WO2020261450A1 - 推定装置、推定方法、及び推定プログラム - Google Patents

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estimation
value
areas
target
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恒進 唐
伸哉 大井
悠介 田中
中山 彰
宮本 勝
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日本電信電話株式会社
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    • G06Q10/00Administration; Management
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    • GPHYSICS
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    • G06Q10/00Administration; Management
    • G06Q10/06Resources, workflows, human or project management; Enterprise or organisation planning; Enterprise or organisation modelling

Definitions

  • the present disclosure relates to an estimation device, an estimation method, and an estimation program.
  • Non-Patent Document 1 As a technique for analyzing the time series of movement of an observation target, a technique using a Markov chain, which is a stochastic process in which the future state can be estimated from the present state regardless of the past state (for example, Non-Patent Document 1), is available. is there. Further, as a method of searching for a parameter representing a time series of movement of an observation target, there is a technique using Bayesian optimization known as an efficient parameter search method (for example, Non-Patent Document 2).
  • Non-Patent Document 1 when the measurement data is missing, the accuracy of estimation regarding the movement of the observation target may be lowered.
  • the estimation device of the present disclosure includes a first observation value which is the number of observation targets at each of the plurality of observation times for each of the plurality of observation areas, and a plurality of each included in any of the plurality of observation areas.
  • the number of passages of the observation target at an arbitrary estimated time at any of the plurality of observation points based on the constraint condition satisfied between them, the first observation value, and the second observation value.
  • an estimation unit that estimates at least one of the existence number of the observation target at an arbitrary estimated time in any of the plurality of observation areas.
  • the first observation value which is the number of observation targets at each of the plurality of observation times for each of the plurality of observation areas, and each of the plurality of observation areas
  • Arbitrary estimation at any of the plurality of observation points based on the constraint condition established between the value and the second observation value, the first observation value, and the second observation value. It includes a step of estimating at least one of the number of passages of the observation target at the time and the existence number of the observation target at an arbitrary estimated time in any of the observation areas of the plurality of observation areas.
  • the estimation program of the present disclosure includes a first observation value, which is the number of observation targets at each of the plurality of observation times for each of the plurality of observation areas, and a plurality of observation areas, each of which is included in any of the plurality of observation areas.
  • a constraint condition that is satisfied between the first observation value and the second observation value by accepting the second observation value which is the number of passages of the observation target at each of the plurality of observation times for each of the observation points of Based on the first observation value and the second observation value, the number of passages of the observation target at an arbitrary estimated time at any of the plurality of observation points, and the plurality of observation areas.
  • the effect that the accuracy of estimation about the movement of the observation target can be improved can be obtained.
  • the observation target is a human being
  • the human flow due to the movement of the human being is estimated.
  • the estimation device of the present embodiment is a so-called cross-sectional human flow, which is the number of humans passing through the observation point at an arbitrary estimated time, and a so-called spatial human flow, which is the number of humans existing in the observation area at an arbitrary estimated time. Estimate at least one of.
  • first observation value the observed value of the number of human beings existing in the observation area at the observation time
  • second observed value the number of passing humans passing through the observation point at the observation time.
  • the estimation device of the present embodiment can estimate at least one of the above-mentioned number of passages and the number of existence with respect to the flow of people around the railway station 60.
  • the station 60 to the observation area 50 3 the observation area 50 1 to 50 5 to the line it is provided.
  • an event venue 64 is provided in the observation area 50 11 .
  • the reference numerals for distinguishing the individual areas are omitted, and the term “observation area 50” is used. That is.
  • a plurality of observation points 52 (6 in FIG. 1: 52 1 to 52 10 ), which will be described later, are collectively referred to without distinguishing them individually, the reference numerals for distinguishing the individual points are omitted, and “observation points 52” are omitted. ".
  • observation area 50 1 to 50 15 the observation area 50 6, 50 7, 50 9, and the first observation value is the presence number of observations for each 50 13 is obtained.
  • the observation area 50 1 to 50 5, 50 8, 50 10, 50 12, 50 14, and 50 15 the first observed value is not obtained for.
  • observation point 52 1 of the observation area 50 11, and 52 6, 52 8, and a second observation value is the observation value of the passing number Observation point 52 4 observation area 50 3 of the observation area 50 12 Has been obtained.
  • the observation point 52 10 of the observation area 50 observation points 52 2 in 7, and the observation area 50 13 is not the second observed value is obtained.
  • the estimation device of the present embodiment Even when the observation area 50 from which the first observation value is obtained and the observation point 52 from which the second observation value is obtained coexist in this way, according to the estimation device of the present embodiment. , At least one of the number of humans passing through the desired observation point 52 at an arbitrary estimated time and the number of humans existing in the desired observation area 50 at an arbitrary estimated time can be estimated.
  • the arbitrary time includes a time before the present time (future), which is the time when the first observation value and the second observation value are obtained, and a time before the present time (past).
  • FIG. 2 is a block diagram showing a hardware configuration of an example of the estimation device 10 of the present embodiment.
  • the estimation device 10 includes a CPU (Central Processing Unit) 12, a ROM (Read Only Memory) 14, a RAM (Random Access Memory) 16, a storage 18, an input interface (I / F) 20, and a display unit. 22 and a communication interface (I / F) 24 are provided.
  • Each configuration is communicably connected to each other via a bus 29.
  • the CPU 12 is a central arithmetic processing unit that executes various programs and controls each part. That is, the CPU 12 reads various programs such as the estimation program 15 from the ROM 14, and executes the program using the RAM 16 as a work area. The CPU 12 controls each of the above configurations and performs various arithmetic processes according to the program stored in the ROM 14.
