JP6988504B2 - Data creation device, data creation method and program - Google Patents
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本発明は、データ作成装置、データ作成方法及びプログラムに関する。
The present invention relates to a data creation device, on the data How to Create Ho及beauty program.
センサ技術の発展により、交通量等の道路情報を容易に収集することが可能となった。しかしながら、プライバシの問題やセンサの配置の問題等のため、道路を通行する各個人がどのような経路で移動したかを記録することが困難な場合がある。 With the development of sensor technology, it has become possible to easily collect road information such as traffic volume. However, it may be difficult to record the route of each individual traveling on the road due to privacy issues, sensor placement issues, and the like.
これに対して、道路情報から経路別の人数(以降、「経路別人数」とも表す。)を推定する方法が提案されている。例えば、経路別人数を推定するための種々のモデル(以降、「経路別人数推定モデル」とも表す。)が提案されている。また、例えば、経路と道路との対応から最適化問題を解くことにより、経路別人数を推定する手法が提案されている(例えば非特許文献1参照)。 On the other hand, a method of estimating the number of people by route (hereinafter, also referred to as "number of people by route") from road information has been proposed. For example, various models for estimating the number of people by route (hereinafter, also referred to as "number estimation model by route") have been proposed. Further, for example, a method of estimating the number of people by route by solving an optimization problem from the correspondence between a route and a road has been proposed (see, for example, Non-Patent Document 1).
しかしながら、従来の経路別人数推定モデルでは、経路別人数や道路情報等のデータを用いずに、パラメータの推定を行っていた。このため、このパラメータを設定した経路別推定モデルにより推定した経路別人数の推定精度が高くない場合があった。 However, in the conventional model for estimating the number of people by route, the parameters are estimated without using data such as the number of people by route and road information. Therefore, the estimation accuracy of the number of people for each route estimated by the estimation model for each route with this parameter set may not be high.
また、経路と道路との対応から最適化問題を解く場合には、例えば、道路同士の繋がり(接続関係)等の情報を活用することができず、経路別人数の推定精度が高くないことがあった。 In addition, when solving an optimization problem from the correspondence between a route and a road, for example, information such as the connection between roads (connection relationship) cannot be utilized, and the estimation accuracy of the number of people for each route is not high. there were.
本発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、道路情報を用いて、経路別人数を高い精度で推定することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to estimate the number of people for each route with high accuracy by using road information.
そこで、本発明の一実施形態に係るデータ作成装置は、道路の構造を表す道路構造と、前記道路構造毎の経路別の人数を表す経路別人数とが作成又は取得されると、前記経路別人数毎の道路の状況を表す道路状況と、前記経路と前記経路別の人数を観測する観測地点とを対応付けた経路観測対応行列と、前記経路別人数とが少なくとも含まれる道路経路データを作成するデータ作成手段、を有することを特徴とする。 Therefore, in the data creation device according to the embodiment of the present invention, when the road structure representing the road structure and the number of people by route representing the number of people by route for each road structure are created or acquired, the data creation device is created or acquired for each route. Create road route data that includes at least the road conditions that represent the road conditions for each number of people, the route observation correspondence matrix that associates the route with the observation points that observe the number of people for each route, and the number of people for each route. It is characterized by having a means for creating data.
また、本発明の一実施形態に係るパラメータ推定装置は、経路と経路別の人数を観測する観測地点とを対応付けた経路観測対応行列と、道路の状況を表す道路状況とが少なくとも入力されると、前記経路別の人数を表す経路別人数を出力するモデルのパラメータを推定するパラメータ推定装置であって、学習データに含まれる道路状況及び経路観測対応行列を前記モデルに入力することで出力される第1の経路別人数と、前記学習データに含まれる第2の経路別人数との誤差を最小化するように前記パラメータを推定するパラメータ推定手段、を有することを特徴とする。 Further, in the parameter estimation device according to the embodiment of the present invention, at least a route observation correspondence matrix in which a route and an observation point for observing the number of people for each route are associated with each other and a road condition representing the road condition are input. It is a parameter estimation device that estimates the parameters of the model that outputs the number of people for each route, which represents the number of people for each route, and is output by inputting the road conditions and the route observation correspondence matrix included in the learning data into the model. It is characterized by having a parameter estimation means for estimating the parameter so as to minimize an error between the first number of people for each route and the second number of people for each route included in the learning data.
