JPH0517976A - Distribution water amount estimating device - Google Patents

Distribution water amount estimating device

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JPH0517976A
JPH0517976A JP3172263A JP17226391A JPH0517976A JP H0517976 A JPH0517976 A JP H0517976A JP 3172263 A JP3172263 A JP 3172263A JP 17226391 A JP17226391 A JP 17226391A JP H0517976 A JPH0517976 A JP H0517976A
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water
neural network
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Futoshi Kurokawa
太 黒川
Shuichiro Kobayashi
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Abstract

PURPOSE:To ensure economical and stable supply of water in waterworks by providing the supply such that a daily distribution amount of water can be accurately estimated regardless of yearly fluctuation of various conditions. CONSTITUTION:In an actual data classifying means 10, distribution amounts from a day of the week, weather relation information and a distribution water flow detector 4 are fetched, stored respectively in files 11, 14, thereafter converted into a classified data required in each classifying arithmetic means 12, 15 and stored in classifying files 13, 16 in each month to also store the day distribution water amount, serving as a teach signal, in the classifying file 16. An estimated model 22 is created by using these classified data, but here by using each month classified data and each month neural network, each month estimated model 22 is created by repeating a study and also estimating the day distribution water amount by using an estimation modeled neural network 31 of the concerned month.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、上水道施設の計画的な
運用を確保する観点から日配水量を予測する配水量予測
装置の改良に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an improvement of a distribution amount predicting apparatus for predicting daily distribution amount from the viewpoint of ensuring planned operation of a water supply facility.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般に、上水道施設においては、山間部
のダム式貯水池や河川から原水を取水し、さらに取水場
で取水された原水を導水路を通して浄水場まで運ぶ経路
をとっている。従って、このような上水道施設では、取
水場から浄水場まで原水を導水するための導水遅れが大
きいこと、浄水場では凝集,沈殿という浄水プロセスを
とっているので配水に至るまでの時間遅れが大きいこと
等から、取水後配水するまでの時間が逐次大きく変化す
る。このため、最終端の配水量の変動に基づいて取水場
の取水量や浄水場の上水量をフィードバック的に制御す
ることが難しい。ゆえに、予め当日の配水量を予測し、
取水場,浄水場および配水場等の日間運用計画を立てる
ことが重要になってくる。ところで、配水量は、 1) 天候,気温,降雪,日照時間等の気象条件、 2) 曜日,祝祭日,五月連休,夏休み,正月休み等の
特異日等による社会生活条件によって影響を受けて変動
する。
2. Description of the Related Art In general, in water supply facilities, raw water is taken from dam-type reservoirs and rivers in the mountains, and the raw water taken at the water intake site is taken to a water purification plant through a headrace. Therefore, in such a water supply facility, there is a large delay in introducing water to the raw water from the water intake to the water purification plant. In the water purification plant, the water purification process of coagulation and sedimentation takes place, resulting in a large time delay before distribution. Therefore, the time from intake to distribution will change significantly. For this reason, it is difficult to feedback-control the intake amount of the intake plant and the intake amount of the water treatment plant based on the fluctuation of the distribution amount of water at the final end. Therefore, predict the water distribution on the day in advance,
It is important to make a daily operation plan for water intake plants, water purification plants and water distribution plants. By the way, the amount of water distribution fluctuates due to 1) weather, temperature, snowfall, sunshine hours, etc., and 2) social life conditions such as days of the week, national holidays, consecutive holidays in May, summer holidays, and special days such as New Year holidays. To do.

【0003】そこで、従来、かかる要望および影響に考
慮しながら、曜日等の生活条件別に過去の実績データか
ら日配水量を予測する方式、日配水量の統計モデルに気
象条件を考慮しつつ配水量の補正(例えば気温が高い日
には日配水量が多いなど)を行って日配水量を予測する
方式、さらに1つのニュラルネットワークを用いて重み
係数を可変しつつ学習を繰り返すことにより日配水量を
予測する方式が考えられている。
Therefore, conventionally, in consideration of such demands and influences, a method of predicting a daily distribution amount from past actual data according to living conditions such as a day of the week, and a distribution model while considering a weather condition in a statistical model of the daily distribution amount. The method of predicting the daily water distribution by correcting the daily distribution (for example, the amount of daily water distribution is high on days with high temperature), and the daily distribution by repeating learning while varying the weighting factor using one neural network. A method of predicting the amount of water is being considered.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前者の
曜日等の生活条件別予測方式や気象条件を考慮した予測
方式では、日々得られる実績データを教師信号とする学
習能力がなく、人口移動や配管工事等による長期的な構
造変動に追従できないこと、互いに一方の条件を中心と
する予測方式であるので予測精度が低いなどの問題があ
る。
However, in the former prediction method for each living condition such as day of the week and the prediction method considering the weather condition, there is no learning ability to use the actual data obtained every day as a teacher signal, and the population movement and the piping There are problems such as not being able to follow long-term structural changes due to construction, etc., and the prediction accuracy being low because both prediction methods are based on one condition.

