付部22、パラメータ最適化部23、期間・範囲受付部24、パラメータ補正部25及び表示処理部26は、プログラムである。中央制御装置11は、これらのプログラムを補助記憶装置15から読み出し主記憶装置14にロードすることによって、それぞれのプログラムの機能(詳細後記)を実現する。補助記憶装置15は、予測モデル作成装置1から独立した構成となっていてもよい。
The measured
浄水場3は、混和池4、凝集剤注入装置5及びフロック形成池7を有する。河川等の自然環境から取得された原水6aは、混和池4に流入する。凝集剤注入装置5は、混和池に貯留された原水6aに凝集剤9を注入する。凝集剤9を注入された原水6aは、急速撹拌された後、混和水6bとしてフロック形成池7に流入する。フロック形成池7に貯留された混和水6bは、緩速撹拌される。すると、コロイド状の汚濁物質が凝集し始める。凝集した汚濁物質は、その後沈殿するか、濾過される。
The
凝集剤9として一般に使用されている物質(薬剤)は、硫酸アルミニウム、ポリ塩化アルミニウム等である。原水中の汚濁物質はマイナスに帯電しており相互に反発している。凝集剤9が当該帯電を中和すると、汚濁物質は分子間力によって相互に引き合い大きく成長してフロックとなる。
Substances (drugs) generally used as the
原水の汚濁の程度を示す物理量として“濁度”が存在する。濁度は、原水1リットル当たりの汚濁物質の質量(mg)である。ある都道府県水道局のホームページによれば、一般的な河川の水の晴天時の濁度は、通常、“5”である。しかしながら、台風の直後において濁度“2600”が記録されたことがある。浄水場は、濁度が所定の基準値以下に下がるように、凝集剤注入率を決定する。凝集剤注入率は、原水1リットル当たりに注入される凝集剤の質量(mg/リットル)である。凝集剤注入率を決定する要因となる原水の性質を示す物理量としては、濁度、水素イオン濃度(pH、中性=7)、温度(水温、℃)等が存在する。 “Turbidity” exists as a physical quantity indicating the degree of contamination of raw water. Turbidity is the mass (mg) of contaminants per liter of raw water. According to the homepage of a certain prefectural water department, the turbidity of clear river water is normally "5". However, turbidity “2600” has been recorded immediately after the typhoon. The water purification plant determines the coagulant injection rate so that the turbidity falls below a predetermined reference value. The flocculant injection rate is the mass (mg / liter) of the flocculant injected per liter of raw water. As physical quantities indicating the properties of raw water that are factors for determining the coagulant injection rate, there are turbidity, hydrogen ion concentration (pH, neutral = 7), temperature (water temperature, ° C.), and the like.
そこで、濁度計8a、pHメータ8b及び温度計8cが、混和池4に配置され、注入量計8dが、凝集剤注入装置5に配置される。これらは、ネットワーク2を介して予測モデル作成装置1に接続されている。
Therefore, the turbidity meter 8a, the
(予測モデル)
本実施形態の予測モデル31は、以下の式1のような1次式である。
y=a0+a1x1+a2x2+a3x3 (式1)
(Prediction model)
The
y = a 0 + a 1 x 1 + a 2 x 2 + a 3 x 3 (Formula 1)
ここで、yは、凝集剤注入率である。x1は、濁度である。x2は、水素イオン濃度である。x3は、水温である。a0、a1、a2及びa3は、定数(パラメータ)である。式1は、x1、x2及びx3を説明変数としyを目的変数とする関数になっている。そして、a0、a1、a2及びa3の値を様々に変化させることによって、4次元空間における予測モデル31の形状及びその位置が様々に変化する。ここで、変数の数(種類)を“4”としたのは、あくまでも一例である。変数の数がさらに多くても、すなわち、予測モデルの次元がさらに大きくてもよい。
Here, y is a flocculant injection rate. x 1 is the turbidity. x 2 is a hydrogen ion concentration. x 3 is the water temperature. a 0 , a 1 , a 2 and a 3 are constants (parameters).
