JP6813865B1 - Information processing method, program, information processing device and model generation method - Google Patents
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Abstract
【課題】精度良く水深を予測することができる情報処理方法等を提供する。【解決手段】情報処理方法は、計算領域に対応する地表面を一定の単位で区分した単位区画内の観測点で観測された水深を取得し、前記観測点の水深を入力した場合に、前記単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力するモデルに、取得した前記観測点の水深を入力して前記単位区画の境界条件を推定し、推定した前記境界条件を所定の演算式に適用して、前記単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する処理をコンピュータが実行することを特徴とする。【選択図】図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an information processing method or the like capable of accurately predicting a water depth. SOLUTION: The information processing method obtains the water depth observed at an observation point in a unit section in which the ground surface corresponding to a calculation area is divided into a certain unit, and inputs the water depth of the observation point. The boundary condition of the unit section is estimated by inputting the acquired water depth of the observation point into the model that outputs the boundary condition regarding the water flow flowing in and out of the unit section, and the estimated boundary condition is applied to a predetermined calculation formula. Therefore, the computer executes a process of generating water depth distribution data indicating the water depth distribution in the unit section. [Selection diagram] Fig. 1
Description
本発明は、情報処理方法、プログラム、情報処理装置及びモデル生成方法に関する。 The present invention relates to an information processing method, a program, an information processing device, and a model generation method.
水害の予測や検証のため、河川等の水深を計算するシミュレーション技術がある。例えば特許文献1では、対象地域の地形データを格子状に分割し、所定の数理モデルを適用して各格子の水深を計算して、浸水分布をシミュレーションする氾濫シミュレーション装置が開示されている。
There is a simulation technology that calculates the water depth of rivers, etc. for the prediction and verification of flood damage. For example,
特許文献1に係る発明のようにシミュレーションを行う場合、対象地域に流出入する水流の境界条件など、シミュレーションに必要な所定のパラメータを設定しなければならない。しかしながら、これらのパラメータは一般的に不明な場合が多く、正確なシミュレーションを困難としている。
When a simulation is performed as in the invention of
一つの側面に係る情報処理方法は、計算領域に対応する地表面を一定の単位で区分した単位区画内の観測点で観測された水深を取得し、前記観測点の水深を入力した場合に、前記単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力するモデルに、取得した前記観測点の水深を入力して前記単位区画の境界条件を推定し、推定した前記境界条件を所定の演算式に適用して、前記単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する処理をコンピュータが実行することを特徴とする。 The information processing method according to one aspect is when the water depth observed at the observation points in the unit section in which the ground surface corresponding to the calculation area is divided into fixed units is acquired and the water depth of the observation points is input. The boundary condition of the unit section is estimated by inputting the acquired water depth of the observation point into the model that outputs the boundary condition regarding the water flow flowing in and out of the unit section, and the estimated boundary condition is applied to a predetermined calculation formula. Then, the computer executes a process of generating water depth distribution data indicating the water depth distribution in the unit section.
一つの側面では、精度良く水深を予測することができる。 On one side, the water depth can be predicted accurately.
以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて詳述する。
(実施の形態1)
図1は、水深予測システムの構成例を示す説明図である。本実施の形態では、予測対象とする地域(計算領域)で観測された水深の観測値から、当該地域全体の水深の分布を予測する水深予測システムについて説明する。水深予測システムは、情報処理装置1及び端末2、2、2…を含む。各装置は、インターネット等のネットワークNに通信接続されている。
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the drawings showing the embodiments thereof.
(Embodiment 1)
FIG. 1 is an explanatory diagram showing a configuration example of a water depth prediction system. In this embodiment, a water depth prediction system that predicts the distribution of the water depth in the entire area from the observed values of the water depth observed in the area (calculation area) to be predicted will be described. The water depth prediction system includes an
情報処理装置1は、種々の情報処理、情報の送受信が可能な情報処理装置であり、例えばサーバコンピュータ、パーソナルコンピュータ等である。本実施の形態では情報処理装置1がサーバコンピュータであるものとし、以下では簡潔のためサーバ1と読み替える。サーバ1は、水深を予測する予測装置として機能し、対象地域の地表面の標高を示す地形データと、当該地域の所定数の観測点で観測された水深とから、当該地域全体の水深の分布を予測するシミュレーション計算を行う。
The
本実施の形態でサーバ1は、シミュレーション計算を行うために必要なパラメータを、機械学習によって構築された推定モデル141(図3等参照)を用いて推定する。具体的には、サーバ1は推定モデル141を用いて、所定数の観測点の水深から、対象地域に流出入する水流の境界条件(例えば流速)を推定する。サーバ1は、推定モデル141を用いて推定した境界条件に基づくシミュレーション計算を行い、当該地域における水深の分布を示す水深分布データを生成する。
In the present embodiment, the
端末2は、本システムを利用するユーザの端末装置であり、例えばパーソナルコンピュータ、タブレット端末、スマートフォン等である。サーバ1は、予測対象とする地域の地形データと、当該地域で観測された水深とを端末2から取得して水深分布データを生成する。
The
図2は、サーバ1の構成例を示すブロック図である。サーバ1は、制御部11、主記憶部12、通信部13、及び補助記憶部14を備える。
制御部11は、一又は複数のCPU(Central Processing Unit)、MPU(Micro-Processing Unit)、GPU(Graphics Processing Unit)等の演算処理装置を有し、補助記憶部14に記憶されたプログラムPを読み出して実行することにより、種々の情報処理、制御処理等を行う。主記憶部12は、SRAM(Static Random Access Memory)、DR
AM(Dynamic Random Access Memory)、フラッシュメモリ等の一時記憶領域であり、制御部11が演算処理を実行するために必要なデータを一時的に記憶する。通信部13は、通信に関する処理を行うための通信モジュールであり、外部と情報の送受信を行う。
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration example of the
The control unit 11 has one or a plurality of arithmetic processing units such as a CPU (Central Processing Unit), an MPU (Micro-Processing Unit), and a GPU (Graphics Processing Unit), and stores a program P stored in the
It is a temporary storage area such as AM (Dynamic Random Access Memory) and flash memory, and temporarily stores data necessary for the control unit 11 to execute arithmetic processing. The
補助記憶部14は、大容量メモリ、ハードディスク等の不揮発性記憶領域であり、制御部11が処理を実行するために必要なプログラムP、その他のデータを記憶している。また、補助記憶部14は、推定モデル141を記憶している。推定モデル141は、訓練データを学習することで生成された学習済みモデルであり、後述のように、一定の単位区画で観測された所定数の観測点の水深を入力として、当該単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力とするモデルである。推定モデル141は、人工知能ソフトウェアの一部として機能するプログラムモジュールとしての利用が想定される。
The
なお、補助記憶部14はサーバ1に接続された外部記憶装置であってもよい。また、サーバ1は複数のコンピュータからなるマルチコンピュータであっても良く、ソフトウェアによって仮想的に構築された仮想マシンであってもよい。
The
また、本実施の形態においてサーバ1は上記の構成に限られず、例えば操作入力を受け付ける入力部、画像を表示する表示部等を含んでもよい。また、サーバ1は、CD(Compact Disk)−ROM、DVD(Digital Versatile Disc)−ROM等の可搬型記憶媒体1aを読み取る読取部を備え、可搬型記憶媒体1aからプログラムPを読み取って実行するようにしても良い。あるいはサーバ1は、半導体メモリ1bからプログラムPを読み込んでも良い。
Further, in the present embodiment, the
また、本実施の形態ではクラウド上のサーバ1が推定モデル141に基づく推定を行うものとする。ただし、これに限定されるものではなく、サーバ1が生成した推定モデル141をローカルの端末2にインストールし、端末2が推定モデル141に基づく推定を行うようにしてもよい。
Further, in the present embodiment, it is assumed that the
以下では図3〜図10に基づき、本実施の形態の概要を説明する。
サーバ1は、後述のように、予測対象とする地域の地形データ、及び当該地域の所定数の観測点で観測された水深の入力を端末2から受け付けた場合に(図10参照)、以下の処理を実行する。まずサーバ1は、任意の境界条件をシミュレーション用のパラメータに設定した上で地形データに基づくシミュレーション計算を行う。これにより、サーバ1は、シミュレーション結果として、当該地域の水深の分布を模擬した水深分布データを生成する(図4〜図8参照)。そしてサーバ1は、生成した水深分布データと、シミュレーション時に用いた境界条件とを訓練データとして機械学習を行う。これにより、サーバ1は、観測点の水深を入力した場合に境界条件を出力する推定モデル141を生成する(図3参照)。
Hereinafter, an outline of the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 to 10.
