JP7621874B2 - Automated Learning System - Google Patents
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Description
本実施形態は、自動学習システムに関する。 This embodiment relates to an automatic learning system.
鉄道等の車両において、車両の経年変化、環境変化、乗客の行動様式の変化等によって、車両の製造時点では想定できない事象が生じ得る。このため、自動運転技術において、車両の様々な機器の制御に用いられる制御パラメータは、車両製造時に定義された後、恒久的に適切であるとは限らない。 In railway and other vehicles, events that could not be anticipated at the time of vehicle manufacture may occur due to aging of the vehicle, changes in the environment, changes in passenger behavior, etc. For this reason, in autonomous driving technology, the control parameters used to control various equipment on the vehicle may not remain appropriate permanently after they are defined at the time of vehicle manufacture.
しかし、制御パラメータは、車両の制御装置に組み込まれたソフトウェアに定義されているため、制御パラメータの更新は容易ではなかった。 However, because the control parameters are defined in software built into the vehicle's control device, updating the control parameters is not easy.
車両の状態や車両の使用環境に応じて、車両の制御パラメータを適切な状態にすることができる自動学習システムを提供する。 We provide an automatic learning system that can set vehicle control parameters to appropriate states depending on the vehicle's condition and the vehicle's usage environment.
本実施形態による自動学習システムは、車両を制御するために用いられる制御パラメータを有する自動学習システムである。第1自動学習装置は、データ格納部と、学習実行部と、パラメータ生成部と、出力部とを備える。データ格納部は、運行中の前記車両から収集された前記第1制御パラメータに関するデータを蓄積する。学習実行部は、データを分析して回帰モデルまたは分類型モデルを生成する。パラメータ生成部は、回帰モデルまたは分類型モデルを用いて新しい第2制御パラメータを生成する。出力部は、第2制御パラメータを出力する。第2自動学習装置は、車両に搭載され、パラメータ格納部と、パラメータ制御部と、車両制御部とを備える。パラメータ格納部は、第1自動学習装置からの第2制御パラメータを格納する。パラメータ制御部は、第1制御パラメータを第2制御パラメータで更新する。車両制御部は、第2制御パラメータを用いて車両を制御する。 The automatic learning system according to this embodiment is an automatic learning system having control parameters used to control a vehicle. The first automatic learning device includes a data storage unit, a learning execution unit, a parameter generation unit, and an output unit. The data storage unit accumulates data related to the first control parameters collected from the vehicle during operation. The learning execution unit analyzes the data to generate a regression model or a classification model. The parameter generation unit generates a new second control parameter using the regression model or the classification model. The output unit outputs the second control parameter. The second automatic learning device is mounted on the vehicle and includes a parameter storage unit, a parameter control unit, and a vehicle control unit. The parameter storage unit stores the second control parameter from the first automatic learning device. The parameter control unit updates the first control parameter with the second control parameter. The vehicle control unit controls the vehicle using the second control parameter.
以下、図面を参照して本発明に係る実施形態を説明する。本実施形態は、本発明を限定するものではない。図面は模式的または概念的なものであり、各部分の比率などは、必ずしも現実のものと同一とは限らない。明細書と図面において、既出の図面に関して前述したものと同様の要素には同一の符号を付して詳細な説明は適宜省略する。 Below, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. The present invention is not limited to this embodiment. The drawings are schematic or conceptual, and the ratio of each part is not necessarily the same as the actual one. In the specification and drawings, elements similar to those described above with respect to the previous drawings are given the same reference numerals, and detailed explanations are omitted as appropriate.
(第1実施形態)
図1は、第1実施形態による自動学習システムの構成例を示すブロック図である。本実施形態による自動学習システム1は、車両100と、サーバ200とを備えている。車両100は、例えば、鉄道を走行する複数の列車編成を構成する。図1において、車両100を1つだけ示しているが、各列車編成は、複数の車両で構成される。また、鉄道では、複数の列車編成が運行されている。
First Embodiment
Fig. 1 is a block diagram showing an example of the configuration of an automatic learning system according to a first embodiment. The
車両100は、パラメータ制御装置109と、パラメータ格納部110と、車両制御装置120とを備える。パラメータ制御部としてのパラメータ制御装置109は、サーバ200から送信される制御パラメータおよびその固有名称を受信する。パラメータ格納部110は、車両100を制御するために用いられる種々の制御パラメータ111を格納している。パラメータ制御装置109は、例えば、PC(Personal Computer)等でよい。パラメータ格納部110は、例えば、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置でよい。制御パラメータ111は、車両100の駆動装置、空調装置、照明装置等を自動制御するパラメータである。従って、制御パラメータは、速度の切り替え、空調の切り替え、照明の切り替え、車両100の速度、ノッチ切り替え、ブレーキ等のタイミングを決定する。車両制御装置120は、車両100の駆動装置、空調装置、照明装置等を制御パラメータに基づいて制御する。制御パラメータは、多種に亘って設定されている。個々の制御パラメータを区別して更新可能にするために、各制御パラメータは、識別子として固有の名称が付されている。パラメータ制御装置109、パラメータ格納部110および車両制御装置120は、第2自動学習装置700を構成している。
The
車両100は、例えば、空調装置130と、温度湿度センサ140と、応荷重センサ150とを備えている。空調装置130は、車両100内の温度および湿度等を制御する。温度湿度センサ140は、車両100内の温度および湿度を測定する。応荷重センサ150は、車両100の荷重を測定し、乗車率を算出する。空調装置130の空調や風量の設定データ、温度湿度センサ140で測定された温度および湿度のデータ、応荷重センサ150で測定された荷重や乗車率データ等のデータは、車両制御装置120へ送信されて、空調装置130の制御に用いられるとともに、ネットワーク10を介してサーバ200に送信される。車両制御装置120は、制御パラメータに基づいて空調装置130をフィードバック制御する。例えば、制御パラメータが温度または湿度の設定値である場合、車両制御装置120は、温度または湿度が制御パラメータよりも高くなったときに空調装置130を冷房にする。制御パラメータが乗車率の設定値である場合、車両制御装置120は、乗車率が制御パラメータよりも高くなったときに車両100内の温度および湿度が高くなることを想定して空調装置130の冷房を強運転にする。車両制御装置120は、例えば、PC等でよい。
The
サーバ200は、第1自動学習装置としての自動学習装置300と、制御パラメータ生成装置400と、制御パラメータ出力装置500と、表示部600とを備えている。サーバ200は、地上側に設けられており、車両100とネットワーク10を介して通信可能に接続されている。
The
自動学習装置300は、車両100からのデータを用いて、制御パラメータを算出するためのモデル(式)を自動で生成する装置である。自動学習装置300は、データ格納部310と、学習実行部320と、学習項目格納部330とを備える。
The
データ格納部310は、運行中の車両100から収集された制御パラメータに関するデータを蓄積する。例えば、上記空調装置130の設定データ、車両100内の温度データ、湿度データ、荷重データ、乗車率データ等が、車両100からネットワーク10を介して自動学習装置300に受信され、データ格納部310に格納される。データは、車両100で測定される全てのデータでよい。また、データは車両100の運行中において周期的にサンプリングされ、サンプリングされるごとに即時にサーバ200へ送信され得る。あるいは、データは、車両100の記憶部(図示せず)に所定期間の分だけ格納しておき、所定期間経過後にサーバ200へまとめて送信してもよい。このとき、データ格納部310は、データを圧縮し、バイナリ形式で蓄積する。バイナリ形式のデータは、データベースまたはCSV(Comma Separated Values)形式等のテキストのデータよりもデータ容量が小さいので、データ格納部310の容量を小さくすることができる。これにより、データ蓄積コストを低くすることができる。データ容量が小さいので、データ格納部310は、車両100で測定される全データを格納してもよく、かつ、データ保存期間は任意でよく無期限でもよい。
The
学習項目格納部330は、データ格納部310のデータから回帰モデルまたは分類型モデルを生成するために必要な情報(定義)を格納している。例えば、学習項目格納部330は、学習方法情報341と、モデル性能情報342と、学習開始契機情報343と、モデルと制御パラメータとの関係情報344と、回帰モデルまたは分類型モデル(単に、モデルともいう)の情報345とを含む。
The learning
学習方法情報341は、回帰モデルおよび分類型モデルの中から選択され使用されるアルゴリズムの情報である。回帰モデルは、例えば、線形回帰、非線形回帰のいずれでもよい。学習アルゴリズムは、Python等のプログラム言語において一般的に提供されているアルゴリズムであってもよい。あるいは、学習アルゴリズムは、独自定義したものを指定してもよい。
The