更に、本発明の一実施形態に係る経路別人数推定装置は、経路と経路別の人数を観測する観測地点とを対応付けた経路観測対応行列と、道路の状況を表す道路状況とが少なくとも入力されると、前記経路別の人数を表す経路別人数を出力するモデルにより前記経路別人数を推定する経路別人数推定装置であって、前記パラメータ推定装置におけるパラメータ推定手段により推定されたパラメータを設定した前記モデルに対して、前記経路観測対応行列と前記道路状況とを少なくとも入力して、前記経路別人数を推定する経路別人数推定手段、を有することを特徴とする。 Further, in the route-based number estimation device according to the embodiment of the present invention, at least a route observation correspondence matrix in which a route and an observation point for observing the number of people in each route are associated with each other and a road condition representing a road condition are input. Then, the number of people for each route is estimated by a model that outputs the number of people for each route, and the parameters estimated by the parameter estimation means in the parameter estimation device are set. It is characterized by having a route-specific number estimation means for estimating the route-specific number of people by inputting at least the route observation correspondence matrix and the road condition to the model.
道路情報を用いて、経路別人数を高い精度で推定することができる。 The number of people by route can be estimated with high accuracy using road information.
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。本発明の実施の形態では、道路情報から経路別人数を推定する経路別人数推定装置10について説明する。なお、経路別人数は、経路別の人(例えば歩行者等)の数に限られず、任意のグラフを移動する任意の移動体の数又は量であっても良い。グラフは、道路に限られず、例えば、屋内の通路、通信ネットワーク等であっても良い。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the embodiment of the present invention, the route-specific
具体的には、経路別人数として、経路別の人の数以外にも、例えば、経路別の車の数、経路別の自転車の数等であっても良い。また、グラフとして通信ネットワークを対象とした場合は、経路別人数としては、例えば、通信ネットワークにおける経路別の情報(データ)の量等であっても良い。 Specifically, the number of people for each route may be, for example, the number of cars for each route, the number of bicycles for each route, or the like, in addition to the number of people for each route. When the communication network is targeted as a graph, the number of people for each route may be, for example, the amount of information (data) for each route in the communication network.
<経路別人数推定装置10の機能構成>
まず、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10の機能構成について、図1を参照しながら説明する。図1は、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10の機能構成の一例を示す図である。
<Functional configuration of the number of
First, the functional configuration of the route-based
図1に示すように、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10は、データ作成部110と、パラメータ推定部120と、経路別人数推定部130とを有する。これら各機能部は、経路別人数推定装置10にインストールされた1以上のプログラムがCPU(Central Processing Unit)等に実行させる処理により実現される。なお、これらの各機能部は1つのプログラムが実行する処理により実現されていても良いし、異なるプログラムがそれぞれ実行する処理により実現されていても良い。
As shown in FIG. 1, the route-based
また、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10は、記憶部140を有する。記憶部140は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)やSSD(Solid State Drive)等の補助記憶装置を用いて実現可能である。なお、記憶部140は、経路別人数推定装置10とネットワークを介して接続される記憶装置等を用いて実現されていても良い。
Further, the route-based
データ作成部110は、シミュレーションにより、経路毎の人数と、そのときの道路情報とに関するデータ(このデータを「道路経路データ」と表す。)を作成する。データ作成部110には、道路構造作成部111と、経路別人数作成部112と、道路状況作成部113と、道路経路データ作成部114とが含まれる。なお、シミュレーションに用いるシミュレータとしては、任意の交通量シミュレータを用いることができる。
The data creation unit 110 creates data (this data is referred to as "road route data") regarding the number of people for each route and the road information at that time by simulation. The data creation unit 110 includes a road
道路構造作成部111は、N個の道路構造Gnの集合
The road
道路構造Gnとは、例えば、道路同士の繋がり、幅、傾斜等の道路の構造を表す情報である。道路構造Gnは、実世界の道路をセンサ等で観測することで得られた情報であっても良いし、シミュレータ等により生成した情報であっても良い。道路構造Gnは、例えば、グラフで表現することができ、ノードが道路、エッジが道路同士の接続を表す。 The road structure Gn is, for example, information representing the structure of the road such as the connection between the roads, the width, and the slope. The road structure Gn may be information obtained by observing a road in the real world with a sensor or the like, or may be information generated by a simulator or the like. The road structure Gn can be represented by a graph, for example, where a node represents a road and an edge represents a connection between roads.