  • the estimation program 15 is stored in the RAM 16, but the present embodiment is not limited to this embodiment, and for example, even if the estimation program 15 is stored in the storage 18. Good.
  • the ROM 14 stores various programs including the estimation program 15 and various data.
  • the RAM 16 temporarily stores a program or data as a work area.
  • the storage 18 is composed of an HDD (Hard Disk Drive) or an SSD (Solid State Drive), and stores various programs including an operating system and various data.
  • the input I / F20 includes a pointing device such as a mouse and a keyboard, and is used to perform various inputs.
  • the input I / F 20 is not limited to the present embodiment, and may be a form that can be used to perform various inputs by voice.
  • the display unit 22 is, for example, a liquid crystal display and displays various types of information.
  • the display unit 22 may adopt a touch panel method and function as an input I / F 20. Further, the display unit 22 is not limited to the visible display, and may have a function of performing an audible display such as a speaker.
  • the communication I / F24 is an interface for communicating with an external device of the estimation device 10, and standards such as Ethernet (registered trademark), FDDI, and Wi-Fi (registered trademark) are used.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a functional configuration of an example of the estimation device 10.
  • the estimation device 10 of the present embodiment includes an input unit 30 and an estimation unit 32 as a functional configuration. Further, as an example, the estimation device 10 of the present embodiment further includes an output unit 34 and a parameter storage unit 35.
  • Each functional configuration is realized by the CPU 12 reading the estimation program 15 stored in the ROM 14 and deploying it in the RAM 16 for execution.
  • the first observed value 40 and the second observed value 42 are input to the input unit 30, and the input first observed value 40 and the second observed value 42 are output to the estimation unit 32.
  • the first observed value 40 is an observed value of the number of human beings existing in the observation area 50 at an arbitrary observation time.
  • the second observed value 42 is an observed value of the number of humans passing through the observation point at an arbitrary observation time, as described above.
  • a plurality of first observed values 40 and second observed values 42 are input to the input unit 30.
  • the number of each of the first observed value 40 and the second observed value 42 input to the input unit 30 is not limited, and is, for example, a number according to the estimation accuracy of the estimation device 10 and the size of the region to be estimated. Can be. Further, the numbers of the first observed value 40 and the second observed value 42 to be input may be the same or different.
  • the constraint condition 44 and the auxiliary information 46 which will be described in detail later, are input to the input unit 30, and the input constraint condition 44 and the auxiliary information 46 are output to the estimation unit 32.
  • the estimated time 48 which is the time to be estimated, is input to the input unit 30, and the input auxiliary information 46 is output to the estimation unit 32.
  • the auxiliary information 46 is not always input, and may not be input.
  • the first observed value 40, the second observed value 42, the constraint condition 44, the auxiliary information 46, and the estimated time 48 are input to the estimation unit 32 from the input unit 30.
  • the estimation unit 32 of the present embodiment estimates at least one of the number of passages and the number of existences based on the prediction function F satisfying the constraint condition G shown in the following equation (1) or (2), and the estimation result Y. To get.
  • the following equation (1) represents an arithmetic expression of the estimation result Y used when the auxiliary information 46 is not input to the input unit 30, and the following equation (2) represents the auxiliary information 46 input to the input unit 30. It represents the arithmetic expression of the estimation result Y used in the case.
  • S is the first observed value 40 and includes a missing value.
  • C is the second observed value 42, and includes a missing value.
  • s. t. represents subject to.
  • G represents the constraint condition 44.
  • the constraint condition G (constraint condition 44) is a constraint condition that is satisfied between the first observation value 40 and the second observation value 42.
  • the constraint condition G there is a constraint condition regarding the size of the existence number S in the observation area 50 and the passing number C forming a part of the existence number S.
  • the constraint condition G there is a constraint condition regarding the range of the observation area 50, which affects the existence number S of a certain observation area 50.
  • the number of existences of the observation area 50 24 at time t + 1 Si, t + 1 includes the observation areas 50 20 to 50 23 and 50 25 at time t.
  • the numbers Sj and t in each of ⁇ 50 28 can have an effect. Therefore, for the estimation of the existence number S in the observation area 50 24, the constraint condition G using the observation areas 50 20 to 50 23 and 50 25 to 50 28 is satisfied.
  • the constraint condition G is not limited to each of the above examples.
  • A represents auxiliary information 46.
  • Auxiliary information A is auxiliary information that affects the movement of a human being to be observed.
  • geographic information M, event information E, and transportation volume information Tr are used as an example of auxiliary information A.
  • Geographic information M is information indicating whether or not the area is walkable by humans. For example, according to the geographic information M, when there is only one observation point 52 in the observation area 50, it is possible to consider the degree of human flow that the observation point 52 can cover in the entire observation area 50. A specific example of the geographic information M will be described with reference to FIG.
  • the region 51 1 is an area in which human forests such does not pass the region 51 2 illustrates the area used in humans to pass walkway such as observation points 52 20 is a point on the region 51 2.
  • existence number S i of the observation area 50 30, as the t may be considered only partial areas 51 2.
  • the event information E is information indicating the position of the observation area 50 in which the event venue 64 where various events are performed, the start time of the event, the end time of the event, and the like. For example, before and after the start time of the event, the number of people moving toward the event venue 64 increases. On the other hand, before and after the end time of the event, the number of people moving from the event venue 64 to other places increases. Therefore, before and after the start time and end time of the event, it is preferable to perform the estimation separately from other time zones.
  • a specific example of the event information E will be described with reference to FIG. 7. In the example shown in FIG. 7, the event venue 64 exists in the observation area 50 34 .
