(57)【要約】【課題】ホーム機器の省エネルギーな自動運転を可能にする。【解決手段】ホームゲートウェイ１に接続された各ホーム機器から観測データ、状態データを取得して履歴蓄積部１２に蓄積し、ベクトル場算出部１３が履歴蓄積部１２の履歴からベクトル場を算出し、目標算出部１５がベクトル場を参照して室内状態の未来を予測する曲線である遷移経路を算出し、遷移経路上の停留点を検出して目標室内状態とし、制御コマンド決定部１６が、室内状態が目標室内状態へ省エネルギーで遷移する経済経路に沿った制御コマンドを決定する。これにより、タイマー予約、スケジュール登録、携帯電話を用いた遠隔操作の手間なく、省エネルギーなホーム機器の運転が可能となる。【選択図】図２
2011112291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環境の状態を測定する機器及び室内の環境の状態を変化させる機器を含む各種機器を接続する制御装置であって、
接続された各機器からデータを取得して履歴蓄積手段に追記する履歴追記手段と、
前記履歴蓄積手段に蓄積されたデータを読み出し、各機器のデータを要素とするｎ次元の状態空間と当該状態空間の随伴ベクトルを合わせたベクトル場を算出するベクトル場算出手段と、
現在の室内状態を表す状態空間と前記ベクトル場を用いて、室内状態の未来を予測する状態空間上の曲線である遷移経路を算出し、当該遷移経路上の停留点を検出する目標算出手段と、
室内状態が、前記現在の室内状態と前記停留点を結んだ直線上を一定の大きさで遷移するように前記機器を制御する制御コマンドを決定する制御コマンド決定手段と、
前記制御コマンドを前記機器へ発行する制御コマンド発行手段と、
を有することを特徴とする制御装置。
【請求項２】
前記データは、前記環境の状態を測定した観測データと前記制御装置に接続された機器の状態を示す状態データを含むことを特徴とする請求項１記載の制御装置。
【請求項３】
環境の状態を測定する機器及び室内の環境の状態を変化させる機器を含む各種機器を接続した制御装置による制御方法であって、
接続された各機器からデータを取得して前記履歴蓄積手段に追記するステップと、
前記履歴蓄積手段に蓄積されたデータを読み出し、各機器のデータを要素とするｎ次元の状態空間と当該状態空間の随伴ベクトルを合わせたベクトル場を算出するステップと、
現在の室内状態を表す状態空間と前記ベクトル場を用いて、室内状態の未来を予測する状態空間上の曲線である遷移経路を算出し、当該遷移経路上の停留点を検出するステップと、
室内状態が、前記現在の室内状態と前記停留点を結んだ直線上を一定の大きさで遷移するように前記機器を制御する制御コマンドを決定するステップと、
前記制御コマンドを前記機器へ発行するステップと、
を有することを特徴とする制御方法。
【請求項４】
前記データは、前記環境の状態を測定した観測データと前記制御装置に接続された機器の状態を示す状態データを含むことを特徴とする請求項３記載の制御方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載の制御装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ホーム機器を省エネルギーで制御する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
温度、湿度、風向、風速などの室内状況を改善するには、エアコンの運転、電動窓・扉の開閉などホーム機器を動作させることが有効である。室内状況を十分快適にするには、しばらくの時間ホーム機器の運転を継続する必要がある。長時間エアコン等のホーム機器を継続運転することは消費エネルギーの増大をもたらす。
【０００３】
省エネルギーと快適な室内状況を両立させるため、従来では、ホーム機器を人手で制御する、ホーム機器の運転をタイマー予約する、携帯電話等の通信機器によりホーム機器の運転を遠隔指示する、ホーム機器の運転をスケジュール登録しておく、等の手段がとられてきた。例えば、非特許文献１に示す従来のエアコンは、「温度・風量・風向調整」、「パワフル」のように必要時に手動で強力な運転が可能な機能、「タイマー予約／おやすみ切タイマー」などのスケジュール運転機能、および周囲温度と設定温度等に合わせて「暖房・冷房・冷房除湿」などの運転モードを自動的に選択する自動運転機能を備えている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】"ルームエアコン取扱説明書", [online], 松下電器産業株式会社, ［平成２１年１０月２６日検索］, インターネット〈ＵＲＬ：http://dl-ctlg.panasonic.jp/manual/2005/CS-RCG.pdf〉