As will be described later, when the
次に、サーバ1は、生成した推定モデル141に観測点の水深を入力して境界条件を推定する(図9参照)。そして、サーバ1は、推定した境界条件と、地形データとに基づくシミュレーション計算を行って水深分布データを生成する。サーバ1は、生成した水深分布データを任意の端末2に出力する。
Next, the
なお、本実施の形態では予測の度に学習を行って推定モデル141を生成するものとするが、このような手法に限定されるものではない。例えば任意の地域の水深及び境界条件を学習済みの推定モデル141を事前に用意しておき、用意された推定モデル141に端末2から取得した観測点の水深を入力して境界条件を推定してもよい。
In the present embodiment, learning is performed every time prediction is performed to generate an
図3は、推定モデル141の生成処理を示す説明図である。図3では、計算領域に対応する地表面を一定の単位で区分した単位区画内の観測点の水深hi(x,y)と、当該単位区画
に流出入する水流に関する境界条件uBCとを含む訓練データを用いて機械学習を行い、推定モデル141を生成する様子を概念的に図示している。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a generation process of the
推定モデル141について説明する前に、まず単位区画及び境界条件について説明する。単位区画は、地表面を一定の単位で区分した地表面領域であり、例えば地表面を横幅2km、縦幅1kmで矩形状に区分した領域である。なお、単位区画の横幅、縦幅等の単位は特に限定されず、その形状も矩形状に限定されるものではない。
Before explaining the
境界条件は、単位区画を形成する境界面上での水流に関するパラメータであり、例えば境界面を水流が流出入する際の流速である。なお、境界条件は流速に限定されず、例えば水流量などであってもよい。図3では、単位区画に流出入する水流を矢印で図示している。図3の例では、左側面及び下側面から水流が流入し、右側面及び上側面から水流が流出している。 The boundary condition is a parameter relating to the water flow on the boundary surface forming the unit compartment, for example, the flow velocity when the water flow flows in and out of the boundary surface. The boundary condition is not limited to the flow velocity, and may be, for example, a water flow rate. In FIG. 3, the water flow flowing in and out of the unit section is indicated by an arrow. In the example of FIG. 3, the water flow flows in from the left side surface and the lower side surface, and the water flow flows out from the right side surface and the upper side surface.
サーバ1は訓練データを学習して、単位区画内の所定数の観測点の水深から境界条件を推定する推定モデル141を生成する。推定モデル141は、例えばニューラルネットワークにより構築されるモデルである。推定モデル141は、観測点の水深データの入力を受け付ける入力層と、入力データから特徴量を抽出する中間層(隠れ層)と、特徴量に基づく推定結果を出力する出力層とを有する。各層は一又は複数のニューロンから成り、最終的に出力層から境界条件の推定結果を出力する。ただし、推定モデル141は、ニューラルネットワークに限られず、多項式回帰などにより構築されるモデルであってもよい。
The
本実施の形態でサーバ1は、複数の観測点(例えば5地点)の水深を入力した場合に、境界条件を出力する推定モデル141を生成する。なお、観測点は1地点であってもよい。サーバ1は、訓練データから抽出された複数地点の水深を推定モデル141に入力し、境界条件を出力として取得する。サーバ1は、推定モデル141から出力された境界条件を、訓練データにおける正解の境界条件と比較して、両者が近似するように、ニューロン間の重み等のパラメータを最適化する。これによりサーバ1は、推定モデル141を生成する。
In the present embodiment, the
上述の如く、本実施の形態では任意の境界条件に基づくシミュレーション計算を行って訓練用の水深分布データを生成し、生成した水深と、シミュレーション時に用いた境界条件とを訓練データとして用いる。ただし、これに限らず、訓練データとして用いる水深及び境界条件は、実際に観測された値であってもよい。 As described above, in the present embodiment, simulation calculation based on arbitrary boundary conditions is performed to generate water depth distribution data for training, and the generated water depth and the boundary conditions used at the time of simulation are used as training data. However, the present invention is not limited to this, and the water depth and boundary conditions used as training data may be actually observed values.
図4、5は、水深のシミュレーション計算処理に関する説明図である。図4では、単位区画を概念的に図示している。図5では、単位区画内のある地点における断面図を概念的に図示している。以下ではシミュレーション計算の詳細について説明する。 4 and 5 are explanatory views relating to the simulation calculation process of the water depth. In FIG. 4, the unit section is conceptually illustrated. FIG. 5 conceptually illustrates a cross-sectional view at a certain point in the unit compartment. The details of the simulation calculation will be described below.
サーバ1は、対象とする単位区画の標高を示す地形データを用いて、当該単位区画内の各地点の水深を計算するシミュレーションを行う。地形データは、各地点の位置情報(例えば緯度及び経度)に対して標高値が対応付けられたデータであり、例えばDSM(Digital Surface Model;数値表層モデル)、DEM(Digital Elevation Model;数値標高モデル)、3D地図等の地図データである。なお、地形データは単位区画内の各地点の標高を示すデータであればよく、測量方法などがDSM等と異なる他の形式のデータであってもよい。
The
地形データには、地表面に存在する建物、樹木等の地物も含めて地表面と見なした第1地形データと、第1地形データから建物、樹木等の地物を除外した第2地形データとが存在する。上記の例では、DSM、3D地図は第1地形データに対応し、DEMは第2地形データに対応する。水深を計算するシミュレーションでは、第1地形データ及び第2地形データのいずれを用いることも可能であるが、本実施の形態では、第1地形データであるDSMのデータを用いる。図5の断面図では、実線が地表面を表し、点線が水面を表し、一点鎖線が標高の基準となる基準面を表す。凸となっている部分は、建物等の地物に対応する。 The topographical data includes the first topographical data that includes features such as buildings and trees existing on the ground surface and is regarded as the ground surface, and the second topographical data that excludes features such as buildings and trees from the first topographical data. There is data. In the above example, the DSM and 3D map correspond to the first terrain data and the DEM corresponds to the second terrain data. In the simulation for calculating the water depth, either the first topographical data or the second topographical data can be used, but in the present embodiment, the DSM data which is the first topographical data is used. In the cross-sectional view of FIG. 5, the solid line represents the ground surface, the dotted line represents the water surface, and the alternate long and short dash line represents the reference plane that serves as the reference for altitude. The convex part corresponds to a feature such as a building.
