(57)【要約】【課題】太陽、惑星間、又は地球物理データ内の複雑なパターンの識別に基づいて宇宙気象（地球又は他の場所での）を予報するためのシステム及び方法を提供する。【解決手段】本発明のシステム及び方法は、データとして現在（１０３、１０４）及び歴史的（１０５）な測定値及び／又はモデル化されたデータ（１０７）（予測又はシミュレートされた）を含む。データ・パターン（非事象及び事象に関連した）が識別される。このようなパターンは、太陽、惑星間又は地球物理活動の最近／周期的変動により変化し得る。実施の形態は、テンプレート（２００）、エキスパート・システム、神経ネットワーク、これらの組合せを含むハイブリッド・システム及び複数モード・インテリジェントシステムについて作られる。新データが生じ、システムが動的に修正されると（フィードバックにより）、予報は更新される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
宇宙気象予報システムであって、
ａ．現在の太陽エネルギー粒子データ源と、
ｂ．該データ源を評価でき、３つ又はそれ以上の歴史的な太陽エネルギー粒子測定から導出された現在の太陽エネルギー粒子データ中の複雑なパターンの認識に基づいて、宇宙気象事象を予報するプロセッサと、
を備えたシステム。
【請求項２】
プロセッサが、静かな宇宙気象状態と関連した歴史的な太陽エネルギー粒子の測定から導出された現在の太陽エネルギー粒子データ中のパターンを認識することに基づいて、静かな太陽気象状態を予報する請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
太陽サイクルの現在の位相に関する情報源をさらに備え、
プロセッサがさらに太陽サイクルの現在の位相に基づいて太陽気象事象を予報する請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
各々が宇宙気象事象の特性と関連したエネルギー粒子データを含んだ１つ又は複数のテンプレートをさらに備え、
プロセッサが、１つ又は複数のテンプレート及び現在のエネルギー粒子データ源にアクセスできて、１つ又は複数のテンプレートのどれが現在のエネルギー粒子データに最も類似しているかを決定することにより宇宙気象事象を予報する請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
各々が宇宙気象事象の特性と関連したエネルギー粒子データを含んだ１つ又は複数のテンプレートをさらに備え、
プロセッサが、１つ又は複数のテンプレート及び現在のエネルギー粒子データ源にアクセスできて、現在のエネルギー粒子データに最も類似している１つ又は複数のテンプレートを選択することにより宇宙気象事象を予報する請求項１に記載のシステム。
【請求項６】
テンプレートがさらに、歴史的な宇宙気象データ及び歴史的な太陽事象データを含む請求項４に記載のシステム。
【請求項７】
テンプレートが、歴史的なデータの重み付け平均から導出される請求項４に記載のシステム。
【請求項８】
宇宙気象事象の特性が、地磁気嵐の襲来時間、地球物理的位置、強度、継続時間、到着速度、及び発生源位置の内の１つ又は複数である請求項４に記載のシステム。
【請求項９】
テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間の類似度が、テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間のユークリッド距離に基づいている請求項４に記載のシステム。
【請求項１０】
テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間の類似度が、テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間の類似度の統計的測定に基づいている請求項４に記載のシステム。
【請求項１１】
現在のエネルギー粒子データが、他の太陽データから得られる請求項１に記載のシステム。
【請求項１２】
エネルギー粒子データが、１つ又は複数のエネルギー範囲内のエネルギー粒子のフラックスである請求項１に記載のシステム。
【請求項１３】
各々が宇宙気象事象の特性と関連したエネルギー粒子データを含んだ１つ又は複数のテンプレートの１つ又は複数の組をさらに備え、
プロセッサが、１つ又は複数のテンプレートの１つ又は複数の組及び現在のエネルギー粒子データ源にアクセスできて、各組内の１つ又は複数のテンプレートのどれが現在のエネルギー粒子データに最も類似しているかを決定することにより宇宙気象事象を予報する請求項１に記載のシステム。
【請求項１４】
プロセッサが、規則を適用することによりパターンを認識する請求項１に記載のシステム。
【請求項１５】
規則が、エネルギー粒子データのピークの検出である請求項１４に記載のシステム。
【請求項１６】
プロセッサが、ピーク検出規則を適用する前に、所定の時間間隔で現在のエネルギー粒子データを平均する請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
太陽データ源をさらに含み、
プロセッサがさらに、太陽データに基づいて宇宙気象事象を予報する請求項３に記載のシステム。
【請求項１８】
太陽データが、Ｘ線データである請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
プロセッサが、Ｘ線データがＸ線の増加を表わしそしてエネルギー粒子データがＸ線増加の後に続くエネルギー粒子のピークを表わすことに基づいて、宇宙気象事象を予報する請求項１８に記載のシステム。
【請求項２０】
プロセッサが、３つ又はそれ以上のエネルギー粒子データ値を含む入力ベクトル及び宇宙気象事象を表わす出力ベクトルを有する神経ネットワークに基づいて、宇宙気象事象を予報する請求項１に記載のシステム。
【請求項２１】
入力ベクトルがさらに、現在の太陽サイクル位相データを含む請求項２０に記載のシステム。
【請求項２２】
宇宙気象を予報する方法であって、
ａ．現在の太陽エネルギー粒子データ源にアクセスし、
ｂ．３つ又はそれ以上の歴史的な太陽エネルギー粒子測定から導出された現在の太陽エネルギー粒子データ中の複雑なパターンを認識することに基づいて、宇宙気象事象を予報する方法。
【請求項２３】
予報された事象が、静かな状態である請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
太陽サイクルの現在の位相に関する情報源にアクセスすことをさらに含み、
認識されたパターンが、現在の位相と同じ太陽サイクルの位相と関連した歴史的な太陽エネルギー粒子測定から導出される請求項２２に記載の方法。
【請求項２５】
各々が宇宙気象事象の特性と関連したエネルギー粒子データを含んだ１つ又は複数のテンプレートにアクセスすることをさらに含み、
予報するステップがさらに、現在のエネルギー粒子データに最も類似している１つ又は複数のテンプレートを選択することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項２６】
テンプレートがさらに、歴史的な宇宙気象データ及び歴史的な太陽事象データを含む請求項２５に記載の方法。
【請求項２７】
テンプレートが、歴史的なデータの重み付け平均から導出される請求項２５に記載の方法。
【請求項２８】
宇宙気象事象の特性が、地磁気嵐の襲来時間、地球物理的位置、強度、継続時間、到着速度、及び発生源位置の内の１つ又は複数である請求項２５に記載の方法。
【請求項２９】
テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間の類似度が、テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間のユークリッド距離に基づいている請求項２５に記載のシステム。
【請求項３０】
テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間の類似度が、テンプレートと現在のエネルギー粒子データとの間の類似度の統計的測定に基づいている請求項２５に記載のシステム。
【請求項３１】
アクセスするステップが、他の太陽データから現在のエネルギー粒子データを得ることを含む請求項２２に記載のシステム。
【請求項３２】
エネルギー粒子データが、１つ又は複数のエネルギー範囲内のエネルギー粒子のフラックスである請求項２２に記載のシステム。
【請求項３３】
各々が宇宙気象事象の特性と関連したエネルギー粒子データを含んだ１つ又は複数のテンプレートの１つ又は複数の組にアクセスし、
予報するステップがさらに、各組内の１つ又は複数のテンプレートのどれが現在のエネルギー粒子データに最も類似しているかを決定することを含む請求項２２に記載の方法。
【請求項３４】
パターンが、規則により認識される請求項２２に記載の方法。
【請求項３５】
規則が、エネルギー粒子データのピークの検出である請求項３４に記載の方法。
【請求項３６】
ピーク検出の前に、所定時間間隔にわたり現在のエネルギー粒子データが平均される請求項３５に記載の方法。
【請求項３７】
太陽データ源にアクセスすることをさらに含み、
認識されたパターンがさらに太陽データを含む請求項３４に記載の方法。
【請求項３８】
太陽データが、Ｘ線データである請求項３７に記載の方法。
【請求項３９】
パターンが、エネルギー粒子のピークが後に続くＸ線の増加である請求項３８に記載の方法。
【請求項４０】
３つ又はそれ以上のエネルギー粒子データ値を含む入力ベクトル及び宇宙気象事象を表わす出力ベクトルを有する神経ネットワークにより、パターンを認識する請求項２２に記載の方法。
【請求項４１】
入力ベクトルがさらに、現在の太陽サイクル位相データを含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４２】
静かな宇宙気象情報に関連した歴史的な太陽エネルギー粒子測定により、神経ネットワークを訓練するステップをさらに含む請求項４０に記載の方法。
【請求項４３】
入力ベクトルがさらに、Ｘ線データを含む請求項４１に記載の方法。
【請求項４４】
静かな宇宙気象情報に関連した歴史的な太陽エネルギー粒子測定により、神経ネットワークが訓練される請求項２０に記載のシステム。
【請求項４５】
入力ベクトルがさらに、Ｘ線データを含む請求項２１に記載のシステム。
【請求項４６】
宇宙気象事象の特性が、１つ又は複数の特定位置における、ＳＥＰ時間プロファイル、ピーク・フラックス、エネルギー、又はフルエンスの内の１つ又は複数である請求項４に記載のシステム。
【請求項４７】
予報が、地磁気嵐の襲来時間、地球物理的位置、強度、継続時間、到着速度、及び発生源位置の内の１つ又は複数である請求項１に記載のシステム。
【請求項４８】
予報が、１つ又は複数の特定位置における、ＳＥＰ時間プロファイル、ピーク・フラックス、エネルギー、又はフルエンスの内の１つ又は複数である請求項１に記載のシステム。
【請求項４９】
特定位置が、宇宙ステーション、静止軌道、高緯度及び高高度の内の１つ又は複数である請求項３８に記載のシステム。
【請求項５０】
記憶媒体に記憶された宇宙気象を予報するためコンピュータ・コードであって、
ａ．現在の太陽エネルギー粒子データ源にアクセスし、
ｂ．３つ又はそれ以上の歴史的な太陽エネルギー粒子測定から導出された現在の太陽エネルギー粒子データ中の複雑なパターンを認識することに基づいて、宇宙気象事象を予報する、
各ステップを実行するコンピュータ・コード。
【請求項５１】
宇宙気象を予報するためのプロセッサ・ベース・システムであって、
各々が、入力データに基づいた宇宙気象関連出力データを生成するシステムを含み、このシステムが機能すべき時を指定する開始条件の組を指定するデータを含んだ第１及び第２予測／識別モジュールを備え、
第２予測／識別モジュールの入力データの少なくともいくつかが、第１予測／識別モジュールにより発生された出力データから得られるプロセッサ・ベース・システム。
【請求項５２】
宇宙気象を予報するためのシステムであって、
各々が、入力データに基づいた宇宙気象関連出力データを生成するシステムを含み、このシステムが機能すべき時を指定する開始条件の組を指定するデータを含んだ第１及び第２予測／識別モジュールを備え、