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、エアコンの運転方法と消費電力の関係と省エネルギーな運転方法について説明する。
【０００６】
戸建て木造住宅の１階、南向き、６畳、２．２ｋＷのエアコン、冷暖房負荷比１．２５×０．８２、冷房負荷が０となる外気温度２３℃、暖房負荷が０となる外気温度１７℃（ＪＩＳ  Ｃ９６１２の条件）、さらに、外気温度３５℃、室内温度２７℃を想定する。この条件でエアコンを強く運転した場合、３ｋＷ運転で効率３として１ｋＷ程度の消費電力となる。弱く運転した場合、平均１．１ｋＷ運転で効率４として０．２８ｋＷの消費電力となる。強運転と弱運転の比は約３．６で、例えば、強運転１０分間と弱運転３６分間の消費電力量が同じことを表している。それゆえ、この例では、３６分間以下の弱運転で室内を熱的な平衡状態にすることができれば、消費電力量の低減を期待できる。
【０００７】
しかしながら、利用者が所望の室内状況を予想してタイマーやスケジュールを設定することは手間がかかり、帰宅に合わせてホーム機器を遠隔操作するときは携帯電話等からの操作が必要であるという問題がある。また、従来の自動運転機能は、周囲温度と設定温度等に従い運転モード切り替えるにとどまっており、室内状況の今後の遷移を予測して、ホーム機器を最適に制御するまでには至っていなかった。特に、長時間の弱運転で快適な室内状態にするには、適切な運転契機と目標室内状態の発見が必要である。
【０００８】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、タイマー予約、スケジュール登録、遠隔操作の手間を必要とせず、ホーム機器の省エネルギーな自動運転を可能にすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の本発明に係る制御装置は、環境の状態を測定する機器及び室内の環境の状態を変化させる機器を含む各種機器を接続する制御装置であって、接続された各機器からデータを取得して履歴蓄積手段に追記する履歴追記手段と、前記履歴蓄積手段に蓄積されたデータを読み出し、各機器のデータを要素とするｎ次元の状態空間と当該状態空間の随伴ベクトルを合わせたベクトル場を算出するベクトル場算出手段と、現在の室内状態を表す状態空間と前記ベクトル場を用いて、室内状態の未来を予測する状態空間上の曲線である遷移経路を算出し、当該遷移経路上の停留点を検出する目標算出手段と、室内状態が、前記現在の室内状態と前記停留点を結んだ直線上を一定の大きさで遷移するように前記機器を制御する制御コマンドを決定する制御コマンド決定手段と、前記制御コマンドを前記機器へ発行する制御コマンド発行手段と、を有することを特徴とする。
【００１０】
上記制御装置において、前記データは、前記環境の状態を測定した観測データと前記制御装置に接続された機器の状態を示す状態データを含むことを特徴とする。
【００１１】
第２の本発明に係る制御方法は、環境の状態を測定する機器及び室内の環境の状態を変化させる機器を含む各種機器を接続した制御装置による制御方法であって、接続された各機器からデータを取得して前記履歴蓄積手段に追記するステップと、前記履歴蓄積手段に蓄積されたデータを読み出し、各機器のデータを要素とするｎ次元の状態空間と当該状態空間の随伴ベクトルを合わせたベクトル場を算出するステップと、現在の室内状態を表す状態空間と前記ベクトル場を用いて、室内状態の未来を予測する状態空間上の曲線である遷移経路を算出し、当該遷移経路上の停留点を検出するステップと、室内状態が、前記現在の室内状態と前記停留点を結んだ直線上を一定の大きさで遷移するように前記機器を制御する制御コマンドを決定するステップと、前記制御コマンドを前記機器へ発行するステップと、を有することを特徴とする。
【００１２】
上記制御方法において、前記データは、前記環境の状態を測定した観測データと前記制御装置に接続された機器の状態を示す状態データを含むことを特徴とする。
【００１３】
第３の本発明に係る制御プログラムは、上記制御装置を構成する各手段としてコンピュータを機能させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、タイマー予約、スケジュール登録、遠隔操作の手間を必要とせず、ホーム機器の省エネルギーな自動運転が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本実施の形態におけるホームゲートウェイを利用者宅内に配置した例を示す概略図である。
【図２】本実施の形態におけるホームゲートウェイの構成を示す機能ブロック図である。
【図３】状態空間のベクトル場を表した模式図である。
【図４】状態空間のベクトル場を用いて求めた遷移経路の一例を示す説明図である。