具体的なシミュレーションの手法は特に限定されないが、本実施の形態では、流体計算手法の一種である浅水方程式を用いて計算を行う。浅水方程式は、3次元の流体方程式(Navier-Stokes equations)を2次元に近似して流体計算を行なう方程式である。具体的
に、浅水方程式では、地表面に対して垂直な方向における流速を無視し、地表面に対して平行な方向のみを考慮して流体計算を行う。
The specific simulation method is not particularly limited, but in the present embodiment, the calculation is performed using the shallow water equation, which is a kind of fluid calculation method. The shallow water equation is an equation that performs fluid calculation by approximating three-dimensional fluid equations (Navier-Stokes equations) to two dimensions. Specifically, in the shallow water equation, the flow velocity in the direction perpendicular to the ground surface is ignored, and the fluid calculation is performed considering only the direction parallel to the ground surface.
サーバ1は、単位区画を一定の領域ごとに離散化して計算を行う。例えば図4に示すように、サーバ1は有限体積法を用いて単位区画を格子状に分割し、各格子の中心に水深h(スカラー量)を、格子同士の境界上に流速u(ベクトル量)を配置して計算を行う。なお、単位区画の離散化には有限要素法などを用いてもよい。以下の説明では便宜上、分割された各格子を「セル」と呼ぶ。
The
上記のように水深をh、流速をuとして、重力加速度をg、標高をh0とした場合、浅水方程式は以下の式で表される。 As described above, when the water depth is h, the flow velocity is u, the gravitational acceleration is g, and the altitude is h 0 , the shallow water equation is expressed by the following equation.
式(1)は運動方程式を、式(2)は連続の式(流量保存則)を表す。なお、τωは地表面の粗さの影響を表す項、τbldは地物(例えば建物(building))の影響を表す項で
ある。
Equation (1) represents the equation of motion, and equation (2) represents the continuity equation (conservation law of flow rate). Note that τ ω is a term representing the influence of the roughness of the ground surface, and τ bld is a term representing the influence of a feature (for example, building).
サーバ1は、任意の境界条件を上記の方程式に適用して水深のシミュレーション計算を行う。訓練データとする境界条件は、例えばサーバ1が乱数発生器を用いて算出した乱数値であってもよく、又はユーザが手動で入力した値であってもよい。シミュレーション計算は、実際に起こり得る水深の範囲を含むような境界条件を算出する。
The
図6は、境界条件に関する説明図である。例えばサーバ1は、図6に示すように、4つの境界面のうち、2つの境界面(左側面及び下側面)を水流の流入面とし、他の2つの境界面(右側面及び上側面)を流出面とする。流出面については物理量(流速及び水深等)の空間勾配をゼロに設定し、自由に流出するものとする。また、流入量が同じであれば全体の水深の分布はあまり変わらないと考えられるため、2つの流入面のうち、一の流入面(左側面)は流速を固定値とし、他の流入面(下側面)のみ流速を可変とする。流速を固定または可変する面は、上記の逆でも問題ない。サーバ1は、可変とした境界面の流速を境界条件として設定する。
FIG. 6 is an explanatory diagram relating to the boundary conditions. For example, as shown in FIG. 6, the
なお、本実施の形態では単純化のため、一の流入面のみ可変として境界条件を設定した。ただし、上記の境界条件の設定方法は一例であって、本実施の形態はこれに限定されない。例えば2つの流入面を両方とも可変としてもよく、流出面についても他の境界条件を設定してもよい。また、流入面を1面、あるいは3面としてもよい。 In this embodiment, for the sake of simplicity, the boundary condition is set so that only one inflow surface is variable. However, the above-mentioned method of setting the boundary condition is an example, and the present embodiment is not limited to this. For example, both of the two inflow surfaces may be variable, and other boundary conditions may be set for the outflow surface. Further, the inflow surface may be one surface or three surfaces.
サーバ1は、上記の境界条件のほか、各セルにおける水深及び流速の初期値は固定値としてシミュレーションを行う。サーバ1は、境界条件等の設定値と、地形データが示す各セル(地点)の標高とを浅水方程式に適用し、各セルの水深hを計算する。これによりサーバ1は、単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する。
In addition to the above boundary conditions, the
サーバ1は、境界条件を変更しながら、上記のシミュレーション計算を所定回数実行する。これによりサーバ1は、水深及び境界条件の組み合わせである訓練データを所定数生成する。サーバ1は、生成した各訓練データを用いて学習を行い、推定モデル141を生成する。
The
図7は、標高変換処理に関する説明図である。上述の如く、サーバ1は地形データが示す地表面の標高を参照して水深のシミュレーション計算を行う。しかし、例えば図5で例示したように、水深を超える高さの地物が存在する場合、その地物に対応する領域では水深を定義できず、直接計算することができない。そこで本実施の形態では、水深を計算できるような処理を行う。
FIG. 7 is an explanatory diagram relating to the altitude conversion process. As described above, the
具体的には、サーバ1は、地物に対応する領域(以下、「地物領域」と呼ぶ)の標高が水深を超えないように、計算領域の全領域の標高を実際の標高よりも低い高さに変換した状態で水深のシミュレーション計算を行う。それから、サーバ1は、元の標高に応じて水深を変換する。
Specifically, the
図7では、左側に元の標高に対応する断面図を、右側に標高変換後の断面図を図示する。元の標高をch0,DSM(c>1)とした場合、サーバ1は、地物領域の標高を固定値h0,DSMに変換する。これにより、地物領域において水面が不連続とならないようにする。サーバ1は、変換した標高の地形データに基づくシミュレーション計算を行い、各セルの水深hを計算する。
In FIG. 7, a cross-sectional view corresponding to the original altitude is shown on the left side, and a cross-sectional view after elevation conversion is shown on the right side. When the original altitude is ch 0, DSM (c> 1), the
水深hを計算後、サーバ1は、水深hを、元の標高に応じて変換する。最終的に求めるべき水深をhr,DSMとした場合、hr,DSM+ch0,DSM=h+h0,DSMの関係が成り立つため、サーバ1は、hr,DSM=h+h0,DSM−ch0,DSMとして水深を変換する。以上より、地
物領域の水深を適切に計算することができる。
After calculating the water depth h, the
図8は、水深補正処理に関する説明図である。上記のように、サーバ1は実際の地表面の標高を変換してからシミュレーションを行って、各セル(地点)の水深を計算する。ここでは、さらにサーバ1は、元の標高に応じて変換した各セルの水深を、周辺セルとの加重平均を取って補正する。
FIG. 8 is an explanatory diagram regarding the water depth correction process. As described above, the
具体的には、元の標高に応じて変換した水深をhi,org(iはセル番号:)とした場合
に、下記の式(3)のように、対象のセルと他のセルとの距離riに応じた重み係数wi
を計算し、各セルの加重平均を取って水深hを算出する。なお、hi,orgは、各セルでの
hr,DSMに対応する。
Specifically, when the water depth converted according to the original altitude is hi, org (i is the cell number :), the target cell and another cell are as shown in the following formula (3). weighting factor w i in accordance with the distance r i
Is calculated, and the weighted average of each cell is taken to calculate the water depth h. Note that h i, org corresponds to h r, DSM in each cell.