モデル性能情報342は、学習実行部320で生成された回帰モデルまたは分類型モデルとデータとの適合度を示す情報である。適合度は、例えば、図2に示すように、回帰モデルに用いられる二乗誤差、あるいは、分類型モデルに用いられる適合率、再現率、F値等がある。尚、二乗誤差については小さいほど、適合度は高いものとする。また、適合率、再現率、F値については大きいほど、適合度は高いものとする。
The
学習開始契機情報343は、学習実行部320がデータ分析を開始する条件を示す情報である。学習開始契機情報343は、例えば、図2に示すように、データ分析を開始する日時、あるいは、上記適合度の閾値でよい。設定された日時になったときに、学習実行部320は、データ格納部310のデータを用いて、データ分析を自動で開始し、モデルを生成してもよい。あるいは、既存のモデルとデータとの適合度が低下し、適合度が閾値よりも低くなった場合に、学習実行部320は、データ格納部310のデータを用いて、データ分析を自動で開始し、モデルを生成し直してもよい。
The learning start trigger information 343 is information indicating the conditions under which the learning execution unit 320 starts data analysis. For example, as shown in FIG. 2, the learning start trigger information 343 may be the date and time at which data analysis is to start, or the above-mentioned threshold value of compatibility. When the set date and time arrives, the learning execution unit 320 may automatically start data analysis using the data in the
モデルと制御パラメータとの関係情報344(単に、関係情報344ともいう)は、制御パラメータの名称とモデルに基づく制御パラメータの計算式との対応関係を示す情報である。制御パラメータの名称は、車両100の制御パラメータで予め設定された上記名称と同じであり、あるいは、それを特定可能に関連付けられた名称である。これにより、サーバ200側で生成された新たな制御パラメータで、車両100側の制御パラメータを更新することができる。
The relationship information 344 between the model and the control parameters (also simply referred to as the relationship information 344) is information that indicates the correspondence between the name of the control parameter and the calculation formula of the control parameter based on the model. The name of the control parameter is the same as the above-mentioned name that is preset in the control parameter of the
モデル345は、学習実行部320で生成された回帰モデルまたは分類型モデルである。モデル345は、学習実行部320で生成されるごとに追加され保存される。
学習方法情報341、モデル性能情報342、学習開始契機情報343、関係情報344を含む学習項目情報340は、制御パラメータごとに設けられている。車両100のパラメータ格納部110において、多数の制御パラメータが設定されている場合、その制御パラメータと同数の学習項目情報340が定義され得る。
学習項目格納部330は、データ格納部310とは別の記憶装置であってもよく、データ格納部310と同一の記憶装置であってもよい。学習項目格納部330は、例えば、HDD、SSD等の記憶装置でよい。
The learning
学習実行部320は、上述のとおり、それぞれの学習項目情報の定義にしたがってデータ分析(学習ともいう)を実行し、各制御パラメータに適した回帰モデルまたは分類型モデルを生成する。このとき、学習実行部320は、データ格納部310に格納されたデータのうち、制御パラメータに関連するデータのみをバイナリ形式から、例えば、CSV形式等のテキスト形式に復元する。以下、テキストデータの一例としてCSVデータを用いて説明する。制御パラメータに関連するデータ(学習データともいう)は、例えば、学習項目情報に定義された説明変数、目的変数等である。学習実行部320は、モデルの生成後、復元されたCSV形式のデータを廃棄してよい。これにより、データ格納部310の容量および学習項目格納部330の容量を小さくすることができる。学習実行部320は、例えば、PC等の演算装置でよい。
As described above, the learning execution unit 320 performs data analysis (also called learning) according to the definition of each learning item information, and generates a regression model or classification model suitable for each control parameter. At this time, the learning execution unit 320 restores only the data related to the control parameters from the binary format among the data stored in the
制御パラメータ生成装置400は、自動学習装置300において生成されたモデル345を用いて、制御パラメータ420を生成する装置である。制御パラメータ生成装置400は、制御パラメータ算出部410を備える。制御パラメータ算出部410は、例えば、モデル345の係数aおよび図2の関係情報344を用いて得られる数値を制御パラメータ420として算出する。このとき、モデル345に適用される算出方法は、関係情報344に定義されている。また、このとき算出される制御パラメータ420の固有名称(識別子)も、関係情報344に定義されている。モデル345から得られた制御パラメータ420は、例えば、具体的数値として得られる。制御パラメータ算出部410は、例えば、CPU等の演算装置でよい。
The control
制御パラメータ算出部410は、第2制御パラメータとしての制御パラメータ420とともに、該制御パラメータ420の固有名称を制御パラメータ出力装置500へ転送する。
The control
出力部としての制御パラメータ出力装置500は、制御パラメータ格納部510と、制御パラメータ送信部520とを備えている。制御パラメータ格納部510は、制御パラメータ生成装置400からの制御パラメータ420およびその固有名称を格納する。制御パラメータ格納部510は、例えば、HDD、SSD等の記憶装置でよい。制御パラメータ送信部520は、制御パラメータ420およびその固有名称を車両100のパラメータ格納部110へ送信する。
The control
制御パラメータ送信部520は、ネットワーク10を介してオンラインで、制御パラメータ420およびその固有名称を車両100へ送信してもよい。あるいは、制御パラメータ送信部520は、制御パラメータ送信部520に通信可能に接続された電子記録媒体(例えば、USBメモリ、SDカード)に制御パラメータ420およびその固有名称を一旦出力し、電子記録媒体を介して制御パラメータ420およびその固有名称を車両100へ格納してもよい。この場合、車両100とサーバ200との通信接続が切断されているようなオフライン状態であっても、パラメータ格納部110の制御パラメータは、電子記録媒体を介して更新することができる。
The control parameter transmission unit 520 may transmit the
パラメータ制御装置109は、サーバ200側から送信されてきた新しい制御パラメータを受信し、パラメータ格納部110は、その新しい制御パラメータを格納する。このとき、パラメータ制御装置109は、新しい制御パラメータと同一の固有名称を有する制御パラメータを、新しい制御パラメータで更新する。車両制御装置120は、パラメータ格納部110に格納された新しい制御パラメータを用いて車両100を制御する。
The
表示部600は、制御パラメータ420、モデル345、車両100の情報等の様々な情報を表示する。また、表示部600は、複数の列車編成の複数の車両100のそれぞれで用いられている制御パラメータと、制御パラメータに関連するデータとを対比して表示してもよい。表示部600は、例えば、ユーザインタフェースを兼ねたタッチパネルディスプレイでもよい。また、図示しないが、表示部600とは別に、ユーザインタフェースが設けられていてもよい。
The
図2は、学習項目情報の一例を示す概念図である。この学習項目情報では、説明変数xが乗車率であり、目的変数yが10分後の湿度である。学習アルゴリズムは、線形回帰y=a×xである。aは係数である。学習アルゴリズムの目的変数yは、車両100の或る乗車率xに対して、10分後の湿度を示している。学習データ期間は、学習実行部320がデータ分析を実行する日(学習日)よりも30日前から1日前までの期間である。学習実行部320は、学習データ期間に実測された乗車率および湿度のデータを学習アルゴリズムに適用し、係数aを算出する。
Figure 2 is a conceptual diagram showing an example of learning item information. In this learning item information, the explanatory variable x is the occupancy rate, and the objective variable y is the humidity after 10 minutes. The learning algorithm is linear regression y = a x x, where a is a coefficient. The objective variable y of the learning algorithm indicates the humidity after 10 minutes for a certain occupancy rate x of the
このとき、学習データフィルタ条件は、例えば、「ドアが閉状態であること」である。学習データフィルタ条件は、学習実行部320における分析(学習)に用いられるデータの条件である。例えば、学習データフィルタ条件が「ドアが閉状態であること」である場合、ドアが閉状態であるときに測定された乗車率および湿度のデータが用いられる。逆に、ドアが開状態であるときに測定された乗車率および湿度のデータは除去される。車両100のドア(図示せず)の開閉状態は、車両制御装置120からドアへの指令、あるいは、ドアに設置されたセンサによってわかる。
In this case, the learning data filter condition is, for example, "the door is closed." The learning data filter condition is a condition for data used for analysis (learning) in the learning execution unit 320. For example, if the learning data filter condition is "the door is closed," the occupancy rate and humidity data measured when the door is closed is used. Conversely, the occupancy rate and humidity data measured when the door is open is removed. The open/closed state of the door (not shown) of the
学習アルゴリズムは、回帰モデルまたは分類型モデルの具体的なモデル(式)を示す。本実施形態では、学習アルゴリズムは、例えば、y=a×xという線形回帰モデルである。学習アルゴリズムは、このモデル以外の線形回帰モデルであってもよく、非線形回帰モデルであってもよい。さらに、学習アルゴリズムは、分類型モデルであってもよい。 The learning algorithm indicates a specific model (formula) of a regression model or a classification model. In this embodiment, the learning algorithm is, for example, a linear regression model of y = a x x. The learning algorithm may be a linear regression model other than this model, or may be a nonlinear regression model. Furthermore, the learning algorithm may be a classification model.