  • the observation area 50 30-50 33 near the observation area 50 34, and increased 50 35-50 38 pedestrian flow toward the observation area 50 34 from the number of existing observation area 50 33 Si increases.
  • the periphery of the observation area 50 30-50 33 observation area 50 34, and increased pedestrian flow directed from 50 35-50 38 to observation area 50 34 the number of existing observation area 50 33 Si decreases.
  • the transportation volume information Tr is information representing the transportation volume by public transportation such as railroads and buses, and transportation such as vehicles, which can affect the number of existence S and the number of passages C. ..
  • a specific example of the transportation volume information Tr will be described with reference to FIG. In the example shown in FIG. 1, when a relatively large passengers utilizing railway station 60, and the number of passengers, the number of existing arrival time and the like of the railways observation area 50 3 S i, t, and turnstiles number of passes C i around the observation point 52 4, 1, a great influence to t.
  • the auxiliary information A is not limited to each of the above examples, and may be, for example, any one of geographic information M, event information E, and transportation volume information Tr. Further, for example, the auxiliary information A may be weather information of the observation area 50 and the observation point 52.
  • the calculation of the above equation (1) or (2) is performed with the absolute value of the difference between the first observation value 40 and the estimation result Y corresponding to the first observation value 40, and the second observation value 42.
  • the objective function expressed using the absolute value of the difference from the estimation result Y corresponding to the second observation value 42 is optimized under the condition that the estimation result Y satisfies the constraint condition. For example, when estimating the existence number S at an arbitrary estimated time 48, the absolute value of the difference between the estimation result Y, which is the existence number S at an arbitrary estimated time 48, and the observed value S'of the existence number
  • is the objective function.
  • the estimation unit 32 of the present embodiment considers the above F (S, C) as a regression equation, and optimizes the regression parameter ⁇ of the regression equation to satisfy the constraint condition G as the first observed value 40 and the first observation value. 2 Obtain the parameters related to the correlation with the observed value 42.
  • the parameter ⁇ optimized by the estimation unit 32 is stored in the parameter storage unit 35.
  • the parameter storage unit 35 is, for example, a storage 18 or the like.
  • the estimation unit 32 of the present embodiment uses the parameter ⁇ stored in the parameter storage unit 35 to estimate the result according to an arbitrary estimation time 48 based on the above equation (1) or (2).
  • Y is derived and output to the output unit 34.
  • the output unit 34 takes the estimation result Y input from the estimation unit 32 as the estimation result 36 and outputs it to the outside of the estimation device 10 by communication I / F 24 or the like.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and the output unit 34 may output the estimation result 36 to the display unit 22 of the own device and display the estimation result 36 on the display.
  • the estimation process by the estimation device 10 of the present embodiment is performed at an arbitrary estimation time by the first estimation process for optimizing the parameter ⁇ and the above equation (1) or (2) using the optimized parameter ⁇ . It includes a second estimation process for estimating at least one of the existence number S and the passing number C.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the flow of the first estimation process in the estimation process by the estimation device 10 of the present embodiment.
  • the first estimation process is performed by the CPU 12 reading the estimation program 15 from the ROM 14 and expanding the estimation program 15 into the RAM 16 for execution.
  • the constraint condition G is obtained in advance in the estimation device 10.
  • step S100 the number S of existence, which is the first observation value 40, and the number of passages C, which is the second observation value 42, are input to the CPU 12 as the input unit 30. Further, as the input unit 30, the geographic information M, the event information E, and the transportation amount information Tr, which are auxiliary information A, are input to the CPU 12. Note that FIG. 8 shows a form in which the auxiliary information A, which is the auxiliary information 46, is input to the input unit 30, but as described above, the input of the auxiliary information A is not essential.
  • the CPU 12 sets the initial value of the regression parameter ⁇ of the regression equation when the above F (S, C) is considered as the regression equation, as described above, as the estimation unit 32.
  • the CPU 12 optimizes the parameter ⁇ as the estimation unit 32 so that the absolute value of the difference from the observed value corresponding to the estimation result Y is minimized by the objective function as described above.
  • step S106 the CPU 12 determines whether or not the value of the parameter ⁇ has converged as the estimation unit 32.
  • the CPU 12 considers that the value of the parameter ⁇ has converged. If the value of the parameter ⁇ has not converged, in other words, if the absolute value of the difference from the observed value corresponding to the estimation result Y is out of the predetermined range, the determination in step S106 becomes a negative determination (NO), and step S104 Return to.
  • the parameter ⁇ is optimized again by the process of step S104.
  • step S106 when the value of the parameter ⁇ has converged, in other words, when the absolute value of the difference from the observed value corresponding to the estimation result Y is within a predetermined range, the determination in step S106 becomes an affirmative determination (YES). The process proceeds to step S108.
  • step S108 the CPU 12 stores the convergence value of the parameter ⁇ in the parameter storage unit 35 as the estimation unit 32, and then ends the first estimation process.
  • FIG. 9 is a flowchart showing an example of the flow of the second estimation process in the estimation process by the estimation device 10 of the present embodiment.
  • the second estimation process is performed by the CPU 12 reading the estimation program 15 from the ROM 14 and expanding the estimation program 15 into the RAM 16 for execution.
  • step S200 an arbitrary estimated time 48 is input to the CPU 12 as the input unit 30.
  • the CPU 12 acquires the parameter ⁇ from the parameter storage unit 35 as the estimation unit 32.