一方で、水深補正を行なう地点が地物領域に該当しない地点は、水深補正が不要となる場合がある。そこでサーバ1は、水深補正を行う地点が、地物領域ではなく、かつ、シミュレーションで計算された水深hi,orgが0以上の場合は、下記の式(4)に従い、異な
る重み係数wiを用いて重みを大きくする。なお、地物領域の特定はマルチスケール特徴抽出法を用いて行う。サーバ1は、地形データが示す各地点の位置及び標高を3次元点群としてマルチスケール演算を行い、地物が存在することによる地表面の起伏(エッジ等)を検出する。
サーバ1は、数式(3)、(4)に従って各セルの水深hを計算する。なお、計算した水深hがシミュレーションで計算された水深hi,orgよりも小さい場合、サーバ1は、計
算した水深hではなく、シミュレーションで計算された水深hi,orgを最終的な水深hと
して採用する。
The
上記のように、サーバ1は、水深補正を行う地点が、地物領域に該当するか否か、及び水深hi,orgが0以上であるか否かに応じて重み係数wiを変更し、各セルの水深hを計
算する。
As described above, the
図9は、水深予測処理に関する説明図である。サーバ1は、上記で生成した推定モデル141を用いて予測対象の単位区画の境界条件を推定し、シミュレーション計算を行って水深分布データを生成(予測)する。
FIG. 9 is an explanatory diagram relating to the water depth prediction process. The
すなわち、サーバ1は、端末2から取得した複数の観測点の水深を推定モデル141に入力し、単位区画に流入する水流の境界条件(流速)を推定する。サーバ1は、推定した境界条件と、端末2から取得した地形データとに基づくシミュレーション計算を行い、単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する。シミュレーション計算の手法は学習時と同様である。サーバ1は、生成した水深分布データを端末2に出力し、表示させる。なお、サーバ1にデータ入力する端末2と、水深分布データを出力する端末2とは異なる端末であってもよい。
That is, the
図10は、端末2の表示画面例を示す説明図である。図10では、上述の処理をサーバ1に実行させる際に、端末2が表示する画面例を図示している。当該画面は、地形データ入力欄91、水深入力欄92、住所入力欄93、水深リスト表示欄94、水深分布表示欄95を含む。
FIG. 10 is an explanatory diagram showing an example of a display screen of the
端末2は、地形データ入力欄91、水深入力欄92への操作入力に応じて、地形データ、及び観測点の水深に係るデータファイルの入力を受け付ける。また、端末2は、住所入力欄93への操作入力に応じて、水深リスト表示欄94に水深を表示する一又は複数の地点の住所の入力を受け付ける。端末2は、各入力欄に入力されたデータをサーバ1に出力し、水深予測の処理を要求する。
The
サーバ1は、端末2からの要求に従って一連の処理を実行し、予測結果を端末2に出力する。具体的には、サーバ1は、住所入力欄93で入力された住所に対応する各地点の水深の予測値を出力すると共に、予測対象とした単位区画の地図(地形データ)に対し、各地点の水深の予測結果を重畳した水深分布図を出力する。端末2は、住所入力欄93で入力された各住所と、当該住所に対応する地点の水深とを一覧化した水深リストを水深リスト表示欄94に表示する。また、端末2は、水深分布図を水深分布表示欄95に表示する。水深分布図は、水深に応じて各地点の表示態様を変更した地図であり、例えば水深に応じて各セルの表示色を変更した地図である。なお、図10では図示の便宜上、各セルの表示色が異なる様子をハッチングにより示すのみで、地図は図示しない。ユーザは、水深リスト表示欄94を参照して所望の住所の水深を把握し、水深分布表示欄95で対象の地域(単位区画)全体の水深を把握することができる。
The
なお、例えば端末2は、住所入力欄93で指定した住所に対応する地点を水深分布図に重畳(例えばアイコン表示)してもよい。これにより、所望の住所周辺の水深がどの程度であるか、ユーザが俯瞰することができる。
For example, the
図11は、サーバ1が実行する処理手順の一例を示すフローチャートである。図11に基づき、サーバ1が実行する処理内容について説明する。
サーバ1は、地表面を一定の単位で区分した単位区画内の所定数の観測点の水深と、当該単位区画内の地表面の標高を示す地形データとを端末2から取得する(ステップS1)。
FIG. 11 is a flowchart showing an example of a processing procedure executed by the
The
次に、サーバ1は、モデル生成のサブルーチンを実行する(ステップS2)。具体的に、サーバ1は、取得した地形データに基づくシミュレーション計算を行って当該単位区画内の水深の分布を模擬した水深分布データを生成し、生成した水深と、シミュレーション時に用いた境界条件とを訓練データとする機械学習を行って推定モデル141を生成する。
Next, the
次に、サーバ1は、水深予測のサブルーチンを実行する(ステップS3)。具体的に、サーバ1は、生成した推定モデル141に観測点の水深を入力して境界条件を推定し、推定した境界条件と、地形データとに基づくシミュレーション計算を行って水深分布データを生成する。
Next, the
そして、サーバ1は、生成した水深分布データを端末2に出力し、一連の処理を終了する(ステップS4)。
Then, the
図12は、ステップS2の「モデル生成のサブルーチン」の処理手順を示すフローチャートである。
サーバ1の制御部11は、端末2から取得した地形データから、地物が存在する地物領域を特定する(ステップS11)。制御部11は、地物領域の標高が水深を超えないように、計算領域の全領域の標高を固定値に変換する(ステップS12)。
FIG. 12 is a flowchart showing a processing procedure of the “model generation subroutine” in step S2.
The control unit 11 of the
制御部11は、地形データに対応する単位区画の境界条件を設定する(ステップS13)。境界条件は乱数値であってもよく、又はユーザが設定入力した値であってもよい。制御部11は、設定した境界条件と、ステップS12で標高を変換した地形データとに基づくシミュレーション計算を行い、単位区画内の水深の分布を模擬した水深分布データを生成する(ステップS14)。この際、制御部11は、水深を、変換前の標高に応じて変換する。 The control unit 11 sets the boundary conditions of the unit section corresponding to the terrain data (step S13). The boundary condition may be a random value or a value set and input by the user. The control unit 11 performs a simulation calculation based on the set boundary conditions and the topographical data whose altitude is converted in step S12, and generates water depth distribution data simulating the distribution of water depth in the unit section (step S14). At this time, the control unit 11 converts the water depth according to the altitude before conversion.
制御部11は、生成した水深分布データを補正する(ステップS15)。具体的には、制御部11は、水深補正を行う地点が、地物領域に該当するか否か等に応じて異なる重み係数を用い、各地点(セル)の水深を周辺地点の水深との加重平均を取って補正する。 The control unit 11 corrects the generated water depth distribution data (step S15). Specifically, the control unit 11 uses different weighting coefficients depending on whether or not the point where the water depth correction is performed corresponds to the feature area, and sets the water depth at each point (cell) to the water depth at the surrounding point. Take a weighted average and correct.
制御部11は、シミュレーション回数が所定回数に達したか否かを判定する(ステップS16)。所定回数に達していないと判定した場合(S16:NO)、制御部11は処理をステップS13に戻す。この場合、制御部11は再度境界条件を設定し(ステップS13)、水深分布データを生成する(ステップS14)。これにより、水深及び境界条件から成る訓練データが所定数生成される。 The control unit 11 determines whether or not the number of simulations has reached a predetermined number (step S16). When it is determined that the predetermined number of times has not been reached (S16: NO), the control unit 11 returns the process to step S13. In this case, the control unit 11 sets the boundary condition again (step S13) and generates the water depth distribution data (step S14). As a result, a predetermined number of training data consisting of water depth and boundary conditions are generated.