いま、凝集剤注入率、濁度、水素イオン濃度及び水温の過去における実測値の組合せとして、“[Y,X1,X2,X3]”が多数存在するとする。Y、X1、X2及びX3のそれぞれが示す物理量は、y、x1、x2及びx3のそれぞれが示す物理量と同じである。しかしながら、説明の便宜上、実測値を大文字で示し、予測モデルの変数を小文字で示している。予測モデルの出力(目的変数)yは、“予測値”である。“Y−y”を誤差と呼ぶ。予測モデル作成装置1は、実測値の組合せを使用して、誤差の2乗和“Σ(Y−y)2”を最小にするパラメータの組合せ“[a0,a1,a2,a3]”を決定する(詳細後記)。
Now, it is assumed that there are many “[Y, X 1 , X 2 , X 3 ]” as combinations of past measured values of the flocculant injection rate, turbidity, hydrogen ion concentration, and water temperature. The physical quantity indicated by each of Y, X 1 , X 2 and X 3 is the same as the physical quantity indicated by each of y, x 1 , x 2 and x 3 . However, for convenience of explanation, actual measurement values are shown in capital letters, and prediction model variables are shown in lower case letters. The output (objective variable) y of the prediction model is a “prediction value”. “Y−y” is called an error. The prediction
(実測値情報)
図2は、実測値情報32の一例である。実測値情報32においては、時刻欄101に記憶された時刻に関連付けて、目的変数欄102には目的変数の実測値が、説明変数欄103には説明変数の実測値が記憶されている。
時刻欄101の時刻は、説明変数の実測値及び目的変数の実測値が、濁度計8a、pHメータ8b、温度計8c及び注入量計8dによって取得された時刻である。時刻t1、t2、t3、・・・は、時刻を省略的に示している。数字が大きいほど、後の時刻である。
(Measured value information)
FIG. 2 is an example of the actual
The time in the
目的変数欄102の目的変数の実測値は、注入量計8dが計測した凝集剤注入率の実測値である。“#”は、異なる値を省略的に示している(以下同様)。
説明変数欄103の説明変数の実測値は、濁度計8aが計測した原水の濁度(欄103a)、pHメータ8bが計測した原水の水素イオン濃度(欄103b)及び温度計8cが計測した原水の温度(欄103c)である。
The actual measurement value of the objective variable in the objective
The measured values of the explanatory variables in the explanatory
(予測モデルの作成方法)
図3及び図4は、予測モデル31の作成方法を説明する図である。説明の単純化のために、いま、説明変数は濁度のみであるとする。図3は、実測値情報32(図2)の欄101、102及び103aと同じである。すると、予測モデル(式1)は、“y=a0+a1x1”となる。予測モデル作成装置1は、以下の(1)〜(7)の処理を実行する。
(Prediction model creation method)
3 and 4 are diagrams illustrating a method for creating the
(1)予測モデル作成装置1は、無作為的に発生させたパラメータa0及びa1の値を予測モデルのa0及びa1に代入する。
(2)予測モデル作成装置1は、実測値Xを予測モデルのx1に代入し、yを算出する。
(3)予測モデル作成装置1は、誤差“Y−y”を算出する。
(4)予測モデル作成装置1は、時刻ごとに [X,Y]の値を変化させて前記(2)及び前記(3)の処理を繰り返す。
(1) predictive
(2) predictive
(3) The prediction
(4) The prediction
(5)予測モデル作成装置1は、各時刻の“(Y−y)2”の総和である“Σ(Y−y)2”を算出する。
(6)予測モデル作成装置1は、無作為的に発生させたパラメータa0及びa1の他の値を予測モデルのa0及びa1に代入したうえで、前記(2)〜(5)の処理を充分多い回数だけ繰り返す。
(7)予測モデル作成装置1は、“Σ(Y−y)2”を最小にするパラメータa0S及びa1Sの値を決定する。ここで“S”は、“最適化されている”ことを示す。
(5) The prediction
(6) the prediction
(7) The prediction
図4の座標平面の横軸は濁度であり、縦軸は凝集剤注入率である。20個の点●は、図3における実測値の組合せ[X,Y]を示している。直線31は、予測モデル31であり、その式は、“y=a0S+a1Sx1”である。点●のそれぞれについて、誤差“Y−y”が定義される。前記したように、“Σ(Y−y)2”は最小化されてはいるが、個々の点●に注目した場合、誤差が殆どないものと、誤差が比較的大きいものとが混在している。
The horizontal axis of the coordinate plane in FIG. 4 is turbidity, and the vertical axis is the flocculant injection rate. Twenty dots ● indicate the combination [X, Y] of the actually measured values in FIG. The
図3に戻る。いま、時刻t4〜t7が、ユーザにとって特に予測精度を高めたい期間であるとする。例えば、その期間が特定の季節に該当し、ユーザは、前年の実測値を使用して予測モデル31を作成し、翌年同月同日の凝集剤注入率を予測しようとしている。このとき、前年の実測値の点●の誤差が充分小さい(予測モデル31の直ぐ近辺にある)は問題ない。
