KR102428840B1 - Computing system implementing and operating models describing transition between multiple resolution-based models - Google Patents

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템은, 공간 변이를 셀에 기반하여 나타내고, 다중 해상도 모델링 기법이 적용되는 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템으로서, 상기 컴퓨팅 시스템은 상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스; 대상 셀의 제1 해상도 및 상기 획득 데이터에 기반하여 얻어지는 제1 해상도 기반 셀 모델에 기반하여, 상기 대상 셀의 제2 해상도 - 상기 제1 해상도보다 높음 - 에 기반한 제2 해상도 기반 셀 모델을 획득하기 위한 천이 모델; 및 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함한다. 상기 천이 모델은 상기 획득 데이터 중 상기 대상 셀이 상기 제1 해상도에 기반하여 기술되는 제1 해상도 기반 데이터 셋, 및 상기 대상 셀이 상기 제2 해상도에 기반하여 기술되는 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 관련성에 기반하여 학습된 모델일 수 있다.A computing system according to an embodiment of the present invention is a computing system that implements and operates a model that represents a spatial transition based on a cell and describes a target system to which a multi-resolution modeling technique is applied, wherein the computing system is the target system. a communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from; Obtaining a second resolution-based cell model based on a second resolution of the target cell, which is higher than the first resolution, based on a first resolution of the target cell and a first resolution-based cell model obtained based on the acquired data for the transition model; and at least one or more processors. The transition model is a relation between a first resolution-based data set in which the target cell is described based on the first resolution and a second resolution-based data set in which the target cell is described based on the second resolution among the acquired data. It may be a model trained based on .

Description

다중 해상도 기반 모델 간의 천이 과정을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템 {COMPUTING SYSTEM IMPLEMENTING AND OPERATING MODELS DESCRIBING TRANSITION BETWEEN MULTIPLE RESOLUTION-BASED MODELS}{COMPUTING SYSTEM IMPLEMENTING AND OPERATING MODELS DESCRIBING TRANSITION BETWEEN MULTIPLE RESOLUTION-BASED MODELS}

본 발명은 물리적인 복잡계를 모델링하고 시뮬레이션하는 기술에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 컴퓨팅 시스템을 이용하여 대상 시스템을 기술하는 디지털 모델을 구현하고 동작시키는 기술에 관한 것이다. 또한 디지털 모델의 구현 및 동작 과정에서 종래의 이론 기반 모델과 데이터 분석에 기반한 데이터 기반 모델을 함께 이용함으로써 디지털 모델을 고도화하는 기술에 관한 것이다. 본 발명은 중소벤처기업부 및 제주지역사업평가단의 지역기업 혁신성장 지원(R&D) 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다. [과제관리번호: P0010175, 과제명: BAS 기반 디지털 트윈 플랫폼 핵심 SW 및 응용 모델 개발].The present invention relates to a technique for modeling and simulating a physical complex system, and more particularly, to a technique for implementing and operating a digital model describing a target system using a computing system. Also, it relates to a technology for upgrading a digital model by using both a conventional theory-based model and a data-based model based on data analysis in the process of implementing and operating a digital model. The present invention is derived from research conducted as part of the regional enterprise innovative growth support (R&D) project of the Ministry of SMEs and Startups and the Jeju Regional Project Evaluation Group. [Task management number: P0010175, task name: BAS-based digital twin platform core SW and application model development].

산업 현장에서 생산성, 경제성, 안전성 등을 향상시키고자 하는 요구가 확산되고 있다. 최근에는 사물인터넷(IoT), 빅데이터, 인공지능, 사이버 물리 시스템(CPS, Cyber Physical Systems) 등의 기술이 널리 이용되고 있으며, 이들 기술들이 집약된 기술 트렌드로서 디지털 트윈(Digital Twin) 기술이 주목받고 있다.Demands to improve productivity, economy, safety, etc. in industrial fields are spreading. Recently, technologies such as the Internet of Things (IoT), big data, artificial intelligence, and cyber physical systems (CPS) have been widely used. are receiving

디지털 트윈은 물리적 객체(자산, 프로세스 및 시스템 등)들에 대한 디지털 복제(쌍둥이)로서, 수명주기 전체에 걸쳐 대상 객체 요소들의 속성/상태를 유지하며 이들이 어떻게 작동하는 지에 대한 동적 성질을 묘사하는 가상의 모델이라 할 수 있다.A digital twin is a digital replica (twin) of physical objects (assets, processes and systems, etc.) can be considered as a model of

컴퓨팅 시스템에서 구현된 디지털 트윈은 대상 객체(물리적 자산)와 연동하여 현실 상황을 반영하면서 현실에서 발생할 수 있는 상황을 예측하거나 운영을 최적화하는 조건을 알려주는 등 산업 현장에서 다양한 용도로 활용되면서 산업의 경쟁력을 강화하는 수단으로 인식되고 있다.The digital twin implemented in the computing system is used for various purposes in the industrial field, such as predicting situations that may occur in reality or informing the conditions for optimizing operations while reflecting the real situation by interworking with the target object (physical asset). It is recognized as a means of enhancing competitiveness.

사물인터넷(IoT) 기술과 디지털 트윈 기술은 밀접한 관련이 있다. 사물인터넷 플랫폼 기술의 고도화는 운용 중인 시스템의 센서 데이터를 실시간으로 수집한 후 기계학습/인공지능 기반의 예측, 고장 진단, 최적화, 예지 진단 등 스마트 서비스를 가능하게 한다. 디지털 트윈 기술은 산업 현장에서 이용되는 것을 전제로 시작되었으나, 최근에는 사이버 시티 등 그 적용되는 영역을 더욱 다양한 스마트 서비스로 확대하고자 하는 노력이 시도되고 있다. 다양한 스마트 서비스에 필요한 모든 데이터를 수집하기 위한 센서 모두를 운용 중인 시스템에 장착시키는 것은 물리적 제약(센서의 위치와 개수), 및/또는 경제적 제약(센서의 개수)으로 인하여 사실상 불가능하다.Internet of Things (IoT) technology and digital twin technology are closely related. The advancement of IoT platform technology enables smart services such as machine learning/AI-based prediction, fault diagnosis, optimization, and predictive diagnosis after collecting sensor data of the operating system in real time. Digital twin technology was started on the premise that it is used in industrial fields, but recently, efforts are being made to expand its application areas, such as cyber cities, to more diverse smart services. It is virtually impossible to mount all sensors for collecting all data required for various smart services in a system in operation due to physical constraints (location and number of sensors) and/or economic constraints (number of sensors).

이러한 문제점을 부분적으로 해결하기 위한 수단으로서, 미국공개특허 제2017/0286572호 "Digital twin of twinned physical system"에서, 실제 센서의 디지털 트윈을 이용하여 실제 센서의 동작을 시뮬레이션하고, 실세 센서가 작동하지 않게 되었을 때, 디지털 트윈 모델 내의 실제 센서에 대응하는 가상 센서로부터 데이터를 수집하여 실제 센서의 동작을 대체하는 기술이 제안되었다.As a means to partially solve this problem, in US Patent Publication No. 2017/0286572 "Digital twin of twinned physical system", the operation of the real sensor is simulated using a digital twin of the real sensor, and the real sensor does not work. When not, a technique to replace the operation of the real sensor by collecting data from the virtual sensor corresponding to the real sensor in the digital twin model was proposed.

한국공개특허 제10-2019-0013610호 "기술 시스템의 동작을 제어하기 위한 시스템, 방법 및 제어 유닛"에서도 실제 센서의 디지털 트윈을 이용하여 가상 센서 데이터를 생성하고, 실제 센서의 이상이 검출되었을 때 가상 센서 데이터로 이상 센서를 대체하는 기술이 제안되었다.In Korea Patent Publication No. 10-2019-0013610 "System, method, and control unit for controlling the operation of a technical system," virtual sensor data is generated using a digital twin of a real sensor, and when an abnormality of the real sensor is detected A technique for replacing anomaly sensors with virtual sensor data has been proposed.

일반적으로 실 세계의 시스템에 대한 동작/성능 분석이나 예측을 수행하기 위해 해당 시스템에 대한 추상화된 모델을 만들고 실행하여 동작/성능 등 관심 측면의 척도를 측정/관찰하게 된다. 이러한 모델을 통한 대상 시스템의 분석/ 예측 결과가 신뢰성을 확보하기 위해서는 해당 시스템을 얼마나 잘(정확하게) 모델링 하는지가 중요한 관건이 된다.In general, in order to perform motion/performance analysis or prediction on a system in the real world, an abstract model for the system is created and executed, and measures of interest such as motion/performance are measured/observed. In order to secure the reliability of the analysis/prediction results of the target system through these models, how well (accurately) the system is modeled is an important key.

모델링의 한 방법으로 대상 시스템이 포함하는 물리적인 법칙이나 동작 규칙 등의 지식을 활용하여 추상화 모델을 만드는 방법이 있는데, 이는 제어된 입력과 해당 출력 사이의 인과관계를 모델로 표현할 수 있는 모델링 및 시뮬레이션(M&S) 기반의 방법이다. 이 방법은 모델링 대상이 되는 시스템에 대한 자세한 정보들이 가용해야 한다는 제한사항이 있다. 또한 모델링 및 시뮬레이션(M&S) 기반의 방식으로 모델을 구축하는 경우에 그 모델의 유효성을 보장하기 위해서 실제 시스템을 얼마나 잘 반영하는지에 대한 모델을 실제 데이터로 검증하는 과정이 필수적이다. 실 세계 시스템으로부터 데이터 획득이 어려울 경우에 모델의 유효성을 확인할 수 없기 때문에 그 모델 기반의 분석/예측 결과에 대한 신뢰성을 보장할 수 없는 문제가 생길 수 있다.As a modeling method, there is a method of creating an abstract model by using knowledge such as physical laws or behavior rules included in the target system, which is modeling and simulation that can express the causal relationship between the controlled input and the corresponding output as a model. (M&S) based method. This method has a limitation that detailed information about the system to be modeled must be available. In addition, when a model is built in a modeling and simulation (M&S)-based method, it is essential to verify the model with real data about how well it reflects the real system to ensure the validity of the model. When it is difficult to obtain data from the real world system, the validity of the model cannot be verified, so there may be a problem in that the reliability of the analysis/prediction results based on the model cannot be guaranteed.

시스템의 예측 및 분석을 위한 다른 모델링 방법으로 대상 시스템의 운용 및 관측을 통해 획득된 많은 데이터들을 분석함으로써 해당 시스템이 내포하고 있는 규칙/패턴/함수를 도출하는 형태의 데이터 모델링 방법이 있다. 데이터 모델링의 대표적인 방법이라 할 수 있는 기계학습 기반의 모델은 한 세트의 데이터와 다른 데이터 세트 간의 상관관계를 나타내는 방법으로, 빅 데이터 시대에 들어서며 수 많은 데이터를 활용하여 좀 더 효과적인 기계학습이 가능케 되었다. 그러나 기계학습을 통해 구축된 데이터 모델은 해당 시스템이 미래에도 아무런 변경이 없이 운용된다는 전제하에 예측이 가능할 수 있지만, 시스템의 구성 또는 운용 법칙 등이 변경되면 이전에 학습된 모델로 미래를 예측할 수 없다는 한계점이 있다.As another modeling method for system prediction and analysis, there is a data modeling method of deriving rules/patterns/functions contained in the system by analyzing a lot of data acquired through operation and observation of the target system. A machine learning-based model, which can be said to be a representative method of data modeling, is a method that shows the correlation between one set of data and another data set. . However, the data model built through machine learning can be predicted on the premise that the system will operate without any changes in the future, but if the configuration or operating laws of the system change, it is impossible to predict the future with the previously learned model. There are limitations.

다각화 된 사회를 예측하는 수단으로 '빅 데이터'라는 용어가 널리 보급되고 있다. 빅 데이터는 일반적인 소프트웨어 도구가 허용 가능한 경과 시간 내에 수집, 관리 및 처리 할 수 있는 능력을 뛰어 넘는 크기의 데이터 셋을 의미한다. 이러한 대용량 데이터는 기존의 제한된 데이터보다 더 많은 통찰력을 제공하기 때문에 과학, 공학, 국방, 경영, 의학, 정치 등 다양한 분야의 연구에서 많은 관심을 받고 있다. 이러한 이유로 빅 데이터를 활용한 모델링이 빅 데이터 시대에 필수적이고 중요한 이슈가 되고 있다. The term 'big data' is widely used as a means of predicting a diversified society. Big data refers to datasets of sizes beyond the ability of typical software tools to collect, manage, and process within an acceptable elapsed time. Since such large-capacity data provides more insight than existing limited data, it is receiving a lot of attention in research in various fields such as science, engineering, national defense, management, medicine, and politics. For this reason, modeling using big data is becoming an essential and important issue in the era of big data.

물리 법칙 또는 동작 규칙에 의하여 생성되는 모델을 물리 기반 모델(physics-driven model)이라 하며, 데이터를 분석하여 데이터 내에 숨어 있는 규칙을 도출하는 모델을 데이터 기반 모델(data-driven model)이라 한다. 물리 기반 모델은 실측 데이터에만 국한되지 않고 적용 범위를 확장할 수 있다는 장점이 있지만, 실측 데이터에 의한 검증이 필요하다는 단점이 있고, 데이터 기반 모델은 실측 데이터에 대한 검증이 분석 과정에서 먼저 이루어지지만, 실측 데이터를 벗어나는 범위에는 적용되지 못한다는 한계가 있다. 최근에는 인공 신경망, 딥 러닝 기법의 발전으로 인하여 데이터 기반 모델이 물리 기반 모델보다 우수한 성능을 가지는 사례가 보고되고 있으나, 데이터 기반 모델이 우수한 성능을 가지더라도 실측 데이터 범위를 벗어나는 범위에 적용되지 못하는 한계는 여전히 존재한다. 또한 데이터 기반 모델은 데이터 간의 연관성만을 분석할 수 있을 뿐, 어떤 데이터가 원인이고 어떤 데이터가 결과인지 인과 관계를 설명하지 못하는 한계도 가지고 있다.A model generated by a physical law or an action rule is called a physics-driven model, and a model that analyzes data and derives a rule hidden in the data is called a data-driven model. Although the physical-based model has the advantage of being not limited to the actual data and extending the scope of application, it has the disadvantage that verification by the actual data is required. There is a limit in that it cannot be applied to a range outside of the measured data. Recently, due to the development of artificial neural networks and deep learning techniques, it has been reported that a data-based model has better performance than a physical-based model. still exists In addition, the data-based model can only analyze the correlation between data and has a limitation in that it cannot explain the causal relationship between which data is a cause and which data is an effect.

이러한 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 장점과 단점을 상호 보완하려는 시도가 존재한다. 예를 들어, 미국공개특허 US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS"에서는 high fidelity를 가지는 physics-driven model과 low fidelity를 가지는 data-driven model의 장단점을 취합한 hybrid model을 제안한다. US 2018/0357343에서는 data-driven model의 계산된 competence 영역이 임계 영역을 벗어나면 physics-driven model을 실행하고, data-driven model과 physics-driven model 간의 discrepancy를 함수 형태로 표현하여 physics-driven model을 calibration 한 후, 이 관계를 결합한 hybrid model을 사용한다. 이때 data-driven model의 competence는 data-driven model의 sample data에 대한 accuracy에 기반하여 계산된다. There are attempts to complement the advantages and disadvantages of these data-based models and physically-based models. For example, US Patent Publication US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS" proposes a hybrid model that combines the advantages and disadvantages of a physics-driven model with high fidelity and a data-driven model with low fidelity. In US 2018/0357343, the physics-driven model is executed when the calculated competence area of the data-driven model is out of the critical area, and the physics-driven model is developed by expressing the discrepancy between the data-driven model and the physics-driven model in the form of a function. After calibration, a hybrid model combining this relationship is used. At this time, the competence of the data-driven model is calculated based on the accuracy of the sample data of the data-driven model.

대상 시스템의 입력 데이터와 출력 데이터가 명확하게 정의된 단일 시스템인 경우, 상기 US 2018/0357343의 적용에 의하여 data-driven model과 physics-driven model 의 장점을 결합한 hybrid model의 이용이 가능하다. 다만 대상 시스템이 복잡해지고 다루어야 하는 변수가 많은 경우에는 대상 시스템을 디지털화하고 디지털 트윈 모델로 구현하기 위해서는 보다 고도화된 데이터 적용이 필요하다.In the case of a single system in which input data and output data of a target system are clearly defined, a hybrid model combining the advantages of a data-driven model and a physics-driven model can be used by application of US 2018/0357343. However, when the target system becomes complex and there are many variables to be dealt with, more advanced data application is required to digitize the target system and implement it as a digital twin model.

한편 대상 시스템을 디지털화하고 모델링하는 과정에서 정확도를 높이면서도 모델링의 효율을 높이기 위한 수단으로 다중 해상도 모델(multiple resolution model) 기법이 이용되고 있다. 다중 해상도 모델을 교통 흐름 시뮬레이션에 이용한 사례로 선행문헌 한국등록특허 KR 10-0969481 "교통흐름 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 교통흐름 시뮬레이션 시스템", KR 10-1815511 "교통 시뮬레이션을 위한 프레임워크 및 이를 이용한 시뮬레이션 방법"을 들 수 있고, 다중 해상도 모델을 유체 파티클 시뮬레이션에 적용한 사례로 한국등록특허 KR 10-0872434 "다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법"을 들 수 있다. 다중 해상도 모델은 일반적으로 지역 별로 다른 해상도를 적용하여 시뮬레이션하는 것으로, 한정된 계산 자원을 이용한 고해상도 시뮬레이션을 달성하고자 할 때 이용된다. 교통 흐름 시뮬레이션에서는 흔히 미시적/마이크로(Microscopic) 모델, 중시적/메조(Mesoscopic) 모델, 거시적/매크로(Macroscopic) 모델로 구분되어 불리우며, 이들 간의 결합에 의한 하이브리드 해상도 모델이 이용되기도 한다.Meanwhile, in the process of digitizing and modeling a target system, a multiple resolution model technique is used as a means to increase the accuracy of the target system and the efficiency of modeling. As an example of using a multi-resolution model for traffic flow simulation, Korean Patent Registration Patent KR 10-0969481 "Traffic flow simulation device and traffic flow simulation system including the same", KR 10-1815511 "Framework for traffic simulation and simulation using the same" method", and as an example of applying a multi-resolution model to fluid particle simulation, Korean Patent Registration KR 10-0872434 "Multi-resolution fluid particle simulation system and method" is mentioned. Multi-resolution models are generally simulated by applying different resolutions for each region, and are used to achieve high-resolution simulations using limited computational resources. In traffic flow simulation, a microscopic/microscopic model, a mesoscopic/mesoscopic model, and a macro/macroscopic model are often called, and a hybrid resolution model by combining them is also used.

최근의 사물인터넷(IoT) 등 기술의 발전은 다양한 데이터를 수집하기 용이한 인프라를 제공하는데, 다중 해상도 모델을 이용한 시뮬레이션 기술에서도 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 효과적인 결합을 이용하여 IoT 인프라에 의하여 얻어지는 빅데이터를 효과적으로 활용하여 모델링 및 시뮬레이션(M&S)의 성능을 향상시키고자 하는 요구가 대두되고 있다.The recent development of technologies such as the Internet of Things (IoT) provides an infrastructure that makes it easy to collect various data. There is a growing demand to improve the performance of modeling and simulation (M&S) by effectively utilizing big data.