【図５】上記ホームゲートウェイの処理の流れを示すフローチャートである。
【図６】上記ホームゲートウェイのセンサ値追記スレッドの処理の流れを示すフローチャートである。
【図７】上記ホームゲートウェイの目標算出スレッドの処理の流れを示すフローチャートである。
【図８】エアコンの急速運転時と本実施例のエネルギー消費量の違いを示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態におけるホームゲートウェイを利用者宅内に配置した例を示す概略図である。ホームゲートウェイ１には、ホームネットワーク２を介して様々なホーム機器が接続されている。図１に示す例では、ホームゲートウェイ１に接続されるホーム機器として、複数の温湿度センサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ、複数の風向風速計２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ、エアコン２３、電動開閉窓２４、およびボイラー２５を示している。もちろん、図示したものに限らず、照明機器、照度計などその他のホーム機器を接続するものでもよい。
【００１８】
温湿度センサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃや風向風速計２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃなどの環境の状態を測定するホーム機器は、温度、湿度、風向、風速などの観測データをホームゲートウェイ１に送信する。エアコン２３、電動開閉窓２４などの環境の状態を変化させるホーム機器は、ホームゲートウェイ１からの制御コマンドを受信し、その制御コマンドに応じた運転を実施するとともに、ホームゲートウェイ１からの状態問い合わせへの応答としてホーム機器自身の運転状態等を示す状態データを送信する。また、ボイラー２５などホームゲートウェイ１に接続された他のホーム機器も、ホーム機器自身の運転状態等を示す状態データをホームゲートウェイ１へ送信する。
【００１９】
ホームゲートウェイ１は、各ホーム機器から受信した観測データや状態データなどの履歴を蓄積し、蓄積した履歴を用いて室内状態の遷移を予測して快適な室内状態である目標室内状態を発見し、ホーム機器へ発行する制御コマンドを、現在の室内状態から目標室内状態へ省エネルギーで遷移させるように決定する。
【００２０】
図２は、本実施の形態におけるホームゲートウェイの構成を示す機能ブロック図である。同図に示すホームゲートウェイ１は、履歴追記部１１、履歴蓄積部１２、ベクトル場算出部１３、ベクトル場蓄積部１４、目標算出部１５、制御コマンド決定部１６、制御コマンド蓄積部１７、および制御コマンド発行部１８を備える。なお、本ホームゲートウェイ１が備える各部は、演算処理装置、記憶装置、メモリ等を備えたコンピュータにより構成して、各部の処理がプログラムによって実行されるものとしてもよい。このプログラムはホームゲートウェイ１が備える記憶装置に記憶されており、磁気ディスク、光ディスク、半導体メモリ等の記録媒体に記録することも、ネットワークを通して提供することも可能である。以下、各部について説明する。
【００２１】
履歴追記部１１は、ホームネットワーク２を介して、温湿度センサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ、風向風速計２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃから観測データを取得して履歴蓄積部１２に格納する。また、エアコン２３、電動開閉窓２４、ボイラー２５から状態データを取得して履歴蓄積部１２に格納する。
【００２２】
履歴蓄積部１２は、不揮発性メモリで構成され、各ホーム機器から取得したデータの履歴が格納される。具体的には、表１に示すように、日時、ホーム機器、およびデータの項目を含む履歴が格納される。日時の欄にはデータを取得した時刻、ホーム機器の欄にはホーム機器の識別子、データの欄にはホーム機器が取得した観測データ、ホーム機器の状態データを格納する。表１では、温湿度センサ２１Ａが測定した温度が２０℃、温湿度センサ２１Ｂが測定した温度が２１℃、ボイラー２５が運転中である例を示している。履歴は履歴追記部１１がデータを取得する度に追記される。履歴蓄積部１２には数ヶ月分の履歴が格納される。
【表１】
2011112291.tif 000003
【００２３】
ベクトル場算出部１３は、履歴蓄積部１２から所定の期間の履歴を読み出し、各ホーム機器から取得したデータを要素とするｎ次元の状態空間のベクトル場を算出してベクトル場蓄積部１４に格納する。
【００２４】