  • the CPU 12 as the estimation unit 32, makes a desired observation in the auxiliary information 46, which is an estimation result Y according to the estimation time 48 based on the above equation (1) or (2) as described above. At least one of the existence number S of the area 50 and the passing number C of the desired observation point 52 is derived and output to the output unit 34.
  • the CPU 12 outputs the estimation result 36 as the output unit 34 as described above, and then ends the second estimation process.
  • the first estimation process and the second estimation process performed in the estimation device 10 are treated as separate processes
  • the estimation process and the second estimation process may be treated as a series of processes.
  • the estimation program 15 may also be a separate program corresponding to each.
  • the function of the estimation unit 32 that performs the first estimation process and the function of the estimation unit 32 that performs the second estimation process may be provided in separate estimation devices 10.
  • the estimation device 10 of the present embodiment includes an input unit 30 and an estimation unit 32.
  • the input unit 30 is one of a first observation value 40, which is the number S of human beings to be observed at each of the plurality of observation times, and one of the plurality of observation areas 50, for each of the plurality of observation areas 50.
  • the second observation value 42 which is the number of human passages C at each of the plurality of observation times.
  • the estimation unit 32 has a plurality of observation points 52 based on the constraint condition G that is satisfied between the first observation value 40 and the second observation value 42, the first observation value 40, and the second observation value 42. At least one of the number of passages C of a person at an arbitrary estimated time 48 at any of the observation points 52 and the number S of a person at an arbitrary estimated time 48 in any observation area 50 of a plurality of observation areas 50. presume.
  • the estimation device 10 of the present embodiment in order to estimate the movement of human beings (human flow) in consideration of the correlation between the number S of the existence of the observation area 50 and the number of passages C of the observation point 52.
  • the accuracy of estimation can be improved.
  • the estimation device 10 of the present embodiment since the correlation between the existence number S of the observation area 50 and the passage number C of the observation point 52 is taken into consideration, the observed values of the existence number S and the passage number C have missing values. Even in some cases, highly accurate estimation can be performed.
  • the observation target is not limited to this mode.
  • the observation target may be a vehicle or the like.
  • the estimation device of the present disclosure can be applied to data having a time series.
  • various processors other than the CPU may execute the estimation process executed by the CPU reading the software (program) in each of the above embodiments.
  • the processors include PLD (Programmable Logic Device) whose circuit configuration can be changed after manufacturing FPGA (Field-Programmable Gate Array), and ASIC (Application Specific Integrated Circuit) for executing ASIC (Application Special Integrated Circuit).
  • An example is a dedicated electric circuit or the like, which is a processor having a circuit configuration designed exclusively for the purpose.
  • the estimation process may be executed by one of these various processors, or a combination of two or more processors of the same type or different types (for example, a plurality of FPGAs and a combination of a CPU and an FPGA, etc. ) May be executed.
