JP7119930B2 - Environment sensor detection data processing device, processing method, computer-readable storage medium, and environment sensor system - Google Patents

Environment sensor detection data processing device, processing method, computer-readable storage medium, and environment sensor system Download PDF

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Description

本発明は、環境センサシステム、環境センサの検出データの処理装置、処理方法、及び環境センサのコンピュータに該方法を実行させるコンピュータプログラムを記憶しているコンピュータ読み取り可能な記憶媒体に関し、環境センサシステムでは、複数の環境センサ装置(例えばPMセンサ装置、硫黄酸化物含有量のセンサ装置、及び窒素酸化物含有量のセンサ装置)が配置され、環境センサ装置を用いて環境における各種の成分又は物質の含有量を検出し、所望の検出精度を提供し、各環境センサ装置は環境センサ素子又はモジュールを有し、且つネットワークシステムに接続されている。 The present invention relates to an environment sensor system, an environment sensor detection data processing apparatus, a processing method, and a computer-readable storage medium storing a computer program for causing a computer of the environment sensor to execute the method. , a plurality of environmental sensor devices (e.g., a PM sensor device, a sulfur oxide content sensor device, and a nitrogen oxide content sensor device) are arranged, and the environmental sensor devices are used to determine the content of various constituents or substances in the environment. Detecting quantities and providing desired detection accuracy, each environmental sensor device has an environmental sensor element or module and is connected to a network system.

通常、環境の状況を監視するための典型的な環境センサシステムは、政府機関が都市の環境状況を取得するために都市や道路等の位置に設置された大気分析装置が挙げられる。該環境センサシステムは、大気に含まれている環境影響ガス等の環境パラメータを測定し、インターネットを介して結果を公開する。これは、生活環境の安全性の確認、政府機関による都市や道路計画等の策定、環境政策等の補助に用いられる。現在、一般的に設置されている大気分析装置は、検出対象である環境影響物質に応じて分析装置を選択し、場合によって1つの分析システムに複数の分析装置を組み合わせることもある。近年、例えば開発途上国などでは、粒子状物質(以下はPMと称される)により構成された大気汚染及び自動車や工場の廃棄に起因する窒素酸化物や硫黄酸化物に代表される有害ガスの排出は問題となっている。従って、大気汚染の状況を監視するために、大気に含まれているPM量及び他の有害ガスの排出を高精度に検出する必要がある。 Typically, typical environmental sensor systems for monitoring environmental conditions include atmospheric analyzers installed in locations such as cities and roads for government agencies to obtain environmental conditions in cities. The environmental sensor system measures environmental parameters such as environmentally sensitive gases contained in the atmosphere and publishes the results via the Internet. This is used to confirm the safety of the living environment, to formulate city and road plans by government agencies, and to subsidize environmental policies. At present, generally installed atmospheric analyzers are selected according to the environmental pollutants to be detected, and in some cases, a plurality of analyzers are combined into one analysis system. In recent years, for example, in developing countries, air pollution composed of particulate matter (hereafter referred to as PM) and harmful gases such as nitrogen oxides and sulfur oxides caused by the disposal of automobiles and factories are increasing. Emissions are a problem. Therefore, in order to monitor the state of air pollution, it is necessary to accurately detect the amount of PM contained in the atmosphere and the emission of other harmful gases.

政府機関は、高精度の直接的測定装置を基本装置として用い、直接的装置を基準として用い、間接的測定装置を評価、選択する。例えば、PM量の測定方法では、β線吸収法は直接的測定装置であり、マイクロバランス法(Microbalance)は間接的測定装置であり、該装置とβ線吸収法との相関度は0.98であり、国家の標準に満たし、この2種類の装置は広く使われている。例えば、β線吸収法とは、粒子状物質が含まれる大気ガスをフィルタ材に1時間吹き付け、フィルタ材に残留しているPMを測定し、変換により、通過した大気の単位体積当たりのPM重量濃度を求め、大気におけるPMの存在量を取得する。β線吸収法の測定原理に基づくと、フィルタ材にある程度のPMを溜める必要があるため、リアルタイムで測定することは困難である。例えば、マイクロバランス法(Microbalance)は、特定のフィルタ材の振動周波数を測定することで、質量の変化を間接的に測定し、PM数値をリアルタイムで取得するという問題を解決しているが、該方法は環境の影響を受けやすく、外部の影響を厳密に排除し、測定の精度を確保するために装置を頻繁にメンテナンスする必要がある。 Agencies use high-precision direct measurement equipment as baseline equipment, direct equipment as standards, and indirect measurement equipment to evaluate and select. For example, in the PM amount measurement method, the β-ray absorption method is a direct measurement device, and the Microbalance method is an indirect measurement device, and the correlation between the device and the β-ray absorption method is 0.98. and meet national standards, these two types of devices are widely used. For example, in the β-ray absorption method, atmospheric gas containing particulate matter is blown onto the filter material for one hour, the PM remaining in the filter material is measured, and the PM weight per unit volume of the air that has passed through is converted. Determine the concentration to obtain the abundance of PM in the atmosphere. Based on the measurement principle of the β-ray absorption method, it is necessary to accumulate a certain amount of PM in the filter material, so real-time measurement is difficult. For example, the Microbalance method indirectly measures the change in mass by measuring the vibrational frequency of a particular filter material, solving the problem of obtaining PM numbers in real time. The method is sensitive to environmental influences, requires strict exclusion of external influences and frequent maintenance of the equipment to ensure the accuracy of the measurements.

例えば、光散乱法は、マイクロバランス法と同様な間接的測定方法であり、PM数値をリアルタイムで取得できないという直接的測定方法の問題を解決すると共に、環境要素の測定への影響を大幅に低減したが、精度及びコストの問題で政府機関により使用されていない。光散乱法は、大気におけるPM量をリアルタイムで測定できる方法の1つとして、民間で最も一般的な大気におけるPM含有量の測定方法である。その原理は、定量送風の大気に光を照射し、光のPMによる遮蔽の回数に基づいて、通過した大気の単位体積当たりのPMの数を測定する。光散乱法の利点は、短期間で測定を行っても、良好な測定精度を実現でき、リアルタイムの測定を実現できる。しかし、β線吸収法では重量を直接測定してPM濃度を算出するが、光散乱法では数量濃度によりPM濃度を推定するため、データの統計及び公開の場合は、両者のデータに対して変換を行う必要がある。また、検出対象であるPMの検出精度は他の要素により干渉されやすいため、精度が悪い場合がある。 For example, the light scattering method is an indirect measurement method similar to the microbalance method, which solves the problem of the direct measurement method that PM values cannot be obtained in real time, and greatly reduces the influence of environmental factors on the measurement. However, it is not used by government agencies due to accuracy and cost issues. The light scattering method is one of the methods that can measure the amount of PM in the atmosphere in real time, and is the most common method for measuring the PM content in the atmosphere in the private sector. The principle is to irradiate light into the atmosphere of a constant blast, and measure the number of PM per unit volume of air that has passed, based on the number of times the light is blocked by the PM. The advantage of the light scattering method is that even if the measurement is performed in a short period of time, good measurement accuracy can be achieved, and real-time measurement can be achieved. However, in the β-ray absorption method, the weight is directly measured to calculate the PM concentration, but in the light scattering method, the PM concentration is estimated based on the numerical concentration. need to do In addition, since the detection accuracy of PM, which is a detection target, is likely to be interfered with by other factors, the accuracy may be poor.

このような環境要素の測定精度への影響を考慮して、実装点周辺の環境を変更し、例えば周辺環境が大きく変動しないように実装点周辺の温度、湿度等の変化を維持してもよく、例えば高価な温度調整ペルチェ(Peltier)モジュール等を取り付けてもよい。これによって、環境センサ素子の温度を一定に維持できるが、周辺環境を維持するための装置自体の価格が非常に高いため、サブユニットである環境センサ装置のコストが高くなり、装置全体のコストが大幅に上昇した。 Considering the influence of such environmental factors on the measurement accuracy, the environment around the mounting point may be changed, and for example, changes in the temperature, humidity, etc. around the mounting point may be maintained so that the surrounding environment does not fluctuate greatly. , for example an expensive temperature regulating Peltier module or the like. As a result, the temperature of the environment sensor element can be kept constant, but the cost of the device itself for maintaining the surrounding environment is very high, so the cost of the environment sensor device, which is a subunit, increases, and the cost of the entire device increases. rose significantly.

そこで、光散乱法の測定精度を向上させるために、以下のような光散乱法で測定されたデータを補正し、数量濃度データを補正し、数量濃度を重量濃度に高精度に変換する方法が提案されている。例えば、特許文献1には、環境要素を変更することなく、数量濃度を補正して数量濃度を重量濃度に変換する方法が開示されている。PM分析装置だけではなく、他の大気分析装置にも同様な問題があり、電子素子自体として、温度や湿度等の環境要素の干渉を受けやすく、測定すべきもの以外のガスや物質に対する電子センサの誤報告、誤検出の場合もある。例えば、検出対象がCOの場合は、空気に含まれる他の炭化水素、例えばガソリン発揮性物質等におけるCが電子センサを干渉し、検出の精度に影響を与える場合がある。このため、これらの干渉要素の検出対象への干渉を低減させる必要がある。 Therefore, in order to improve the measurement accuracy of the light scattering method, the following method of correcting the data measured by the light scattering method, correcting the quantity concentration data, and converting the quantity concentration to weight concentration with high accuracy is proposed. Proposed. For example, Patent Literature 1 discloses a method of correcting the quantity concentration and converting the quantity concentration into a weight concentration without changing the environmental factors. Not only PM analyzers but also other atmospheric analyzers have the same problem. Electronic elements themselves are susceptible to interference from environmental factors such as temperature and humidity, and electronic sensors for gases and substances other than those to be measured cannot be used. There are also cases of false reports and false positives. For example, when the object to be detected is CO, other hydrocarbons contained in the air, such as C in substances that are effective in gasoline, may interfere with the electronic sensor and affect detection accuracy. Therefore, it is necessary to reduce the interference of these interfering elements with the detection target.

また、電子環境センサ素子の構成が簡単であり、コストが低いため、高価な分析装置を組み合わせた大気分析装置に比べて、同様な予算でより多くの環境センサを設置できるため、測定箇所の分布密度を大幅に向上させることができ、微細領域の測定を実現できるため、近年、高価なセンサ装置の代わりにセンサ素子の精度の向上は研究の重点となる。しかし、例えば特許文献1に記載された方法及び装置は測定の精度を向上できるが、装置のコストも同時に上昇し、マイクロバランス法に比べてコストの利点が十分ではないため、マイクロバランス法の代替解決案に成りにくく、高密度の設置を実現しにくい。 In addition, the structure of the electronic environment sensor element is simple and the cost is low. Since the density can be greatly improved and the measurement of a fine area can be realized, the improvement of the accuracy of the sensor element instead of the expensive sensor device has become a focus of research in recent years. However, although the method and apparatus described in, for example, Patent Document 1 can improve the measurement accuracy, the cost of the apparatus also increases at the same time, and the cost advantage is not sufficient compared to the microbalance method. It is difficult to come up with a solution, and it is difficult to realize high-density installation.

電子機器は、長時間の動作後にドリフトや測定偏差が生じる場合がある。このため、長時間で使用した後に、環境センサを校正、補正する必要がある。同様に、他の形態の大気分析装置の長期間使用後の測定精度も引用文献1における問題と同様な問題が存在する。即ち、電子式の環境センサも大型の大気分析装置も以下の問題が存在する。これらの大気分析装置を使用する際に、大気分析装置に対して予め十分な精度校正を行った後に、各環境センサを設定し、これらの環境センサを用いて測定する必要がある。しかし、大気分析装置を利用する際に、測定の時間が長いほど、汚染等の影響を受けやすくなり、分析装置が経時的に変化し、高精度の測定を行うことができなくなる場合がある。予め設定されたメンテナンス周期に接近すると、環境センサ素子の掃除、交換、再校正等のメンテナンス作業を行う必要がある。特に検出環境に特定できない汚染状況がある場合、例えば数日又は数週間の重汚染が発生した場合は、センサのメンテナンス周期が明らかに短縮するため、得られたデータが不正確にならないようにメンテナンスを繰り上げる必要がある。 Electronics can experience drift and measurement deviations after long periods of operation. Therefore, it is necessary to calibrate and compensate the environmental sensor after long periods of use. Similarly, the measurement accuracy after long-term use of other types of air analysis devices also has the same problem as the problem in Cited Document 1. That is, both electronic environmental sensors and large atmospheric analyzers have the following problems. When using these atmospheric analyzers, it is necessary to perform sufficient accuracy calibration in advance on the atmospheric analyzers, set each environmental sensor, and perform measurements using these environmental sensors. However, when using an air analysis device, the longer the measurement time is, the more susceptible it is to contamination, etc., and the analysis device may change over time, making it impossible to perform highly accurate measurements. When the preset maintenance period approaches, it is necessary to perform maintenance work such as cleaning, replacement, and recalibration of the environmental sensor element. Especially if there is an unspecified contamination situation in the detection environment, for example heavy contamination of several days or weeks, the maintenance cycle of the sensor will be significantly shortened, so that the data obtained will not be inaccurate. must be carried forward.

