(57)【要約】【課題】比較的容易に入手できる物理ネットワークの大まかな情報である物理ネットワークにおけるノード（収容局）位置、及び物理ネットワークのノード間経路長をもとに、物理ネットワークの経路が所定のエリアを通っている確率を推定する。【解決手段】物理ネットワークにおけるノード間の経路が所定のエリアを通過する確率であるエリア通過確率を推定するエリア通過確率推定装置において、前記経路の経路長と、前記経路の始点ノードと終点ノードの間を結ぶ設置スペースの経路と、前記所定のエリアの地理的情報とを入力する入力手段と、前記経路の経路長と、前記設置スペースの経路から得られる補正値と、前記所定のエリアの地理的情報とに基づく計算式により、前記エリア通過確率を計算する演算手段とを備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理ネットワークにおけるノード間の経路が所定のエリアを通過する確率であるエリア通過確率を推定するエリア通過確率推定装置であって、
前記経路の経路長と、前記経路の始点ノードと終点ノードの間を結ぶ設置スペースの経路と、前記所定のエリアの地理的情報とを入力する入力手段と、
前記経路の経路長と、前記設置スペースの経路から得られる補正値と、前記所定のエリアの地理的情報とに基づく計算式により、前記エリア通過確率を計算する演算手段と
を備えることを特徴とするエリア通過確率推定装置。
【請求項２】
前記設置スペースの経路は、前記始点ノードと前記終点ノードの間を結ぶ最短設置スペース経路であり、前記所定のエリアの地理的情報は、当該所定のエリアの周囲長である
ことを特徴とする請求項１に記載のエリア通過確率推定装置。
【請求項３】
前記補正値は、前記最短設置スペース経路の経路長を前記所定のエリアの周囲長で割った値から得られる分割数で当該最短設置スペース経路を分割することにより求められる各近似区分線形区間の長さに基づき算出される値である
ことを特徴とする請求項２に記載のエリア通過確率推定装置。
【請求項４】
物理ネットワークにおけるノード間の経路が所定のエリアを通過する確率であるエリア通過確率を推定するエリア通過確率推定装置により実行されるエリア通過確率推定方法であって、
前記経路の経路長と、前記経路の始点ノードと終点ノードの間を結ぶ設置スペースの経路と、前記所定のエリアの地理的情報とを入力する入力ステップと、
前記経路の経路長と、前記設置スペースの経路から得られる補正値と、前記所定のエリアの地理的情報とに基づく計算式により、前記エリア通過確率を計算する演算ステップと
を備えることを特徴とするエリア通過確率推定方法。
【請求項５】
前記設置スペースの経路は、前記始点ノードと前記終点ノードの間を結ぶ最短設置スペース経路であり、前記所定のエリアの地理的情報は、当該所定のエリアの周囲長である
ことを特徴とする請求項４に記載のエリア通過確率推定方法。
【請求項６】
前記補正値は、前記最短設置スペース経路の経路長を前記所定のエリアの周囲長で割った値から得られる分割数で当該最短設置スペース経路を分割することにより求められる各近似区分線形区間の長さに基づき算出される値である
ことを特徴とする請求項５に記載のエリア通過確率推定方法。
【請求項７】
コンピュータを、請求項１ないし３のうちいずれか１項に記載のエリア通過確率推定装置における各手段として機能させるためのプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ネットワークの防災対策（被災回避制御）のための技術に関連するものである。
【背景技術】
【０００２】
ネットワークの防災対策として、災害に遭遇しにくくするという考え方が近年提唱されている（非特許文献１）。その一環で、台風などが近づく状況において、被災を回避するために論理ネットワークの地理的配備を変更する制御（被災回避制御）がある。その場合などにおいて、当該論理ネットワークを収容する物理ネットワークが地理的に災害の起こりやすい地域、すなわち、ハザードエリアを通っているかどうかは、重要な情報である。
【０００３】
しかしながら、多くの場合、物理ネットワークの地理的情報は特殊で大規模なデータベースの一部に収容されており、セキュリティの点からも、外部の情報と突き合わせることは容易ではない。そのため、被災回避制御の研究段階においては、物理ネットワークがハザードエリアを通っているかどうかの実際の情報は、使用されておらず、擬似ネットワークデータに基づき人工的にこれらの情報を作り出して用いている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】Hiroshi Saito, Concept and Implementation of "Disaster-free Network", Keynote speech, DRCN2015, Kansas City, 2015.
