JP6765769B2 - State change detection device and state change detection program - Google Patents
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Description
この発明は、状態変動検出装置及び状態変動検出用プログラムに関するものである。 The present invention relates to a state change detection device and a state change detection program.
例えば、機械の電流と電圧と振動とを測定して、異常等の状態変動を検出する場合に、一般的には、人による過去の経験等に基づき異常の判定を行う。即ち、状態変動の閾値は人が設定するものであり、異常データを持っていない機械が状態変動を行うことはほぼ不可能であった。 For example, when the current, voltage, and vibration of a machine are measured to detect a state change such as an abnormality, the abnormality is generally determined based on past experience by a person or the like. That is, the threshold value of the state change is set by a person, and it is almost impossible for a machine having no abnormal data to perform the state change.
特許文献1には、異常事態を検知する対象物や事象の種類・数、それらの対象物や事象を監視する空間(場所、時間帯等)に依存しない汎用性の高い異常検知装置が開示されている。
具体的には、対象の事象において異常が発生したことを検知する装置である。この装置では、事象に依存して変化するデータである入力パターンの時系列を取得し、取得された入力パターンの時系列における遷移についての特徴を解析し、解析された前記遷移についての特徴と予め決定されている基準値とを比較し、それらが一定範囲内で近似しているのでなければ、前記事象において異常が発生したと判断する。このようにして、上記比較の結果、異常が発生したと判断された場合に、その旨の出力動作を行う出力手段とを備えるものである。 Specifically, it is a device that detects that an abnormality has occurred in a target event. In this device, the time series of the input pattern, which is the data that changes depending on the event, is acquired, the characteristics of the transition of the acquired input pattern in the time series are analyzed, and the analyzed characteristics of the transition and the characteristics of the transition in advance are analyzed. It is compared with the determined reference values, and if they are not close to each other within a certain range, it is determined that an abnormality has occurred in the event. In this way, when it is determined that an abnormality has occurred as a result of the above comparison, an output means for performing an output operation to that effect is provided.
つまり、監視の対象となる人又は物の動き等の事象の変化に応じて変化するデータを入力パターンとする時系列を取得し、その時系列におけるパターンの遷移に着目し、遷移における特徴量を抽出し、正常なケースにおけるものと比較することで異常事態の発生を検知する。ここで、「事象」とは、機器センサ等からの信号、人からの報告(データ入力)等によってコンピュータ処理可能なデータとして表現し得る現象のことであり、また、宅内における「人の行動」にも適用可能である。 That is, an acquisition of a time series in which data that changes according to changes in events such as the movement of a person or object to be monitored is used as an input pattern, attention is paid to the transition of the pattern in the time series, and the feature amount in the transition is extracted. However, the occurrence of an abnormal situation is detected by comparing it with that in a normal case. Here, the "event" is a phenomenon that can be expressed as computer-processable data by a signal from a device sensor or the like, a report (data input) from a person, or the like, and "human behavior" in the house. It is also applicable to.
引用文献2には、高精度な予測を実現する予測モデルを用いて、しかも予測過程が理解できるようなデータ予測方法又はデータ予測システムが開示されている。
Cited
この特許文献2の発明は、過去の実績に基づいて将来を予測するデータ予測方法において、予測モデルは、予測対象日における少なくとも一つの特徴量について予測値を出力する第1の予測モデルと、この第1の予測モデルから出力される予測値を入力因子に含み、予測対象日の所定時間ごとの予測値を出力する第2の予測モデルと、から構成されるものである。
The invention of
そして、収集された至近実績データおよび過去実績データを用いて予測モデルを構築する予測モデル構築手段、構築された予測モデルに予測用入力データを入力して予測を実行し、予測値を得る予測実行手段、収集された至近実績データと予測値とから予測誤差またはモデル誤差を計算する予測誤差計算手段、予測誤差またはモデル誤差に基づいて前記予測値を補正する補正係数又は補正量を算出し、補正予測値を得る予測値補正手段により実現される。 Then, a prediction model construction means for constructing a prediction model using the collected nearest actual data and past actual data, and prediction execution for obtaining a predicted value by inputting input data for prediction into the constructed prediction model. Means, predictive error calculation means for calculating prediction error or model error from collected closest actual data and predicted value, calculation of correction coefficient or correction amount to correct the predicted value based on prediction error or model error, and correction It is realized by the predicted value correction means for obtaining the predicted value.
しかしながら上記のように、従来の予測モデルは予測の精度の向上等を狙ったものであり、状態変動がないときのデータのみから状態変動を的確に捕えることが可能な状態変動検出装置は知られていなかった。 However, as described above, the conventional prediction model aims to improve the accuracy of prediction, and a state change detection device capable of accurately capturing the state change only from the data when there is no state change is known. I wasn't.
本発明は、上記のような状態変動検出装置の現状に鑑みてなされたもので、その目的は、状態変動がないときのデータのみから状態変動ありを、或いは、状態変動が生じているデータのみから状態変動なしを、検出可能とする状態変動検出装置及び状態変動検出用プログラムを提供することにある。 The present invention has been made in view of the current state of the state change detection device as described above, and an object of the present invention is to obtain state change from only data when there is no state change, or only data in which state change occurs. It is an object of the present invention to provide a state change detection device and a state change detection program capable of detecting no state change.