  • the hardware structure of these various processors is, more specifically, an electric circuit in which circuit elements such as semiconductor elements are combined.
  • the program is a non-temporary storage medium such as a CD-ROM (Compact Disk Read Only Memory), a DVD-ROM (Digital entirely Disk Online Memory), and a USB (Universal Serial Bus) memory. It may be provided in the form. Further, the program may be downloaded from an external device via a network.
  • a non-temporary storage medium that stores a program that can be executed by a computer to perform estimation processing.
  • the estimation process is For each of the plurality of observation areas, the first observation value which is the number of observation objects at each of the plurality of observation times, and each of the plurality of observation points each included in any of the plurality of observation areas.
  • the second observation value which is the number of passages of the observation target at each of the plurality of observation times, is input.
  • One of the plurality of observation points based on the constraint condition established between the first observation value and the second observation value, the first observation value, and the second observation value. At least one of the number of passages of the observation target at an arbitrary estimated time and the number of existence of the observation target at an arbitrary estimated time in any of the plurality of observation areas is estimated.
  • Estimator 12 CPU 14 ROM 15 Estimating program 18 Storage 30 Input unit 32
  • Estimating unit 40 First observed value 42
  • Second observed value 44
  • Constraint 46 Auxiliary information

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Abstract

推定装置(10)は、入力部(30)及び推定部(32)を備える。入力部(30)は、複数の観測エリア(50)の各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象である人間の存在数Sである第1観測値(40)と、各々が複数の観測エリア(50)のいずれかに含まれる複数の観測点(52)の各々についての、複数の観測時刻の各々における人間の通過数Cである第2観測値(42)と、が入力される。推定部(32)は、第1観測値(40)及び第2観測値(42)の相互間に成立する制約条件Gと、第1観測値(40)と、第2観測値(42)と、に基づいて、複数の観測点(52)のいずれかの観測点(52)における任意の推定時刻(48)の人物の通過数C、及び複数の観測エリア(50)のいずれかの観測エリア(50)における任意の推定時刻(48)の人物の存在数Sの少なくとも1つを推定する。

Description

推定装置、推定方法、及び推定プログラム
 本開示は、推定装置、推定方法、及び推定プログラムに関する。
 観測対象の移動の時系列を解析する技術として、未来の状態が過去の状態によらず、現在の状態により推定可能な確率過程であるマルコフ連鎖を用いた技術(例えば、非特許文献1)がある。また、観測対象の移動の時系列を表すパラメータを探索する手法として、効率的なパラメータの探索手法として知られるベイズ最適化を用いた技術(例えば、非特許文献2)がある。
Charles J. Geyer, "Practical markov chain monte carlo", Statistical science vol.7 No.4, (1992), p.473-483,インターネット検索<URL:https://projecteuclid.org/download/pdf_1/euclid.ss/1177011137> J. Snoek, H. Larochelle, R.P.Adams, "Practical Bayesian Optimization of Machine Learning Algorithms", In Advances in Neural Information Processing Systems (NIPS), 2012,インターネット検索<URL:https://papers.nips.cc/paper/4522-practical-bayesian-optimization-of-machine-learning-algorithms.pdf>
 上記非特許文献1及び非特許文献2に代表される先行技術では、計測データが欠損している場合、観測対象の移動に関する推定の精度が低下する場合があった。
 本開示は、観測対象の移動についての推定の精度を向上させることができる、推定装置、推定方法、及び推定プログラムを提供することを目的とする。
 本開示の推定装置は、複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値と、が入力される入力部と、前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定する推定部と、を備える。
 また、本開示の推定方法は、入力部に、複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値と、が入力されるステップと、推定部により、前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定するステップと、を備える。
 本開示の推定プログラムは、複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値とを受け付け、前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定する、ことをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
 本開示によれば、観測対象の移動についての推定の精度を向上させることができる、という効果が得られる。
実施形態の推定装置による任意の推定時刻における存在数及び通過数の推定を説明するための説明図である。 実施形態の推定装置の一例のハードウェア構成を示すブロック図である。 実施形態の推定装置の一例の機能構成を示すブロック図である。 制約条件の一例を説明する図である。 制約条件の他の例を説明する図である。 補助情報の一例である地理情報の一例を説明する図である。 補助情報の一例であるイベント情報の一例を説明する図である。 実施形態の推定装置による推定処理における第1推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。 実施形態の推定装置による推定処理における第2推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。