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
実際には、物理ネットワークが、およそ、いくつくらいのハザードエリアを通り、そのうちの１つでも実災害に至る確率がどの程度あるかを評価できる必要がある。実災害に至れば、ネットワークに影響が及ぶとすると、この確率は、災害によりネットワークに影響が及ぶ確率を表すためである。
【０００６】
上述のように、従来技術では、実験時に実際の物理ネットワーク情報でなく擬似データを用いることで、物理ネットワーク情報のデータベースへのアクセスを行わないようにしている。あるいは、物理ネットワーク情報にアクセスできると仮定している。このため、従来技術では、疑似的なネットワークデータに対する評価にとどまり、実際の物理ネットワークがハザードエリアを通過する確率については評価できない課題があった。なお、このような課題は、物理ネットワークが、ハザードエリア以外の種類のエリアを通過する確率を評価する際にも生じる課題である。
【０００７】
本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、比較的容易に入手できる物理ネットワークの大まかな情報である物理ネットワークにおけるノード（収容局）位置、及び物理ネットワークのノード間経路長をもとに、物理ネットワークの経路が所定のエリアを通っている確率を推定することを可能とする技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
管路・ケーブル・電信柱などを設置できる道路や鉄道の線路などのスペースを設置スペースと呼ぶこととする。開示の技術によれば、物理ネットワークにおけるノード間の経路が所定のエリアを通過する確率であるエリア通過確率を推定するエリア通過確率推定装置であって、
前記経路の経路長と、前記経路の始点ノードと終点ノードの間を結ぶ設置スペースの経路と、前記所定のエリアの地理的情報とを入力する入力手段と、
前記経路の経路長と、前記設置スペースの経路から得られる補正値と、前記所定のエリアの地理的情報とに基づく計算式により、前記エリア通過確率を計算する演算手段と
を備えることを特徴とするエリア通過確率推定装置が提供される。
【発明の効果】
【０００９】
開示の技術によれば、比較的容易に入手できる物理ネットワークの大まかな情報である物理ネットワークにおけるノード（収容局）位置、及び物理ネットワークのノード間経路長をもとに、物理ネットワークの経路が所定のエリアを通っている確率を推定することを可能とする技術が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施の形態におけるシステム構成図である。
【図２】ハザードエリア通過確率推定装置１００の機能構成図である。
【図３】ハザードエリア通過確率推定装置１００のハードウェア構成図である。
【図４】本実施の形態におけるモデルのイメージを示す図である。
【図５】ハザードエリア通過確率推定装置１００の処理手順を示すフローチャートである。
【図６】シミュレーションに使用した経路Rの例（一部）を示す図である。
【図７】シミュレーションに使用したハザードエリアHの例（一部）を示す図である。
【図８】方法１による効果を示す図である。
【図９】方法２による効果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（本実施の形態）を説明する。なお、以下で説明する実施の形態は一例に過ぎず、本発明が適用される実施の形態は、以下の形態に限られるわけではない。
【００１２】
以下では、ノード間の経路がハザードエリアを通過する確率を推定するための技術を説明しているが、ハザードエリアは一例であり、本発明により、ノード間の経路がハザードエリア以外の種類のエリアを通過する確率を推定することも可能である。
【００１３】
また、管路・ケーブル・電信柱などを設置できる道路や鉄道の線路などのスペースを設置スペースと呼ぶこととする。以下の実施の形態では、設置スペースの一例として、主に道路を用いる例を説明している。
【００１４】