本発明に係る状態変動検出装置は、説明変数を測定するセンサと目的変数を測定するセンサとにより構成される複数のセンサを用いて、1回毎に同時に測定し、得られた説明変数である測定説明変数と得られた目的変数である測定目的変数とを使用して状態変動を検出する状態変動検出装置であって、定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される教師データを用いて作成され、機械学習により説明変数から目的変数を予測する予測モデルと、前記教師データの前記教師説明変数を前記予測モデルへ入力して教師予測データを得る教師予測データ取得手段と、前記教師予測データと前記教師データの前記教師目的変数との差分である標準誤差を取得する標準誤差取得手段と、前記測定目的変数と、前記測定説明変数とにより構成される測定データを用いて、前記測定説明変数を前記予測モデルへ入力して測定予測データを得る測定予測データ取得手段と、前記測定予測データと前記測定目的変数との差分である誤差を取得する誤差取得手段と、前記標準誤差と前記誤差との解離度を求め、この解離度に基づき状態変動を検出する状態変動検出手段とを具備することを特徴とする。
The state fluctuation detection device according to the present invention is an explanatory variable obtained by simultaneously measuring each time using a plurality of sensors including a sensor for measuring an explanatory variable and a sensor for measuring an objective variable. A state fluctuation detection device that detects state fluctuations using the measurement explanatory variables and the obtained objective variables, the teacher objective variable, which is the objective variable of a fixed value, and the explanation of the fixed value. A prediction model created using teacher data composed of teacher explanatory variables, which are variables, and predicting the objective variable from the explanatory variables by machine learning , and the teacher explanatory variables of the teacher data are input to the prediction model. and teacher prediction data acquisition means for obtaining teacher prediction data, and the standard error obtaining means for obtaining a standard error which is the difference between the teacher object variables of the teacher data and the teacher predicted data, and the measurement objective variable, the measurement described It is the difference between the measurement prediction data acquisition means for obtaining the measurement prediction data by inputting the measurement explanatory variable into the prediction model using the measurement data composed of the variables, and the measurement prediction data and the measurement objective variable. It is characterized by comprising an error acquiring means for acquiring an error and a state variation detecting means for obtaining a degree of dissociation between the standard error and the error and detecting a state variation based on the dissociation degree.
本発明に係る状態変動検出装置では、前記教師データを用いて前記予測モデルを作成する予測モデル作成手段を備えることを特徴とする。 The state change detection device according to the present invention is characterized by comprising a predictive model creating means for creating the predictive model using the teacher data.
本発明に係る状態変動検出装置では、前記教師データは、定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される1セットのデータを複数セット備えたデータであり、前記測定データは、測定回毎に得られる、測定した目的変数である測定目的変数と、測定した説明変数である測定説明変数とにより構成される1セットのデータを、測定回に応じて複数集合したデータであり、前記標準誤差取得手段は、前記教師データの複数セットの各セットの標準誤差の平均を求めて標準誤差とし、前記誤差取得手段は、前記測定回毎の誤差の平均を求めて誤差とすることを特徴とする。
本発明に係る状態変動検出装置では、前記状態変動検出手段は、各測定データから求めた誤差量が教師データから求めた基準誤差と比較して何倍であるかの倍率に基づいて状態変動を検出し、或いは、標準誤差の偏差値σSTと測定回毎の誤差の偏差値σt1、σt2、σt3との比に基づいて状態変化を検出することを特徴とする。
In the state fluctuation detection device according to the present invention, the teacher data includes a plurality of sets of data composed of a teacher objective variable which is an objective variable of a fixed value and a teacher explanatory variable which is an explanatory variable of a fixed value. The data is provided with a set, and the measurement data is a set of data composed of a measurement objective variable which is a measured objective variable and a measurement explanatory variable which is a measured explanatory variable, which is obtained for each measurement. A plurality of data are collected according to the measurement times, the standard error acquisition means obtains the average of the standard errors of each set of the plurality of sets of the teacher data and sets the standard error, and the error acquisition means is used for each measurement time. It is characterized in that the average of the errors of is calculated and used as the error.
In the state change detection device according to the present invention, the state change detection means determines the state change based on the magnification of how many times the error amount obtained from each measurement data is compared with the reference error obtained from the teacher data. detecting, or error of deviation σt1 of each measurement times and deviation σST standard error, Shigumati2, and detects the state change on the basis of the ratio between the Shigumati3.
本発明に係る状態変動検出装置では、前記状態変動検出手段は、解離度閾値を有し、求めた解離度が前記解離度閾値を超えた場合に状態変動ありと判定することを特徴とする。 In the state change detecting apparatus according to the present invention, the state change detecting means has a dissociation degree threshold value, and when the obtained dissociation degree exceeds the dissociation degree threshold value, it is determined that there is a state change.
本発明に係る状態変動検出装置では、前記状態変動検出手段は、異常と判定すべき解離度異常閾値を有し、求めた解離度が前記解離度異常閾値を超えた場合に異常発生と判定することを特徴とする。 In the state fluctuation detecting apparatus according to the present invention, the state fluctuation detecting means has a dissociation degree abnormality threshold value to be determined as abnormal, and when the obtained dissociation degree exceeds the dissociation degree abnormality threshold value, it is determined that an abnormality has occurred. It is characterized by that.