第２予測／識別モジュールのため開始条件の少なくとも１つが、第１予測／識別モジュールの出力データから得られるシステム。
【請求項５３】
第１及び第２モジュールの少なくとも１つがさらに、生成された出力データの正確性を評価するための手段をさらに含む請求項５１のシステム。
【請求項５４】
第１及び第２モジュールの少なくとも１つがさらに、生成された出力データの重み付けをするための手段をさらに含む請求項５１のシステム。
【請求項５５】
第１及び第２モジュールの少なくとも１つがさらに、生成された出力データに基づいて実行されるべき結果としての行動を指定するデータをさらに含む請求項５１のシステム。
【請求項５６】
第１及び第２モジュールの少なくとも１つがさらに、生成された出力データの重み付けをするための手段をさらに含み、そして結果としての行動を指定するデータの１つの行動が重み付け手段により生成された結果の変化を生ずる請求項５５のシステム。
【請求項５７】
結果としての行動を指定するデータの結果としての行動の１つが、ユーザに急迫の宇宙気象事象の通知を送信することを生ずることである請求項５５に記載のシステム。
【請求項５８】
入力データが、測定の結果である１つ又は複数の主データ値及び１つのモジュールにより生成された出力である１つ又は複数の二次データ値を含む請求項５１に記載のシステム。
【請求項５９】
宇宙気象を予報するためのプロセッサ・ベース・システムであって、
各々が、入力データに基づいた宇宙気象関連出力データを生成するシステムを含み、このシステムが機能すべき時を指定する開始条件の組を指定するデータを含んだ複数のカスケードされた予測／識別モジュールを備え、
少なくとも１つの予測／識別モジュールの入力データの少なくともいくつかが、別の予測／識別モジュールにより生成された出力データから得られるプロセッサ・ベース・システム。
【請求項６０】
プロセッサ・ベースの宇宙気象通知システムであって、
宇宙気象状態の予測及び識別のソースと、
宇宙気象事象に対するユーザの感受性を指定するユーザ・データと、
宇宙気象状態の予測及び識別を受け取る手段と、
受取られた宇宙気象状態の予測及び識別に応答して実行されるべき行動の通知規則を指定するデータと、
通知規則により指定された行動を実行して、ユーザに受取った宇宙気象状態の予測及び識別を通知する実行手段とを含んだ、
通知モジュールと、
を備えたシステム。
【請求項６１】
通知規則により指定された行動は、ユーザに宇宙気象状態に関する情報を送信すること、宇宙気象状態に関する情報を表示すること、及び可聴のシーケンスを開始することの１つ又は複数を含む請求項６０に記載のシステム。
【請求項６２】
実行手段から受取った通知に自動的に応答するための手段をさらに備えた請求項６０に記載のシステム。
【請求項６３】
自動的に応答する手段の少なくとも一部が、ユーザの場所に置かれている請求項６２に記載のシステム。
【請求項６４】
実行手段の少なくとも一部が、ユーザの場所に置かれている請求項６０に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、宇宙気象を予報する方法及びシステムに関し、より詳細には、地磁気嵐など、太陽により引き起こされる近地球空間の環境の擾乱を予報する方法及びシステムに関する。さらに詳細には、本発明は太陽、惑星間及び地球物理データの複雑なパターンの解析に基づいて宇宙気象を予報することに関する。
【０００２】
【従来の技術】
太陽がフレアし、フィラメントが消失し、そしてその他の太陽事象が太陽で発生する時、太陽近くの宇宙領域に大きな乱流と擾乱を生ずる。これらの擾乱はしばしば大変強くて宇宙空間を伝播する衝撃波を作り、終局的には地球又は他の興味ある個所（例えば、宇宙船の場所、彗星、又は惑星）に到達して、宇宙船の損失、宇宙船の異常（電子部品のビット反転など）、表面荷電問題、搭載コンピュータ・メモリの破壊、太陽電池及び半導体マイクロエレクトロニクスの構造への損傷などの重大な問題を生ずる。これらの擾乱に関連した高エネルギー電子及び陽子を含んだ荷電粒子は、１度の擾乱で太陽電池及び他のハードウェアに対して擾乱のない環境で数年間露呈されていたのと同様な損傷を与える。例えば、高エネルギー電子はある測定では１９，０００ボルトほど高い静電荷を発生して宇宙船の深い絶縁体内に蓄積し、高感度の電子部品を損傷するアークを発生するだろう。さらに、宇宙船、宇宙ステーション、又はシャトル内外の宇宙飛行士はこれらの擾乱の際に陽子及び他のタイプの放射線の危険な照射量をこうむる。
【０００３】
これらの擾乱は、全ての周波数において宇宙船との通信のみならず高度を飛行する飛行機や地上の対象との通信をブラックアウトすることを生ずる。高周波数（ＨＦ）無線波通信は遠距離に信号を送るために電離圏からの反射に依存しているためにより定期的に影響を受ける。太陽の擾乱により生ずる電離圏の不規則性は、大きな擾乱の間、信号の分散、フェーデイング、さらには完全な信号損失を発生する。電離圏の不規則性はまた、電離圏を貫通して人工衛星より他の場所に中継される通信会社により使用されるより高い周波数の無線波にも影響を与える。電離圏の不規則性は捜査と救助及び軍事活動などの重要な通信もできなくする。
【０００４】
重大な宇宙気象に関連した通信の障害の一例は、１９８０年代の初めにレーガン大統領が中国を訪問するためにエアフォース・ワンに搭乗している時に発生した。２時間以上にわたって飛行機との全ての通信が失われた。レーガン大統領と彼のアドバイザーは驚いて心配した。彼らは後で通信障害は太陽で発生して最終的に近地球環境まで伝播した擾乱に起因したことを知らされた。
【０００５】
通信システムに加えて、ロラン（ＬＯＲＡＮ）又はオメガ（ＯＭＥＧＡ）などの超低周波数信号を使用した海洋ナビゲーション・システムは電離圏の底の高度についての正確な情報に依存している。環境的な擾乱の間、この境界の位置で垂直方向に急速な変化が生じ、位置の決定において数キロメートルまでの顕著な誤差を生ずる。
【０００６】
グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）も宇宙気象の擾乱について敏感である。このシステムは、飛行機のナビゲーション及び航空管制システムを含む広範囲の応用を有する。しかし、これらは地上で、飛行機で、又は他の人工衛星で受信するため人工衛星からの無線波の送信により作動しているため、これらは電離圏の擾乱について大変に敏感である。信号が擾乱された電離圏状態により反射、屈折、及び遅延される時に重大な誤差が生ずる。
【０００７】
電力会社も彼らの長い送電線が地磁気嵐の際に発生する高高度電離圏電流の劇的な変化により誘起される電流に対して感受性を持つため、宇宙気象擾乱による影響を受ける。地上誘起電流（ＧＩＣ）からの電力線のサージは大規模なネットワーク障害を発生して高価な装置に永久的な損傷を生ずる。宇宙気象擾乱により引き起こされた１９８９年３月のハイドロケベック電力ブラックアウトは数百万の人々への電力の停電を生じたと推計される。
【０００８】
正確な早期の警報により、宇宙船操縦士は最も感度の高いエレメントがオフされて予報された事象の襲来がより近づくと他のコンポーネントを遮断する部品の遮断のフェーズなどの効果的な治療アクションを取ることができる。他の治療的アクションは宇宙船のメモリ内容を地上のメモリにダウンロードし、実時間追跡に必要なものを除いて全ての宇宙船システムを遮断し、異常に対して人工衛星動作の実時間監視を増加させ、感受性の高いコンポーネントのオン又はオフ操作により生ずる宇宙船電位の大きな変化を遅らせ、そしてドラッグのために低地球軌道を調節する最良時間を計算する。軍用通信については、通信の整合性の検査として、実時間の人間の監視と一緒に冗長的な通信がスケジュールされる。宇宙ステーション及びシャトルについては、宇宙船外の活動が制限され、擾乱を避けるために打上げの延期又は早い地球帰還が計画される。
【０００９】
現在、このような治療的なアクションは、宇宙気象擾乱予報の一般的に短いリード時間（約１時間）と圧倒的な不正確さ（８０パーセント以上の誤警報）により実用不可能である。もし、オペレータに宇宙気象事象の少なくとも数時間前に正確な警報が与えられるならば、彼らの宇宙船、システム及び／又は宇宙飛行士を保護するための戦略を発展して実現するにつき大きな柔軟性を有するであろう。これに加えて、電力会社は、例えば、伝送回路の負荷を減少し、自信をもって電力ネットワーク上のトリップした保護リレーをリセットし、大きな電位の落下を防止するために選択的にキャパシター・バンクを接地し、そして電力ステーションの維持と装置交換を遅らせる。通信会社は、例えば、通信のための代替的な周波数を探し、そして通信停止を最小にする計画を実行する。
【００１０】
宇宙気象予報に責任を持つ民生官庁の国家海洋大気局（ＮＯＡＡ）の宇宙環境センター（ＳＥＣ）から提供される宇宙気象予報は、改良が必要であり、本発明はその改良を行なうものである。数年前までは、これらの予報は完全に「眼」により行なわれていた。オペレータが生データ（主として太陽磁場、Ｘ線、及び光学データ）を検査し、そして経験と直観に基づいて予報を出していた。ＳＥＣ自身の統計によると彼らの予報したたった３０％だけの嵐が実際に発生した。多くの誤りの否定的側面（すなわち、彼らが予報しない嵐が起こる時間）及び有効な治療的行動のための十分な時間をしばしば提供しない一般的に短い予報水平線がある。
【００１１】
最近、先進要素探査機（ＡＣＥ）及びウインド（ＷＩＮＤ）宇宙船から得られた太陽風と惑星間磁場（ＩＭＦ）データとに少なくとも部分的に基づいたより「客観的」な予報を発生することが試みられた。これらの両宇宙船は地球に非常に近く（地球と太陽との間の距離に比べて）、このため太陽風とＩＭＦのこれらの測定に基づいた予報は大変短いリード時間を有する。典型的に、これらのシステムは１時間又はそれよりも短いリード時間を有する予報を生じ、そしてしばしば発生後である（すなわち、事象が既に地球物理的環境を擾乱し始めた後に「予報」を発生する）。
【００１２】
他の予報手法は太陽事象観察からのデータにいまだ依存していて、これらのデータを太陽事象及びそれらに付随した衝撃波がどのように宇宙を伝播して宇宙気象に影響を与えるかを予測することを試みるさまざまな理論的モデルに入力する。ワング−シーレイ・モデル、惑星間衝撃波伝播モデル（ＩＰＳＭ）（「太陽発生擾乱の多次元シミュレーション：地磁気嵐の宇宙気象予報」ＡＩＡＡジャーナル、３６、３６５−３７０参照）及び衝撃波到達（ＳＴＯＡ）モデル（スマート、ディー・エフ及びシー、エム・エー、１９８５「太陽フレア開始衝撃の到着時間の単純化モデル」ジャーナル・オブ・ジオフイジックス・リサーチ、９０、１８３−１９０参照）が、さまざまな理論的モデルの例である。これらの手法は、部分的には宇宙空間を通じて太陽事象の伝播を正確にモデルすることの困難性そして部分的に太陽事象自身についての完全なデータの欠如に起因して、限定的な成功しか達成していない。
【００１３】
ＳＥＰ事象とその後の地磁気嵐との間に関連があることが認識されている。ＳＥＰは、太陽に大きな擾乱が発生する時にこの擾乱が宇宙空間を伝播する際に発生する。これらの粒子の幾つかは多くの宇宙気象事象を生ずる惑星間衝撃よりもずっと早く遠方の場所（例えば、地球、宇宙船等）に達する。従って、これらは潜在的に宇宙気象予報水平線を嵐の数時間前、時には、１日又は数日前に、伸ばすことができる。
【００１４】
ＳＥＰを宇宙気象予報のために使用する試みは限定されていた。例えば、ジェー・ジョスリンは地磁気活動を予報するための単純な技術を記載している。彼女は、単に１つのエネルギー・チャンネル内のＳＥＰ活動の単一の測定を一組のしきい値と比較した。特に、彼女は少なくとも３０分間、１秒当りセンチメートル平方に、１０ＭｅＶ（百万電子ボルト）を超えるエネルギーの陽子が１０個以上のフラックスのＳＥＰ事象を検討した。ジョスリン、ジェー、１９９５、地磁気活動予報：技術の水準、レビュー・オブ・ジオフイジックス、３３、３を参照。その基準に基づいて、彼女は、１９７６年と１９８９年の間に、このような事象は磁気嵐（Ａｐ＞３０、Ａｐは周知のグローバル地磁気インデックス）の６２％の時間に２−３日以内先立つ。ジョスリンはまた、１００フラックス単位を超えるピーク・エネルギー粒子フラックスを持つ事象は磁気嵐の７５％の時間、先立つ。ジョスリンはこのような事象に基づいた予報ではずれた地磁気嵐のパーセンテイジ又は数を議論していない。ジョスリンはＳＥＰフラックスを単純なしきい値、すなわち、単一ＳＥＰデータ値と比較しただけである。この単純な単一点比較は有用な予報には簡単過ぎる。