経路別人数作成部112は、各道路構造Gn毎に、Mn個の経路別人数Ynmの集合
The route-specific
道路状況作成部113は、シミュレーションにより、各経路別人数Ynm毎に対応する道路状況Xnmの集合(以降、「道路状況集合」と表す。)を作成する。道路状況Xnmとは、或る時間帯における各道路に含まれる人数、或る場所の通過人数、各道路の平均移動速度等の移動体の情報を表すものである。
The road
例えば、道路状況Xnmとして、各時刻で各地点(観測地点)を通過する人数 For example, assuming that the road condition is X nm , the number of people passing through each point (observation point) at each time.
道路経路データ作成部114は、各道路構造Gnと、各経路観測対応行列Anmと、各経路別人数Ynmと、各道路状況Xnmとをまとめた道路経路データ
The road route
なお、以降では、道路構造Gnと、経路観測対応行列Anmと、道路状況Xnmとが含まれる情報を「道路情報」とも表す。したがって、道路経路データとは、道路情報と、各経路別人数Ynmとをまとめたデータであると言うことができる。 Hereinafter, the information including the road structure Gn , the route observation correspondence matrix A nm, and the road condition X nm is also referred to as “road information”. Therefore, it can be said that the road route data is data that summarizes the road information and the number of people Y nm for each route.
ただし、道路情報は、道路構造Gnが含まれずに、経路観測対応行列Anmと、道路状況Xnmとが含まれる情報であっても良い。 However, the road information may be information that does not include the road structure Gn but includes the route observation correspondence matrix A nm and the road condition X nm .
道路経路データ作成部114により作成された道路経路データは、記憶部140に格納される。この道路経路データが経路別人数推定モデルのパラメータ推定に用いられる学習データである。
The road route data created by the road route
なお、各道路構造Gn及び各経路別人数Ynmの少なくとも一方について、必ずしもデータ作成部110が作成する必要はなく、例えば、実世界をセンサ等で観測することで得られるデータが外部から入力されても良い。すなわち、道路構造作成部111は、外部から入力された各道路構造Gnを取得しても良い。同様に、経路別人数作成部112は、外部から入力された各経路別人数Ynmを取得しても良い。
The data creation unit 110 does not necessarily have to create at least one of each road structure Gn and the number of people Y nm for each route. For example, data obtained by observing the real world with a sensor or the like is input from the outside. May be done. That is, the road
パラメータ推定部120は、記憶部140に格納されている道路経路データを用いて、経路別人数推定モデルのパラメータを推定する。パラメータ推定部120は、道路情報が与えられたときに、経路別人数をより正確に推定できるように、経路別人数推定モデルのパラメータを推定する。経路別人数推定モデルとしては、例えば、グラフ畳み込みニューラルネットワークを用いることができる。ただし、これに限られず、道路情報が与えられたときに経路別人数を推定及び出力することができるモデルであれば、例えば、ニューラルネットワーク、サポートベクターマシン、ガウス過程等の任意のモデルを経路別人数推定モデルとして用いることができる。
The
グラフ畳み込みニューラルネットワークの場合、各経路及び各観測地点のそれぞれに隠れ層があるとする。観測地点iのl層目の隠れ層 In the case of a graph convolutional neural network, it is assumed that each path and each observation point has a hidden layer. Hidden layer of the lth layer of observation point i
また、経路kのl層目の隠れ層 In addition, the hidden layer of the lth layer of the path k
経路kの最終隠れ層(すなわち、L層目の隠れ層)の大きさを1とし、その最終隠れ層の値 The size of the final hidden layer of the path k (that is, the hidden layer of the Lth layer) is set to 1, and the value of the final hidden layer is set to 1.