本発明に係る状態変動検出用プログラムは、説明変数を測定するセンサと目的変数を測定するセンサとにより構成される複数のセンサを用いて、1回毎に同時に測定し、得られた説明変数である測定説明変数と得られた目的変数である測定目的変数とを使用して状態変動を検出する状態変動検出装置のコンピュータを、定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される教師データを用いて作成され、機械学習により説明変数から目的変数を予測する予測モデル、前記教師データの前記教師説明変数を前記予測モデルへ入力して教師予測データを得る教師予測データ取得手段、前記教師予測データと前記教師データの前記教師目的変数との差分である標準誤差を取得する標準誤差取得手段、前記測定目的変数と、前記測定説明変数とにより構成される測定データを用いて、前記測定説明変数を前記予測モデルへ入力して測定予測データを得る測定予測データ取得手段、前記測定予測データと前記測定目的変数との差分である誤差を取得する誤差取得手段と、前記標準誤差と前記誤差との解離度を求め、この解離度に基づき状態変動を検出する状態変動検出手段として機能させることを特徴とする。
The state fluctuation detection program according to the present invention uses a plurality of sensors composed of a sensor for measuring an explanatory variable and a sensor for measuring an objective variable, and simultaneously measures each time with the obtained explanatory variable. The computer of the state fluctuation detection device that detects the state change using a certain measurement explanatory variable and the obtained objective variable, the teacher objective variable, which is the objective variable of the fixed value, and the fixed value by the teacher explanatory variable is an explanatory variable generated using the teacher data composed, enter the explanatory variable by the machine learning prediction model for predicting the target variable, the teacher explanatory variable of the training data to the predictive model teacher prediction data acquisition means for obtaining teacher prediction data, standard error obtaining means for obtaining the standard error which is the difference between the teacher object variables of the teacher data and the teacher predicted data, and the measurement objective variable, and the measured explanatory variables A measurement prediction data acquisition means for inputting the measurement explanatory variable into the prediction model to obtain measurement prediction data, and acquiring an error which is a difference between the measurement prediction data and the measurement objective variable, using the measurement data composed of It is characterized in that it functions as a state fluctuation detecting means for obtaining a degree of dissociation between the standard error and the error and detecting a state change based on the degree of dissociation.
本発明に係る状態変動検出用プログラムでは、前記教師データは、定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される1セットのデータを複数セット備えたデータであり、前記測定データは、測定回毎に得られる、測定した目的変数である測定目的変数と、測定した説明変数である測定説明変数とにより構成される1セットのデータを、測定回に応じて複数集合したデータであり、前記コンピュータを前記標準誤差取得手段として、前記教師データの複数セットの各セットの標準誤差の平均を求めて標準誤差とするように機能させ、前記コンピュータを前記誤差取得手段として、前記測定回毎の誤差の平均を求めて誤差とするように機能させることを特徴とする。
本発明に係る状態変動検出用プログラムでは、前記コンピュータを前記状態変動検出手段として、各測定データから求めた誤差量が教師データから求めた基準誤差と比較して何倍であるかの倍率に基づいて状態変動を検出し、或いは、標準誤差の偏差値σSTと測定回毎の誤差の偏差値σt1、σt2、σt3との比に基づいて状態変化を検出するように機能させることを特徴とする。
In the state fluctuation detection program according to the present invention, the teacher data is a set of data composed of a teacher objective variable which is an objective variable of a fixed value and a teacher explanatory variable which is an explanatory variable of a fixed value. The data includes a plurality of sets, and the measurement data is a set of data composed of a measurement objective variable which is a measured objective variable and a measurement explanatory variable which is a measured explanatory variable, which is obtained for each measurement. The data is a plurality of sets according to the measurement times, and the computer is used as the standard error acquisition means to obtain the average of the standard errors of each set of the plurality of sets of the teacher data and use it as the standard error. It is characterized in that a computer functions as the error acquisition means so as to obtain an average of the errors for each measurement and use it as an error.
In the state change detection program according to the present invention, the computer is used as the state change detection means, and the error amount obtained from each measurement data is based on a magnification of how many times as compared with the reference error obtained from the teacher data. It is characterized in that the state change is detected or the state change is detected based on the ratio of the deviation value σST of the standard error and the deviation values σt1, σt2, and σt3 of the error for each measurement .
本発明に係る状態変動検出用プログラムでは、前記コンピュータを前記状態変動検出手段として、前記標準誤差と前記誤差との比、前記誤差の前記標準誤差に対する倍率、前記比または倍率を標準化して得た値である解離度に基づき状態変動を検出するように機能させることを特徴とする。 In the state change detection program according to the present invention, the computer is used as the state change detection means to standardize the ratio of the standard error to the error, the magnification of the error with respect to the standard error, and the ratio or magnification. It is characterized in that it functions to detect state fluctuations based on the degree of dissociation, which is a value.
本発明に係る状態変動検出用プログラムでは、前記コンピュータを前記状態変動検出手段として、解離度閾値を有し、求めた解離度が前記解離度閾値を超えた場合に状態変動ありと判定するように機能させることを特徴とする。 In the state change detection program according to the present invention, the computer is used as the state change detection means to have a dissociation degree threshold value, and when the obtained dissociation degree exceeds the dissociation degree threshold value, it is determined that there is a state change. It is characterized by making it work.