また、各環境センサモジュールの校正方法の1つとして、以下の方法を用いてもよい。検出すべき物質について濃度が予め調整された既知の標準ガスサンプルを複数準備し、校正すべき環境センサ素子を用いてこれらの標準ガスの濃度を測定し、標準ガスサンプルの濃度を変更し、濃度値-測定データの変化を示す校正曲線を求め、該曲線に基づいて測定モジュールを校正し、測定値の精度を向上させる。一部の環境センサモジュールについて1つの設定で校正できるが、各種の外部及び内部の要素により環境センサモジュールにばらつきがあるため、高精度測定に用いられる場合は、全ての環境センサモジュールをそれぞれ校正する必要がある。また、1つの環境センサ装置に複数の環境センサモジュールが搭載されている場合は、各環境センサモジュールを一つずつ校正する必要があるため、搭載された環境センサモジュールの種類、環境センサ装置の設置数が増加すると、校正が必要な環境センサモジュールの数が数倍増加し、環境センサを校正するためのコストが大幅に上昇する。また、設置後に所定の期間で動作すると、環境センサ装置を定期的に回収し、その測定精度を確認する必要があり、精度の高いデータを取得できない場合は、再校正し、校正操作を繰り返す必要がある。校正すべき装置を校正済みの装置に交換する場合であっても、現場で調整する必要がある。特に、環境情報を測定する環境センサは殆ど郊外の運送しにくい地域に設置されるため、回収や再設定に高額なメンテナンス費用が必要である。よって、環境センサの頻繁な校正は必然的にメンテナンスコストに繋がる。 Moreover, the following method may be used as one of the methods for calibrating each environment sensor module. Prepare a plurality of known standard gas samples whose concentration is adjusted in advance for the substance to be detected, measure the concentration of these standard gases using the environmental sensor element to be calibrated, change the concentration of the standard gas sample, Obtaining a calibration curve showing changes in the value-measurement data, and calibrating the measurement module based on the curve to improve the accuracy of the measurements. Some environmental sensor modules can be calibrated in one setting, but due to variations in environmental sensor modules due to various external and internal factors, calibrate all environmental sensor modules individually when used for high-precision measurements. There is a need. Also, if multiple environmental sensor modules are installed in one environmental sensor device, each environmental sensor module must be calibrated one by one. As the number increases, the number of environmental sensor modules that need to be calibrated increases several times, greatly increasing the cost for calibrating the environmental sensors. In addition, after operating for a certain period of time after installation, it is necessary to periodically retrieve the environmental sensor device and check its measurement accuracy. If highly accurate data cannot be obtained, it is necessary to recalibrate and repeat the calibration operation. There is Even if the device to be calibrated is replaced with a calibrated one, it still needs to be adjusted in the field. In particular, most environmental sensors for measuring environmental information are installed in suburban areas where it is difficult to transport, and require high maintenance costs for recovery and resetting. Therefore, frequent calibration of environmental sensors inevitably leads to maintenance costs.

上記の特許文献1のように、単一のセンサについて、干渉を生じる温度や湿度に対してデータ分析を行ってその干渉を低減できるが、測定すべきガス又は物質以外のガス又は物質もセンサを干渉する場合は、センサが対応部分の測定精度を向上できない。特に、互いに干渉する対象物を同時に捕集する場合、例えばC含有化合物であるCO及び炭化水素の含有量を同時に検出する場合は、特許文献1に記載されている温度及び湿度の干渉のみを補正する方法は十分に対応できなくなる。 As in Patent Document 1 above, for a single sensor, data analysis can be performed on the temperature and humidity that cause interference to reduce the interference, but gases or substances other than the gas or substance to be measured can also be detected by the sensor. In the case of interference, the sensor cannot improve the measurement accuracy of the corresponding part. In particular, when objects that interfere with each other are collected at the same time, for example, when the contents of CO and hydrocarbons, which are C-containing compounds, are detected at the same time, only the temperature and humidity interference described in Patent Document 1 is corrected. methods to do so become inadequate.

中国特許出願公開第105300861号明細書Chinese Patent Application Publication No. 105300861

本発明は、環境センサ装置のデータの精度を低コストで向上させることができ、環境センサシステムの設置及びメンテナンスのコストを低減させることができる環境センサの検出データの処理装置、処理方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体及び環境センサシステムを提供することを目的とする。また、センサ装置の耐干渉性を向上させることができるものを提供することを目的とする。さらに、環境センサ装置のメンテナンス期間を長くすることができるものを提供することを目的とする。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention provides an environment sensor detection data processing apparatus, processing method, and computer reading that can improve the accuracy of the data of the environment sensor device at low cost and reduce the installation and maintenance costs of the environment sensor system. It is an object of the present invention to provide a possible storage medium and environmental sensor system. Another object of the present invention is to provide a sensor device capable of improving the resistance to interference. It is another object of the present invention to provide an environment sensor device capable of extending the maintenance period.

本発明の1つの態様では、環境センサ装置が環境における検出対象の濃度を測定して得られた測定データを処理する環境センサの検出データの処理装置であって、学習モードにおいて前記環境センサ装置の複数の学習測定用データを取得し、実測モードにおいて前記環境センサ装置の実測データを取得する測定データ入力部と、前記学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得する真値取得部と、前記複数の学習測定用データと対応する前記真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより前記関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特徴を取得し、各前記補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択する補正特性生成部と、前記最適補正特性に基づいて前記実測データを補正する測定データ補正部と、を含む、環境センサの検出データの処理装置を提供する。 In one aspect of the present invention, an environment sensor device is a detection data processing device for processing measurement data obtained by measuring the concentration of a detection target in an environment, wherein in a learning mode, the environment sensor device a measurement data input unit that acquires a plurality of learning measurement data and acquires the actual measurement data of the environment sensor device in an actual measurement mode; a true value acquisition unit that acquires true values corresponding to the learning measurement data; A plurality of association data are obtained by associating a plurality of learning measurement data with the corresponding true values, and some association data are randomly selected from the plurality of association data to create an association data set for learning. and repeatedly executing the process of processing the association data set using the neuron network model to obtain the correction characteristics a plurality of times, obtaining the plurality of correction characteristics, and executing the processing of obtaining the correction characteristics for each of the correction characteristics. a correction characteristic generator that verifies the correction characteristics based on the true values in the association data that are not used when performing the correction, and selects the optimum correction characteristics based on the verification results; and the actual measurement based on the optimum correction characteristics and a measurement data corrector for correcting the data.

この態様によれば、環境センサの検出データの処理装置は、測定データ入力部により、環境センサから学習モードにおける環境センサ装置の複数の学習測定用データ及び実測モードにおける環境センサ装置の実測データを取得し、真値取得部により、環境センサ装置から学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得し、補正特性生成部により、複数の学習測定用データと対応する真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特徴を取得し、各補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択し、測定データ補正部により、最適補正特性に基づいて実測データを補正する。処理装置によれば、環境センサの精度に関係なく、即ち精度の比較的に高い環境センサでも、精度の比較的に低い環境センサでも、真値を用いてニューロンネットワークにより、環境センサから取得された学習データに基づいて、ニューロンネットワークのモデルを学習でき、取得されたニューロンネットワークのモデルに基づいて、環境センサから取得された実測データを補正することができる。また、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行すると共に、各補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択することで、少ないデータを用いて、既存のデータを繰り返し利用でき、真値を用いて校正を繰り返し行うことができるため、環境センサ装置の検出データの正確さを十分に検証するまでの待ち時間を低減させることができる。また、センサ自体への精度要求も低減するため、比較的に安価なセンサ素子を用いて高価な高精度センサと同等なデータ処理効果を達成できる。よって、コスト削減の目的を達成できる。また、ニューロンネットワークの学習機能を用いるため、より少ない元データを用いてより高いデータ変換精度を達成できる。さらに、ニューロンネットワークの学習機能により、人間による手動でのデータ統計と分析及び手動でのモデル構築のコストを削減でき、行列アルゴリズムにより高いデータ精度を達成できる。何らかの理由で環境センサ装置により検出されたデータが真実のデータから逸脱したとしても、ニューロンネットワークのモデルに基づく処理を利用して、補正されたデータを作成でき、真実のデータに近いデータを取得できる。 According to this aspect, the device for processing data detected by the environment sensor acquires, from the environment sensor, the plurality of learning measurement data of the environment sensor device in the learning mode and the actual measurement data of the environment sensor device in the actual measurement mode by the measurement data input unit. Then, the true value acquisition unit acquires the true values corresponding to the learning measurement data from the environment sensor device, and the correction characteristic generation unit associates the plurality of learning measurement data with the corresponding true values to produce a plurality of Acquiring association data, randomly selecting some association data from a plurality of association data to create an association data set for learning, and processing the association data set by a neuron network model to obtain correction characteristics The process is repeatedly executed a plurality of times to obtain a plurality of correction features, and for each correction characteristic, the correction characteristic is obtained based on the true value in the association data that is not used when executing the process for obtaining the correction characteristic. After verification, the optimum correction characteristic is selected based on the verification result, and the measured data is corrected based on the optimum correction characteristic by the measurement data correction unit. According to the processing device, regardless of the accuracy of the environmental sensor, that is, whether the environmental sensor has a relatively high accuracy or the environmental sensor has a relatively low accuracy, the true value obtained from the environmental sensor is obtained by the neuron network. Based on the training data, a model of the neuron network can be learned, and based on the obtained model of the neuron network, the measured data obtained from the environmental sensors can be corrected. In addition, a process of randomly selecting a part of association data from a plurality of association data to create an association data set for learning, and processing the association data set by a neuron network model to obtain a correction characteristic is repeated multiple times. While executing repeatedly, each correction characteristic is verified based on the true value in the association data that is not used when executing the process of acquiring the correction characteristic, and the optimum correction characteristic is obtained based on the verification result. By selecting , the existing data can be used repeatedly with a small amount of data, and the calibration can be repeatedly performed using the true value. Waiting time can be reduced. In addition, since the accuracy required for the sensor itself is also reduced, a relatively inexpensive sensor element can be used to achieve a data processing effect equivalent to that of an expensive high-precision sensor. Therefore, the objective of cost reduction can be achieved. Moreover, since the learning function of the neuron network is used, it is possible to achieve higher data conversion accuracy using less original data. In addition, the learning capabilities of neuron networks can reduce the cost of manual data statistics and analysis and manual model building by humans, and high data accuracy can be achieved by matrix algorithms. Even if the data detected by the environmental sensor device deviates from the true data for some reason, it is possible to create corrected data using processing based on the neuron network model and obtain data that is close to the true data. .

この態様では、前記環境センサ装置の動作状態情報を入力する動作状態情報入力部、をさらに含み、前記動作状態情報は、前記環境センサ装置が動作する時の内部及び/又は外部の温度、湿度、気圧、照明度、環境センサ装置のID情報、及び環境センサ装置の地理的位置情報のうち少なくとも1つの情報を含み、前記関連付けデータを取得する際に、動作状態情報をさらに追加して関連付けを行う。 This aspect further includes an operation state information input unit for inputting operation state information of the environment sensor device, wherein the operation state information includes internal and/or external temperature, humidity, At least one of atmospheric pressure, degree of illumination, ID information of the environment sensor device, and geographic location information of the environment sensor device is included, and when the association data is acquired, the operation state information is further added for association. .

上記の動作状態パラメータを用いることで、これらのパラメータ及び真値に基づいて、データを検出でき、ニューロンネットワークのモデルを迅速に生成できるため、環境センサ装置を実用化するまでの時間をさらに短縮できる。また、これらの取得された情報は環境センサ装置が設置された時点に精度が確保されたので、時間パラメータの人工知能分析により、装置の使用時間を予測でき、環境センサ装置の動作状態情報の長期間の提供を確保できる。このため、この態様によれば、具体的なガスについて正確な検出データを提供できる。 By using the above operating state parameters, data can be detected based on these parameters and true values, and a model of the neuron network can be quickly generated, further shortening the time required to put the environmental sensor device into practical use. . In addition, since the accuracy of these acquired information was ensured at the time the environmental sensor device was installed, the usage time of the device can be predicted by artificial intelligence analysis of the time parameter, and the length of the operating state information of the environmental sensor device can be estimated. We can ensure the provision of the period. Therefore, according to this aspect, accurate detection data can be provided for specific gases.

この態様では、前記検出対象は、PM値及び/又はガス成分であり、前記ガス成分は、二酸化窒素、二酸化硫黄、一酸化炭素、オゾン、二酸化炭素、硫化水素、及びVOCのうち少なくとも1つを含む。 In this aspect, the detection target is a PM value and/or a gas component, and the gas component contains at least one of nitrogen dioxide, sulfur dioxide, carbon monoxide, ozone, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and VOC. include.

これによって、ガス成分を検出対象とすることができ、環境汚染ガスの濃度を検出できる。 As a result, the gas component can be detected, and the concentration of the environmental pollutant gas can be detected.

この態様では、前記処理装置は、異なる検出対象について複数種類のセンサ装置により取得された測定データに基づいて、ニューロンネットワークのモデルを用いて、異なる検出対象間の相互干渉特性を補正特徴に追加する。 In this aspect, the processing device uses a neuron network model based on measurement data obtained by a plurality of types of sensor devices for different detection targets, and adds mutual interference characteristics between different detection targets to the correction features. .

これによって、互いに干渉する複数種類の検出対象成分について濃度をそれぞれ算出でき、相互干渉特性を有する複数種類の検出対象間の相互干渉の能力及びレベルを用いて、相互干渉特性を有する補正特徴を作成でき、それを用いて検出対象についての実測データを補正でき、より正確なデータを取得できる。 As a result, the concentrations of multiple types of detection target components that interfere with each other can be calculated, and the ability and level of mutual interference between multiple types of detection targets having mutual interference characteristics are used to create correction features having mutual interference characteristics. This can be used to correct the actually measured data of the object to be detected, and more accurate data can be obtained.

或いは、前記測定データ入力部により前記環境センサ装置から取得された複数の学習測定用データ及び実測データは前記センサ装置により前記動作状態情報に基づいて事前に補正された学習測定用データ及び実測データであり、或いは前記測定データ入力部が前記環境センサ装置から複数の学習測定用データ及び実測データを取得した後に、データ事前補正部により前記動作状態情報に基づいて前記学習測定用データ及び前記実測データを事前に補正し、前記補正特性生成部に供給する。該事前補正は、補正特性生成部による補正特性の生成と同様に、ニューロンネットワークのモデルを用いて事前補正を行ってもよい。 Alternatively, the plurality of learning measurement data and actual measurement data acquired from the environment sensor device by the measurement data input unit are learning measurement data and actual measurement data corrected in advance based on the operating state information by the sensor device. Alternatively, after the measurement data input unit acquires a plurality of pieces of learning measurement data and actual measurement data from the environment sensor device, the data pre-correction unit corrects the learning measurement data and the actual measurement data based on the operating state information. It is corrected in advance and supplied to the correction characteristic generator. The pre-correction may be performed using a neuron network model, similar to the generation of correction characteristics by the correction characteristics generation unit.