【0005】一方、後者のニュラルネットワークを用い
た予測方式では、1つのニューラルネットワークに1年
間を通して各種条件の変動を考慮した学習結果を銘記す
ることから、例えば気象条件の1つである温度をとって
も年間の最高温度と最低温度の範囲が非常に広くなり、
それだけ日配水量の予測精度が低くなり、日配水量を精
度よく予測できない。
On the other hand, in the latter prediction method using the neural network, since the learning result in consideration of the variation of various conditions throughout one year is recorded in one neural network, for example, the temperature which is one of the weather conditions is calculated. Very wide range of maximum and minimum temperature of the year,
As a result, the accuracy of forecasting daily water distribution becomes so low that it cannot be predicted accurately.

【0006】本発明は上記実情にかんがみてなされたも
ので、各種条件の年間変動に拘らず日配水量を精度良く
予測でき、これによって上水道施設での経済的,安定的
な水供給を確保できる配水量予測装置を提供することを
目的とする。
The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to accurately predict the daily water supply amount regardless of the annual fluctuation of various conditions, thereby ensuring the economical and stable water supply in the water supply facility. The object is to provide a water distribution prediction device.

【0007】[0007]

【課題を解決するための手段】本発明は上記課題を解決
するために、気象実績および配水量実績情報に基づいて
所要とする分類処理を行って各月毎の特異日を含み、或
い特異日を含まない曜日情報,気象情報(例えば天候,
平均最大温度からの偏り,平均最低温度からの偏り)お
よび各月毎の配水量に分類する実績データ分類手段を設
け、また予め各月毎のニューラルネットワークが設けら
れ、該当月のニューラルネットワークに対して分類され
た前記各月毎の特異日を含み、或い特異日を含まない曜
日情報・気象情報および各月毎の配水量を入力し、前記
重み係数を可変して学習することにより各月毎の日配水
量予測モデルを作成する各月予測モデル作成手段を設
け、さらに該当月に応じて前記予測モデル化された中か
ら該当月のニューラルネットワークを選択し、このニュ
ーラルネットワークに対して特異日を含み、或い特異日
を含まない当日の曜日情報、気象情報および前日の日配
水量を入力して当日の日配水量を予測する日配水量予測
手段を設けた配水量予測装置である。
SUMMARY OF THE INVENTION In order to solve the above problems, the present invention performs a required classification process based on actual weather data and actual distribution amount data, and includes a unique day for each month, or a unique day. Day-of-week information that does not include days, weather information (for example, weather,
The deviation from the average maximum temperature, the deviation from the average minimum temperature) and the distribution data for each month are provided for the actual data classification means, and the neural network for each month is provided in advance. Each day by inputting the day of the week information / weather information that does not include a singular day and the water distribution amount for each month, including the singular day of each month classified by the above, and learning by changing the weighting factor. A monthly forecast model creating means for creating a daily water distribution forecast model for each month is provided, and a neural network of the relevant month is selected from the forecast modeled according to the relevant month, and a specific day is set for this neural network. , Which does not include any specific day, inputs the day of the week information, weather information, and the daily distribution of the previous day to predict the daily distribution of the day. It is a measuring apparatus.

【0008】[0008]

【作用】従って、本発明は以上のような手段を講じたこ
とにより、実績データ分類手段では、気象情報および必
要に応じて特異日を含む曜日情報を取り込んで各月毎の
曜日情報の他、例えば天候,平均最大温度からの偏り,
平均最低温度からの偏り等の気象情報に分類してファイ
ルに格納し、同様に配水流量検出器からの配水量を取り
込んで各月毎の日配水量情報に分類してファイルに格納
する。
Therefore, according to the present invention, by taking the above-mentioned means, the result data classifying means fetches weather information and day-of-week information including a peculiar day as necessary to obtain day-of-week information for each month. For example, the weather, the deviation from the average maximum temperature,
Meteorological information such as deviation from the average minimum temperature is classified and stored in a file. Similarly, the distribution amount from the distribution flow rate detector is taken in and classified into monthly distribution information for each month and stored in the file.

【0009】以上のようにして各月毎の曜日情報、気象
情報および配水量をファイルに分類したならば、各月予
測モデル作成手段ではその分類された情報を用いて日配
水量を予測するが、ここでは予め複数のニューラルネッ
トワークを用意し、各月ごとにニューラルネットワーク
を選択し、当該月のニューラルネットワークに対して分
類された情報を入力するとともに当日の日配水量を教師
信号として与え、かつ、重み係数を可変して学習を繰り
返しながら各月毎の予測モデルを作成する。
If the day-of-week information, weather information, and water distribution amount for each month are classified into files as described above, the monthly prediction model creating means predicts the daily water distribution amount using the classified information. , Here, a plurality of neural networks are prepared in advance, a neural network is selected for each month, the classified information is input to the neural network of the month, and the daily water distribution on the day is given as a teacher signal, and , Predicting models for each month are created by repeating the learning with variable weighting factors.

【0010】このようにして予測モデルを作成した後、
日配水量予測手段では、該当月のニューラルネットワー
クを選択し、当該ニューラルネットワークに対して特異
日を含む当日の曜日情報、気象情報および前日の日配水
量を入力し、当日の日配水量を予測することにより日配
水量を高精度に予測するものである。
After creating the prediction model in this way,
In the daily water distribution forecasting method, select the neural network of the relevant month, input the day of the week information including the specific day, weather information and daily water distribution of the previous day to the neural network, and predict the daily water distribution of the day. By doing so, the daily distribution of water can be predicted with high accuracy.