学習対象編成は、制御パラメータ420の更新対象である列車編成の情報を示す。例えば、学習対象編成がA001編成およびA002編成である場合、学習実行部320は、学習データ期間においてA001編成およびA002編成から得られたデータ(例えば、乗車率、湿度、時刻)を用いて、回帰モデルの係数aを算出する。このとき、A001編成およびA002編成のドアが閉状態のときに測定されたデータが抽出される。
The learning target train set indicates information about the train set that is the target of updating the
モデル性能情報342は、上述のとおり、回帰モデルまたは分類型モデルとデータとの適合度を示す。モデル性能情報342は、例えば、学習アルゴリズムが回帰モデルである場合、モデル性能情報342は、回帰モデル(y=a×x)に対する各データの二乗誤差であってもよい。学習アルゴリズムが分類型モデルである場合、モデル性能情報342は、分類型モデルに対する各データの適合率、再現率、F値であってもよい。二条誤差、適合率、再現率、F値は、ユーザによって選択可能となっている。モデル性能情報342は、新たに生成された制御パラメータ420を車両100や列車編成に適用するか否かの判断に用いられる。
As described above, the
学習開始契機情報343は、上述のとおり、学習実行部320がデータ分析を開始する条件を示す。学習開始契機情報343は、例えば、特定日または性能低下である。特定日または性能低下は、ユーザによって選択可能である。特定日が選択されかつ「毎月1日」である場合、学習実行部320は、毎月の1日になると、データ格納部310のデータおよび学習方法情報341を用いて自動でデータ分析を実行し、新たなモデルを生成する。あるいは、性能低下が選択されかつ「P%;前日データ」である場合、学習実行部320は、前日のデータと既存のモデルとの適合度を算出する。前日のデータが既存のモデルからP%以上乖離している場合、学習実行部320はモデル性能が低下しているものと判断する。この場合、学習実行部320は、データ格納部310のデータおよび学習方法情報341を用いて自動でデータ分析を実行し、新たなモデルを生成する。
As described above, the learning start trigger information 343 indicates the conditions under which the learning execution unit 320 starts data analysis. The learning start trigger information 343 is, for example, a specific day or performance degradation. The specific day or performance degradation can be selected by the user. If a specific day is selected and it is "the first day of every month", the learning execution unit 320 automatically performs data analysis using the data in the
関係情報344は、上述のとおり、制御パラメータの名称と回帰モデルまたは分類型モデルに基づく制御パラメータの計算式との対応関係を示す。関係情報344は、例えば、制御パラメータ名と制御パラメータの計算方法との関係を示す。図2では、制御パラメータ名が「param001」であり、それに対応する計算方法が「10/a」である。即ち、制御パラメータ「param001」は、式1で表される。
param001=10/a (式1)
この制御パラメータparam001は、説明変数xおよび目的変数yの定義によれば、データ測定時から10分後の湿度上昇が10%となる乗車率を表している。即ち、乗車率が制御パラメータparam001を超えた場合に、その10分後には湿度が10%上昇すると推定される。これにより、制御装置120は、乗車率に応じて、湿度の上昇を抑制するように予め空調装置130を切り替えることができる。
As described above, the relationship information 344 indicates the correspondence between the name of the control parameter and the calculation formula of the control parameter based on the regression model or the classification model. For example, the relationship information 344 indicates the relationship between the name of the control parameter and the calculation method of the control parameter. In FIG. 2, the control parameter name is "param001" and the corresponding calculation method is "10/a". That is, the control parameter "param001" is expressed by
param001=10/a (Formula 1)
According to the definitions of explanatory variable x and objective variable y, this control parameter param001 represents the occupancy rate at which the humidity rises by 10% 10 minutes after the data is measured. That is, when the occupancy rate exceeds the control parameter param001, it is estimated that the humidity will rise by 10% 10 minutes later. This allows the control device 120 to switch the
制御パラメータ算出部410は、学習実行部320で生成されたモデルから式1を算出する。これにより、制御パラメータ「param001」の具体的数値が得られる。例えば、学習によって得られる係数aが0.256である場合、制御パラメータ算出部410は、式1の係数aに0.256を代入し、制御パラメータparam001を計算する。制御パラメータparam001=39% となる。これは、乗車率が39%の場合に、車両100内の湿度が10分後に10%上昇することを意味する。尚、モデルと制御パラメータとの関係情報344は、多数存在する場合もあるので、プログラムで記述されてもよい。
The control
次に、本実施形態による自動学習システム1の動作について説明する。
Next, the operation of the
図3は、第1実施形態による自動学習システム1の動作例を示すフロー図である。まず、サーバ200が車両100から様々な測定データを受信してデータ格納部310にバイナリ形式で圧縮して格納する(S10)。データは、例えば、車両100の温度、湿度、乗車率、ドアの開閉状態、日時等である。これらのデータは、周期的にサンプリングされ、日時に関連付けられてデータ格納部310に格納される。バイナリ形式データ(以下、バイナリデータは、データ格納部310内において、例えば、月ごとまたは日ごとにフォルダで区分けしてまとめられている。さらに、バイナリデータは、各データの項目または各データの属性ごとにフォルダで区分けしてまとめられている。
Figure 3 is a flow diagram showing an example of the operation of the
図4Aは、データ格納部310内のバイナリデータの一例を示す概念図である。データは、測定された特定期間ごとに個別のフォルダに格納されている。例えば、データは、測定された月ごとに個別のフォルダに格納されている。さらに、データは、そのデータが関連する機器(属性)ごとに個別のフォルダに格納されている。例えば、空調に関するデータ、ブレーキに関するデータ、主回路に関するデータ、ドアに関するデータがそれぞれ個別のフォルダに格納されている。
Figure 4A is a conceptual diagram showing an example of binary data in the