これによって、補正特性生成部を用いて補正データを正式に生成する前に、動作状態情報に基づいて学習測定用データ及び実測データに対して1回の事前補正を行い、即ちデータに対して2回の補正を行うことで、事前処理前のデータと正確なデータとの偏差が大きいことを除去でき、補正特性生成部による補正の精度を向上させることができる。また、補正特性生成部を用いて2回目の補正を行う場合は、相互干渉特性を併せて考慮して補正特性を生成することで、相互干渉性を有する複数種類の検出対象間の干渉を低減させることができる。 By this, before formally generating the correction data using the correction characteristic generation unit, the learning measurement data and the actual measurement data are pre-corrected once based on the operating state information. By performing the correction twice, it is possible to eliminate a large deviation between the data before pre-processing and the correct data, thereby improving the accuracy of the correction by the correction characteristic generator. In addition, when performing the second correction using the correction characteristic generation unit, the mutual interference characteristic is also taken into consideration when generating the correction characteristic, thereby reducing interference between multiple types of detection targets that have mutual interference. can be made

この態様では、前記真値は、検証された環境センサ装置により取得されたデータ、インターネットに格納された真のデータ、及び高精度の分析装置により検出されたデータのうち少なくとも1つのデータである。 In this aspect, the true value is at least one of data acquired by a verified environment sensor device, true data stored on the Internet, and data detected by a high-precision analysis device.

これによって、様々な方法を用いて真値を取得でき、処理装置のデータ源への要求を低減させることができ、コストを低減させることができる。 This allows the true value to be obtained using a variety of methods, reduces the demands on the data source of the processor, and reduces the cost.

この態様では、前記測定データ入力部及び前記真値取得部が対応する測定データを取得する際に、前記動作状態情報入力部は該測定データの時点データをさらに取得し、前記関連付けデータを取得する際に、動作状態情報に前記時点データをさらに追加して関連付けを行う。 In this aspect, when the measurement data input unit and the true value acquisition unit acquire the corresponding measurement data, the operation state information input unit further acquires time point data of the measurement data, and acquires the association data. At this time, the time point data is further added to the operation state information and associated.

これによって、動作状態情報に時間パラメータが含まれるため、時間パラメータに基づいてセンサの検出データを補正できるため、環境センサシステムのメンテナンス期間を延長できる。即ち、この態様によれば、ニューロンネットワークの学習機能により、環境センサの動作状態情報における時間を分析し、装置の減衰、経時変化の状況を推定することで、より長い期間内で装置の測定精度を確保できるため、装置の校正頻度を低減させ、メンテナンスコストを低減させることができる。他のニューロンネットワークによりビッグデータを分析でき、環境データの由来の分析及び予測を実現できる。このように、環境センサ装置及び環境センサシステムの校正、メンテナンス前の使用期間を延長できる。 As a result, since the operating state information includes the time parameter, the detection data of the sensor can be corrected based on the time parameter, so that the maintenance period of the environment sensor system can be extended. That is, according to this aspect, the learning function of the neuron network analyzes the time in the operating state information of the environment sensor, estimates the attenuation of the device and the state of change over time, and thereby improves the measurement accuracy of the device within a longer period of time. can be ensured, the frequency of calibration of the device can be reduced, and the maintenance cost can be reduced. Other neuron networks can analyze big data and realize the origin analysis and prediction of environmental data. In this way, the period of use before calibration and maintenance of the environment sensor device and the environment sensor system can be extended.

例えば、補正処理のモデルとして、2層木構造のニューロンネットワーク(NN)を用いる補正方法を採用する。 For example, as a correction processing model, a correction method using a neuron network (NN) with a two-layer tree structure is adopted.

1層目のニューロンネットワークは、取得された各環境センサ素子又はモジュールに対して1回の補正をそれぞれ行う。該1回の補正は、標準のニューロンネットワークを用いてもよく、従来の曲線式に従って変形された標準のニューロンネットワークを用いてもよいし、ニューロンネットワークを用いることなく従来の曲線式を直接用いてもよい。入力データは、該環境センサ素子又はモジュールの出力データ及び該環境センサの動作状態情報である。 The first-layer neuron network performs one-time correction for each environmental sensor element or module obtained. The one-time correction may use a standard neuron network, a standard neuron network modified according to a conventional curve formula, or directly using a conventional curve formula without using a neuron network. good too. The input data are output data of the environmental sensor element or module and operating state information of the environmental sensor.

1層目のニューロンネットワークは、隠れ層を少なくし、或いは無くすることで、環境センサの動作状態の出力データへの影響を優先的に排除し、勾配消失の局所最適解を回避する。この態様では、1つの隠れ層、X*W1+b1の標準関数を用いる。独立した補正は、既存の補正式又は動作状態の影響を解消した環境センサ素子又はモジュールにより柔軟な組み合わせ選択肢を提供した。 By reducing or eliminating hidden layers, the neuron network of the first layer preferentially eliminates the influence of the operating state of the environmental sensors on the output data, and avoids the local optimum of vanishing gradients. In this embodiment, we use one hidden layer, the standard function of X*W1+b1. Independent correction provided more flexible combination options with environmental sensor elements or modules that eliminated the effects of existing correction formulas or operating conditions.

2層目のニューロンネットワークの入力は全ての環境センサ素子又はモジュールの検出データ及び動作状態情報であり、出力は全ての環境センサ素子又はモジュールの補正後データである。この態様では、1つの隠れ層、X*W1+b1の標準関数を用いる。装置の演算能力に応じてより多くの隠れ層を用いてもよく、必要に応じて関数又はニューロンネットワーク自体を変形してもよい。 The input of the neuron network of the second layer is the detection data and operating state information of all environmental sensor elements or modules, and the output is the corrected data of all environmental sensor elements or modules. In this embodiment, we use one hidden layer, the standard function of X*W1+b1. More hidden layers may be used depending on the computing power of the device, and the function or neuron network itself may be modified as needed.

具体的な例として、該ニューロンネットワークのモデルによるデータ処理では、該環境センサ素子又はモジュールにより検出されたデータ及び該環境センサ装置の動作状態情報を1つのデータペアに構築し、該データペアと該真値を集約し、該集約データをニューロンネットワークの人工知能訓練システムに導入し、データの特徴サンプルを訓練し、モデルを取得する。ここで、該環境センサ素子又はモジュールは、大気内に存在する粒子状物質を測定する機能を有し、環境に影響を与えるガスの濃度を検出する機能を有する。或いは、該環境センサ素子又はモジュールは、大気内に存在する粒子状物質を測定するサブ素子又はサブモジュールを有し、環境に影響を与えるガスの濃度を検出するサブ素子又はサブモジュールを有する。このように、機能統合の環境センサ素子又はモジュールを用いてもよいし、複数の機能を実現するサブ素子又はサブモジュールをそれぞれ用いてもよい。 As a specific example, in the data processing using the neuron network model, the data detected by the environmental sensor element or module and the operating state information of the environmental sensor device are constructed into one data pair, and the data pair and the Aggregate the true values, introduce the aggregated data into a neuron network artificial intelligence training system, train feature samples of the data, and obtain a model. Here, the environmental sensor element or module has the function of measuring particulate matter present in the atmosphere and has the function of detecting the concentration of gases that affect the environment. Alternatively, the environmental sensor element or module has a sub-element or sub-module for measuring particulate matter present in the atmosphere and has a sub-element or sub-module for detecting the concentration of gases affecting the environment. In this way, a function-integrated environmental sensor element or module may be used, or sub-elements or sub-modules each implementing multiple functions may be used.

これによって、上記のシステムはこれらのデータに基づいてモデルをベースにして補正処理を行い、サーバ装置に測定データを真値又は真値に近いデータに補正する。また、データをサーバに蓄積した後に、サーバによりデータの検索サービス、データの図形化サービス、データの分析サービスを提供してもよい。操作者の要求又は命令に基づいて、操作者に必要なデータをディスプレイに表示してもよい。 Accordingly, the above system performs model-based correction processing based on these data, and corrects the measured data to the true value or data close to the true value to the server device. Further, after the data is stored in the server, the server may provide a data search service, a data graphic service, and a data analysis service. Data required by the operator may be displayed on the display based on the operator's request or command.

なお、データ処理は、補正処理に限定されず、種類の異なるデータ間の変換処理、例えば粒子数データを重量データに変換する処理、又は仕様の異なるデータ間の変換処理をさらに含んでもよい。また、補正は、偏差のあるデータを真値又は真値に近いデータに補正することに限定されず、データのフォーマット、仕様の補正等をさらに含む。 Data processing is not limited to correction processing, and may further include conversion processing between different types of data, for example, processing for converting particle count data into weight data, or conversion processing between data with different specifications. Further, the correction is not limited to correcting data with deviation to a true value or data close to the true value, and further includes data format, specification correction, and the like.

また、ニューロンネットワークのモデルを構築する際に、一例として、用いられる重要データと真値との関連付けデータの合計は1000個程度である。1000個程度の関連付けデータを用いることで、大量のデータに基づいてニューロンネットワークのモデルを用いて偏差のあるデータを正確なデータに補正できる。また、この態様では、2層のニューロンネットワークを用いることで、1000個程度の関連付けデータを使用すればよく、関連付けデータ量への要求が低く、データ処理量を低減させ、ニューロンネットワークのモデルの構築時間を短縮でき、本発明の環境センサシステムの設置から自らの補正までの必要な時間を短縮できる。 Also, when constructing a model of a neuron network, as an example, the total number of pieces of association data between important data and true values used is about 1000. By using about 1000 associated data, deviation data can be corrected to accurate data using a neuron network model based on a large amount of data. In addition, in this aspect, by using a two-layer neuron network, it is only necessary to use about 1000 association data, the requirement for the amount of association data is low, the amount of data processing is reduced, and the construction of a neuron network model Time can be shortened, and the time required from the installation of the environment sensor system of the present invention to its own correction can be shortened.

ニューロンネットワークのモデルの学習のためのデータは、数が多いほど、補正の精度が高くなる。例えば、本発明の1つの態様では、十分な補正結果を取得し、データ収集に必要な時間を短縮するために、学習データと測定データに対して複数回のランダムなグループ分けを行い、データを複数回繰り返し利用する。具体的には、1000個のデータセットの場合は、900個のデータを学習データとしてランダムに抽出し、100個のデータを測定データとし、100回繰り返し実行して100個のモデル(実際な処理ではより多い、或いはより少ない回数のランダムなグループ分け処理を行ってもよい)を取得し、取得されたモデルの平均値を求め、1000×100個程度のデータセットの結果を取得できる。このような処理方法により、ニューロンネットワークの分析方法という特徴をよく利用でき、元データの蓄積時間及び初期設定のメンテナンス時間などを大幅に短縮できる。また、非ニューロンネットワークの従来のデータ分析に比べて、データ利用率は幾何級数的に増加し、より少ないデータを用いてより高いデータ変換精度を実現でき、元データへの依存度を低減させることができる。 The larger the number of data for learning a neuron network model, the higher the accuracy of correction. For example, in one aspect of the present invention, in order to obtain sufficient correction results and reduce the time required for data collection, training data and measurement data are randomly grouped multiple times, and the data is Use multiple times. Specifically, in the case of 1000 data sets, 900 data are randomly extracted as learning data, 100 data are used as measurement data, and 100 models (actual processing ), the average value of the obtained models is obtained, and the result of about 1000×100 data sets can be obtained. With such a processing method, the characteristics of the neuron network analysis method can be used well, and the original data accumulation time and initial setting maintenance time can be greatly reduced. In addition, compared to conventional data analysis of non-neuronal networks, the data utilization rate increases geometrically, achieving higher data conversion accuracy using less data, and reducing the dependence on the original data. can be done.

設置点近傍でネットワーク又は他の校正済みの環境センサ装置によりデータの真値を取得できる場合は、設置前の校正を行わなくてもよく、サイクリックニューロンネットワークにより、近傍の真値を学習し、未補正の環境センサ装置の予測動作状態情報を出力し、校正済みの環境センサ装置により出力されたデータに基づいて該ニューロンネットワークを用いて真値を予測し、設置前の校正の行われていない環境センサ装置により取得された不正確なデータを予測された真値に補正する。蓄積した測定データが増えるほど、学習データの増加もモデルの学習に反映するため、真値と測定データとの偏差はモデルにより徐々に補正されることになる。 If the true value of the data can be obtained by a network or other calibrated environmental sensor device near the installation point, there is no need to perform calibration before installation, and the cyclic neuron network learns the true value of the vicinity, Outputting predicted operating state information of the uncorrected environmental sensor device, predicting the true value using the neuron network based on the data output by the calibrated environmental sensor device, and not calibrating before installation Correct the inaccurate data acquired by the environment sensor device to the predicted true value. As the accumulated measurement data increases, the increase in the learning data is also reflected in the learning of the model, so the deviation between the true value and the measurement data is gradually corrected by the model.

環境センサの動作状態情報は時間パラメータをさらに含んでもよく、時間もデータの真値に影響を与える重要な条件の1つである。例えば、1ヶ月で取集されたデータを学習することで、ニューロンネットワークは、1ヶ月間の各環境センサの異なる程度のデータドリフトや減衰を検出でき、時間と減衰とのモデルを取得できる。他の例として、装置を定期的にメンテナンスすることで、より長い期間のデータを取得でき、ドリフトや減衰のモデルをより正確に予測できる。モデルは、同一型番の装置のモデルであり、同一型番の装置の精度を向上できる。このため、設置後の長期間の測定において各環境センサ装置内の環境センサ素子の経時変化による測定データと真値との偏差が生じても、事前に蓄積した測定データを用いてモデルに学習させ、経時的な変化を学習させることができるため、メンテナンスの期間を延長でき、再校正の実施頻度を低減させることができる。 The operating state information of the environment sensor may further include a time parameter, and time is also one of the important conditions affecting the true value of data. For example, by learning data collected over a month, a neuron network can detect different degrees of data drift and decay for each environmental sensor over a month and obtain a model of time and decay. As another example, regular maintenance of the instrument allows data to be obtained over a longer period of time, allowing the drift and decay models to be more accurately predicted. The model is the model of the device with the same model number, and the accuracy of the device with the same model number can be improved. For this reason, even if there is a deviation between the measured data and the true value due to changes in the environmental sensor elements in each environmental sensor device over time during long-term measurement after installation, the model is trained using the measured data accumulated in advance. , changes over time can be learned, the maintenance period can be extended, and the frequency of recalibration can be reduced.