Returning to FIG. Now, it is assumed that the time t4 to t7 is a period for which the user wants to improve the prediction accuracy. For example, the period corresponds to a specific season, and the user creates the
しかしながら、そうでない場合、予測は大きく外れる。具体的には、仮に翌年同月同日の濁度が前年同月同日の濁度と同じであったとしても、翌年同月同日の凝集剤注入率の予測値yは、前年同月同日の凝集剤注入率の実測値Yから大きく乖離する。この乖離は、予測精度を高めたい期間以外の期間の実測値に予想モデル31のパラメータが大きく影響されているからである。そこで、この影響を排除する必要が生じる。
However, if that is not the case, the prediction will be greatly off. Specifically, even if the turbidity on the same day of the same month of the following year is the same as the turbidity of the same month of the previous year, the predicted value y of the flocculant injection rate of the same month of the following year is It deviates greatly from the actual measurement value Y. This divergence is because the parameters of the
図5は、期間指定及び範囲指定を説明する図である。図5は、図3から、時刻t4〜t7以外の期間の実測値を削除したものである。時刻t5における凝集剤注入率の欄に斜線が引かれている。この斜線は、ユーザはこの値を“はずれ値”であると判断していることを示す。右欄外の“○”については後記する。 FIG. 5 is a diagram for explaining period designation and range designation. FIG. 5 is obtained by deleting the actually measured values during the period other than the times t4 to t7 from FIG. The oblique line is drawn in the column of the coagulant injection rate at time t5. This hatched line indicates that the user has determined that this value is an “outlier”. The “○” in the right column will be described later.
図6は、図4から、時刻t4〜t7以外の期間の実測値を示す点●を削除したものである。3個の●及び1個の○が残っている。この○は、図5の時点t5に対応する。そして、予測モデル作成装置1は、残された点のうち3つの●を使用して、予測モデル31bを作成する。パラメータが算出し直された(補正された)結果、予測モデル31bは、予測モデル31に比して、位置及び傾きが異なっている。このようにすれば、特定の季節における誤差は、図4の場合に比して小さくなる。本実施形態では、このように特定の期間(t4〜t7)を指定することを“期間指定”と呼び、その期間の実測値のうちはずれ値を除外し、残すべきものの範囲を指定することを“範囲指定”と呼ぶ。
FIG. 6 is obtained by deleting the points ● indicating the measured values in the period other than the times t4 to t7 from FIG. Three ● and one ○ remain. This circle corresponds to time t5 in FIG. And the prediction
図7もまた、期間指定及び範囲指定を説明する図である。図7は、図3から、時刻t13〜t17以外の期間の実測値を削除したものである。時刻t15における斜線もまた、“はずれ値”を示す。右欄外の“○”についても同様である。 FIG. 7 is also a diagram for explaining period designation and range designation. FIG. 7 is obtained by deleting the actual measurement values in the period other than the times t13 to t17 from FIG. The slanted line at time t15 also indicates “outlier”. The same applies to “◯” in the right column.
図8は、図4から、時刻t13〜t17以外の期間の実測値を示す点●を削除したものである。4個の●及び1個の○が残っている。この○は、図7の時点t15に対応する。そして、予測モデル作成装置1は、残された点のうち4つの●を使用して、予測モデル31cを作成する。パラメータが算出し直された(補正された)結果、予測モデル31cは、予測モデル31に比して、位置及び傾きが異なっている。このようにすれば、他の特定の季節における誤差は、図4の場合に比して小さくなる。
FIG. 8 is obtained by deleting the points ● indicating the measured values in the period other than the times t13 to t17 from FIG. There are 4 ● and 1 ○. This circle corresponds to time t15 in FIG. Then, the prediction
(画面表示)
図9〜図11は、実測値及び予測値を表示する画面の一例である。予測モデル作成装置1は、出力装置13に、表示画面41(図9)を表示する。表示画面41は、座標平面を有している。その横軸は時刻であり、縦軸は凝集剤注入率である。座標平面上に2本の時系列グラフ42及び43が描画されている。時系列グラフ42(実線)は、凝集剤注入率の実測値を示し、時系列グラフ43(破線)は、凝集剤注入率の予測値を示している。時系列グラフ43は、予測モデル31の出力値を描画したものである。