図4Bは、バイナリデータのデータ定義情報の一例を示す概念図である。バイナリデータのデータ項目およびそのデータに関連する機器(属性)は、データ格納部310の外部から判別できるようにデータ定義情報で定義されている。例えば、データ項目「外気温」、「湿度」、「空調運転モード」は、機器「空調」に関連する。データ項目「ドア開閉モード」は、機器「ドア」に関連する。データ定義情報によって、学習実行部320は、学習方法情報341の各項目に関連するデータをデータ格納部310から抽出することができる。
Figure 4B is a conceptual diagram showing an example of data definition information for binary data. The data items of the binary data and the devices (attributes) related to that data are defined in the data definition information so that they can be identified from outside the
尚、バイナリデータの格納の手法は、これに限定されない。従って、データ格納部310は、日ごとあるいは時間ごとにデータを個別のフォルダに格納してもよい。また、データ格納部310は、属性より詳細なデータ項目ごとに個別のフォルダに格納してもよい。このように、データをフォルダごとに区分けして格納することによって、学習実行部320が所望のデータにアクセスし易くなる。
The method of storing binary data is not limited to this. Therefore, the
次に、学習実行部320は、学習項目格納部330の学習項目情報340を参照する。このとき、図2の学習開始契機情報343に合致した学習項目情報がある場合(S20のYES)、学習実行部320は、自動的に学習を開始する。例えば、或る月の1日である場合、学習実行部320は、図2の学習項目情報に従ってデータ分析を開始する。学習開始契機情報343に合致した学習項目情報が無い場合(S20のNO)、学習実行部320は、データ解析を実行することなく学習を終了する。
Next, the learning execution unit 320 refers to the
データ分析を開始すると(S20のYES)、学習実行部320は、学習方法情報341の定義に従ってバイナリデータをデータ格納部310から抽出する(S30)。例えば、学習実行部320は、説明変数xのデータ項目として「乗車率」、目的変数yのデータ項目として「湿度」、学習データフィルタ条件のデータ項目として「ドア開閉モード」を図4Bのデータ定義情報で検索し、それぞれのデータ項目に対応する機器(属性)「空調」、「ブレーキ」、「ドア」を特定する。さらに、学習実行部320は、学習方法情報341の学習対象編成および学習データ期間に従って、データ格納部310から「A001編成」および「A002編成」、かつ、「学習日より30日前~学習日より1日前」のフォルダの中から、図4Aの機器「空調」、「ブレーキ」、「ドア」のフォルダを特定する。そして、学習実行部320は、この「空調」、「ブレーキ」、「ドア」のフォルダからバイナリデータを抽出する。
When data analysis is started (YES in S20), the learning execution unit 320 extracts binary data from the
次に、学習実行部320は、抽出されたバイナリデータをCSVデータに展開する(S40)。本実施形態において、学習実行部320は、学習に必要なデータに限定して展開する。よって、CSVデータを一時的に格納するために必要なメモリ容量は、全データを展開するために必要な容量よりもかなり小さくすることができる。また、展開後のCSVデータを読み込むために必要なメモリの容量も比較的小さくて済む。尚、効率化のために、さらに他の圧縮フォーマットを用いてもよい。 Next, the learning execution unit 320 expands the extracted binary data into CSV data (S40). In this embodiment, the learning execution unit 320 expands only the data necessary for learning. Therefore, the memory capacity required to temporarily store the CSV data can be significantly smaller than the capacity required to expand all the data. In addition, the memory capacity required to read the expanded CSV data is also relatively small. Note that other compression formats may be used for efficiency.
次に、学習実行部320は、図2で指定された学習方法情報341を用いて展開されたCSVデータを分析(学習)し、モデル(以下、第2モデル)を生成する(S50)。このとき、学習実行部320は、展開されたCSVデータを学習用データと性能評価用データとに分割する。学習実行部320は、学習用データおよび学習方法情報341を用いて第2モデルおよび係数a等を算出する。例えば、学習実行部320は、まず学習アルゴリズムとして線形回帰を用いて、乗車率と測定時から10分後の湿度データの関係を式y=a×xとしてモデル化する。yは測定時から10分後の湿度、xは乗車率、aは係数である。なお、通常は切片が存在するがここでは省略する。モデル化のため、まず学習実行部320は、乗車率データを保持したベクトルXと、乱数等によって決まる重みパラメータwを用いて、10分後の湿度データ予測値ベクトルY´を式2のように算出する。
Y´=X×w (式2)
Next, the learning execution unit 320 analyzes (learns) the expanded CSV data using the
Y'=X×w (Equation 2)
次に、学習実行部320は、10分後の湿度データベクトルYと、10分後の湿度データ予測値ベクトルY´から二乗誤差Eをもとめる。 Next, the learning execution unit 320 calculates the squared error E from the humidity data vector Y for 10 minutes later and the humidity data predicted value vector Y' for 10 minutes later.
次に、学習実行部320は、二乗誤差Eが小さくなるよう、勾配降下法等によりパラメータwの値を更新する。学習実行部320はこの計算を繰り返すこととで、二乗誤差Eが最小となるパラメータwを求め、その値を係数aとする。学習用データが少なすぎるとa×xによる推定精度が低下するので、学習用データは、或る程度多い方がよい。係数aが決まると、第2モデルがy=a×xが決まる。例えば、上記のように、a=0.256であった場合、第2モデルは、y=0.256×xとなる。 Next, the learning execution unit 320 updates the value of the parameter w using the gradient descent method or the like so that the squared error E becomes smaller. The learning execution unit 320 repeats this calculation to find the parameter w that minimizes the squared error E, and sets this value as the coefficient a. If there is too little learning data, the estimation accuracy by a×x decreases, so it is better to have a certain amount of learning data. Once the coefficient a is determined, the second model is determined as y = a×x. For example, if a = 0.256 as above, the second model is y = 0.256×x.
係数aが決まると、第2モデルとしてy=a×xが決まる。例えば、上記のように、a=0.256であった場合、第2モデルは、y=0.256×xとなる。 Once the coefficient a is determined, the second model is determined as y = a x. For example, if a = 0.256 as above, the second model is y = 0.256 x.