【0011】[0011]

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明装置の一実施例を示す構成図
である。この装置は、上水が配水池1から配水管2を経
て自然流下によって配水管網3に配水される途中,つま
り配水管2の途中に配水流量検出器4が設置され、この
配水流量検出器4によって検出された配水流量を入力装
置(プロセスインターフェイス)5で取り込み、また、
曜日,気象情報および前日の日配水量をキーボード・マ
ウス等の入力装置6で取り込んで当日の日配水量を予測
するものであって、その当日の日配水量の予測のため
に、実績データ分類手段10、各月予測モデル作成手段
20および日配水量予測手段30等が設けられている。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the device of the present invention. In this device, a distribution flow rate detector 4 is installed in the middle of distribution of tap water from a distribution reservoir 1 through a distribution pipe 2 to a distribution pipe network 3 by natural flow, that is, in the middle of the distribution pipe 2. The distribution flow rate detected by 4 is taken in by the input device (process interface) 5, and
The day of the week, weather information, and the daily water distribution of the previous day are taken in by the input device 6 such as a keyboard / mouse to predict the daily water distribution of the day. In order to predict the daily water distribution of the day, actual data classification is performed. A means 10, a month prediction model creation means 20, a daily water distribution amount prediction means 30 and the like are provided.

【0012】この実績データ分類手段10には、入力装
置6から取り込んだ曜日・気象情報(例えば温度など)
を格納する曜日・気象実績ファイル11、この実績ファ
イル11の曜日・気象情報に基づいて例えば月30日で
あれば1日〜30日にわたって各日ごとに所定の処理を
行って1ヶ月単位ごと(各月毎)の曜日・気象実績デー
タに分類分けする曜日・気象分類演算手段12、この分
類演算手段12で分類された各月毎の曜日・気象実績デ
ータを格納する曜日・気象分類ファイル13が設けられ
ている。
The result data classification means 10 includes day / weather information (for example, temperature) fetched from the input device 6.
Based on the day of the week / meteorological information file 11 storing the day of the week / meteorological information of this result file 11, for example, if it is the 30th day of the month, a predetermined process is performed for each day for 1 to 30 days. A day of the week / weather classification data calculating means 12 for classifying into day / meteorological performance data, and a day / weather classification file 13 for storing the day of the week / meteorological performance data classified by this classification calculation means 12 It is provided.

【0013】さらに、この実績データ分類手段10に
は、入力装置5で取り込んだ配水量を格納する配水量実
績ファイル14と、この配水量実績ファイル14の実績
配水量に基づいて例えば月30日であれば1日〜30日
にわたって各日ごとに所定の処理を行って1ヶ月単位ご
と(各月毎)の配水量実績に分類分けする配水量分類演
算手段15、この配水量分類演算手段15で分類された
各月毎の配水量実績データを格納する配水量分類ファイ
ル16等が設けられている。なお、この配水量分類ファ
イル16には教師信号(出力)となる当日の配水量も格
納される。
Further, the actual result data classifying means 10 stores the actual amount of distributed water stored in the input device 5 for storing the amount of distributed water, and based on the actual amount of distributed water in the actual amount of distributed water file 14, for example, on the 30th day of the month. If there is, a predetermined amount of water is processed for each day for 1 to 30 days, and the distribution amount classification calculation means 15 for classifying into the distribution amount actual result for each month (each month). A distribution amount classification file 16 for storing the classified distribution amount actual data for each month is provided. It should be noted that the water distribution amount file 16 also stores the water distribution amount of the day, which is a teacher signal (output).

【0014】次に、各月予測モデル作成手段20は、1
2ヶ月分に相当する12組のニューラルネットワークが
備えられ、カレンダー(月)データに基づいて該当月の
ニューラルネットワークを選択した後、このニューラル
ネットワークに対して2つの分類ファイル13,16か
らの実績分類データと教師信号とを入力して繰り返し重
み係数を変えながら最適な出力を得るように学習機能2
1で学習することにより各月毎の予測モデル22を作成
する。
Next, each month prediction model creating means 20
Twelve sets of neural networks corresponding to two months are provided, and after selecting the neural network of the corresponding month based on the calendar (month) data, the result classification from the two classification files 13 and 16 is performed for this neural network. Learning function 2 that inputs data and teacher signals and repeatedly obtains the optimum output while changing the weight coefficient
The learning model 1 is used to create the prediction model 22 for each month.