所定回数に達したと判定した場合(S16:YES)、制御部11は、一の訓練データから、観測点に対応する所定数の地点の水深を抽出する(ステップS17)。制御部11は、抽出した各地点の水深を推定モデル141に入力する(ステップS18)。制御部11は、推定モデル141から出力された境界条件と、訓練データにおける正解の境界条件とを比較して、推定モデル141のパラメータ(ニューロン間の重み等)を更新する(ステップS19)。
When it is determined that the predetermined number of times has been reached (S16: YES), the control unit 11 extracts the water depths of a predetermined number of points corresponding to the observation points from one training data (step S17). The control unit 11 inputs the water depth at each extracted point into the estimation model 141 (step S18). The control unit 11 compares the boundary conditions output from the
制御部11は、訓練データの学習が十分であるか否かを判定する(ステップS20)。学習が十分でないと判定した場合(S20:NO)、制御部11は処理をステップS17に戻す。この場合、制御部11は他の訓練データから所定数の地点の水深を抽出して推定モデル141に入力し、推定モデル141のパラメータを更新する。学習が十分であると判定した場合(S20:YES)、制御部11はサブルーチンを終了する。なお、学習が十分であるか否かは損失関数を用いて判定される。
The control unit 11 determines whether or not the training of the training data is sufficient (step S20). When it is determined that the learning is not sufficient (S20: NO), the control unit 11 returns the process to step S17. In this case, the control unit 11 extracts the water depths at a predetermined number of points from other training data, inputs them to the
図13は、ステップS3の「水深予測のサブルーチン」の処理手順を示すフローチャートである。
サーバ1の制御部11は、端末2から取得した所定数の観測点の水深を推定モデル141に入力する(ステップS31)。そして制御部11は、推定モデル141に基づき、単位区画に流出入する水流の境界条件を推定する(ステップS32)。
FIG. 13 is a flowchart showing a processing procedure of the “subroutine for predicting water depth” in step S3.
The control unit 11 of the
制御部11は、推定した境界条件と、ステップS12で標高を変換した地形データとに基づくシミュレーション計算を行い、単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する(ステップS33)。制御部11は、水深分布データが示す各地点の水深を補正する(ステップS34)。制御部11はサブルーチンを終了する。 The control unit 11 performs a simulation calculation based on the estimated boundary conditions and the topographical data whose altitude is converted in step S12, and generates water depth distribution data indicating the distribution of water depth in the unit section (step S33). The control unit 11 corrects the water depth at each point indicated by the water depth distribution data (step S34). The control unit 11 ends the subroutine.
なお、上記では推定モデル141への入力として水深のみを入力したが、観測時における降雨量など、その他のパラメータも入力に用いてもよい。
In the above, only the water depth is input as the input to the
以上より、本実施の形態1によれば、推定モデル141を用いて単位区画に流出入する水流の境界条件を推定することで、水深予測のシミュレーション精度を向上させることができる。
From the above, according to the first embodiment, the simulation accuracy of the water depth prediction can be improved by estimating the boundary conditions of the water flow flowing in and out of the unit section using the
また、本実施の形態1によれば、地物を含む第1地形データを取り扱う際に、計算領域の標高を十分に低い値に変換することでシミュレーションを好適に行うことができる。 Further, according to the first embodiment, when handling the first topographical data including the feature, the simulation can be preferably performed by converting the altitude of the calculation area to a sufficiently low value.
また、本実施の形態1によれば、シミュレーションで計算した計算領域の水深を元の標高に変換することで、地物領域の水深を好適に計算することができる。 Further, according to the first embodiment, the water depth of the feature region can be suitably calculated by converting the water depth of the calculation region calculated by the simulation into the original altitude.
また、本実施の形態1によれば、水深補正を行う地点が、地物領域に対応するか否かに応じて異なる重み係数を用いて各地点の水深(例えば周辺地点の水深との加重平均)を計算することで、地物を考慮した水深予測をより好適に行うことができる。 Further, according to the first embodiment, the water depth of each point (for example, the weighted average with the water depth of the surrounding points) is used by using different weighting factors depending on whether or not the point where the water depth correction is performed corresponds to the feature area. ), It is possible to more preferably predict the water depth in consideration of the features.
(実施の形態2)
本実施の形態では、地物を含む第1地形データと、地物を除去した第2地形データとを組み合わせて水深を予測する形態について述べる。なお、以下の各実施の形態において、実施の形態1と重複する内容については同一の符号を付して説明を省略する。
(Embodiment 2)
In the present embodiment, a mode for predicting the water depth by combining the first topographical data including the feature and the second topographical data from which the feature is removed will be described. In each of the following embodiments, the same reference numerals are given to the contents overlapping with the first embodiment, and the description thereof will be omitted.
図14は、実施の形態2に係る標高変換処理及び水深変換処理に関する説明図である。図14では、単位区画内の同一地点について、第1地形データに対応する断面図(左側)、第1地形データの地物領域の標高を変換した断面図(中央)、及び第2地形データに対応する断面図(右側)をそれぞれ図示している。図14に基づき、本実施の形態の概要を説明する。 FIG. 14 is an explanatory diagram relating to the altitude conversion process and the water depth conversion process according to the second embodiment. In FIG. 14, for the same point in the unit section, the cross-sectional view (left side) corresponding to the first topographical data, the cross-sectional view (center) obtained by converting the elevation of the feature area of the first topographical data, and the second topographical data. The corresponding cross-sectional views (right side) are shown respectively. An outline of the present embodiment will be described with reference to FIG.
本実施の形態でサーバ1は、地物を含む地表面の標高を示す第1地形データと、地物を除外した地表面の標高を示す第2地形データとを用いてシミュレーション計算を行う。例えばサーバ1は、第1地形データとしてDSMのデータを用い、第2地形データとしてDEMのデータを用いる。例えばサーバ1は、第1地形データに基づいてシミュレーション計算を行い、第2地形データに基づいて、水深を予測する。
In the present embodiment, the
サーバ1は実施の形態1と同様に、元の地物領域の標高に応じて地物領域の水深を変換する。ここでサーバ1は、第1地形データにおける地物領域の標高と、第2地形データにおける地物領域の標高との差分に基づき、地物領域の水深を変換する。
Similar to the first embodiment, the
第1地形データ及び第2地形データは、地物を除いた地表面の標高が同一であることが理想的であるが、実際には異なる場合がある。図14の例では、第1地形データよりも第2地形データがわずかに低くなっている。この状態で、単純に第2地形データから計算した水深を第1地形データが示す地物領域の標高で変換した場合、相対的なずれに起因して予測精度が低下する虞がある。 Ideally, the first topographical data and the second topographical data have the same elevation of the ground surface excluding the features, but they may actually be different. In the example of FIG. 14, the second terrain data is slightly lower than the first terrain data. In this state, if the water depth calculated from the second topographical data is simply converted by the altitude of the feature region indicated by the first topographical data, the prediction accuracy may decrease due to the relative deviation.