미국공개특허 제2017/0286572호 "Digital twin of twinned physical system" (2017년 10월 5일)US Patent Publication No. 2017/0286572 "Digital twin of twinned physical system" (October 5, 2017) 한국공개특허 제10-2019-0013610호 "기술 시스템의 동작을 제어하기 위한 시스템, 방법 및 제어 유닛" (2019년 2월 11일)Korean Patent Application Laid-Open No. 10-2019-0013610 "System, method and control unit for controlling the operation of a technical system" (February 11, 2019) 미국공개특허 제2019/0033850호 "Controlling operation of a technical system" (2019년 1월 31일)US Patent Publication No. 2019/0033850 "Controlling operation of a technical system" (January 31, 2019) 미국공개특허 제2019/0068618 "Using virtual sensors to accommodate industrial asset control systems during cyber attacks" (2019년 2월 28일)US Patent Publication No. 2019/0068618 "Using virtual sensors to accommodate industrial asset control systems during cyber attacks" (February 28, 2019) 미국공개특허 US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS" (2018년 12월 13일)US Patent Publication US 2018/0357343 "OPTIMIZATION METHODS FOR PHSICAL MODELS" (December 13, 2018) 한국등록특허 KR 10-0969481 "교통흐름 시뮬레이션 장치 및 이를 포함하는 교통흐름 시뮬레이션 시스템" (2010년 7월 2일)Korean Patent Registration KR 10-0969481 "Traffic flow simulation device and traffic flow simulation system including the same" (July 2, 2010) KR 10-1815511 "교통 시뮬레이션을 위한 프레임워크 및 이를 이용한 시뮬레이션 방법" (2017년 12월 29일)KR 10-1815511 "Framework for traffic simulation and simulation method using the same" (December 29, 2017) 한국등록특허 KR 10-0872434 "다중 해상도의 유체 파티클 시뮬레이션 시스템 및 방법" (2008년 12월 1일)Korean Patent Registration KR 10-0872434 "Multi-resolution fluid particle simulation system and method" (December 1, 2008) 미국공개특허 US 2009/0112526 "SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING FLUID PARTICLE HAVING MULTI-RESOLUTION" (2009년 4월 30일)US Patent Publication US 2009/0112526 "SYSTEM AND METHOD FOR SIMULATING FLUID PARTICLE HAVING MULTI-RESOLUTION" (April 30, 2009)

종래기술에서는 다중 해상도 모델링 기법을 공간 지역 별로 다른 해상도를 적용하는 개념으로만 취급하고 있다. 그런데 인접한 공간 지역끼리는 완전히 분리되는 객체가 아니고, 서로 밀접한 연관성을 가지고 상호 간 영향을 미친다. 따라서 인접한 공간 지역 별로 다른 해상도를 적용하는 경우, 인접한 공간 지역 간의 상이한 해상도를 어떻게 변환해야 하는지에 대한 문제가 제기된다. 특히 최근 사물 인터넷(IoT) 및 센서 기술의 발전으로 공간 지역 별로 정밀한 데이터가 수집되는데, 이러한 데이터 간의 연관성을 고려하지 않고서는 대상 시스템에 대한 정확한 모델링 및 시뮬레이션이 이루어지기 어렵다.In the prior art, the multi-resolution modeling technique is treated only as a concept of applying different resolutions for each spatial region. However, adjacent spatial regions are not completely separate objects, but have a close relationship with each other and influence each other. Accordingly, when different resolutions are applied to adjacent spatial regions, a problem arises as to how to convert different resolutions between adjacent spatial regions. In particular, with the recent development of the Internet of Things (IoT) and sensor technology, precise data is collected for each spatial region, and it is difficult to accurately model and simulate a target system without considering the correlation between these data.

본 발명은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 도출된 발명으로서, 인접한 공간 지역 간의 해상도 변환을 셀 오토마타(Cell Automata) 기법을 이용하여 기술하며, 이 과정에서 인접한 셀에 의한 영향으로 인한 셀 각각의 서로 다른 해상도 모델 간의 천이(transition)를 데이터 기반 모델을 적용하여 해결하거나, 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델의 하이브리드 모델을 적용하여 해결하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.The present invention is an invention derived to solve the problems of the prior art, and describes a resolution conversion between adjacent spatial regions using a cell automata technique, and in this process, each cell is each other due to the influence of the adjacent cells. An object of the present invention is to provide a method for solving a transition between different resolution models by applying a data-based model or by applying a hybrid model of a data-based model and a theory-based model.

한편 종래기술 및 상기의 선행기술에서는 실 세계의 동작 또는 상태를 단일 모델로 단순화하여 시뮬레이트한다. 이때 연역적 추론이 가능한 물리 기반 모델과, 데이터 학습에 기반한 데이터 기반 모델을 결합한 하이브리드 모델의 이용이 선행문헌인 US 2018/0357343 에 의하여 개시되었지만, 실 세계의 대상 시스템은 매우 복잡하여 단일 모델만으로 동작 또는 상태를 규명하기는 쉽지 않다.Meanwhile, in the prior art and the above prior art, an operation or state of the real world is simulated by simplifying it into a single model. At this time, the use of a hybrid model that combines a physics-based model capable of deductive reasoning and a data-based model based on data learning has been disclosed by US 2018/0357343, which is a prior document, but the target system in the real world is very complex and operates with only a single model or It is not easy to determine the condition.

또한 취급하고자 하는 대상 시스템이 더욱 커지고 복잡해짐에 따라서 단일 모델에 의하여 대상 시스템을 기술하고자(describe) 하는 시도의 한계가 드러나고 있다. In addition, as the target system to be handled becomes larger and more complex, the limitation of attempts to describe the target system by a single model is revealed.

본 발명은 종래기술 및 상기 선행기술의 문제점을 해결하고자 하는 발명으로서, 대상 시스템을 기술하는 다수의 원인과 결과 간의 인과 관계를 모델링하고, 대상 시스템을 부분적으로 기술할 수 있는 하위 모델들의 결합에 의하여 전체 대상 시스템을 통합적으로 기술할 수 있는 시스템 모델을 제안한다. 이때 시스템 모델 내의 하위 모델들 간의 결합 관계, 및/또는 데이터 연결 관계는 구조적 정보에 기반하여 정의되며, 구조적 정보는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있다. The present invention is an invention to solve the problems of the prior art and the prior art, by modeling a causal relationship between a plurality of causes and effects describing a target system, and combining sub-models that can partially describe the target system. We propose a system model that can comprehensively describe the entire target system. In this case, a coupling relationship and/or a data connection relationship between sub-models in the system model is defined based on structural information, and the structural information may be acquired using knowledge of the target system.

본 발명은 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델의 장점을 취합하여 동작하는 하이브리드 모델을 제안하는 것을 목적으로 하며, 하이브리드 모델의 적용 범위를 확장하여 복합 모델에 의하여 기술되는 시스템 모델에도 하이브리드 모델을 적용할 수 있는 시스템 모델링 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention aims to propose a hybrid model that operates by combining the advantages of a physics-based model and a data-based model, and it is possible to apply the hybrid model to the system model described by the composite model by expanding the scope of application of the hybrid model. The purpose of this study is to propose a system modeling technique.

본 발명은 강인한(robust) 분석/예측 지원이 가능하도록 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델의 두 모델링 방식의 장점을 상호보완적으로 활용하여 각 접근방법의 한계점을 극복할 수 있는 상호협력적인 대안을 제시하는 것을 목적으로 한다. 이때 사안에 대해서 선택적으로 물리 기반 모델 또는 데이터 기반 모델이 적용되는 종래 기술들 또는 선행기술들과 달리, 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델이 보다 강하게 결합되어 복합 모델을 구현할 수 있는 기법을 제안하는 것을 목적으로 한다.The present invention provides a mutually cooperative alternative that can overcome the limitations of each approach by complementarily utilizing the strengths of the two modeling methods of a physics-based model and a data-based model to enable robust analysis/prediction support. aim to do In this case, the purpose of this is to propose a technique that can implement a complex model by combining a physically-based model and a data-based model more strongly, unlike the prior art or prior art in which a physically-based model or a data-based model is selectively applied to the issue. do it with

본 발명은 데이터 기반 모델의 정확도를 최대한 활용하되, 데이터 기반 모델이 가지는 한계인 데이터 범위 외의 데이터에 대해서도 추론이 가능한 시스템 모델을 제안하는 것을 목적으로 한다. It is an object of the present invention to propose a system model that makes use of the accuracy of the data-based model to the maximum, but can make inferences even on data outside the data range, which is a limit of the data-based model.

본 발명은 데이터 기반 모델을 이용하여 복합적인 원인에 의한 대상 시스템의 동작 또는 상태를 기술할 수 있는 시스템 모델을 제안하고, 데이터 기반 모델 내에서 데이터 간의 상호 연관성을 구조적 정보에 기반하여 설명할 수 있는 설명적 정보(explainable information or descriptive information)를 생성하는 것을 목적으로 한다.The present invention proposes a system model that can describe the operation or state of a target system due to complex causes using a data-based model, and can explain the correlation between data within the data-based model based on structural information. It aims to generate descriptive information or descriptive information.

본 발명은 데이터 기반 모델을 이용하면서도 데이터 기반 모델이 구현하기 어려웠던 규범적 분석(Normative Analysis)을 적용할 수 있는 시스템 모델을 제안하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to propose a system model that can apply Normative Analysis, which is difficult to implement in a data-based model while using a data-based model.

본 발명은 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 장점을 취합한 하이브리드 모델을 복합적인 시스템 모델로 구현하고, 매우 복잡한 대상 시스템을 기술하기 위한 디지털 트윈(Digital Twin)에 복합적인 시스템 모델을 적용하는 것을 목적으로 한다. An object of the present invention is to implement a hybrid model that combines the advantages of a data-based model and a physical-based model as a complex system model, and to apply the complex system model to a digital twin to describe a very complex target system. do it with

본 발명은 상기의 목적을 달성하기 위하여 도출된 구성으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템은, 공간 변이 및 시간 변이 중 적어도 하나 이상을 셀에 기반하여 나타내고, 셀 각각마다 둘 이상의 해상도 중 적어도 하나를 이용하여 기술하는 다중 해상도 모델링 기법이 적용되는 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시킬 수 있다.The present invention is a configuration derived to achieve the above object, and the computing system according to an embodiment of the present invention represents at least one or more of a spatial shift and a temporal shift based on a cell, and among two or more resolutions for each cell. A model describing a target system to which a multi-resolution modeling technique described using at least one is applied may be implemented and operated.

상기 컴퓨팅 시스템은 상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스; 대상 셀의 제1 해상도 및 상기 획득 데이터에 기반하여 얻어지는 제1 해상도 기반 셀 모델에 기반하여, 상기 대상 셀의 제2 해상도 - 상기 제1 해상도보다 높음 - 에 기반한 제2 해상도 기반 셀 모델을 획득하기 위한 천이 모델; 및 적어도 하나 이상의 프로세서를 포함한다. The computing system may include: a communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system; Obtaining a second resolution-based cell model based on a second resolution of the target cell, which is higher than the first resolution, based on a first resolution of the target cell and a first resolution-based cell model obtained based on the acquired data for the transition model; and at least one or more processors.

상기 천이 모델은 상기 획득 데이터 중 상기 대상 셀이 상기 제1 해상도에 기반하여 기술되는 제1 해상도 기반 데이터 셋, 및 상기 대상 셀이 상기 제2 해상도에 기반하여 기술되는 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 관련성에 기반하여 학습된 모델일 수 있다.The transition model is a relation between a first resolution-based data set in which the target cell is described based on the first resolution and a second resolution-based data set in which the target cell is described based on the second resolution among the acquired data. It may be a model trained based on .

상기 천이 모델은 상기 제1 해상도 기반 데이터 셋 및 상기 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 연관성을 학습한 데이터 기반 모델일 수 있다.The transition model may be a data-based model in which a correlation between the first resolution-based data set and the second resolution-based data set is learned.

상기 천이 모델은 복수 개의 하위 모델들을 포함하고, 상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고, 상기 천이 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의될 수 있다.The transition model includes a plurality of sub-models, and each of the plurality of sub-models is a model capable of receiving a portion of the acquired data and inferring or predicting at least a portion of the remaining data as an output, and the plurality of sub-models within the transition model Input data and output data of each of the sub-models may be defined based on structural information of the target system that may be acquired using knowledge of the target system.

상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함할 수 있다.The structural information includes information on a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models, and the data connection relationship indicates that output data of the first sub-model is the second sub-model. may include information on whether it can be used as input data of

상기 공간 변이 및 시간 변이 중 적어도 하나 이상은 셀 오토마타 기법에 의하여 셀에 기반하여 나타내어질 수 있다. At least one of the spatial shift and the temporal shift may be represented on a cell-by-cell basis using a cell automata technique.

상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 대상 셀에 대한 새로운 입력 데이터 중 상기 제1 해상도에 대응하도록 생성된 제1 데이터를 선택하여 상기 천이 모델의 입력으로 제공할 수 있고, 상기 천이 모델이 상기 제1 데이터에 기반하여 상기 제1 해상도 기반 셀 모델로부터 상기 제2 해상도 기반 셀 모델을 추론할 수 있도록 상기 천이 모델을 제어할 수 있다. The at least one processor may select first data generated corresponding to the first resolution from among new input data for the target cell and provide it as an input to the transition model, and the transition model may be applied to the first data. Based on this, the transition model may be controlled to infer the second resolution-based cell model from the first resolution-based cell model.

상기 적어도 하나 이상의 프로세서는 상기 제1 해상도 기반 데이터 셋을 상기 천이 모델의 입력으로 제공할 수 있고, 상기 천이 모델이 상기 제1 해상도 기반 데이터 셋과 상기 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 관련성을 학습할 수 있도록 상기 천이 모델을 제어할 수 있다.The at least one processor may provide the first resolution-based data set as an input to the transition model, and the transition model may learn a relation between the first resolution-based data set and the second resolution-based data set. The transition model can be controlled so as to

본 발명에 따르면, 다중 해상도 기반 모델링 및 시뮬레이션에서 인접한 공간 지역 간의 해상도 변환을 셀 오토마타(Cell Automata) 기법을 이용하여 기술하며, 이 과정에서 인접한 셀에 의한 영향으로 인한 셀 각각의 서로 다른 해상도 모델 간의 천이(transition)를 데이터 기반 모델을 적용하여 해결하거나, 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델의 하이브리드 모델을 적용하여 해결할 수 있다.According to the present invention, resolution conversion between adjacent spatial regions in multi-resolution-based modeling and simulation is described using a cell automata technique, and in this process, the resolution between different resolution models of each cell due to the influence of adjacent cells is described. The transition can be solved by applying a data-based model or by applying a hybrid model of a data-based model and a theory-based model.

본 발명에 따르면, 대상 시스템을 기술하는 다수의 원인과 결과 간의 인과 관계를 모델링하고, 대상 시스템을 부분적으로 기술할 수 있는 하위 모델들의 결합에 의하여 전체 대상 시스템을 통합적으로 기술할 수 있는 시스템 모델을 제공 할 수 있다. 이때 시스템 모델 내의 하위 모델들 간의 결합 관계, 및/또는 데이터 연결 관계는 구조적 정보에 기반하여 정의되며, 구조적 정보는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있다. According to the present invention, a system model capable of integrally describing the entire target system by modeling a causal relationship between a plurality of causes and effects describing the target system and combining sub-models that can partially describe the target system is provided. can provide In this case, a coupling relationship and/or a data connection relationship between sub-models in the system model is defined based on structural information, and the structural information may be acquired using knowledge of the target system.

본 발명에 따르면 물리 기반 모델과 데이터 기반 모델의 장점을 취합하여 동작하는 하이브리드 모델을 제공할 수 있다. 이때 하이브리드 모델의 적용 범위를 확장하여 복합 모델에 의하여 기술되는 시스템 모델에도 하이브리드 모델을 적용할 수 있는 시스템 모델을 구현할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a hybrid model that operates by combining the advantages of a physical-based model and a data-based model. At this time, by extending the scope of application of the hybrid model, it is possible to implement a system model that can apply the hybrid model even to the system model described by the composite model.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델의 정확도를 최대한 활용하되, 데이터 기반 모델이 가지는 한계인 데이터 범위 외의 데이터에 대해서도 추론이 가능한 시스템 모델을 구현할 수 있다.According to the present invention, while maximizing the accuracy of the data-based model, it is possible to implement a system model capable of inferring data outside the data range, which is a limit of the data-based model.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델을 이용하여 복합적인 원인에 의한 대상 시스템의 동작 또는 상태를 기술할 수 있는 시스템 모델을 제공할 수 있다. 또한 데이터 기반 모델 내에서 데이터 간의 상호 연관성을 구조적 정보에 기반하여 설명할 수 있는 설명적 정보(explainable information or descriptive information)를 생성할 수 있다.According to the present invention, it is possible to provide a system model capable of describing the operation or state of a target system due to a complex cause using a data-based model. In addition, it is possible to generate descriptive information (explainable information or descriptive information) that can explain the interrelationship between data in the data-based model based on structural information.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델을 이용하면서도 데이터 기반 모델이 구현하기 어려웠던 규범적 분석(Normative Analysis)을 적용할 수 있는 시스템 모델을 구현할 수 있다. According to the present invention, while using a data-based model, it is possible to implement a system model to which normative analysis, which is difficult to implement in a data-based model, can be applied.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델과 물리 기반 모델의 장점을 취합한 하이브리드 모델을 복합적인 시스템 모델로 구현하고, 매우 복잡한 대상 시스템을 기술하기 위한 디지털 트윈(Digital Twin)에 복합적인 시스템 모델을 적용할 수 있다.According to the present invention, a hybrid model combining the advantages of a data-based model and a physically-based model can be implemented as a complex system model, and the complex system model can be applied to a digital twin for describing a very complex target system. have.

본 발명에 따르면 데이터 기반 모델이 내장된 시스템 모델은 대상 시스템의 운영 및 관측을 통해 획득된 획득 데이터를 이용한 기계 학습 내용을 내장함으로써, 획득 데이터의 도메인 내에서는 모델 자체가 검증된 모델이 되며, 데이터 기반 모델만을 사용하거나 물리 기반 모델만을 사용하여 대상 시스템을 분석 또는 예측할 때 직면할 수 있는 한계점들을 극복할 수 있다.According to the present invention, the system model with the built-in data-based model embeds machine learning contents using the acquired data acquired through the operation and observation of the target system, so that the model itself becomes a verified model in the domain of the acquired data, and the data It is possible to overcome limitations that may be encountered when analyzing or predicting a target system by using only a base model or only a physics-based model.

기계 학습을 시스템 모델 내에 내장시킴으로써, 대상 시스템에 대해 요구되는 사전 지식의 정도를 경감시키고 모델 실증(실제 데이터로 검증)의 효과를 달성하는 한편, 기계 학습만으로 할 수 없었던 대상 시스템 내의 구조/규칙 변경에 따른 대상 시스템의 행위를 분석 및 예측할 수 있다.By embedding machine learning into the system model, it reduces the degree of prior knowledge required about the target system and achieves the effect of model demonstration (verification with real data), while changing the structure/rule within the target system that machine learning alone could not do. It is possible to analyze and predict the behavior of the target system according to

본 발명에 따르면, 기존의 데이터 기반 모델에 비해서 다음의 장점을 가질 수 있다. 일반적으로 데이터 기반 모델은 정적인 데이터에 대해서는 매우 높은 정확도를 나타내지만, 동작에 영향을 미치는 변인이 다양한 동적 분석에 적용하기는 쉽지 않은 것으로 알려지고 있다. 본 발명에 따르면 공간 변이(space variant), 시간 변이(time variant), 확률적인(stochastic) 특징을 가지는 대상 시스템에 대해서도 데이터 기반 모델을 적용할 수 있다. According to the present invention, it can have the following advantages over the existing data-based model. In general, data-based models show very high accuracy for static data, but it is known that it is not easy to apply them to dynamic analysis with a variety of variables affecting motion. According to the present invention, a data-based model can also be applied to a target system having spatial variant, time variant, and stochastic characteristics.