（概要）
本実施の形態では、比較的容易に入手できる物理ネットワークの大まかな情報（物理ネットワークにおけるノード（収容局）位置、物理ネットワークのノード間経路長）をもとに、物理ネットワークにおけるノード間の経路がハザードエリアを通っている確率を推定する。この確率に加えて、ハザードエリアが実災害に至る確率を、気象データ等に基づき別途推定することができれば、災害によりネットワークに影響が及ぶ確率を得ることができる。本実施の形態では、前者、すなわち、物理ネットワークがハザードエリアを通っている確率を推定するものとし、後者、ハザードエリアが実災害に至る確率は、後述する被災回避制御装置に与えられるものとする。
【００１５】
（システム構成）
図１に、本実施の形態におけるシステムの構成を示す。図１に示すとおり、本システムは、ハザードエリア通過確率推定装置１００、ネットワーク設備簡易データベース２００、被災回避制御装置３００、制御対象ネットワーク４００、道路網情報データベース５００、ハザードエリア情報データベース６００、及びネットワーク７００を含み、図示のとおりの接続構成を有する。
【００１６】
ネットワーク設備簡易データベース２００は、制御対象ネットワーク４００を形成している物理ネットワークにおけるノード（収容局）位置、及び当該物理ネットワークのノード間経路長を格納している。また、道路網情報データベース５００は道路網情報を格納し、ハザードエリア情報データベース６００はハザードエリア情報を格納している。道路網情報データベース５００及びハザードエリア情報データベース６００はいずれも、例えば、外部の公的データベースである。
【００１７】
ハザードエリア通過確率推定装置１００は、ネットワーク設備簡易データベース２００、道路網情報データベース５００、及びハザードエリア情報データベース６００から、それぞれの情報を取得し、取得した情報を用いて、物理ネットワークにおけるノード間の経路がハザードエリアを通過する確率であるハザードエリア通過確率を推定する。
【００１８】
被災回避制御装置３００は、ハザードエリア通過確率推定装置１００により推定されたハザードエリア通過確率を用いて、制御対象ネットワーク４００に対する被災回避制御を実行する。被災回避制御は、例えば、台風が来る予報が出ているときに、土砂災害により影響を受ける可能性が高い経路上のトラフィックの経由経路を変更する、といった制御である。
【００１９】
なお、ハザードエリア通過確率推定装置１００の機能、ネットワーク設備簡易データベース２００の機能、及び被災回避制御装置３００の機能を、１つの装置に含めて構成してもよい。その場合の１つの装置を被災回避制御装置と呼んでもよいし、ハザードエリア通過確率推定装置と呼んでもよい。また、ハザードエリア通過確率推定装置をエリア通過確率推定装置と呼んでもよい。
【００２０】
＜ハザードエリア通過確率推定装置１００の構成＞
図２に、本実施の形態におけるハザードエリア通過確率推定装置１００の構成図を示す。図２に示すように、ハザードエリア通過確率推定装置１００は、ハザードエリア通過確率の推定に使用する情報（例：各データベースの情報）等を取得・入力する入力部１０１、ハザードエリア通過確率の推定のための計算を行う演算部１０２、計算の結果を出力する出力部１０３、及び、入力データ、計算途中のデータ、計算結果、プログラム等を記憶するデータ記憶部１０４を有する。
【００２１】
基本的な処理として、入力されたデータがデータ記憶部１０４に格納され、演算部１０２は、データ記憶部１０４に格納されたデータを読み取ることでハザードエリア通過確率の計算を行い、計算結果がデータ記憶部１０４に格納され、出力部１０３が計算結果を出力する。
【００２２】
本実施の形態におけるハザードエリア通過確率推定装置１００は、コンピュータに、本実施の形態で説明する処理内容を記述したプログラムを実行させることにより実現可能である。すなわち、ハザードエリア通過確率推定装置１００が有する機能は、当該コンピュータに内蔵されるＣＰＵやメモリ等のハードウェア資源を用いて、当該装置で実施される処理に対応するプログラムを実行することによって実現することが可能である。上記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な記録媒体（可搬メモリ等）に記録して、保存したり、配布したりすることが可能である。また、上記プログラムをインターネットや電子メール等、ネットワークを通して提供することも可能である。