【0015】さらに、日配水量予測手段30は、予測モ
デル21の中からカレンダー(月)データに該当する月
のニューラルネットワークを選択し、この選択されたニ
ューラルネットワーク31に対して入力装置6から取り
込んだ当日の曜日,天気情報および前日の日配水量を入
力し、ここで正規化された当日の日配水量を予測して出
力する。32は正規化された当日の日配水量を実際の日
配水量に変換する信号変換手段であって、この信号変換
手段32で変換された日配水量はCRTなどの表示装置
7の画面に表示される。次に、以上のような装置の動作
について、実績データ分類手段10、各月予測モデル作
成手段20および日配水量予測手段30に分けて説明す
る。 A.実績データ分類手段10の動作について
Further, the daily distribution amount predicting means 30 selects the neural network of the month corresponding to the calendar (month) data from the prediction model 21 and fetches the selected neural network 31 from the input device 6. It inputs the day of the week, weather information, and the daily water distribution on the previous day, and predicts and outputs the normalized daily water distribution on that day. Reference numeral 32 is a signal conversion means for converting the normalized daily water distribution amount into the actual daily water distribution amount. The daily water distribution amount converted by the signal conversion means 32 is displayed on the screen of the display device 7 such as a CRT. To be done. Next, the operation of the above-described device will be described separately for the performance data classification means 10, each month prediction model creation means 20, and the daily water distribution prediction means 30. A. Operation of the performance data classification means 10

【0016】この実績データ分類手段10では、入力装
置6で順次取り込んだ曜日,気象情報を曜日,気象実績
ファイル11に格納し、また配水流量検出器4で検出さ
れた配水量は入力装置5にて配水量実績ファイル14に
格納する。
In the result data classifying means 10, the day of the week and the weather information sequentially fetched by the input device 6 are stored in the day of the week and the meteorological result file 11, and the distribution amount detected by the distribution flow rate detector 4 is inputted to the input device 5. And stores it in the actual distribution amount file 14.

【0017】ここで、曜日・気象分類演算手段12では
ファイル11に格納された曜日,気象情報実績データに
基づいて後述する所定の分類処理を行って各月毎の曜日
・気象実績データに分類して分類ファイル13に格納
し、また配水量演算手段15ではファイル14に格納さ
れた配水量実績データに基づいて同じく所定の分類(正
規化)処理を行って各月毎の配水量実績データに分類し
て分類ファイル16に格納し、また教師信号(出力)と
なる当日の配水量も所定の分類(正規化)処理を行って
分類ファイル16に格納する。そこで、先ず,各月予測
モデル作成手段20のニューラルネットワークへ入力す
るための曜日,気象・前日の配水量の分類処理について
述べる。 A−1 曜日に関する情報 この曜日に関する情報は次に示す7ビットの0,1のパ
ターンに変換して分類ファイル13に格納する。 日曜日 → 1000000 月曜日 → 0100000 火曜日 → 0010000 水曜日 → 0001000 木曜日 → 0000100 金曜日 → 0000010 土曜日 → 0000001 A−2 気象に関する情報 A−2a.気象予報のうち、天候に関する情報について
は、
Here, the day of the week / weather classification calculating means 12 performs a predetermined classification process described later based on the day of the week and the weather information record data stored in the file 11 to classify the day of the week / meteorological record data for each month. Stored in the classification file 13, and the distribution amount calculation means 15 also performs a predetermined classification (normalization) process based on the distribution amount actual data stored in the file 14 to classify the distribution amount actual data for each month. Then, the water distribution amount on the day when it becomes a teacher signal (output) is also subjected to a predetermined classification (normalization) process and stored in the classification file 16. Therefore, first, the classification processing of the day of the week, the weather, and the distribution amount of the previous day for inputting to the neural network of each month prediction model creating means 20 will be described. A-1 Information regarding day of week Information regarding this day of the week is converted into a 7-bit 0, 1 pattern shown below and stored in the classification file 13. Sunday → 1000000 Monday → 0100000 Tuesday → 00100000 Wednesday → 0001000 Thursday → 0000100 Friday → 0000010 Saturday → 00000001 A-2 Meteorological information A-2a. For weather information, see

【0018】前日および当日の午前,午後に分けて表現
する。その表現法は、例えば晴,曇,雨の3種類に分
け、それぞれ次に示す3ビットの0,1のパターンに変
換して分類ファイル13に格納する。 晴 → 100 曇 → 010 雨 → 001 A−2b.気温に関する情報については、最高気温と最
低気温に分けてその平均最高気温と平均最低気温からの
偏りを求めて分類分けする。
[0018] Expressed separately on the day before and on the morning and afternoon of the day. The representation method is divided into, for example, three types of fine, cloudy, and rain, converted into the following 3-bit patterns of 0 and 1, and stored in the classification file 13. Fine → 100 Cloudy → 010 Rain → 001 A-2b. Information on temperature is divided into maximum temperature and minimum temperature, and the deviation from the average maximum temperature and average minimum temperature is calculated and classified.

【0019】(イ).最高気温に関する情報 … 先
ず、最高気温の実績データから平均最高気温と最高気温
の分散とを演算により求める。今、i日の最高気温実績
をθmax (i) [°C]とすれば、平均最高気温を平均θmax [°
C]は、
(A). Information about maximum temperature ... First, the average maximum temperature and the variance of the maximum temperature are calculated from the actual temperature data. Assuming that the maximum temperature on the i-th day is θmax (i) [° C], the average maximum temperature is the average θmax [° C].
C] is

【0020】[0020]

【数1】 で表すことができる。さらに、この平均θmax [°C]
を用いて最高気温の分散σθmax [°C]は、
[Equation 1] Can be expressed as Furthermore, this average θmax [° C]
The maximum temperature variance σθmax [° C] is

【0021】[0021]

【数2】 なる演算式から求める。ここで、nはデータ数である。[Equation 2] The calculation formula is Here, n is the number of data.