(Screen display)
9 to 11 are examples of screens that display actual measurement values and predicted values. The prediction
時系列グラフ42及び時系列グラフ43がすべての期間に亘ってほぼ重なっていることが理想である。しかしながら、実際には誤差“Y−y”が無視できない程度に広がっている期間が存在する。なお、“無視できない程度”とは、ユーザが所定の基準に従って判断する程度(有意な程度)である。
Ideally, the
図10の表示画面41は、図9と同じ座標平面、時系列グラフ42及び時系列グラフ43を表示している。ここでユーザは、期間t4〜t7の誤差及び期間t13〜t17の誤差をより小さくしようと考えている。同時にユーザは、期間t4〜t7における極端に大きい実測値、期間t13〜t17における極端に小さい実測値を無視しようと考えている。そこでユーザは、画面上に1点鎖線の長方形の窓44a及び44bをマウス等の入力装置12で描画する。予測モデル作成装置1は、この描画を受け付ける。
The
窓44aの左端は時刻t4に一致し、右端は時刻t7に一致している。窓44aの下端は凝集剤注入率r1に一致し、上端は凝集剤注入率r2に一致している。時系列グラフ42の一部は、凝集剤注入率r2を超えて上にはみ出している。窓44bの左端は時刻t13に一致し、右端は時刻t17に一致している。窓44bの下端は凝集剤注入率r1に一致し、上端は凝集剤注入率r2に一致している。時系列グラフ42の一部は、凝集剤注入率r1を超えて下にはみ出している。
The left end of the
期間t4〜t7及び期間t13〜t17は、“期間指定”された期間である。範囲r1〜r2は、“範囲指定”された範囲である。なお、窓44aの上端の水準が窓44bの上端の水準と一致している必要はない。同様に、窓44aの下端の水準が窓44bの下端の水準と一致している必要もない。
The periods t4 to t7 and the periods t13 to t17 are “period designated” periods. The ranges r1 to r2 are “range designated” ranges. Note that the level of the upper end of the
予測モデル作成装置1は、ユーザが窓44aを描画するのを受け付けると、図5及び図6で説明した方法で期間t4〜t7の予測モデル31bを作成する。同様に、予測モデル作成装置1は、ユーザが窓44bを描画するのを受け付けると、図7及び図8で説明した方法で期間t13〜t17の予測モデル31cを作成する。その後、予測モデル作成装置1は、出力装置13に、表示画面41(図11)を表示する。
When the prediction
図10に比して、図11が異なる点は、以下の通りである。
・窓44aの内側において、時系列グラフ48(予測値)が、時系列グラフ43(図10)に比べて、時系列グラフ42(実測値)により近付いている(上方にシフトしている)。
・窓44bの内側において、時系列グラフ48(予測値)が、時系列グラフ43(図10)に比べて、時系列グラフ42(実測値)により近付いている(下方にシフトしている)。
・パラメータの値欄45及び2乗平均平方根欄46が追加されている。
・4つのパラメータの値に対応してスピンボタン47a及び47bが表示されている。
Compared with FIG. 10, FIG. 11 is different as follows.
Inside the
Inside the
A
いま、ユーザがマウス等の入力装置12で窓44aを選択したとする。すると、予測モデル作成装置1は、期間t4〜t7についての予測モデル31bの4つのパラメータの値をパラメータの値欄45に表示し、期間t4〜t7についての2乗平均平方根を、2乗平均平方根欄46に表示する。説明の都合上、図3〜図8においては、2変数(2次元)の例を挙げた。しかしながら、予測モデル作成装置1は、4変数(4次元)に処理を拡張することもできる。したがって、予測モデル作成装置1は、3つの説明変数(濁度、水素イオン濃度及び水温)に乗算されるパラメータを算出することができる。2乗平均平方根は、“√(Σ(Y−y)2/n)”であり、実測値1つあたりの誤差の大きさを示している(n=実測値の数)。
Assume that the user selects the
ユーザがマウス等の入力装置12で窓44bを選択したとする。すると、予測モデル作成装置1は、期間t13〜t17についての予測モデル31cの4つのパラメータの値をパラメータの値欄45に表示し、期間t13〜t17についての2乗平均平方根を、2乗平均平方根欄46に表示する。
Assume that the user selects the
いま、ユーザが窓44aを選択し、濁度のパラメータについてのスピンボタン47aを押下したとする。すると、濁度のパラメータの表示が、“1.2”から“1.3”に変化する。これと同時に予測モデル作成装置1は、予測モデル31bのパラメータa1の値を“1.2”から“1.3”に変化させ、その予測モデル31bを使用して、時系列グラフ48を描画し直す。このようにして、ユーザは時系列グラフ48を時系列グラフ42に少しずつ近付けていく。他の説明変数のパラメータについてのスピンボタンについても同様である。
Now, assume that the user selects the
(処理手順)
図12は、処理手順のフローチャートである。処理手順を開始する前提として、実測値情報32(図2)が、完成された状態で補助記憶装置15に格納されているものとする。
ステップS201において、予測モデル作成装置1の実測値取得部21は、実測値を取得する。具体的には、実測値取得部21は、補助記憶装置15から実測値情報32(図2)を取得する。
(Processing procedure)
FIG. 12 is a flowchart of the processing procedure. As a premise for starting the processing procedure, it is assumed that the actual measurement information 32 (FIG. 2) is stored in the
In step S201, the actual measurement