【００１５】
より最近では、キュー・ファン及びジェー・ティアンが、部分的にＳＥＰデータに基づいて地磁気嵐の強度の分類を試みるために、２つのＳＥＰ値（例えば、時間の経過によるＳＥＰフラックスの上昇速度）から得られた測定値を入力として神経ネットワークに使用した。ファン、キュー及びティアン、ジェー、１９９８、逆伝播神経ネットワークによる太陽陽子事象（ＳＰＥ）に続く地磁気嵐の予報、「ＢＰ神経ネットワークによる太陽陽子事象（ＳＰＥ）に続く地磁気嵐の予報」、太陽−地球物理学のＡＩアプリケーシヨン、ＥＳＡワークショップ会報（ＷＰＰ−１４８）、エル・サンダール及びイー・ジョンソン編、１６３−１６６頁。各ＳＥＰ（陽子及び電子）フラックス上昇速度は、２つのＳＥＰフラックス値、背景フラックス値及びピーク・フラックス値、のみに基づいていた。ファン及びティアンはＳＥＰデータの時間変化値を認識し始めていたが、彼らとジョスリンは宇宙気象ツールとして太陽エネルギー粒子の可能性をつかまえることができなかった。
【００１６】
宇宙気象予報においてＳＥＰを使用する以前の試みは、多くの理由で限定した成功しか達成していなかった。第１に、従来の仕事は予報を単に１つのＳＥＰデータ点（しきい値又はピーク値）及び／又は２つのＳＥＰデータ点（上昇速度など）から得られた測定値に基づいていた。従って、これらは３つ又はそれ以上のデータ点の考慮を必要とする宇宙気象事象に関連したＳＥＰデータの複雑なパターンを識別することができない。第２に、従来の仕事は宇宙気象事象に先立つＳＥＰデータのみの解析に基づいており、非事象に先立つＳＥＰデータの解析に基づいていない。非事象を考慮しないどんなシステムは偽警報を出しやすく、全てに明確なシグナルを与えることはできない。第３に、従来の仕事は、太陽サイクルの異なる位相にわたって生ずる変化などのＳＥＰデータ（及び、太陽、惑星間及び地球物理活動）の最近及び／又は周期的変化の基本的な重要性を認識していない。第４に、従来の仕事は予報において数値的自信インデックスなどの自信レベルのどんな指示も与えない。第５に、従来の仕事は、別の事象が進行中の間、予報を与えることができなかった。第６に、従来の仕事は新しいデータが来た時に意味が有るように更新することができなかった。
【００１７】
さらに、本発明の従来技術のほとんど全てが、１つの（又は、せいぜいいくつかの）規則又は式に基づいて予報又は識別システムを生成することに集中している。宇宙気象現象の高度に複雑な性質のために、このような単純なシステムは宇宙気象の最も重要な観点の多くを正確にモデル化することが不可能である。さらに、宇宙気象に関連した多くの変数は、相互作用して互いに修正（又は、制約）する。単純なシステムはこの潜在的に有用な相互関係を利用することができない。これら及び他の理由で、このようなシステムは宇宙気象関連予報を生成するのにはとても貧弱であることが分かった。従って、別々の予想システム及び技術を相乗的に組合せることのできる宇宙気象予報システムの必要性がある。
【００１８】
また、宇宙気象事象のための改良された通知システムが必要である。現在の「最良」宇宙気象予報システムでさえ、空間（例えば、北アメリカ、アラスカ、又はスウェーデン）又は時間（例えば、次ぎの３日間は時々宇宙船が異常）の観点から単に広い予報を出す。このような広い予報はほとんどの最終ユーザにとりほとんど使用できない。現在、より詳細な予報は、ＡＣＥデータに基づいたものである（従って、最良で、４５分間のリード時間を有する）。従って、従来の仕事は、最終ユーザの必要性に合うようにカスタマイズされた予報を出して行動シーケンスを開始するには、不可能であった。
【００１９】
【発明の開示】
従って、本発明の１つの目的は、実時間ＳＥＰデータ及び太陽、惑星間及び地球物理データに基づいた改良されたタイムリーな宇宙気象予報を提供することである。
【００２０】
本発明のさらなる目的は、３つ又はそれ以上の異なるＳＥＰデータ値を考慮することが必要なＳＥＰデータ内の複雑なパターンの識別に基づいて宇宙気象予報を提供することである。
【００２１】
本発明の別の目的は、宇宙気象非事象と関連したＳＥＰデータ及び太陽、惑星間及び地球物理データを識別する宇宙気象予報システムを提供することである。
【００２２】
本発明のさらに別の目的は、ＳＥＰデータ及び太陽、惑星間及び地球物理データの太陽サイクルの位相に起因した変化など、最近及び周期的な変化を考慮した宇宙気象予報を提供することである。
【００２３】
本発明の別の目的は、システムが動的に修正される時（例えば、データ・フィードバック等を介して）及び新しいデータが利用可能な時に、有意義に更新できる宇宙気象予報を提供することである。
【００２４】
本発明の別の目的は、別の宇宙気象事象が既に進行中である期間に宇宙気象予報を発生することのできるシステムを提供することである。
【００２５】
本発明の別の目的は、宇宙気象予報と関連した自信レベルを表わす数値インデックスを発生することのできる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００２６】
本発明の別の目的は、システムの異なる部分が異なるタイプの予報に特化されて、そして全体のシステムの正確さが改良された「ハイブリッド・システム」として動作できる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００２７】
本発明の別の目的は、将来の予報の正確性を増大するために現在の予報の正確性／不正確性の結果を使用して修正できる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００２８】
本発明のさらなる目的は、予報又は識別と関連した又は表わした数値又は他のインデックスを発生できるシステムを作ることである。
【００２９】
予測、識別、及び予報を発生するために相乗的に及び反復的に動作する複数予報／識別システムにより、「カスケード・ハイブリッド・システム」として動作できる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３０】
本発明の別の目的は、数多くの変わった予測／識別システム及び技術に基づいたサブシステムを含むことができ、そしてより良い宇宙気象関連予測／識別を発生するためにこれらのシステム及び技術が互いに相乗的に相互作用することができる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３１】
本発明の別の目的は、他の宇宙気象予測／識別システムと相互作用及び／又はインタェースできる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３２】
本発明の別の目的は、事象、状態等を自然又は人工と識別できる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３３】
本発明の別の目的は、物理的、生物学的、化学的又は他のモデル、式、技術等を導き出し、制約し、又は改良するのに使用できる結果（予測、識別等）を生ずることのできるシステムを提供することである。
【００３４】
本発明の別の目的は、カスタマイズ（「テイラーメイド」）された予報、予測、又は識別を発生できる宇宙気象予報システムを提供することである。本発明の範囲内でこのような結果は、数多くの最終ユーザの制約、要求、感受性、位置等に基づいてカスタマイズできる。
【００３５】
本発明の別の目的は、数多くの（そして数多くの特定可能な）方法で、テイラーメイドされた予報の結果を送信、表示、又は他の方法で通信（例えば、音声で）できる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３６】
本発明の別の目的は、宇宙気象予報システムにより発生されて出された宇宙気象予報、識別、又は予測に基づいて取られるべき数多くの（そして数多くの指定可能な）緩和行動を開始（又は開始させる）することのできる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３７】
本発明の別の目的は、複数の（多分、遠隔の）コンピュータ・システム等上に存在することのできる異なるパーツ、サブルーチン、データベース、ディスプレイ等により「モジュラー」化できる宇宙気象予報システムを提供することである。
【００３８】
上記及びその他の目的は、本発明の方法及びシステムにより実現される。簡単に言えば、本発明は、３つ又はそれ以上のＳＥＰデータ値及び太陽、惑星間又は地球物理データの関連したパターンにより定義された複雑なパターンの識別に基づいて宇宙気象事象を予報する方法及びシステムを提供する。本発明はさらに、事象と関連したこれらのパターンと同様に、宇宙気象非事象と関連したデータパターンをさらに識別する。さらに、識別されたパターンは、太陽サイクルの位相と関連した変化などの太陽、惑星間、又は地球物理活動の最近又は周期的な変化に依存して変化してもよい。
【００３９】
以下に、本発明の３つの実施の形態が記載される。（１）テンプレートに基づいた実施の形態、（２）エキスパート・システムに基づいた実施の形態、及び（３）神経ネットワークに基づいた実施の形態である。テンプレートに基づいた実施の形態は、各々が特定のタイプの宇宙気象事象の存在又は不存在と関連した３つ又はそれ以上のＳＥＰデータ測定（及び興味有る他のデータ）を含んだ、歴史的に導出したテンプレートと現在のＳＥＰデータ（及び興味有る他の太陽、惑星間、又は地球物理データ）との比較に基づいた宇宙気象予報する。適当な場合、限定的ではなく、太陽のサイクルの位相と関連した変化などの、太陽、惑星間、又は地球物理的活動の最近及び／又は周期的な変化について別個のテンプレートが提供される。エキスパート・システムに基づいた実施の形態は、３つ又はそれ以上のデータ点を含んだＳＥＰデータのパターンを識別する一組の規則に基づいて宇宙気象を予報する。このようなパターンは、例えば、（ｉ）ＳＥＰデータのピーク及び（ｉｉ）ＳＥＰの急激な上昇又はピークが後に続くＸ線の急激な上昇又はピークを含む。適当ならば、再び、太陽、惑星間、又は地球物理的活動の最近及び／又は周期的な変化について別の規則が提供される。神経ネットワークの実施の形態は、太陽、惑星間、又は地球物理活動データ値とできたら一緒に、そして、適当な場合には、太陽、惑星間、又は地球物理的活動の最近及び／又は周期的変化に関する情報と一緒に、３つ又はそれ以上の現在のＳＥＰデータ値の入力に基づいて宇宙気象を予報する。それは静かな気象状態及び嵐の状態のデータにより訓練され、そして、適当ならば、太陽、惑星間、又は地球物理的活動の最近及び／又は周期的変化に関する情報により訓練できる。代替的に、適当ならば、別個の神経ネットワークが活動の最近及び／又は周期的変化と関連した異なる位相のために使用できる。
【００４０】
より、詳細には、テンプレートに基づいた実施の形態では、システムは実時間データを歴史的に導出されたテンプレートと比較することに基づいて、宇宙気象事象を予報する。これらのテンプレートは、特定のタイプの宇宙気象事象又は非事象と関連した活動の表現を含む。例えば、３つのテンプレートが使用されて、各々が異なる激しさの嵐の前のＳＥＰ活動を表わす。これらのテンプレートの各々は、太陽サイクルの特定の位相に対して１ＭｅＶを超えるエネルギーを持つＳＥＰの数の１０時間の測定からなる。この実施の形態は最新の１０時間の実時間ＳＥＰデータと太陽サイクルの現在位相と関連したテンプレートとの間の最良の一致を見つける。新しいデータと最も一致したテンプレートが現在の予報を決定するために使用される。より多くのデータが得られると（例えば、次ぎの数時間にわたり）、新しい比較が行なわれて、予報が更新される。これに加えて、テンプレートは以下に示すようにＸ線データ等の興味有る他のデータを含んでも良い。そして、この例では、最近のＳＥＰ及びＸ線データと最もよく一致するテンプレートを見つける。
【００４１】