【００２３】
図３は、本実施の形態におけるハザードエリア通過確率推定装置１００のハードウェア構成例を示す図である。図３のハザードエリア通過確率推定装置１００は、それぞれバスＢで相互に接続されているドライブ装置１５０、補助記憶装置１５２、メモリ装置１５３、ＣＰＵ１５４、インタフェース装置１５５、表示装置１５６、及び入力装置１５７等を有する。
【００２４】
ハザードエリア通過確率推定装置１００での処理を実現するプログラムは、例えば、ＣＤ−ＲＯＭ又はメモリカード等の記録媒体１５１によって提供される。プログラムを記憶した記録媒体１５１がドライブ装置１５０にセットされると、プログラムが記録媒体１５１からドライブ装置１５０を介して補助記憶装置１５２にインストールされる。但し、プログラムのインストールは必ずしも記録媒体１５１より行う必要はなく、ネットワークを介して他のコンピュータよりダウンロードするようにしてもよい。補助記憶装置１５２は、インストールされたプログラムを格納すると共に、必要なファイルやデータ等を格納する。
【００２５】
メモリ装置１５３は、プログラムの起動指示があった場合に、補助記憶装置１５２からプログラムを読み出して格納する。ＣＰＵ１５４は、メモリ装置１５３に格納されたプログラムに従ってハザードエリア通過確率推定装置１００に係る機能を実現する。インタフェース装置１５５は、ネットワークに接続するためのインタフェースとして用いられる。表示装置１５６はプログラムによるＧＵＩ（Graphical User Interface）等を表示する。入力装置１５７はキーボード及びマウス、ボタン、又はタッチパネル等で構成され、様々な操作指示を入力させるために用いられる。
【００２６】
（ハザードエリア通過確率推定装置１００の動作）
以下、ハザードエリア通過確率推定装置１００の動作例を説明する。図４は本実施の形態におけるモデルのイメージを表しており、以下で説明する各変数のイメージが図示されている。
【００２７】
＜原理＞
まず、ハザードエリア通過確率推定装置１００によるハザードエリア通過確率推定の原理について説明する。
【００２８】
ネットワーク上のあるノード間の経路Rが周囲長L_HのハザードエリアH（または、凸包の周囲長L_Hのハザードエリア）を通過する確率をPとする。経路Rが区分線形な部分l_1, …., l_nで近似できるとき、その区分線形区間長に比し、ハザードエリアが十分小さく、Hがランダムに面積Sの領域A内に現れるとモデル化できる場合に、積分幾何の理論により、Pは以下の式で表せる。
【００２９】
【数１】
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上記の式において、S_xはxの面積を表し、L_xはxの外周長を表す。さらに、Aが十分に大きく、L_HとL_{l_i}の積がS_Hより十分に大きい場合は、Pは以下の式１で表される。以下の式では、S_AをSと表記している。また、L_Rは経路Rの経路長である。
【００３０】
P= L_H*L_R/πS    式１
式１に現れる変数のうち、L_Rはネットワーク設備簡易データベース２００から得られ、L_Hはハザードエリア情報データベース６００から得られる。Sは通常、一定値であるので、予め、ハザードエリア通過確率推定装置１００のデータ記憶部１０４に記憶しておく。気象庁や国土交通省のデータを用いる場合、5kmｘ5kmの区画ごとに提供されることから、Sの一定値として、25平方キロメートルを用いてもよい。
【００３１】
単純に式１を用いてPを求めると、「区分線形区間長に比し、ハザードエリアが十分小さい」などの条件を満たさないため、Pの推定精度が劣化する。このため、ハザードエリア通過確率推定装置１００は、以下のようにして、大まかに区分線形できるよう分割して、Pを計算する。