또한 본 발명에 따르면 대상 시스템의 비선형(non-linear) 특징들을 반영할 수 있다. 실제 세계의 많은 시스템들은 입출력 사이에 중첩의 정리가 성립이 되지 않고 비선형적인 특징을 가지기 때문에 상태천이 함수가 비선형 특징을 고려할 수 있다는 것은 큰 이점이 된다. 또한 실제 시스템으로부터 얻어지는 데이터를 통해 기상 조건 등 추가적인 상황 정보를 표현할 수 있어 실 세계를 모방한 디지털 트윈 모델과 같이 복잡한 디지털 모델의 구현에도 강인한 모델링 기법으로 적용될 수 있다.Also, according to the present invention, non-linear characteristics of a target system may be reflected. Since many systems in the real world have non-linear characteristics without the theorem of overlap between input and output, it is a great advantage that the state transition function can consider non-linear characteristics. In addition, additional situational information such as weather conditions can be expressed through data obtained from real systems, so it can be applied as a robust modeling technique to the implementation of complex digital models such as digital twin models that mimic the real world.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 포함하는 시스템 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에서 이용되는 구조적 정보의 도출 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 이용하는 획득 데이터의 도메인과, 이론 상 확장 가능한 데이터 도메인의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 포함하는 하위 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템을 도시하는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델의 동작 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기반으로 하는 이론 기반 원시 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 9는 도 8의 이론 기반 원시 모델에 기반하여 생성되는 시스템 모델의 일 실시예를 도시하는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델의 학습 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되며 시스템 모델이 대상 시스템을 추론하도록 시스템 모델을 동작하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 이론 기반 모델 내에서 노드의 상태 변화를 기술하는 방식의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기술하고자 하는 대상 시스템으로서, 다중 해상도 모델이 적용된 대상 시스템의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기술하고자 하는 대상 시스템으로서, 교통 흐름을 다중 해상도 모델을 적용하여 기술하고자 하는 경우의 일 예를 도시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 천이 모델과 그 천이 모델이 기술하고자 하는 다중 해상도 모델에서 데이터의 Disaggregation 천이를 도시하는 도면이다.
1 is a diagram illustrating a computing system according to an embodiment of the present invention.
2 is a diagram illustrating an embodiment of a system model included in a computing system according to an embodiment of the present invention.
3 is a diagram illustrating an example of a process of deriving structural information used in a computing system according to an embodiment of the present invention.
4 is a diagram illustrating a domain of acquired data used by a computing system according to an embodiment of the present invention and an example of a theoretically expandable data domain.
5 is a diagram illustrating an embodiment of a sub-model included in a system model according to an embodiment of the present invention.
6 is a diagram illustrating a computing system according to an embodiment of the present invention.
7 is a diagram illustrating an example of an operation process of a system model according to an embodiment of the present invention.
8 is a diagram illustrating an embodiment of a theory-based primitive model on which a system model is based according to an embodiment of the present invention.
9 is a diagram illustrating an embodiment of a system model generated based on the theory-based primitive model of FIG. 8 .
10 is an operation flowchart illustrating a method of learning a system model executed by a computing system according to an embodiment of the present invention.
11 is an operational flow diagram illustrating a method executed by a computing system and operating a system model such that the system model infers a target system according to an embodiment of the present invention.
12 is a diagram illustrating an example of a manner in which a computing system describes a state change of a node in a theory-based model according to an embodiment of the present invention.
13 is a diagram illustrating an example of a target system to which a multi-resolution model is applied as a target system to be described by a system model according to an embodiment of the present invention.
14 is a diagram illustrating an example of a case where a system model according to an embodiment of the present invention intends to describe a traffic flow by applying a multi-resolution model as a target system to be described.
15 is a diagram illustrating disaggregation transition of data in a transition model and a multi-resolution model to be described by the transition model according to an embodiment of the present invention.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다.In addition to the above objects, other objects and features of the present invention will become apparent through the description of the embodiments with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.A preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In describing the present invention, if it is determined that a detailed description of a related known configuration or function may obscure the gist of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)을 도시하는 도면이다.1 is a diagram illustrating a computing system 100 according to an embodiment of the present invention.

컴퓨팅 시스템(100)은, 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)을 포함하고, 시스템 모델(120)을 구현하고 동작할 수 있다. 구체적으로는 컴퓨팅 시스템(100)은 적어도 하나 이상의 프로세서(110), 및 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스(130)를 포함한다.The computing system 100 includes a system model 120 that describes a target system, and may implement and operate the system model 120 . Specifically, the computing system 100 includes at least one processor 110 , and a communication interface 130 capable of receiving or calling acquisition data obtained from a target system.

대상 시스템은 분석, 추론, 및 예측하고자 하는 실 세계의 시스템을 의미하며, 물리적 법칙에 의하여 동작하는 시스템일 수도 있고, 동작 규칙에 의하여 동작하는 시스템일 수도 있다. 대상 시스템이 의존하는 법칙은 물리적 법칙에 국한되는 것은 아니며, 실시예에 따라서는 사회적, 심리적, 경제적 규칙 또는 이론에 의하여 대상 시스템을 기술할(describe) 수도 있다. 대상 시스템은 해결하고자 하는 문제와 밀접한 연관이 있다. 산불의 확산 과정에 대하여 분석하고 예측하고자 하는 경우, 산불이 발생할 수 있는 삼림의 지형, 나무, 암석 등 객체의 분포가 대상 시스템을 구성할 수 있다. 교통 흐름에 대하여 분석하고 예측하고자 하는 경우, 도로망, 신호 체계, 각 도로의 수용 능력, 도로 상에 위치하는 차량 등이 대상 시스템을 구성할 수 있다. 이 과정에서 돌발 상황의 발생 시 교통 상황의 흐름 등을 분석하고자 하는 경우에는 인간의 심리적인 행동 패턴에 의한 행동 변화 등이 대상 시스템 상에서 규명해야 할 요소로서 추가될 수 있다. 질병의 발생, 확산, 또는 치유 과정에 대해서 분석하고 예측하고자 하는 경우, 세포, 혈관, 골격의 구성, 장기의 구성 또는 혈류 등이 대상 시스템을 구성할 수 있다. The target system means a system in the real world to be analyzed, reasoned, and predicted, and may be a system operating according to a physical law or a system operating according to an operation rule. Laws on which the target system depends are not limited to physical laws, and according to embodiments, the target system may be described by social, psychological, economic rules or theories. The target system is closely related to the problem to be solved. When analyzing and predicting the spread of forest fires, the distribution of objects such as topography, trees, and rocks in the forest where wildfires can occur can constitute the target system. In the case of analyzing and predicting traffic flow, the target system may include a road network, a signal system, the capacity of each road, and a vehicle located on the road. In the case of analyzing the flow of traffic conditions in the event of an unexpected situation in this process, behavior changes due to human psychological behavior patterns may be added as elements to be identified in the target system. When analyzing and predicting the occurrence, spread, or healing process of a disease, cells, blood vessels, structures of a skeleton, organs, or blood flow may constitute a target system.

대상 시스템은 스마트 시티의 디지털 트윈과 같은 대규모이고 복잡한 시스템일 수도 있다. 대상 시스템에 영향을 미치는 변인이 매우 많은 경우에 이들을 조합하여 대상 시스템으로 구현하고, 분석 대상 요소를 추상화할 수 있다. 예를 들어, 스마트 시티의 경우라면 국가 공공 데이터(인구 통계, 지도 등)을 수집하거나 활용할 수 있으며, 도시 내의 IoT 인프라 등을 이용하여 수집된 데이터를 연계할 수 있다. 이러한 데이터를 이용하여 도시 내 정책의 변경에 따른 시민들의 행동 양식의 변화를 시뮬레이트할 수도 있고, 재해 또는 지리적 환경에 따른 경제 활동, 유동 인구 활동 등을 시뮬레이트할 수도 있다.The target system may be a large-scale and complex system, such as a digital twin of a smart city. When there are very many variables that affect the target system, they can be combined to implement the target system and abstract the elements to be analyzed. For example, in the case of a smart city, national public data (demography, map, etc.) can be collected or utilized, and the collected data can be linked using an IoT infrastructure in the city. These data can be used to simulate changes in the behavior of citizens according to policy changes in a city, or to simulate economic activities and floating population activities according to disasters or geographic environments.

프로세서(110)는 시스템 모델(120)의 구현을 위하여 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 시스템 모델(120)이 학습할 수 있도록 시스템 모델(120)을 제어한다. 시스템 모델(120)의 학습이 종료된 이후 대상 시스템에 대한 새로운 입력이 주어지면 프로세서(110)는 새로운 입력에 응답하여 대상 시스템이 취할 동작을 예측하기 위하여 시스템 모델(120)이 새로운 입력에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론 또는 예측할 수 있도록 시스템 모델(120)을 제어할 수 있다.The processor 110 controls the system model 120 so that the system model 120 can learn the acquired data obtained from the target system for the implementation of the system model 120 . When a new input to the target system is given after the learning of the system model 120 is finished, the processor 110 generates the system model 120 based on the new input in order to predict an action to be taken by the target system in response to the new input. The system model 120 may be controlled to infer or predict the operation of the target system.

시스템 모델(120)은 이론 기반 모델(theory-driven model)과 데이터 기반 모델(data-driven model)을 포함할 수 있다. 데이터 기반 모델은 인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 포함할 수 있다. 시스템 모델(120)은 일반적으로 메모리 또는 스토리지에 저장되는 데이터의 집합체이며, 학습 대상이 된 획득 데이터 간의 연관성에 대한 분석된 파라미터들이 시스템 모델(120)을 구성한다. 프로세서(110)가 시스템 모델(120)을 제어하는 과정은, 시스템 모델(120)이 저장된 스토리지 또는 메모리에 프로세서(110)가 액세스하고, 프로세서(110)가 시스템 모델(120)을 읽어 다른 연산에 활용하거나, 연산의 결과를 시스템 모델(120)의 파라미터의 일부를 다시 쓰는 형태로 이루어질 수 있다.The system model 120 may include a theory-driven model and a data-driven model. The data-driven model may include an artificial neural network (ANN). The system model 120 is generally a collection of data stored in a memory or storage, and the analyzed parameters for the association between the acquired data as the learning object constitute the system model 120 . In the process of the processor 110 controlling the system model 120 , the processor 110 accesses the storage or memory in which the system model 120 is stored, and the processor 110 reads the system model 120 to perform other operations. Alternatively, it may be made in the form of rewriting a part of the parameters of the system model 120 using the result of the operation.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)이 포함하는 시스템 모델(120)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.2 is a diagram illustrating an embodiment of a system model 120 included in the computing system 100 according to an embodiment of the present invention.

시스템 모델(120)은 제1 하위 모델(122a, 122b), 및 제2 하위 모델(124)을 포함한다. 제1 하위 모델(122a, 122b)은 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 입력으로 하며, 제2 데이터(Y1, Y2)를 출력으로 할 수 있다. 제2 하위 모델(124)은 제2 데이터(Y1, Y2)를 입력으로 하며, 제3 데이터(Z)를 출력으로 할 수 있다. 시스템 모델(120)은 제3 데이터(Z)를 최종 출력으로 할 수 있지만, 본 발명의 사상이 도 2의 실시예에 국한되는 것은 아니다.The system model 120 includes first sub-models 122a and 122b, and a second sub-model 124 . The first sub-models 122a and 122b may have the first data X1, X2, X3, and X4 as inputs and the second data Y1 and Y2 as outputs. The second sub-model 124 may have the second data Y1 and Y2 as inputs and the third data Z as outputs. The system model 120 may use the third data Z as a final output, but the spirit of the present invention is not limited to the embodiment of FIG. 2 .

시스템 모델(120) 내에 포함되는 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각은 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이다. 시스템 모델(120) 내에서 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의될 수 있다. 구조적 정보는 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 중 제1 하위 모델(122a, 122b)과 제2 하위 모델(124) 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 데이터 연결 관계는 제1 하위 모델(122a, 122b)의 출력 데이터가 제2 하위 모델(124)의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함할 수 있다. Each of the plurality of sub-models 122a, 122b, and 124 included in the system model 120 is a model capable of receiving some of the acquired data and inferring or predicting at least some of the remaining data as outputs. Input data and output data of each of the plurality of sub-models 122a, 122b, and 124 in the system model 120 are to be defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system. can The structural information includes information on a data connection relationship between the first sub-models 122a, 122b and the second sub-model 124 among the plurality of sub-models 122a, 122b, and 124, and the data connection relationship is the first Information on whether output data of the sub-models 122a and 122b can be used as input data of the second sub-model 124 may be included.

제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z)는 대상 시스템으로부터 실제로 측정, 또는 관측되어 얻어질 수 있는 데이터이다. 프로세서(110)는 대상 시스템의 실제 획득 데이터 중에서 구조적 정보에 기반하여 제1 하위 모델(122a, 122b), 및 제2 하위 모델(124)에 적합한 제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z)를 선택할 수 있다. The first data X1 , X2 , X3 , X4 , the second data Y1 , Y2 , and the third data Z are data that can be obtained by actually measuring or observing the target system. The processor 110 is based on the structural information among the actual acquired data of the target system, the first sub-model (122a, 122b), and the first data (X1, X2, X3, X4) suitable for the second sub-model 124, The second data Y1 and Y2 and the third data Z may be selected.

프로세서(110)는 획득 데이터 중 구조적 정보에 기반하여 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공하고, 구조적 정보에 기반하여 획득 데이터 중 제2 데이터(Y1, Y2)를 제1 하위 모델(122a, 122b)의 학습을 위한 제1 하위 모델(Y1, Y2)의 출력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)는 구조적 정보에 기반하여 제2 데이터(Y1, Y2)를 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4) 및 제2 데이터(Y1, Y2) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제1 하위 모델을 제어할 수 있다. The processor 110 provides the first data X1, X2, X3, and X4 as inputs of the first sub-models 122a and 122b based on the structural information of the acquired data, and provides the first data of the acquired data based on the structural information The two data Y1 and Y2 may be provided as outputs of the first sub-models Y1 and Y2 for learning the first sub-models 122a and 122b. The processor 110 may provide the second data Y1 and Y2 as an input of the second sub-model 124 based on the structural information. The processor 110 controls the first sub-model so that the first sub-models 122a and 122b can learn the relationship between the first data (X1, X2, X3, X4) and the second data (Y1, Y2). can

또한 프로세서(110)는 구조적 정보에 기반하여 획득 데이터 중 제3 데이터(Z)를 제2 하위 모델(124)의 학습을 위하여 제2 하위 모델(124)의 출력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)는 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2) 및 제3 데이터(Z) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어할 수 있다.In addition, the processor 110 may provide the third data Z among the acquired data as an output of the second sub-model 124 for learning the second sub-model 124 based on the structural information. The processor 110 may control the second sub-model 124 so that the second sub-model 124 learns the relationship between the second data Y1 and Y2 and the third data Z.

제1 하위 모델(122a, 122b) 및/또는 제2 하위 모델(124)이 학습된 상태에서 새로운 입력 데이터에 기반하여 제1 하위 모델(122a, 122b) 및/또는 제2 하위 모델(124)이 대상 시스템의 동작을 추론 또는 예측할 수 있다.In a state in which the first sub-models 122a and 122b and/or the second sub-model 124 are trained, the first sub-models 122a and 122b and/or the second sub-model 124 are generated based on new input data. It is possible to infer or predict the behavior of the target system.

이때 프로세서(110)는 실측 데이터가 아닌 새로운 입력 데이터를 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)로 선택하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공할 수 있다. 이때에는 제1 하위 모델(122a, 122b)의 추론 또는 예측에 의하여 출력되는 데이터를 제2 데이터(Y1, Y2)로 지정하고, 제2 데이터(Y1, Y2)를 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공할 수 있다. 프로세서(110)에 의하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 추론 또는 예측에 의하여 출력되는 제2 데이터(Y1, Y2)가 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공되는 과정은 구조적 정보에 기반하여 실행될 수 있다. 또한 프로세서(110)에 의하여 새로운 입력 데이터 중에서 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 선택되는 과정도 구조적 정보에 기반하여 실행될 수 있다.In this case, the processor 110 may select new input data other than the measured data as the first data X1 , X2 , X3 , and X4 and provide it as an input to the first sub-models 122a and 122b . In this case, the data output by the inference or prediction of the first sub-models 122a and 122b is designated as the second data Y1 and Y2, and the second data Y1 and Y2 are the second data Y1 and Y2 of the second sub-model 124. It can be provided as input. The process in which the second data Y1 and Y2 output by the inference or prediction of the first sub-models 122a and 122b by the processor 110 are provided as an input of the second sub-model 124 is based on structural information can be executed. In addition, a process of selecting the first data X1 , X2 , X3 , and X4 from among the new input data by the processor 110 may also be executed based on the structural information.

프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 기반하여 대상 시스템의 동작, 상태, 또는 상태 변화를 추론 또는 예측할 수 있도록 제1 하위 모델(122a, 122b)을 제어하고, 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2)에 기반하여 대상 시스템의 동작, 상태, 또는 상태 변화를 추론 또는 예측할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어할 수 있다. 이때 도 2에는 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터가 제3 데이터(Z)로서 시스템 모델(120)의 최종 출력으로 사용자에게 제공되는 실시예가 도시되었으나, 본 발명의 실시예에 따라서는 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터에 기반하여 추가적인 연산이 실행될 수 있고, 따라서 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터에 기반하여 생성되는 데이터가 시스템 모델(120)의 최종 출력으로 사용자에게 제공될 수도 있다. The processor 110 allows the first sub-models 122a and 122b to infer or predict the operation, state, or state change of the target system based on the first data X1, X2, X3, and X4. The second sub-model 124 controls 122a and 122b, and allows the second sub-model 124 to infer or predict the operation, state, or state change of the target system based on the second data Y1 and Y2. ) can be controlled. At this time, FIG. 2 shows an embodiment in which the output data of the second sub-model 124 is provided to the user as the final output of the system model 120 as the third data Z. However, according to an embodiment of the present invention, the second Additional calculations may be performed based on the output data of the sub-model 124 , and thus data generated based on the output data of the second sub-model 124 may be provided to the user as the final output of the system model 120 . have.

이때 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각은 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론에 기반하여 정의되며 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델 또는 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 어느 하나이거나, 상기 이론 기반 모델 및 상기 데이터 기반 모델이 상호 보완되도록 결합된 모델일 수 있다. 이때 데이터 기반 모델은 인공 신경망(ANN, Artificial Neural Network)을 이용하는 모델일 수 있다. 이론 기반 모델은 물리적 법칙, 동작 규칙 등에 의하여 정의될 수 있고, 획득 가능한 도메인 지식, 경험, 및 이론은 물리학, 심리학, 경제학, 사회학에 기반한 이론을 모두 포함할 수 있다. At this time, each of the plurality of sub-models 122a, 122b, 124 is defined based on domain knowledge, experience, and theory that can be acquired in relation to the target system, and data that is learned based on a theory-based model or acquired data that can be deductively inferred It may be any one of the base models, or a combined model in which the theory-based model and the data-based model are complementary to each other. In this case, the data-based model may be a model using an artificial neural network (ANN). The theory-based model may be defined by physical laws, rules of operation, and the like, and obtainable domain knowledge, experience, and theories may include theories based on physics, psychology, economics, and sociology.