本発明に係る状態変動検出用プログラムでは、前記コンピュータを前記状態変動検出手段として、異常と判定すべき解離度異常閾値を有し、求めた解離度が前記解離度異常閾値を超えた場合に異常発生と判定するように機能させることを特徴とする。 In the state change detection program according to the present invention, the computer is used as the state change detection means to have a dissociation degree abnormality threshold value to be determined as abnormal, and an abnormality occurs when the obtained dissociation degree exceeds the dissociation degree abnormality threshold value. It is characterized in that it functions so as to determine that it has occurred.
本発明によれば、状態変動がないときのデータのみから状態変動ありを、或いは、状態変動が生じているデータのみから状態変動なしを、検出可能である。 According to the present invention, it is possible to detect that there is a state change only from the data when there is no state change, or that there is no state change only from the data in which the state change occurs.
以下添付図面を参照して、本発明に係る状態変動検出装置及び状態変動検出用プログラムの実施形態を説明する。各図において同一の構成要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。本発明の実施形態に係る状態変動検出装置は、例えば図1に示されるようなパーソナルコンピュータやワークステーション、その他のコンピュータシステムにより構成することができる。このコンピュータシステムは、CPU10が主メモリ11に記憶されている或いは主メモリ11に読み込んだプログラムやデータに基づき各部を制御し、必要な処理を実行することにより状態変動検出装置として動作を行うものである。
Hereinafter, embodiments of the state change detection device and the state change detection program according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In each figure, the same components are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted. The state change detection device according to the embodiment of the present invention can be configured by, for example, a personal computer, a workstation, or other computer system as shown in FIG. This computer system operates as a state change detection device by controlling each part based on a program or data stored in the
CPU10には、バス12を介して外部記憶インタフェース13、入力インタフェース14、表示インタフェース15、データ入力インタフェース16が接続されている。外部記憶インタフェース13には、状態変動検出用プログラム等のプログラムと必要なデータ等が記憶されている外部記憶装置23が接続されている。入力インタフェース14には、コマンドやデータを入力するための入力装置としてのキーボードなどの入力装置24とポインティングデバイスとしてのマウス22が接続されている。
An
表示インタフェース15には、LEDやLCDなどの表示画面を有する表示装置25が接続されている。データ入力インタフェース16には、測定データを得るためのセンサ26−1、26−2、・・・、26−mが接続されている。このコンピュータシステムには、他の構成が備えられていても良く、また、図1の構成は一例に過ぎない。
A
上記において、CPU10には、外部記憶装置23内の状態変動検出用プログラムによって図2に記載の各手段等が実現される。即ち、予測モデル作成手段31、予測モデル30、教師予測データ取得手段32、標準誤差取得手段33、測定予測データ取得手段34、誤差取得手段35、状態変動検出手段36が実現される。また、外部記憶装置23内には、教師データが記憶されている。予測モデル作成手段31は、教師データを用いて予測モデル30を作成するものである。予測モデル30は、機械学習により説明変数から目的変数を予測するものである。ここに、機械学習のアルゴリズムとしては、パターンマイ二ングのランダムフォレストを挙げることができるが、これ以外に、回帰分析や回帰木などのアリゴリズムを採用しても良い。
In the above, in the
また、説明変数、目的変数予測モデルについては、yを目的変数、xiを説明変数、fを予測モデルとするとき、y=f(x1,x2,・・・,xi,・・・,xn)により表わすことができる。教師予測データ取得手段32は、定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される教師データを用いて、上記教師説明変数を上記予測モデル30へ入力して教師予測データを得るものである。標準誤差取得手段33は、上記教師予測データと上記教師目的変数との差分である標準誤差を取得するものである。
Regarding the explanatory variable and objective variable prediction model, when y is the objective variable, xi is the explanatory variable, and f is the prediction model, y = f (x1, x2, ..., Xi, ..., Xn). Can be represented by. The teacher prediction data acquisition means 32 predicts the teacher explanatory variable by using the teacher data composed of the teacher objective variable which is the objective variable of the fixed value and the teacher explanatory variable which is the explanatory variable of the fixed value. It is input to the
測定予測データ取得手段34は、測定した目的変数である測定目的変数と、測定した説明変数である測定説明変数とにより構成される測定データを用いて、上記測定説明変数を上記予測モデル30へ入力して測定予測データを得るものである。測定データは、センサ26−1、26−2、・・・、26−mにより得られたデータとすることができる。誤差取得手段35は、上記測定予測データと上記測定目的変数との差分である誤差を取得するものである。
The measurement prediction data acquisition means 34 inputs the measurement explanatory variable into the