そこでサーバ1は、第1地形データ及び第2地形データの標高の差分に基づき、地物領域の水深を変換する。例えば図14に示すように、標高を変換した第1地形データにおける計算上の水深をh、標高変換後の第1地形データの標高をh0,DSM、第1地形データに
よる標高変換前の水深をhr,DSM、第1地形データの元の標高をch0,DSMとし、第2地形データにおける水深をhr,DEM、標高をch0,DEMとし、第1地形データ及び第2地形データの標高の差分をδhDEM,DSMとする。この場合、hr,DSM+ch0,DSM=hr,DEM+δhDEM,DSM+ch0,DEMの関係が成り立つため、hr,DEM=hr,DSM+ch0,DSM−ch0,DEM−δhDEM,DSMとなる。これにより、第1地形データ及び第2地形データの相対的な標高のず
れを考慮しつつ、両者を組み合わせて水深分布データを好適に生成することができる。
Therefore, the
図15は、実施の形態2に係る「モデル生成のサブルーチン」の処理手順を示すフローチャートである。なお、以下の説明では便宜上、サーバ1は第1地形データ及び第2地形データを端末2から取得済みであるものとして説明する。
サーバ1の制御部11は、第1地形データにおける計算領域の全領域の標高を変換し(ステップS201)、処理をステップS13に移行する。
FIG. 15 is a flowchart showing a processing procedure of the “model generation subroutine” according to the second embodiment. In the following description, for convenience, the
The control unit 11 of the
境界条件を設定した後(ステップS13)、制御部11は、設定した境界条件に基づき、ステップS201で変換後の第1地形データ、及び第2地形データを用いてシミュレーション計算を行い、水深分布データを生成する(ステップS202)。具体的には上述の如く、制御部11は第1地形データを用いてシミュレーション計算を行い、水深分布データを生成する。制御部11は、第1地形データを用いてシミュレーション計算した水深の予測値に対し、第2地形データを用いて水深の補正を行い水深分布データを生成する。 After setting the boundary conditions (step S13), the control unit 11 performs a simulation calculation using the first terrain data and the second terrain data converted in step S201 based on the set boundary conditions, and performs simulation calculation, and the water depth distribution data. Is generated (step S202). Specifically, as described above, the control unit 11 performs a simulation calculation using the first topographical data and generates water depth distribution data. The control unit 11 corrects the water depth using the second terrain data with respect to the predicted value of the water depth simulated and calculated using the first terrain data, and generates the water depth distribution data.
制御部11は、生成した水深分布データにおける地物領域の水深を、第1地形データにおける変換前の地物領域の標高と、第2地形データにおける地物領域の標高との差分に基づいて変換する(ステップS203)。具体的には上述の如く、制御部11は、第1地形データ及び第2地形データの標高の差分を加減して、最終的な地物領域の水深とする。制御部11は処理をステップS16に移行する。 The control unit 11 converts the water depth of the feature area in the generated water depth distribution data based on the difference between the altitude of the feature area before conversion in the first terrain data and the altitude of the feature area in the second terrain data. (Step S203). Specifically, as described above, the control unit 11 adjusts the difference in elevation between the first terrain data and the second terrain data to obtain the water depth of the final feature region. The control unit 11 shifts the process to step S16.
図16は、実施の形態2に係る「水深予測のサブルーチン」の処理手順を示すフローチャートである。推定モデル141に観測点の水深を入力して境界条件を推定した後(ステップS32)、サーバ1は以下の処理を実行する。
サーバ1の制御部11は、推定した境界条件に基づき、ステップS201で全領域の標高を変換した第1地形データ、及び第2地形データを用いて水深分布データを生成する(ステップS221)。具体的には学習時と同じく、制御部11は、第1地形データによるシミュレーションで計算した水深に対し、第2地形データを用いて水深を変換する。すなわち、制御部11は、地物領域の水深を、第1地形データにおける元の地物領域の標高と、第2地形データにおける地物領域の標高との差分に基づいて変換する(ステップS222)。制御部11はサブルーチンを終了する。
FIG. 16 is a flowchart showing a processing procedure of the “subroutine for predicting water depth” according to the second embodiment. After inputting the water depth of the observation point into the
Based on the estimated boundary conditions, the control unit 11 of the
以上より、本実施の形態2によれば、地物を含む地表面の標高を示す第1地形データと、地物を除く地表面の標高を示す第2地形データとを組み合わせて水深の予測を行うこともできる。 Based on the above, according to the second embodiment, the water depth is predicted by combining the first topographical data showing the elevation of the ground surface including the features and the second topographical data showing the elevation of the ground surface excluding the features. You can also do it.
また、本実施の形態2によれば、第1地形データ及び第2地形データの標高の差分に基づいて水深を変換することで、より正確に水深を予測することができる。 Further, according to the second embodiment, the water depth can be predicted more accurately by converting the water depth based on the difference in elevation between the first terrain data and the second terrain data.
(実施の形態3)
本実施の形態では、境界条件の推定を複数回行い、推定された各境界条件からシミュレーション計算を行う形態について説明する。
(Embodiment 3)
In the present embodiment, a mode in which the boundary conditions are estimated a plurality of times and the simulation calculation is performed from each of the estimated boundary conditions will be described.
図17は、実施の形態3の概要を示す説明図である。図17では、第1地点数(例えば5地点)の観測点のうち、異なる組み合わせで抽出された第2地点数(例えば3地点)の観測点の水深を推定モデル141に入力し、境界条件を複数回推定する様子を図示している。図17に基づき、本実施の形態の概要を説明する。
FIG. 17 is an explanatory diagram showing an outline of the third embodiment. In FIG. 17, among the observation points of the first number of points (for example, 5 points), the water depths of the observation points of the second points (for example, 3 points) extracted in different combinations are input to the
本実施の形態においてサーバ1は、端末2から第1地点数の観測点の水深を取得した場合、第1地点数よりも少ない第2地点数の水深を抽出し、推定モデル141に入力する。具体的には、サーバ1は、観測点の組み合わせが各々異なるように、複数パターンの第2地点数の水深を抽出する。例えば第1地点数が5地点、第2地点数が3地点である場合、10通りの組み合わせで第2地点数の水深を抽出する。
In the present embodiment, when the
例えばサーバ1は、学習時も同様に、シミュレーション計算で生成された訓練用の水深分布データから異なる組み合わせで第2地点数の水深を抽出し、各パターンの水深を学習させて複数の推定モデル141を生成しておく。サーバ1は、上記で抽出した各パターンの第2地点数の水深を、各々異なる推定モデル141に入力し、境界条件を推定する。
For example, during training, the
サーバ1は、各推定モデル141から出力された境界条件に基づき、水深分布データを生成する。具体的には、サーバ1は、各推定モデル141から出力された境界条件の平均値を算出し、当該平均値に基づくシミュレーション計算を行って水深分布データを生成する。
The
なお、本実施の形態では各推定モデル141から出力された境界条件の平均値を用いるものとするが、例えばサーバ1は、各推定モデル141から出力された境界条件をそのまま用いてシミュレーション計算を複数回実行し、水深分布データを複数生成してもよい。この場合、例えば各水深分布データの平均値を取って最終的な水深分布データとする。このように、サーバ1は複数の境界条件を推定し、推定した複数の境界条件を用いて水深分布データを生成可能であればよく、境界条件の平均値をシミュレーションに用いる構成は必須ではない。
In this embodiment, the average value of the boundary conditions output from each
図18は、実施の形態3に係る「モデル生成のサブルーチン」の処理手順を示すフローチャートである。ステップS16でYESの場合、サーバ1は以下の処理を実行する。
サーバ1の制御部11は、訓練データから、一の境界条件に対応する第1地点数の水深を抽出する(ステップS301)。さらに制御部11は、抽出した第1地点数の水深のうち、第2地点数の水深を抽出する(ステップS302)。制御部11は、抽出した第2地点数の水深を一の推定モデル141に入力する(ステップS303)。制御部11は、推定モデル141から出力された境界条件と、訓練データにおける正解の境界条件とを比較して、当該推定モデル141のパラメータを更新する(ステップS304)。