ステップS202において、予測モデル作成装置1の変数受付部22は、変数を受け付ける。具体的には、変数受付部22は、説明変数の複数の候補の一部又は全部をユーザが入力装置12を介して選択するのを受け付ける。例えば、ユーザが説明変数のうち濁度のパラメータの値a1がa0を除くすべてのパラメータのうちで、目的変数に与える影響が最も大きくなりそうであると予測している場合、ユーザは“濁度”を選択してもよい。
In step S202, the
ステップS203において、予測モデル作成装置1のパラメータ最適化部23は、予測モデル31を作成する。具体的には、パラメータ最適化部23は、ユーザが画面上で予測モデルの数式を記述するのを受け付け、又は、一般的な予測モデルのひな型を画面表示し、ユーザが選択するのを受け付ける。ここで作成される予測モデル31は、1次式である必要はなく、高次式であってもよいし、指数、対数等を含む非線形の式であってもよい。ただし、予測モデル31は、ステップS202において受け付けた各変数についてのパラメータ(この段階では値は未知である)を含むものとする。
In step S203, the
ステップS204において、パラメータ最適化部23は、予測モデルのパラメータを最適化する。具体的には、パラメータ最適化部23は、図3及び図4において説明した方法で、予測モデルのパラメータを決定する。つまり、パラメータ最適化部23は、実測値情報32(図3)の時刻t1〜t20の実測値を使用して、“Σ(Y−y)2”を最小にするパラメータを決定する。
In step S204, the
ステップS205において、パラメータ最適化部23は、予測モデルを使用して予測値を算出する。具体的には、パラメータ最適化部23は、パラメータが最適化された予測モデルに対して、時刻t1〜t20のそれぞれについて、説明変数の実測値Xを代入し目的変数の予測値yを取得する。この時点で、目的変数の時系列の実測値及び目的変数の時系列の予測値が作成されたことになる。
In step S205, the
ステップS206において、予測モデル作成装置1の表示処理部26は、実測値及び予測値を時系列で表示する。具体的には、表示処理部26は、出力装置13に表示画面41(図9)を表示する。
In step S206, the
ステップS207において、予測モデル作成装置1の期間・範囲受付部24は、期間指定及び範囲指定を受け付ける。具体的には、期間・範囲受付部24は、ユーザが画面上に窓44a等(図10)を少なくとも1つ描画するのを受け付ける。
In step S207, the period /
ステップS208において、予測モデル作成装置1の実測値取得部21は、受け付けた範囲の実測値を取得する。具体的には、第1に、実測値取得部21は、実測値情報32(図2)から、ステップS202において受け付けた説明変数以外の説明変数の実測値を削除する。
第2に、実測値取得部21は、実測値情報32から、期間指定された期間以外の時刻の実測値を削除する。
第3に、実測値取得部21は、実測値情報32から、範囲指定された範囲以外の実測値(はずれ値)を削除する。
In step S208, the actual measurement
Secondly, the actual measurement
Thirdly, the actual measurement
ステップS209において、予測モデル作成装置1のパラメータ補正部25は、予測モデルのパラメータを補正する。具体的には、パラメータ補正部25は、ステップS208において削除されずに残った実測値を使用して、予測モデルのパラメータを最適化する。
In step S209, the
ステップS210において、予測モデル作成装置1の表示処理部26は、実測値及び予測値を時系列で再表示する。具体的には、表示処理部26は、出力装置13に表示画面41(図11)を表示する。このとき、表示処理部26は、出力装置13の同じ画面に、以下の3つの時系列グラフを表示してもよいし、時系列グラフ42及び時系列グラフ48を表示してもよい。このようにすれば、ユーザは、薬剤注入率の予測値が実測値に近付いていくことを容易に視認できる。
・薬剤注入率の実測値を示す時系列グラフ42
・パラメータが最適化された予測モデルが出力する薬剤注入率の予測値を示す時系列グラフ43
・パラメータが最適化された後さらに補正された予測モデルが出力する薬剤注入率の予測値を示す時系列グラフ48
In step S210, the
-
Time-
A time-
表示画面41(図11)の表示中において、ユーザが、スピンボタン47a等を操作してパラメータの値を変化させると、パラメータ補正部25は、ステップS209においてパラメータが補正された予測モデルに対して、変化後のパラメータの値を代入する。そして、パラメータ補正部25は、当該代入後の予測モデルに対して、受け付けた範囲の実測値を代入し、目的変数の予測値を算出する。表示処理部26は、目的変数の予測値を示す時系列グラフ49(図示せず)をさらに表示する。
When the user changes the value of the parameter by operating the
なお、ステップS207において、期間・範囲受付部24は、期間指定又は範囲指定のうちのいずれか一方のみを受け付けてもよい。この結果、ステップS208において、実測値取得部21は、“第2”又は“第3”のいずれかの処理を省略することになる。さらに、ステップS206の終了直後に、表示処理部26は、パラメータの値欄45、2乗平均平方根欄46及びスピンボタン47a等を表示してもよい。この段階でユーザが例えば、濁度を“1.2”から“1.3”に変化させると、パラメータ最適化部23は、予測モデル31のパラメータa1の値を“1.2”から“1.3”に変化させ、その予測モデル31を使用して、時系列グラフ43を描画し直す。
In step S207, the period /
なお、本実施形態においては、説明の便宜上、期間指定及び/又は範囲指定を受け付ける前に予想モデルのパラメータを変える処理をパラメータ最適化部23に担わせ、受け付けた後に予想モデルのパラメータを変える処理をパラメータ補正部25に担わせている。
その後、処理手順を終了する。
In this embodiment, for convenience of explanation, the
Thereafter, the processing procedure ends.
(本実施形態の効果)
本実施形態の予測モデル作成装置の効果は以下の通りである。
(1)予測モデル作成装置は、局所的に精度の高い予測モデルを作成することができる。
(2)予測モデル作成装置は、ユーザが画面を見ながら予測値が実測値に近付いていくのを確認することを可能にする。