状態空間は、有限次元空間すなわちｎ個の数値の組で表されるｎ次元空間である。この組は（ｘ１，ｘ２，ｘ３，ｘ４，…）の様に書き表され、タプルと呼称される。本実施の形態では、タプルを構成するｘ１，ｘ２等の要素は、例えば室内中央の温度や壁面の温度など、履歴蓄積部１２から読み出した履歴に含まれる観測データあるいは状態データである。
【００２５】
状態空間のベクトル場は、状態空間の各点に対して１つのベクトル（以下、「随伴ベクトル」と称する）を対応付けたものである。随伴ベクトルは状態空間と同じｎ次元のベクトルであり、状態空間と同様にタプルで表される。随伴ベクトルは、各状態から一定時間の経過後にどのような状態に遷移したのかを表す。すなわち、状態空間の時間変化を記録した履歴において、一定時間経過後に最もよく遷移する状態を表す統計値（例えば最頻値や平均値）である。図３に、状態空間のベクトル場を表した模式図を示す。図３では、状態空間をパラメータ１とパラメータ２の２次元空間とし、横軸をパラメータ１、縦軸をパラメータ２として描画した。状態空間のそれぞれの点に矢印で随伴ベクトルを描画した。
【００２６】
ベクトル場蓄積部１４は、ベクトル場算出部１３が算出したベクトル場を格納する。ベクトル場蓄積部１４は、状態空間と随伴ベクトルを合わせてベクトル場として格納する。
【００２７】
目標算出部１５は、現在の室内状態を表す状態空間内の１点を起点とし、ベクトル場蓄積部１４から読み出したベクトル場を参照して計算した、室内状態の未来を予測する曲線である遷移経路を算出する。さらに、目標算出部１５は、遷移経路上の点であって、その点における随伴ベクトルがゼロに近い停留点を検出し、その停留点を目標点とする。遷移経路の例を図３の白抜きの矢印で示す。遷移経路と停留点の詳細については後述する。
【００２８】
制御コマンド決定部１６は、目標算出部１５が算出した目標点に対して、省エネルギーで到達できる経路を算出し、ホーム機器の制御コマンドを決定する。現在の室内状態から目標室内状態まで省エネルギーで到達するのは、現在の室内状態を表す状態空間内の点と目標室内状態を表す状態空間内の点を結んだ直線上を一定の大きさで室内状態が遷移する場合である。そこで、制御コマンド決定部１６は、室内状態が、現在の室内状態を表す状態空間内の点と目標室内状態を表す状態空間内の点を結んだ直線上を遷移し、目標室内状態に到達する予測時刻に目標室内状態となるように制御コマンドを決定する。制御コマンドの決定の詳細については後述する。
【００２９】
制御コマンド蓄積部１７は、制御コマンド決定部１６が決定した制御コマンドを格納する。
【００３０】
制御コマンド発行部１８は、制御コマンド蓄積部１７に格納された制御コマンドを読み出し、ホームネットワーク２を介してエアコン２３などのホーム機器を制御する。なお、ホーム機器に発行した制御コマンドは、履歴蓄積部１２の履歴に制御データとして追記する。
【００３１】
ここで、遷移経路について説明する。経路上の各点における接ベクトルがベクトル場のその点における随伴ベクトルと等しくなるものが遷移経路である。ベクトル場は微分方程式を表すために使われることが多い。将来の状態を予測する目的で微分方程式を用いる場合、その問題は初期値問題、すなわち初期値から微分方程式に従う曲線を求める問題である。一般に微分方程式の解を積分と呼ぶ。数値計算により初期値問題の積分を求めるためには、基本的に次のような手続きを行う。
【００３２】
（ステップＳ１１）まず、状態空間の点ｚを初期値とする。
【００３３】
（ステップＳ１２）続いて、点ｚにその点における微分、すなわちその点における随伴ベクトルに微小時間Δｔを乗じたものを加えた点ｚ’を求める。
【００３４】
ｚ’＝ｚ＋δｚ（ｔ）×Δｔ
ここで、δｚ（ｔ）は、時刻ｔにおける状態空間の点ｚの微分、すなわち随伴ベクトルである。
【００３５】
（ステップＳ１３）そして、点ｚ’で点ｚを更新し、時刻をｔからｔ＋Δｔとして、ステップＳ１１とステップＳ１２を繰り返す。
【００３６】
なお、精度や計算速度を向上するための種々の計算手法が存在するが、ここでの説明は省略する。数値計算の教科書に様々な手法、アルゴリズムが記載されている。
【００３７】
図４は、遷移経路の一例を示す説明図である。図４では、状態空間を壁面温度と室内中心温度の２次元空間とし、横軸を壁面温度、縦軸を室内中心温度として描画した。図４は、エアコン２３運転開始前の現在の室内状態に対応した状態空間の点Ａから点Ｂを経由して点Ｃへ遷移する遷移経路を示す。点Ｂは停留点であり活動時間帯の快適な室内状態である。点Ｃは就寝時間帯の快適な室内状態である。点Ａから点Ｂは、エアコン２３の冷房運転により壁面温度、室内中心温度ともに低下する遷移を示す。点Ｂから点Ｃは、就寝前にエアコン２３の設定を活動時間帯よりも高い温度に設定した後の遷移を示す。
【００３８】