次に、学習実行部320は、生成された第2モデルに性能評価用データを入力し、該第2モデルとデータとの適合度を示すモデル性能情報を計算する(S60)。モデル性能情報342は、例えば、二乗誤差、正解率、適合率、再現率、F値等から選択される。回帰モデルの場合には、二乗誤差が用いられる。このとき得られたモデル性能情報は、生成した第2モデルに関連付けられて学習項目格納部330に格納される。
Next, the learning execution unit 320 inputs the performance evaluation data into the generated second model, and calculates model performance information indicating the degree of fit between the second model and the data (S60). The
尚、モデル性能情報に閾値を予め設定しておき、第2モデルとデータとの適合度が閾値よりも低い場合に、学習実行部320は、その第2モデルを破棄してもよい。モデル性能情報の閾値は、学習項目格納部330に格納すればよい。
In addition, a threshold value may be set in advance for the model performance information, and if the degree of fit between the second model and the data is lower than the threshold value, the learning execution unit 320 may discard the second model. The threshold value for the model performance information may be stored in the learning
次に、学習実行部320は、車両100に既に適用されている現バージョンのモデル(以下、第1モデル)を、学習項目格納部330より読み出す。また、学習実行部320は、第2モデルに対するモデル性能情報と同様に、同一の性能評価用データを用いて第1モデルについてモデル性能情報を計算する(S70)。さらに、学習実行部320は、性能評価用データに対する第1モデルの適合度を示す第1モデル性能情報と、性能評価用データに対する第2モデルの適合度を示す第2モデル性能情報とを比較する(S80)。
Next, the learning execution unit 320 reads out the current version of the model (hereinafter, the first model) that is already applied to the
第2モデル性能情報が第1モデル性能情報よりも適合度において高い場合(S80のYES)、制御パラメータ算出部410は、モデルと制御パラメータの関係情報344に、第2モデルを適用して、新しい制御パラメータ(第2制御パラメータ)を生成する(S90)。この場合、第2制御パラメータは、制御パラメータ格納部510に保存され、制御パラメータ送信部520から車両100へ送信される(S100)。第2制御パラメータは、パラメータ制御装置109で受信され、パラメータ格納部110に格納される。パラメータ制御装置109は、第1制御パラメータを第2制御パラメータで更新する(S110)。尚、適合度が高い場合とは、回帰モデルの二乗差が小さいこと、あるいは、分類型モデルの適合率、再現率、F値が大きいことを意味するが、他の指標であっても良い。また、第1モデル作成時の性能評価用データに対する第2モデルの適合度を求め、第1モデル作成時の第1モデルの適合度と比較することによって、第2モデルの汎化性能をより厳密に検証してもよい。
If the second model performance information is higher in the degree of fit than the first model performance information (YES in S80), the control
第2モデル性能情報が第1モデル性能情報よりも適合度において低い場合(S80のNO)、制御パラメータ算出部410は、第2制御パラメータを生成しない。この場合、車両制御装置120は、既存の第1制御パラメータを更新せずにそのまま用いて車両100を制御する(S120)。このとき、第2モデルおよび第2制御パラメータは、破棄してよい。
その後、自動学習システム1は、図3の学習および制御パラメータの更新を繰り返し実行する。これにより、車両100の車両の経年変化、環境変化、乗客の行動様式の変化等に適応した制御パラメータへ自動更新することができる。
If the second model performance information has a lower degree of conformance than the first model performance information (NO in S80), the control
Thereafter, the
(制御パラメータ)
例えば、図5Aは、車両100のパラメータ格納部110に格納されている制御パラメータの具体例を示す図である。図5Bは、車両制御装置120の制御プログラムの一部の概略を示す図である。
(Control parameters)
For example, Fig. 5A is a diagram showing a specific example of control parameters stored in the
空調装置130は、冷房を強力に効かせる冷房強運転モードと、冷房を弱めに効かせる冷房弱運転モードとを自動で切り換えることができるとする。この冷房強運転モードと冷房弱運転モードとの切り替え条件は、既存の知見より、10分後の車内湿度が10%以上上昇する乗車率によって規定されている。この乗車率(第1制御パラメータ)は、図5Aに示す制御パラメータ名「param001」に定義されており、現状、40%に設定されている。この乗車率40%は、第1制御パラメータとして車両100のパラメータ格納部110に、制御パラメータ名「param001」に関連付けられて格納されている。図5Aには、その他の制御パラメータ「param002」、・・・「paramXXX」が設定されているが、ここでは、制御パラメータ「param001」に着目する。
The
図5Bでは、もし、乗車率が「param001」で設定された40%を超えた場合に、車両制御装置120は、空調モードを切り替えることを記述している。図5Bでは、空調モードについての記述は、省略されているが、本実施形態では、乗車率が40%を超えた場合に、車両制御装置120は、空調装置130を冷房強運転モードに切り替えるものとする。
Figure 5B describes that if the occupancy rate exceeds 40% set in "param001", the vehicle control device 120 will switch the air conditioning mode. Although the description of the air conditioning mode is omitted in Figure 5B, in this embodiment, if the occupancy rate exceeds 40%, the vehicle control device 120 will switch the
図3のステップS110において、既存の制御パラメータ(第1制御パラメータ)「param001」を第2制御パラメータで更新する場合、図5Aのパラメータ格納部110の「param001」に定義された乗車率「Value=40」を第2制御パラメータの数値に更新すればよい。
In step S110 of FIG. 3, when updating the existing control parameter (first control parameter) "param001" with the second control parameter, the occupancy rate "Value=40" defined in "param001" of the
図5Aの「param001」で設定された「max」は、乗車率の上限を示し、「min」は、乗車率の下限を示す。乗車率の単位は、パーセントであるので、「max=100」であり、「min=0」である。制御パラメータの更新において、第2制御パラメータが0~100%以外の異常値である場合、第2制御パラメータは破棄する。このように、パラメータ格納部110は、第2制御パラメータの異常値を除くために、制御パラメータの上限値および下限値の設定も格納している。尚、制御パラメータの上限値および下限値は、安全面を考慮して更新されないように固定化することが好ましい。
The "max" set in "param001" in FIG. 5A indicates the upper limit of the occupancy rate, and "min" indicates the lower limit of the occupancy rate. The unit of occupancy rate is percentage, so "max = 100" and "min = 0". When updating the control parameters, if the second control parameter is an abnormal value other than 0 to 100%, the second control parameter is discarded. In this way, the
(モデル性能情報)
図6Aは、第1モデルM1と性能評価用データDとの関係を示すグラフである。ステップS70において、第1モデルについてモデル性能情報を計算する。このとき、第1モデルM1と性能評価用データDとの関係は、図6Aのグラフのようになる。第1モデルM1の係数aは、例えば、0.18であり、第1モデル性能情報としての誤差率は、例えば、0.02である。
(Model performance information)
Fig. 6A is a graph showing the relationship between the first model M1 and the performance evaluation data D. In step S70, model performance information is calculated for the first model. At this time, the relationship between the first model M1 and the performance evaluation data D is as shown in the graph of Fig. 6A. The coefficient a of the first model M1 is, for example, 0.18, and the error rate as the first model performance information is, for example, 0.02.
図6Bは、第2モデルM2と性能評価用データDとの関係を示すグラフである。ステップS60において、第2モデルについてモデル性能情報を計算する。このとき、第2モデルM2と性能評価用データDとの関係は、図6Bのグラフのようになる。第2モデルM2の係数aは、例えば、0.256であり、第2モデル性能情報としての誤差率は、例えば、0.01である。 Figure 6B is a graph showing the relationship between the second model M2 and the performance evaluation data D. In step S60, model performance information is calculated for the second model. At this time, the relationship between the second model M2 and the performance evaluation data D is as shown in the graph in Figure 6B. The coefficient a of the second model M2 is, for example, 0.256, and the error rate as the second model performance information is, for example, 0.01.
第1および第2モデル性能情報を比較すると、第2モデル性能情報の誤差率は、第1モデル性能情報の誤差率よりも低い。即ち、第2モデル性能情報は、第1モデル性能情報よりも適合度において高い。よって、この場合、ステップS90において、制御パラメータ算出部410は、新しい第2制御パラメータを生成し、第1制御パラメータは第2制御パラメータで更新される。
When the first and second model performance information are compared, the error rate of the second model performance information is lower than the error rate of the first model performance information. In other words, the second model performance information has a higher degree of conformance than the first model performance information. Therefore, in this case, in step S90, the control
(制御パラメータの更新)
図7Aは、第2モデルM2と第2制御パラメータを示すグラフである。図7Bは、第2制御パラメータで更新後の制御パラメータの一例を示す図である。
(Update of control parameters)
Fig. 7A is a graph showing the second model M2 and the second control parameter, and Fig. 7B is a diagram showing an example of the control parameter after being updated with the second control parameter.
ステップS110において、第1制御パラメータを第2制御パラメータで更新する場合、パラメータ制御装置109は、パラメータ名でパラメータ格納部110を検索し、同一のパラメータ名を有する制御パラメータを更新する。例えば、第2制御パラメータのパラメータ名が「param001」である場合、パラメータ制御装置109は、パラメータ格納部110内の「param001」を検索して、それに対応する既存の第1制御パラメータを更新する。図5Aに示すように第1制御パラメータが40%であり、図7Aに示すように第2制御パラメータが39%(=10/0.256)である場合、車両制御装置120は、図7Bに示すように、「param001」の40%を39%へ変更する。これにより、乗車率が39%を超えたときに、10分後の湿度は10%上昇すると推測されるので、車両制御装置120は、空調装置130を冷房強運転モードへ切り替える。
In step S110, when updating the first control parameter with the second control parameter, the
尚、第1制御パラメータと第2制御パラメータとが同一値である場合には、第1制御パラメータは、第2制御パラメータで更新する必要はない。 When the first control parameter and the second control parameter have the same value, the first control parameter does not need to be updated with the second control parameter.