(3)予測モデル作成装置は、ユーザが画面を見ながら予測値が実測値に近付いていくのをより具体的に時系列グラフで確認することを可能にする。
(4)予測モデル作成装置は、特に重要とユーザが判断する説明変数を受け付けることができる。
(5)予測モデル作成装置は、浄水場の凝集剤注入量を予測することができる。
(Effect of this embodiment)
The effects of the prediction model creation device of this embodiment are as follows.
(1) The prediction model creation device can create a prediction model with high accuracy locally.
(2) The prediction model creation device enables the user to confirm that the predicted value approaches the actual measured value while looking at the screen.
(3) The prediction model creation device enables the user to confirm more specifically in the time series graph that the predicted value approaches the actual measurement value while looking at the screen.
(4) The prediction model creation device can accept an explanatory variable that the user determines to be particularly important.
(5) The prediction model creation device can predict the amount of flocculant injected into the water purification plant.
なお、本発明は前記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、前記した実施例は、本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明したすべての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。 In addition, this invention is not limited to an above-described Example, Various modifications are included. For example, the above-described embodiments have been described in detail for easy understanding of the present invention, and are not necessarily limited to those having all the configurations described. Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. Further, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment.
また、前記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウエアで実現してもよい。また、前記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウエアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリや、ハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記録装置、又は、ICカード、SDカード、DVD等の記録媒体に置くことができる。
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、製品上必ずしもすべての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には殆どすべての構成が相互に接続されていると考えてもよい。
Each of the above-described configurations, functions, processing units, processing means, and the like may be realized by hardware by designing a part or all of them with, for example, an integrated circuit. Each of the above-described configurations, functions, and the like may be realized by software by interpreting and executing a program that realizes each function by the processor. Information such as programs, tables, and files for realizing each function can be stored in a recording device such as a memory, a hard disk, an SSD (Solid State Drive), or a recording medium such as an IC card, an SD card, or a DVD.
Further, the control lines and information lines are those that are considered necessary for the explanation, and not all the control lines and information lines on the product are necessarily shown. In practice, it may be considered that almost all the components are connected to each other.