状態変動検出手段36は、上記標準誤差と上記誤差との解離度を求め、この解離度に基づき状態変動を検出するものである。
The state
以上のような手段等によって構成される状態変動検出装置は、図3に示すフローチャートによって処理動作を実行するので、このフローチャートを参照して動作説明を行う。最初に教師データを用いて予測モデル30を作成する(STEP1)。例えば、教師データは、図4により示すように、センサAにより得られるべき目的変数のデータと、センサBにより得られる1つ目の説明変数のデータと、センサCにより得られる2つ目の説明変数のデータとにより構成される。データの取得回数(図4の縦方向のデータの数)は任意である。図5のように、図4の如くの教師データTを用いて予測モデル作成手段31が予測モデル30を作成する。
Since the state change detection device configured by the above means and the like executes the processing operation according to the flowchart shown in FIG. 3, the operation will be described with reference to this flowchart. First, the
次に、図3のフローチャートと図6の動作シーケンス図に示すように、教師データTを用いて予測モデル30に説明変数(図4のセンサBのデータとセンサCのデータ)を入力し、予測データ(教師予測データTF(図6では、教師データ予測結果))を得て、この予測データ(教師予測データTF)と教師データTの目的変数との差である誤差(標準誤差)を求める(STEP2)。ここで、説明変数は、図4の教師データ中のセンサBとセンサCのデータである。図6に示すように、教師データTの目的変数をTTとし、この目的変数TTが例えば真円により表わされるとすれば、この目的変数TTに対し、教師予測データTFは歪(いびつ)であるから、真円から飛び出たり引っ込んだりした部分が誤差となる。実際には、図4の「教師データの予測値標準・誤差」の欄に示すように、予測データ(教師予測データ)と誤差(標準誤差STER)は、数値として得られる。これらは、データの取得回数と同じだけ計算して得られるから、取得回数と同じ数量が得られるので、これらの平均を計算して求め、これを平均標準誤差(AVSTER)として保持する。
Next, as shown in the flowchart of FIG. 3 and the operation sequence diagram of FIG. 6, explanatory variables (data of sensor B and data of sensor C in FIG. 4) are input to the
次に、図3のフローチャートに示すように、センサB、Cによる測定データMを用いて予測モデル30に説明変数M1、M2を入力し、予測データ(測定予測データ)を得て、この予測データ(測定予測データ)と測定データMの実測された目的変数との差である誤差を求める(STEP3)。
Next, as shown in the flowchart of FIG. 3, the explanatory variables M1 and M2 are input to the
ここでは、時刻を異ならせて、測定t1、t2、t3を行って、測定t1の説明変数t1M1、t1M2を得て、測定t2の説明変数t2M1、t2M2を得て、測定t3の説明変数t3M1、t3M2を得る(図7)。図8に示すように、これらを同じ予測モデル30に入力して予測データ(測定予測データ)t1F、t2F、t3Fを得る(図7では、右欄)。図8においては、予測モデル30を3つ設けているように描いているが、予測モデル30を1つ用いて順次予測を行っても良い。勿論、予測モデル30を3つ設けても良い。図7、図8に示すように予測データ(測定予測データ)t1F、t2F、t3Fと測定データMの実測された目的変数t1MT、t2MT、t3MTとの差分を誤差(個別誤差)t1ER、t2ER、t3ERとして求める。誤差t1ER、t2ER、t3ERは、データの測定回数と同じだけ計算して得られるから、取得回数と同じ数量が得られるので、これらの平均値を求めて、これを測定t1、t2、t3毎に平均誤差(t1AVER、t2AVER、t3AVER)として保持する。
Here, the measurements t1, t2, and t3 are performed at different times to obtain the explanatory variables t1M1 and t1M2 of the measurement t1, the explanatory variables t2M1 and t2M2 of the measurement t2 are obtained, and the explanatory variables t3M1 and t3M1 of the measurement t3 are obtained. Obtain t3M2 (Fig. 7). As shown in FIG. 8, these are input to the
次に、図3のSTEP4に示すように、各測定データから求めた誤差量が、教師データから求めた基準誤差と比較して何倍であるかを計算する。この倍率が大きいほど状態変動が生じていると結論する。図9には、比較主体として「測定t1の誤差(平均)(t1AVER)」、「測定t2の誤差(平均)(t2AVER)」、「測定t3の誤差(平均)(t3AVER)」に示すような円の面積に相当する値があり、比較対象として「標準誤差(平均)(AVSTER)」に示すような円の面積に相当する値があるとする。倍率が、1.2、2.3、3.8であるとすると、(測定t1の誤差)<(測定t2の誤差)<(測定t3の誤差)が成り立つから、測定3が最も状態変動が起こっていると結論でき、その次に測定2において状態変動が起こっていると結論でき、測定1は最も状態変動が起こっている確率が低いと結論できる。
Next, as shown in
或いは、標準誤差や誤差について平均を求めるのではなく、標準誤差の値の分布グラフを作成し、誤差の値の分布グラフを作成し、これらの分布グラフを用いて状態変動を検出する。標準誤差の値の分布グラフが図10(a)のようであり、測定t1の誤差の値の分布グラフが図10(b)のようであり、測定t2の誤差の値の分布グラフが図10(c)のようであり、測定t3の誤差の値の分布グラフが図10(d)のようであるとする。 Alternatively, instead of calculating the average of the standard error and the error, a distribution graph of the standard error value is created, a distribution graph of the error value is created, and the state variation is detected using these distribution graphs. The distribution graph of the standard error values is as shown in FIG. 10 (a), the distribution graph of the error values of the measurement t1 is as shown in FIG. 10 (b), and the distribution graph of the error values of the measurement t2 is as shown in FIG. It is assumed that the distribution graph of the error value of the measurement t3 is as shown in FIG. 10 (d).