さらに、該センサ装置は、センサ素子の一部又は全部を校正していないセンサ装置である。また、本発明では、用いられるセンサ装置が通常の精度又は比較的に低い精度のセンサであっても、真値を用いてニューロンネットワークのモデルにより、該センサ装置により取得された高標準、高精度の要求を満たしていない検出データを、高標準、高精度の要求を満たした検出データに変換できる。よって、センサシステム全体のコストを低減させることができる。 Furthermore, the sensor device is a sensor device in which some or all of the sensor elements are not calibrated. In addition, in the present invention, even if the sensor device used is a sensor with normal accuracy or relatively low accuracy, the model of the neuron network using the true value can be used to obtain high-standard, high-precision data obtained by the sensor device. Detected data that does not meet the requirements of the standard can be converted into detected data that meets the requirements of high standard and high accuracy. Therefore, the cost of the entire sensor system can be reduced.

また、本発明のもう1つの態様では、ネットワークに接続された複数のセンサ装置と、前記ネットワークに接続された上記の処理装置と、を含み、前記処理装置の測定データ入力部は、ネットワークを介して前記複数のセンサの実測データを取得し、前記実測データを補正する、環境センサシステムをさらに提供する。 In another aspect of the present invention, a plurality of sensor devices connected to a network and the processing device described above connected to the network are included, and the measurement data input unit of the processing device inputs via the network and acquiring actual measurement data of the plurality of sensors, and correcting the actual measurement data.

これによって、上記の各処理装置の全ての利点及び効果を有するセンサシステムを提供できる。 This makes it possible to provide a sensor system with all the advantages and advantages of each of the processors described above.

この態様では、前記センサ装置は、センサ素子の一部又は全部が補正されていないセンサ装置であり、且つ/或いは前記センサ装置は、複数種類の検出対象の濃度をそれぞれ測定するセンサと、環境センサ装置の動作状態情報を高精度に取得する動作状態情報取得部群と、を含んでもよい。 In this aspect, the sensor device is a sensor device in which some or all of the sensor elements are not corrected, and/or the sensor device includes a sensor that measures concentrations of a plurality of types of detection targets, and an environment sensor. and an operating state information acquiring unit group that acquires operating state information of the device with high precision.

また、本発明のもう1つの態様では、環境センサ装置が環境における検出対象の濃度を測定して得られた測定データを処理する環境センサの検出データの処理方法であって、学習モードにおいて前記環境センサ装置の複数の学習測定用データを取得し、実測モードにおいて前記環境センサ装置の実測データを取得する測定データ入力ステップと、前記学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得する真値取得ステップと、前記複数の学習測定用データと対応する前記真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより前記関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特性を取得し、各前記補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択する補正特性生成ステップと、前記最適補正特性に基づいて前記実測データを補正する測定データ補正ステップと、を含む、環境センサの検出データの処理方法をさらに提供する。 According to another aspect of the present invention, there is provided a method for processing detection data of an environment sensor for processing measurement data obtained by an environment sensor device measuring the concentration of a detection target in an environment, the method comprising: A measurement data input step of acquiring a plurality of data for learning measurement of a sensor device, acquiring actual measurement data of the environment sensor device in an actual measurement mode, and a true value acquisition step of acquiring true values respectively corresponding to the data for learning measurement. and obtaining a plurality of association data by associating the plurality of learning measurement data with the corresponding true values, and randomly selecting a portion of the association data from the plurality of association data to obtain an association data set for learning and obtain correction characteristics by processing the association data set using a neuron network model to obtain a correction characteristic a plurality of times, obtaining a plurality of correction characteristics, and obtaining a correction characteristic for each of the correction characteristics. a correction characteristic generation step of verifying each correction characteristic based on a true value in association data that is not used when executing the process and selecting an optimum correction characteristic based on the verification result; and a measurement data correcting step of correcting the actual measurement data by using an environment sensor.

また、本発明のもう1つの態様では、コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、環境センサシステムに含まれているプロセッサが前記コンピュータプログラムを実行する際に、前記環境センサシステムに、学習モードにおいて環境センサ装置の複数の学習測定用データを取得し、実測モードにおいて前記環境センサ装置の実測データを取得する測定データ入力ステップと、前記学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得する真値取得ステップと、前記複数の学習測定用データと対応する前記真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより前記関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特性を取得し、各前記補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択する補正特性生成ステップと、前記最適補正特性に基づいて前記実測データを補正する測定データ補正ステップと、を実行させる、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体をさらに提供する。 In another aspect of the present invention, there is provided a computer-readable storage medium storing a computer program, wherein when a processor included in the environment sensor system executes the computer program, the environment sensor system a measurement data input step of acquiring a plurality of learning measurement data of the environment sensor device in a learning mode and acquiring actual measurement data of the environment sensor device in an actual measurement mode; acquiring a plurality of association data by associating a true value acquisition step to be acquired with the plurality of learning measurement data and the corresponding true values, and randomly selecting a portion of the association data from the plurality of association data; A process of creating an association data set for learning and processing the association data set by a neuron network model to obtain correction characteristics is repeatedly executed a plurality of times to obtain a plurality of correction characteristics, and for each of the correction characteristics a correction characteristic generation step of verifying each correction characteristic based on a true value in association data that is not used when executing the process of acquiring the correction characteristic, and selecting the optimum correction characteristic based on the verification result; and a measurement data correction step of correcting the measured data based on the optimum correction characteristics.

本発明は、手動でのモデル構築のコストを低減させ、設置前の環境センサ装置の事前補正のコストを低減させ、環境センサ装置の経時変化による測定データの偏差を低減させることができるため、再校正の実施頻度を低減させ、メンテナンス周期を長くし、環境センサ装置のメンテナンスコストを低減させることができる環境センサの検出データの処理装置、処理方法、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体及び環境センサシステムを提供できる。 The present invention can reduce the cost of manual model building, reduce the cost of pre-correction of the environmental sensor device before installation, and reduce the deviation of the measurement data due to the aging of the environmental sensor device. Provided is an environment sensor detection data processing device, a processing method, a computer-readable storage medium, and an environment sensor system that can reduce the frequency of calibration, lengthen the maintenance cycle, and reduce the maintenance cost of the environment sensor device. can.

第1実施形態に係る環境センサシステムを示す図である。1 is a diagram showing an environment sensor system according to a first embodiment; FIG. 環境センサシステムのサーバ装置の処理において用いられるニューロンネットワークの実装モデルの構成を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing the configuration of a neuron network implementation model used in the processing of the server device of the environment sensor system; 実装モデルの木構造の図における1回目のニューロンネットワーク(NN)の構築及び実装の詳細図である。It is a detailed diagram of the construction and implementation of the first neuron network (NN) in the diagram of the tree structure of the implementation model. 実装モデルの木構造の図における2回目のニューロンネットワーク(NN)の構築及び実装の詳細図である。FIG. 2 is a detailed diagram of the construction and implementation of a neuron network (NN) for the second time in the diagram of the tree structure of the implementation model; 各ガス間の干渉状況を示す表である。4 is a table showing the state of interference between gases; 本発明のデータ処理方法を示す図である。FIG. 4 is a diagram showing a data processing method of the present invention; 本発明の環境センサシステムにより得られた効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect obtained by the environment sensor system of this invention. 第2実施形態に係る環境センサシステムを示す図である。It is a figure which shows the environment sensor system which concerns on 2nd Embodiment. 第3実施形態に係る環境センサシステムを示す図である。It is a figure which shows the environment sensor system which concerns on 3rd Embodiment.

以下は本発明の好ましい実施形態を説明する。 The following describes preferred embodiments of the invention.

[第1実施形態]
図1は第1実施形態に係る環境センサシステムを示す図である。複数の大気分析環境センサ装置12が設置されている。大気分析環境センサ装置12の内部には、1つの筐体(図示せず)内に光散乱式のPM環境センサ素子と、窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、オゾン、二酸化炭素、硫化水素、VOC等環境に影響を及ぼすガスの濃度を検出できる環境センサ素子が搭載され、測定すべき対象物質用の環境センサ素子群とされる。ここで、1つの環境センサ素子で複数種類の検出すべきガスの濃度を検出することの例を示しているが、他の態様として、各検出対象ガス毎に1つの環境センサ素子を設けてもよいし、複数種類の検出すべきガスについて複数の環境センサ素子を組み合わせて使用してもよい。また、一部の検出対象ガスについて1つの環境センサ素子を設け、他の検出対象ガスについて1つ又は複数の環境センサ素子を個別又はまとめて設けてもよい。
[First embodiment]
FIG. 1 is a diagram showing an environment sensor system according to the first embodiment. A plurality of atmospheric analysis environment sensor devices 12 are installed. Inside the atmosphere analysis environment sensor device 12, a light scattering type PM environment sensor element, nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon monoxide, ozone, carbon dioxide, and sulfuric acid are contained in one housing (not shown). Environmental sensor elements capable of detecting the concentration of gases that affect the environment, such as hydrogen and VOCs, are mounted, and constitute a group of environmental sensor elements for target substances to be measured. Here, an example of detecting the concentration of a plurality of types of gases to be detected with one environment sensor element is shown, but as another aspect, one environment sensor element may be provided for each gas to be detected. Alternatively, a plurality of environment sensor elements may be used in combination for a plurality of types of gases to be detected. Alternatively, one environment sensor element may be provided for some detection target gases, and one or a plurality of environment sensor elements may be provided individually or collectively for other detection target gases.

また、全体から見ると、分析環境センサ装置12は、大気内に存在する粒子状物質の濃度、即ちPM濃度を測定してもよいし、環境に影響を及ぼすガスの濃度、即ち窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、オゾン、二酸化炭素、硫化水素、VOCの濃度を測定してもよい。一例として、分析環境センサ装置12は、所定の期間、例えば1分間毎に測定されたPM濃度のデータ12aを無線基地局13に送信してもよい。また、大気分析環境センサ装置12は、測定すべき対象物質用の環境センサと同一の筐体(図示せず)内に、どの環境センサ装置から取得された測定情報であるかを示すID情報を取得する装置、設置位置の位置情報(例えばGPS)を取得する装置、温度計、湿度計、気圧計、照明度計等の装置群がさらに搭載され、センサの動作状態情報のデータ12bを取得する装置とされる。環境センサ装置内に導入する前に、環境センサ装置の動作状態情報を取得するこれらの装置は一般的な精度が確保され、長期間でメンテナンスする必要がない場合の情報収集を行うことができる装置である。なお、本発明の他の一例として、これらの動作状態情報を補正すべき情報として補正してもよく、この場合の補正方法は、本発明の検出対象ガスの検出データの補正方法を参照してもよい。 Overall, the analytical environmental sensor device 12 may also measure the concentration of particulate matter present in the atmosphere, i.e. PM concentration, and the concentration of gases affecting the environment, i.e. nitrogen oxides, Concentrations of sulfur oxides, carbon monoxide, ozone, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and VOCs may be measured. As an example, the analysis environment sensor device 12 may transmit to the wireless base station 13 the PM concentration data 12a measured for a predetermined period, for example, every minute. In addition, the atmospheric analysis environment sensor device 12 stores ID information indicating from which environment sensor device the measurement information is acquired in the same housing (not shown) as the environment sensor for the target substance to be measured. A device to acquire, a device to acquire positional information (for example, GPS) of the installation position, a group of devices such as a thermometer, a hygrometer, a barometer, and an illumination intensity meter are further mounted, and acquire the data 12b of the operating state information of the sensor. device. Acquire operating status information of the environment sensor device before installing it in the environment sensor device. These devices ensure general accuracy and can collect information when maintenance is not required for a long period of time. is. As another example of the present invention, these operating state information may be corrected as information to be corrected. For the correction method in this case, refer to the method of correcting detection data of the detection target gas of the present invention. good too.

また、同一の筐体には、これらの環境センサ素子を駆動する電池(電源)、データ保存用のメモリカード、測定データをインターネット14を介してサーバ装置15に送信する通信装置、環境センサ素子の動作環境を維持する装置などの補助的装置(図示せず)がさらに搭載されている。なお、これらの補助的装置は必須の装置ではなく、例えば本発明は電池を給電装置としてもよいが、交流電流などで直接給電し、或いは太陽光発電装置などを用いてもよい。また、記憶装置は、不揮発性のメモリカードを用いてもよいし、フラッシュメモリなどの揮発性の記憶装置を用いてもよい。また、送信装置は特に限定されず、データの伝送及び送信を実現可能な装置であればよい。 In the same housing, a battery (power supply) for driving these environment sensor elements, a memory card for data storage, a communication device for transmitting measurement data to the server device 15 via the Internet 14, and an environmental sensor element are installed. Ancillary equipment (not shown), such as equipment that maintains the operating environment, are also included. These auxiliary devices are not essential devices. For example, in the present invention, a battery may be used as a power supply device. Also, the storage device may be a non-volatile memory card or a volatile storage device such as a flash memory. Also, the transmission device is not particularly limited, and any device capable of realizing data transmission and transmission may be used.