1 予測モデル作成装置
2 ネットワーク
3 浄水場
4 混和池
5 凝集剤注入装置
6a 原水
6b 混和水
7 フロック形成池
8a 濁度計
8b pHメータ
8c 温度計
8d 注入量計
9 凝集剤
11 中央制御装置
12 入力装置
13 出力装置
14 主記憶装置
15 補助記憶装置
16 通信装置
21 実測値取得部
22 変数受付部
23 パラメータ最適化部
24 期間・範囲受付部
25 パラメータ補正部
26 表示処理部
31 予測モデル
32 実測値情報
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記実測値を使用して、前記原水の性質を示す値を説明変数とし前記薬剤の量を示す値を目的変数とする予測モデルのパラメータを最適化するパラメータ最適化部と、
前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値と、前記薬剤の量を示す値の実測値との差分が有意に大きくなる期間、及び/又は、はずれ値を除いた実測値の範囲を受け付ける期間・範囲受付部と、
前記受け付けた期間及び/又は範囲に該当する前記実測値を使用して、前記パラメータを補正するパラメータ補正部と、
前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示し、
前記表示された実測値及び予測値に対して、前記期間及び前記範囲をユーザが入力するのを前記期間・範囲受付部が受け付けると、前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが補正された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする予測モデル作成装置。 An actual measurement value of the value indicating the nature of the raw water obtained by the water purification plant, and an actual measurement value acquisition unit for acquiring an actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine injected into the raw water;
A parameter optimization unit that optimizes the parameters of the prediction model using the actual measurement value and the value indicating the nature of the raw water as an explanatory variable and the value indicating the amount of the drug as an objective variable;
A period in which a difference between a predicted value indicating the amount of the drug output from the prediction model in which the parameter is optimized and an actual measurement value indicating the amount of the drug is significantly increased, and / or an outlier A period / range accepting unit that accepts a range of measured values excluding,
A parameter correction unit that corrects the parameter using the measured value corresponding to the accepted period and / or range;
The measured value indicating the amount of the drug, and the predicted value of the value indicating the amount of the drug output by the prediction model in which the parameter is optimized are displayed in time series,
When the period / range receiving unit accepts that the user inputs the period and the range with respect to the displayed actual measurement value and predicted value, the actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine, and the parameter A display processing unit for displaying a predicted value of a value indicating the amount of the drug output by the prediction model corrected in time series,
A prediction model creation device comprising:
前記薬剤の量を示す値の実測値の時系列グラフ、及び、前記パラメータが補正された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値の時系列グラフを、同一画面において表示すること、
を特徴とする請求項1に記載の予測モデル作成装置。 The display processing unit
Displaying a time series graph of actual values of the values indicating the amount of the drug and a time series graph of predicted values of the value indicating the amount of the drug output by the prediction model with the parameters corrected on the same screen. ,
The prediction model creation apparatus according to claim 1 .
を特徴とする請求項2に記載の予測モデル作成装置。 A variable reception unit that receives a user's selection of a plurality of candidates for the explanatory variable;
The prediction model creation device according to claim 2 characterized by things.
前記原水に含まれる汚濁物質を凝集させるものであり、
前記原水の性質を示す値は、
前記原水における濁度、前記原水の温度、及び、前記原水の水素イオン濃度のうちの少なくとも1つであること、
を特徴とする請求項3に記載の予測モデル作成装置。 The drug is
Agglomerates pollutants contained in the raw water,
The value indicating the nature of the raw water is
It is at least one of the turbidity in the raw water, the temperature of the raw water, and the hydrogen ion concentration of the raw water,
The prediction model creation device according to claim 3 characterized by things.
前記実測値を使用して、前記液体の性質を示す値を説明変数とし前記薬剤の量を示す値を目的変数とする予測モデルのパラメータを最適化するパラメータ最適化部と、
前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値と、前記薬剤の量を示す値の実測値との差分が有意に大きくなる期間、及び/又は、はずれ値を除いた実測値の範囲を受け付ける期間・範囲受付部と、
前記受け付けた期間及び/又は範囲に該当する前記実測値を使用して、前記パラメータを補正するパラメータ補正部と、
前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示し、
前記表示された実測値及び予測値に対して、前記期間及び前記範囲をユーザが入力するのを前記期間・範囲受付部が受け付けると、前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが補正された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示する表示処理部と、
を備えることを特徴とする予測モデル作成装置。 An actual measurement value acquisition unit for acquiring an actual measurement value of the value indicating the property of the liquid, and an actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine injected into the liquid;
A parameter optimization unit for optimizing a parameter of a prediction model using the actual measurement value as an explanatory variable with a value indicating the property of the liquid as an explanatory variable;
A period in which a difference between a predicted value indicating the amount of the drug output from the prediction model in which the parameter is optimized and an actual measurement value indicating the amount of the drug is significantly increased, and / or an outlier A period / range accepting unit that accepts a range of measured values excluding,
A parameter correction unit that corrects the parameter using the measured value corresponding to the accepted period and / or range;
The measured value indicating the amount of the drug, and the predicted value of the value indicating the amount of the drug output by the prediction model in which the parameter is optimized are displayed in time series,