FIG. 18 is a flowchart showing a processing procedure of the “model generation subroutine” according to the third embodiment. If YES in step S16, the
The control unit 11 of the
制御部11は、ステップS301で抽出した第1地点数の水深について、全ての第2地点数のパターンを学習したか否か判定する(ステップS305)。学習していないパターンがあると判定した場合(S305:NO)、制御部11は処理をステップS302に戻す。この場合、制御部11は他の組み合わせで第2地点数の水深を抽出し(ステップS302)、抽出した第2地点数の水深を他の推定モデル141に入力して(ステップS303)、当該推定モデル141のパラメータを更新する(ステップS304)。
The control unit 11 determines whether or not all the patterns of the number of second points have been learned for the water depth of the number of first points extracted in step S301 (step S305). When it is determined that there is a pattern that has not been learned (S305: NO), the control unit 11 returns the process to step S302. In this case, the control unit 11 extracts the water depth of the second number of points by another combination (step S302), inputs the extracted water depth of the second point number into the other estimation model 141 (step S303), and performs the estimation. The parameters of the
全ての第2地点数のパターンを学習したと判定した場合(S305:YES)、サーバ1は、訓練データの学習が十分であるか否かを判定する(ステップS306)。学習が十分でないと判定した場合(S306:NO)、制御部11は処理をステップS301に戻す。この場合、制御部11は訓練データを変更してステップS301〜S305の処理を実行し、複数の推定モデル141を生成する。訓練データの学習が十分であると判定した場合(S306:YES)、制御部11は一連の処理を終了する。
When it is determined that the patterns of all the second points have been learned (S305: YES), the
図19は、実施の形態3に係る「水深予測のサブルーチン」の処理手順を示すフローチャートである。なお、説明の便宜上、サーバ1は、第1地点数の観測点の水深と、予測対象とする単位区画の地形データとを取得済みであるものとして説明する。
サーバ1の制御部11は、第1地点数の水深のうち、第2地点数の水深を抽出して推定モデル141に入力する(ステップS321)。そして制御部11は、予測対象の単位区画の境界条件を推定する(ステップS322)。
FIG. 19 is a flowchart showing a processing procedure of the “subroutine for predicting water depth” according to the third embodiment. For convenience of explanation, it is assumed that the
The control unit 11 of the
制御部11は、全ての第2地点数のパターンで境界条件を推定したか否かを判定する(ステップS323)。境界条件を推定していないパターンがあると判定した場合(S323:NO)、制御部11は処理をステップS321に戻す。この場合、制御部11は他の組み合わせで第2地点数の水深を抽出する。そして制御部11は、抽出した水深を異なる推定モデル141に入力して境界条件を推定する。
The control unit 11 determines whether or not the boundary conditions have been estimated for all the patterns of the number of second points (step S323). When it is determined that there is a pattern for which the boundary condition has not been estimated (S323: NO), the control unit 11 returns the process to step S321. In this case, the control unit 11 extracts the water depth of the second point number by another combination. Then, the control unit 11 inputs the extracted water depth into a
全てのパターンで境界条件を推定したと判定した場合(S323:YES)、制御部11は、推定した複数の境界条件の平均値を算出する(ステップS324)。制御部11は、算出した境界条件の平均値と、取得済みの地形データとに基づくシミュレーション計算を行い、水深分布データを生成する(ステップS325)。そして、制御部11は処理をステップS36に移行する。 When it is determined that the boundary conditions have been estimated for all the patterns (S323: YES), the control unit 11 calculates the average value of the estimated plurality of boundary conditions (step S324). The control unit 11 performs simulation calculation based on the calculated average value of the boundary conditions and the acquired topographical data, and generates water depth distribution data (step S325). Then, the control unit 11 shifts the process to step S36.
以上より、本実施の形態3によれば、境界条件を複数回推定し、シミュレーションに用いるようにすることで、予測精度を高めることができる。 From the above, according to the third embodiment, the prediction accuracy can be improved by estimating the boundary conditions a plurality of times and using them in the simulation.
(実施の形態4)
本実施の形態では、ベイズ最適化の手法を用いて水深分布データを生成する。
図20はベイズ最適化の概念を説明するための模式図である。図20の横軸は境界条件である流速UBCを示しており、縦軸は損失関数(最小化したい関数)Lを示している。ここでの損失関数Lは、横軸の境界条件に基づいてシミュレーション計算された水深の値と、観測された水深の値との差分から算出される。また、図20の黒丸B1〜B3は初期に計算する点(任意)を意味しており、実線J1がガウス過程による回帰での平均の値であり、点線J2がその標準偏差を示している。
(Embodiment 4)
In this embodiment, water depth distribution data is generated using a Bayesian optimization method.
FIG. 20 is a schematic diagram for explaining the concept of Bayesian optimization. The horizontal axis of FIG. 20 shows the flow velocity UBC which is a boundary condition, and the vertical axis shows the loss function (function to be minimized) L. The loss function L here is calculated from the difference between the water depth value simulated and calculated based on the boundary conditions on the horizontal axis and the observed water depth value. The black circles B1 to B3 in FIG. 20 mean the points (arbitrary) to be calculated at the initial stage, the solid line J1 is the average value in the regression by the Gaussian process, and the dotted line J2 shows the standard deviation.
本実施形態に係るサーバ1は、計算領域に対応する地表面を一定の単位で区分した単位区画内の観測点で観測された水深を取得する。そして、この水深の値と、所定の境界条件でシミュレーション計算して得られた水深の値との二乗誤差の総和を計算し、損失関数Lの値として算出する。
The
次に、サーバ1は、ベイズ最適化を実行可能なモデルを用い、ガウス過程により平均・分散(標準偏差)を計算し、獲得関数を最大化する点C1〜Cnを選択しながら損失関数Lの最小値Dを探索する。これにより、サーバ1は、探索された最小値Dに対応する境界条件を推定する。換言すると、サーバ1は、観測点の水深を入力した場合に、単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力するモデルに、取得した観測点の水深を入力して単位区画の境界条件を推定する。
Next, the
そして、サーバ1は、推定した境界条件を上述した浅水方程式に適用して、単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する。
Then, the
以上より、本実施の形態4によれば、ベイズ最適化を実行可能なモデルを用いて単位区画に流出入する水流の境界条件を推定することで、水深予測のシミュレーション精度を向上させることができる。 From the above, according to the fourth embodiment, the simulation accuracy of the water depth prediction can be improved by estimating the boundary conditions of the water flow flowing in and out of the unit section using a model capable of executing Bayesian optimization. ..
なお、上記説明では、境界条件のみの1変数を推定しているが、複数変数を推定することも可能である。 In the above description, one variable with only the boundary conditions is estimated, but it is also possible to estimate a plurality of variables.
なお、本実施の形態4においても、浅水方程式には、単位区画内の標高を示す地形データが反映されている。したがって、実施の形態1〜3で説明した水深変換及び水深補正の議論が成立する。 Also in the fourth embodiment, the shallow water equation reflects the topographical data indicating the altitude in the unit section. Therefore, the discussion of water depth conversion and water depth correction described in the first to third embodiments is established.