(制御パラメータの更新の承認)
第2制御パラメータは、制御パラメータ出力装置500から複数の車両100へ送信されてもよい。例えば、図8は、第2制御パラメータの配信の許可または禁止を表示する表示部600の画面例を示す図である。配信対象は、第2制御パラメータを配信する列車編成を示す。この例では、編成P4515およびP5442が配信対象となっている。
(Approval of control parameter updates)
The second control parameter may be transmitted from the control
モデル性能情報は、第1および第2モデルのそれぞれのモデル性能情報を示している。図6Aおよび図6Bでは、モデル性能情報は、誤差率で示されているが、図8では、正解率で示されている。表示部600に表示されるモデル性能情報は、特に限定されず、図2に示すモデル性能情報342のいずれを表示してもよい。ここでは、第2モデルの正解率が第1モデルの正解率よりも高い。従って、第2モデルの適合度が第1モデルの適合度よりも高い。
The model performance information shows the model performance information of each of the first and second models. In Figures 6A and 6B, the model performance information is shown as an error rate, but in Figure 8, it is shown as an accuracy rate. The model performance information displayed on the
さらに、表示部600は、第2制御パラメータを上記列車編成の車両へ配信するか否かを選択できるアイコンを表示している。第2制御パラメータを配信する場合、ユーザは、「配信する」のアイコンを選択する。第2制御パラメータを配信しない場合、ユーザは、「配信しない」のアイコンを選択する。このように、ユーザが第2制御パラメータの配信の許可または禁止を選択可能にしてもよい。
Furthermore, the
一般的に、鉄道事業者は車両の挙動が変化するような更新を行う場合、鉄道事業者内での承認を得る必要がある。従って、本実施形態による自動学習システム1は、第2制御パラメータを送信する際に、鉄道事業者に承認を促す画面を表示させることが好ましい。これにより、鉄道事業者の承認を得てから制御パラメータを更新することができる。その結果、車両100の運行の安全を確保することができる。
Generally, when a railway operator makes an update that changes the behavior of the vehicle, the railway operator must obtain approval from within the railway operator. Therefore, it is preferable that the
また、サーバ200は、複数の列車編成と通信可能に接続されている。図8に示すように、制御パラメータ出力装置500は、第2制御パラメータを、複数の列車編成のうち予め設定された一部の列車編成に出力してもよい。あるいは、制御パラメータ出力装置500は、第2制御パラメータを、通信接続された全ての列車編成に出力してもよい。この場合、各列車編成のパラメータ制御装置109は、配信された第2制御パラメータを受信すると、その第2制御パラメータの固有名称をパラメータ格納部110において検索する。第2制御パラメータの固有名称と一致する固有名称がある場合、その固有名称に対応する第1制御パラメータを第2制御パラメータで更新する。第2制御パラメータの固有名称と一致する固有名称が無い場合、その車両の制御パラメータは更新しない。
The
複数の制御パラメータの更新が、同じタイミングで実行される場合がある。この場合、多数の制御パラメータの更新の承認が同時に必要になる。鉄道事業者が各制御パラメータの更新を個別に許可することは煩雑になる可能性がある。そこで、表示部600は、一定期間内に発生した複数の制御パラメータの更新処理について、一括承認を行うように設定してもよい。
Multiple control parameter updates may be performed at the same time. In this case, approval for many control parameter updates is required at the same time. It can be cumbersome for the railway operator to approve each control parameter update individually. Therefore, the
さらに、同一形式の列車編成であっても、管轄の車両区が異なる場合がある。この場合、表示部600は、車両区単位で列車編成を指定し、制御パラメータの配信を承認してもよい。このとき、表示部600は、所定の車両区だけでなく、任意の車両区を選択して制御パラメータの配信を承認できるようにしてもよい。
Furthermore, even if the train formation is the same model, the train sections under its jurisdiction may be different. In this case, the
さらに、制御パラメータによっては、鉄道事業者の承認を省略できる。この場合、表示部600は、図8の「配信する」、「配信しない」とのアイコンの表示を省略し、承認をスキップしてもよい。
Furthermore, depending on the control parameters, approval from the railway operator may be omitted. In this case, the
このように、本実施形態によれば、車両100の製造時において想定していなかった機器の制御パラメータについても、一意の固有名称(識別子)を付与してパラメータ格納部110に登録しておくことによって、特定の制御パラメータに限定することなく、更新され得る。これにより、パラメータ格納部110に設定された全ての制御パラメータは、外部のサーバ200からの新しい制御パラメータで更新することができる。新しい制御パラメータは、車両からの測定データを用いて、サーバ200の自動学習によって得られるモデルから生成され得る。つまり、制御パラメータは、サーバ200の自動学習と、車両100の制御パラメータの検索および更新によって自動で更新され得る。
In this way, according to this embodiment, even control parameters of devices that were not anticipated when the
制御パラメータの更新は、このように自動で実行してもよいが、ユーザが手作業で実行してもよい。制御パラメータの識別子には、jsonやxml等のデータ形式を含めてもよい。制御パラメータは、識別子と一対一に対応していてもよいが、1つの識別子に複数の制御パラメータが対応していてもよい。 Control parameter updates may be performed automatically in this way, or manually by the user. The control parameter identifier may include a data format such as json or xml. A control parameter may have a one-to-one correspondence with an identifier, or multiple control parameters may correspond to one identifier.
さらに、同一列車編成の複数の車両には、同一の機器が搭載されることが一般的である。従って、制御パラメータの識別子は、車両ごとに更新を可能とするために、例えば、車両番号と固有名称との組み合わせでもよい。 Furthermore, it is common for the same equipment to be installed in multiple cars of the same train configuration. Therefore, the identifier for the control parameters may be, for example, a combination of the car number and a unique name, so that it can be updated for each car.
(列車編成への配信方法の変形例)
一般に、自動学習によって生成されたモデルは、過去のデータに対する適合度を検証することは可能である。しかし、将来のデータに対する適合度は不明である。そのため、自動学習システム1によって生成された第2モデルおよび第2制御パラメータの性能は、車両100に適用するまで知ることはできない。このような状況において、制御パラメータの更新対象の列車編成の全てに第2制御パラメータを一斉に配信した場合、第2制御パラメータの性能が悪い場合には、列車編成に大きな障害を引き起こすリスクがある。
(Modification of the method of distributing to train configurations)
In general, it is possible to verify the suitability of a model generated by automatic learning to past data. However, the suitability to future data is unknown. Therefore, the performance of the second model and the second control parameters generated by the
そこで、本変形例による自動学習システム1は、鉄道事業者の承認後、予め登録された一部の列車編成のみに第2制御パラメータを配信する。そして、第2制御パラメータの性能を確認した後、更新対象の残りの列車編成に第2制御パラメータを配信するか否かを決定する。
Therefore, the
図9は、列車編成への配信方法の変形例を示すフロー図である。図10A~図10Cは、更新対象の列車編成における制御パラメータの更新状態を示す概念図である。 Figure 9 is a flow diagram showing a modified example of a distribution method for a train configuration. Figures 10A to 10C are conceptual diagrams showing the update state of control parameters in a train configuration to be updated.