エキスパート・システムの実施の形態においては、宇宙気象予報は、３つ又はそれ以上のデータ点と太陽、惑星間、又は地球物理データの関連パターンを含むＳＥＰデータのパターンを識別する一組の規則に基づく。例えば、規則は、太陽サイクルの現在の位相に基づいた特定の特性（すなわち、現在の位相と同じ太陽サイクルの位相と関連したより早いデータから得られたピークの特定の特性）を有するＳＥＰデータ内の「ピーク」（すなわち、「低−高−低」のパターン）の検出を含むことができる。代替的に、規則は、ＳＥＰ及びＳＥＰデータ内の急激な上昇又はピークが後に続くＸ線データのピークの検出などの他のデータの間の関係を含んでも良い。さらに、規則は、異常又は重要でない測定値を除外するために、例えば、「ぼか（ブラーリング）」すことにより、ＳＥＰ及び他のデータを修正することを含んでも良い。
【００４２】
神経ネットワークの実施の形態では、１つ又は複数の神経ネットワークが、宇宙気象事象と関連した３つ又はそれ以上のＳＥＰデータ項目により、可能ならば、関連した太陽、惑星間、又は地球物理データ、及び、適当ならば、データの最近の又は周期的な変化の位相を識別する太陽サイクル位相データ又は他のデータと共に用いて、訓練される。神経ネットワークはまた、宇宙気象事象が発生しない時をより正確に予測し、そして全てが妨害の無いことを知らせるために、非事象データにより訓練される。そして、神経ネットワークは、最近のＳＥＰデータ、そして適当な場合には、太陽サイクル位相に基づいた予報を発生するために使用される。代替的に、神経ネットワークは、限定的ではなく、Ｘ線データなどの興味有る他の太陽、惑星間、及び地球物理データを用いて追加的に訓練してもよい。
【００４３】
一般に、本発明のこれらの実施の形態は、特定のエネルギー・バンドの又は特定のフラックス・レベルを有するＳＥＰ又は太陽データに基づいた宇宙気象予報に限定されるものではない。また、これらは特定の種類の粒子（陽子、電子、アルファ、酸素イオン、鉄イオン）又は波（Ｘ線、無線波、マイクロ波等）に限定されるものではない。また、これらは実際のＳＥＰ又は太陽又は惑星間又は地球物理データの使用に限定されず、モデル化又はシミュレートされたデータが使用でき、又は、多くの場合、マイクロ波バースト、フィラメント消失、黒点活動、日震パラメータ等の前触れの信号が実際のデータの代理として使用できる。
【００４４】
さらに、テンプレートの実施の形態は、テンプレートを作成する特定の技術に限定されず、また、特定の数のテンプレートに限定されず、又は、新しいデータをテンプレートと比較するための特定の技術の使用に限定されない。また、エキスパート・システムは、基準の特定の組を満足するデータの識別及び／又は分類をいかに達成するかを決定するための、どんな特定の静的（又はさらに動的）な規則の組に限定されない。最後に、神経ネットワークの実施の形態は神経ネットワークを訓練するための特定の技術又は特定の神経ネットワーク・アーキテクチャに限定されない。
【００４５】
各実施の形態では、１つ又は複数の入力が、別のテンプレート・システム、エキスパート・システム又は神経ネットワークから、又はこれらのハイブリッド組合せから、又はより一般的にどんなハイブリッド複数モード・インテリジェント・システムからであってよい。
【００４６】
本発明の別の観点によれば、カスケーデイング・ハイブリッド・システム内での予測／識別モジュール又は方法（ここではＰＩＭと呼ぶ）の集まりにより、そしてその中でＰＩＭの出力が同じ又は他のＰＩＭの入力として使用されることにより、予報の正確性が増強でき、そして予報が容易にカスタマイズできる。各ＰＩＭ又はサブシステムは、宇宙気象関連の変数、事象、又は現象に影響を与える又は影響を受けるかのいずれかのシステム、サービス、又はオブジェクト（人、化学、動物等を含む）に関連（直接又は間接に）した又は宇宙気象予報に関連した（直接又は間接に）かのいずれかの規則、システム、又は技術の実施の形態に基づいている。ＰＩＭは、上述のテンプレート、エキスパート、神経ネットワーク、又はハイブリッド・システム、又は宇宙気象を予報するため若しくは宇宙気象予測に有用（直接又は間接的のいずれか）なパラメータ又は値を予測するためのその他の技術である。
【００４７】
カスケード・ハイブリッド・システムの結果（予測、識別等）は、最終ユーザの要求に基づいてカスタマイズできる。このようなカスタマイズは、限定的ではなく、カスタマイズされたレポート、カスタマイズされた警報、カスタマイズされた警告、及び特定の状況で実行されるべきカスタマイズされた行動（例えば、システム修正、緩和行動等）を含む。
【００４８】
【発明の実施の形態】
太陽エネルギー粒子は、陽子、電子、アルファ、及び、３Ｈｅ、４Ｈｅ、Ｆｅ、Ｏ等のさまざまな種を含む。ＳＥＰデータは、（ｉ）陽子／アルファ、３Ｈｅ／４Ｈｅ、Ｆｅ／Ｏ等の種の比、（ｉｉ）さまざまな積分及び微分エネルギー範囲（例えば、＞１Ｍｅｖ、３と５Ｍｅｖの間等）、（ｉｉｉ）フラックス、対数フラックス、フラックス比、及びさまざまなエネルギー範囲にわたり及びその間のフラックス入の得られた他のパラメータ及び変数（例えば、最近の時間間隔中のエネルギー粒子数）、（ｉｖ）スペクトル形、フペクトル比、及び他の得られたスペクトル・パラメータ及び変数、（ｖ）ＳＥＰ事象の発生間隔の時間、それらの期間又は変化速度（例えば、緩やか、衝撃的）、最後のＳＥＰ事象からの時間数等、を含む。他の興味有るデータは、（ｉ）限定的ではなく、Ｘ線、光学、ガンマ線、無線波、マイクロ波、フィラメントの消失、ＥＵＶ、ＵＶ、太陽磁気、日震データ等の太陽データ、（ｉｉ）限定的ではなく、Ｋｐ、Ａｐ、地磁気嵐、及びＤｓｔデータなどの地球物理データ、（ｉｉｉ）限定的ではなく、波、得られたパラメータ（例えば、衝撃速度、方向、強度等）などの惑星間データ、及び（ｉｖ）事象の発生間隔時間、事象の期間、最後の事象からの時間数、最後の事象前の事象からの時間数等、他の変数及び得られたデータのパラメータを含む。
【００４９】
用語「宇宙気象事象」は、限定的ではなく、以下の発生のいずれか（又はいずれかの組合せ）を含む多くの事象を言うために使用される。
【００５０】
（ａ）「突然の開始」の出現、すなわち、地球磁場の水平成分の強度の突然の増加。
（ｂ）Ｋｐのレベルの突然の変化（上昇又は下降）、Ｋｐは惑星全体（グローバル）平均Ｋインデックスである。Ｋインデックスは期待される静かな場の状態から特定された３時間の間に観察される地磁場の最大偏倚（ナノテスラ）の測定から得られる０と９の間の擬似対数。Ｋインデックスは観察場所間で期待される地球物理バイアスについて調節される。
（ｃ）Ａ、ＡＡ、Ａｐ又は他の地球物理インデックスのレベルの突然の変化（上昇又は下降）。
（ｄ）局地の地上誘起電流（ＧＩＣ）の発生。
（ｅ）上側大気又は地球の地磁気圏内の高い放射線の領域の発生。
（ｆ）地球の地磁気圏の放射線帯の形成または解消。
（ｇ）Ｄｓｔレベルの突然の変化（上昇又は下降）。Ｄｓｔは環電流の惑星全体（グローバル）インデックスであり、地球磁場の水平（Ｈ）成分の変動の地上測定に基づく。
（ｈ）地球での又は近地球環境での太陽又は惑星間衝撃の発生及びその到着時間、強度、速度、衝撃後の太陽風速度及び地球影響的惑星間磁場成分、衝撃到着及びコロナ大量射出到着の間の最小時間等。
【００５１】
（ｉ）地球の地磁気圏の圧縮又は膨張。
（ｊ）太陽衝撃、エネルギー粒子事象等に起因する宇宙船の機能、通信、又はデータ流れの破壊。
（ｋ）限定的ではなく、グローバル・ポジショニング・システム（ＧＰＳ）の障害、航空管制システムの障害、セルラーテレホンの障害、テレビ又はラジオ放送の中断等を含む、太陽衝撃、エネルギー粒子事象等に起因する宇宙船の機能、通信、又はデータ流れの二次的破壊。
（ｌ）オーロラオーバルの赤道方向端の位置の変化、その尾方向の変位、及び極冠電位。
（ｍ）強烈な及び静かなＳＥＰ時間輪郭、ピークフラックス、エネルギー、フルエンス等。
（ｎ）国際宇宙ステーション、宇宙飛行士、高高度飛行飛行機への放射線危険等。
（ｏ）地球外の場所における上記いずれかの破壊。例えば、上記破壊はまた宇宙船（例えば、イントリリゲータ、Ｄ．Ｓ．１９７７年、１９７２年８月事象に関連した太陽風のパイオニア９及びパイオニア１０の観測、ジャーナル・オブ・ジオフイジカル・リサーチ、８２、６０３−６１７）、彗星（例えば、イントリリゲータ、Ｄ．Ｓ．及びドライヤー、Ｍ、１９９１年、ハレー彗星の１９９１年２月のフレアの原因としての太陽風からのキック、ネイチャー、３５３、４０７−４０９）、又は他の惑星（例えば、イントリリゲータ、Ｄ．Ｓ．及びスミス、Ｅ．Ｊ、１９７９年、太陽風中の火星、ジャーナル・オブ・ジオフイジックス・リサーチ、８４、８４２７；イントリリゲータ、Ｄ．Ｓ．１９８５年、パイオニア金星オビター１９８２年２月１０−１２日事象の新しい結果：彗星ではない太陽風擾乱、ジオフィジカル・リサーチ・レター、１２、１８７−１９０）又はその近くで発生し得る。
（ｐ）定義された位置（例えば、地理的、磁気圏、環境的、惑星間、惑星等）での上記のいずれか及びその位置での襲来、期間、強度、ピークフラックス、強さ等。
【００５２】
図１は、本発明の実施の形態の基本的なハードウェア設定を示す。コンピュータ１００及び記憶装置１０１は、本発明の宇宙気象予報システムの機能を実行するためのソフトウエア及びデータを含む。コンピュータ１００は、以下のような（限定的でなく）１つ又は複数のデータ源にも接続してもよい。
【００５３】
ａ）エネルギー粒子を測定するＧＯＥＳ、ＳＴＥＲＥＯ、ＷＩＮＤ、又はＡＣＥなどの装置又は宇宙船１０２からのデータ流への直接又は間接のいずれかの接続。
ｂ）インターネット、イントラネット、又は他の高速データリンク（例えば、エネルギー粒子の測定に関する頻繁に更新された情報を提供するＮＯＡＡの宇宙環境センター）などのネットワーク１０３、
ｃ）地上の観測所１０４
ｄ）ナショナル・ジオフィジカル・データ・センターの記録などの歴史的記録１０５（例えば、試験用）。
ｅ）人間のコンピュータ操作者によるデータ入力を可能にするキーボード１０６。
ｆ）モデル発生データの源１０７。
【００５４】
好適な実施の形態において、予報はＳＥＰデータの複雑なパターン、及び選択的に宇宙気象事象又は静かな状態（すなわち、非事象）と関連した太陽事象データ、及び選択的に太陽サイクルの位相に基づいている。エネルギー粒子データはしばしば異なるエネルギー範囲において測定される。典型的に、これらのエネルギー範囲は、＞１Ｍｅｖ、＞２Ｍｅｖ、＞４ＭｅＶ、＞１０ＭｅＶ、＞３０ＭｅＶ、及び＞６０Ｍｅｖを含む。各エネルギー範囲において、エネルギー粒子フラックス、すなわち、１秒当り、ステラジアン当り、平方センチメートル当りに到達する粒子数、が測定される。以下に説明される実施の形態では、これらのエネルギー範囲の全て又はいずれか、又は代替的には、いずれかの組合せ又は導出されたエネルギー範囲（例えば、２−５ＭｅＶ、ｌｏｇ（４−１０ＭｅＶ）、２−５ＭｅＶのフーリエ成分、又は他の測定された又はシミュレートされた又は導出されたエネルギー範囲又は分布）で動作できる。追加的に、種（３Ｈｅ、４Ｈｅ、Ｆｅ、Ｏ等）又は種の比（例えば、３Ｈｅ／４Ｈｅ等）等の他のエネルギー粒子データを使用できる。
【００５５】
ＳＥＰデータに加え、それら自身に関するＳＥＰデータの代理として、又はＳＥＰのデータの補足のいずれかとして、使用することのできる多種類の太陽データが存在する。これらの追加の種類のデータは限定的ではなく、太陽表面磁場構造、コロナホール構造、Ｘ線又は無線波、日震パラメータ、フィラメント又はアーケード構造等の強度、周波数、極性、位置、及び／又は方向の変化を含む。また、惑星間の代理（波又は移動する衝撃により発生された他の現象）も使用できる。
【００５６】
テンプレートに基づいた実施の形態
テンプレートに基づいた実施の形態は２つの段階を有する。第１の段階では、例えば、図５に示されるプロセスまたは図６に示される同様のプロセスにより、テンプレートが作成される。第２の段階では、本発明は図７に示すように新しいデータをテンプレートと比較することにより予報を生成する。
【００５７】
図２に示すように、各テンプレート２００は、順序付けされた値２０２の一続き（例えば、ベクトル又は配列）である。（特に説明しない場合、図中及び説明中のデータは単の説明の目的のためであり、現実のデータ測定を反映していない。）例えば、値２０２は、特定のエネルギー範囲におけるＳＥＰのフラックスである。各テンプレート２００は、例えば、３乃至３００要素を含むことができる。要素の数は、他のファクターの中で、以下で説明するテンプレート生成のために用いられる基準及び予報を生成するために用いられる変数に依存して変化する。
【００５８】