通信システムは有線方式及び/又は無線方式を用いてもよいが、無線方式は環境センサ装置の設置位置の自由度を向上できるため好ましい。無線方式の種類は、データをインターネット上のサーバ装置に送信できればよく、任意の方法を用いてもよい。本実施形態では、移動体通信システム、例えば4G又は次世代の5G通信システムを用いてもよいし、WIFI等の広域無線インターネットを用いてもよいし、ブルートゥース(登録商標)等の近距離無線ネットワークを用いてもよい。 The communication system may use a wired system and/or a wireless system, but the wireless system is preferable because it can improve the degree of freedom in the installation position of the environment sensor device. Any type of wireless system may be used as long as data can be transmitted to a server device on the Internet. In this embodiment, a mobile communication system such as a 4G or next-generation 5G communication system may be used, a wide area wireless Internet such as WIFI may be used, or a short-range wireless network such as Bluetooth (registered trademark) may be used. may be used.

本実施形態では、各環境センサ素子の測定データ12a及び動作状態情報12bは無線通信システムによりインターネット14を介してサーバ装置15に送信され、サーバ装置15内の記憶装置(図示せず)に記憶され、蓄積される。 In this embodiment, the measurement data 12a and the operating state information 12b of each environmental sensor element are transmitted to the server device 15 via the Internet 14 by a wireless communication system, and stored in a storage device (not shown) in the server device 15. , is accumulated.

本実施形態では、サーバ装置15により、蓄積されたデータを処理する。また、本実施形態では、ネットワーク上で公開されたデータ16を学習データにおける必要な真値のデータとする。精度の高い大気分析装置により測定されたPM、窒素酸化物、硫黄酸化物、一酸化炭素、オゾン、二酸化炭素、硫化水素、VOC等の各測定データ16a、及び該真値データを測定するための動作状態情報(例えば位置及び時間)を示すデータ16bを用いる。測定における時間パラメータ、即ち同一の時間に小型の大気分析環境センサから送信された測定データ12a、小型の大気分析環境センサにより取得された上記データを検出する時の動作状態情報12b、ネットワーク上で公開された真値である精度の高い濃度データ16a及び上記真値データを取得する時の動作状態情報16bを、データセット17に集約して記憶する。図1に示すように、本発明に用いられる具体的な処理方法は、測定データ12aと動作状態情報12bとを関連付けデータ(本実施例では、データペアの形を採用しているが、これに限定されず、行列などの形を用いてもよい)に作成し、濃度データ16aと動作状態情報16bとを関連付けデータ(上記と同様に)に作成し、作成された関連付けデータをサーバ装置15のメモリに記憶し、蓄積する。 In this embodiment, the server device 15 processes the accumulated data. Further, in this embodiment, the data 16 published on the network is used as the necessary true value data in the learning data. Measurement data 16a of PM, nitrogen oxides, sulfur oxides, carbon monoxide, ozone, carbon dioxide, hydrogen sulfide, VOC, etc. measured by a highly accurate atmospheric analyzer, and the true value data Data 16b indicating operational state information (eg position and time) is used. The time parameters in the measurement, that is, the measurement data 12a transmitted from the small air analysis environment sensor at the same time, the operating state information 12b when detecting the above data acquired by the small air analysis environment sensor, published on the network High-precision density data 16a, which is the true value obtained by the process, and operation state information 16b at the time of acquiring the true value data are collected and stored in a data set 17. FIG. As shown in FIG. 1, in the specific processing method used in the present invention, measurement data 12a and operating state information 12b are associated with data (in this embodiment, data pairs are used; The concentration data 16a and the operating state information 16b are created as association data (similar to the above), and the created association data is sent to the server device 15. Store and accumulate in memory.

サーバでは、これらの蓄積されたデータセット17を学習データとし、モデル18に学習させる。本実施形態では、モデルとして、図2の符号12に示すニューロンネットワークのモデルを用いる。必要なデータを学習するほど、モデルの学習が改善される。 In the server, these accumulated data sets 17 are used as learning data, and the model 18 is made to learn. In this embodiment, a neuron network model indicated by reference numeral 12 in FIG. 2 is used as the model. The more data you learn, the better your model learns.

各環境センサについて1つのニューロンネットワークのモデルを準備してもよい。例えば、10種類の環境センサ素子が搭載された環境センサ装置について、各環境センサにそれぞれ対応する10個のニューロンネットワークのモデルを準備する。ニューロンネットワークの層数、相関係数は、各環境センサに応じて異なってもよい。 One neuron network model may be prepared for each environmental sensor. For example, for an environment sensor device equipped with 10 kinds of environment sensor elements, 10 neuron network models corresponding to each environment sensor are prepared. The number of layers of the neuron network and the correlation coefficient may differ according to each environmental sensor.

環境センサの種類によって異なるが、1000個程度以上の学習データがあれば、モデルの学習は十分な精度を達成できる程度になる。モデルの学習が終了した後に、モデルを用いて未校正の各環境センサ装置から送信された各測定データ12aを補正し、精度の高い補正後のデータ18aを取得する。また、使用者の需要や要求に応じて、補正後のデータを表示装置に表示してもよい。 Depending on the type of environment sensor, if there are about 1000 or more pieces of learning data, model learning can achieve sufficient accuracy. After model learning is completed, each measurement data 12a transmitted from each uncalibrated environment sensor device is corrected using the model, and highly accurate corrected data 18a is obtained. Further, the data after correction may be displayed on the display device according to user's demand or request.

現在、センサ製造者は自分で製造したセンサ素子を異なる程度のデータ補正を実行し、温度や湿度の補償式又はニューロンネットワーク技術を用いているが、通常高精度の温度や湿度などの環境センサ素子の動作状態センサの価格が環境センサ素子自体よりも高く、低精度が測定精度に重大な影響を与え、高精度の要求を十分に達成できない。そこで、高価な装置でセンサの動作環境を制御する方法は実質的に利用できなく、各センサ素子について動作状態を検出するためのセンサ(検出装置)をそれぞれ設けるという上記の方法は単一のセンサ装置のコストを明らかに上昇させ、製品の市場競争力を失ってしまう。一方、本発明では、複数の環境センサ素子が1組の高精度の動作状態装置を共用することで、装置のコストを大幅に低減させることができる。 At present, sensor manufacturers perform different degrees of data correction on their sensor elements and use temperature and humidity compensation formulas or neuron network technology, but usually high-precision environmental sensor elements such as temperature and humidity The price of the operating state sensor is higher than the environmental sensor element itself, and the low accuracy seriously affects the measurement accuracy, and the high accuracy requirement cannot be fully achieved. Therefore, it is practically impossible to use the method of controlling the operating environment of the sensor with an expensive device. It obviously increases the cost of the equipment and makes the product lose market competitiveness. In the present invention, on the other hand, multiple environmental sensor elements share a single set of highly accurate operating state devices, thereby significantly reducing the cost of the device.

本発明のもう1つのポイントとしては、複数のセンサ素子間の測定データの相互干渉という問題を解決した。現在、ガスセンサは、通常複数の測定すべきガス、特に可燃性ガス又は酸化性ガスに対して感度を有する。例えば、図5の(A)に示すように、実験室で標準ガスを測定する場合は、100ppmの二酸化窒素のみを含む標準ガスを入力するが、他の非二酸化窒素センサでは誤って測定された値が現れる。200ppmの二酸化窒素の標準ガスを入力する場合は、図5の(B)に示すように、非二酸化窒素センサにも変動が生じ、同様に、他のガスの標準ガスを入力した場合も同様なことが生じる。標準ガスを繰り返し測定し、各センサの誤測定の感度の変動曲線を算出してもよいが、各センサが異なる特性を有し、センサの数が増加すると、組み合わせ測定の実験コストが数倍に増加してしまう。さらに、現実の複数種類のガスが共存している状態では、図5の(C)に示す測定結果について、出力データにおける誤測定の感度と実測データの割合を判断できなく、全ての誤測定の感度の変動規則を推定して正確な数値を取得することを確保できない。一方、本発明の方法では、ニューロンネットワークのモデルを用いて処理した後に、設定式の不正確さを回避でき、代替的なニューロンネットワークのモデルを用いて処理するため、精度を向上した。 Another point of the present invention is to solve the problem of mutual interference of measurement data between a plurality of sensor elements. At present, gas sensors are usually sensitive to a plurality of gases to be measured, especially combustible or oxidizing gases. For example, as shown in FIG. 5A, when measuring a standard gas in a laboratory, input a standard gas containing only 100 ppm nitrogen dioxide, which was erroneously measured by other non-nitrogen dioxide sensors. value appears. When a standard gas of 200 ppm nitrogen dioxide is input, the non-nitrogen dioxide sensor also fluctuates, as shown in FIG. happens. A standard gas may be repeatedly measured and the variation curve of the false measurement sensitivity of each sensor may be calculated. increase. Furthermore, in the actual state where multiple types of gases coexist, it is not possible to determine the sensitivity of erroneous measurement in the output data and the ratio of actual measurement data in the measurement results shown in FIG. It cannot be guaranteed to estimate the variation rule of sensitivity to obtain an accurate figure. On the other hand, the method of the present invention can avoid the inaccuracy of the setting formula after processing with the model of the neuron network, and the processing with the alternative model of the neuron network improves the accuracy.

即ち、環境センサ装置に各ガス毎にセンサ素子が設けられるが、従来のガスについてのセンサは複数種類のガスに対して感度を有する。例えば、以下は、複数種類の環境センサのそれぞれの対象ガスに対する感度の状況が示されている。具体的には、測定対象である対象ガスを測定する際に、測定環境に対象ガスのみならず、1つ又は複数の種類の干渉ガスが共存するため、センサの測定結果は実質的に対象ガス濃度の測定結果と干渉ガス濃度の干渉値(本文では感度とも称される)との和である。対象ガスによって、種類の異なる干渉ガス、異なるガス濃度は干渉値に影響を与える。 That is, the environmental sensor device is provided with a sensor element for each gas, but conventional gas sensors are sensitive to a plurality of types of gases. For example, the following shows the sensitivities of multiple types of environmental sensors to target gases. Specifically, when the target gas to be measured is measured, not only the target gas but also one or more kinds of interfering gases coexist in the measurement environment. It is the sum of the concentration measurement result and the interference value of the interfering gas concentration (also referred to herein as sensitivity). Depending on the target gas, different kinds of interference gases and different gas concentrations affect the interference value.

これに対して、本発明の環境センサシステムを用いて補正測定を行い、環境センサの複数の測定値を同時に取得し、ニューロンネットワークのモデルにより対応する真値に基づいて該複数の測定値を処理し、得られた測定データから干渉ガスにより形成された干渉値を除去し、測定データの補正特性を取得する。即ち、補正特性により補正することで、得られた測定データと真値との差を所定の閾値よりも小さくすることができる。そして、実際に測定する際に、取得された補正特性により、実際の測定データを補正し、正確なデータを取得できる。 In contrast, the environmental sensor system of the present invention is used to perform corrective measurements, obtain multiple environmental sensor measurements simultaneously, and process the multiple measurements based on the corresponding true values by a neuron network model. Then, the interference value formed by the interfering gas is removed from the obtained measurement data to obtain the correction characteristic of the measurement data. That is, the difference between the obtained measurement data and the true value can be made smaller than the predetermined threshold by correcting with the correction characteristic. Then, when actually measuring, it is possible to correct the actual measurement data using the obtained correction characteristics and obtain accurate data.

具体的なデータ処理方法は、図6Aに示すデータ処理方法の一例を参照してもよい。ここで、複数セットの同一の時点のセンサ装置の動作状態情報、センサ検出データ及び真値を1つのデータセットとして測定データ51を取得し、各センサに対応する図2の構成を有するニューロンネットワークのモデル18に同一のデータを入力し、データを学習する。ニューロンネットワークは入力された同一の時点の動作状態、センサ検出データ及び真値に対してデータ処理の比較を行い、特徴データを抽出して記憶する。十分なデータに対して学習したモデルに検出データ52を入力し、各モデルに記憶されたデータ処理の特徴から、各センサに対応するデータの真値を推定し、処理後データ53を出力する。 For a specific data processing method, an example of the data processing method shown in FIG. 6A may be referred to. Here, a plurality of sets of operating state information of the sensor device at the same point in time, sensor detection data, and true values are used as one data set to obtain measurement data 51, and a neuron network having the configuration of FIG. 2 corresponding to each sensor is constructed. Input the same data to the model 18 and learn the data. The neuron network performs data processing comparison on the input operating states, sensor detection data and true values at the same time, extracts and stores characteristic data. Detected data 52 is input to a model trained on sufficient data, the true value of the data corresponding to each sensor is estimated from the data processing characteristics stored in each model, and processed data 53 is output.

ニューロンネットワークの学習機能は、隠れ層を増加し、データの次元を変更することでデータ間の規則を取得し直してもよく、この部分の実現は図4において説明され、本システムの実装に用いられるニューロンネットワークの全体的な木構造が説明される。 The learning function of the neuron network may reacquire the rules between the data by increasing the hidden layer and changing the dimension of the data, and the realization of this part is described in FIG. The overall tree structure of the neuron network is described.

図2は環境センサシステムのサーバ装置の処理において用いられるニューロンネットワークの実装モデルの構成を示す図である。一例として、図2に示す構成図では、入力データは大気分析環境センサ装置の出力データ12a、12b又は82a、82bであり、処理用のニューロンネットワークモデルは18であり、ここで24anはn番目の環境センサ素子又はモジュールの出力データの初回補正用の1層目のニューロンネットワーク22により用いられるモデルを表し、24bは2層目のニューロンネットワーク23により用いられるモデルを表し、出力データは18aであり、ここで23anはn番目の環境センサ素子又はモジュールの出力データの補正後の数値を表す。ここの初回補正は本発明の態様における事前補正に相当する。また、サーバ装置によりニューロンネットワークのモデルを用いてデータに対して事前補正を行うことは単なる一例であり、実際に使用する際に、該事前補正は、センサ装置に設けられたセンサによりその製品特性に基づいて動作状態情報を用いて行われる補正であってもよい。或いは、センサ装置自体により手動計算などの方法で補正された事前補正データであってもよい。 FIG. 2 is a diagram showing the configuration of an implementation model of a neuron network used in the processing of the server device of the environment sensor system. As an example, in the configuration diagram shown in FIG. 2, the input data is the output data 12a, 12b or 82a, 82b of the atmospheric analysis environment sensor device, the neuron network model for processing is 18, and 24an is the nth represents the model used by the first layer neuron network 22 for the first correction of the output data of the environmental sensor element or module, 24b represents the model used by the second layer neuron network 23, the output data is 18a, Here, 23an represents the corrected numerical value of the output data of the n-th environmental sensor element or module. The initial correction here corresponds to the pre-correction in the aspect of the present invention. Further, the pre-correction of the data using the neuron network model by the server device is merely an example. The correction may be performed using the operating state information based on. Alternatively, it may be pre-corrected data corrected by a method such as manual calculation by the sensor device itself.