【0022】次に、前記i日の最高気温実績θmax (i)
[°C]、平均θmax [°C]および最高気温の分散σ
θmax [°C]から下記する(3)式に基づき平均θma
x (i) からの偏り(チルダθmax )を求める。
Next, the actual maximum temperature on the i-th day θmax (i)
[° C], average θmax [° C] and maximum temperature variance σ
The average θma from θmax [° C] based on the following equation (3)
Find the deviation (tilde θmax) from x (i).

【0023】[0023]

【数3】 [Equation 3]

【0024】(ロ).最低気温に関する情報 … 最低
気温に関する情報を最高気温と同じ方法で分類する。i
日の最低気温実績をθmin(i)[°C]とすれば、平均最
低気温を平均θmin [°C]は、
(B). Information about minimum temperature ... Classify information about minimum temperature in the same way as maximum temperature. i
If the daily minimum temperature is θmin (i) [° C], the average minimum temperature is θmin [° C]

【0025】[0025]

【数4】 で表すことができる。さらに、この平均θmin [°C]
を用いて最低気温の分散σθmin [°C]は、
[Equation 4] Can be expressed as Furthermore, this average θ min [° C]
The minimum temperature variance σθ min [° C] is

【0026】[0026]

【数5】 なる演算式から求めることができる。ここで、nはデー
タ数である。
[Equation 5] Can be calculated from Here, n is the number of data.

【0027】さらに、前記i日の最低気温実績θmin(i)
[°C]、平均θmin [°C]および最低気温の分散σ
θmin [°C]から下記する(6)式に基づいて平均θ
min(i)からの偏り(チルダθmin )を求める。
Further, the minimum temperature actual result on the i-th day θmin (i)
[° C], average θ min [° C] and minimum temperature variance σ
The average θ from θ min [° C] based on the following equation (6)
Find the deviation (tilde θ min) from min (i).

【0028】[0028]

【数6】 A−3 前日の配水量に関する情報[Equation 6] A-3 Information on water distribution on the previous day

【0029】前日の配水量に関する情報を以下の方法で
分類する。ここでは、(i−1)日の日配水量実績[m
3 /日]をQ(i−1)とすると、その正規化された前
日の日配水量Qyester(i)は、 Qyester(i)={Q(i−1)−Qmin}/(Qmax −Qmin )…(7) で表すことができる。ここで、Qmax は最大日配水量
[m3 /日]、Qmin は最小日配水量[m3 /日]、n
はデータ数である。 A−4 予測対象情報の分類
Information on the amount of water distribution on the previous day can be
Classify. Here, the actual amount of daily water distribution on day (i-1) [m
3 / Day] is Q (i-1)
The daily water distribution Qyester (i) can be expressed by Qyester (i) = {Q (i-1) -Qmin} / (Qmax-Qmin) ... (7). Where Qmax is the maximum daily water supply
[M3 / Day], Qmin is the minimum daily water supply [m3 / Day], n
Is the number of data. A-4 Classification of prediction target information

【0030】ここでは、各月予測モデル作成手段20を
構成するニューラルネットワークの教師信号となる当日
(i)の配水量の特徴に関する情報から以下の方法によ
って分類する。この場合にも前日の配水量と同様に、i
日の日配水量実績[m3 /日]をQ(i)とすると、そ
の正規化されたi日の日配水量Qlearn (i)は、 Qlearn (i)={Q(i)−Qmin}/(Qmax −Qmin ) ……(8) となる。
Here, classification is performed according to the following method from the information on the feature of the amount of water distribution on the day (i), which is the teacher signal of the neural network forming the month prediction model creating means 20. Also in this case, i
Actual daily water distribution [m 3 / Day] is Q (i), the normalized daily water distribution Qlearn (i) is Qlearn (i) = {Q (i) −Qmin} / (Qmax−Qmin). 8)

【0031】従って、曜日・気象分類演算手段12で
は、該当月の日数分について例えば曜日,天候(晴,
曇,雨)、平均θmax (i) からの偏り(チルダθmax )
および平均θmin(i)からの偏り(チルダθmin )等の分
類情報を求めて曜日・気象分類ファイル13に格納し、
一方、日配水量分類演算手段15では、該当月の日数分
について前日の日配水量Qyesterの他、教師信号となる
日配水量Qlearn を求めて配水量分類ファイル16に格
納することになる。 B.各月予測モデル作成手段20の動作について
Therefore, the day of the week / weather classification calculating means 12 determines, for example, the day of the week, the weather (clear,
Cloudy, rain), deviation from average θmax (i) (tilde θmax)
And the classification information such as deviation (tilde θmin) from the average θmin (i) is obtained and stored in the day / weather classification file 13,
On the other hand, the daily water distribution classification calculation means 15 obtains the daily water distribution Qlearn, which is a teacher signal, and stores it in the water distribution classification file 16 in addition to the daily water distribution Qyester for the number of days of the relevant month. B. About the operation of each month prediction model creating means 20