好適な実施の形態において、各テンプレート、またはそのテンプレート内のデータか収集された時の太陽サイクルの位相に関する情報により印を付けることができる。
【００５９】
テンプレートは、例えば、太陽事象に時間的に固定して（例えば、光学フレア又はＸ線バーストの時を時間ゼロとして取り）又は宇宙気象擾乱に時間的に固定する（例えば、Ａｐが最初に３０を超えた時を時間ゼロとして取り）ことに基づいて作成される。テンプレート作成プロセスは、この２つのケースでほとんど同一である。主な違いは、テンプレート内に含まれるデータ及びどのようにして後に続く宇宙気象予報が作成されるかである。もし、時間固定が太陽事象に基づくならば、テンプレート内にＳＥＰ又は太陽事象に近い（すなわち、その前、間、及び／又はその後の）他のデータが含まれる。一方、もし、時間固定が宇宙気象擾乱に基づくならば、テンプレート内には宇宙気象擾乱の近くのデータが含まれるのであるが、特に、その擾乱に先行するＳＥＰ又は他のデータが含まれる。
【００６０】
図３に、これらの時間固定の手法が示されている。中央のパネル３０１には、仮想的な粒子データが太陽サイクルの特定の位相についての時間間隔にわたって示されている。示されたデータは全く仮想的であり、単に説明目的にすぎない。レジェンド３０２は図３に使用される２つのタイプの印を説明する。四角は、例えば、フレアの太陽事象を表わす。丸は、例えば、突然の始まりの宇宙気象擾乱を表わす。ここの説明では、宇宙気象擾乱３１０及び３１１は大きな嵐であり、宇宙気象擾乱３１２は小さな嵐である。上側のパネル３０３は、宇宙気象擾乱に時間固定された２つのテンプレートを示し、擾乱に先行するデータをテンプレート内に含めるために使用している。この説明においては、第１テンプレート３０４は、３１０及び３１１に先行するデータ（すなわち、ボックス３０５及び３０６内のデータ）を平均することにより導出された、大きい嵐前の平均粒子活動を表わす。第２テンプレート３０７は、小さい嵐の前の平均粒子活動、この場合は、擾乱３１２に先行するデータ、を表わす。好適な実施の形態では、テンプレートは典型的に多数のサンプルに基づいており、従って、太陽サイクルの特定の位相についての特定のタイプの宇宙気象事象又は非事象を表わすデータをより良く特徴づける。
【００６１】
下のパネル３０９は、太陽事象につき時間を固定することに基づいて作成され、そしてその後のデータを含んだ３つのテンプレートを示す。この場合、３つのテンプレートは、単に説明目的のためであるが、太陽の特定の位相に対する「宇宙気象擾乱への時間」と関連している。繰り返すと、好適な実例では、テンプレートは多数のサンプルに基づく。
【００６２】
太陽事象固定テンプレートの作成
図５は、可変の数のテンプレートが太陽事象に時間を固定することに基づき生成される方法を示す。ステップ５００において、基準の一組が選択される。この基準の組は、各テンプレート中に表わされる情報を決定し、いずれかの方法で選択できる。例えば、基準の一組は、関連する宇宙嵐の強度に基づいて（例えば、マイルド、中程度、又は、厳しい）、３つのカテゴリー内に嵐を分類してよい。基準の異なる組は、発生の経度に基づいて（すなわち、東、中央、西）、太陽事象を分類してよい。基準の別の組は、嵐の継続期間に基づいて（例えば、短い、中間、又は長期間）、嵐を３つのカテゴリーに分類してもよい。基準のさらに別の組は、到着の速度に基づいて（例えば、早い到着、中位の到着、及び遅い到着、ここで早い到着の嵐はそれを生じた太陽事象から例えば４０時間内で到着し、中位の到着の嵐は４１乃至８０時間で到着し、そして遅い到着の嵐は８０時間よりも遅く到着する）、分類する。基準の組は、襲来時間、継続期間、強度、場所及び上述の宇宙気象擾乱と関連した多くの他のパラメータを含む、いずれかの宇宙気象擾乱の特性について作成できる。例えば、基準の別の組は、異なる大きさのオーロラオバール又は他の地理学的領域（例えば、第３放射線帯、国際宇宙ステーションでの粒子フルーエンス等）を予報するために作成してよい。さらに、基準及びテンプレートの複数の組（又は、時間により変化する）が選択されて、そして並列的に使用してよい。
【００６３】
基準の組は、テンプレートの総数を決定する（全テンプレート）。好ましくは、別のテンプレートが、太陽サイクルの各位相に対して基準の各組内の各カテゴリーについて作成される。すなわち、１つのテンプレートは太陽サイクルの特定の位相に対してカテゴリーと関連したデータの表示を含む。１つの実施の形態では、基準の組が太陽サイクルの各位相に対して３つのテンプレートを作成することを決定する（図４に示すように）。テンプレート１（４０１）は、太陽の東側の経度で発生した太陽事象の時間に近い太陽活動及び／又はエネルギー粒子を表わし（「東」事象）、テンプレート２（４０２）は、太陽の中央の経度で発生した太陽事象の時間に近い活動を表わし（「中央」事象）、そしてテンプレート３（４０３）は、太陽の西側の経度で発生した太陽事象の時間に近い活動を表わす（「西」事象）。
【００６４】
基準の代替的な組は、太陽サイクルの各位相について９つのテンプレートを必要とする。例えば、上述の「遅い」、「中位い」、及び「早い」基準は、各々がさらに経度に基づいた３つのテンプレートに分割される（例えば、１つのテンプレートが太陽の東側領域で発生した早い事象を表わし、１つが太陽の中央領域からの早い事象を表わす等）。
【００６５】
代替的に、１つのテンプレートは、各々が例えば異なるタイプのデータ及び／又は他のテンプレート内のデータと所定の時間的な関係を持つデータと関連した複数のサブ・テンプレートを含むことができる。例えば、１つのサブ・テンプレートは、Ｘ線、ガンマ、マイクロ波、超紫外線、等のデータなどの太陽事象前及び／又は中の太陽データを含み、別のサブ・テンプレートはその太陽事象中および／又はその後のエネルギー粒子データを表わして良い。１つの実施の形態では、Ｘ線およびＳＥＰデータは、ピーク粒子フラックスを含む地磁気嵐の強度及び到着速度を予報するためのサブ・テンプレート中で使用される。
【００６６】
以下に説明されるフローチャートは、上記のタイプのテンプレートのいずれも処理するために容易に適応可能である。
【００６７】
ステップ５０１において、カウンタ変数Ｎが１にセットされて、そして、テンプレート５１０（値の途中の合計を記憶するために使用される）がゼロにクリアされて、カウント（各テンプレート内のサンプル数を追跡するのに使用される）も同様にゼロにクリアされる。
【００６８】
ステップ５０２は、Ｎ番目の太陽事象に関する情報（その開始時間（ＴＳＴＡＲＴ）、その太陽位置（ＥＶＥＮＴＰＯＳＩＴＩＯＮ）（すなわち、太陽上で発生した場所）、及びそれが発生した太陽サイクルの位相）をこのような歴史的情報を含んだデータ記憶５０３から検索する。
【００６９】
ステップ５０４は、ステップ５０２で識別されたデータ、例えば、時間（ＴＳＴＡＲＴ）に近い時間間隔のデータ、を検索することにより、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）（図２に示されたテンプレートと同様なフォーマットを有する）を満たす。１つの実施の形態において、ルーチンは、その太陽事象の後に続く２００時間のＳＥＰデータを取る。すなわち、それはこのような歴史的情報を含むデータ記憶５０５から、時間（ＴＳＴＡＲＴ）から（ＴＳＴＡＲＴ＋２００）までのデータを検索する。代替的に、ルーチンは、その事象に先立つ１００時間及びその事象の後に続く別の１００時間を取って良い。１つの好適な実施の形態では、２００データ値は、（ｉ）始めの１００サンプルは、１つのＳＥＰエネルギー範囲（例えば、フラックス＞１０ＭｅＶ）から、その事象の後に続く１００時間の間に１時間当り１回取られ、そして（ｉｉ）次ぎの１００サンプルは、異なる粒子エネルギー範囲（例えば、フラックス＞１００ＭｅＶ）から、その事象の後に続く１００時間の間に１時間当り１回取られる。しかし、本発明は、テンプレート要素の特定の数により限定されず、また、１時間１サンプリングにも、粒子測定のいずれの設定数の含有にも（例えば、エネルギー範囲、粒子種等）、太陽測定のタイプ又は設定数の含有にも、データが収集される時間的窓（ウィンドウ）の選択等によっても限定されない。
【００７０】
ステップ５０６は、地球影響事象データを含んだデータベース５０７を見ることにより、時間（ＴＳＴＡＲＴ）後の最も早い地球影響事象の時間（ＴＤＥＬＡＹ）を決定する。典型的には、合理的な事象速度の考慮により、「最も早い」事象の実際的な候補としては、２０時間よりも大きく且つ１２０時間未満の事象のみが取られる。ステップ５００において選択された基準の組に依存して、ステップ５０６は、選択的であってよい（例えば、もし、基準が時間（ＴＤＥＬＡＹ）を事象分類の基礎として使用しない場合そしてテンプレート生成）。
【００７１】
ステップ５０８は、基準条件を関連変数（例えば、ＴＤＥＬＡＹ、ＥＶＥＮＴＰＯＳＩＴＩＯＮ、太陽サイクル位相等）に適用し、そしてどのテンプレートに一時的データ（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）が加えられるべきことを指示するために変数（ＷＨＩＣＨＯＮＥ）を設定する。
【００７２】
ステップ５０９において、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）が、１時間単位でテンプレート［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］に加えられる。すなわち、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）の時間１はテンプレート［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］の時間１に加えられ、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）の時間２はテンプレート［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］の時間２に加えられ、以下同様である。データが加えられた後に、ステップ５１１でカウント（ＣＯＵＮＴ［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］）は１だけ増加される。１つの好適な実施の形態では、カウント（ＣＯＵＮＴ［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］）は、各テンプレートにおいてカウントが各時間の間に維持できるように追加の次元を有する。この追加の次元はアルゴリズムの論理を変更するものではなく、ルーチンがデータ・ギャップを処理することを可能にする（この場合、テンプレートのその特定の要素には何も加えられない、そしてカウント（ＣＯＵＮＴ［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］［ＨＯＵＲ］）は増加されない）。さらに、追加の次元は、操作員が一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）の各要素に「自信」測定を割当てることを可能にし（眼又はアルゴリズムのいずれかにより）、従ってカウント（ＣＯＵＮＴ［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］［ＨＯＵＲ］）を調節する。例えば、もし、太陽事象の後に続く最初の２１時間のデータが明らかに先立つ嵐（又は、機械エラー）により汚染されている場合、これらのデータはテンプレートから排除することがてき、そして要素（ＣＯＵＮＴ［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］［０］乃至ＣＯＵＮＴ［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］［２０］）は増分されない。
【００７３】
ステップ５１２において、Ｎ（検査されている太陽事象を索引付けるために使用されるカウンタ）が増分される。ステップ５１３において、Ｎが歴史的太陽事象の総数と比較されて、そして、もし、まだ考慮すべき事象があれば、制御はステップ５０２に戻される。もし、全ての事象が考慮されたならば、ステップ５１４が実行されて、そこで各テンプレートがそれぞれのカウント（ＣＯＵＮＴ）により割られる（平均を得るために）。もし、上述したように、カウント（ＣＯＵＮＴ）配列に追加の次元があれば、各テンプレートの各要素はそれぞれのカウント（ＣＯＵＮＴ）により割られる（項目単位による）。そして、処理はステップ５１５で終了し、そのポイントでテンプレートが作られる。