【００３２】
＜ハザードエリア通過確率推定の処理手順＞
以下、ハザードエリア通過確率推定装置１００が実行するハザードエリア通過確率推定の処理手順を図５に示すフローチャートの手順に沿って説明する。なお、前述した図４には、以下で説明する各変数のイメージも示されている。
【００３３】
以下の処理にあたって、L_Rはネットワーク設備簡易データベース２００から既に取得され、L_Hはハザードエリア情報データベース６００から既に取得され、それぞれハザードエリア通過確率推定装置１００のデータ記憶部１０４に格納されているものとする。
【００３４】
ステップＳ１０１）ハザードエリア通過確率推定装置１００の入力部１０１が、ネットワーク設備簡易データベース２００から経路Rの終始点（始点と終点）のノード位置を取得し、データ記憶部１０４に格納する。
【００３５】
ステップＳ１０２）入力部１０１が道路網情報データベース５００から上記経路Rの終始点間を結ぶ道路経路を取得し、演算部１０２が、当該終始点間を結ぶ最短道路経路rを得る。なお、道路網情報データベース５００から最短道路経路rが取得されることとしてもよい。その経路長をL_rとする。最短道路経路rと、その経路長L_rはデータ記憶部１０４に格納される。
【００３６】
ステップＳ１０３）演算部１０２は、L_r/L_Hを計算し、計算結果を四捨五入し、その結果を分割数mとする。なお、m=0の場合はm=1に切り上げる。rを経路に沿ってm分割し、分割により得られた各部分経路をr_1、…、r_mと名付ける。各部分経路r_1、…、r_mは同じ経路長になっている。
【００３７】
ステップＳ１０４）演算部１０２は、各部分経路r_1、…、r_mの両端点間距離d_1、…、d_mを求める。部分経路の両端点間を結んだものが最短の道路網経路rに対する近似区分線形区間である。ただし、このままでは、実際の経路Rが、最短の道路網経路rから大きくかい離している場合には、実際の経路Rの近似区分線形区間にならないので、次のステップＳ１０５に示す補正を行う。
【００３８】
ステップＳ１０５）演算部１０２は、式１のL_Rとして、(L_R/L_r)*( d_1+ ・・・+d_m)を用いて、式１を計算し、Pを得る。なお、(L_R/L_r)*( d_1+ ・・・+d_m)における(1/L_r)*( d_1+ ・・・+d_m)は、式１のL_Rに対する補正を行うための値と考えることができるので、これを補正値と呼んでもよい。
【００３９】
ステップＳ１０６）出力部１０３は、演算部１０２により計算されたPを出力し、被災回避制御装置３００に入力する。なお、出力部１０３は、Pをディスプレイ等に表示し、オペレータがPを確認できるようにしてもよい。
【００４０】
なお、上に処理手順例では、ハザードエリア通過確率推定装置１００は、ステップＳ１０５に示したように、L_Rとして、(L_R/L_r)*( d_1+ ・・・+d_m)を用いて式１を計算するが、L_Rをそのまま用いて式１を計算してもよい。ただし、以下に説明するように、(L_R/L_r)*( d_1+ ・・・+d_m)を用いたほうが精度が向上する。
【００４１】
（効果について）
以下、シミュレーションにより得られたハザードエリア通過確率と、本実施の形態に係るハザードエリア通過確率推定装置１００により算出したハザードエリア通過確率とを比較することにより、本実施の形態に係るハザードエリア通過確率推定技術の効果を説明する。
【００４２】
ここでは、１５通りの経路Rに対して、２０種のハザードエリアHを使用する。例として、１５通りの経路Rのうちの４通りの経路Rを図６に示す。また、例として、２０種のハザードエリアHのうちの４種のハザードエリアHを図７に示す。
【００４３】
シミュレーションにおいて、ある領域A内に対象の経路Rを入れる。HをA内のランダムな位置に発生させる操作を10万回行い、そのうち、HがRにかかる回数nを測定する。n÷10万がハザードエリア通過確率となる。１５通りの経路Rに対して、２０種のハザードエリアHを使用するので、１５×２０＝３００個のハザードエリア通過確率のサンプルが得られる。
【００４４】