遷移経路を算出するには、まず、現在の時刻における室内状態に対応した点Ａを求め、点Ａに点Ａにおける随伴ベクトルａ１を加え、遷移後の室内状態をあらわす点Ａ１＝Ａ＋ａ１を求める。続いて、点Ａ１を起点として点Ａ１における随伴ベクトルａ２を加えて点Ａ２＝Ａ１＋ａ２を計算する。この処理を繰り返すことで任意の時刻までの遷移経路を数値計算で近似的に求めることができる。図４では、点Ａから点Ｂを経由して点Ｃまで遷移する遷移経路を求めた。
【００３９】
続いて、遷移経路の停留点について説明する。遷移経路上の点であって、その点の随伴ベクトルがゼロに近い点が停留点である。図４では、点Ｂが停留点である。室内状態が快適な室内状態に到達すれば、もはや室内状態を変化させる必要がないことから、室内状態の変化が少ない停留点を短時間間隔における目標室内状態と見なせる。
【００４０】
次に、遷移経路の停留点の検出について説明する。
【００４１】
室内状態は状態空間の一点で表される。時間の経過とともに変化してゆく室内状態は、時刻から状態空間への写像として表される。即ち、時刻ｔ１からｔ２の間における室内状態は、区間［ｔ１，ｔ２］から状態空間への写像ｆである。状態空間をＥ、時刻を表す区間をＴ＝［ｔ１，ｔ２］とすると、室内状態の移り変わりは、ｚ：Ｔ→Ｅで表される。
【００４２】
凡そ人は、快適な室内状態においては、その室内状態が変わらないで欲しいと思う。逆に、不快な室内状態であれば、窓の開閉やエアコンの運転などを行い、室内状態を快適にしようとする。これらが状態空間Ｅにおいてどのような態様となるか考える。時刻ｔ∈Ｔと、そこから微小時間Δｔだけ経過した時刻ｔ＋Δｔでの室内状態はそれぞれ、ｚ（ｔ），ｚ（ｔ＋Δｔ）である。快適な室内状態ではｚ（ｔ）とｚ（ｔ＋Δｔ）は近く、不快な室内状態ではｚ（ｔ）とｚ（ｔ＋Δｔ）は遠くなる。これは状態空間Ｅのノルム‖‥‖を用いて次のように表すことができる。
【００４３】
‖ｚ（ｔ）−ｚ（ｔ＋Δｔ）‖≒０  快適な場合
‖ｚ（ｔ）−ｚ（ｔ＋Δｔ）‖＞０  不快な場合
したがって、未来のある時刻ｔ゜において「室内状態が快適となる」と予測できる場合の時刻ｔ゜とそのときの室内状態ｚ（ｔ゜）を求めることは、‖ｚ（ｔ゜）−ｚ（ｔ゜＋Δｔ）‖≒０となる時刻ｔ゜と室内状態ｚ（ｔ゜）を求めることである。時刻ｔ∈Ｔに対するｚ（ｔ）の軌跡は状態空間Ｅの曲線であり、上記の条件、‖ｚ（ｔ）−ｚ（ｔ＋Δｔ）‖≒０はｔ゜がｚの停留点であることを表している。ベクトル場の積分、つまり現在の室内状態を起点とする遷移経路の停留点を求めることで、時刻ｔ゜、室内状態ｚ（ｔ゜）を求めることができる。
【００４４】
室内状態ｚ（ｔ゜）が求まれば、その室内状態へとエアコン２３などのホーム機器を運転することが可能となる。なお、人間の快適性のための室内状態の観測・調整を目的としていることから、微小時間Δｔとしては例えば１分間を用いればよい。
【００４５】
次に、制御コマンドの決定について説明する。
【００４６】
目標算出部１５が算出した遷移経路は、過去にもっともよく現れた室内状態の時系列を示すものであり、必ずしも最小のエネルギーで目標室内状態に到達するものではない。そこで、制御コマンド決定部１６は、上記遷移経路よりも少ないエネルギーで目標室内状態に到達するための経済経路を求め、室内状態の遷移が経済経路に沿うようにホーム機器を制御する制御コマンドを決定する。
【００４７】
基本的にホーム機器の急速な運転がエネルギーの浪費につながる。例えば、ある室内状態にするために、エアコン２３を急速運転した後運転を停止するよりも、低い能力での運転を長時間行ったほうが低い消費電力量である。具体的な例として次のような状況が考えられる。戸建て木造住宅６畳のエアコンの冷房能力を２．２ｋＷとする。あらかじめ室内を快適にしておくために、１．１ｋＷで１時間運転した場合、効率を４として、１．１÷４＝０．２７５ｋＷｈの消費電力量である。他方、３ｋＷで１５分間急速に冷房、１．１ｋＷで１５分間運転した場合、３ｋＷ運転時の効率を３として、３ｋＷ÷３×１／４ｈ＝０．２５ｋＷｈ、１．１ｋＷでの運転の効率を４として、１．１ｋＷ÷４×１／４ｈ＝０．０６８ｋＷｈ、これらを合計して０．３１９ｋＷｈの消費電力量となる。前者と後者が同じ効果をもたらす運転であるとすれば、低い能力で長時間運転した前者のほうがトータルの消費電力量が少なくなる。前者と後者で積算の冷房能力が異なっているのは、体感的には最終的な室内温度、積算の冷房能力のみならず、壁面、家具、あるいは天井からの熱放射の影響があるためである。ここでいう体感的とはＰＭＶ指標（ＩＳＯ７７３０）のように客観的に測定可能な量であり、単なる個人の主観を表しているわけではない。
【００４８】