 以下、本開示の実施形態の一例を、図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において同一又は等価な構成要素及び部分には同一の参照符号を付与している。また、図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。
 一例として、本実施形態の推定装置では、観察対象が人間であり、人間の移動による人流に関する推定を行う。本実施形態の推定装置は、任意の推定時刻における観測点を通過する人間の通過数である、いわゆる断面人流、及び任意の推定時刻における観測エリアに存在する人間の存在数である、いわゆる空間人流の少なくとも1つを推定する。
 また、本実施形態の推定装置では、観測時刻における観測エリアに存在する人間の存在数の観測値(以下、「第1観測値」という)、及び観測時刻における観測点を通過する人間の通過数の観測値(以下、「第2観測値」という)の一部に欠損が有る場合でも、十分な推定を行うことができる。
 例えば、本実施形態の推定装置は、図1に示すように、鉄道の駅60周辺の人流に関して、上記通過数及び存在数の少なくとも1つを推定することができる。図1に示した例では、観測エリア50に駅60があり、観測エリア50~50に線路が設けられている。また、図1に示した例では、観測エリア5011にイベント会場64が設けられている。なお、以下では、複数の観測エリア50(図1では、15個:50~5015)について個々を区別せずに総称する場合は、個々を区別する符号を省略し、「観測エリア50」という。又同様に、後述する複数の観測点52(図1では、6個:52~5210)について個々を区別せずに総称する場合は、個々を区別する符号を省略し、「観測点52」という。
 観測エリア50~5015のうち、観測エリア50、50、50、及び5013の各々については存在数の観測値である第1観測値が得られている。一方、観測エリア50~50、50、5010、5012、5014、及び5015については上記第1観測値が得られていない。また、観測エリア5011内の観測点52、及び52、観測エリア5012内の52、及び観測エリア50内の観測点52について通過数の観測値である第2観測値が得られている。一方、観測エリア50内の観測点52、及び観測エリア5013内の観測点5210については上記第2観測値が得られていない。
 このように第1観測値が得られている観測エリア50と、第2観測値が得られている観測点52とが混在している場合であっても、本実施形態の推定装置によれば、任意の推定時刻における所望の観測点52を通過する人間の通過数、及び任意の推定時刻における所望の観測エリア50に存在する人間の存在数の少なくとも1つを推定することができる。なお、任意の時刻とは、第1観測値及び第2観測値が得られた時点等である現時点より先(未来)の時刻、及び現時点より前(過去)の時刻を含む。
 図2は、本実施形態の推定装置10の一例のハードウェア構成を示すブロック図である。
 図2に示すように、推定装置10は、CPU(Central Processing Unit)12、ROM(Read Only Memory)14、RAM(Random Access Memory)16、ストレージ18、入力インタフェース(I/F)20、表示部22、及び通信インタフェース(I/F)24を備える。各構成は、バス29を介して相互に通信可能に接続されている。
 CPU12は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、CPU12は、ROM14から推定プログラム15等の各種プログラムを読み出し、RAM16を作業領域としてプログラムを実行する。CPU12は、ROM14に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。なお、本実施形態では図2に示すように、RAM16に推定プログラム15が格納されている形態を示したが、本形態に限定されず、例えば、ストレージ18に推定プログラム15が格納されていてもよい。
 ROM14は、推定プログラム15を含む各種プログラム及び各種データを格納する。RAM16は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ18は、HDD(Hard Disk Drive)又はSSD(Solid State Drive)により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
 入力I/F20は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。なお、本実施形態に限定されず、入力I/F20は、音声により各種の入力を行うために使用可能な形態であってもよい。
 表示部22は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部22は、タッチパネル方式を採用して、入力I/F20として機能しても良い。また、表示部22は、可視表示に限定されず、スピーカ等の可聴表示を行う機能を有していてもよい。
 通信I/F24は、推定装置10の外部装置等と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット(登録商標)、FDDI、及びWi-Fi(登録商標)等の規格が用いられる。
 次に、推定装置10の機能構成について説明する。
 図3は、推定装置10の一例の機能構成を示すブロック図である。
 図3に示すように、本実施形態の推定装置10は、機能構成として、入力部30及び推定部32を備える。また、一例として本実施形態の推定装置10は、出力部34及びパラメータ記憶部35をさらに備える。各機能構成は、CPU12がROM14に記憶された推定プログラム15を読み出し、RAM16に展開して実行することにより実現される。
 入力部30には、第1観測値40及び第2観測値42が入力され、入力された第1観測値40及び第2観測値42を推定部32に出力する。第1観測値40は、上述したように、任意の観測時刻に観測エリア50に存在する人間の存在数の観測値である。また、第2観測値42は、上述したように、任意の観測時刻における観測点を通過する人間の通過数の観測値である。なお、入力部30には複数の第1観測値40及び第2観測値42が入力される。入力部30に入力される第1観測値40及び第2観測値42各々の数は、限定されず、例えば、推定装置10における推定精度、及び推定対象となる領域の大きさ等に応じた数とすることができる。また、入力される第1観測値40及び第2観測値42各々の数は、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
 また、入力部30には、詳細を後述する制約条件44及び補助情報46が入力され、入力された制約条件44及び補助情報46を推定部32に出力する。さらに、入力部30には、推定対象の時刻である推定時刻48が入力され、入力された補助情報46を推定部32に出力する。なお、本実施形態の推定装置10において補助情報46は、必ずしも入力されるとは限らず、入力されない場合もある。
 推定部32には、入力部30から第1観測値40、第2観測値42、制約条件44、補助情報46、及び推定時刻48が入力される。本実施形態の推定部32は、下記(1)式又は(2)式に示した、制約条件Gを満たす予測関数Fに基づいて、通過数及び存在数の少なくとも1つを推定し推定結果Yを得る。なお、下記(1)式は、入力部30に補助情報46が入力されない場合に用いられる推定結果Yの演算式を表し、下記(2)式は、入力部30に補助情報46が入力された場合に用いられる推定結果Yの演算式を表す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
 上記(1)式及び(2)式において、Sは、第1観測値40であり、欠損値も含む。また、Cは、第2観測値42であり、欠損値も含む。また、s.t.はsubject toを表す。また、Gは制約条件44を表す。制約条件G(制約条件44)は、第1観測値40と第2観測値42の相互間に成立する制約条件である。
 例えば、制約条件Gとしては、観測エリア50における存在数Sと、存在数Sの一部を構成する通過数Cとの大きさについての制約条件が挙げられる。