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した意味ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiments disclosed this time should be considered to be exemplary in all respects and not restrictive. The scope of the present invention is indicated by the scope of claims, not the above-mentioned meaning, and is intended to include all modifications within the meaning and scope equivalent to the scope of claims.
1 サーバ(情報処理装置)
11 制御部
12 主記憶部
13 通信部
14 補助記憶部
141 推定モデル
2 端末
P プログラム
1 Server (information processing device)
11
Claims (16)
前記観測点の水深を入力した場合に、前記単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力するモデルに、取得した前記観測点の水深を入力して前記単位区画の境界条件を推定し、
推定した前記境界条件を所定の演算式に適用して、前記単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する
処理をコンピュータが実行する情報処理方法。 Obtain the water depth observed at the observation points in the unit section where the ground surface corresponding to the calculation area is divided into fixed units.
When the water depth of the observation point is input, the boundary condition of the unit section is estimated by inputting the acquired water depth of the observation point into the model that outputs the boundary condition regarding the water flow flowing in and out of the unit section.
An information processing method in which a computer executes a process of applying the estimated boundary conditions to a predetermined arithmetic expression to generate water depth distribution data indicating the water depth distribution in the unit section.
請求項1に記載の情報処理方法。 The calculation formula reflects topographical data indicating the altitude within the unit section.
The information processing method according to claim 1.
前記第1地形データは、前記計算領域における前記地物が水深を超えないように変換され、変換後の前記第1地形データが反映された前記演算式を用いて前記水深分布データを生成する
請求項2に記載の情報処理方法。 The topographical data includes first topographical data indicating the elevation of the ground surface including the feature.
The first terrain data is converted so that the feature in the calculation area does not exceed the water depth, and the water depth distribution data is generated by using the calculation formula that reflects the converted first terrain data. Item 2. The information processing method according to item 2.
請求項3に記載の情報処理方法。 The information processing method according to claim 3, wherein the water depth distribution data is converted according to the altitude of the ground surface before conversion.
請求項3又は4のいずれか1項に記載の情報処理方法。 The method according to any one of claims 3 or 4, wherein the water depth at each point in the water depth distribution data is corrected by using different weighting factors depending on whether or not the point corresponds to the area corresponding to the feature. Information processing method.
前記水深分布データを前記第2地形データに基づいて補正する
請求項3から5のいずれか1項に記載の情報処理方法。 The terrain data further includes a second terrain data indicating the elevation of the ground surface excluding features.
The information processing method according to any one of claims 3 to 5, wherein the water depth distribution data is corrected based on the second topographical data.
前記第1地点数の水深から、異なる組み合わせで第2地点数の水深を複数パターン抽出し、
各パターンの前記第2地点数の水深を前記モデルに入力して、複数の前記境界条件を推定し、
前記複数の境界条件に基づき、前記水深分布データを生成する
請求項1から6のいずれか1項に記載の情報処理方法。 Obtain the water depth of the observation point of the first point,
From the water depth of the first point, a plurality of patterns of the water depth of the second point are extracted in different combinations.
The water depth of the second point number of each pattern is input to the model, and a plurality of the boundary conditions are estimated.
The information processing method according to any one of claims 1 to 6, which generates the water depth distribution data based on the plurality of boundary conditions.
算出した前記平均値に基づいて前記水深分布データを生成する
請求項7に記載の情報処理方法。 Calculate the average value of the plurality of boundary conditions
The information processing method according to claim 7, wherein the water depth distribution data is generated based on the calculated average value.
請求項7又は8に記載の情報処理方法。 Of the water depths of the first number of points in the unit section, the water depths of the second number of points of each pattern are input to the plurality of models to estimate the plurality of boundary conditions. The information processing method according to 8.
請求項1から9のいずれか1項に記載の情報処理方法。 The model is realized by neural network, polynomial regression, or Bayesian optimization.
The information processing method according to any one of claims 1 to 9.
請求項1から10のいずれか1項に記載の情報処理方法。 The arithmetic expression is a shallow water equation.
The information processing method according to any one of claims 1 to 10.
前記観測点の水深を入力した場合に、前記単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力するモデルに、取得した前記観測点の水深を入力して前記単位区画の境界条件を推定し、
推定した前記境界条件を所定の演算式に適用して、前記単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する
処理をコンピュータに実行させるプログラム。 Obtain the water depth observed at the observation points in the unit section where the ground surface corresponding to the calculation area is divided into fixed units.
When the water depth of the observation point is input, the boundary condition of the unit section is estimated by inputting the acquired water depth of the observation point into the model that outputs the boundary condition regarding the water flow flowing in and out of the unit section.
A program that causes a computer to execute a process of applying the estimated boundary conditions to a predetermined arithmetic expression to generate water depth distribution data indicating the water depth distribution in the unit section.
前記観測点の水深を入力した場合に、前記単位区画に流出入する水流に関する境界条件を出力するモデルに、取得した前記観測点の水深を入力して前記単位区画の境界条件を推定する推定部と
推定した前記境界条件を所定の演算式に適用して、前記単位区画内の水深の分布を示す水深分布データを生成する生成部と
を備える情報処理装置。 An acquisition unit that acquires the water depth observed at the observation points in the unit section that divides the ground surface corresponding to the calculation area into fixed units, and
An estimation unit that estimates the boundary conditions of the unit section by inputting the acquired water depth of the observation point into a model that outputs the boundary conditions related to the water flow flowing in and out of the unit section when the water depth of the observation point is input. An information processing device including a generation unit that applies the boundary conditions estimated to be, to a predetermined calculation formula, and generates water depth distribution data indicating the water depth distribution in the unit section.
前記訓練データに基づき、単位区画内の観測点で観測された水深を入力した場合に該単位区画の境界条件を出力するモデルを生成する
処理をコンピュータが実行するモデル生成方法。 The training data including the water depth at the point in the unit section in which the ground surface corresponding to the calculation area is divided into fixed units and the boundary condition regarding the water flow flowing in and out of the unit section is acquired.
A model generation method in which a computer executes a process of generating a model that outputs a boundary condition of the unit section when the water depth observed at an observation point in the unit section is input based on the training data.
前記地形データに対応する前記単位区画の境界条件を設定し、
前記地形データ及び境界条件に基づき前記単位区画内の水深を予測するシミュレーションを行って前記訓練データを生成し、
生成した前記訓練データに基づいて前記モデルを生成する
請求項14に記載のモデル生成方法。 Obtain topographical data indicating the altitude within the unit section,
Set the boundary conditions of the unit section corresponding to the terrain data,
The training data is generated by performing a simulation for predicting the water depth in the unit section based on the topographical data and the boundary conditions.
The model generation method according to claim 14, wherein the model is generated based on the generated training data.
生成した前記水深分布データから、所定数の地点の水深を抽出し、
抽出した各地点の水深と、前記境界条件とを前記訓練データとして前記モデルを生成する
請求項15に記載のモデル生成方法。 By applying the topographical data and boundary conditions to a predetermined calculation formula, water depth distribution data showing the distribution of water depth within the unit section is generated.
From the generated water depth distribution data, the water depths at a predetermined number of points are extracted.
The model generation method according to claim 15, wherein the model is generated using the extracted water depth at each point and the boundary conditions as the training data.
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