上記の場合においては、解離度として分布グラフのピークの差を採用する。標準誤差の値の分布グラフのピークと測定t1の誤差の値の分布グラフのピークの差は、図10(b)に示すd1のようである。標準誤差の値の分布グラフのピークと測定t2の誤差の値の分布グラフのピークの差は、図10(c)に示すd2のようである。標準誤差の値の分布グラフのピークと測定t3の誤差の値の分布グラフのピークの差は、図10(d)に示すd3のようである。ピークの差は、t1<t2<t3であるから、状態変動の判定については、図9を用いて説明した通りとなる。 In the above case, the difference between the peaks of the distribution graph is adopted as the degree of dissociation. The difference between the peak of the distribution graph of the standard error value and the peak of the distribution graph of the error value of the measurement t1 is as shown in d1 shown in FIG. 10 (b). The difference between the peak of the distribution graph of the standard error value and the peak of the distribution graph of the error value of the measurement t2 is as shown in d2 shown in FIG. 10 (c). The difference between the peak of the distribution graph of the standard error value and the peak of the distribution graph of the error value of the measurement t3 is as shown in d3 of FIG. 10 (d). Since the difference between the peaks is t1 <t2 <t3, the determination of the state change is as described with reference to FIG.
また、図3のSTEP4に示すように、上記で求めた倍率に対し、または、上記測定回数毎の誤差を標準化した値σに対して異常判定の閾値を設定し、異常を検知するようにしても良い。例えば、図9の例において、閾値が「3.5」であれば、測定3において異常であると判定することができる。
Further, as shown in
上記偏差値σを用いる場合の例を図11に示す。前述の誤差の分布が図11のグラフに示すようであるとする。この誤差の平均値を求める(S11)。この平均値を用いて、偏差値σを求める(S12)。次に、上記で求めた偏差値σを用いて状態変化を検出する(S13)。例えば、標準誤差も測定回毎に得られるから、これらの分布から標準誤差の偏差値σSTが得られる。一方、測定t1、t2、t3についても、偏差値σt1、σt2、σt3が得られる。偏差値σt1、σt2、σt3のうち、標準誤差の偏差値σSTとの差または比或いは倍率が大きいほど状態変化である確率が高いものとする。偏差値σt1、σt2、σt3に対する閾値σSHを設定し、これを越えた場合に状態変化(異常)ありとすることができる。 An example of using the deviation value σ is shown in FIG. It is assumed that the above-mentioned error distribution is as shown in the graph of FIG. The average value of this error is obtained (S11). Using this average value, the deviation value σ is obtained (S12). Next, the state change is detected using the deviation value σ obtained above (S13). For example, since the standard error is also obtained for each measurement, the deviation value σ ST of the standard error can be obtained from these distributions. On the other hand, the deviation values σ t1 , σ t2 , and σ t3 are also obtained for the measurements t1, t2, and t3. Of the deviation values σ t1 , σ t2 , and σ t3 , the larger the difference or ratio or magnification of the standard error with the deviation value σ ST , the higher the probability of a state change. The threshold value σ SH for the deviation values σ t1 , σ t2 , and σ t3 can be set, and if it exceeds this, it can be considered that there is a state change (abnormality).
なお、上記においては、2つの説明変数から1つの目的変数を得るものとしたが、1つ以上の説明変数から1つの目的変数を得る予測モデルについて適用可能である。また、状態変動は異常への変動に限定されず、過剰状態、不足状態、低い状態、高い状態など、各種の状態変動検出に適用可能である。 In the above, one objective variable is obtained from two explanatory variables, but it can be applied to a prediction model in which one objective variable is obtained from one or more explanatory variables. Further, the state change is not limited to the change to an abnormality, and can be applied to various state change detections such as an excess state, a shortage state, a low state, and a high state.
上記の実施形態では、センサA、B、Cによりデータの測定を行う場合において、目的変数をセンサAにより得られるデータとし、説明変数をセンサB、Cにより得られるデータとする、センサA予測モデルを1つの予測モデルのみを構成するようにした。しかしながら、このように、3系統以上のデータの測定を行うシステムでは、複数の予測システムを構築することができる。 In the above embodiment, when the data is measured by the sensors A, B, and C, the objective variable is the data obtained by the sensor A, and the explanatory variable is the data obtained by the sensors B and C. Was made to configure only one prediction model. However, in such a system that measures data of three or more systems, a plurality of prediction systems can be constructed.
例えば、センサA、B、Cによりデータの測定を行う場合においては、目的変数をセンサAにより測定されるデータとし、説明変数をセンサB、Cにより測定されるデータとする場合を、センサA予測モデルと称し、目的変数をセンサBにより測定されるデータとし、説明変数をセンサA、Cにより測定されるデータとする場合を、センサB予測モデルと称し、目的変数をセンサCにより測定されるデータとし、説明変数をセンサA、Bにより測定されるデータとする場合を、センサC予測モデルと称するとき、センサA予測モデル、センサB予測モデル、センサC予測モデルのように、3つの予測モデルを作成することができる。 For example, when data is measured by sensors A, B, and C, sensor A predicts that the objective variable is the data measured by sensor A and the explanatory variable is the data measured by sensors B and C. The case where the model is called a model, the objective variable is the data measured by the sensor B, and the explanatory variables are the data measured by the sensors A and C is called the sensor B prediction model, and the objective variable is the data measured by the sensor C. When the explanatory variables are the data measured by the sensors A and B and are referred to as the sensor C prediction model, three prediction models such as the sensor A prediction model, the sensor B prediction model, and the sensor C prediction model are used. Can be created.