【００７４】
宇宙気象固定テンプレートの作成
図６は、宇宙気象擾乱に時間固定することに基づいて変数のテンプレートをの作成するプロセスを示す。ステップ６００において、基準の一組が選択される。繰り返すが、この基準の組は、各テンプレート内で表わされる情報を決定し、上記の図５と共に説明したいくつかの方法のいずれかにより選択できる。
【００７５】
基準のこの組はテンプレートの総数を決定する（総テンプレート）。事象の前後両方の平均的活動を表わすテンプレートを生成してよい。「事象後」データは、電離圏の低下、放射線帯の生成などの現象を予報するために有用である。
【００７６】
ステップ６０１で、カウンタ変数Ｎを１にセットして、テンプレート及びカウントをゼロにクリアする。
【００７７】
ステップ６０２で、Ｎ番目宇宙気象擾乱に関する情報（その開始時間（ＴＳＴＡＲＴ）、擾乱の激しさ（ＥＶＥＮＴＳＥＶＥＲＩＴＹ）、擾乱の継続時間（ＥＶＥＮＴＤＵＲＡＴＩＯＮ）、及び／又は擾乱の時間の太陽サイクルの位相）を、このような歴史的情報を含んでいるデータ記憶６０３から検索する。
【００７８】
ステップ６０４は、開始時間（ＴＳＴＡＲＴ）に近い時間間隔の間の興味有る歴史的データを検索することにより、一時的データ（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）を満たす。例えば、このステップは、宇宙気象擾乱に先行する２００時間のＳＥＰデータ及び太陽データを含む（すなわち、例えば、このような歴史的情報を含むデータ記憶６０５から、時間（ＴＳＴＡＲＴ−２００）乃至開始時間（ＴＳＴＡＲＴ）の間のデータを検索する。好適な実施の形態では、２００サンプルは次のようにして取られる。（ｉ）最初の１００サンプルは１つのＳＥＰエネルギー範囲（例えば、フラックス＞１０ＭｅＶ）から時間当り１つが取られる。そして、（ｉｉ）次ぎの１００サンプルは異なるＳＥＰエネルギー範囲（例えば、フラックス＞１００ＭｅＶ）から時間当り１つが取られる。）。繰り返すと、本発明は、このテンプレート要素の特定の数により、又は、１時間に１つのサンプリングにより、又は、太陽測定又はＳＥＰのいずれの設定数の含有により、限定されるものではない。
【００７９】
ステップ６０８は、基準条件を関連変数（例えば、擾乱の激しさ（ＥＶＥＮＴＳＥＶＥＲＩＴＹ）又は擾乱の継続時間（ＥＶＥＮＴＤＵＲＡＴＩＯＮ））に適用して、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）が加えられるべきテンプレートを決定する。従って、変数（ＷＨＩＣＨＯＮＥ）が設定される。
【００８０】
ステップ６０９で、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）がテンプレート［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］に加えられる。この加算は、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）の時間１がテンプレート［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］の時間１に加えられ、一時的データ配列（ＴＥＭＰＤＡＴＡ）の時間２がテンプレート［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］の時間２に加えられ、以下同様になるように、時間単位でおこなわれる。データが加えられた後、ステップ６１１でカウント［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］が１つだけ増分される。好適な実施の形態では、図５に関連して説明したように、カウント［ＷＨＩＣＨＯＮＥ］は各テンプレートの各時間についてカウントが維持できるように追加の次元を有する。
【００８１】
ステップ６１２で、Ｎ（検査されている宇宙気象擾乱を索引付けるために使用されるカウンタ）が増分される。ステップ６１３で、Ｎが歴史的宇宙気象擾乱の総数と比較されて、もし、考慮すべき擾乱がまだ存在すれば、制御はステップ６０２に戻る。もし、全ての擾乱が考慮されたならば、ステップ６１４が実行されて、各テンプレートがそれぞれのカウントにより割られる（平均を得るために）。上述したように、もし、カウント配列に追加の次元があれば、各テンプレートの各要素はそれぞれのカウントにより割られる（項目単位で）。そして、ステップ６１５でプロセスが終了し、そのポイントで宇宙気象擾乱に固定されたテンプレートが生成される。
【００８２】
テンプレートを使用した予報の生成
テンプレートの組が生成されると、これらのテンプレートが宇宙気象予報を生成するために使用できる。新しいデータが、太陽サイクルの現在の位相についてのテンプレートと比較されて、そして最も類似したいずれかのテンプレートが予報を生成するために使用される。例えば、もし、新しいデータが激しい嵐を表わすテンプレートに最も類似していれば、激しい嵐が接近しているかもしれないという警報が発せられる。
【００８３】
図７は、このような予報が生成されるプロセスを示す。ステップ７０２で、図１に描かれたデータ源（宇宙船１０２、インターネット１０３、地上観測所１０４、データ記憶１０５、人間の入力１０６、又はモデル１０７）の１つから、ＳＥＰ又は他の活動の新しい測定が得られる。そして、値がデータ配列ＮＥＷＤＡＴＡ７０３中に記憶される。各新データは、新データ配列７０３中にシフトされる。すなわち、新データの第１の値が取除かれて、新データ内の全ての項目が１つの位置だけ前方にシフトされて（従って、第２の値が第１の値が前に占めていた位置を占める）、そして最新の値が新データ配列内の新しく空きとなった「最後」の位置に置かれる。代替的に、もし、テンプレートが小区分を含んでいれば（例えば、最初の５０の値は次ぎの５０の値とは異なるエネルギー範囲からである）、新データの記録は各小区分内で同様にして行なわれる。
【００８４】
ステップ７０４で処理が続けられて、新データと太陽サイクルの現在位相に対するテンプレートの各々との間の類似度測定が計算される。類似度測定７０５は、例えば、以下の方法のいずれでも計算できる。
【００８５】
−新データと各テンプレートとの間のユークリッド距離を計算することにより（図８及び図９に示すように）、
−新データと各テンプレートとの間の周知のピアソン相関係数を計算することにより、
−新データと各テンプレートとの間の分散−共分散類似度を計算することにより（統計学における当業者により周知の統計的技術であり、各テンプレートの平均値のみならず、テンプレート要素にわたってこれらの値の分散又は標準偏差も考慮する）、
−いかなる通常の認識／比較アルゴリズム（例えば、神経ネットワーク又は他の統計的計量）による。
【００８６】
全ての類似度測定が得られると、処理がステップ７０６で続けられて、最も類似した項目について変数の最大類似度（ＭＯＳＴＳＩＭＩＬＡＲ）が設定される（類似度点を計算するために使用された技術に依存して最大又は最小の値のいずれか）。
【００８７】
変数の最大類似度（ＭＯＳＴＳＩＭＩＬＡＲ）は、どのテンプレートが現在の新データサンプルと最も類似しているかを示す。ステップ７０７で、予報が生成される。この予報は、例えば、次ぎの形式である。“現在の状態はテンプレート［ＭＯＳＴＳＩＭＩＬＡＲ］により表わされる状態と最も類似している。”上述した「早い」、「中位い」、及び「遅い」基準を使用すると、予報はより慣用句的に表現される。“警報：現在の状態は早く到着する事象に最も似ている。次ぎの４０時間以内に地球影響事象が予期される！”この予報が発生されると、制御はステップ７０２に戻る。このプロセスは、宇宙気象擾乱及び太陽事象の両方の時間固定について同じであるが、予報の性質が異なる。代替的に、（ｉ）予報は最後に発生された予報と異なる場合のみに発生される。（ｉｉ）予報はある数の前の予報に基づく。又は、（ｉｉｉ）予報は最も厳格なある数の前の予報に基づく。
【００８８】
予報が発生されてある時間経過後に、予報の正確性を評価して予報システムを動的に修正することが可能である。これはいくつかの方法により行なうことができる。１つの方法では、１つのテンプレートの基準に適合したより多くのデータが得られると、新しいデータがテンプレート表現に加えられる（すなわち、時間の経過により、「新データ」は「歴史的データ」になり、これらは歴史的に導出されたテンプレートに加えられる）。動的システム修正について他のより複雑な手法が可能である。例えば、もし、予報が発生されてそして後知恵でそれが正しくないと分かった場合、間違った予報を導いたテンプレート表現が検査されて、予報を出した責任の最も有るデータが識別される。これらのデータは、修正されるか、又は、代替的に「問題有り」とフラグを立てるかのいずれかを行なうことができる。このようなフラグにより、これらのデータに依存した将来の予報の自信を低下できる。
【００８９】
類似度計算サブルーチンのサンプル
図８は、類似度の点数として使用できるユークリッド距離の計算を示す。繰り返すと、当業者は類似度測定を得るために多くの他の技術を使用することができることを理解する。番号８０１は、新しいサンプル８０２が比較されるテンプレートを識別する。サンプル内の各要素に対して（１乃至Ｎ、Ｎはサンプルの長さである）、差点数８０３が得られる。この差点数は、各サンプル要素及びテンプレート内の一致（又はそれぞれの）要素の間の単純な差である。これらの差点数が計算されると、類似度８０４の測定が全ての差点数を二乗してそれらを加算することにより得られる（そして、この二乗された差の和の平方根を取る）。
【００９０】
図９は、テンプレートの始まりのデータが事実上、基準と関連していない場合の状態を補償する代替的な実施の形態を示す。この状態を補償するために、サンプル（又は、等価的に、テンプレート）が最大の一致を見つけるために時間を通して「スライド」される。ステップ９０２で、変数の最大類似度（ＭｏｓｔＳｉｍｉｌａｒ）が大変大きな数（ここでは、９９９９９９９９として示される）に設定され、変数の現在スライド（ＳｌｉｄｅＮｏｗ）がゼロに設定される。そして、全スライド（ＴｏｔａｌＳｌｉｄｅｓ）は（（テンプレートの長さ）−（サンプルの長さ））に設定される。ステップ９０３において、差点数９０４の組が得られて、現在類似度９０５が計算される。
【００９１】
そして、現在類似度の値はステップ９０６で最大類似度と比較される。そして、もし、それが小さければ（例えば、より近いユークリッド距離）、ステップ９０７で最大類似度が現在類似度に等しく設定される。いずれの場合においても、ステップ９０８が実行されて、ここで現在スライドが増分される。ステップ９０９で、現在スライドは全スライドと比較されて、そして、もし、まだスライドが残っていれば、制御はステップ９０３に戻される。全てのスライドが完了すると、ルーチンは最大類似度９１０の値を返す。最大類似度の値は、ルーチンの完了時に、全ての可能な時間的スライドにわたってサンプルとテンプレートの間の最小のユークリッド距離である。
【００９２】
別の実施の形態では、分散−共分散距離の周知の統計的技術が最大類似度値を計算するために使用される。この技術において、テンプレートが最初に生成される時（個別のサンプルを平均化することにより）、平均値のみが記憶されるのではなく、時間の各点における分散の測定も記憶される。図８及び図９に示されたルーチンは、新しいサンプル（すなわち、新データ）をテンプレートの各々と比較するために分散−共分散技術を使用できる。同様に、自信、確実性、又は信頼性のその他の測定が使用できる（例えば、前の予報との一致等）。例えば、自信レベルは、有効であると判明した類似の観察及び予報の前例のパーセンティジにより決定できる。従って、もし、９０％の機会で、前の予報が正確であると判明した場合は、自信の程度は９０％である（又は、等価的に、０．９）。しかし、ユークリッド法が単に新しいサンプルと平均値の間のユークリッド距離を戻すのとは異なり、分散−共分散技術は平均値からの標準偏差の数としてこの距離を戻す。従って、分散−共分散技術は、本質的に、周知のｔテスト統計のように標準の統計技術の多次元的な一般化である。この技術は、平均データのみならずデータの分散を考慮した類似度推定を発生し、従って、いくぶんより良い推定を与える傾向がある。