パラメータ推定部120により推定されたパラメータは、記憶部140に格納される。
The parameters estimated by the
なお、経路別人数推定モデルは、道路構造Gnと経路観測対応行列Anmと道路状況Xnmとの3つの情報を用いるモデルだけでなく、例えば、道路構造Gnを用いずに、経路観測対応行列Anmと道路状況Xnmとの2つの情報を用いるモデルであっても良い。例えば、経路観測対応行列Anmと道路状況Xnmとの2つの情報を用いるグラフ畳み込みニューラルネットワークの場合、上記の式1の代わりに、以下の式4を用いれば良い。 The model for estimating the number of people by route is not limited to a model that uses three types of information: road structure G n , route observation correspondence matrix A nm, and road condition X nm, but for example, route observation without using road structure G n. It may be a model using two pieces of information, the corresponding matrix A nm and the road condition X nm. For example, in the case of a graph convolutional neural network that uses two pieces of information, the path observation correspondence matrix A nm and the road condition X nm , the following equation 4 may be used instead of the above equation 1.
なお、道路構造Gnを用いずに、経路観測対応行列Anmと道路状況Xnmとの2つの情報を用いて経路別人数推定モデルのパラメータを推定した場合、道路情報に含まれる経路観測対応行列A*と道路状況X*とを、当該パラメータを設定した経路別人数推定モデルに入力することで、経路別人数を出力として得れば良い。 When the parameters of the number estimation model for each route are estimated using the two information of the route observation correspondence matrix A nm and the road condition X nm without using the road structure Gn, the route observation correspondence included in the road information is estimated. By inputting the matrix A * and the road condition X * into the route-specific number estimation model in which the parameters are set, the route-specific number of people may be obtained as an output.
経路別人数推定部130により推定された経路別人数は、所定の出力先に出力される。所定の出力先としては、ディスプレイ等の表示装置であっても良いし、記憶部140や外部記録媒体等であっても良いし、ネットワークを介して接続される他の装置等であっても良い。
The number of people by route estimated by the number of
なお、図1に示す例では、データ作成部110と、パラメータ推定部120と、経路別人数推定部130とを1台の装置(経路別人数推定装置10)が有する場合について説明したが、これに限られない。データ作成部110と、パラメータ推定部120と、経路別人数推定部130とは、複数台の装置に分散されていても良い。例えば、本発明の実施の形態は、例えば、データ作成部110を有するデータ作成装置と、パラメータ推定部120を有するパラメータ推定装置と、経路別人数推定部130を有する経路別人数推定装置とで実現されても良い。
In the example shown in FIG. 1, a case where one device (route-specific number estimation device 10) has a data creation unit 110, a
<経路別人数推定装置10が実行する処理>
次に、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10が実行する処理の流れについて、図2を参照しながら説明する。図2は、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
<Process executed by the
Next, the flow of processing executed by the route-based
ステップS101:データ作成部110は、道路経路データを作成する。すなわち、データ作成部110は、道路構造作成部111による各道路構造Gnを作成又は取得と、経路別人数作成部112による各経路別人数Ynmの作成又は取得と、道路状況作成部113による各道路状況Xnmの作成とを行う。そして、データ作成部は、道路経路データ作成部114による道路経路データの作成を行って、作成された道路経路データを記憶部140に格納する。
Step S101: The data creation unit 110 creates road route data. That is, the data creation unit 110 creates or acquires each road structure Gn by the road structure creation unit 111, creates or acquires the number Y nm for each route by the route-specific
ステップS102:次に、パラメータ推定部120は、記憶部140に格納されている道路経路データを用いて、経路別人数推定モデルのパラメータを推定する。すなわち、パラメータ推定部120は、道路経路データに含まれる道路情報を用いた経路別人数推定モデルの出力と、道路経路データに含まれる経路別人数との誤差を最小化させるパラメータを推定する。そして、パラメータ推定部120は、推定したパラメータを記憶部140に格納する。