일반적인 데이터 기반 모델은 최근 급속한 발전을 통하여 데이터 분석 및 예측의 정확도를 높였지만, 그 내부가 블랙 박스(black box)로 취급되어 내부의 동작을 인간이 이해하기 어려운 문제점이 있다. 따라서 실제로 얻어진 데이터 도메인 내에서만 정확한 예측이 가능할 뿐, 데이터 도메인을 벗어나는 입력에 대해서는 정확한 예측이 어렵다. 한편, 일반적인 이론 기반 모델은 설명적/연역적 추론이 가능하고, 정해진 도메인을 벗어나는 입력에 대해서도 추론이 가능하지만, 실제 데이터를 적용하여 실제 시스템에서 일어나는 일을 예측하는 지 검증이 필요하다.Although the general data-based model has recently improved the accuracy of data analysis and prediction through rapid development, the inside thereof is treated as a black box, and there is a problem in that it is difficult for humans to understand the internal operation. Therefore, accurate prediction is only possible within the actually obtained data domain, and it is difficult to accurately predict an input outside the data domain. On the other hand, a general theory-based model is capable of descriptive/deductive reasoning and inferences about inputs that are out of a set domain, but it is necessary to verify whether it predicts what will happen in a real system by applying real data.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)은 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델을 상호 보완적으로 결합할 수 있을 뿐더러, 구조적 정보를 이용하여 큰 프레임은 이론 기반 모델처럼 구성하고, 각 하위 모델들(122a, 122b, 124)은 데이터 기반 모델로 구성할 수도 있다. 이 경우, 시스템 모델(120)의 전체 구조는 지식, 이론, 또는 경험에 의하여 얻어지므로, 설명적/연역적 추론이 가능하고, 정해진 도메인을 벗어나는 입력에 대해서도 추론이 가능하다. 한편, 각 하위 모델(122a, 122b, 124)이 데이터 기반 모델인 경우 획득 데이터 도메인 내에서는 이미 데이터에 기반하여 얻어진 모델이므로, 실측 데이터에 의한 검증이 추가적으로 필요하지 않다.The system model 120 according to an embodiment of the present invention can complementarily combine a data-based model and a theory-based model, and a large frame is configured like a theory-based model using structural information, and each sub-model The fields 122a, 122b, and 124 may be configured as a data-based model. In this case, since the entire structure of the system model 120 is obtained by knowledge, theory, or experience, descriptive/deductive reasoning is possible, and inference is also possible with respect to an input outside a predetermined domain. On the other hand, when each sub-model (122a, 122b, 124) is a data-based model, since it is a model already obtained based on data in the acquired data domain, additional verification by actual data is not required.

또한 본 발명의 실시예에서는 모든 하위 모델(122a, 122b, 124)이 이론 기반 모델로 구성될 수도 있고, 하위 모델(122a, 122b, 124) 중 일부는 이론 기반 모델이고, 나머지는 데이터 기반 모델로 구성될 수도 있다. 모든 하위 모델(122a, 122b, 124)이 이론 기반 모델로 구성되는 경우는 각 하위 모델(122a, 122b, 124)이 실측 데이터에 의한 검증을 거치고, 데이터 기반 모델과 동등한 정확도를 나타내는 경우를 생각해 볼 수 있을 것이다.In addition, in the embodiment of the present invention, all sub-models 122a, 122b, 124 may be composed of a theory-based model, some of the sub-models 122a, 122b, 124 are theory-based models, and the rest are data-based models. may be configured. When all sub-models 122a, 122b, and 124 are composed of a theory-based model, consider a case where each sub-model 122a, 122b, and 124 is verified by actual data and exhibits the same accuracy as the data-based model. will be able

예를 들어, 도 2의 시스템 모델(120)에서 특정한 하위 모델(122a)만이 데이터 기반 모델이고, 다른 하위 모델(122b, 124)은 이론 기반 모델이 데이터 기반 모델 못지 않은 정확도로 실제 대상 시스템을 예측할 수 있다고 가정할 수 있다. 이때 특정한 하위 모델(122a)은 주어진 획득 데이터의 도메인 내에서만 유효하지만, 다른 하위 모델들(122b, 124)은 획득 데이터의 도메인을 벗어나는 확장된 범위에서도 동작 가능하다. 이러한 시스템 모델(120)에서는 사용자가 입력 데이터 중 X3, X4를 기존 범위를 벗어나도록 입력하는 경우에 대상 시스템의 동작을 예측하기를 원할 때 충분히 사용자의 요구를 충족하는 솔루션을 제공할 수 있다.For example, in the system model 120 of FIG. 2 , only a specific sub-model 122a is a data-based model, and the other sub-models 122b and 124 may predict the actual target system with an accuracy comparable to that of the data-based model. It can be assumed that In this case, the specific sub-model 122a is valid only within the domain of the given acquisition data, but other sub-models 122b and 124 are operable in an extended range outside the domain of the acquisition data. The system model 120 can provide a solution that sufficiently satisfies the user's needs when the user wants to predict the operation of the target system when the user inputs X3 and X4 of the input data out of the existing range.

즉, 대상 시스템을 이론 기반 모델로 상당 부분 모델링 가능한 경우에 특정한 하위 모델(122a)에 대해서만 데이터 기반 모델의 성능이 이론 기반 모델의 성능보다 우수한 경우, 특정한 하위 모델(122a)로 데이터 기반 모델을 이용하고, 시스템 모델(120)의 나머지 부분은 이론 기반 모델을 이용할 수도 있다. That is, when the target system can be modeled as a theory-based model in large part, if the performance of the data-based model is superior to that of the theory-based model only for a specific sub-model 122a, the data-based model is used as a specific sub-model 122a And, the remaining part of the system model 120 may use a theory-based model.

일반적으로 데이터 기반 모델은 "무엇이 발생했는가?"를 분석하는 서술적 분석에 기반하여 "무엇이 발생할 것인가?"를 분석하는 예측적 분석에 강점을 가지는 것으로 알려져 있지만, "어떻게 그 이벤트가 발생했는가?" 또는 "원하는 결과를 얻으려면 어떻게 해야 하나?" 등을 분석하는 규범적 분석(Normative Analysis)을 지원하기 어려운 것으로 알려져 있다. In general, data-driven models are known to have strength in predictive analysis that analyzes “what will happen?” based on descriptive analysis that analyzes “what happened?”, but “how did the event happen?” or "How do I get the results I want?" It is known that it is difficult to support a Normative Analysis that analyzes etc.

본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)은 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델을 상호 보완적으로 결합함으로써, 데이터 기반 모델을 이용하면서도 이론에 기반한 구조적 정보를 이용하여 규범적 분석을 지원할 수 있다.The system model 120 according to an embodiment of the present invention complementarily combines a data-based model and a theory-based model to support normative analysis using structural information based on theory while using a data-based model. .

위의 예에서 특정한 하위 모델(122a)은 블랙 박스이므로 특정한 하위 모델(122a)의 동작 규칙을 변경할 수는 없으나, 다른 하위 모델들(122b, 124)의 동작 규칙은 변경할 수 있다. 또한 특정한 하위 모델(122a)의 내부의 동작 규칙을 변경할 수는 없으나, 특정한 하위 모델(122a)과 연결되는 주변의 다른 하위 모델들(122b, 124)의 동작 규칙을 변경함으로써, 전체 시스템 모델(120) 내에서 특정한 하위 모델(122a)의 상대적인 동작 규칙이 변경되는 것처럼 취급될 수 있다. 이 같은 시스템 모델(120) 내의 상대적인 동작 규칙을 변경할 수 있으므로, 시스템 모델(120)은 예측적 분석으로부터 규범적 분석(제어 정책 등을 포함함)을 수행할 수 있고, 규범적 분석으로부터 인지적 분석(계획 수립 등을 포함함)을 수행할 수 있다.In the above example, since the specific sub-model 122a is a black box, the operation rule of the specific sub-model 122a cannot be changed, but the operation rules of the other sub-models 122b and 124 can be changed. Also, it is not possible to change the internal operation rule of the specific sub-model 122a, but by changing the operation rules of other sub-models 122b and 124 in the vicinity connected to the specific sub-model 122a, the entire system model 120 ) may be treated as if the relative operation rules of a specific sub-model 122a are changed. Since it is possible to change the relative behavioral rules within the system model 120 , the system model 120 can perform normative analysis (including control policies, etc.) from predictive analysis, and cognitive analysis from normative analysis. (including planning, etc.);

단일한 데이터 기반 모델을 블랙 박스로 취급한다면, 이론 기반 모델은 화이트 박스(White Box)로, 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델이 결합된 모델은 그레이 박스(Gray Box)로 생각할 수 있을 것이다. 이때 데이터 기반 모델의 입력과 출력만을 연계하여 관찰하는 경우 해당 하위 모델 블록은 블랙 박스로 생각될 수 있으나, 전체 시스템 모델(120)의 관점에서 보면, 데이터 도메인 내에서는 해당 데이터 기반 모델의 입력과 출력 데이터를 포함하여 주변의 다른 이론 기반 모델에 의하여 시스템 동작이 완전히 재현될 수 있으므로, 전체 시스템 모델(120)의 관점에서는 내부에 데이터 기반 모델을 하위 블록으로 포함하는 경우에도, 그레이 박스를 넘어서 화이트 박스로 인식해도 무방할 것이다.If a single data-based model is treated as a black box, the theory-based model can be thought of as a white box, and the model combined with the data-based model and the theory-based model can be thought of as a gray box. At this time, when only the input and output of the data-based model are observed in connection, the corresponding sub-model block can be considered as a black box, but from the point of view of the entire system model 120, the input and output of the corresponding data-based model within the data domain Since the system operation can be completely reproduced by other theory-based models in the vicinity including data, from the perspective of the entire system model 120, even if the data-based model is included as a sub-block, it goes beyond the gray box and goes beyond the white box. It will be free to recognize as

또한 본 발명의 실시예에 따라서는 하나의 하위 모델에 이론 기반 모델과 데이터 기반 모델이 병용될 수 있다. 예를 들어 이론 기반 모델이 수학적 관계식을 제시하지만, 관계식의 계수나 차수는 정확히 알려주지 못하는 경우가 있을 수 있다. 이런 경우에 데이터 기반 학습에 의하여 이론 기반 모델의 계수나 차수를 구할 수도 있다.In addition, according to an embodiment of the present invention, a theory-based model and a data-based model may be used together in one sub-model. For example, there may be a case where a theory-based model presents a mathematical relation, but does not accurately inform the coefficient or degree of the relation. In this case, the coefficients or orders of the theory-based model can be obtained by data-based learning.

설명의 편의를 위하여 간단한 예로 제1 하위 모델(122a, 122b)은 데이터 기반 모델이고, 제2 하위 모델(124)은 이론 기반 모델인 경우를 가정해 보자. 이론 기반 모델인 제2 하위 모델(124)은 Z = mY1 + nY2 라는 간단한 선형 관계식으로 기술될 수 있다고 알려줄 수 있다. 다만 계수 m과 n이 어떤 값인 지는 이론만으로는 알 수 없는 경우라고 가정한다. 이때 m과 n을 구하기 위하여 Y1, Y2, Z 간의 데이터 기반 학습에 의하여 계수 m과 n을 구할 수 있다.For convenience of explanation, as a simple example, it is assumed that the first sub-models 122a and 122b are data-based models, and the second sub-models 124 are theory-based models. It may be noted that the second sub-model 124, which is a theory-based model, can be described by a simple linear relational expression of Z = mY1 + nY2. However, it is assumed that the values of the coefficients m and n cannot be known by theory alone. At this time, in order to obtain m and n, the coefficients m and n can be obtained by data-based learning between Y1, Y2, and Z.

즉, 하나의 하위 모델은 데이터 기반 모델로 모델링될 수도 있고, 이론 기반 모델이지만 그 계수 또는 차수를 데이터 기반 학습에 의하여 특정할 수도 있다. 또한 이론적 기반이 명백한 경우에는 이론 기반 모델은 매우 확정적인 수학적 모델로 구현될 수도 있다.That is, one sub-model may be modeled as a data-based model or, although it is a theory-based model, its coefficients or orders may be specified by data-based learning. Also, when the theoretical basis is clear, the theory-based model can be implemented as a highly definitive mathematical model.

이 같은 다양한 하위 모델의 형태가 있을 수 있는데, 본 발명의 시스템 모델(120)은 구조적 정보에 기반하여 전체 시스템 모델(120)의 구조가 결정되는 점이 종래 기술들과 차별화되는 특징이고, 이러한 구조적 정보에 기반하여 각 하위 모델들이 연결되며, 하나하나의 하위 모델은 블랙 박스에 해당하더라도, 그 하위 모델과 연결되는 다른 하위 모델들은 그 블랙 박스의 입력과 출력을 이용하여 시스템 동작을 완전히 재현할 수 있으므로 시스템 모델(120)은 구조적 정보에 기반하여 화이트 박스와 같은 결과를 사용자에게 제공할 수 있다. 시스템 모델(120)의 화이트 박스처럼 동작하는 특성은, 데이터 기반 모델을 하위 모델로 활용하는 경우에도 사용자에게 시스템 모델(120)의 내부의 데이터 간의 연관성에 대하여 설명적 정보(explainable information or descriptive information)를 제공할 수 있는 플랫폼을 제공한다.There may be various sub-models such as these, and the system model 120 of the present invention is a feature that is different from the prior art in that the structure of the entire system model 120 is determined based on structural information, and such structural information Each sub-model is connected based on The system model 120 may provide a result such as a white box to the user based on the structural information. The characteristic of the system model 120 operating like a white box is explanable information or descriptive information about the correlation between data inside the system model 120 to the user even when the data-based model is used as a sub-model. It provides a platform that can provide

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에서 이용되는 구조적 정보의 도출 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.3 is a diagram illustrating an example of a process of deriving structural information used in a computing system according to an embodiment of the present invention.

시스템 모델(120)의 내부 구조를 정의하는 구조적 정보는 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델(primitive model)에 기반하여 얻어질 수 있다. 이론 기반 원시 모델은 대상 시스템 내의 파라미터들 간의 데이터 연결 관계, 인과 관계에 기반하여 도출될 수 있다. 이론 기반 원시 모델이 포함하는 다양한 파라미터들 각각이 획득 데이터에 포함될 수 있는지, 즉, 대상 시스템에 대하여 실제로 측정 또는 관측되는 파라미터인 지가 식별되고, 각 파라미터들이 식별된 정보가 대상 시스템에 대한 구조적 정보로서 도출된다.Structural information defining the internal structure of the system model 120 may be obtained based on a theory-based primitive model that may be obtained using knowledge of the target system. The theory-based primitive model may be derived based on data connection relationships and causal relationships between parameters in the target system. Whether each of the various parameters included in the theory-based primitive model can be included in the acquired data, that is, whether it is a parameter actually measured or observed for the target system, is identified, and the identified information of each parameter is used as structural information for the target system is derived

지식, 경험, 실험, 관측, 이론 등으로부터 이론 기반 원시 모델을 도출하고, 여기에 대상 시스템으로부터 얻을 수 있는 데이터를 식별하는 과정을 거쳐서 구조적 정보가 도출될 수 있다. 이 과정은 컴퓨팅 시스템(100) 또는 별도의 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행될 수도 있고, 일부 과정에 인간이 개입하여 컴퓨팅 시스템(100)과 상호 작용함으로써 실행할 수도 있다. Structural information can be derived through the process of deriving a theory-based primitive model from knowledge, experience, experiment, observation, theory, etc., and identifying data that can be obtained from the target system. This process may be executed by the computing system 100 or a separate computing system, or may be executed by human intervention in some processes and interaction with the computing system 100 .

예를 들어, 이론 기반 원시 모델을 설정하는 것은 인간의 행위에 의하여 실행된 상태에서, 이론 기반 원시 모델의 각 노드를 구성하는 파라미터들 각각이 대상 시스템으로부터 실제로 얻어질 수 있는 데이터에 해당하는 지 여부는 컴퓨팅 시스템에 의하여 식별될 수도 있다.For example, whether or not each of the parameters constituting each node of the theory-based primitive model corresponds to data that can be actually obtained from the target system in the state that setting the theory-based primitive model is executed by human behavior may be identified by the computing system.

이때 상기 구조적 정보는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 이론 기반 원시 모델을 구성하는 상기 대상 시스템 내의 파라미터들 중 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 또는 출력 데이터로 선택될 수 있는 관련 파라미터에 대한 정보를 포함하고, 상기 관련 파라미터 각각이 상기 이론 기반 원시 모델에 기반하여 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터 및 출력 데이터로 정의되는 하위 모델 데이터 구조 정보를 포함할 수 있다.In this case, the structural information may be selected as input data or output data of each of the plurality of sub-models among parameters in the target system constituting a theory-based raw model that can be obtained using knowledge about the target system. Information on related parameters may be included, and each of the related parameters may include sub-model data structure information defined as input data and output data of each of the plurality of sub-models based on the theory-based original model.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 이용하는 획득 데이터의 도메인과, 이론 상 확장 가능한 데이터 도메인의 일 예를 도시하는 도면이다.4 is a diagram illustrating a domain of acquired data used by a computing system according to an embodiment of the present invention, and an example of a theoretically expandable data domain.

제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 실제 획득 데이터로부터 얻어지는 경우, 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)와 동일한 시간 변이, 또는 공간 변이에서 나타나는 제2 데이터(Y1, Y2)의 분포는 획득 데이터 도메인(410)으로 도시된다. 한편, 실제 획득 데이터로부터 얻어지는 제2 데이터(Y1, Y2)와 동일한 시간 변이, 또는 공간 변이에서 나타나는 제3 데이터(Z)의 분포 또한 획득 데이터 도메인(430)으로 도시된다.When the first data (X1, X2, X3, X4) is obtained from the actual acquired data, the second data (Y1, Y2) appearing in the same temporal or spatial shift as the first data (X1, X2, X3, X4) The distribution of is shown in the acquisition data domain 410 . Meanwhile, the distribution of the third data Z appearing in the same temporal or spatial disparity as the second data Y1 and Y2 obtained from the actual acquired data is also shown in the acquired data domain 430 .

시스템 모델(120)의 설계 또는 계획을 수립할 목적으로 획득 데이터 도메인(410, 430)을 넘어서는 데이터를 시스템 모델(120)에 입력으로 제공할 수 있다. 예를 들어 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 경우, 시스템 모델(120)은 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론하고, 이때 나타나는 제2 데이터(Y1, Y2)의 분포는 확장된 데이터 도메인(420)을 구성할 수 있다.Data beyond the acquired data domains 410 and 430 may be provided as input to the system model 120 for the purpose of designing or planning the system model 120 . For example, if the first data (X1, X2, X3, X4) is out of the acquisition data domain 410, the system model 120 is the first data (X1, X2, X3, X1, X2, X3, out of the acquisition data domain 410) The operation of the target system is inferred based on X4), and the distribution of the second data Y1 and Y2 appearing at this time may constitute the extended data domain 420 .

마찬가지로 획득 데이터 도메인(430)을 벗어나는 제2 데이터(Y1, Y2)에 기반하여 시스템 모델(120)은 대상 시스템의 동작을 추론하고, 이때 나타나는 제3 데이터(Z)의 분포는 확장된 데이터 도메인(440)을 구성할 수 있다.Similarly, the system model 120 infers the operation of the target system based on the second data Y1 and Y2 that are out of the acquisition data domain 430, and the distribution of the third data Z that appears at this time is the extended data domain ( 440) can be configured.

본 발명의 시스템 모델(120)은 데이터 기반 모델의 정확도를 최대한 활용하되, 데이터 기반 모델이 가지는 한계인 획득 데이터 도메인(410, 430)을 벗어나는 데이터에 대해서도 대상 시스템의 동작을 추론 또는 예측할 수 있다.The system model 120 of the present invention utilizes the accuracy of the data-based model to the maximum, but can infer or predict the operation of the target system even for data that is outside the acquired data domains 410 and 430, which are limits of the data-based model.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)이 포함하는 하위 모델(122a)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.5 is a diagram illustrating an embodiment of a sub-model 122a included in the system model 120 according to an embodiment of the present invention.

도 5의 하위 모델(122a)은 내부에서 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)을 포함하고, 논리 모듈(530)이 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 사이에서 어느 하나의 출력을 선택하거나, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)의 출력을 결합하여 하위 모델(122a)의 출력을 생성한다.The sub-model 122a of FIG. 5 includes a data-based model 510 and a theory-based model 520 therein, and the logic module 530 is located between the data-based model 510 and the theory-based model 520 . One output is selected or the output of the sub-model 122a is generated by combining the outputs of the data-based model 510 and the theory-based model 520 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)은 경합적으로 결합될 수 있다. 예를 들어, 실제 획득 데이터 범위 내의 입력 데이터가 주어질 때, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 각각의 예측 정확도에 기반하여 논리 모듈(530)이 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 간의 어느 하나를 선택하도록 설계될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the data-based model 510 and the theory-based model 520 may be competitively combined. For example, given the input data within the range of actual acquired data, the logic module 530 performs the data-based model 510 and the theory-based model based on the prediction accuracy of each of the data-based model 510 and the theory-based model 520 . It can be designed to select any one among models 520 .