本実施形態は、2層木構造の混合ニューロンネットワーク(NN)のモデルを用いる補正方法を採用する。1層目のニューロンネットワークは、取得された各環境センサ素子又はモジュールに対して1回の補正をそれぞれ行う。該1回の補正は、標準のニューロンネットワークを用いてもよく、従来の曲線式に従って変形された標準のニューロンネットワークを用いてもよいし、ニューロンネットワークを用いることなく従来の曲線式を直接用いてもよい。即ち、ニューロンネットワークに入力する入力データは、該環境センサ素子又はモジュールの出力データ及び該環境センサの動作状態情報である。1層目のニューロンネットワークは、隠れ層を少なくし、或いは無くすることで、環境センサの動作状態の出力データへの影響を優先的に排除し、勾配消失の局所最適解を回避する。独立した補正は、既存の補正式又は動作状態の影響を解消した環境センサ素子又はモジュールにより柔軟な組み合わせ選択肢を提供した。2層目のニューロンネットワークの入力は全ての環境センサ素子又はモジュールの検出データ及び動作状態情報であり、出力は全ての環境センサ素子又はモジュールの補正後データである。この態様では、実装のニューロンネットワークは全て1つの隠れ層、sigmoid活性化関数を用いる。また、装置の演算能力に応じてより多くの隠れ層を用いてもよく、必要に応じて関数又はニューロンネットワーク自体を変形してもよい。 This embodiment employs a correction method using a mixed neuron network (NN) model with a two-layer tree structure. The first-layer neuron network performs one-time correction for each environmental sensor element or module obtained. The one-time correction may use a standard neuron network, a standard neuron network modified according to a conventional curve formula, or directly using a conventional curve formula without using a neuron network. good too. That is, the input data to be input to the neuron network are the output data of the environment sensor element or module and the operating state information of the environment sensor. By reducing or eliminating hidden layers, the neuron network of the first layer preferentially eliminates the influence of the operating state of the environmental sensors on the output data, and avoids the local optimum of vanishing gradients. Independent correction provided more flexible combination options with environmental sensor elements or modules that eliminated the effects of existing correction formulas or operating conditions. The input of the neuron network of the second layer is the detection data and operating state information of all environmental sensor elements or modules, and the output is the corrected data of all environmental sensor elements or modules. In this aspect, the implemented neuron network uses all one hidden layer, the sigmoid activation function. Also, more hidden layers may be used depending on the computing power of the device, and the function or neuron network itself may be modified as needed.

図3は1回目のニューロンネットワーク(NN)の構築及び実装の詳細図である。該部分の実装は標準のニューロンネットワークを用いて、python言語のtensorflowを用いてネットワークモデルを構築し、アルゴリズム及び原理は清華大学出版社の「機械学習」第5章ニューロンネットワークを参照してもよい。実装では1つの隠れ層が設けられ、2層ニューロンネットワークとも称され、該隠れ層は10個のノードがあり、詳細図ではn個のノードで表され、sigmoid関数を活性化関数として用い、cost計算は真値と出力値との差の2乗を用いる。図3に示すように、ニューロンネットワークは3つの層、即ち入力層、隠れ層及び出力層に分けられ、本実装では1つの隠れ層が用いられ、2層ニューロンネットワークとも称され、選択の理由は2層ニューロンネットワークが任意の連続関数に無限に近似できることが理論上で証明されているからである。円形ノード内のものはデータを表し、矢印の線は重み又は加重値Wと称される。 FIG. 3 is a detailed diagram of the construction and implementation of the first neuron network (NN). The implementation of this part uses a standard neuron network, uses the python language tensorflow to build a network model, and the algorithm and principle may refer to "Machine Learning" Chapter 5 Neuron Network of Tsinghua University Press . In the implementation, one hidden layer is provided, also called a two-layer neuron network, the hidden layer has 10 nodes, represented by n nodes in the detailed diagram, using the sigmoid function as the activation function, the cost The calculation uses the square of the difference between the true value and the output value. As shown in FIG. 3, the neuron network is divided into three layers: input layer, hidden layer and output layer, in this implementation one hidden layer is used, also called two-layer neuron network, the reason for the choice is This is because it has been theoretically proven that a two-layer neuron network can infinitely approximate arbitrary continuous functions. Those within the circular nodes represent the data and the lines of arrows are referred to as weights or weighted values W.

計算式は次の通りである。 The calculation formula is as follows.

=σ(W[ht-1,x]+b
=σ(W[ht-1,x]+b
例えば、隠れ層の計算例は次の通りである。
h t =σ(W h [h t−1 , x t ]+b 1 )
O t =σ(W o [h t−1 , x t ]+b 2 )
For example, an example calculation of the hidden layer is as follows.

h1=sigmoid(12an*Wanh1+12b1h1*Wb1h1+…+1*W1h1)
同様に、既知のW1行列に基づいて隠れ層h1-hnを算出でき、W2行列に基づいて22anを算出でき、補正後のデータOを取得でき、実際の計算は対応するニューロンネットワークのプログラムにより実行され、この態様ではpython言語のtensorflowを用いる。一方、環境センサ装置の出力データ及び真値16anが取得された場合は、ニューロンネットワークの学習プログラムは、出力値22anと16anと最も接近する行列を取得するまで、ペナルティメカニズムに従って真値と出力値との差の2乗に基づいて、Wにおけるデータの数値を調整する。学習のデータが多いほど、得られたW行列が正確になる。この態様では2層のニューロンネットワークを用いているが、隠れ層の数に限定されなく、他のニューロンネットワークモデルや他の変形、他の活性化関数などを用いてもよい。
h1=sigmoid(12an*Wanh1+12b1h1*Wb1h1+...+1*W1h1)
Similarly, the hidden layers h1-hn can be calculated based on the known W1 matrix, 22an can be calculated based on the W2 matrix, and the corrected data O t can be obtained, and the actual calculation is performed by the corresponding neuron network program. This embodiment uses the python language tensorflow. On the other hand, when the output data of the environment sensor device and the true value 16an are acquired, the learning program of the neuron network follows the penalty mechanism until the matrix closest to the output values 22an and 16an is acquired. Adjust the numerical value of the data in W based on the squared difference of . The more training data, the more accurate the obtained W matrix. Although this embodiment uses a two-layer neuron network, the number of hidden layers is not limited, and other neuron network models, other modifications, and other activation functions may be used.

図4は木構造の図における2回目のニューロンネットワーク(NN)の構築及び実装の詳細図である。この態様で用いられるニューロンネットワークの構成及びアルゴリズムは図3と同様であり、相違点としては、入力データにおける検出データが1層目のニューロンネットワークにより初回補正された出力値であり、出力層と同時に全ての補正後のデータを出力する。木構造の2層目のニューロンネットワークの入力データは一般な精度を有し、動作状態の影響を除去し、各環境センサ素子又はモジュール間の影響を深く分析することができる。本方法は、標準のニューロンネットワークに限定されず、実際の使用の場合は、より高いデータ精度を達成するように、サーバ性能に応じて隠れ層の数を増加し、適宜変形して勾配消失の局所最適解を回避してもよい。サイクリックニューロンネットワーク又は関連するネットワークシミュレーションの変形を応用し、データ由来の予測などの実際の応用を幅広く拡張してもよい。 FIG. 4 is a detailed diagram of the construction and implementation of the second neuron network (NN) in the tree diagram. The structure and algorithm of the neuron network used in this embodiment are the same as those in FIG. Output all corrected data. The input data of the neuron network in the second layer of the tree structure has general accuracy, can remove the effects of working conditions, and deeply analyze the effects between each environmental sensor element or module. The method is not limited to standard neuron networks, but in practical use, the number of hidden layers can be increased according to the server performance, and modified accordingly to eliminate gradient vanishing, so as to achieve higher data accuracy. Local optima may be avoided. Variants of cyclic neuron networks or related network simulations may be applied to broadly extend practical applications such as data-driven prediction.

図6Bは本発明の効果を説明するための図である。図6Bに示すように、未補正の測定データと真値との相関係数を評価標準として採用する。図6Bに示すように、PM2.5環境センサ素子の補正では、未補正の測定データと真値との相関係数は0.86であり、一方、本発明に係る応用モデルの処理方法により得られた補正後の測定データと真値との相関係数は0.95である。よって、高精度に補正することができる。 FIG. 6B is a diagram for explaining the effects of the present invention. As shown in FIG. 6B, the correlation coefficient between the uncorrected measurement data and the true value is adopted as the evaluation standard. As shown in FIG. 6B, in the correction of the PM2.5 environment sensor element, the correlation coefficient between the uncorrected measurement data and the true value is 0.86, while the correlation coefficient obtained by the application model processing method according to the present invention is The correlation coefficient between the corrected measured data and the true value is 0.95. Therefore, correction can be performed with high accuracy.

これによって、本発明の環境センサシステムでは、ニューロンネットワークのモデルを用いることで、手動でのモデル構築のコストを低減させ、設置前の環境センサ装置の事前補正のコストを低減させることができる。また、環境センサにより出力されたデータに干渉による偏差が生じた場合、蓄積データを自発的に用いて、ニューロンネットワークのモデルを用いて環境センサ素子により出力されたデータを校正、補正することができるため、環境センサ装置の経時変化による測定データの偏差を低減させることができる。従って、環境センサ装置に偏差が生じた場合であっても、ニューロンネットワークのモデルを用いて出力データを補正することで、再校正の実施頻度を低減させ、メンテナンス周期を長くし、環境センサ装置のメンテナンスコストを低減させることができる。 As a result, in the environment sensor system of the present invention, by using a neuron network model, it is possible to reduce the cost of manually constructing a model and reduce the cost of pre-correction of the environment sensor device before installation. In addition, when deviation occurs due to interference in the data output by the environmental sensor, the data output by the environmental sensor element can be calibrated and corrected using the neuron network model by spontaneously using the accumulated data. Therefore, it is possible to reduce the deviation of the measurement data due to the aging of the environment sensor device. Therefore, even if a deviation occurs in the environment sensor device, by correcting the output data using the neuron network model, the frequency of recalibration can be reduced, the maintenance cycle can be lengthened, and the environment sensor device Maintenance costs can be reduced.

また、上記のデータ処理方法は、コンピュータソフトウェアで実現されてもよく、該ソフトウェアはコンピュータ読み取り可能な媒体、例えばCDROM、DVDROM等の読み出し専用記憶媒体に記憶されている。また、HDD、SDメモリ等の書き換え可能な固定又は挿入式の記憶媒体を用いてもよい。また、ネットワーク上のネットワークディスク等の記憶媒体を用いてもよい。該ソフトウェアが記憶されている記憶媒体にはコンピュータプログラムが記憶され、環境センサシステムに含まれるプロセッサに該コンピュータプログラムを実行させる際に、該環境センサシステムに以下のステップを実現させる。インターネットを介して接続された1つ以上の環境センサ装置及びサーバ装置により構成された環境センサシステムにおける環境センサ装置は内蔵されている1つ以上の環境センサ素子又はモジュールにより検出された物質含有量の検出データ、及び同一時点における該環境センサ装置の動作状態情報を同時に収集し、環境センサシステムのサーバ装置はインターネットを介して1つ以上の環境センサ装置の環境センサ素子又はモジュールにより検出された検出データ及び環境センサ装置の動作状態情報を受信し、検出データ及び動作状態情報を累積し、サーバ装置は環境センサ装置の環境センサ素子又はモジュールにより検出されたデータと対応する環境センサ装置の動作状態情報とを関連付けて関連付けデータを生成し、関連付けデータをニューロンネットワークのモデルに入力し、該モデルのデータ処理により、各環境センサ素子又はモジュールにより検出されたデータに対して少なくとも補正を含むデータ処理を行い、補正後の結果データを出力する。ここで、ニューロンネットワークのモデルは、訓練データを訓練して構築されたものである。 The data processing method described above may also be implemented by computer software, and the software is stored in a computer-readable medium, such as a read-only storage medium such as a CDROM, DVDROM, or the like. Alternatively, a rewritable fixed or insertable storage medium such as an HDD or SD memory may be used. Alternatively, a storage medium such as a network disk on the network may be used. A computer program is stored in the storage medium storing the software, and causes the environment sensor system to implement the following steps when causing a processor included in the environment sensor system to execute the computer program. In an environmental sensor system composed of one or more environmental sensor devices and a server device connected via the Internet, the environmental sensor device can measure the substance content detected by one or more built-in environmental sensor elements or modules. Detected data and operating state information of the environmental sensor devices at the same time are collected at the same time, and the server device of the environmental sensor system receives the detected data detected by the environmental sensor elements or modules of one or more environmental sensor devices via the Internet. and the operating state information of the environmental sensor device, accumulates the detection data and the operating state information, and the server device stores the data detected by the environmental sensor element or module of the environmental sensor device and the operating state information of the corresponding environmental sensor device. to generate association data, input the association data into a neuron network model, and perform data processing including at least correction on the data detected by each environmental sensor element or module by data processing of the model, Output the corrected result data. Here, the neuron network model is constructed by training the training data.