Step S102: Next, the
ステップS103:次に、経路別人数推定部130は、記憶部140に格納されているパラメータを設定した経路別人数推定モデルと、道路情報とを用いて、経路別人数を推定する。
Step S103: Next, the route-specific
すなわち、例えば、経路別人数推定部130は、道路情報に含まれる道路構造G*と経路観測対応行列A*と道路状況X*とを、当該パラメータを設定した経路別人数推定モデルに入力することで、経路別人数を推定する。又は、道路構造Gnを用いずに、経路観測対応行列Anmと道路状況Xnmとの2つの情報を用いて経路別人数推定モデルのパラメータを推定した場合は、経路別人数推定部130は、道路情報に含まれる経路観測対応行列A*と道路状況X*とを、当該パラメータを設定した経路別人数推定モデルに入力することで、経路別人数を推定する。
That is, for example, the route-specific
以上により、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10は、シミュレーションにより、経路別人数と、そのときの道路情報とに関するデータ(道路経路データ)を作成する。そして、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10は、この道路経路データを用いて、経路別人数推定モデルのパラメータを推定する。これにより、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10では、このパラメータを設定した経路別人数推定モデルに道路情報を入力することで、経路別人数を高い精度で推定することができるようになる。
As described above, the route-specific
<本発明と従来技術との比較例>
ここで、本発明と従来技術との比較例について説明する。本発明と従来技術とを比較するために、次のような実験を行った。すなわち、まず、日本の鉄道駅周辺の道路に基づいて、700個の道路構造を作成した。各道路構造において、周辺のランダムないくつかの場所から駅へ向かう歩行者と、駅からランダムないくつかの場所へ向かう歩行者との合計10万人を1時間シミュレーションした。次に、700個の道路構造においてそれぞれ1つの経路観測行列と道路状況とを含む経路道路データを学習データとして経路別人数推定モデルのパラメータを推定した。
<Comparative example of the present invention with the prior art>
Here, a comparative example between the present invention and the prior art will be described. In order to compare the present invention with the prior art, the following experiments were conducted. That is, first, 700 road structures were created based on the roads around Japanese railway stations. In each road structure, a total of 100,000 people, including pedestrians heading to the station from some random places around the station and pedestrians heading to some random places from the station, were simulated for one hour. Next, the parameters of the number-of-routes estimation model for each route were estimated using the route road data including one route observation matrix and road conditions in each of the 700 road structures as learning data.
そして、学習データとは異なる70個の道路構造のデータを検証データ、学習データ及び検証データとは異なる70個の道路構造のデータをテストデータとした。経路別人数推定モデルとしては、隠れ層の数が3、各隠れ層のサイズが5のグラフ畳み込みニューラルネットワークを用いて、初期値を変え5回学習し、検証データで最も絶対値誤差が低いものを採用した。一方で、従来技術としては、非特許文献1で提案されている手法を用いた。 Then, 70 road structure data different from the training data were used as verification data, and 70 road structure data different from the training data and the verification data were used as test data. As a model for estimating the number of people by route, a graph convolutional neural network with 3 hidden layers and 5 hidden layers is used, and learning is performed 5 times by changing the initial value, and the absolute value error is the lowest in the verification data. It was adopted. On the other hand, as the prior art, the method proposed in Non-Patent Document 1 was used.
また、本発明及び従来技術の評価尺度としては、以下の式5に示す正規化絶対値誤差を用いた。 Further, as the evaluation scale of the present invention and the prior art, the normalized absolute value error shown in the following equation 5 was used.