본 발명의 일 실시예에 따르면, 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520)은 상호 보완적으로 결합될 수 있다. 도 5에서 주어지는 입력 데이터(X1, X2)가 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는지 여부에 기반하여 논리 모듈(530)은 데이터 기반 모델(510)과 이론 기반 모델(520) 중 어느 쪽을 적용할 지 선택할 수 있다. 예를 들어, 획득 데이터 도메인(410) 내에서는 데이터 기반 모델(510)이, 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 입력 데이터에 대해서는 이론 기반 모델(520)이 적용될 수 있다.According to an embodiment of the present invention, the data-based model 510 and the theory-based model 520 may be complementary to each other. Based on whether the input data (X1, X2) given in FIG. 5 is outside the acquisition data domain 410 , the logic module 530 applies either the data-based model 510 or the theory-based model 520 . you can choose For example, the data-based model 510 in the acquisition data domain 410 may be applied, and the theory-based model 520 may be applied to input data outside the acquisition data domain 410 .

확장 데이터 도메인(420)에서 이론 기반 모델(520)이 적용되기 위해서는, 획득 데이터 도메인(410) 내에서 이론 기반 모델(520)과 데이터 기반 모델(510) 간의 연관성/정합성을 높이기 위한 과정이 필요할 수 있다. 이러한 과정은, 예를 들면 이론 기반 모델(520)의 계수 또는 차수에 대한 커브 피팅(curve fitting) 등의 형태로 이루어질 수 있다. 이론 기반 모델(520)과 데이터 기반 모델(510) 간의 정합성을 개선하기 위하여, 도 2의 시스템 모델(120)과 유사한 형태를 가지는 별도의 하이브리드 모델이 적용될 수 있다.In order to apply the theory-based model 520 in the extended data domain 420, a process for increasing the association/coherence between the theory-based model 520 and the data-based model 510 in the acquisition data domain 410 may be required. have. Such a process may be, for example, in the form of curve fitting for coefficients or orders of the theory-based model 520 . In order to improve the consistency between the theory-based model 520 and the data-based model 510 , a separate hybrid model having a form similar to that of the system model 120 of FIG. 2 may be applied.

도 4 및 도 5를 함께 참조하면, 확장 데이터 도메인(420, 440)까지 데이터를 확장하려는 시도는, 예를 들면, 획득 데이터 도메인(410, 430) 내의 데이터의 분포가 정성적으로 비대칭일 때 특히 의미가 있다. 공장의 설비를 대상 시스템으로 하여 구현된 시스템 모델의 경우, 정상 동작 데이터가 비정상 동작 데이터보다 현저하게 많을 것이다. 따라서 비대칭인 상태의 데이터를 이용하여 학습하는 경우, 시스템 모델은 정상 동작 데이터에 오버핏(overfit)된 채로 학습될 가능성이 있다. 또한 실제 상황에서는 비정상 동작 데이터를 취득하는 것이 용이하지 않으므로, 가상의 상황을 가정하여 데이터를 확장함으로써 비대칭적인 데이터의 분포를 조금이나마 보상할 수 있다.4 and 5 together, attempts to extend data to extended data domains 420 and 440 are particularly difficult when, for example, the distribution of data within acquisition data domains 410 and 430 is qualitatively asymmetric. It makes sense. In the case of a system model implemented using a factory facility as a target system, normal operation data will be significantly more than abnormal operation data. Therefore, in the case of learning using data in an asymmetric state, there is a possibility that the system model is trained while being overfitted to the normal operation data. In addition, since it is not easy to acquire the abnormal operation data in an actual situation, the asymmetrical data distribution can be compensated for a little by expanding the data assuming a virtual situation.

이러한 데이터의 확장은, 대상 시스템의 현재 동작으로부터 미래 동작을 예측하는 경우에 데이터의 균형적인 분포를 확보하기 위하여 필요하다. 또한 정상 동작/비정상 동작 뿐만이 아니라, 대상 시스템의 신뢰성, 안정성, 품질, 또는 성능의 개선을 위한 설계 변경, 계획의 수립의 경우에도 확장된 데이터 도메인(420, 440)에 대한 시스템 모델의 분석 및 예측은 필요하다.Expansion of such data is necessary in order to secure a balanced distribution of data when predicting a future operation from a current operation of a target system. In addition, analysis and prediction of the system model for the extended data domains 420 and 440 not only in the normal operation/abnormal operation, but also in the case of design changes and planning for improvement of reliability, stability, quality, or performance of the target system. is needed

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)을 도시하는 도면이다. 도 6을 참조하면, 컴퓨팅 시스템(100)은 사용자 인터페이스(140)를 더 포함함으로써, 사용자와 상호 작용하는 서비스 모델을 용이하게 구현할 수 있다. 6 is a diagram illustrating a computing system 100 according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 6 , the computing system 100 may further include a user interface 140 to easily implement a service model interacting with a user.

컴퓨팅 시스템(100)은 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 수신하고 적어도 하나 이상의 프로세서(110)로 전달하는 사용자 인터페이스(140)를 더 포함하고, 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 사용자 질의를 해석하여 컴퓨팅 시스템(1000 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환할 수 있다.The computing system 100 further includes a user interface 140 for receiving and forwarding a user query regarding the target system to at least one processor 110 , wherein the at least one processor 110 interprets the user query to the computing system (Instructions can be converted to instructions that can be executed within 1000.

사용자 질의에 응답하여, 프로세서(110)는 구조적 정보에 기반하여 대상 시스템의 동작 및 상태를 사용자가 이해하기 용이하도록 해석하여 표현할 수 있다. In response to the user's query, the processor 110 may interpret and express the operation and state of the target system so that the user can easily understand it based on the structural information.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델(120)의 동작 과정의 일 예를 도시하는 도면이다.7 is a diagram illustrating an example of an operation process of the system model 120 according to an embodiment of the present invention.

도 7을 참조하면, 하위 모델(122a)은 조건 변수인 C1을 가지고, 하위 모델(122b)은 조건 변수인 C2를 가지고, 하위 모델(124)은 조건 변수인 C3을 가진다. C1, C2, C3은 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수일 수 있다. 하위 모델들(122a, 122b, 124) 각각이 데이터 기반 모델이라 하더라도, 하위 모델들(122a, 122b, 124)이 시스템 모델(120) 내에서 다른 하위 모델들과 결합하는 과정에서 반영되는 조건 변수가 구조적 정보에 기반하여 결정될 수 있다.Referring to FIG. 7 , the sub-model 122a has a condition variable C1, the sub-model 122b has a condition variable C2, and the sub-model 124 has a condition variable C3. C1, C2, and C3 may be a condition variable, a control variable, or a design variable. Even if each of the sub-models 122a, 122b, and 124 is a data-based model, the condition variable reflected in the process of combining the sub-models 122a, 122b, and 124 with other sub-models in the system model 120 is It may be determined based on structural information.

사용자 질의가 있는 경우, 프로세서(110)는 사용자 질의에 대해서 구조적 정보, 및 조건 변수/제어 변수/설계 변수인 C1, C2, C3을 이용하여 대상 시스템에 대한 규범적 분석, 계획 수립 및 설계 최적화의 제안을 생성할 수 있다.When there is a user query, the processor 110 performs normative analysis, planning, and design optimization of the target system using structural information and condition variables/control variables/design variables C1, C2, and C3 for the user query. You can create a proposal.

적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 사용자 질의가 제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z) 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대한 질의를 포함하는 경우, 구조적 정보 및 하위 모델들(122a, 122b, 124)의 데이터 연결 관계에 기반하여 제1 데이터(X1, X2, X3, X4), 제2 데이터(Y1, Y2), 및 제3 데이터(Z) 중 적어도 둘 이상의 연관성에 대응하는 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상을 탐색하여 대응 탐색 결과를 생성하고, 상기 대응 탐색 결과에 기반하여 사용자 질의에 대한 응답을 생성하고, 사용자 질의에 대한 응답을 사용자 인터페이스(140)로 전달할 수 있다.The at least one or more processors 110 may include a user query regarding the association of at least two of the first data X1, X2, X3, X4, the second data Y1, Y2, and the third data Z. , the first data (X1, X2, X3, X4), the second data (Y1, Y2), and the third data ( Z) generates a corresponding search result by searching for at least one of a condition variable, a control variable, or a design variable of the target system corresponding to the association of at least two or more of Z), and generates a response to a user query based on the corresponding search result and a response to the user's query may be transmitted to the user interface 140 .

예를 들어, 하위 모델들(122a, 122b, 124)이 모두 데이터 기반 모델인 경우, 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)로부터 시스템 모델(120)이 제3 데이터(Z)를 예측한 결과의 도출 과정을 사용자 질의가 포함하는 경우, 프로세서(110)는 시스템 모델(120)에서 직접 드러나지 않는 중간 결과물인 제2 데이터(Y1, Y2) 및 하위 모델들(122a, 122b, 124) 간의 연결 관계에 기반하여 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)에 대한 설명적 정보(explainable information or descriptive information)를 제공할 수 있다. 또한 프로세서(110)는 설명적 정보의 유효성, 신뢰성, 안정성을 중간 결과물인 제2 데이터(Y1, Y2)의 실측 데이터에 기반하여 검증할 수 있다.For example, when all of the sub-models 122a, 122b, and 124 are data-based models, the system model 120 predicts the third data Z from the first data X1, X2, X3, and X4. When the user query includes a process of deriving a result, the processor 110 connects between the second data Y1 and Y2, which are intermediate results that are not directly revealed in the system model 120, and the sub-models 122a, 122b, and 124 It is possible to provide descriptive information or descriptive information about the system model 120 describing the target system based on the relationship. In addition, the processor 110 may verify the validity, reliability, and stability of the descriptive information based on actual measurement data of the second data Y1 and Y2 that are intermediate results.

사용자 질의가, 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)가 획득 데이터에 의하여 커버되는 획득 데이터 도메인(410)을 벗어나는 경우(의도된 가혹한 환경 또는 미지의 동작 조건)에 대한 대상 시스템의 동작에 대한 예측을 포함하는 경우, 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)에 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 입력하여 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 응답하여 대상 시스템의 동작을 예측하도록 제어할 수 있다. 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 제1 하위 모델(122a, 122b)로서 연역적인 추론이 가능한 이론 기반 모델, 또는 획득 데이터에 기반하여 학습되는 데이터 기반 모델 중 하나를 적용하거나, 또는 이론 기반 모델 및 데이터 기반 모델을 상호 보완하도록 결합하여 제1 하위 모델(122a, 122b)에 적용할 수 있다.The user's query relates to the operation of the target system when the first data (X1, X2, X3, X4) is outside the acquisition data domain 410 covered by the acquisition data (intended harsh environment or unknown operating conditions). When a prediction for In response to the first data (X1, X2, X3, X4) may be controlled to predict the operation of the target system. At least one processor 110 applies one of a theory-based model capable of deductive reasoning as the first sub-models 122a and 122b, or a data-based model that is learned based on acquired data, or a theory-based model and data It can be applied to the first sub-models 122a and 122b by combining the base models to complement each other.

사용자 질의가, 제3 데이터(Z)의 분포가 조정되는 조건을 포함하는 경우(대상 시스템의 신뢰성, 안정성, 성능, 품질을 개선하고자 하는 의도를 포함할 수 있음), 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 구조적 정보 및 시스템 모델(120)에 기반하여 획득 데이터 중에서 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 적용 가능한 데이터의 제1 분포, 상기 제1 분포와 관련되는 제2 데이터(Y1, Y2)의 제2 분포, 및 상기 제2 분포와 관련되는 상기 제3 데이터(Z)의 제3 분포를 생성할 수 있다. 이때 제3 데이터(Z)가 획득 데이터 도메인(430) 내에서 가지는 분포가 나타내는 특성 정보를 대상 시스템의 안정성, 신뢰성, 품질, 성능 등의 지표로 평가할 수 있다고 가정한다. 이 과정은 예를 들면, 조건 변수의 집합 {C1, C2, C3}를 가변하며 반복적으로 추론/예측을 반복하여 다양한 조건 변수의 집합 {C1, C2, C3}에 대응하는 시뮬레이션 결과를 확보하는 것으로 이해될 수 있다. 또는 프로세서(110)는 획득 데이터 내에서 각 데이터의 현실 분포와, 원하는 품질 또는 성능을 나타내는 데이터의 타겟 분포 간의 관련성을 분석하고, 현실 분포에서 타겟 분포를 도출하기 위한 조건 변수의 집합 {C1, C2, C3}의 변경에 관한 제안을 생성할 수 있다. 이처럼 적어도 하나 이상의 프로세서(110)는 상기 제1 분포, 상기 제2 분포, 상기 제3 분포, 및 상기 구조적 정보에 기반하여 사용자 질의에 응답하여 상기 제1 분포의 범위의 제한 조건을 제공하거나, 상기 대상 시스템의 조건 변수, 제어 변수, 또는 설계 변수 중 적어도 하나 이상에 대한 변경 가능성을 상기 사용자에게 제공할 수 있다.When the user query includes a condition in which the distribution of the third data Z is adjusted (it may include an intention to improve the reliability, stability, performance, and quality of the target system), at least one processor 110 . is a first distribution of data applicable to the first data (X1, X2, X3, X4) among the acquired data based on the structural information and the system model 120, and the second data (Y1, Y2) related to the first distribution ) and a third distribution of the third data Z related to the second distribution. In this case, it is assumed that the characteristic information indicated by the distribution of the third data Z in the acquired data domain 430 can be evaluated as an index such as stability, reliability, quality, and performance of the target system. This process, for example, varies the set of condition variables {C1, C2, C3} and repeats inference/prediction repeatedly to obtain simulation results corresponding to the set of condition variables {C1, C2, C3}. can be understood Alternatively, the processor 110 analyzes the relationship between the real distribution of each data in the acquired data and the target distribution of data representing a desired quality or performance, and a set of condition variables {C1, C2 for deriving a target distribution from the real distribution. , C3} may generate a proposal for a change. As such, at least one processor 110 provides a limiting condition of the range of the first distribution in response to a user query based on the first distribution, the second distribution, the third distribution, and the structural information, or A possibility of changing at least one of a condition variable, a control variable, or a design variable of the target system may be provided to the user.

예를 들어, 도 4에서 획득 데이터 도메인(410, 430)에서 현실 분포는 데이터가 균일하게 분포되어 있는데, 대상 시스템의 안정성, 신뢰성을 높이거나 최종 출력물의 품질, 성능을 개선하기 위해서는 획득 데이터 도메인(410, 430)의 중심으로 데이터가 더욱 집중되기를 원한다면, 이러한 니즈에 따라서 타겟 분포가 설정될 수 있을 것이다. 이때 사용자 질의는 복합적인 니즈를 포함할 수 있는데, 예를 들어 대상 시스템의 안정성 및 신뢰성을 저하시키지 않으면서 최종 출력물의 품질, 성능을 개선하는 복합적인 니즈를 타겟 분포로 변환하여 설정할 수 있다. 프로세서(110)는 주어진 현실 분포에서 타겟 분포를 얻기 위하여 시스템 모델(120) 내의 구조적 정보 및 조건 변수 C1, C2, C3를 조정하거나, 입력 데이터의 범위를 제한할 것을 제안으로 생성할 수 있다.For example, in FIG. 4, data is uniformly distributed in the real distribution in the acquisition data domains 410 and 430. In order to increase the stability and reliability of the target system or to improve the quality and performance of the final output, If data is more concentrated at the center of 410 and 430 , a target distribution may be set according to these needs. In this case, the user query may include complex needs. For example, the complex needs for improving the quality and performance of the final output without degrading the stability and reliability of the target system may be converted into a target distribution and set. The processor 110 may adjust the structural information and condition variables C1, C2, C3 in the system model 120 in order to obtain a target distribution in a given real distribution, or may generate a proposal to limit the range of input data.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기반으로 하는 이론 기반 원시 모델(800)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.8 is a diagram illustrating an embodiment of a theory-based primitive model 800 on which a system model is based, according to an embodiment of the present invention.

도 9는 도 8의 이론 기반 원시 모델(800)에 기반하여 생성되는 시스템 모델(900)의 일 실시예를 도시하는 도면이다.FIG. 9 is a diagram illustrating an embodiment of a system model 900 generated based on the theory-based primitive model 800 of FIG. 8 .

시스템 모델링을 위하여 먼저 대상 시스템과 관련한 획득 가능한 도메인 지식/경험 및 이론 등을 파악하여 대상 시스템에 대한 가설적 모델을 Gray Box 형태로 정의할 수 있다. 가설적 모델 자체로는 시뮬레이션이 어렵기 때문에 모델 완성에 필요한 동작 함수, 파라미터 등의 정보를 확보하여 완전한 모델을 구성하는 과정이 필요하게 된다. 모델 완성에 필요한 정보들은 대상 시스템을 실제로 운용/관측함으로써 빅데이터를 획득하고, 획득된 빅데이터에 대해 기계학습을 통해 가설적 모델을 이용하여 이론 기반 원시 모델(800)을 생성하기 위해 필요한 정보를 획득한다. 대상 시스템의 실제 운용 및 관측을 통해서 획득된 빅데이터를 인공신경망 등의 기계학습 알고리즘을 이용하여 학습함으로써, 이론 기반 원시 모델(800)에 필요한 정보들을 학습할 수 있다. 실제 데이터에 기반하여 학습 및 검증된 정보들을 가설적 모델에 적용하여 대상 시스템에 대한 이론 기반 원시 모델(800)이 생성된다. For system modeling, obtainable domain knowledge/experience and theory related to the target system are identified first, and a hypothetical model for the target system can be defined in the form of a gray box. Since it is difficult to simulate a hypothetical model by itself, it is necessary to construct a complete model by securing information such as operation functions and parameters necessary for model completion. The information necessary for model completion acquires big data by actually operating/observing the target system, and using the hypothetical model through machine learning for the acquired big data, the information necessary to generate the theory-based raw model 800 is provided. acquire By learning big data acquired through actual operation and observation of the target system using a machine learning algorithm such as an artificial neural network, information necessary for the theory-based primitive model 800 can be learned. The theory-based primitive model 800 for the target system is generated by applying the learned and verified information based on the actual data to the hypothetical model.

이론 기반 원시 모델(800)은 대상 시스템에서 나타낼 수 있는 다수의 파라미터들에 의하여 구조적 정보를 가지도록 구현된다. 이때 각 파라미터들이 모두 확보되는 것을 전제로, 이론 기반 원시 모델(800)은 화이트 박스에 해당한다. 그러나 실제로는 모든 파라미터들이 대상 시스템으로부터 실제로 측정 또는 관찰될 수 있는 것이 아니므로, 이를 시스템 모델(900)로 구현하기 위해서는 편집이 필요하다.The theory-based primitive model 800 is implemented to have structural information by a number of parameters that can be represented in the target system. At this time, on the premise that all parameters are secured, the theory-based primitive model 800 corresponds to a white box. However, since not all parameters can actually be measured or observed from the target system, editing is required to implement them as the system model 900 .

도 8에서 파라미터들 중 y1' 은 실제로 측정 또는 관찰될 수 없는 파라미터라고 가정한다. 파라미터 y1' 과 관련된 하위 모델들(810, 820)은 그대로 시스템 모델(900)에 적용될 수는 없고, 시스템 모델(900)에 적용하기 위해서는 변형이 필요하다.It is assumed that y1' among the parameters in FIG. 8 is a parameter that cannot be actually measured or observed. The sub-models 810 and 820 related to the parameter y1' cannot be applied to the system model 900 as they are, and transformation is required to be applied to the system model 900 .