【００９３】
数値的な計算が新しいデータと記憶された表現との間の類似度を計算するために使用されるため、各予報の自信測定を得ることが可能である。例えば、分散−共分散方法はテンプレートからの標準偏差の数を返す。これが予報の自信を測定するために使用できる。特に、もし、現在のデータが最も類似したテンプレートの表現から単に０．０１標準偏差である場合、システムはデータが最も類似したテンプレートから１２．８標準偏差である場合に比べてより大きな自信を有する。このような自信の測定は、警報と共に表示できるか、又は、よりしばしばに、もし、テンプレート予報が大きな（ハイブリッド）予報システムの一部である場合（例えば、もし、テンプレートのいくつかの組が並列に動作している場合、又は、もし、テンプレートが以下に説明するような神経ネットワークと並列に動作する場合）、最終予報における各テンプレートの重みは計算された予報−自信の関数である。
【００９４】
テンプレートに基づいたハイブリッド・システムのサンプル
図１０は、ハイブリッド・テンプレート。システムがどのように動作するかを示す。このようなシステムは、予報の正確性を増すために各々が並列に動作する複数のテンプレートの組を使用するために設計されている。例えば、３つのタイプの太陽事象固定及び２つのタイプの宇宙気象擾乱固定テンプレートを使用して、嵐の襲来及び嵐の性質（例えば、激しさと継続期間）の両方について宇宙気象予報を生成する。代替的に、１つの実施の形態のテンプレートは、Ｘ線データについてのテンプレートとＳＥＰデータについてのテンプレートとを含む。テンプレートは、例えば、Ｘ線データ・テンプレート内のデータがＳＥＰデータ・テンプレート内のデータよりも時間的に早いという、時間的に分離されたデータと関連していてもよい。
【００９５】
ステップ１０００で、テンプレート組１００１の変数が生成される。各テンプレート組はそれを変数のテンプレート１００２、新データが記憶される配列１００３、及び変数の類似度測定１００４と関連付けられている。ステップ１００５で、新データが獲得されると、適当な値が各新データ＿組内に記憶される。次に、ステップ１００６で、各テンプレート組について、各新データ＿組［ｉ］が対応するテンプレート［ｉ］と比較されて、そして、類似度測定が得られる１００６。ステップ１００７において、類似度測定が各テンプレート組について検査され、そして、最大類似度配列の位置［テンプレート組］が最大類似テンプレートに設定される。ステップ１００７が完了した後、最大類似度配列が各テンプレート組について、この組の中のどのテンプレートが新データに最も類似するかを示す。ステップ１００８で、各テンプレート組について、最大類似度配列に基づいて予報が生成される。この時点で、アルゴリズムは多くの可能な予報を有し、そしてステップ１００９で最終予報を出すために選択しなければならない。この最終予報はいくつかの方法で生成できる。例えば、もし、全てのテンプレート組が到着時間予報を発生している場合（例えば、太陽事象固定データに基づいて）、最終予報は各テンプレート組の予報の平均値、又は、別の実施の形態では、「最悪の場合」の予報が生成される（すなわち、最短の到着時刻予報が出力される）。代替的に、もし、分散−共分散類似度測定が使用される場合、距離（標準偏差で）が複数の予報の間を選択するために使用できる。同様に、自信、確実性、又は信頼性の他の測定も使用できる（例えば、前の予報との一致等）。しかし、もし、テンプレート組の幾つかが到着時間を推定し（例えば、太陽固定テンプレートに基づき），そして他が太陽擾乱の激しさを推定する場合、２つの別の予報が生成できる。一般に、この最終予報ステップ１００９のロジックは、テンプレート組内の特定のテンプレートに基づいている。
【００９６】
好適な実施の形態では、複数のテンプレートが上述したように生成される。しかし、この実施の形態では、テンプレートの複数の組が特別の開始条件のために作成される。例えば、テンプレートの一組が高い太陽活動の期間（例えば、太陽マックスの期間）から取られた歴史的データに基づいて生成される。テンプレートの別の組が低い太陽活動の期間（例えば、太陽ミニの期間）から取られた歴史的データに基づいて生成される。これらの複数の組が生成されると、現在の予報は現在のデータを適当なテンプレート組の要素と比較することにより作られる。気象を予報するためにこの動的な手法を使用することにより（ここでは、特定のテンプレートが、限定的ではなく、太陽のサイクルの位相などの活動の周期的又は最近の変化の関数として使用される）、予報の全体の正確性は増加する。同様に、テンプレートの複数の組が同様に他の開始条件について生成される（例えば、テンプレート組は、大きな太陽フレアの後の活動、又は大きなＸ線バーストの後の活動等を表わすために作成できる）。要するに、この手法は、テンプレート作成フェーズで説明した基準の拡張である。しかし、全てのデータに適用できる基準の代わりに、この「開始条件基準」が特別の開始条件のために生成されるべきテンプレート組を可能にする第１フィルタとして使用できる。
【００９７】
エキスパート・システムの実施の形態
この実施の形態では、エキスパート・システムが、太陽サイクルの特定の位相に対して宇宙気象擾乱の特定のタイプを示すＳＥＰ及び他のデータの複雑なパターンを認識するために使用される。例えば、エネルギー粒子活動の「ピーク」、すなわち、簡単に言えば、低−高−低と時間により変化するパターン、が太陽サイクル内の現在の位相におそらく依存する特性と共に、地磁気嵐の接近を示す。
【００９８】
図１１を参照すると、ステップ１６０１で、変数、現在上昇及び過去上昇、がゼロに初期設定される。全てのエネルギー粒子及び他のデータ値は、現在値獲得と呼ばれるルーチン（以下に説明する）により返される。最初、そのルーチンにより返されたデータ値は、過去値の中に記憶される（ステップ１６０１）。
【００９９】
ステップ１６０２において、プロセスは新しいデータ値又は測定が獲得されるまで停止する。これらの値は、例えば、図１に示すようないずれかの源から得られる。データは、例えば、ＳＥＰデータ、Ｘ線強度の測定、磁場成分の測定、日震パラメータ、光学データ等を含む。
【０１００】
上述したように、ＳＥＰデータはしばしば異なるエネルギー範囲で測定される。例えば、＞１Ｍｅｖ、＞２Ｍｅｖ、＞４ＭｅＶ、＞１０ＭｅＶ、＞３０ＭｅＶ、及び＞６０ＭｅＶ。各エネルギー範囲内で、測定は、１平方センチメートル当り、スタラジアン当り、秒当りに到着する粒子数で行なわれる。本アルゴリズムはこれらのエネルギー範囲の全て又はいずれかで動作でき、又は、代替的に、いずれかの組合せ又は導出されたエネルギー範囲（例えば、２−５ＭｅＶ、ｌｏｇ（４−１０ＭｅＶ）、２−５ＭｅＶのフーリエ成分等）でも動作できる。
【０１０１】
新データ値が得られると、現在値が現在値獲得により返された値に設定される（ステップ１６０３）。そして、現在値は過去値と比較される（ステップ１６０４）。もし、現在値が過去値よりも大きければ、現在上昇が真に設定される（ステップ１６０５）。それ以外は、現在上昇は誤りに設定される（ステップ１６０６）。次に、ピークの発生が、現在上昇が誤りで、過去上昇が真であるかどうかを検査することにより決定される（ステップ１６０７）。もし、この場合ならば、現在値は閾値と比較される（ステップ１６０８）。もし、現在値が閾値よりも大きければ、嵐が次ぎの７２時間内のいつかに発生することを予報する（ステップ１６１１）。閾値は解析されているデータのタイプ及び可能ならば太陽の現在の位相に基づいて選択される。さらに、図１１に示されるルーチンのさまざまなバージョンが異なるＳＥＰ及び太陽データで実行されて、嵐をこれらの複数のルーチンの結果に基づいて予報してよい。例えば、１つの実施の形態では、嵐はＸ線データのある閾値以上の上昇の検出に基づいて、又は、ある閾値上のＸ線データのピークの後に再びある閾値以上のＳＥＰのピーク又は上昇が続くことが検出されることに基づいて予報する。次に、過去上昇が現在上昇に設定され（ステップ１６０９）、そして過去値が現在値に設定される（ステップ１６１０）。そして、動作がステップ１６０２に戻る。
【０１０２】
図１２に、現在値獲得ルーチンが示されていて、３つの変数／データ構造、データ配列、現在時間及びブラー量を使用する。データ配列は図１３に示されるのと同様の配列である。配列１８０１内の各要素は索引番号１８０２とデータ値１８０３を含む。この配列に記憶されたデータ値１８０３は、例えば：
１）全エネルギー範囲の測定（例えば、０−１０，０００ＭｅＶ）、
２）１のような測定からの帯域通過領域、又は
３）２のような測定の線形又は非線形組合せ。
【０１０３】
現在時間は、データ配列への索引を増分するために使用される値である。ブラー量は、値を返す前にいくつのデータ値が一緒に平均化されなければならないかを示すために使用される。図１２では、平均化が単純な重み付け無しの平均として実行されている。しかし、平均化のためのどんな重み付けもここで使用できることが理解できる。
【０１０４】
現在値獲得ルーチンは、以下の様に動作する。ステップ１７０１で、現在時間の索引のデータ配列の要素が最新データ値に設定される。次に、ステップ１７０２で、変数である値が、ブラー量の最新データ値の合計に設定される。そして、変数現在時間が増分される（ステップ１７０３）。最終的に、ルーチンはブラー量により割られた値を返す（すなわち、平均値）（ステップ１７０４）。
【０１０５】
図１４には、興味有るデータとしてエネルギー粒子データを用いて、異なるブラー量に対する現在値獲得ルーチンの結果が示されている。この図に描かれている３つのグラフ中のｘ軸１９０１は全て時間を表わし、そして、ｙ軸は１Ｍｅｖ（数／（ｃｍ平方）秒ｓｒ）よりも大きいエネルギーを有する粒子のエネルギー粒子測定値の対数を表わす。このデータ値は単に説明の目的のために、１９９１年３月に始まる期間から取られた。
【０１０６】
上のグラフにおいて、エネルギー粒子の生の値（処理されていない、従って、平均化されていない）がグラフ１９０３されている。小丸１９０４は、突然の開始が現実に発生した時である（すなわち、極度の宇宙嵐が存在する時）。本発明からの予報は、小さな下向きの三角形１９０５により示される。これらの予報は、おおよそ２００の閾値を使用して得られた。これらの予報のいくつかはかなり正確だが、明らかに多くの誤警報がある（すなわち、アルゴリズムが自由過ぎて何も実際に来ないのに嵐を予報する）。
【０１０７】
図１４の真中のグラフにおいては、データが繰り返して描かれている１９０６。しかし、今度はブラー量が３時間に設定されている。すなわち、曲線１９０６の各点は実際は、曲線１９０３上に見られる連続３時間の平均である。この真中のグラフには、予報１９０７及び実際の嵐１９０８が示されている。グラフ１９０３の場合よりは少ない誤警報がある。
【０１０８】
最後に、底のグラフでは、エネルギー粒子データ値が、６時間のブラー量でもって描かれた１９０９。再び、予報された嵐１９１０及び現実の嵐１９１１が示される。上と真中の両グラフと比較すると、大きなブラー量を使用すると誤警報の数が減少することが明らかである。
【０１０９】
本発明とは対照的に、図１４からある閾値を超えたフラックスのみを見る従来技術は、いくつかの別個の嵐を表わす長期間にわたって嵐が来るという警報をだすことが当業者にはりかいされる。例えば、図１４に示されるデータに対して、もし、閾値が１０の場合、閾値にのみ基づいたシステムは、おおよそ５００乃至９００時間の間、連続的に警報を出すであろう。しかし、その期間は４つの別個の嵐を含む。
【０１１０】