まず、図3のステップS10~S120を実行する。このとき、ステップS100において、制御パラメータ出力装置500は、第2制御パラメータを、更新対象の列車編成のうち一部の列車編成へ配信する。更新対象の列車編成のうち一部の列車編成の第1制御パラメータが第2制御パラメータで更新される。例えば、図10Aに示すように、列車編成T1~T5のうち一部の列車編成T1、T2の第1制御パラメータP1が第2制御パラメータP2で更新される。
First, steps S10 to S120 in FIG. 3 are executed. At this time, in step S100, the control
次に、データ格納部310は、第2制御パラメータを用いて制御されている一部の列車編成からさらに更新データを収集して蓄積する(S130)。
Next, the
次に、更新データを用いて、第2モデルのモデル性能情報を計算する(S140)。このモデル性能情報の計算方法は、図3のステップS60と同じでよい。このとき、学習実行部320は、第2モデルと更新データとを用いてモデル性能情報(更新モデル性能情報ともいう)を計算する。 Next, the model performance information of the second model is calculated using the update data (S140). The method of calculating this model performance information may be the same as that of step S60 in FIG. 3. At this time, the learning execution unit 320 calculates the model performance information (also called updated model performance information) using the second model and the update data.
次に、学習実行部320は、第2モデルと更新データとの適合度(即ち、更新モデル性能情報)と閾値とを比較する(S150)。更新モデル性能情報が閾値より高い場合(S150のYES)、第2制御パラメータの性能が良好であることを示す。従って、制御パラメータ出力装置500は、第2制御パラメータを、更新対象の列車編成のうち他の列車編成(更新済み列車編成以外の列車編成)へ出力し配信する(S160)。これにより、更新対象の全ての列車編成の第1制御パラメータが、第2制御パラメータへ更新される。例えば、図10Bに示すように、列車編成T1~T5の全ての第1制御パラメータP1が第2制御パラメータP2で更新される。
Next, the learning execution unit 320 compares the degree of conformance between the second model and the update data (i.e., the updated model performance information) with a threshold value (S150). If the updated model performance information is higher than the threshold value (YES in S150), this indicates that the performance of the second control parameters is good. Therefore, the control
一方、第2モデルと更新データとの適合度(即ち、更新モデル性能情報)が閾値より低い場合(S150のNO)、第2制御パラメータの性能が悪いことを示す。従って、制御パラメータ出力装置500は、第2制御パラメータを、更新対象の列車編成のうち他の列車編成(更新済み列車編成以外の列車編成)へ出力しない。また、車両100のパラメータ制御装置109は、更新車両の第2制御パラメータを第1制御パラメータに戻す(S170)。例えば、図10Cに示すように、列車編成T1、T2の第2制御パラメータP2が第1制御パラメータP1に戻され、列車編成T3~T5は、第1制御パラメータP1のまま維持される。尚、図10A~図10Cの情報は、表示部600に表示してもよい。これにより、ユーザは、いずれの列車編成または車両の制御パラメータが更新済みか未更新かを一目で把握することができる。
On the other hand, if the degree of conformity between the second model and the update data (i.e., the update model performance information) is lower than the threshold value (NO in S150), this indicates that the performance of the second control parameters is poor. Therefore, the control
(パラメータ性能情報の可視化)
表示部600は、第1および第2制御パラメータごとに、パラメータ性能情報をグラフで表示してもよい。例えば、図11Aは、制御パラメータ「param001」のグラフ表示の定義を示す図である。表示部600は、制御パラメータの固有名称、グラフのX軸、グラフのY軸、および、グラフ形式の入力画面を表示する。ユーザは、これらの項目を入力する。図11Aでは、例えば、制御パラメータ「param001」について、乗車率と湿度との関係を散布図で表示するように入力されている。
(Visualization of parameter performance information)
The
その結果、図11Bおよび図11Cに示すように、表示部600は、制御パラメータ「param001」の第1および第2制御パラメータP1、P2のそれぞれについて、乗車率と湿度との関係を示すグラフを表示する。図11Bは、第1制御パラメータP1のパラメータ性能情報を示すグラフである。図11Cは、第2制御パラメータP2のパラメータ性能情報を示すグラフである。図11Bのデータは、第1制御パラメータP1を使用したときの測定データであり、図11Cのデータは、第2制御パラメータP2を使用したときの測定データである。
As a result, as shown in Figures 11B and 11C, the
図11Bに示すように、第1制御パラメータP1では、乗車率が上昇すると、それとともに湿度が高くなっている。これは、乗客が不快を感じることになり、空調装置130の制御が適切でないことを示している。つまり、第1制御パラメータP1が現状の車両100に適合していないことを意味する。一方、図11Cに示すように、第2制御パラメータP2では、乗車率が上昇しても、湿度はあまり変わらず一定に近い。これは、乗客が不快でなく、空調装置130の制御が適切であることを示している。つまり、第2制御パラメータP2が現状の車両100に適合していることを意味する。
As shown in FIG. 11B, with the first control parameter P1, as the occupancy rate increases, the humidity also increases. This means that the passengers feel uncomfortable, and that the control of the
このように、表示部600が、制御パラメータの各バージョンに対応するデータをグラフ表示して可視化する。これにより、ユーザは、制御パラメータの性能を視覚的に容易に把握することができる。グラフの並べ方やレイアウトは、任意に変更してよい。グラフは、散布図のほか、度数分布表、箱ひげ図、折れ線グラフ等を指定可能としてもよい。さらに、表示部600は、グラフに補助線などを重ねて表示してもよい。
In this way, the
(分類型モデル)
上記実施形態において、自動学習システム1は、学習アルゴリズムとして回帰モデルを用いている。しかし、自動学習システム1は、分類型モデルを用いてもよい。例えば、図12は、或る3つのクラスC0~C2をとり得る変数を3分類する分類型モデルの一例を示す図である。この例では、分類型モデルとして、決定木モデルを採用している。勿論、本実施形態は、決定木モデル以外の分類型モデルを採用してもよい。
(Classification model)
In the above embodiment, the
始端ノードからクラスC2までの条件を制御パラメータとする。この場合、学習実行部320および制御パラメータ算出部410は、始端ノードから終端ノードのクラスC2までのパス上に存在する分岐条件を、一連の制御パラメータとして取り出す。モデルと制御パラメータの関係情報344は、このような制御パラメータを取り出すプログラムである。この制御パラメータの固有名称を、例えば、「param999」とし、要素ごとの区切り文字を:とすると、制御パラメータは、式3で表される。
param999 = a>3:b>20:a>10 (式3)
決定木モデルは、同じ変数が複数の階層で繰り返し用いられ得るため、正規化されたテーブルを用いて制御パラメータを表現することができない。そのため、始端ノードと終端ノードに至るルート上の分岐要素を、配列として格納する必要がある。
The conditions from the starting node to class C2 are taken as control parameters. In this case, the learning execution unit 320 and the control
param999 = a>3:b>20:a>10 (Equation 3)
In a decision tree model, the same variables may be used repeatedly in multiple layers, so control parameters cannot be expressed using a normalized table. Therefore, it is necessary to store the branch elements on the route from the start node to the terminal node as an array.