仮にセンサA、B、Cのデータを測定した時系列の測定値が、t1、t2、t3であるとする。t1、t2、t3はいずれもセンサA、B、Cの3種のデータにより構成される。センサA予測モデルにおいては、センサB、Cの測定値t1、t2、t3を入力し、センサA予測モデルの3種の平均誤差、A_t1AVER、A_t2AVER、A_t3AVERを得ることができる。センサB予測モデルにおいては、センサA、Cの測定値t1、t2、t3を入力し、センサB予測モデルの3種の平均誤差、B_t1AVER、B_t2AVER、B_t3AVERを得ることができる。センサC予測モデルにおいては、センサA、Bの測定値t1、t2、t3を入力し、センサC予測モデルの3種の平均誤差、C_t1AVER、C_t2AVER、C_t3AVERを得ることができる。 It is assumed that the time-series measured values obtained by measuring the data of the sensors A, B, and C are t1, t2, and t3. All of t1, t2, and t3 are composed of three types of data, sensors A, B, and C. In the sensor A prediction model, the measured values t1, t2, and t3 of the sensors B and C can be input to obtain three types of average errors of the sensor A prediction model, A_t1AVER, A_t2AVER, and A_t3AVER. In the sensor B prediction model, the measured values t1, t2, and t3 of the sensors A and C can be input to obtain three types of average errors of the sensor B prediction model, B_t1AVER, B_t2AVER, and B_t3AVER. In the sensor C prediction model, the measured values t1, t2, and t3 of the sensors A and B can be input to obtain three types of average errors of the sensor C prediction model, C_t1AVER, C_t2AVER, and C_t3AVER.
教師データから求めた各モデルの基準誤差を、A_AVSTER、B_AVSTER、C_AVSTERとした場合には、基準誤差A_AVSTERを基準とした対A_t1AVER、A_t2AVER、A_t3AVERのそれぞれ倍率や誤差の分布(偏差)を求めることができ、基準誤差B_AVSTERを基準とした対B_t1AVER、B_t2AVER、B_t3AVERのそれぞれ倍率や誤差の分布(偏差)を求めることができ、基準誤差C_AVSTERを基準とした対C_t1AVER、C_t2AVER、C_t3AVERのそれぞれ倍率や誤差の分布(偏差)も求めることができる。 When the reference error of each model obtained from the teacher data is A_AVSTER, B_AVSTER, C_AVSTER, the magnification and error distribution (deviation) of the pair A_t1AVER, A_t2AVER, and A_t3AVER based on the reference error A_AVSTER can be obtained. It is possible to obtain the magnification and error distribution (deviation) of B_t1AVER, B_t2AVER, and B_t3AVER based on the reference error B_AVERSER, and the magnification and error of C_t1AVER, C_t2AVER, and C_t3AVER based on the reference error C_AVERSER, respectively. The distribution (deviation) can also be obtained.
上記で、偏差を求めた場合には、例えば、センサA予測モデルにおける測定値t1の偏差値σA_t1、センサB予測モデルにおける測定値t1の偏差値σB_t1、センサC予測モデルにおける測定値t1の偏差値σC_t1の平均等を求めることによって、測定値t1の新たな特徴量を生成することができ、これに対して閾値を設ける事で異常を検知することも可能である。上記は、測定値t1の例であるが、測定値t2、t3についても同様に扱うことが可能である。 When the deviation is obtained in the above, for example, the deviation value σA_t1 of the measured value t1 in the sensor A prediction model, the deviation value σB_t1 of the measured value t1 in the sensor B prediction model, and the deviation value t1 of the measured value t1 in the sensor C prediction model. By obtaining the average of σC_t1 and the like, a new feature amount of the measured value t1 can be generated, and by setting a threshold value for this, it is possible to detect an abnormality. The above is an example of the measured value t1, but the measured values t2 and t3 can be handled in the same manner.
10 CPU
11 主メモリ
12 バス
13 外部記憶インタフェース
14 入力インタフェース
15 表示インタフェース
16 データ入力インタフェース
22 マウス
23 外部記憶装置
24 入力装置
25 表示装置
26 センサ
30 予測モデル
31 予測モデル作成手段
32 教師予測データ取得手段
33 標準誤差取得手段
34 測定予測データ取得手段
35 誤差取得手段
36 状態変動検出手段
10 CPU
11
Claims (12)
定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される教師データを用いて作成され、機械学習により説明変数から目的変数を予測する予測モデルと、
前記教師データの前記教師説明変数を前記予測モデルへ入力して教師予測データを得る教師予測データ取得手段と、
前記教師予測データと前記教師データの前記教師目的変数との差分である標準誤差を取得する標準誤差取得手段と、
前記測定目的変数と、前記測定説明変数とにより構成される測定データを用いて、前記測定説明変数を前記予測モデルへ入力して測定予測データを得る測定予測データ取得手段と、
前記測定予測データと前記測定目的変数との差分である誤差を取得する誤差取得手段と、
前記標準誤差と前記誤差との解離度を求め、この解離度に基づき状態変動を検出する状態変動検出手段と
を具備することを特徴とする状態変動検出装置。 Using a plurality of sensors composed of a sensor that measures the explanatory variable and a sensor that measures the objective variable, the measurement is measured at the same time each time, and the measurement explanatory variable that is the obtained explanatory variable and the obtained objective variable are used. A state fluctuation detection device that detects state fluctuations using a certain measurement objective variable.