도 9에 도시된 것처럼, 파라미터 y1' 에 관련된 하위 모델들(810, 820)은 하나의 하위 모델(910)로 병합되어 시스템 모델(900) 내에 포함될 수 있다. 이때, x1', x2', w1' 는 모두 대상 시스템으로부터 실제로 측정 또는 관찰될 수 있다고 가정한다.As shown in FIG. 9 , the sub-models 810 and 820 related to the parameter y1' may be merged into one sub-model 910 and included in the system model 900 . In this case, it is assumed that all of x1', x2', and w1' can be actually measured or observed from the target system.

대상 시스템으로부터 실제로 측정 또는 관찰될 수 있는 파라미터들만 시스템 모델(900)의 주요 노드로 설정되므로, 시스템 모델(900)의 하위 모델들은 데이터 기반 모델로 구현될 수도 있고, 이론 기반 모델로 구현될 수도 있다. 이때 구조적 정보는 시스템 모델(900) 내의 하위 모델들 간의 연결 관계, 결합 관계에 대한 정보를 포함하므로, 시스템 모델(900)의 Semantics로서 각 하위 모델들의 동작에 관여할 수 있다. Since only parameters that can be actually measured or observed from the target system are set as the main node of the system model 900, sub-models of the system model 900 may be implemented as data-based models or as theory-based models. . In this case, since the structural information includes information on a connection relationship and a coupling relationship between sub-models in the system model 900 , it may be involved in the operation of each sub-model as the semantics of the system model 900 .

본 발명의 일 실시예에서는 하위 모델들이 부분적으로 데이터 기반 모델일 수도 있고, 모든 하위 모델들을 데이터 기반 모델로 구성할 수도 있다. 그러나 구조적 정보에 의하여 각 하위 모델들의 연결 관계, 즉, 시스템 모델(900)의 내부 구조가 주어지므로, 시스템 모델(900)은 데이터 기반 모델을 이용하면서도 규범적 분석이 가능하고, 설명적 정보를 제공할 수 있으며, 설계의 변경, 계획 수립을 지원할 수 있다. 만일 도 9에서 내부에 표시된 파라미터들이 모두 대상 시스템에서 실제로 얻어질 수 없는 데이터라면, 도 9의 시스템 모델(900)이 하나의 블랙박스로 취급될 것이므로, 이 경우에는 본 발명이 적용되지 않는다고 해석해야 할 것이다. In an embodiment of the present invention, the sub-models may be partially data-based models, and all sub-models may be configured as data-based models. However, since the structural information provides a connection relationship between each sub-model, that is, the internal structure of the system model 900, the system model 900 enables normative analysis while using a data-based model and provides descriptive information. and can support design changes and planning. If all of the parameters displayed in FIG. 9 are data that cannot be actually obtained in the target system, the system model 900 of FIG. 9 will be treated as a single black box, so it should be interpreted that the present invention is not applied in this case. something to do.

본 발명의 구조적 정보는 시스템 모델(900) 내부의 하위 모델들의 행위를 블랙 박스로 취급하여 각각의 하위 모델들이 학습하는 데에 필요한 관측 데이터에 기반하여 설정된다. 시스템 모델(900) 내부의 파라미터들의 관측 데이터가 없을 경우 학습이 불가능하고, 학습 데이터가 없는 경우 시스템 모델(900)의 내부 행위를 알아낼 수 없을 것이다. Structural information of the present invention is set based on observation data required for each sub-model to learn by treating the behavior of the sub-models in the system model 900 as a black box. If there is no observation data of the parameters inside the system model 900 , learning is impossible, and if there is no training data, the internal behavior of the system model 900 may not be detected.

수집된 데이터(x1', x2', x3', x4', x5', x6', y2', y3', w1', w2', z')는 입력 변수 값이든, 출력 변수 값이든, 또는 상태 변수 값이든 문제되지 않고, 단지 센서 등으로 실제로 측정 또는 관찰할 수 있는 값인지가 중요한 의미를 가진다.The collected data (x1', x2', x3', x4', x5', x6', y2', y3', w1', w2', z') can be input variable values, output variable values, or states It does not matter whether it is a variable value, and it has an important meaning whether it is a value that can be actually measured or observed by a sensor or the like.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되는 시스템 모델(120)의 학습 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.10 is an operation flowchart illustrating a learning method of the system model 120 executed by the computing system 100 according to an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)에서 실행되는 시스템 모델(120)의 동작 방법, 및 시스템 모델(120)의 학습 방법은, 복수 개의 하위 모델들(122a, 122b, 124)을 포함하는 시스템 모델(120), 및 적어도 하나 이상의 프로세서(110)를 포함하는 컴퓨팅 시스템(100)에서 실행된다. The operating method of the system model 120 and the learning method of the system model 120 executed in the computing system 100 according to an embodiment of the present invention include a plurality of sub-models (122a, 122b, 124) is executed in a computing system 100 including a system model 120 , and at least one processor 110 .

본 발명의 일 실시예에 따른, 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되는 시스템 모델(120)의 학습 방법은, 통신 인터페이스(140)가 획득 데이터를 수신하거나 호출하는 단계(S1010); 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 획득 데이터 중 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공하는 단계(S1020); 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 구조적 정보에 기반하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 출력으로 정의되는 제2 데이터(Y1, Y2)를 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공하는 단계(S1040); 및 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4) 및 제2 데이터(Y1, Y2) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제1 하위 모델(122a, 122b)을 제어하거나(S1030), 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2) 및 구조적 정보에 기반하여 제2 하위 모델(124)의 출력으로 정의되는 제3 데이터(Z) 간의 관계를 학습할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어하는 단계(S1050)를 포함한다. 제1 하위 모델(122a, 122b)이 이론 기반 모델로서 학습이 필요하지 않은 경우에는 단계(S1030)가 생략될 수 있고, 제2 하위 모델(124)이 이론 기반 모델로서 학습이 필요하지 않은 경우에는 단계(S1050)가 생략될 수 있다. 다만 제1 하위 모델(122a, 122b), 및 제2 하위 모델(1224) 중 적어도 어느 하나는 데이터 기반 모델이며, 이로 인하여 단계(S1030) 및 단계(S1050) 중 적어도 하나 이상은 프로세서(110)에 의하여 실행된다.According to an embodiment of the present invention, the learning method of the system model 120 executed by the computing system 100 implementing and operating the system model 120 describing the target system is obtained by the communication interface 140 receiving or calling data (S1010); providing, by the at least one processor 110, the first data (X1, X2, X3, X4) of the acquired data as input to the first sub-models (122a, 122b) (S1020); Providing, by the at least one processor 110 , the second data Y1 and Y2 defined as outputs of the first sub-models 122a and 122b as inputs of the second sub-model 124 based on the structural information (S1040); And at least one or more processors 110, the first sub-models 122a, 122b to learn the relationship between the first data (X1, X2, X3, X4) and the second data (Y1, Y2) Control the sub-models 122a and 122b ( S1030 ), or the second sub-model 124 is defined as an output of the second sub-model 124 based on the second data Y1 and Y2 and structural information. and controlling the second sub-model 124 to learn the relationship between the data Z ( S1050 ). When the first sub-models 122a and 122b do not require learning as a theory-based model, step S1030 may be omitted, and when the second sub-model 124 does not require learning as a theory-based model, Step S1050 may be omitted. However, at least one of the first sub-models 122a and 122b and the second sub-model 1224 is a data-based model, so that at least one of steps S1030 and S1050 is performed on the processor 110 is executed by

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되며 시스템 모델(120)이 대상 시스템을 추론하도록 시스템 모델(120)을 동작하는 방법을 도시하는 동작 흐름도이다.11 is an operational flow diagram illustrating a method executed by the computing system 100 and operating the system model 120 so that the system model 120 infers a target system in accordance with an embodiment of the present invention.

본 발명의 일 실시예에 따른, 대상 시스템을 기술하는 시스템 모델(120)을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템(100)에 의하여 실행되는 시스템 모델(120)의 동작 방법은, 통신 인터페이스(140)가 대상 시스템에 대한 새로운 입력 데이터를 수신하거나 호출하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 새로운 입력 데이터 중 구조적 정보에 기반하여 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)를 선택하여 제1 하위 모델(122a, 122b)의 입력으로 제공하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제1 하위 모델(122a, 122b)이 제1 데이터(X1, X2, X3, X4)에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 제1 하위 모델(122a, 122b)을 제어하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가 제1 하위 모델(122a, 122b)의 출력 데이터를 제2 데이터(Y1, Y2)로서 구조적 정보에 기반하여 제2 하위 모델(124)의 입력으로 제공하는 단계; 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제2 하위 모델(124)이 제2 데이터(Y1, Y2)에 기반하여 대상 시스템의 동작을 추론할 수 있도록 제2 하위 모델(124)을 제어하는 단계; 및 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터에 기반하여 생성되거나 제2 하위 모델(124)의 출력 데이터인 제3 데이터(Z)를 시스템 모델(120)의 출력으로 사용자에게 제공하는 단계를 포함한다.According to an embodiment of the present invention, the method of operating the system model 120 executed by the computing system 100 that implements and operates the system model 120 describing the target system includes the communication interface 140 being the target system. receiving or calling new input data to the system; at least one processor 110, selecting first data (X1, X2, X3, X4) based on structural information among new input data and providing the selected first data (X1, X2, X3, X4) as input to the first sub-models (122a, 122b); At least one processor 110, the first sub-model (122a, 122b) to infer the operation of the target system based on the first data (X1, X2, X3, X4), the first sub-model (122a, controlling 122b); providing, by the at least one processor 110 , the output data of the first sub-models 122a and 122b as second data Y1 and Y2 as inputs of the second sub-model 124 based on structural information; controlling, by the at least one processor 110 , the second sub-model 124 so that the second sub-model 124 can infer the operation of the target system based on the second data Y1 and Y2; and at least one processor 110 outputs the third data Z that is generated based on the output data of the second sub-model 124 or output data of the second sub-model 124 to the system model 120 and providing it to the user.

이때 본 발명의 시스템 모델(120)의 동작 방법은, 적어도 하나 이상의 프로세서(110)가, 대상 시스템에 관한 사용자 질의를 해석하여 컴퓨팅 시스템(100) 내에서 실행될 수 있는 인스트럭션 명령으로 변환하는 단계(도시되지 않음)를 더 포함할 수 있다.At this time, the operating method of the system model 120 of the present invention includes the step of at least one processor 110 interpreting a user query regarding the target system and converting it into an instruction command that can be executed in the computing system 100 (shown in the figure) not included) may be further included.

본 발명에 따르면, 기존의 데이터 기반 모델에 비해서 다음의 장점을 가질 수 있다. 일반적으로 데이터 기반 모델은 정적인 데이터에 대해서는 매우 높은 정확도를 나타내지만, 동작에 영향을 미치는 변인이 다양한 동적 분석에 적용하기는 쉽지 않은 것으로 알려지고 있다. 본 발명에 따르면 공간 변이(space variant), 시간 변이(time variant), 확률적인(stochastic) 특징을 가지는 대상 시스템에 대해서도 데이터 기반 모델을 적용할 수 있다. According to the present invention, it can have the following advantages over the existing data-based model. In general, data-based models show very high accuracy for static data, but it is known that it is not easy to apply them to dynamic analysis with a variety of variables affecting motion. According to the present invention, a data-based model can also be applied to a target system having spatial variant, time variant, and stochastic characteristics.

공간 변이의 예로는, 전체 시스템 모델을 셀(cell) 기반으로 표현할 때 상태 천이 함수가 전체 셀에 대해서 일괄적으로 표현되는 것이 아니고 개별 셀에 따라 다르게 표현될 수 있다. 따라서 위치에 따라 달라지는 지형의 특징이 셀 별로 반영될 수 있다. 시간 변이의 예로는, 시스템 모델이 기술하기 위하여 사용하는 상태 천이 함수가 오전, 오후 등의 시간에 따라 상이하도록 설정될 수 있다. 예를 들어 교통 흐름에서 오전, 오후, 주말, 휴일, 평일, 또한 특정한 이벤트가 있는 경우, 계절적 요인들을 반영하여 시스템 모델을 구현할 수 있다. 이 같은 변이가 데이터 기반 모델의 학습을 통하여 더욱 구체화되고 최적화될 수 있다.As an example of the spatial transition, when the entire system model is expressed on a cell-based basis, the state transition function may not be expressed for all cells as a whole, but may be expressed differently according to individual cells. Accordingly, the characteristics of the topography that vary depending on the location may be reflected for each cell. As an example of the time shift, the state transition function used to describe the system model may be set to be different depending on the time of morning, afternoon, or the like. For example, if there is a morning, afternoon, weekend, holiday, weekday, or specific event in the traffic flow, a system model can be implemented by reflecting seasonal factors. Such variation can be further specified and optimized through training of a data-based model.

확률적 특징의 예로는, 교통 시뮬레이션의 경우 운전자의 행위가 항상 결정되어 있는 것이 아니라 확률적으로 나타날 수 있는 점을 반영할 수 있다. 데이터 기반 모델에서는 획득 데이터만을 반영하여 학습하므로, 데이터 기반 모델이 학습한 조건 하에서는 특정한 확률로 사건이 발생할 수 있다. 이때 도로망의 상황이 변경되거나 재해 등이 발생한 경우, 순수한 데이터 기반 모델에서는 확률의 변경 등을 시뮬레이트할 수 없지만, 본 발명의 시스템 모델에서는 모델 내의 데이터 연결 관계, 및 모델 간의 구조적 정보에 기반하여 확률적 특성을 조정 또는 변경하여 시뮬레이트할 수 있다.As an example of the probabilistic feature, in the case of a traffic simulation, a point that the driver's behavior is not always determined, but may appear probabilistically may be reflected. Since the data-based model learns by reflecting only the acquired data, an event may occur with a specific probability under the conditions learned by the data-based model. At this time, when the situation of the road network is changed or a disaster occurs, the change of probability cannot be simulated in the pure data-based model, but in the system model of the present invention, it is probabilistic based on the data connection relationship within the model and structural information between the models. It can be simulated by adjusting or changing the properties.

또한 본 발명에 따르면 대상 시스템의 비선형(non-linear) 특징들을 반영할 수 있다. 실제 세계의 많은 시스템들은 입출력 사이에 중첩의 정리가 성립이 되지 않고 비선형적인 특징을 가지기 때문에 상태천이 함수가 비선형 특징을 고려할 수 있다는 것은 큰 이점이 된다. 또한 실제 시스템으로부터 얻어지는 데이터를 통해 기상 조건 등 추가적인 상황 정보를 표현할 수 있어 실 세계를 모방한 디지털 트윈 모델과 같이 복잡한 디지털 모델의 구현에도 강인하다.Also, according to the present invention, non-linear characteristics of a target system may be reflected. Since many systems in the real world have non-linear characteristics without the theorem of overlap between input and output, it is a great advantage that the state transition function can consider non-linear characteristics. In addition, additional situational information such as weather conditions can be expressed through data obtained from the real system, so it is robust in the implementation of complex digital models such as digital twin models that mimic the real world.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템이 이론 기반 모델 내에서 노드의 상태 변화를 기술하는 방식의 일 예를 도시하는 도면이다.12 is a diagram illustrating an example of a manner in which a computing system according to an embodiment of the present invention describes a state change of a node in a theory-based model.

이론 기반 모델은 적어도 부분적으로 물리적 법칙 또는 동작 규칙에 따른 연역적 추론에 의하여 대상 시스템의 현상을 기술하는 모델이다. 물리적 법칙 또는 동작 규칙으로 기술할 수 있는 부분은 연역적 추론에 의하여 실행하고, 필요에 따라서 부분적으로 기계학습을 적용하여 특정 노드의 상태를 업데이트할 수 있다.A theory-based model is a model that describes the phenomenon of a target system by deductive reasoning based at least in part on physical laws or rules of operation. Parts that can be described as physical laws or behavior rules are executed by deductive reasoning, and if necessary, machine learning can be partially applied to update the state of a specific node.

도 12에서는 대상 시스템의 공간 변이(space variant)와 시간 변이(time variant)를 나타내기 위하여, 대상 시스템을 공간 분포에 따라 셀로 구분하여 각 셀의 상태 정보를 시간의 경과에 따라 갱신하는 모델이 예시적으로 도시된다. 셀(i, j)의 상태 변수 s(i, j)는 시간의 경과에 따라 갱신될 수 있다. 이때 시간 t를 포함하여 기술하면 상태 변수는 s(t, i, j)로 표현될 수 있다. 각 셀은 하나의 노드에 대응하도록 설정될 수 있다.12 shows an example of a model in which the target system is divided into cells according to spatial distribution and the state information of each cell is updated over time in order to represent a space variant and a time variant of the target system shown as hostile. The state variable s(i, j) of cell (i, j) may be updated over time. In this case, if the time t is included, the state variable can be expressed as s(t, i, j). Each cell may be configured to correspond to one node.

도 12는 대상 시스템을 셀 오토마타(Cell Automata) 기법에 의하여 기술하는 실시예로서, 셀 오토마타의 정의와 상태 갱신의 방식이 도시된다. 또한 셀 오토마타 모델은 데이터 기반 학습을 통하여 셀 각각의 상태 천이 함수를 학습할 수 있고, 학습된 상태 천이 함수가 셀 오토마타 모델에 제공될 수 있다.12 is an embodiment in which a target system is described using a cell automata technique, and a method of defining a cell automata and updating a state is shown. In addition, the cell automata model may learn a state transition function of each cell through data-based learning, and the learned state transition function may be provided to the cell automata model.

대상 시스템에서 수집된 빅데이터를 이용하여 인공신경망 모델링과 같은 기계학습을 이용하여 각 셀의 상태천이(Transition Function)이 학습될 수 있다. 학습된 상태천이 함수들과 셀 오토마타 모델을 결합하여 도 1 내지 도 11에 기술한 시스템 모델(120)이 구현될 수 있다. 도 11 내지 도 11에 기술된 시스템 모델(120)이 적용되면 상호협력적인 접근 방법에 의하여 이론 기반 모델 또는 시뮬레이션 모델로서 시스템 모델(120)의 실증 문제가 해결되고, 구조적 정보에 기반한 시뮬레이션 모델링을 통한 시스템 모델(120)의 구현을 통해 대상 시스템의 구조 및 규칙 변경이 가능한 향상된 모델링이 가능하다.Using the big data collected from the target system, the transition function of each cell can be learned using machine learning such as artificial neural network modeling. The system model 120 described in FIGS. 1 to 11 may be implemented by combining the learned state transition functions and the cell automata model. When the system model 120 described in FIGS. 11 to 11 is applied, the empirical problem of the system model 120 as a theory-based model or simulation model is solved by a cooperative approach, and through simulation modeling based on structural information Through the implementation of the system model 120, improved modeling in which the structure and rules of the target system can be changed is possible.

셀 오토마타 모델은 수학, 물리학, 복잡계, 생물학, 미세구조 등의 모델링에서 다루는 이산 모델로, 규칙적인 격자 형태로 배열된 셀들에서 정의된다. 각 셀들은 유한한 수의 상태를 가질 수 있으며, 격자는 유한한 수의 차원으로 정의된다. 각 셀에 대하여, 이웃들이라 부르는 셀들은 그 셀에 대한 관계로 정의하는데, 예를 들어 이웃을 하나의 셀에 대해 모든 방향으로 한 칸씩 떨어져 있는 셀들이라고 정의하면 된다.The cell automata model is a discrete model dealt with in modeling mathematics, physics, complex systems, biology, microstructure, etc., and is defined in cells arranged in a regular grid. Each cell can have a finite number of states, and the grid is defined by a finite number of dimensions. For each cell, the cells called neighbors are defined in relation to that cell, for example, a neighbor can be defined as cells that are spaced apart from each other by one cell in all directions.