<経路別人数推定装置10のハードウェア構成>
最後に、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10のハードウェア構成について、図3を参照しながら説明する。図3は、本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10のハードウェア構成の一例を示す図である。
<Hardware configuration of the number of
Finally, the hardware configuration of the route-based
図3に示す経路別人数推定装置10は、入力装置201と、表示装置202と、外部I/F203と、RAM(Random Access Memory)204と、ROM(Read Only Memory)205と、CPU206と、通信I/F207と、補助記憶装置208とを有する。これら各ハードウェアは、それぞれがバスBを介して通信可能に接続されている。
The route-based
入力装置201は、例えばキーボードやマウス、タッチパネル等であり、ユーザが各種操作を入力するのに用いられる。表示装置202は、例えばディスプレイ等であり、経路別人数推定装置10の処理結果を表示する。なお、経路別人数推定装置10は、入力装置201及び表示装置202の少なくとも一方を有していなくても良い。
The
外部I/F203は、外部装置とのインタフェースである。外部装置には、記録媒体203a等がある。経路別人数推定装置10は、外部I/F203を介して、記録媒体203a等の読み取りや書き込みを行うことができる。記録媒体203aには、経路別人数推定装置10が有する各機能を実現するプログラム等が記録されていても良い。
The external I /
記録媒体203aには、例えば、フレキシブルディスク、CD(Compact Disc)、DVD(Digital Versatile Disk)、SDメモリカード(Secure Digital memory card)、USB(Universal Serial Bus)メモリカード等がある。
The
RAM204は、プログラムやデータを一時保持する揮発性の半導体メモリである。ROM205は、電源を切ってもプログラムやデータを保持することができる不揮発性の半導体メモリである。ROM205には、例えば、OS(Operating System)設定やネットワーク設定等が格納されている。
The
CPU206は、ROM205や補助記憶装置208等からプログラムやデータをRAM204上に読み出して処理を実行する演算装置である。
The
通信I/F207は、経路別人数推定装置10を通信ネットワークに接続するためのインタフェースである。経路別人数推定装置10が有する各機能を実現するプログラムは、通信I/F207を介して、所定のサーバ装置等から取得(ダウンロード)されても良い。
The communication I /
補助記憶装置208は、例えばHDDやSSD等であり、プログラムやデータを格納している不揮発性の記憶装置である。補助記憶装置208に格納されているプログラムやデータには、例えば、OS、当該OS上において各種機能を実現するアプリケーションプログラム、経路別人数推定装置10が有する各機能を実現するプログラム等がある。
The
本発明の実施の形態における経路別人数推定装置10は、図3に示すハードウェア構成を有することにより、上述した各種処理を実現することができる。
The route-based
本発明は、具体的に開示された上記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲から逸脱することなく、種々の変形や変更が可能である。 The present invention is not limited to the above-described embodiment disclosed specifically, and various modifications and modifications can be made without departing from the scope of claims.
10 経路別人数推定装置
110 データ作成部
111 道路構造作成部
112 経路別人数作成部
113 道路状況作成部
114 道路経路データ作成部
120 パラメータ推定部
130 経路別人数推定部
140 記憶部
10 Number of people estimation device by route 110
Claims (3)
を有することを特徴とするデータ作成装置。 At least N road structures G n (n = 1, ..., N) expressing the connection relationship between roads in a graph structure and the number of people by route representing the number of people for each road structure G n Y nm (m = 1, ···, M n) when a is created or acquired, the road structure G n and, road conditions X representing the number of passing people said each path-specific number Y nm at each observation point on the road nm and the a path observation corresponding matrix a nm representing the whether or observation point is included in the path, the path-specific number Y nm and n and combined data {G n respect m, {a nm, Y nm , X nm ; m = 1, ..., M n }; n = 1, ..., N} as road route data.
A data creation device characterized by having.
をコンピュータが実行することを特徴とするデータ作成方法。 At least N road structures G n (n = 1, ..., N) expressing the connection relationship between roads in a graph structure and the number of people by route representing the number of people for each road structure G n Y nm (m = 1, ···, M n) when a is created or acquired, the road structure G n and, road conditions X representing the number of passing people said each path-specific number Y nm at each observation point on the road nm and the a path observation corresponding matrix a nm representing the whether or observation point is included in the path, the path-specific number Y nm and n and combined data {G n respect m, {a nm, Y nm , X nm ; m = 1, ..., M n }; n = 1, ..., N} as road route data.
A data creation method characterized by a computer performing.
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