【0032】この各月予測モデル作成手段20では、カ
レンダーの月に該当するニューラルネットワークを選択
し、このニューラルネットワークの入力層ニューロンに
各ファイル13,16に格納されている分類された曜
日,気象関係情報の他、分類された前日の日配水量を入
力し、また出力層ニューロンの出力に対する教師信号と
して分類された当日の日配水量を入力し、よって中間層
ニューロンを含む各ニューロン間の重み係数を可変しな
がら学習機能21により学習を繰り返しながら最適な重
み係数をもった各月毎の予測モデル22を作成する。
The month prediction model creating means 20 selects the neural network corresponding to the month of the calendar and classifies the days of the week and the weather-related items stored in the files 13 and 16 in the input layer neurons of the neural network. In addition to the information, the daily water distribution classified the previous day is input, and the daily water distribution classified as the teacher signal for the output of the output layer neuron is also input. Therefore, the weight coefficient between each neuron including the intermediate layer neuron is input. While repeating learning with the learning function 21 while changing the, the prediction model 22 for each month having an optimum weighting coefficient is created.

【0033】この学習に際してはバックプロパゲーショ
ン法を用いる。このバックプロパゲーション法とは、階
層型の構造をしたニューラルネットワークに対して、ネ
ットワークの誤差が出力層から入力層へ逆伝搬していく
学習方式である。以下にその学習手順を説明する。な
お、各月毎のサフィックスは式が煩雑になるので省略す
る。
The back propagation method is used for this learning. The back-propagation method is a learning method for a neural network having a hierarchical structure in which a network error propagates back from the output layer to the input layer. The learning procedure will be described below. The suffix for each month is omitted because the formula becomes complicated.

【0034】ステップ1:曜日,気象関係情報をニュー
ラルネットワークの入力層に入力するとともに、中間層
および出力層では以下のニューロンモデルに従って演算
する。中間層の第jニューロンの出力Hjは、
Step 1: Day-of-week and weather-related information are input to the input layer of the neural network, and the intermediate layer and the output layer are operated according to the following neuron model. The output Hj of the j-th neuron in the hidden layer is

【0035】[0035]

【数7】 [Equation 7]

【0036】の式から得られる。ここで、I1 は入力層
第iニューロンの出力、W1jは入力層第iニューロンと
中間層第jニューロンの重み係数、1は入力層の数、m
は中間層の数、f( )は中間層のしきい値関数であ
る。一方、出力層の第kニューロンの出力okは、
It is obtained from the equation: Where I 1 is the output of the i-th neuron of the input layer, W 1j is the weighting coefficient of the i-th neuron of the input layer and the j-th neuron of the intermediate layer, 1 is the number of input layers, and m is
Is the number of intermediate layers, and f () is the threshold function of the intermediate layers. On the other hand, the output ok of the k-th neuron in the output layer is

【0037】[0037]

【数8】 から得られる。ここで、Wjkは中間層第jニューロンと
出力層第kニューロンとの重み係数、mは中間層の数、
nは出力層の数である。
[Equation 8] Obtained from Here, W jk is a weighting coefficient of the j-th neuron in the hidden layer and the k-th neuron in the output layer, m is the number of hidden layers,
n is the number of output layers.

【0038】ステップ2: 出力層の第kニューロンの
出力okと出力層の第kニューロンの教師信号ykとの
二乗誤差の和を最小化するようにネットワークの重み係
数を修正して学習する。この中間層と出力層との重み係
数の学習は、次式の△Wjkを演算し、Wjkを修正するも
のである。 Wjk(t-1) =Wjk(t) +△Wjk(t) …… (11) △Wjk(t) =−ε・dk (t) ・Hj (t) …… (12) dk (t) =ok(t) −yk(t) …… (13) 但し、上式においてtは学習回数、εは1回の修正の大
きさを決めるパラメータ、dk は出力層の誤差である。
次に、入力層と出力層との重み係数の学習は、次式に基
づいて△Wikを演算し、Wikを修正する。
Step 2: Learning is performed by modifying the weighting coefficient of the network so as to minimize the sum of squared errors between the output ok of the k-th neuron in the output layer and the teacher signal yk of the k-th neuron in the output layer. The learning of the weighting factors of the intermediate layer and the output layer is to calculate ΔW jk in the following equation and correct W jk . W jk (t-1) = W jk (t) + ΔW jk (t) …… (11) △ W jk (t) = −ε ・ d k (t) ・ H j (t) …… (12) ) D k (t) = ok (t) -yk (t) (13) where t is the number of learnings, ε is a parameter that determines the size of one modification, and d k is the output layer It is an error.
Next, in learning the weighting factors of the input layer and the output layer, ΔW ik is calculated based on the following equation, and W ik is corrected.

【0039】[0039]

【数9】 上式においてdj は中間層の逆伝搬誤差、f( )はf
( )の微分である。さらに、次式を用いて振動を減ら
して学習の収束を早める。 △Wjk(t) =−ε・dk (t) ・Hj (t) +α・△Wik(t-1) ……(17) △Wij(t) =−ε・dj (t) ・Ii (t) +α・△Wij(t-1) ……(18) なお、上式において前段項は修正量、αを除く後段項は
前回の重みである。αは安定のためのパラメータであ
る。
[Equation 9] In the above equation, d j is the back propagation error of the intermediate layer, and f () is f
It is the derivative of (). Furthermore, the following equation is used to reduce vibration and accelerate learning convergence. ΔW jk (t) = −ε · d k (t) · H j (t) + α · ΔW ik (t-1) (17) ΔW ij (t) = −ε · dj (t) I i (t) + α · ΔW ij (t-1) (18) In the above equation, the former term is the correction amount, and the latter term excluding α is the previous weight. α is a parameter for stability.