예를 들어 시간 t=0 일 때 각 셀의 상태를 지정해놓고 이를 초기 상태라고 한다. 새로운 세대(Generation)는 상태천이 함수에 의해 이전 세대로부터 만들어지는데, 종래의 상태천이 함수는 각 셀과 그 이웃들의 상태에 따라 그 셀의 새로운 상태가 지정되는, 즉 셀들의 행동 규칙을 정하는 수학적인 함수이다.For example, when time t=0, the state of each cell is designated and this is called the initial state. A new generation is created from the previous generation by a state transition function. The conventional state transition function specifies a new state of each cell according to the state of each cell and its neighbors. It is a function.

일반적으로 상기 행동 규칙은 각 셀에 대해 동일하고 시간에 따라 변하지 않으며 각 세대의 모든 셀에 동시에 적용된다. 상태천이는 s(t, i, j)로부터 s(t', i, j)로 천이되는 과정을 의미하며, 이때의 상태천이를 상태천이 함수 T로 나타낼 수 있다. 각 셀의 상태는 교통, 수질오염, 화재확산 등 문제의 종류에 따라 정의될 수 있다.In general, the above behavioral rules are the same for each cell, do not change over time and are applied simultaneously to all cells of each generation. The state transition refers to the process of transitioning from s(t, i, j) to s(t', i, j), and the state transition at this time may be represented by a state transition function T. The state of each cell can be defined according to the type of problem such as traffic, water pollution, and fire spread.

일반적으로 이상적인 상태천이 함수는 이웃 셀들의 상태를 반영하여 상태천이가 일어나지만, 도 12의 실시예에서는 이웃 셀들의 상태뿐만 아니라 지형정보, 외부 요인(날씨, 온도 등의 기상 조건 등)을 입력으로 받아 상태천이가 이루어질 수 있다. 즉, 이상적인 셀 오토마타 모델에서 지형의 특성을 반영하고 나아가 실시간 기상 정보까지 반영함으로써 셀의 다음 상태에 대한 더욱 정확한 예측이 이루어질 수 있다.In general, the ideal state transition function reflects the state of the neighboring cells and the state transition occurs, but in the embodiment of FIG. 12, not only the state of the neighboring cells but also topographic information and external factors (weather conditions such as weather, temperature, etc.) are input as inputs. state transition can be made. That is, more accurate prediction of the next state of the cell can be made by reflecting the characteristics of the terrain in the ideal cell automata model and furthermore, real-time weather information.

이때 본 발명의 실시예에 따른 상태천이 함수는 기존의 방식처럼 각 셀에 대해 동일하거나 시간에 따라 변하지 않는 것이 아니라 셀의 위치 변화와 시간의 변화에 따라 달라지며, 또한 상태천이 규칙이 결정적이지 않고 불확실성을 가질 수 있다. 상태천이 함수를 만약 기존처럼 도메인 지식을 이용하여 구할 경우에는 실증(validation)이 필요하지만, 빅 데이터의 기계학습을 통해 상태천이 함수를 구하면 실제 데이터에 기반하기 때문에 실증의 문제가 해결될 수 있다.At this time, the state transition function according to the embodiment of the present invention is not the same for each cell or does not change with time as in the conventional method, but varies according to the change in the location of the cell and the change in time, and the state transition rule is not deterministic. may have uncertainty. If the state transition function is obtained using domain knowledge as in the past, validation is required, but if the state transition function is obtained through machine learning of big data, the problem of validation can be solved because it is based on real data.

예를 들어 상태 변수 s(t, i, j)가 일정 시간 경과 후 업데이트되는 상태 변수 s(t', i, j)는 셀/노드(i, j)와 인접한 셀/노드들 (i, j-1), (i-1, j), (i+1, j), (i, j+1)의 상태 변수들인 s(t, i, j-1), s(t, i-1, j), s(t, i+1, j), s(t, i, j+1)과 상태 변수 s(t, i, j)로부터 영향받을 수 있다.For example, the state variable s(t', i, j), in which the state variable s(t, i, j) is updated after a certain time elapses, is the cell/node (i, j) and adjacent cells/nodes (i, j). -1), (i-1, j), (i+1, j), (i, j+1) state variables s(t, i, j-1), s(t, i-1, j), s(t, i+1, j), s(t, i, j+1) and state variables s(t, i, j).

이때 일정 시간 경과 후 업데이트되는 상태 변수 s(t', i, j)와 상태 변수 s(t, i, j) 및 인접한 셀/노드들의 상태 변수들 s(t, i, j-1), s(t, i-1, j), s(t, i+1, j), s(t, i, j+1) 간의 관련성 파라미터를 도 12의 대상 시스템을 기술하는 이론 기반 모델의 파라미터로 설정할 수 있다. 한편 상태 변수 s(t', i, j)의 다음 상태인 s(t'', i, j)는 상태 변수 s(t', i, j) 및 인접한 셀/노드들의 상태 변수들 s(t', i, j-1), s(t', i-1, j), s(t', i+1, j), s(t', i, j+1)과 이론 기반 모델의 파라미터를 통하여 얻을 수 있을 것이다. 이때 상태 천이 함수는 앞서 설명한 것처럼 이론 기반 모델과 데이터 기반 모델의 결합에 의하여 모델링될 수 있다.In this case, the state variables s(t', i, j) and s(t, i, j) and state variables s(t, i, j-1), s of adjacent cells/nodes are updated after a certain period of time has elapsed. Set the correlation parameters between (t, i-1, j), s(t, i+1, j), s(t, i, j+1) as parameters of the theory-based model describing the target system of FIG. can Meanwhile, s(t'', i, j), which is the next state of the state variable s(t', i, j), is the state variable s(t', i, j) and the state variables s(t) of adjacent cells/nodes. ', i, j-1), s(t', i-1, j), s(t', i+1, j), s(t', i, j+1) and parameters of the theory-based model can be obtained through In this case, the state transition function may be modeled by combining the theory-based model and the data-based model as described above.

도 12에서 공간 상 직접적으로 인접한 셀/노드들만 다음 상태에 영향을 주는 것으로 예시하였으나, 이는 하나의 실시예일 뿐, 물리 법칙에 따라서는 공간 분포 및 시간의 경과에 따라 각 노드의 상태 변화에 영향을 주는 다양한 패턴이 존재할 수 있다. 이러한 패턴은 물리 법칙에 의하여 정의될 수도 있고, 기계 학습 등의 과정에 의하여 탐색될 수도 있다.In FIG. 12, only cells/nodes directly adjacent in space have been exemplified as affecting the next state, but this is only an example, and according to the laws of physics, the state change of each node is affected by spatial distribution and the passage of time according to the laws of physics. A variety of patterns can exist. Such a pattern may be defined by a physical law or may be searched for by a process such as machine learning.

또한 도 12에서 공간 분포에 따라서 각 노드가 정의되고 시간의 경과에 따라 노드의 상태 정보가 업데이트되는 실시예가 도시되었으나, 본 발명의 사상은 이에 국한되지 않고 이론 기반 모델 내에서 각 노드는 공간 분포 및/또는 시간의 경과 중 적어도 하나 이상에 의하여 구분되고 정의될 수 있으며, 각 노드의 상태 변화는 공간 분포 및/또는 시간의 경과 중 적어도 하나 이상에 의하여 업데이트되고 추적될 수 있다.In addition, although each node is defined according to the spatial distribution in FIG. 12 and an embodiment in which the state information of the node is updated over time is illustrated, the spirit of the present invention is not limited thereto, and in the theory-based model, each node has a spatial distribution and It may be distinguished and defined by at least one or more of / or the passage of time, and the state change of each node may be updated and tracked by at least one of spatial distribution and / or passage of time.

도 12에서 공간 분포에 따라 각 노드가 나타내는 상태 정보의 예시로는, 산불의 확산, 건물 내 화재의 확산, 특정 지역의 침수 현황, 지상/지하 시설물(예를 들어, 지하철 역사, 터널 등)의 구역 별 침수 현황 등을 들 수 있다. 또한 사이버 시티와 같은 어플리케이션에서 도시의 전체 영역 또는 일부 영역에서 교통 흐름 현황, 또는 교통 체증 발생 여부 등에 대한 정보를 나타낼 수 있다. 이러한 상태 정보에 기반하여, 본 발명의 이론 기반 모델, 디지털 트윈 모델, 가상 센서 모델을 적용하여 지능화된 대피 경로 안내, 현 상황에서 최적화된 이동 경로의 안내 등 다양한 서비스 모델이 도출될 수 있다.As an example of the state information indicated by each node according to the spatial distribution in FIG. 12, the spread of wildfire, the spread of fire in a building, the flooding status of a specific area, the ground/underground facilities (e.g., subway stations, tunnels, etc.) The flooding status by area can be mentioned. In addition, in an application such as a cyber city, information on the traffic flow status or whether or not a traffic jam occurs in an entire area or a partial area of the city may be displayed. Based on such state information, various service models such as intelligent evacuation route guidance by applying the theory-based model, digital twin model, and virtual sensor model of the present invention, and guidance of a movement route optimized in the current situation can be derived.

또한 산업 현장에서 이용될 경우 노드는 생산 라인 내의 각 생산 설비, 또는 생산 설비 내의 각 부품일 수 있으며, 상태 정보는 진동, 발열, 소음 등의 데이터일 수 있고, 이를 통하여 판정될 수 있는 정보는 생산 설비 내의 이상 발생 여부, 이상이 발생한 생산 설비 또는 그 부품의 위치와 이상의 정도 등의 정보를 포함할 수 있다.In addition, when used in an industrial field, a node may be each production facility in the production line or each part in the production facility, and the state information may be data such as vibration, heat generation, noise, etc., and information that can be determined through the production It may include information such as whether an abnormality has occurred in the facility, the location of the abnormal production facility or its parts, and the degree of abnormality.

본 발명의 이론 기반 모델을 의료 또는 생물학 분야에 적용할 경우, 질병의 발생, 확산, 또는 치유 과정에 대해서 분석하고 예측하기 위한 대상 시스템을 구성할 수 있다. 이때 이론 기반 모델이 모델링할 수 있는 대상 시스템은 세포, 혈관, 골격의 구성, 장기의 구성 또는 혈류 등을 포함할 수 있다. 예를 들어 혈관의 혈류를 시뮬레이션하는 경우, 대상 시스템이 포함하는 파라미터(기술하고자 하는 파라미터)는 분획혈류예비력(Fractional Flow Reserve, FFR), 벽면전단응력(Wall Stress Shear, WSS), 혈류 속도(Velocity), 혈관 압력(Wall stress) 중 적어도 하나 이상을 포함할 수 있다. 이때, 상기 분획혈류예비력(FFR)은 관상동맥협착부위의 원위부와 근위부 정상혈관의 최대 혈류량의 비율을 말한다.When the theory-based model of the present invention is applied to the medical or biological field, a target system for analyzing and predicting the occurrence, spread, or healing process of a disease may be configured. In this case, the target system that can be modeled by the theory-based model may include a cell, a blood vessel, a structure of a skeleton, a structure of an organ, or blood flow. For example, when simulating blood flow in a blood vessel, the parameters included in the target system (parameters to be described) are fractional flow reserve (FFR), wall stress shear (WSS), and blood flow velocity (Velocity). ), and may include at least one of vascular pressure (Wall stress). In this case, the fractional blood flow reserve (FFR) refers to the ratio of the maximum blood flow of the distal and proximal normal blood vessels of the coronary artery stenosis site.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기술하고자 하는 대상 시스템으로서, 다중 해상도 모델이 적용된 대상 시스템의 일 예를 도시하는 도면이다.13 is a diagram illustrating an example of a target system to which a multi-resolution model is applied as a target system to be described by a system model according to an embodiment of the present invention.

이때 설명의 편의상 다중 해상도(multi-resolution)라고 기재하였으나, 해상도 뿐 아니라 충실도(fidelity)를 달리 하는 경우까지도 균등 범위에 포함할 수 있다. 해상도는 SISO/SIW에 따르면 "The degree of detail and precision used in the representation of real world aspects in a model or simulation" 으로 정의되고, 충실도는 "The degree to which the representation within a simulation is similar to a real world feature, or condition in a measurable or perceivable manner" 로 정의된다.In this case, although it has been described as multi-resolution for convenience of description, a case in which not only resolution but also fidelity is different may be included in the equivalent range. Resolution is defined according to SISO/SIW as "The degree of detail and precision used in the representation of real world aspects in a model or simulation" and fidelity is defined as "The degree to which the representation within a simulation is similar to a real world" feature, or condition in a measurable or perceivable manner".

도 13을 참조하면 저해상도 모델(1310)과 고해상도 모델(1320)이 도시된다. 저해상도 모델(1310)은 지역으로 구분된 지역 저해상도 모델들(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316)을 포함할 수 있고, 고해상도 모델(1320)은 지역으로 구분된 지역 고해상도 모델들(1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326)을 포함할 수 있다.Referring to FIG. 13 , a low-resolution model 1310 and a high-resolution model 1320 are illustrated. The low-resolution model 1310 may include regionally divided regional low-resolution models 1311, 1312, 1313, 1314, 1315, and 1316, and the high-resolution model 1320 includes regionally divided regional high-resolution models 1321, 1322, 1323, 1324, 1325, 1326).

교통 시뮬레이션에서 요구되는 목적에 따라 거시적, 중시적 또는 미시적 해상도의 시뮬레이션 모델이 생성될 수 있다. 시뮬레이션을 통해 얻고자 하는 성능 또는 효과 지수(척도)에 따라 모델이 포함하는 객체의 종류나 기술하는 레벨도 달라질 수 있다. 교통 관련 문제에 대한 다양한 분석 요구에 적절히 대응하기 위해서는 구성요소 객체들을 기술하는 단위 지역 모델들을 유연하게 합성하여 목적에 맞는 시뮬레이션 시스템을 구성할 수 있다. 이때 주어지는 조건에 따라 각 지역 별로 적용되는 해상도를 결정하는 기술은 공지 기술이며, 한국등록특허 KR 10-1815511 등에 의하여 알려져 있다. 낮은 해상도만으로도 충분한 경우에 높은 해상도 모델을 적용하는 것은 메모리 및 컴퓨팅 파워의 낭비로 이어질 수 있기 때문에 효율적인 오퍼레이션을 위하여 지역 별로 적절한 해상도를 결정할 필요가 있다.A simulation model of macroscopic, macroscopic or microscopic resolution can be generated according to the purpose required in traffic simulation. Depending on the performance or effect index (scale) to be obtained through simulation, the type of object included in the model or the level of description may also vary. In order to properly respond to various analysis needs for traffic-related problems, it is possible to construct a simulation system suitable for the purpose by flexibly synthesizing unit regional models describing component objects. At this time, a technique for determining the resolution applied to each region according to a given condition is a known technique, and is known by Korean Patent Registration KR 10-1815511 and the like. Since applying a high resolution model when a low resolution is sufficient may lead to waste of memory and computing power, it is necessary to determine an appropriate resolution for each region for efficient operation.

설명의 편의상, 지역 저해상도 모델(1311)로부터 시뮬레이션이 시작된다고 가정한다. 이때 제1 지역과 제2 지역에 대해서는 제1, 제2 지역 저해상도 모델(1311, 1312)이 적용될 수 있다. 이후 종래 기술들과 공지된 다양한 기술들에 의하여 제3 지역에 대해서는 제3 지역 고해상도 모델(1323)이 적용되도록 결정될 수 있다. 이때 이미 진행된 시뮬레이션은 제1, 제2 지역 저해상도 모델(1311, 1312)로부터 제3 지역 저해상도 모델(1313)을 활성화할 수 있는데, 이때의 데이터셋으로부터 제3 지역에 대한 제3 지역 고해상도 모델(1323)을 획득할 필요가 있다. 이 과정은 해상도를 세분화하는 과정이므로 Disaggregation으로 불릴 수 있다.For convenience of description, it is assumed that the simulation starts from the local low-resolution model 1311 . In this case, the first and second region low-resolution models 1311 and 1312 may be applied to the first region and the second region. Thereafter, it may be determined that the third area high-resolution model 1323 is applied to the third area by using conventional techniques and various known techniques. At this time, the simulation that has already been performed may activate the third regional low-resolution model 1313 from the first and second regional low-resolution models 1311 and 1312. From this dataset, the third regional high-resolution model 1323 for the third region ) needs to be obtained. Since this process is a process of subdividing the resolution, it can be called disaggregation.

앞서 언급한 종래 기술들과 공지된 다양한 기술들에 의하여 제4 지역에 대해서도 제4 지역 고해상도 모델(1324)이 적용되도록 결정될 수 있다. 이후, 제5 지역에 대해서는 제5 지역 저해상도 모델(1315)이 적용되도록 결정될 수 있다. 이때, 이미 진행된 시뮬레이션은 제3, 제4 지역 고해상도 모델(1323, 1324)로부터 제5 지역에 대한 제5 지역 고해상도 모델(1325)을 활성화할 수 있는데, 이때의 데이터셋으로부터 제5 지역에 대한 제5 지역 저해상도 모델(1315)을 획득할 필요가 있다. 이 과정은 해상도를 낮추는 과정이므로 Aggregation으로 불릴 수 있다.It may be determined that the fourth region high-resolution model 1324 is also applied to the fourth region by the aforementioned conventional techniques and various well-known techniques. Thereafter, it may be determined to apply the fifth regional low-resolution model 1315 to the fifth region. In this case, the simulation that has already been performed can activate the fifth regional high-resolution model 1325 for the fifth region from the third and fourth regional high-resolution models 1323 and 1324, and from this dataset, the fifth region for the fifth region can be activated. It is necessary to obtain a five-region low-resolution model 1315 . Since this process is a process of lowering the resolution, it can be called aggregation.

이후 제6 지역 저해상도 모델(1316)을 제5 지역 저해상도 모델(1315)로부터 활성화함으로써 시뮬레이션은 종료될 수 있다.Thereafter, the simulation may be ended by activating the sixth regional low-resolution model 1316 from the fifth regional low-resolution model 1315 .

도 13에서 각 지역 별로 지역 저해상도 모델(1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) 및 지역 고해상도 모델(1321,1322, 1323, 1324, 1325, 1326)이 미리 규정되는 경우의 실시예가 도시되었으나, 본 발명의 사상은 이러한 실시예에 국한되지 않으며, 각 지역 별로 필요한 해상도의 모델이 적응적으로 생성될 수도 있음은 당업자에게 자명한 사실로 이해될 것이다.In FIG. 13, an embodiment of a case in which regional low-resolution models (1311, 1312, 1313, 1314, 1315, 1316) and regional high-resolution models (1321,1322, 1323, 1324, 1325, 1326) are predefined for each region is shown, The spirit of the present invention is not limited to this embodiment, and it will be understood by those skilled in the art that a model having a required resolution for each region may be adaptively generated.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 시스템 모델이 기술하고자 하는 대상 시스템으로서, 교통 흐름을 다중 해상도 모델을 적용하여 기술하고자 하는 경우의 일 예를 도시하는 도면이다.14 is a diagram illustrating an example of a case in which a system model according to an embodiment of the present invention intends to describe a traffic flow by applying a multi-resolution model as a target system to be described.

저해상도 모델로서 중시적/Mesoscopic 모델을 적용하고, 고해상도 모델로서 미시적/Microscopic 모델을 적용한 사례를 가정한다. 예를 들어 교차로 주변의 도로 지역에서는 미시적 모델을 적용하고, 그 외의 도로 지역에서는 중시적 모델을 적용할 수 있다.It is assumed that a macroscopic/Mesoscopic model is applied as a low-resolution model and a micro/Microscopic model is applied as a high-resolution model. For example, a micro model may be applied to road areas around an intersection, and a macroscopic model may be applied to other road areas.