また、本実施形態では、モデルを作成する際に、1000個程度の関連付けデータを用いる。その理由は以下の通りである。従来のセンサ装置では、通常単一のセンサ装置又はセンサ装置内のセンサ素子をそれぞれ個別に校正するため、複数のセンサ装置を同時に使用して同時動作又は協力動作を行わせる場合、各センサ素子又は装置自体の検出が正確であっても、複数のセンサ素子間に干渉が生じ、各センサ装置間の校正の差異があり、或いは各センサ装置のセンサ素子間の校正の差異があるため、最終的にセンサ装置により出力されたデータに偏差が現れる。一方、本実施形態では、1000個程度の関連付けデータを用いることで、大量のデータに基づいてニューロンネットワークのモデルを用いて偏差のあるデータを正確なデータに補正できる。また、本実施形態では、2層のニューロンネットワークを用いることで、1000個程度の関連付けデータを使用すればよく、関連付けデータ量への要求が低く、データ処理量を低減させ、ニューロンネットワークのモデルの構築時間を短縮でき、本発明の環境センサシステムの設置から自らの補正までの必要な時間を短縮できる。 Further, in this embodiment, about 1000 pieces of association data are used when creating a model. The reason is as follows. Conventional sensor devices typically calibrate a single sensor device or sensor elements within a sensor device individually. Even if the detection of the device itself is accurate, the final deviations appear in the data output by the sensor device. On the other hand, in this embodiment, by using about 1000 pieces of association data, deviation data can be corrected to accurate data using a neuron network model based on a large amount of data. In addition, in this embodiment, by using a two-layer neuron network, it is sufficient to use about 1000 pieces of association data. The construction time can be shortened, and the time required from the installation of the environment sensor system of the present invention to its own correction can be shortened.

さらに、本発明によれば、用いられるセンサ装置が通常精度のセンサ又は低精度のセンサであっても、真値を用いてニューロンネットワークのモデルにより、センサ装置により取得された高標準、高精度の要求を満たしていない検出データを、高標準、高精度の要求を満たした検出データに変換できる。よって、センサシステム全体のコストを低減させることができる。 Furthermore, according to the present invention, even if the sensor device used is a normal-accuracy sensor or a low-accuracy sensor, the neuron network model uses the true value to obtain a high-standard, high-precision sensor device acquired by the sensor device. The sensing data that does not meet the requirements can be converted into the sensing data that meets the requirements of high standard and high accuracy. Therefore, the cost of the entire sensor system can be reduced.

また、本実施形態では、サーバ装置15では、センサ装置から測定データを取得する手段(ユニット又はモジュール)は本発明の測定データ入力部に相当し、ネットワークで公開された真値データから真値を取得する手段(ユニット又はモジュール)は本発明の真値取得部に相当し、ニューロンネットワークのモデルにより関連付けデータを処理して補正特徴を取得する手段(ユニット又はモジュール)は本発明の補正特性生成部に相当し、補正特性生成部により選択された最適補正特性に基づいて実測データを補正する手段(ユニット又はモジュール)は本発明の測定データ補正部に相当し、センサ装置から各動作状態情報を取得する手段(ユニット又はモジュール)は本発明の動作状態情報入力部に相当する。 Further, in the present embodiment, in the server device 15, the means (unit or module) for acquiring measurement data from the sensor device corresponds to the measurement data input unit of the present invention, and acquires the true value from the true value data published on the network. The acquisition means (unit or module) corresponds to the true value acquisition section of the present invention, and the means (unit or module) to process the association data by the neuron network model and acquire the correction feature is the correction characteristic generation section of the present invention. and the means (unit or module) for correcting the measured data based on the optimum correction characteristic selected by the correction characteristic generation section corresponds to the measurement data correction section of the present invention, and acquires each operating state information from the sensor device. The means (unit or module) for doing so corresponds to the operation state information input section of the present invention.

また、ソフトウェア自体は、従来の通常のプログラミング言語、例えばJAVA(登録商標)等のプログラミング言語を用いて作成されてもよい。プログラムの実行方法は上記環境センサの補正方法の動作方法と同一又は基本的に同一であるため、ここでその詳細な説明を省略する。 Also, the software itself may be created using a conventional programming language such as JAVA (registered trademark). Since the execution method of the program is the same as or basically the same as the operation method of the environmental sensor correction method, detailed description thereof will be omitted here.

[第2実施形態]
図7は第2実施形態に係る環境センサシステムを示す図である。本実施形態の補正方法では、第1実施形態のようにネットワーク上で公開された分析装置のデータを真値データとすることと異なり、予め校正された高精度の測定を実現可能な大気分析環境センサ装置を準備し、該環境センサから得られた測定データを真値とする。未校正の環境センサ装置の構造と同一の構造を有する環境センサ装置を用いて予め校正してもよく、環境センサ装置に内蔵されている環境センサ素子と同一の物質の量を検出可能な環境センサであれば、他の構造の環境センサを用いてもよい。第1実施形態の図面における同一の構成要素について同一の符号で示し、その説明を省略する。
[Second embodiment]
FIG. 7 is a diagram showing an environment sensor system according to the second embodiment. In the correction method of this embodiment, unlike the first embodiment in which the data of the analysis device published on the network is used as the true value data, the atmospheric analysis environment that can realize pre-calibrated high-precision measurement A sensor device is prepared, and measurement data obtained from the environmental sensor is taken as a true value. An environment sensor that may be calibrated in advance using an environment sensor device having the same structure as an uncalibrated environment sensor device, and that can detect the amount of the same substance as the environment sensor element built in the environment sensor device. If so, environmental sensors with other structures may be used. The same constituent elements in the drawings of the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

複数の未校正の小型の大気分析環境センサ装置12が設置されている。そのうち1つの環境センサ装置12の近傍に予め校正された高精度の測定を実現可能な同一種類の環境センサ装置構造の校正済みのデータを取得するための近傍大気分析環境センサ装置72が設けられている。本実施形態における通信システムは有線接続方式(なお、必要に応じて無線接続を用いてもよい)である。各大気分析環境センサ装置12により取得された測定データ12a、72a及び動作状態情報12bはインターネット14を介してサーバ装置15に送信され、サーバ装置15の記憶装置(図示せず)内に記憶されている。 A plurality of uncalibrated small atmospheric analysis environment sensor devices 12 are installed. In the vicinity of one of the environmental sensor devices 12, a proximate atmospheric analysis environmental sensor device 72 is provided for obtaining calibrated data of the same type of environmental sensor device structure capable of achieving pre-calibrated high-precision measurement. there is The communication system in this embodiment employs a wired connection method (a wireless connection may be used as necessary). The measurement data 12a, 72a and the operating state information 12b acquired by each atmospheric analysis environment sensor device 12 are transmitted to the server device 15 via the Internet 14 and stored in a storage device (not shown) of the server device 15. there is

本実施形態では、データ学習に必要な真値のデータとして、測定と同じ時点において、小型の大気分析環境センサから送信された測定データ12a、72aと動作状態情報とを集約し、データセット17として記憶する。サーバ装置15では、これらの累積されたデータセットを学習データとして、図2の符号12で示すニューロンネットワークのモデルに学習させる。モデルの学習が終了した後に、モデル18を用いて未校正の各環境センサ装置から送信された各測定データ12a、動作状態情報12bを補正し、高精度の補正後のデータ18aを取得し、補正後のデータ18aを補正後の各環境センサ装置により送信された補正データとして用いる。例えば、補正後のデータを情報収集装置、公衆に提供し、或いは表示装置等に表示させる。 In this embodiment, as true value data necessary for data learning, measurement data 12a and 72a transmitted from a small atmospheric analysis environment sensor and operating state information are aggregated at the same point in time as measurement, and a data set 17 is obtained. Remember. In the server device 15, these accumulated data sets are used as learning data to make the neuron network model indicated by reference numeral 12 in FIG. 2 learn. After model learning is completed, each measurement data 12a and operating state information 12b transmitted from each uncalibrated environment sensor device are corrected using the model 18, and highly accurate corrected data 18a are obtained and corrected. The later data 18a is used as corrected data transmitted by each environment sensor device after correction. For example, the corrected data is provided to an information gathering device or the public, or displayed on a display device or the like.

補正の方法は、第1実施形態に記載された補正方法を用いてもよいし、第1実施形態に記載されたソフトウェアが記憶されている記憶媒体により実現されてもよい。 The correction method may use the correction method described in the first embodiment, or may be realized by a storage medium storing the software described in the first embodiment.

[第3実施形態]
図8は第3実施形態に係る環境センサシステムを示す図である。本実施形態では、第1実施形態のようにインターネット上で公開された分析装置データを真値とすることと異なり、高精度が確保された分析装置89の近傍には構造が補正すべき大気分析環境センサ装置12と同一の装置82が設けられると共に、同一時点の同一大気のデータ82c及び動作状態情報の情報82dを並行して測定する。第1実施形態及び第2実施形態と同様な構造の部分について、同一の符号で示し、その説明を省略する。
[Third Embodiment]
FIG. 8 is a diagram showing an environment sensor system according to the third embodiment. In the present embodiment, unlike the first embodiment, in which analytical device data published on the Internet is used as the true value, there is an atmospheric analysis device whose structure should be corrected in the vicinity of the analytical device 89 that ensures high accuracy. A device 82 that is the same as the environment sensor device 12 is provided and simultaneously measures data 82c of the same atmosphere at the same time and information 82d of operating state information. Parts having the same structure as those of the first embodiment and the second embodiment are denoted by the same reference numerals, and descriptions thereof are omitted.

補正すべき大気分析環境センサ装置12と同一の装置82から取得された並行して測定された同一時点の同一大気のデータ82c及び動作状態情報の情報82dに基づいて、高精度の分析装置89を用いて処理を行い、そして、高精度の分析装置89から取得されたデータ89aを真値とし、分析装置とペアとなる未校正の環境センサ装置82の測定データ82c及び動作状態情報からの情報82dに基づいて、モデルを学習し、校正すべき環境センサ装置12から取得された測定データ12a及び動作状態情報12bを測定データとしてモデルに導入し、校正済みのデータ18を出力する。他の構造は第1実施形態と同様である。 Based on the same atmospheric data 82c at the same point in time and the operating state information 82d obtained from the same device 82 as the atmospheric analysis environment sensor device 12 to be corrected, a highly accurate analyzer 89 is operated. Then, the data 89a obtained from the high-precision analysis device 89 is used as the true value, and the measurement data 82c of the uncalibrated environment sensor device 82 paired with the analysis device and the information 82d from the operating state information , the model is learned, the measured data 12a and the operating state information 12b obtained from the environment sensor device 12 to be calibrated are introduced into the model as measured data, and the calibrated data 18 is output. Other structures are the same as those of the first embodiment.

また、本実施形態の補正の方法は、第1実施形態に記載された補正方法を用いてもよいし、第1実施形態に記載されたソフトウェアが記憶されている記憶媒体により実現されてもよい。 Further, the correction method of the present embodiment may use the correction method described in the first embodiment, or may be realized by a storage medium storing the software described in the first embodiment. .

[他の実施形態]
また、別の実施形態として、環境センサの測定データの経時的なドリフトをさらに考慮し、さらに補正を行ってもよい。
[Other embodiments]
In another embodiment, the drift of the environmental sensor measurement data over time may be further taken into account and further corrected.

具体的には、上記の補正測定を行う際に、前回の正確な校正及び設置の時点を始点として、異なる時点を記録して環境センサの測定データを複数回取得してもよいし、正確な時間を同時に取得し、時間差を算出することで環境センサの動作時間を記録してもよい。そして、複数回の測定データと対応する時間データとを関連付け、ニューロンネットワークのモデルにより関連付けされた関連付けデータを処理し、経時的な要素を考慮した補正特性を取得する。 Specifically, when performing the above correction measurement, starting from the time of the previous accurate calibration and installation, the measurement data of the environment sensor may be acquired multiple times by recording different time points. The operating time of the environment sensor may be recorded by simultaneously obtaining the time and calculating the time difference. Then, the data measured a plurality of times and the corresponding time data are associated, the associated data is processed by the model of the neuron network, and the correction characteristics considering the factors over time are obtained.

このような補正特性により、環境センサの経時的なドリフトをさらに補正することができ、測定精度をさらに向上させることができる。 With such a correction characteristic, drift of the environment sensor over time can be further corrected, and measurement accuracy can be further improved.