上記より、全ての時点においてエアコン２３などのホーム機器を一定の能力で運転することで使用する電力を平準化し、目標とする時刻に室内状態が目標室内状態へと遷移させる経路が経済経路である。つまり、省エネルギーでホーム機器を運転するためには、現在の室内状態を表す状態空間内の点と目標室内状態を表す状態空間内の点を結んだ直線上を、時間に対して均等に、室内状態を表す状態空間内の点が遷移するようにホーム機器の運転を制御すればよい。しかしながら、現実問題として、陽にこのような制御コマンドを計算することはできない。そこで、本実施の形態では、履歴蓄積部１２格納した制御コマンドの履歴を参照し、その制御コマンドに従って単位時間の運転を行った場合の室内状態の変化の度合いを求め、補間・補外することで経済経路に沿った適切な制御コマンドを計算する。具体的には、以下の手順により最適な制御コマンドを計算する。
【００４９】
（ステップＳ２１）まず、冷房あるいは暖房の方向性を現在の室内状態と目標室内状態から定める。温度を下げるなら冷房運転、上げるなら暖房運転とする。
【００５０】
（ステップＳ２２）続いて、冷暖房の幅をΔＴ＝１℃に設定し、制御コマンドを発行する。
【００５１】
（ステップＳ２３）そして、一定時間（例えば５分間）運転し、経済経路の直線上の状態と、実際に運転した結果である、その時点（５分後）での状態とを比較する。
【００５２】
（ステップＳ２４）過剰な運転であった場合には、ΔＴを減少させ、運転が不足している場合には、ΔＴを増大する。ΔＴの増減幅は、過剰あるいは不足の程度に応じて調整する。以降、ステップＳ２３に戻り、処理を繰り返す。
【００５３】
ステップＳ２４のΔＴの調整は、以下の手順で行う。
【００５４】
（ステップＳ３１）まず、δＴ＝１℃と設定する。
【００５５】
（ステップＳ３２）δＴでΔＴを補正する。増大する場合、ΔＴ’＝ΔＴ＋δＴ、減少する場合、ΔＴ’＝ΔＴ−δＴとなる。
【００５６】
（ステップＳ３３）ΔＴ’での運転の結果、補正が過大であった場合は、δＴを半分に減少させる。補正が過小であった場合は、δＴを倍増する。
【００５７】
このように、室内状態が経済経路に沿うように制御コマンドを決定する。
【００５８】
次に、本実施の形態におけるホームゲートウェイの処理の流れについて説明する。
【００５９】
図５，６，７は、本実施の形態におけるホームゲートウェイの処理の流れを示すフローチャートである。
【００６０】
ホームゲートウェイ１が起動されると、図５のスタートから処理を開始し、センサ値追記スレッドを起動する（ステップＳ５１）。センサ値追記スレッドは、ホーム機器からデータを取得して履歴蓄積部１２に追記する処理を行うスレッドである。センサ値追記スレッドの処理の詳細は後述する。
【００６１】
続いて、目標算出スレッドを起動する（ステップＳ５２）。目標算出スレッドは、目標室内状態を予測し、制御コマンドを決定するスレッドである。目標算出スレッドの処理の詳細は後述する。
【００６２】
続いて、制御コマンド発行部１８が制御コマンド蓄積部１７から制御コマンドを取得する（ステップＳ５３）。制御コマンドは、後述する目標算出スレッドの処理において決定され、制御コマンド蓄積部１７に格納される。
【００６３】
そして、制御コマンド発行部１８は、取得した制御コマンドを対応するホーム機器に発行する（ステップＳ５４）。制御コマンドを発行後は、再びステップＳ５３に戻り、制御コマンドが制御コマンド蓄積部１７に格納されるのを待つ。
【００６４】
次に、センサ値追記スレッドの処理について説明する。
【００６５】
センサ値追記スレッドが起動されると、図６のスタートから処理を開始し、履歴追記部１１がホームネットワーク２を介して各ホーム機器からデータを取得する（ステップＳ６１）。各ホーム機器から取得するデータは、温湿度センサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ、風向風速計２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃなどが観測した観測データ、あるいは、エアコン２３、電動開閉窓２４、ボイラー２５などの状態データである。データの取得は、履歴追記部１１が各ホーム機器に問い合わせて取得してもよいし、各ホーム機器が自発的に送信したデータを取得するものでもよい。
【００６６】
続いて、履歴追記部１１は、取得したデータを履歴蓄積部１２に追記する（ステップＳ６２）。履歴蓄積部１２に追記後、ステップＳ６１に戻り、データの取得、追記の処理を繰り返す。
【００６７】
次に、目標算出スレッドの処理について説明する。
【００６８】
目標算出スレッドが起動されると、図７のスタートから処理を開始し、ベクトル場算出部１３が履歴蓄積部１２から履歴を取得し、ベクトル場を算出する（ステップＳ７１）。算出したベクトル場はベクトル場蓄積部１４に格納される。
【００６９】