A prediction model created using teacher data composed of a teacher objective variable, which is an objective variable with a fixed value, and a teacher explanatory variable, which is an explanatory variable with a fixed value, and predicts the objective variable from the explanatory variables by machine learning. When,
A teacher prediction data acquisition means for obtaining teacher prediction data by inputting the teacher explanatory variable of the teacher data into the prediction model,
A standard error acquisition means for acquiring a standard error which is a difference between the teacher prediction data and the teacher objective variable of the teacher data, and
The measurement objective variable, and the measurement using the measurement data composed explanatory variable and the measurement predicted data acquisition means for obtaining a measurement prediction data by inputting the measured explanatory variables to the predictive model,
An error acquisition means for acquiring an error which is a difference between the measurement prediction data and the measurement objective variable,
A state change detecting apparatus comprising: a state change detecting means for obtaining a dissociation degree between the standard error and the error and detecting a state change based on the dissociation degree.
前記測定データは、測定回毎に得られる、測定した目的変数である測定目的変数と、測定した説明変数である測定説明変数とにより構成される1セットのデータを、測定回に応じて複数集合したデータであり、
前記標準誤差取得手段は、前記教師データの複数セットの各セットの標準誤差の平均を求めて標準誤差とし、前記誤差取得手段は、前記測定回毎の誤差の平均を求めて誤差とすることを特徴とする請求項1または2に記載の状態変動検出装置。 The teacher data is data including a plurality of sets of data composed of a teacher objective variable which is an objective variable of a fixed value and a teacher explanatory variable which is an explanatory variable of a fixed value.
The measurement data is a set of a set of data composed of a measurement objective variable which is a measured objective variable and a measurement explanatory variable which is a measured explanatory variable obtained for each measurement time, and a plurality of sets are set according to the measurement time. This is the data
The standard error acquisition means obtains the average of the standard errors of each set of the plurality of sets of the teacher data and uses it as the standard error, and the error acquisition means obtains the average of the errors for each measurement and uses it as the error. The state change detection device according to claim 1 or 2.
定まった値の目的変数である教師目的変数と、定まった値の説明変数である教師説明変数とにより構成される教師データを用いて作成され、機械学習により説明変数から目的変数を予測する予測モデル、
前記教師データの前記教師説明変数を前記予測モデルへ入力して教師予測データを得る教師予測データ取得手段、
前記教師予測データと前記教師データの前記教師目的変数との差分である標準誤差を取得する標準誤差取得手段、
前記測定目的変数と、前記測定説明変数とにより構成される測定データを用いて、前記測定説明変数を前記予測モデルへ入力して測定予測データを得る測定予測データ取得手段、
前記測定予測データと前記測定目的変数との差分である誤差を取得する誤差取得手段と、
前記標準誤差と前記誤差との解離度を求め、この解離度に基づき状態変動を検出する状態変動検出手段
として機能させることを特徴とする状態変動検出用プログラム。 Using a plurality of sensors composed of a sensor that measures the explanatory variable and a sensor that measures the objective variable, the measurement is measured at the same time each time, and the measurement explanatory variable that is the obtained explanatory variable and the obtained objective variable are used. A computer of a state change detector that detects state changes using a certain measurement objective variable ,
A prediction model created using teacher data composed of a teacher objective variable, which is an objective variable with a fixed value, and a teacher explanatory variable, which is an explanatory variable with a fixed value, and predicts the objective variable from the explanatory variables by machine learning. ,
A teacher prediction data acquisition means for obtaining teacher prediction data by inputting the teacher explanatory variable of the teacher data into the prediction model.
A standard error acquisition means for acquiring a standard error which is a difference between the teacher prediction data and the teacher objective variable of the teacher data .
A measurement prediction data acquisition means for obtaining measurement prediction data by inputting the measurement explanatory variable into the prediction model using the measurement data composed of the measurement objective variable and the measurement explanatory variable.
An error acquisition means for acquiring an error which is a difference between the measurement prediction data and the measurement objective variable,
A program for detecting state fluctuations, which obtains the degree of dissociation between the standard error and the error and functions as a state fluctuation detecting means for detecting state fluctuations based on the degree of dissociation.
前記教師データを用いて前記予測モデルを作成する予測モデル作成手段
として機能させることを特徴とする請求項7に記載の状態変動検出用プログラム。 The computer,
The state change detection program according to claim 7, wherein the program functions as a predictive model creating means for creating the predictive model using the teacher data.
前記測定データは、測定回毎に得られる、測定した目的変数である測定目的変数と、測定した説明変数である測定説明変数とにより構成される1セットのデータを、測定回に応じて複数集合したデータであり、
前記コンピュータを前記標準誤差取得手段として、前記教師データの複数セットの各セットの標準誤差の平均を求めて標準誤差とするように機能させ、前記コンピュータを前記誤差取得手段として、前記測定回毎の誤差の平均を求めて誤差とするように機能させることを特徴とする請求項7または8に記載の状態変動検出用プログラム。 The teacher data is data including a plurality of sets of data composed of a teacher objective variable which is an objective variable of a fixed value and a teacher explanatory variable which is an explanatory variable of a fixed value.
The measurement data is a set of a set of data composed of a measurement objective variable which is a measured objective variable and a measurement explanatory variable which is a measured explanatory variable obtained for each measurement time, and a plurality of sets are set according to the measurement time. This is the data
The computer is used as the standard error acquisition means to obtain the average of the standard errors of each set of the plurality of sets of teacher data to be the standard error, and the computer is used as the error acquisition means for each measurement. The state fluctuation detection program according to claim 7 or 8, wherein the average of the errors is calculated and made to function as an error.
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