11 第1実施形態における環境センサシステム
12 第1乃至3実施形態における未補正の大気分析環境センサ装置
12a 未補正の環境センサ装置の測定データ
12b 精度が確保され、補正が必要ない環境センサ素子により測定された環境センサ装置の動作状態情報(「動作状態情報」と略称する)
13 無線基地局
14 インターネット
15 データ記憶及び補正処理用のサーバ装置
16 ネットワーク上に公開された環境センサの測定データのデータベース
16a ネットワーク上に公開された、未補正の環境センサ装置の測定データと同一種類の測定データ
16b ネットワーク上に公開されたデータを測定する時の動作状態情報
17 学習モデルに用いられる学習データセット
18 測定データ補正用のモデル
18a 補正後の測定データ
21 実装モデル
22 1回目の補正用のニューラルネットワーク
22an n番目の未補正の環境センサ測定データが1層のニューラルネットワークにより補正された出力データ
23 2回目の補正用のニューラルネットワーク
23an n番目の補正後の測定データ
24an n番目の環境センサ素子又はモジュールの出力データ初期補正用の1層目のニューラルネットワーク
W1、W2 モデル行列
24b 2層目のニューラルネットワーク23用のネットワークモデル
31 1回目のニューラルネットワーク(24nn)
31a ニューラルネットワーク入力層
31b ニューラルネットワーク隠れ層
41 2回目のニューラルネットワーク(24b)
41a ニューラルネットワーク入力層
41b ニューラルネットワーク隠れ層
41c ニューラルネットワーク出力層
52 検出データの一例
53 処理後データの一例
61 環境センサ装置により測定された補正前後の各測定データと真値との相関関係
71 第2実施形態における環境センサシステム
72 事前に補正された大気分析環境センサ装置と同一の構成を有する大気分析環境センサ装置
72a 事前に補正された環境センサ装置により測定されたデータ
81 第3実施形態における環境センサシステム
82 分析装置89とペアとなる大気分析環境センサ装置と同一種類の未補正の大気分析環境センサ装置
82c 分析装置とペアとなる大気分析環境センサ装置のデータと同一種類の測定データ
82d 分析装置とペアとなる大気分析環境センサ装置のデータと同一種類の動作状態情報
89 高精度が確保された環境センサと同一種類のデータを取得可能な分析装置
89a 分析装置により測定されたデータ
11 Environment sensor system in the first embodiment 12 Uncorrected atmospheric analysis environment sensor device in the first to third embodiments 12a Measurement data of the uncorrected environment sensor device 12b Measured by an environment sensor element that ensures accuracy and does not require correction operating state information of the environment sensor device (abbreviated as "operating state information")
13 Radio base station 14 Internet 15 Server device for data storage and correction processing 16 Database of environmental sensor measurement data published on the network 16a Same type as uncorrected environmental sensor device measurement data published on the network Measured data 16b Operating state information when measuring data published on the network 17 Learning data set used for learning model 18 Model for correcting measured data 18a Measured data after correction 21 Implementation model 22 For first correction 22an Output data obtained by correcting n-th uncorrected environmental sensor measurement data by a one-layer neural network 23 Neural network for second correction 23an n-th corrected measured data 24an n-th environmental sensor 1st layer neural network W1, W2 model matrix for initial correction of output data of element or module 24b Network model for 2nd layer neural network 23 31 1st neural network (24nn)
31a neural network input layer 31b neural network hidden layer 41 second neural network (24b)
41a Neural network input layer 41b Neural network hidden layer 41c Neural network output layer 52 Example of detected data 53 Example of processed data 61 Correlation between each measurement data before and after correction measured by the environment sensor device and the true value 71 Second Environment sensor system in the embodiment 72 Air analysis environment sensor device having the same configuration as the pre-corrected air analysis environment sensor device 72a Data measured by the pre-corrected environment sensor device 81 Environment sensor in the third embodiment System 82 Uncorrected atmospheric analysis environment sensor device of the same type as the atmospheric analysis environment sensor device paired with the analysis device 89 82c Measurement data of the same type as the data of the air analysis environment sensor device paired with the analysis device 82d Analysis device Operation status information of the same type as the data of the atmospheric analysis environment sensor device to be paired 89 Analytical device capable of acquiring the same type of data as the environment sensor ensuring high accuracy 89a Data measured by the analytical device

Claims (11)

環境センサ装置が環境における検出対象の濃度を測定して得られた測定データを処理する環境センサの検出データの処理装置であって、
学習モードにおいて前記環境センサ装置の複数の学習測定用データを取得し、実測モードにおいて前記環境センサ装置の実測データを取得する測定データ入力部と、
前記学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得する真値取得部と、
前記複数の学習測定用データと対応する前記真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより前記関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特徴を取得し、各前記補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択する補正特性生成部と、
前記最適補正特性に基づいて前記実測データを補正する測定データ補正部と、を含む、環境センサの検出データの処理装置。
A device for processing detection data of an environment sensor for processing measurement data obtained by an environment sensor device measuring the concentration of a detection target in the environment,
a measurement data input unit that acquires a plurality of learning measurement data of the environment sensor device in a learning mode and acquires actual measurement data of the environment sensor device in an actual measurement mode;
a true value acquiring unit that acquires true values respectively corresponding to the learning measurement data;
A plurality of association data are obtained by associating the plurality of learning measurement data with the corresponding true values, and a portion of the association data is randomly selected from the plurality of association data to create an association data set for learning. and processing the association data set using a neuron network model to obtain correction characteristics repeatedly a plurality of times, obtaining a plurality of correction characteristics, and obtaining a correction characteristic for each of the correction characteristics. a correction characteristic generating unit that verifies each correction characteristic based on a true value in association data that is not used in execution, and selects the optimum correction characteristic based on the verification result;
and a measurement data correction unit that corrects the actual measurement data based on the optimum correction characteristic.
前記環境センサ装置の動作状態情報を入力する動作状態情報入力部、をさらに含み、
前記動作状態情報は、前記環境センサ装置が動作する時の内部及び/又は外部の温度、湿度、気圧、照明度、環境センサ装置のID情報、及び環境センサ装置の地理的位置情報のうち少なくとも1つの情報を含み、
前記関連付けデータを取得する際に、動作状態情報をさらに追加して関連付けを行う、請求項1に記載の処理装置。
further comprising an operating state information input unit for inputting operating state information of the environment sensor device;
The operating state information includes at least one of internal and/or external temperature, humidity, atmospheric pressure, illumination level, ID information of the environment sensor device, and geographic location information of the environment sensor device when the environment sensor device operates. contains one piece of information,
2. The processing device according to claim 1, wherein when acquiring said association data, it further adds operating state information for association.
前記検出対象は、PM値及び/又はガス成分であり、
前記ガス成分は、二酸化窒素、二酸化硫黄、一酸化炭素、オゾン、二酸化炭素、硫化水素、及びVOCのうち少なくとも1つを含む、請求項1に記載の処理装置。
The detection target is a PM value and/or a gas component,
2. The processing apparatus of claim 1, wherein the gas component includes at least one of nitrogen dioxide, sulfur dioxide, carbon monoxide, ozone, carbon dioxide, hydrogen sulfide, and VOCs.
前記処理装置は、異なる検出対象について複数種類のセンサ装置により取得された測定データに基づいて、ニューロンネットワークのモデルを用いて、異なる検出対象間の相互干渉特性を補正特徴に追加し、且つ/或いは
前記測定データ入力部により前記環境センサ装置から取得された複数の学習測定用データ及び実測データは前記センサ装置により前記動作状態情報に基づいて事前に補正された学習測定用データ及び実測データであり、或いは前記測定データ入力部が前記環境センサ装置から複数の学習測定用データ及び実測データを取得した後に、データ事前補正部により前記動作状態情報に基づいて前記学習測定用データ及び前記実測データを事前に補正し、前記補正特性生成部に供給する、請求項2に記載の処理装置。
The processing device uses a neuron network model based on measurement data obtained by multiple types of sensor devices for different detection targets to add mutual interference characteristics between different detection targets to the correction features, and/or The plurality of learning measurement data and actual measurement data acquired from the environment sensor device by the measurement data input unit are learning measurement data and actual measurement data corrected in advance based on the operating state information by the sensor device, Alternatively, after the measurement data input unit acquires a plurality of learning measurement data and actual measurement data from the environment sensor device, the data pre-correction unit pre-corrects the learning measurement data and the actual measurement data based on the operating state information. 3. The processing apparatus according to claim 2, correcting and supplying to said correction characteristic generator.
前記真値は、検証された環境センサ装置により取得されたデータ、インターネットに格納された真のデータ、及び高精度の分析装置により検出されたデータのうち少なくとも1つのデータである、請求項1に記載の処理装置。 2. The method according to claim 1, wherein the true value is at least one of data acquired by a verified environment sensor device, true data stored on the Internet, and data detected by a high-precision analysis device. Processing equipment as described. 前記測定データ入力部及び前記真値取得部が対応する測定データを取得する際に、前記動作状態情報入力部は該測定データの時点データをさらに取得し、
前記関連付けデータを取得する際に、動作状態情報に前記時点データをさらに追加して関連付けを行う、請求項2に記載の処理装置。
When the measurement data input unit and the true value acquisition unit acquire corresponding measurement data, the operation state information input unit further acquires time point data of the measurement data,
3. The processing device according to claim 2, wherein when acquiring said association data, said point-in-time data is further added to operation state information for association.
前記環境センサ装置の動作状態情報を入力する動作状態情報入力部、をさらに含み、
前記動作状態情報は、前記環境センサ装置が動作する時の内部及び/又は外部の温度、湿度、気圧、照明度、環境センサ装置のID情報、及び環境センサ装置の地理的位置情報のうち少なくとも1つの情報を含み、
前記補正特性生成部が前記複数の補正特徴を取得する前に、前記動作状態情報に基づいて前記環境センサ装置を事前に補正し、具体的には、各前記環境センサ装置について、該環境センサ装置の前記複数の学習測定用データ及び対応する前記動作状態情報と対応する前記真値と関連付け、関連付けて得られたデータに基づいて該環境センサ装置を事前に補正し、
前記補正特性生成部は、前記複数の補正特徴を取得する際に、得られた事前補正後のデータを前記学習測定用データとする、請求項1に記載の処理装置。
further comprising an operating state information input unit for inputting operating state information of the environment sensor device;
The operating state information includes at least one of internal and/or external temperature, humidity, atmospheric pressure, illumination level, ID information of the environment sensor device, and geographic location information of the environment sensor device when the environment sensor device operates. contains one piece of information,
Before the correction characteristic generation unit acquires the plurality of correction features, the environment sensor device is corrected in advance based on the operating state information. Specifically, for each of the environment sensor devices, associated with the plurality of learning measurement data and the corresponding operating state information and the corresponding true value, and correcting the environment sensor device in advance based on the data obtained by the association;
2. The processing apparatus according to claim 1, wherein the correction characteristic generation unit uses the obtained pre-corrected data as the learning measurement data when acquiring the plurality of correction features.
ネットワークに接続された複数のセンサ装置と、
前記ネットワークに接続された請求項1乃至7の何れかに記載の処理装置と、を含み、
前記処理装置の測定データ入力部は、ネットワークを介して前記複数のセンサの実測データを取得し、前記実測データを補正する、環境センサシステム。
a plurality of sensor devices connected to a network;
a processing device according to any one of claims 1 to 7 connected to the network,
The environment sensor system, wherein the measurement data input unit of the processing device acquires actual measurement data of the plurality of sensors via a network and corrects the actual measurement data.
前記センサ装置は、センサ素子の一部又は全部が補正されていないセンサ装置であり、且つ/或いは
前記センサ装置は、複数種類の検出対象の濃度をそれぞれ測定するセンサと、環境センサ装置の動作状態情報を高精度に取得する動作状態情報取得部群と、を含む、請求項8に記載の環境センサシステム。
The sensor device is a sensor device in which some or all of the sensor elements are not corrected, and/or the sensor device includes sensors that measure concentrations of a plurality of types of detection targets, respectively, and an operating state of the environment sensor device. 9. The environment sensor system according to claim 8, further comprising an operating state information acquisition unit group that acquires information with high precision.
環境センサ装置が環境における検出対象の濃度を測定して得られた測定データを処理する環境センサの検出データの処理方法であって、
学習モードにおいて前記環境センサ装置の複数の学習測定用データを取得し、実測モードにおいて前記環境センサ装置の実測データを取得する測定データ入力ステップと、
前記学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得する真値取得ステップと、
前記複数の学習測定用データと対応する前記真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより前記関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特性を取得し、各前記補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択する補正特性生成ステップと、
前記最適補正特性に基づいて前記実測データを補正する測定データ補正ステップと、を含む、環境センサの検出データの処理方法。
A method for processing detection data of an environment sensor for processing measurement data obtained by an environment sensor device measuring the concentration of a detection target in the environment,
a measurement data input step of acquiring a plurality of learning measurement data of the environment sensor device in a learning mode and acquiring actual measurement data of the environment sensor device in an actual measurement mode;
a true value acquisition step of acquiring true values respectively corresponding to the learning measurement data;
A plurality of association data are obtained by associating the plurality of learning measurement data with the corresponding true values, and a portion of the association data is randomly selected from the plurality of association data to create an association data set for learning. and processing the association data set using a neuron network model to obtain correction characteristics repeatedly a plurality of times, obtaining a plurality of correction characteristics, and obtaining a correction characteristic for each of the correction characteristics. a correction characteristic generating step of verifying each correction characteristic based on true values in association data not used in execution and selecting the optimum correction characteristic based on the verification result;
and a measurement data correction step of correcting the actual measurement data based on the optimum correction characteristics.
コンピュータプログラムが記憶されたコンピュータ読み取り可能な記憶媒体であって、
環境センサシステムに含まれているプロセッサが前記コンピュータプログラムを実行する際に、前記環境センサシステムに、
学習モードにおいて環境センサ装置の複数の学習測定用データを取得し、実測モードにおいて前記環境センサ装置の実測データを取得する測定データ入力ステップと、
前記学習測定用データにそれぞれ対応する真値を取得する真値取得ステップと、
前記複数の学習測定用データと対応する前記真値とをそれぞれ関連付けて複数の関連付けデータを取得し、複数の関連付けデータから一部の関連付けデータをランダムに選択して学習用の関連付けデータセットを作成し、且つニューロンネットワークのモデルにより前記関連付けデータセットを処理して補正特性を取得する処理を複数回繰り返し実行し、複数の補正特性を取得し、各前記補正特性について、補正特性を取得する処理を実行する際に用いられていない関連付けデータにおける真値に基づいて、該補正特性をそれぞれ検証し、検証結果に基づいて最適補正特性を選択する補正特性生成ステップと、
前記最適補正特性に基づいて前記実測データを補正する測定データ補正ステップと、を実行させる、コンピュータ読み取り可能な記憶媒体。
A computer-readable storage medium storing a computer program,
When a processor included in the environmental sensor system executes the computer program, the environmental sensor system:
a measurement data input step of acquiring a plurality of learning measurement data of the environment sensor device in a learning mode, and acquiring actual measurement data of the environment sensor device in an actual measurement mode;
a true value acquisition step of acquiring true values respectively corresponding to the learning measurement data;
A plurality of association data are obtained by associating the plurality of learning measurement data with the corresponding true values, and a portion of the association data is randomly selected from the plurality of association data to create an association data set for learning. and processing the association data set using a neuron network model to obtain correction characteristics repeatedly a plurality of times, obtaining a plurality of correction characteristics, and obtaining a correction characteristic for each of the correction characteristics. a correction characteristic generating step of verifying each correction characteristic based on true values in association data not used in execution and selecting the optimum correction characteristic based on the verification result;
and a measurement data correcting step of correcting the measured data based on the optimum correction characteristics.
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