 例えば、図4に示すように、観測エリア5018における存在数Si,tの第1観測値40が得られているとする。また、観測エリア5018内の観測点5214における通過数Ci,1,tが得られておらず、観測エリア5018内の観測点5216における通過数Ci,2,tが得られているとする。なお、存在数Si,t及び通過数Ci,tにおけるiは、観測エリア50を表す符号であり、tは、観測時刻を表す符号である。この場合、例えば、下記(3)式が制約条件Gとして成り立つ。下記(3)式は、存在数Si,tが通過数Ci,1,t及び通過数Ci,2,tを加算した値以上である制約条件Gを表している。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
 また例えば、制約条件Gとしては、ある観測エリア50の存在数Sに影響を与える、観測エリア50の範囲についての制約条件が挙げられる。
 例えば、図5に示した例では、人間の移動速度を考慮した場合、時刻t+1における観測エリア5024の存在数Si,t+1には、時刻tにおける観測エリア5020~5023、及び5025~5028の各々における存在数Sj、tが影響を与え得る。そのため、観測エリア5024における存在数Sの推定に対しては、観測エリア5020~5023、及び5025~5028を用いた制約条件Gが成り立つ。
 なお、制約条件Gは上記各例に限定されないことはいうまでもない。
 さらに、上記(2)式においてAは、補助情報46を表す。補助情報A(補助情報46)は、観測対象である人間の移動に影響を及ぼす補助情報である。補助情報Aを用いることにより、存在数Sと通過数Cとの相関に関するパラメータを導出する精度を向上させることができる。本実施形態では、補助情報Aの一例として、地理情報M、イベント情報E、及び交通機関の輸送量情報Trを用いている。
 地理情報Mとは、人間が歩行可能なエリアであるか否かを表す情報である。例えば、地理情報Mによれば、観測エリア50内の観測点52が1つである場合における、当該観測点52が観測エリア50全体においてカバーし得る人流の程度を考慮することができる。図6を参照して、地理情報Mの具体例について説明する。図6に示した観測エリア5030では、人間が歩行するであろう領域に制限が設けられている。図6に示した例では、領域51は、森林等の人間が通過しない領域であり、領域51は、歩行路等の人間が通過するのに用いる領域を示しており、観測点5220は、領域51上の地点である。この場合、観測エリア5030の存在数Si,tとしては、領域51の部分のみ考慮すればよい。図6に示した例では、観測点5220の通過数Ci,1,tが観測エリア5030の存在数Si,tに示す割合が大きくなる。
 また、イベント情報Eとは、各種イベントが行われるイベント会場64が設けられた観測エリア50の位置、イベントの開始時刻、及びイベントの終了時刻等を表す情報である。例えば、イベントの開始時刻の前後ではイベント会場64へ向けて移動する人流が増加する。一方、イベントの終了時刻の前後ではイベント会場64から他へ移動する人流が増加する。従って、イベントの開始時刻及び終了時刻の前後では、他の時間帯と切り分けて推定を行うことが好ましい。図7を参照して、イベント情報Eの具体例について説明する。図7に示した例では、観測エリア5034にイベント会場64が存在する。そのため、イベントの開始時刻の前後では、観測エリア5034の周辺の観測エリア5030~5033、及び5035~5038から観測エリア5034に向かう人流が増加し、観測エリア5033の存在数Sが増加する。一方、イベントの終了時刻の前後では、観測エリア5034の周辺の観測エリア5030~5033、及び5035~5038へ観測エリア5034から向かう人流が増加し、観測エリア5033の存在数Sが減少する。
 また、交通機関の輸送量情報Trとは、存在数S及び通過数Cに影響を与え得る規模の、鉄道及びバス等の公共交通機関や、車両等の交通機関による輸送量を表す情報である。図1を参照して、交通機関の輸送量情報Trの具体例について説明する。図1に示した例では、鉄道の駅60を利用する乗降客が比較的多い場合、乗降客の数や、鉄道の到着時刻等が観測エリア50の存在数Si,t、及び改札口周辺の観測点52の通過数Ci,1,tに大きな影響を与える。
 なお、補助情報Aは、上記各例に限定されないことはいうまでもなく、例えば、地理情報M、イベント情報E、及び交通機関の輸送量情報Trのいずれか1つであってもよい。また例えば、補助情報Aは、観測エリア50及び観測点52の天候情報等であってもよい。
 推定部32は、上記(1)式又は(2)式の演算は、第1観測値40と、第1観測値40に対応する推定結果Yとの差の絶対値、第2観測値42と、第2観測値42に対応する推定結果Yとの差の絶対値を用いて表される目的関数を、推定結果Yが制約条件を満たす下で最適化することにより行われる。例えば、任意の推定時刻48の存在数Sを推定する場合、任意の推定時刻48の存在数Sである推定結果Yと、存在数の観測値S’との差の絶対値|S’-Y|が目的関数となる。また例えば、任意の推定時刻48の通過数Cを推定する場合、任意の推定時刻48の通過数Cである推定結果Yと、存在数の観測値C’との差の絶対値|C’-Y|が目的関数となる。
 また、本実施形態の推定部32は、上記F(S,C)を回帰式として考え、当該回帰式の回帰パラメータβを最適化することで、制約条件Gを満たす第1観測値40と第2観測値42との相関性に関するパラメータを得る。
 一例として、本実施形態では、推定部32により最適化されたパラメータβは、パラメータ記憶部35に記憶される。パラメータ記憶部35は、例えば、ストレージ18等である。
 さらに、本実施形態の推定部32は、パラメータ記憶部35に記憶されているパラメータβを用いて、上記(1)式又は(2)式に基づいて、任意の推定時刻48に応じた推定結果Yを導出して出力部34に出力する。出力部34は、推定部32から入力された推定結果Yを推定結果36とて、通信I/F24等により推定装置10の外部に出力する。なお、本実施形態に限定されず、出力部34は、推定結果36を自装置の表示部22に出力し、表示に推定結果36を表示させる形態であってもよい。
 次に、本実施形態の推定装置10の作用について説明する。
 本実施形態の推定装置10による推定処理は、上記パラメータβを最適化する第1推定処理と、最適化されたパラメータβを用いた上記(1)式又は(2)式により任意の推定時刻における存在数S及び通過数Cの少なくとも1つを推定する第2推定処理とを含む。
 まず、第1推定処理について説明する。図8は、本実施形態の推定装置10による推定処理における第1推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。CPU12がROM14から推定プログラム15を読み出して、RAM16に展開して実行することにより、第1推定処理が行なわれる。なお、図8に示した第1推定処理では、制約条件Gは、推定装置10内に事前に得られているものとしている。
 ステップS100においてCPU12には、入力部30として、第1観測値40である存在数S、第2観測値42である通過数Cが入力される。また、CPU12には、入力部30として、補助情報Aである地理情報M、イベント情報E、及び交通機関の輸送量情報Trが入力される。なお、図8には、補助情報46である補助情報Aが入力部30に入力される形態について示したが、上述したように補助情報Aの入力は必須ではない。
 次のステップS102においてCPU12は、推定部32として、上述したように、上記F(S,C)を回帰式として考えた際の当該回帰式の回帰パラメータβの初期値を設定する。
 次のステップS104においてCPU12は、推定部32として、上述したように、目的関数により推定結果Yに対応する観測値との差の絶対値を最小とするように、パラメータβを最適化する。
 次のステップS106においてCPU12は、推定部32として、パラメータβの値が収束したか否かを判定する。一例として本実施形態では、推定結果Yに対応する観測値との差の絶対値が所定の範囲内となった場合、CPU12は、パラメータβの値が収束したとみなす。パラメータβの値が収束していない場合、換言すると推定結果Yに対応する観測値との差の絶対値が所定の範囲外である場合、ステップS106の判定が否定判定(NO)となり、ステップS104に戻る。この場合、再びステップS104の処理により、パラメータβの最適化が行われる。一方、パラメータβの値が収束している場合、換言すると推定結果Yに対応する観測値との差の絶対値が所定の範囲内である場合、ステップS106の判定が肯定判定(YES)となり、ステップS108に移行する。