【0040】従って、各月予測モデル作成手段20で
は、以上のような学習によって得られる重み係数を各月
毎に異なるニューラルネットワークに銘記することによ
り予測モデル22を作成する。ゆえに、各月毎の12個
のニューラルネットワークからなる予測モデル22を得
ることができる。 C.日配水量予測手段30の動作について
Therefore, the monthly prediction model creating means 20 creates the prediction model 22 by writing the weighting factors obtained by the above learning into different neural networks for each month. Therefore, it is possible to obtain the prediction model 22 including twelve neural networks for each month. C. Operation of the daily water distribution forecasting means 30

【0041】この日配水量予測手段30では、各月毎の
予測モデル22の中からカレンダーの月に応じたニュー
ラルネットワーク31を選択する。そして、このニュー
ラルネットワーク31に対して、当日の曜日,気象情報
および前日の日配水量を入力すると、当該ニューラルネ
ットワーク31は予め学習によって重み係数が設定され
ているので、このニューラルネットワーク31の演算に
よって日配水量を予測することができる。この予測され
た当日の日配水量は正規化されているので、信号変換手
段32で実際の日配水量に変換して表示装置7に表示す
る。
The daily water distribution forecasting means 30 selects the neural network 31 corresponding to the month of the calendar from the forecast model 22 for each month. Then, when the day of the week of the day, the weather information, and the daily water distribution of the previous day are input to the neural network 31, since the weighting coefficient of the neural network 31 is set in advance by learning, the neural network 31 is calculated. It is possible to predict daily water supply. Since the predicted daily water distribution for the day is normalized, the signal conversion means 32 converts the daily water distribution into the actual daily water distribution and displays it on the display device 7.

【0042】従って、以上のような実施例の構成によれ
ば、曜日,気象実績と配水流量検出器4からの配水量実
績とをそれぞれ所要の分類処理を行って分類データに変
換するので、各月毎にニューラルネットワークに最適な
状態で使用可能なようにファイル化することができる。
しかも、各月予測モデル作成手段20は、月ごとに独立
したニューラルネットワークを用意し、該当する月のニ
ューラルネットワークを選択し、前記ファイル化された
分類データを入力して学習を繰り返しながら最適な重み
係数をもった予測モデル22を作成することから、月単
位における最高,最低温度の変動幅が少なく、精度の高
い日配水量を予測でき、さらに総合的に各種の条件を取
り込んで学習を行ってもそれほど複雑な構成にならずに
予測モデル22を作成できる。
Therefore, according to the configuration of the above embodiment, the day of the week, the weather record and the distribution record of the distribution flow rate detector 4 are converted into classification data by performing the required classification process. It is possible to make a file for each month so that it can be used in the optimal state for the neural network.
Moreover, each month prediction model creating means 20 prepares an independent neural network for each month, selects the neural network of the corresponding month, inputs the filed classification data, and repeats learning to obtain optimum weights. Since the prediction model 22 with the coefficient is created, the fluctuation range of the maximum and minimum temperatures in the monthly unit is small, and the daily distribution of water with high accuracy can be predicted. Also, the prediction model 22 can be created without a complicated structure.

【0043】さらに、日々得られる当日の日配水量を教
師信号として予測モデル22を作成し、その予測モデル
22を用いて当日の日配水量を予測するので、例えば人
口移動や配管工事などによる長期的な構造変動に対して
も十分に追従できる。
Further, since the prediction model 22 is created by using the daily water distribution amount obtained on a daily basis as a teacher signal and the daily water distribution amount is predicted using the prediction model 22, for example, long-term operation due to population migration or plumbing work. It can sufficiently follow structural changes.

【0044】因みに、図2は日配水量の同定結果を示す
図である。図示実線は実績配水量、図示点線は予測配水
量であるが、かかる予測配水量は殆んど実績配水量と同
じ結果が得られている。これからも非常に予測精度が高
いことが分かる。
Incidentally, FIG. 2 is a diagram showing the result of identifying the daily water supply amount. The solid line in the figure shows the actual water distribution and the dotted line in the figure shows the predicted water distribution, but the predicted water distribution is almost the same as the actual water distribution. It can be seen that the prediction accuracy is still high.