続いて、目標算出部１５がベクトル場蓄積部１４に格納からベクトル場を読み出し、現在の室内状態とベクトル場を用いて遷移経路を算出し、停留点を検出して目標室内状態を予測する（ステップＳ７２）。
【００７０】
続いて、制御コマンド決定部１６が、目標算出部１５が算出した目標室内状態に対して、省エネルギーで到達できる経路を算出し、ホーム機器の制御コマンドを決定する（ステップＳ７３）。
【００７１】
そして、決定した制御コマンドを制御コマンド蓄積部１７に格納する（ステップＳ７４）。制御コマンド蓄積部１７に格納後、ステップＳ７１に戻り、目標室内状態の算出、制御コマンドの決定を繰り返す。格納した制御コマンドは、制御コマンド発行部１８により読み出され、対応するホーム機器に送信される（図５のステップＳ５３，Ｓ５４）。
【００７２】
次に、履歴から遷移経路を算出し、目標室内状態を算出する処理の具体例を説明する。
【００７３】
遷移経路は、一定時間間隔毎にセンサの測定値のタプルを状態空間においてプロットしたものである。遷移経路の１点をｘｎ、その直後の１点をｘｎ＋１とし、ｘｎにおける随伴ベクトルをｖｎ＝ｘｎ＋１−ｘｎと定める。ベクトル場算出部１３は、状態空間の点とその随伴ベクトルをベクトル場蓄積部１４に記録する。記録したベクトル場、すなわち状態空間の点とその点における随伴ベクトルは、次のようなデータのタプルである。
【００７４】
（ｎ，Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃ，ＴＤａ，ＴＤｂ，ＴＤｃ，Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆ，ＶＤｄ，ＶＤｅ，ＶＤｆ）
ここで、ｎは時刻、Ｔａ，Ｔｂ，Ｔｃは温湿度センサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃが測定した温度、ＴＤａ，ＴＤｂ，ＴＤｃは時刻ｎの温度と時刻ｎ＋１の温度の差、Ｖｄ，Ｖｅ，Ｖｆは風向風速計２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃが測定した風速、ＶＤｄ，ＶＤｅ，ＶＤｆは時刻ｎの風速と時刻ｎ＋１の風速の差である。
【００７５】
現在の室内状態から今後の室内状態の予測は、現在の室内状態の点を起点としてベクトル場から遷移経路を見出せばよい。この計算は、次の処理により実行できる。
【００７６】
（ステップＳ８１）現在の状態空間の点ｘｎにおける随伴ベクトルｖｎをベクトル場蓄積部１４に蓄積されたベクトル場から補間・補外により求める。
【００７７】
（ステップＳ８２）現在の状態空間の点ｘｎとステップＳ８１で求めた随伴ベクトルｖｎから次の時刻ｎ＋１における状態空間の点ｘｎ＋１＝ｘｎ＋ｖｎを求める。
【００７８】
上記ステップＳ８１，Ｓ８２を繰り返すことで、時刻ｎ以降の室内状態を状態空間内の遷移経路として予測することができる。
【００７９】
ここで、ステップＳ８１の補間・補外の方法について説明する。
【００８０】
ベクトル場蓄積部１４に記録されているベクトル場における状態空間の点をｘｐｎ、その点での随伴ベクトルをｖｐｎとする。ベクトル場から現在の状態空間の点ｘｎに最も近いｍ個のベクトル場の点（ｘｐｎ１，ｖｐｎ１），（ｘｐｎ２，ｖｐｎ２），・・・，（ｘｐｎｍ，ｖｐｎｍ）を探索する。最も近いｍ個の点は、状態空間における２点間の距離‖ｘｎ−ｘｐｎｋ‖が昇順となるように（ｘｐｎｋ，ｖｐｎｋ）をソートして最初のｍ個を選んだものである。ｍ個の点から現在の状態空間の点ｘｎにおける随伴ベクトルｖｎを補間・補外により求める。例えば、ｍ＝１を採用した場合は、最近傍の点の随伴ベクトルそのものが求める随伴ベクトルｖｎとなる。ｍ＝２を採用した場合は、最近傍の２点の随伴ベクトルを点ｘｎからの距離に応じて平均することで随伴ベクトルｖｎを求める。一般にｍ個の場合には、点ｘｎを次式（１）で表現したときの係数λｋを用いて、随伴ベクトルを次式（２）で計算できる。
【数１】
2011112291.tif 000004
【００８１】
続いて、目標室内状態となる、停留点の計算方法について説明する。上記の処理で求めた遷移経路の各点のうち、随伴ベクトルの大きさが小さい点が停留点である。停留点の計算においては、引き続く随伴ベクトルの状態空間における内積を取り、その内積の大きさが０に近づいた点を停留点とする。具体的には、ある微少量εに対して内積が小となる、すなわち｜ｖｎ・ｖｎ＋１｜＜εとなる点ｘｎを停留点とする。
【００８２】
停留点の計算を安易に行うと、室内の空気の動きなどの予期できない要因により状態空間における室内状態が小刻みに変化することで、それほど時間が経過してないにも関わらず多くの停留点があるように計算されてしまうことがある。この現象を防止するには、一定の時間経過しないことには新たに停留点として勘定しない、停留点とする条件式のεを大きくして不感域を設ける、などの方法が有効である。