 ステップS108においてCPU12は、推定部32として、パラメータβの収束値をパラメータ記憶部35に格納した後、本第1推定処理を終了する。
 次に、第2推定処理について説明する。図9は、本実施形態の推定装置10による推定処理における第2推定処理の流れの一例を示すフローチャートである。CPU12がROM14から推定プログラム15を読み出して、RAM16に展開して実行することにより、第2推定処理が行なわれる。
 ステップS200においてCPU12には、入力部30として、任意の推定時刻48が入力される。
 次のステップS202においてCPU12は、推定部32として、パラメータ記憶部35からパラメータβを取得する。
 次のステップS204においてCPU12は、推定部32として、上述したように上記(1)式又は(2)式に基づいて、推定時刻48に応じた推定結果Yである、補助情報46における所望の観測エリア50の存在数S、及び所望の観測点52の通過数Cの少なくとも1つを導出して出力部34に出力する。
 次のステップS206においてCPU12は、出力部34として、上述したように推定結果36を出力した後、本第2推定処理を終了する。
 なお本実施形態では一例として上述のように、推定装置10において行われる第1推定処理と第2推定処理とを別個の処理として扱った形態について説明したが、本実施形態に限定されず第1推定処理と第2推定処理とを一連の処理として扱ってもよい。なお、本実施形態のように第1推定処理及び第2推定処理を別個の処理として扱う場合、推定プログラム15についても、各々に対応する別個のプログラムとしてもよい。また、第1推定処理を行う推定部32の機能と、第2推定処理を行う推定部32の機能との各々を別個の推定装置10が備える構成としてもよい。
 以上説明したように、本実施形態の推定装置10は、入力部30及び推定部32を備える。入力部30は、複数の観測エリア50の各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象である人間の存在数Sである第1観測値40と、各々が複数の観測エリア50のいずれかに含まれる複数の観測点52の各々についての、複数の観測時刻の各々における人間の通過数Cである第2観測値42と、が入力される。推定部32は、第1観測値40及び第2観測値42の相互間に成立する制約条件Gと、第1観測値40と、第2観測値42と、に基づいて、複数の観測点52のいずれかの観測点52における任意の推定時刻48の人物の通過数C、及び複数の観測エリア50のいずれかの観測エリア50における任意の推定時刻48の人物の存在数Sの少なくとも1つを推定する。
 上記構成により本実施形態の推定装置10によれば、観測エリア50の存在数S及び観測点52の通過数Cの相関性を考慮して、人間の移動(人流)についての推定を行うため、推定の精度を向上させることができる。本実施形態の推定装置10によれば、観測エリア50の存在数S及び観測点52の通過数Cの相関性を考慮しているため、存在数S及び通過数Cの観測値に欠損値がある場合でも、高精度の推定を行うことができる。
 なお、本実施形態では、観測対象が人間である形態について説明したが、観測対象は本形態に限定されない。例えば、観測対象は、車両等であってもよい。このように本開示の推定装置は、時系列を有するデータに適用が可能である。
 なお、上記各実施形態でCPUがソフトウェア(プログラム)を読み込んで実行した推定処理を、CPU以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等の製造後に回路構成を変更可能なPLD(Programmable Logic Device)、及びASIC(Application Specific Integrated Circuit)等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、推定処理を、これらの各種のプロセッサのうちの1つで実行してもよいし、同種又は異種の2つ以上のプロセッサの組み合わせ(例えば、複数のFPGA、及びCPUとFPGAとの組み合わせ等)で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
 また、上記各実施形態では、推定プログラム15がROM14に予め記憶(インストール)されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、CD-ROM(Compact Disk Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disk Read Only Memory)、及びUSB(Universal Serial Bus)メモリ等の非一時的(non-transitory)記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
 以上の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
 (付記項1)
 メモリと、
 前記メモリに接続されたプロセッサと、
 を含み、
 前記プロセッサは、
 複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値と、を受け付け、
 前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定する、
 ように構成されている推定装置。
 (付記項2)
 推定処理を実行するようにコンピュータによって実行可能なプログラムを記憶した非一時的記憶媒体であって、
 前記推定処理は、
 複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値と、が入力されると、
 前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定する、
 非一時的記憶媒体。
10 推定装置
12 CPU
14 ROM
15 推定プログラム
18 ストレージ
30 入力部
32 推定部
40 第1観測値
42 第2観測値
44 制約条件
46 補助情報

Claims (6)

  1.  複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値と、が入力される入力部と、
     前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定する推定部と、
     を備えた推定装置。
  2.  前記推定部は、前記第1観測値と、前記第1観測値に対応する推定結果との差、及び前記第2観測値と、前記第2観測値に対応する推定結果との差を用いて表される目的関数を、前記推定結果が前記制約条件を満たす下で最適化するように、前記少なくとも1つを推定する、
     請求項1に記載の推定装置。
  3.  前記制約条件は、前記観測エリアについての前記観測時刻における前記第1観測値が、前記観測エリアに含まれる複数の観測点の各々についての前記観測時刻における前記第2観測値の和以上であることである、
     請求項1又は請求項2に記載の推定装置。
  4.  前記推定部は、前記観測対象の移動に影響を及ぼす補助情報を更に用いて前記少なくとも1つを推定する、
     請求項1~請求項3の何れか1項に記載の推定装置。
  5.  入力部に、複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値と、が入力されるステップと、
     推定部により、前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定するステップと、
     を備えた推定方法。
  6.  複数の観測エリアの各々についての、複数の観測時刻の各々における観測対象の存在数である第1観測値と、各々が前記複数の観測エリアのいずれかに含まれる複数の観測点の各々についての、複数の観測時刻の各々における前記観測対象の通過数である第2観測値とを受け付け、
     前記第1観測値及び前記第2観測値の相互間に成立する制約条件と、前記第1観測値と、前記第2観測値と、に基づいて、前記複数の観測点のいずれかの観測点における任意の推定時刻の前記観測対象の通過数、及び前記複数の観測エリアのいずれかの観測エリアにおける任意の推定時刻の前記観測対象の存在数の少なくとも1つを推定する、
     ことをコンピュータに実行させるための推定プログラム。
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