【0045】なお、上記実施例では、曜日情報をファイ
ル11に格納したが、このファイル11に格納せずに分
類ファイル13に直接信号変換して格納してもよい。ま
た、日配水量実績を学習させて、当日の日配水量を予測
する装置について説明したが、例えば各月毎のニューラ
ルネットワークの中間層のニューロン数については、モ
デル作成時にその数を種々変えながらモデルを構築し、
正当率の高いモデルを選定すればよい。また、本装置
は、日配水量の予測に適用したが、曜日、気象等の特長
によりニューラルネットワークを構築するものであれ
ば、他の予測対象例えば電力予測にも適用できる。ま
た、ニューラルネットワークの入力層に特異日(5月連
休,盆休み等)の入力を付加することにより、さらに精
度の高い予測を行うことができる。さらに、当日の日配
水量を出力しているが、本装置は入出力との間で因果関
係が存在するもの、例えば気温高・晴のとき配水量大、
気温低・雨のとき配水量小のようなものでは容易に適用
できる。その他、本発明はその要旨を逸脱しない範囲で
種々変形して実施できる。
Although the day of the week information is stored in the file 11 in the above embodiment, the signal may be directly converted into the classification file 13 and stored instead of being stored in the file 11. Also, the device for predicting the daily water distribution by learning the daily water distribution results was explained. For example, regarding the number of neurons in the middle layer of the neural network for each month, while changing the number variously when creating the model. Build the model,
You should select a model with a high legitimacy rate. Further, the present apparatus is applied to the prediction of daily water distribution, but it can also be applied to other prediction targets such as power prediction as long as the neural network is constructed according to the features such as the day of the week and the weather. Further, by adding inputs of specific days (May holidays, Bon holidays, etc.) to the input layer of the neural network, it is possible to perform more accurate prediction. In addition, although the daily water distribution on the day is output, this device has a causal relationship with the input and output, such as large water distribution when the temperature is high / clear.
It can be easily applied to things like small water distribution when the temperature is low and it is raining. Besides, the present invention can be variously modified and implemented without departing from the scope of the invention.

【0046】[0046]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、各
月毎の分類情報および各月毎のニューラルネットワーク
を用いて予測モデルを作成するとともに、該当月のニュ
ーラルネットワークを選択して日配水量を予測するの
で、各種の条件の年間変動が大きくても、日配水量を精
度よく予測でき、上水道施設における経済的,安定的な
水供給を十分に確保できる配水量予測装置を提供でき
る。
As described above, according to the present invention, a prediction model is created using the classification information for each month and the neural network for each month, and the neural network of the corresponding month is selected to be distributed daily. Since the amount of water is predicted, a daily amount of water distribution can be accurately predicted even if there are large annual fluctuations of various conditions, and it is possible to provide a water distribution amount prediction device that can sufficiently secure an economical and stable water supply in a water supply facility.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】 本発明に係わる配水量予測装置の一実施例を
示す構成図。
FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of a distribution amount prediction apparatus according to the present invention.

【図2】 日配水量の実績配水量と予測配水量との関係
を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing the relationship between the actual distribution amount of daily distribution amount and the predicted distribution amount.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…配水池、2…配水管、4…配水流量検出器、5,6
……入力装置、7…表示装置、10…実績データ分類手
段、11…曜日・気象実績ファイル、12…曜日・気象
分類演算手段、13…曜日・気象分類ファイル、14…
配水量実績ファイル、15…配水量分類演算手段、16
…配水量分類ファイル、20…各月予測モデル作成手
段、21…学習機能、22…各月毎の予測モデル、30
…日配水量予測手段、31…該当月のニューラルネット
ワーク、32…データ変換手段。
1 ... water reservoir, 2 ... water pipe, 4 ... water flow detector, 5, 6
...... Input device, 7 ... Display device, 10 ... Result data classification means, 11 ... Day of the week / meteorological result file, 12 ... Day of the week / meteorological classification calculation means, 13 ... Day of the week / meteorological classification file, 14 ...
Water distribution amount actual file, 15 ... Water distribution amount classification calculation means, 16
... Water distribution amount classification file, 20 ... Monthly prediction model creating means, 21 ... Learning function, 22 ... Monthly prediction model, 30
... Daily water distribution predicting means, 31 ... Neural network for the relevant month, 32 ... Data converting means.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 【請求項1】 上水道施設から配水する配水量を予測す
る配水量予測装置において、気象実績情報および配水量
実績情報に基づいて所要とする分類処理を行って曜日情
報,気象情報および各月毎の配水量に分類する実績デー
タ分類手段と、予め各月毎のニューラルネットワークが
設けられ、該当月のニューラルネットワークに対して分
類された前記各月毎の曜日情報・気象情報および各月毎
の配水量を入力し、前記重み係数を可変して学習するこ
とにより各月毎の日配水量予測モデルを作成する各月予
測モデル作成手段と、該当月に応じて前記予測モデル化
された中から該当月のニューラルネットワークを選択
し、このニューラルネットワークに対して当日の曜日情
報、気象情報および前日の日配水量を入力して当日の日
配水量を予測する日配水量予測手段とを備えたことを特
徴とする配水量予測装置。
[Claims] [Claim 1] In a distribution amount predicting device for predicting a distribution amount of water distributed from a water supply facility, required classification processing is performed based on the meteorological record information and the distribution record record information, and day of the week information and weather Information and a result data classification means for classifying water distribution amount for each month, and a neural network for each month is provided in advance, and the day of week information and weather information for each month classified for the neural network of the corresponding month and Monthly prediction model creating means for creating a daily water distribution forecasting model for each month by inputting the water distribution for each month and varying and learning the weighting coefficient, and the forecasting modeling according to the corresponding month Select the neural network of the relevant month from among the specified, input the day of the week information, weather information and water distribution on the previous day to this neural network and enter the day Water distribution amount predicting device being characterized in that a daily water distribution amount predicting means for predicting the amount of water.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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