【００８３】
次に、ホーム機器の状態データを状態空間の要素とすることによる効果について説明する。
【００８４】
日常の生活には概ね定型の行動様式がある。ここでは入浴を例にとり説明する。まずボイラー２５をＯＮとし、浴室の電灯をつけ、湯船に湯をはり、そして入浴する。入浴後は、ほてった体を冷やすためにエアコンの設定温度を下げる。
【００８５】
図８は、利用者が入浴後にエアコン２３を操作して室温をより低くするときの、エアコン２３の消費電力量とボイラー２５の状態を示すグラフである。横軸は時間、縦軸はエネルギー消費量を示す。図８（ａ）は、利用者が入浴後に急速運転したときのグラフであり、図８（ｂ）は、本実施の形態におけるホームゲートウェイ１がエアコン２３を投機的に運転したときのグラフである。図８のグラフでは、時刻ｔ１において、ボイラー２５のスイッチを入れて状態をＯＮにし、時刻ｔ２において入浴を終えている。
【００８６】
図８（ａ）では、通常運転時のエネルギー消費量５３に加えて、急速運転に伴い追加的に必要なエネルギー消費量５１が加算される。一方、図８（ｂ）では、通常運転時のエネルギー消費量５３に加えて、投機的運転に伴い追加的に必要なエネルギー消費量５２が加算される。図８（ｂ）では、ボイラー２５の状態がＯＮとなったことを契機にエアコン２３の運転を投機的に開始するため、室内状態を快適にするために十分な時間があり、急速運転の必要がないので、図８（ａ）の場合に比べてエネルギー消費量を抑えることができる。もちろん、タイマーを設定する手間も必要ない。
【００８７】
本実施の形態では、温湿度センサ２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ等により観測された観測データだけでなく、ボイラー２５の状態データを状態空間の１次元とすることで、ボイラー２５の状態がＯＮのときの遷移経路とボイラー２５の状態がＯＦＦのときの遷移経路とが異なる。つまり、ボイラー２５の状態データを状態空間を表すタプルに入れることで、ボイラー２５の運転状態に応じて目標算出部１５が算出する遷移経路が異なり、算出される目標室内状態もより低い室温の室内状態を示すものとなる。なお、室内温度のゆらぎなどに起因する、数秒おきにオンオフを繰り返すいわゆるハンチング現象を防止する目的で測定値に対する不感域を定めるが、例えばボイラー２５などのホーム機器が操作された時から一定の間（例えば１０分間）、不感域を狭めることによりエアコン２３の制御コマンドを発行しやすくし、迅速かつ省エネルギーな目標室内状態への遷移を実現することができる。副次的な効果として、他のホーム機器の制御を契機にエアコン２３の運転も連動して動作する様子がわかり、適切に自動運転がなされているという安心感を与える効果も期待できる。
【００８８】
以上説明したように、本実施の形態によれば、ホームゲートウェイ１に接続された各ホーム機器から観測データ、状態データを取得して履歴蓄積部１２に蓄積し、ベクトル場算出部１３が履歴蓄積部１２の履歴からベクトル場を算出し、目標算出部１５がベクトル場を参照して室内状態の未来を予測する曲線である遷移経路を算出し、遷移経路上の停留点を検出して目標室内状態とし、制御コマンド決定部１６が、室内状態が目標室内状態へ省エネルギーで遷移する経済経路に沿った制御コマンドを決定することにより、タイマー予約、スケジュール登録、携帯電話を用いた遠隔操作の手間なく、省エネルギーなホーム機器の運転が可能となる。
【００８９】
また、本実施の形態によれば、ボイラー２５の運転状態を状態空間の一要素とすることにより、エアコン２３とは直接因果関係のないボイラー２５のＯＮ／ＯＦＦを契機として目標室内状態を発見し、エアコン２３の運転を制御することができる。
【符号の説明】
【００９０】
１…ホームゲートウェイ
１１…履歴追記部
１２…履歴蓄積部
１３…ベクトル場算出部
１４…ベクトル場蓄積部
１５…目標算出部
１６…制御コマンド決定部
１７…制御コマンド蓄積部
１８…制御コマンド発行部
２…ホームネットワーク
２１Ａ，２１Ｂ，２１Ｃ…温湿度センサ
２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ…風向風速計
２３…エアコン
２４…電動開閉窓
２５…ボイラー
【図１】
2011112291.tif 000005
【図２】
2011112291.tif 000006
【図３】
2011112291.tif 000007
【図４】
2011112291.tif 000008
【図５】
2011112291.tif 000009
【図６】
2011112291.tif 000010
【図７】
2011112291.tif 000011
【図８】
2011112291.tif 000012