一方、ハザードエリア通過確率推定装置１００によるハザードエリア通過確率算出においても、上記と同じ１５通りの経路Rと２０種のハザードエリアHを用い、３００通りのハザードエリア通過確率の算出を行う。算出にあたっては、式１に入力するL_RとしてL_Rそのものを用いる方法（方法１とする）と、式１に入力するL_Rとして(L_R/L_r)*( d_1+ ・・・+d_m)を用いる方法（方法２とする）の２つの方法を使用する。
【００４５】
図８は、シミュレーションにより得られたハザードエリア通過確率（横軸）と、方法１により得られたハザードエリア通過確率（縦軸）との比較を示す。図８における各四角が、ある経路Rと、あるハザードエリアHを使用した場合における、シミュレーションにより得られたハザードエリア通過確率と方法１により得られたハザードエリア通過確率のマッピングを示す。四角が図の中の直線に近いほど、シミュレーションにより得られたハザードエリア通過確率と方法１により得られたハザードエリア通過確率とが近いことを示す。
【００４６】
図９も図の意味は図８と同様であるが、図９は、ハザードエリア通過確率推定装置１００によるハザードエリア通過確率算出を方法２を用いて行った場合を示す。
【００４７】
図８、図９に示すように、方法２のほうが、方法１よりも、シミュレーションの結果によりよく合致していることがわかる。すなわち、方法２のほうがハザードエリア通過確率推定精度が高い。
【００４８】
（実施の形態のまとめ）
以上説明したとおり、本実施の形態により、物理ネットワークにおけるノード間の経路が所定のエリアを通過する確率であるエリア通過確率を推定するエリア通過確率推定装置であって、前記経路の経路長と、前記経路の始点ノードと終点ノードの間を結ぶ設置スペースの経路と、前記所定のエリアの地理的情報とを入力する入力手段と、前記経路の経路長と、前記設置スペースの経路から得られる補正値と、前記所定のエリアの地理的情報とに基づく計算式により、前記エリア通過確率を計算する演算手段とを備えることを特徴とするエリア通過確率推定装置が提供される。
【００４９】
前記設置スペースの経路は、例えば前記始点ノードと前記終点ノードの間を結ぶ最短設置スペース経路であり、前記所定のエリアの地理的情報は、例えば当該所定のエリアの周囲長である。
【００５０】
前記補正値は、例えば、前記最短設置スペース経路の経路長を前記所定のエリアの周囲長で割った値から得られる分割数で当該最短設置スペース経路を分割することにより求められる各近似区分線形区間の長さに基づき算出される値である。
【００５１】
実施の形態で説明したハザードエリア通過確率推定装置１００は上記エリア通過確率推定装置の例であり、入力部１０１は入力手段の例であり、演算部１０２は演算手段の例である。
【００５２】
本発明は、上記の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲内において、種々変更・応用が可能である。
【符号の説明】
【００５３】
１００  ハザードエリア通過確率推定装置
１０１  入力部
１０２  演算部
１０３  出力部
１０４  データ記憶部
１５０  ドライブ装置
１５１  記録媒体
１５２  補助記憶装置
１５３  メモリ装置
１５４  ＣＰＵ
１５５  インタフェース装置
１５６  表示装置
１５７  入力装置
２００  ネットワーク設備簡易データベース
３００  被災回避制御装置
４００  制御対象ネットワーク
５００  道路網情報データベース
６００  ハザードエリア情報データベース
７００  ネットワーク
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018074264.tif 000009
【図７】
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【図８】
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【図９】
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