When the period / range receiving unit accepts that the user inputs the period and the range with respect to the displayed actual measurement value and predicted value, the actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine, and the parameter A display processing unit for displaying a predicted value of a value indicating the amount of the drug output by the prediction model corrected in time series,
A prediction model creation device comprising:
浄水場が取得する原水の性質を示す値の実測値、及び、前記原水に注入された薬剤の量を示す値の実測値を取得し、
前記予測モデル作成装置のパラメータ最適化部は、
前記実測値を使用して、前記原水の性質を示す値を説明変数とし前記薬剤の量を示す値を目的変数とする予測モデルのパラメータを最適化し、
前記予測モデル作成装置の期間・範囲受付部は、
前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値と、前記薬剤の量を示す値の実測値との差分が有意に大きくなる期間、及び/又は、はずれ値を除いた実測値の範囲を受け付け、
前記予測モデル作成装置のパラメータ補正部は、
前記受け付けた期間及び/又は範囲に該当する前記実測値を使用して、前記パラメータを補正し、
前記予測モデル作成装置の表示処理部は、
前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示し、
前記表示された実測値及び予測値に対して、前記期間及び前記範囲をユーザが入力するのを前記期間・範囲受付部が受け付けると、前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが補正された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示すること、
を特徴とする予測モデル作成装置の予測モデル作成方法。 The measured value acquisition unit of the prediction model creation device
Obtain an actual value of the value indicating the nature of the raw water obtained by the water purification plant, and an actual value of the value indicating the amount of the chemical injected into the raw water,
The parameter optimization unit of the prediction model creation device is
Using the measured values, optimize the parameters of the prediction model with the values indicating the properties of the raw water as explanatory variables and the values indicating the amount of the drug as objective variables,
The period / range reception unit of the prediction model creation device is:
A period in which a difference between a predicted value indicating the amount of the drug output from the prediction model in which the parameter is optimized and an actual measurement value indicating the amount of the drug is significantly increased, and / or an outlier Accept the measured value range excluding
The parameter correction unit of the prediction model creation device,
Using said measured value corresponding to the duration and / or range of the accepted, and corrects the parameter,
The display processing unit of the prediction model creation device includes:
The measured value indicating the amount of the drug, and the predicted value of the value indicating the amount of the drug output by the prediction model in which the parameter is optimized are displayed in time series,
When the period / range receiving unit accepts that the user inputs the period and the range with respect to the displayed actual measurement value and predicted value, the actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine, and the parameter Displaying a predicted value of a value indicating the amount of the drug output by the prediction model corrected by chronologically,
The prediction model creation method of the prediction model creation apparatus characterized by this.
浄水場が取得する原水の性質を示す値の実測値、及び、前記原水に注入された薬剤の量を示す値の実測値を取得する実測値取得部と、
前記実測値を使用して、前記原水の性質を示す値を説明変数とし前記薬剤の量を示す値を目的変数とする予測モデルのパラメータを最適化するパラメータ最適化部と、
前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値と、前記薬剤の量を示す値の実測値との差分が有意に大きくなる期間、及び/又は、はずれ値を除いた実測値の範囲を受け付ける期間・範囲受付部と、
前記受け付けた期間及び/又は範囲に該当する前記実測値を使用して、前記パラメータを補正するパラメータ補正部と、
前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが最適化された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示し、
前記表示された実測値及び予測値に対して、前記期間及び前記範囲をユーザが入力するのを前記期間・範囲受付部が受け付けると、前記薬剤の量を示す値の実測値、及び、前記パラメータが補正された予測モデルが出力する前記薬剤の量を示す値の予測値を時系列で表示する表示処理部として機能させるための予測モデル作成プログラム。 Computer
An actual measurement value of the value indicating the nature of the raw water obtained by the water purification plant, and an actual measurement value acquisition unit for acquiring an actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine injected into the raw water;
A parameter optimization unit that optimizes the parameters of the prediction model using the actual measurement value and the value indicating the nature of the raw water as an explanatory variable and the value indicating the amount of the drug as an objective variable;
A period in which a difference between a predicted value indicating the amount of the drug output from the prediction model in which the parameter is optimized and an actual measurement value indicating the amount of the drug is significantly increased, and / or an outlier A period / range accepting unit that accepts a range of measured values excluding,
A parameter correction unit that corrects the parameter using the measured value corresponding to the accepted period and / or range ;
The measured value indicating the amount of the drug, and the predicted value of the value indicating the amount of the drug output by the prediction model in which the parameter is optimized are displayed in time series,
When the period / range receiving unit accepts that the user inputs the period and the range with respect to the displayed actual measurement value and predicted value, the actual measurement value of the value indicating the amount of the medicine, and the parameter predictive modeling program for but to function as a display processing unit for displaying in time series prediction value of a value indicative of the amount of the drug corrected prediction model outputs.
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