以上のように、本実施形態による自動学習システム1は、列車編成の走行時に収集されるデータを自動学習して回帰モデルあるいは分類型モデルを生成し、そのモデルを用いて新しい第2制御パラメータを生成する。この第2制御パラメータを定期的に継続的に生成し、既存の第1制御パラメータを更新することによって、車両100の機器は、その時点の環境および状況に適合した制御パラメータで制御され得る。
As described above, the
制御パラメータは、車両100のパラメータ格納部110において予め設定されており、それぞれ固有名称(識別子)を有する。これにより、制御パラメータの固有名称をもとに、既存の制御パラメータを新しい制御パラメータに更新(バージョンアップ)することができる。車両制御装置120は、パラメータ格納部110に格納されている制御パラメータを用いて車両100の機器を制御する。従って、制御パラメータを更新する際に、ユーザは、車両制御装置120の制御用プログラム自体を変更する必要はなく、サーバ200が自動学習によって制御パラメータを適切な値に自動で更新または維持することができる。
The control parameters are set in advance in the
車両100から収集される測定データは、バイナリ形式でデータ格納部310に格納される。従って、データ格納部310のデータ容量を小さくすることができる。
The measurement data collected from the
さらに、本実施形態の自動学習システム1は、新しい第2制御パラメータを一部の列車編成に適用して、その一部の列車編成から収集された更新データから第2制御パラメータ、(即ち、第2モデル)の適合度を検証する。その後、自動学習システム1は、第2制御パラメータを、更新対象の全ての列車編成に適用する。これにより、第2制御パラメータが実際には車両100に適切でなかった場合であっても、列車編成の運用や保守に与える影響およびリスクを最小限に抑えることができる。
Furthermore, the
(第2実施形態)
図13は、第2実施形態による自動学習システム1の構成例を示すブロック図である。第1実施形態では、サーバ200が地上に設置されている。これに対し、第2実施形態では、サーバ200が車両100に搭載されている。車両100内の機器やセンサによって生成されるデータは、外部へ送信されず、車両100内で処理される。第2実施形態のその他の構成および動作は、第1実施形態と同様である。よって、第2実施形態は、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
Second Embodiment
Fig. 13 is a block diagram showing an example of the configuration of an
本実施形態による自動学習システム1におけるデータ処理方法の少なくとも一部は、ハードウェアで構成してもよいし、ソフトウェアで構成してもよい。ソフトウェアで構成する場合には、データ処理方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムをフレキシブルディスクやCD-ROM等の記録媒体に収納し、コンピュータに読み込ませて実行させてもよい。記録媒体は、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能なものに限定されず、ハードディスク装置やメモリなどの固定型の記録媒体でもよい。また、データ処理方法の少なくとも一部の機能を実現するプログラムを、インターネット等の通信回線(無線通信も含む)を介して頒布してもよい。さらに、同プログラムを暗号化したり、変調をかけたり、圧縮した状態で、インターネット等の有線回線や無線回線を介して、あるいは記録媒体に収納して頒布してもよい。
At least a part of the data processing method in the
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although several embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other forms, and various omissions, substitutions, and modifications can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and their modifications are within the scope of the invention and its equivalents as set forth in the claims, as well as the scope and gist of the invention.
1 自動学習システム、100 車両、200 サーバ、109 パラメータ制御装置、110 パラメータ格納部、120 車両制御装置120 空調装置、140 温度湿度センサ、150 応荷重センサ、300 自動学習装置、400 制御パラメータ生成装置、500 制御パラメータ出力装置、600 表示部 1 Automatic learning system, 100 Vehicle, 200 Server, 109 Parameter control device, 110 Parameter storage unit, 120 Vehicle control device 120 Air conditioner, 140 Temperature and humidity sensor, 150 Load sensor, 300 Automatic learning device, 400 Control parameter generation device, 500 Control parameter output device, 600 Display unit
Claims (12)
運行中の前記車両から収集された前記第1制御パラメータに関するデータを蓄積するデータ格納部と、前記データを分析して回帰モデルまたは分類型モデルを生成する学習実行部と、前記回帰モデルまたは分類型モデルを用いて新しい第2制御パラメータを生成するパラメータ生成部と、前記第2制御パラメータを出力する出力部と、を備える第1自動学習装置、
前記第1自動学習装置からの前記第2制御パラメータを格納するパラメータ格納部と、前記第1制御パラメータを前記第2制御パラメータで更新するパラメータ制御部と、前記第2制御パラメータを用いて前記車両を制御する車両制御部と、を備え、前記車両に搭載された第2自動学習装置、並びに、
前記回帰モデルまたは分類型モデルの変数およびアルゴリズムを含む学習方法情報と、前記回帰モデルまたは前記分類型モデルと前記データとの適合度を示すモデル性能情報と、前記データの分析の開始条件を示す学習開始契機情報と、前記回帰モデルまたは前記分類型モデルとを格納する学習項目格納部、
を備えた自動学習システム。 1. An auto-learning system having a first control parameter for use in controlling a vehicle, the system comprising:
a first automatic learning device including: a data storage unit that accumulates data on the first control parameters collected from the vehicle during operation; a learning execution unit that analyzes the data to generate a regression model or a classification model; a parameter generation unit that generates new second control parameters using the regression model or the classification model; and an output unit that outputs the second control parameters ;
a second automatic learning device mounted on the vehicle, the second automatic learning device including: a parameter storage unit that stores the second control parameters from the first automatic learning device; a parameter control unit that updates the first control parameters with the second control parameters; and a vehicle control unit that controls the vehicle using the second control parameters; and
a learning item storage unit for storing learning method information including variables and algorithms of the regression model or the classification model, model performance information indicating a degree of compatibility between the regression model or the classification model and the data, learning start trigger information indicating a start condition for analysis of the data, and the regression model or the classification model ;
Equipped with an automatic learning system.
前記学習実行部は、前記データのうち前記第1および第2制御パラメータに関連する学習データのみをバイナリ形式から復元し、前記回帰モデルを生成した後、復元された前記学習データを廃棄する、請求項1に記載の自動学習システム。 the data storage unit stores the data in a compressed binary format;
2. The automatic learning system according to claim 1, wherein the learning execution unit restores only learning data related to the first and second control parameters from the binary format of the data, generates the regression model, and then discards the restored learning data.
前記第2モデル性能情報が前記第1モデル性能情報よりも前記適合度において低い場合、前記パラメータ制御部は、前記第1制御パラメータを更新せず、前記車両制御部は、前記第1制御パラメータを用いて前記車両を制御する、請求項5に記載の自動学習システム。 When the second model performance information is higher in the goodness of fit than the first model performance information, the parameter control unit updates the first control parameter with the second control parameter;
6. The automatic learning system of claim 5, wherein when the second model performance information is lower in the degree of fit than the first model performance information, the parameter control unit does not update the first control parameter , and the vehicle control unit controls the vehicle using the first control parameter.
前記出力部は、前記第2制御パラメータを、前記複数の列車編成のうち予め設定された一部の列車編成に出力する、請求項5から請求項8のいずれか一項に記載の自動学習システム。 the first automatic learning device is communicatively connected to a plurality of train configurations made up of the vehicles,
9. The automatic learning system according to claim 5 , wherein the output unit outputs the second control parameters to a preset portion of the plurality of train configurations.
前記第2制御パラメータを生成するために用いられる第2回帰モデルまたは第2分類型モデルと前記更新データとの適合度が閾値より高い場合、前記出力部は、前記第2制御パラメータを該第2制御パラメータで更新された更新車両以外の車両へ出力する、請求項9に記載の自動学習システム。 the data storage unit further collects and accumulates update data from the part of the train configurations controlled using the second control parameters;
10. The automatic learning system according to claim 9, wherein when a degree of fit between a second regression model or a second classification model used to generate the second control parameter and the update data is higher than a threshold, the output unit outputs the second control parameter to a vehicle other than an update vehicle updated with the second control parameter.
前記第2回帰モデルまたは前記第2分類型モデルと前記更新データとの適合度が閾値より低い場合、前記出力部は、前記第2制御パラメータを前記更新車両以外の車両へ出力せず、前記パラメータ制御部は、前記更新車両の前記第2制御パラメータを前記第1制御パラメータに戻す、請求項10に記載の自動学習システム。 the data storage unit further collects and accumulates update data from the part of the train configurations controlled using the second control parameters;
The automatic learning system according to claim 10, wherein when a degree of fit between the second regression model or the second classification model and the update data is lower than a threshold value, the output unit does not output the second control parameter to vehicles other than the update vehicle, and the parameter control unit returns the second control parameter of the update vehicle to the first control parameter.
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