이때 시뮬레이션 흐름에 따라서 교차로에서 거리가 먼 지역에서는 중시적 모델이 적용되고, 이때 동일한 방향으로 진행하는 도로 전체의 차량 수가 고려될 수 있다. 집합 N의 요소인 n이 해당 지역에서의 데이터로 획득될 수 있다. 교차로 주변 지역으로 진입하면 미시적 모델이 적용된다. 이때에는 동일한 방향으로 진행하는 차선 별 차량 수가 고려될 수 있다. 4개의 차선이 있는 경우를 가정하면 차선 별로 집합 N1, N2, N3, N4의 요소인 n1, n2, n3, n4가 해당 지역에서의 데이터로 획득될 수 있다. 시뮬레이션 흐름에 따라 Disaggregation은 데이터 n에 기반하여 데이터 n1, n2, n3, n4을 획득하는 과정을 의미하고, Aggregation은 데이터 n1, n2, n3, n4에 기반하여 데이터 n을 획득하는 과정을 의미할 수 있다.In this case, according to the flow of simulation, the intensive model is applied to an area far from the intersection, and in this case, the number of vehicles on the entire road traveling in the same direction may be considered. n, which is an element of the set N, may be obtained as data in the corresponding region. When entering the area around the intersection, a microscopic model is applied. In this case, the number of vehicles per lane traveling in the same direction may be considered. Assuming that there are four lanes, n1, n2, n3, and n4 elements of the sets N1, N2, N3, and N4 for each lane may be acquired as data in the corresponding area. According to the simulation flow, disaggregation means the process of acquiring data n1, n2, n3, and n4 based on data n, and aggregation can mean the process of acquiring data n based on data n1, n2, n3, n4. have.

이 때의 데이터 n1, n2, n3, n4는 동일한 방향으로 진행하는 각 차선의 차량 수, 속도에 대응할 수 있고, 데이터 n은 동일한 방향으로 진행하는 모든 차선의 차량 수, 평균 속도일 수 있다. 각 지역은 예를 들어 10미터, 20미터, 또는 100미터와 같이 단위 길이마다 메쉬 또는 세그먼트화될 수 있으며 그 구간 내에서 차량의 속도, 평균 속도, 최고/최저 속도 등이 데이터 및 파라미터로 주어질 수 있다.At this time, data n1, n2, n3, and n4 may correspond to the number and speed of vehicles in each lane traveling in the same direction, and data n may be the number and average speed of vehicles in all lanes traveling in the same direction. Each area can be meshed or segmented per unit length, for example 10 meters, 20 meters, or 100 meters, and the speed, average speed, maximum/minimum speed of the vehicle within that section can be given as data and parameters. have.

Aggregation의 경우에는 차량의 수를 예로 들면 n = n1 + n2 + n3 + n4에 의하여 주어질 수 있으므로 필요한 연산이 복잡하지 않으며, 고해상도 모델에서 주어지는 데이터 셋이 N1 x N2 x N3 x N4 인데 비해 저해상도 모델에서 주어지는 데이터 셋은 N으로 단순화되므로 연산에 어려움은 없다. 이때 데이터 셋 또는 파라미터가 단순화되면서 정보 손실이 발생하지만, 시뮬레이션 목적 달성에 큰 문제가 없으면 손실된 정보는 문제되지 않는다고 가정한다. In the case of aggregation, for example, the number of vehicles can be given by n = n1 + n2 + n3 + n4, so the required calculation is not complicated. Since the given data set is simplified to N, there is no difficulty in operation. In this case, it is assumed that information loss occurs as the data set or parameters are simplified, but the lost information is not a problem if there is no major problem in achieving the purpose of the simulation.

Disaggregation에서는 단순화된 데이터 및 파라미터 셋 N으로부터 N1 x N2 x N3 x N4 를 얻어야 하므로 주어지는 저해상도 데이터 및 파라미터 셋 N 이외에 추가 정보가 필요하며, 이를 위하여 다양한 상황 정보가 추가 정보로서 주어질 수 있다. 예를 들어 위치(차선의 진행 방향(직진/좌회전/우회전)에 따라 구분될 수 있음), 시간대(출퇴근 시간대, 일반 시간대, 심야), 날짜(평일, 주말, 휴일, 연휴), 계절, 날씨(맑음, 눈/비, 태풍, 황사, 미세먼지), 규제 정보(교통 통제 또는 사고 발생)에 관한 정보가 주어질 수 있다.In disaggregation, since it is necessary to obtain N1 x N2 x N3 x N4 from the simplified data and parameter set N, additional information is required in addition to the given low-resolution data and parameter set N. For this, various context information can be given as additional information. For example, location (may be classified according to the direction of lane travel (straight / left / right turn)), time zone (commuting time, normal time zone, late night), date (weekdays, weekends, holidays, holidays), season, weather ( Information on sunny, snow/rain, typhoon, yellow sand, fine dust) and regulatory information (traffic control or accident occurrence) may be given.

도 15는 본 발명의 일 실시예에 따른 천이 모델과 그 천이 모델이 기술하고자 하는 다중 해상도 모델에서 데이터의 Disaggregation 천이를 도시하는 도면이다. 15 is a diagram illustrating disaggregation transition of data in a transition model and a multi-resolution model to be described by the transition model according to an embodiment of the present invention.

도 15를 참조하면, 기술하고자 하는 목표(1510)로서 Disaggregation 을 위한 데이터 천이(Data Transition)가 정의되고, 목표(1510)를 규명하기 위한 천이 모델(1520)이 제안된다. 천이 모델(1520)은 빅데이터 셋인 {n, (n1, n2, n3, n4) }에 기반한 학습에 의하여 Disaggregation을 위한 데이터 천이 과정을 모델링할 수 있다. Referring to FIG. 15 , a data transition for disaggregation is defined as a target 1510 to be described, and a transition model 1520 for identifying the target 1510 is proposed. The transition model 1520 may model a data transition process for disaggregation by learning based on the big data set {n, (n1, n2, n3, n4) }.

이때 천이 모델(1520)은 하나의 단일 블랙 박스인 데이터 기반 모델로서 구현될 수도 있고, 앞서 설명된 도 1 내지 도 11의 실시예에 따른 데이터 기반 모델과 이론 기반 모델이 결합된, 하이브리드 시스템 모델에 의하여 구현될 수도 있다. 예를 들어 셀로 구분된 지역에 유입되는 차량과 유출되는 차량은 동일해야 하는 보존 법칙 등, 당연하게 적용되는 물리적 법칙이나 동작 규칙이 존재한다. 이러한 물리적 법칙이나 동작 규칙에 의하여 천이 모델(1520)의 최소한의 구조적 정보가 정의될 수 있고, 천이 모델(1520)은 구조적 정보에 기반하여 내부적으로 하위 모델들을 가질 수 있으며, 하위 모델들은 데이터 기반 모델로 구현될 수 있다. 천이 모델(1520)에 구조적 정보에 기반한 복합적인 데이터 기반 모델을 적용할 경우, 설명 가능한 예측 가능성을 제공하면서, 이론 기반 모델이 반드시 거쳐야 하는 실측 데이터 검증이 이미 이루어진 것과 같은 효과가 있어 모델링 및 시뮬레이션의 신뢰도를 높일 수 있다.At this time, the transition model 1520 may be implemented as a data-based model that is one single black box, and is a hybrid system model in which the data-based model and the theory-based model according to the embodiments of FIGS. 1 to 11 described above are combined. may be implemented by For example, there are physical laws or operating rules that are naturally applied, such as a conservation law in which vehicles entering and exiting a cell-separated area must be the same. The minimum structural information of the transition model 1520 may be defined by these physical laws or operation rules, and the transition model 1520 may have sub-models internally based on the structural information, and the sub-models are data-based models. can be implemented as When a complex data-based model based on structural information is applied to the transition model 1520, it has the same effect as if the actual data verification that the theory-based model must go through has already been performed while providing explanatory predictability. reliability can be increased.

도 14 및 도 15에서 천이(Transition)가 데이터 집합에 관하여 이루어지는 실시예가 도시되었으나, 본 발명의 사상은 이에 국한되지 않는다. 예를 들어 데이터 집합 및 데이터 집합으로부터 얻어지는 다양한 파라미터로서, 교통 흐름을 기술할 수 있는 파라미터들을 모두 포함하는 지역 별 모델이 지역 별로 주어지는 해상도에 기반하여 정의될 수 있다. 도 14 및 도 15에 예시된 데이터 기반 모델, 및 하이브리드 모델을 적용하여 지역 별 정의되는 지역 별 해상도 기반 모델 간의 천이를 천이 모델로서 모델링할 수 있다.14 and 15 , an embodiment in which a transition is made with respect to a data set is illustrated, but the spirit of the present invention is not limited thereto. For example, as various parameters obtained from the data set and the data set, a regional model including all parameters capable of describing a traffic flow may be defined based on a resolution given for each region. By applying the data-based model and the hybrid model illustrated in FIGS. 14 and 15 , a transition between resolution-based models for each region defined for each region may be modeled as a transition model.

도 12 내지 도 15를 함께 참조하면, 도 13의 제3 지역에 대해서는 제3 지역 고해상도 모델(1323)이 적용되기를 원하지만, 시뮬레이션 흐름 상 인접한 제2 지역의 제2 지역 저해상도 모델(1312)에 도 12의 셀 오토마타 기법이 적용되면 제3 지역 저해상도 모델(1313)이 쉽게 활성화될 수 있다. 이 때 제3 지역 저해상도 모델(1313)에 기반하여 제3 지역 고해상도 모델(1323)을 획득하는 과정은 도 14 및 도 15에 도시된 천이 모델(1520)을 이용하여 설명될 수 있다. 제3 지역에 낮은 제1 해상도 기반 모델인 제3 지역 저해상도 모델(1313)이 얻어지고, 제3 지역 저해상도 모델(1313)에 기반하여 높은 제2 해상도 기반 모델인 제3 지역 고해상도 모델(1323)을 획득하고자 할 때, 도 14 및 도 15의 천이 모델(1520)이 적용될 수 있다.12 to 15 , although the third regional high-resolution model 1323 is desired to be applied to the third region of FIG. 13, the second regional low-resolution model 1312 of the second region adjacent in the simulation flow is also When the cell automata technique of 12 is applied, the third local low-resolution model 1313 can be easily activated. In this case, a process of obtaining the third regional high resolution model 1323 based on the third regional low resolution model 1313 may be described using the transition model 1520 illustrated in FIGS. 14 and 15 . A third regional low-resolution model 1313, which is a low first resolution-based model, is obtained in the third region, and a third regional high-resolution model 1323, which is a high second resolution-based model, is obtained based on the third regional low-resolution model 1313. When acquiring, the transition model 1520 of FIGS. 14 and 15 may be applied.

본 발명의 일 실시예에 따른 컴퓨팅 시스템에 의하여 실행되는 시스템 모델 및/또는 천이 모델의 동작 방법, 및 학습 방법은 다양한 컴퓨터 수단을 통하여 수행될 수 있는 프로그램 명령 형태로 구현되어 컴퓨터 판독 가능 매체에 기록될 수 있다. 상기 컴퓨터 판독 가능 매체는 프로그램 명령, 데이터 파일, 데이터 구조 등을 단독으로 또는 조합하여 포함할 수 있다. 상기 매체에 기록되는 프로그램 명령은 본 발명을 위하여 특별히 설계되고 구성된 것들이거나 컴퓨터 소프트웨어 당업자에게 공지되어 사용 가능한 것일 수도 있다. 컴퓨터 판독 가능 기록 매체의 예에는 하드 디스크, 플로피 디스크 및 자기 테이프와 같은 자기 매체(magnetic media), CD-ROM, DVD와 같은 광기록 매체(optical media), 플롭티컬 디스크(floptical disk)와 같은 자기-광 매체(magneto-optical media), 및 롬(ROM), 램(RAM), 플래시 메모리 등과 같은 프로그램 명령을 저장하고 수행하도록 특별히 구성된 하드웨어 장치가 포함된다. 프로그램 명령의 예에는 컴파일러에 의해 만들어지는 것과 같은 기계어 코드뿐만 아니라 인터프리터 등을 사용해서 컴퓨터에 의해서 실행될 수 있는 고급 언어 코드를 포함한다. 상기된 하드웨어 장치는 본 발명의 동작을 수행하기 위해 하나 이상의 소프트웨어 모듈로서 작동하도록 구성될 수 있으며, 그 역도 마찬가지이다.The operating method and the learning method of the system model and/or the transition model executed by the computing system according to an embodiment of the present invention are implemented in the form of program instructions that can be executed through various computer means and recorded in a computer-readable medium. can be The computer-readable medium may include program instructions, data files, data structures, etc. alone or in combination. The program instructions recorded on the medium may be specially designed and configured for the present invention, or may be known and available to those skilled in the art of computer software. Examples of the computer-readable recording medium include magnetic media such as hard disks, floppy disks and magnetic tapes, optical media such as CD-ROMs and DVDs, and magnetic such as floppy disks. - includes magneto-optical media, and hardware devices specially configured to store and execute program instructions, such as ROM, RAM, flash memory, and the like. Examples of program instructions include not only machine language codes such as those generated by a compiler, but also high-level language codes that can be executed by a computer using an interpreter or the like. The hardware devices described above may be configured to operate as one or more software modules to perform the operations of the present invention, and vice versa.

그러나, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다. 본 발명의 실시예와 도면에 소개된 길이, 높이, 크기, 폭 등은 이해를 돕기 위해 과장된 것일 수 있다.However, the present invention is not limited or limited by the examples. Like reference numerals in each figure indicate like elements. Length, height, size, width, etc. introduced in the embodiments and drawings of the present invention may be exaggerated to help understanding.

이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.As described above, the present invention has been described with specific matters such as specific components and limited embodiments and drawings, but these are only provided to help a more general understanding of the present invention, and the present invention is not limited to the above embodiments. , various modifications and variations are possible from these descriptions by those of ordinary skill in the art to which the present invention pertains.

따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위 뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.Therefore, the spirit of the present invention should not be limited to the described embodiments, and not only the claims to be described later, but also all those with equivalent or equivalent modifications to the claims will be said to belong to the scope of the spirit of the present invention. .

100: 컴퓨팅 시스템
110: 프로세서
120: 시스템 모델
130: 통신 인터페이스
140: 사용자 인터페이스
122a, 122b: 제1 하위 모델
124: 제2 하위 모델
1310: 저해상도 모델
1320: 고해상도 모델
1520: 천이 모델
100: computing system
110: processor
120: system model
130: communication interface
140: user interface
122a, 122b: first sub-model
124: second sub-model
1310: low-resolution model
1320: high-resolution model
1520: transition model

Claims (6)

공간 변이 및 시간 변이 중 적어도 하나 이상을 셀에 기반하여 나타내고, 셀 각각마다 둘 이상의 해상도 중 적어도 하나를 이용하여 기술하는 다중 해상도 모델링 기법이 적용되는 대상 시스템을 기술하는 모델을 구현하고 동작시키는 컴퓨팅 시스템에 있어서,
상기 컴퓨팅 시스템은
상기 대상 시스템으로부터 얻어지는 획득 데이터를 수신하거나 호출할 수 있는 통신 인터페이스;
대상 셀의 제1 해상도 및 상기 획득 데이터에 기반하여 얻어지며 상기 대상 셀의 공간 변이 및 시간 변이 중 적어도 하나 이상을 나타내는 상태 변수를 포함하는 제1 해상도 기반 셀 모델에 기반하여, 상기 대상 셀의 제2 해상도 - 상기 제1 해상도보다 높음 - 에 기반하여 얻어지며 상기 대상 셀의 상태 변수를 포함하는 제2 해상도 기반 셀 모델을 획득하기 위한 천이 모델; 및
적어도 하나 이상의 프로세서;를 포함하고,
상기 천이 모델은 상기 획득 데이터 중 상기 대상 셀이 상기 제1 해상도에 기반하여 기술되는 제1 해상도 기반 데이터 셋, 및 상기 대상 셀이 상기 제2 해상도에 기반하여 기술되는 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 관련성에 기반하여 학습된 모델인 컴퓨팅 시스템.
A computing system that implements and operates a model describing a target system to which a multi-resolution modeling technique of representing at least one of a spatial disparity and a temporal disparity based on a cell, and describing at least one of two or more resolutions for each cell is applied In
the computing system
a communication interface capable of receiving or calling acquisition data obtained from the target system;
Based on the first resolution-based cell model obtained based on the first resolution of the target cell and the acquired data and including a state variable representing at least one of a spatial variation and a temporal variation of the target cell, the first resolution-based cell model a transition model for obtaining a second resolution-based cell model obtained based on a second resolution, which is higher than the first resolution, and including a state variable of the target cell; and
At least one processor;
The transition model is a relation between a first resolution-based data set in which the target cell is described based on the first resolution and a second resolution-based data set in which the target cell is described based on the second resolution among the acquired data. A computing system that is a model trained on the basis of
제1항에 있어서,
상기 천이 모델은
상기 제1 해상도 기반 데이터 셋 및 상기 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 연관성을 학습한 데이터 기반 모델인 컴퓨팅 시스템.
According to claim 1,
The transition model is
A computing system which is a data-based model that learns the association between the first resolution-based data set and the second resolution-based data set.
제1항에 있어서,
상기 천이 모델은 복수 개의 하위 모델들을 포함하고,
상기 복수 개의 하위 모델들 각각은 상기 획득 데이터 중 일부를 입력받고 나머지 중 적어도 일부를 출력으로 추론 또는 예측할 수 있는 모델이고,
상기 천이 모델 내에서 상기 복수 개의 하위 모델들 각각의 입력 데이터, 및 출력 데이터는 상기 대상 시스템에 대한 지식을 이용하여 획득할 수 있는 상기 대상 시스템의 구조적 정보에 기반하여 정의되고,
상기 구조적 정보는 상기 복수 개의 하위 모델들 중 제1 하위 모델과 제2 하위 모델 간의 데이터 연결 관계에 대한 정보를 포함하고, 상기 데이터 연결 관계는 상기 제1 하위 모델의 출력 데이터가 상기 제2 하위 모델의 입력 데이터로 이용될 수 있는 지 여부에 대한 정보를 포함하는 컴퓨팅 시스템.
According to claim 1,
The transition model includes a plurality of sub-models,
Each of the plurality of sub-models is a model that can receive a part of the acquired data as an input and infer or predict at least a part of the rest as an output,
Input data and output data of each of the plurality of sub-models in the transition model are defined based on structural information of the target system that can be obtained using knowledge of the target system,
The structural information includes information on a data connection relationship between a first sub-model and a second sub-model among the plurality of sub-models, and the data connection relationship indicates that the output data of the first sub-model is the second sub-model. Computing system including information on whether it can be used as input data of
제1항에 있어서,
상기 공간 변이 및 시간 변이 중 적어도 하나 이상은 셀 오토마타 기법에 의하여 셀에 기반하여 나타내어지는 컴퓨팅 시스템.
According to claim 1,
At least one of the spatial shift and the temporal shift is represented based on a cell by a cell automata technique.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 대상 셀에 대한 새로운 입력 데이터 중 상기 제1 해상도에 대응하도록 생성된 제1 데이터를 선택하여 상기 천이 모델의 입력으로 제공하고,
상기 천이 모델이 상기 제1 데이터에 기반하여 상기 제1 해상도 기반 셀 모델로부터 상기 제2 해상도 기반 셀 모델을 추론할 수 있도록 상기 천이 모델을 제어하는 컴퓨팅 시스템.
According to claim 1,
the at least one processor
Selecting first data generated to correspond to the first resolution among new input data for the target cell and providing it as an input of the transition model;
and controlling the transition model so that the transition model can infer the second resolution-based cell model from the first resolution-based cell model based on the first data.
제1항에 있어서,
상기 적어도 하나 이상의 프로세서는
상기 제1 해상도 기반 데이터 셋을 상기 천이 모델의 입력으로 제공하고,
상기 천이 모델이 상기 제1 해상도 기반 데이터 셋과 상기 제2 해상도 기반 데이터 셋 간의 관련성을 학습할 수 있도록 상기 천이 모델을 제어하는 컴퓨팅 시스템.
The method of claim 1,
the at least one processor
providing the first resolution-based data set as an input of the transition model;
A computing system for controlling the transition model so that the transition model learns a relationship between the first resolution-based data set and the second resolution-based data set.
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