本発明によるエキスパート・システムは、さまざまな形のピーク検出に限定されない。同様に、エキスパート・システムは線形又は非線形時系列的予報技術に基づくことができる。例えば、代替的な実施の形態では、エキスパート・システムは、（１）現在又は最近の宇宙気象状態を検査し、（２）最近の時間間隔にわたってＳＥＰカウントの変化（例えば、標準偏差）を計算し、（３）（ａ）最後の嵐からの時間数及び（ｂ）最後の嵐の前の嵐からの時間数を計算し、そして、（１）、（２）及び（３）の結果に基づいて次ぎの嵐までの時間を決定する。この予報は、現在ＳＥＰの変化及び嵐間の時間を、現在の状態に類似した宇宙気象状態における歴史的に導出されたこれらの値の分布と比較することにより作られる。例えば、ｘ軸上に事象間の時間及びｙ軸上にこの時間的遅延が観察された回数からなる分布が作成できるだろう。この基本的な分布のいくつかの変形が作成できる。１つは、太陽事象の後の２００時間未満までの歴史的データに基づく。別のものは、太陽事象の後の２００−４００時間までの歴史的データに基づく、等である。分布が作成されると、現在のデータについてどの分布が使用されるかの選択が、現在又は最近の宇宙気象状態を検査することにより行なわれる（上記（１）の結果に基づいて）。この選択が行なわれると、標準（そして周知）の統計技術を使用してこの技術から最も類似した事象までの時間を導き出すことが可能である。この予報の自信程度は、歴史的に類似の観察及び予報が出されて有効とされた予報のパーセンテイジに基づくことができる。
【０１１１】
本発明の代替的な実施の形態では、いくつかの規則を組合せた他のエキスパート・システムが使用されている。例えば、ＳＥＰの時間経過プロフィールを解析する規則が予報を改良することが知られている。特に、異なるエネルギー・チャンネルにおけるフラックスの上昇時間、３Ｈｅ／４Ｈｅ比の変化、及び異なるエネルギー・チャンネルにおいて陽子フラックス、電子フラックス、アルファ・フラックス及び他のイオン種の上昇時間の比較を解析する規則である。前述の実施の形態の場合と同様に、最終予報はいくつかの方法で発生できる（例えば、「最悪の場合」の技術により、サブシステム予報の重み付け合計により、最近の予報に基づく重み付けにより、等）。
【０１１２】
また、テンプレートに基づいた実施の形態のように、エキスパート・システムの実施の形態は、予報の自信の定量化を可能にする。例えば、ピーク検出に関する規則を利用した好適な実施の形態では、予報の自信レベルはいくつかの手段により得られる。例えば、（１）現在のピークの大きさを最新の他のピークと比較する関数により、（２）現在のピークと最近の太陽活動の間の相関関係を検査する関数により、（３）現在のピークのフーリエ冪を定量化する関数による等である。予報の自信レベルが定量化されると、予報システムの一部として表示できる。または、もし、適当ならば、エキスパート・システムは大きな（ハイブリッド）予報システムの一部である場合（例えば、もし、いくつかの規則が並列的に動作し、又は、もし、エキスパート・システムがテンプレートに基づいたシステムと並列的に動作する場合）、最終（全体）予報におけるエキスパート・システムの重みは計算された予報−自信の関数である。
【０１１３】
神経ネットワークに基づいた実施の形態
図１５は、入力層１１２、隠れた層１１４、及び出力層１１６を含む単純な３層神経ネットワーク１１１の例を示す。神経ネットワーク入力データはベクトル形式である（すなわち、各データ点は実際は順序付けられ一連の数である）。これらのデータは、入力層１１２におけるノード値を設定することによりネットワーク１１１内に供給される。そして、活動が入力層１１２内の各ノードを隠れた層１１４の各ノードに連結する接続１１３を介してネットワーク中を流れる。これらの接続の各々は、いずれの特定の接続中を流れる活動量が実際は入力ノードの値とその接続の重みとの積になるように、それと関連した重みを有する。隠れた層のいずれのノードの活動量は、そのノードに供給される重み付け接続の和、又は、例えば、閾値関数（シグマ状重み付け関数）を介して供給される重み付けされた接続の和のいずれかである。情報の流れが隠れた層１１４から同様に重み付け接続１１５の１組を介して出力層１１６へ流れる。
【０１１４】
神経ネットワーク（図１５に示すようなもの）は、１つの組のベクトル（入力ベクトル）を別の組のベクトル（出力ベクトル）にマッピングする洗練された方法である。しかし、このマッピングを有用にするためには、神経ネットワークは最初に訓練されなければならない。この訓練は、ネットワークの重み付け及び／又は閾値に小さな変化を作ることである。訓練が完了した後、神経ネットワークは所望のマッピングを行なう。神経ネットワークを訓練するためには多くの異なる技術が使用できるが、それらの大部分は同じロジックに依存している。（ｉ）入力−出力の対の一組が得られる（これが、訓練セットである。）、（ｉｉ）各入力が神経ネットワークへ供給されて、そして得られた結果が所望の出力と比較され、そして（ｉｉｉ）この比較の結果に基づいて、重み付け及び／又は閾値の変化が得られた結果と所望の結果の間の誤差を減少するため行なわれる。この入力−出力訓練は、誤差率が許容レベルまで減少するまで続けられる。神経ネットワーク訓練は、逆伝搬法又は他の訓練技術に基づくことができる（例えば、ヘブ学習法又は自己組織化法）。神経ネットワークの実現は知られている。ここでは詳細には説明しない。
【０１１５】
神経ネットワークが正確に宇宙気象を予報する能力は部分的には、訓練セットの入力及び出力ベクトルとして使用される正確なデータを定義することに依存している。宇宙気象を予報又は分類するための過去の神経ネットワークとは異なり、本発明の１つの実施の形態では入力パラメータとして３つまたはそれ以上のＳＥＰデータ点及び太陽サイクルの位相を使用して訓練される。別の実施の形態では、例えば、神経ネットワークはデータの組合せを使用して追加的に訓練される。例えば、神経ネットワークは異なるエネルギー・バンドからのＳＥＰデータ、太陽データと組合せたＳＥＰデータ、及び／又は時間的に分離されたＳＥＰ及び太陽データで訓練されることができる。１つの実施の形態では、例えば、神経ネットワークはＳＥＰデータが後に続くＸ線データで訓練される。好ましくは、神経ネットワークはまた、静かな状態のより良い予報を使用ずる、宇宙気象事象に関連しないデータで訓練される。
【０１１６】
各々の場合で、訓練セットはテンプレートの実施の形態と関連して上述された方法と同様にして得られる。興味の有る各太陽事象又は宇宙気象事象については、関連データが太陽事象又は宇宙気象事象の時間に基づいた歴史的データ記憶から得られる。従って、訓練用入力ベクトルは歴史的データ記憶から得られたデータであり、そして出力ベクトルはそのデータ関連した事象又は静かな状態を独特に表すために選ばれる。
【０１１７】
神経ネットワークが訓練された後、訓練に使用された形式の現在データが神経ネットワークに入力され、これが宇宙気象予報を識別するベクトルを出力する。
【０１１８】
出力ベクトルは、大部分の場合、訓練データをコードするのに使用した理想的出力ベクトルから僅かにことなる。例えば、もし、現在データが激しい西事象からのものである場合（訓練の際、事象は＜１，０，０＞としてコードされていた）、出力ベクトルは＜０．９５，０．００２，０．１＞であるかもしれない。予報の自信の測定は、例えば、現在出力ベクトルと理想化（訓練コード）出力ベクトルとの間のユークリッド距離を計算することにより得られる。このような予報の自信の測定は予報と一緒に出力されるか、又は、より大きな（ハイブリッド）宇宙気象予報システムにおいてこの予報を重み付けるために使用できる。
【０１１９】
神経ネットワークの実施の形態では、各々が５時間により分けられた、１Ｍｅｖよりも大きな積分陽子フラックスの１０の値が神経ネットワークへの入力として使用された。７つの隠されたノードが使用されて、そしてネットワークが地磁気嵐が発生するか否かを予報するために訓練されて、その出力としてイエス又はノーを発生する。神経ネットワークを事象及び非事象の両方でもって訓練した後、神経ネットワークは正確に訓練されたデータの予報を生成した。歴史的データの新しい重要な期間が神経ネットワークに入力された時、それは９４％の機会で歴史的に正しい予報を発生した。前述した通り、新しい予報の自信レベルは、同様な観察と予測が行なわれて有効とされたケースのパーセンテイジにより決定することができる。
【０１２０】
別の神経ネットワークの実施の形態では、別個の神経ネットワークが、西側、中央、及び東側発生太陽事象に対して作られた。もし、いずれかの神経ネットワークが嵐を予報するならば、嵐が予報される。このような神経ネットワークのシステムに歴史的データの新しい重要な期間が入力されると、システムは前の実施の形態よりもさらに良い予報を発生した。
【０１２１】
西側、中央、及び東側テンプレートが単一神経ネットワークの神経ネットワーク係数の中に組み込まれた時、嵐の発生のイエス／ノーの予報の同様な結果を得ることができる。
【０１２２】
あるタイプの予報（例えば、嵐までの時間、嵐の激しさ）についての他の神経ネットワークの実施の形態においては、全てのタイプのデータにより１つの神経ネットワークを訓練するのとは反対に、別個の神経ネットワークをデータの小組（例えば、上述したように、西側、中央、東側事象）で訓練することが予報の正確さを増すことがわかった。他のタイプのデータ（例えば、Ｘ線、波）で訓練されたネットワークはこれらのタイプの予報の正確性を増すことができる。さらに、各々がある基準を満足する歴史的期間から得られたデータで訓練された複数の神経ネットワークを作成して使用することにより、予報の正確性が改良されることがわかっている。例えば、１つの神経ネットワークは太陽活動が特に高い期間（例えば、太陽マックスの間）に発生するデータで訓練され、別のは相対的に静かな期間に発生するデータで訓練される。又は、１つの神経ネットワークは、Ｂｚ（ＩＭＦの南方向成分）が長期間にわたって負である期間に取られたデータで訓練される。又は、１つの神経ネットワークは、コロナホールの高い数を有する期間に取られたデータで訓練される。ネットワークが訓練されると、現在の状態に最も一致する神経ネットワークへ実時間データを入力することにより。予報が作られる。この宇宙気象予報システムのカスタマイズされて動的な観点は全体の正確性を増し、そしてシステムが宇宙気象の周期的および季節的変化をより良く処理する。
【０１２３】
予報が発生されてある時間が経過した後、予報の正確性を評価することが可能で、予報システムを動的に修正できる。これはいくつかの方法で行なうことができる。１つの方法では、入力ベクトルを作るのに使用された基準に適合したより多くのデータが得られた時、神経ネットワークがこの新しい入力ベクトルと適当な出力ベクトルを使用して再訓練できる（すなわち、時間の経過により、「新データ」が「歴史的データ」となるにつれて、神経ネットワークは前の歴史的データと「新たに歴史的な」データの両方を使用して再訓練できる）。
【０１２４】
ハイブリッド宇宙気象予報システム
テンプレートの実施の形態に関連して上述したように、ハイブリッド宇宙気象予報システムは単純（単一）な予報システムよりも良い仕事をする。このようなハイブリッド・システムの１つは、いくつかのテンプレートの組からなり（各々が、限定的ではなく、太陽サイクルの位相などの特定の宇宙気象開始条件に特化されている）、各々が宇宙気象事象の到着時間を予報するために専門化されている。このシステムはさらに、宇宙気象事象の到着時間を予報するいくつかの神経ネットワークといくつかのエキスパート・システムからなる。これらの全てのサブシステムは、入力データについて並列的に動作する。各サブシステムは予報を作るのみならず（例えば、「次ぎの２０時間に事象が発生する」等）、予報の自信を示す計量も作る（例えば、「次ぎの２０時間に事象が発生するチャンスは８２％である」）。宇宙気象予報システム全体は、例えば、以下に基づいて予報を発生できる。
【０１２５】
（１）各サブシステムの自信により重み付けされたサブシステム平均の予報、
（２）例えば、設定されたある閾値（例えば、８０％より大きい自信レベル）を超えた自信レベルを持って発生した最も厳しい予報を取ることに基づいた「最悪の場合」の予報、
（３）現在の予報及びそれらの自信レーティングのみならず、最近の時間間隔（例えば、過去４時間）からの予報及び自信レーティングをも考慮した予報、
（４）自動プロセッサ及び／又は人間の操作員が最終予報を出すことのできる、異なる予報を発生するサブシステムの出力（例えば、いくつかのサブシステムが激しさを予報し、そして他が襲来時間を予報する）。
【０１２６】
より多くのデータが利用可能になると、ハイブリッド・システムはその予報を更新する。（３）で述べたように、現在の予報は前の予報の関数であることもできる。従って、時間の各瞬間において、発生された予報は単純なデータに作用したプロセスの単なる結果ではなく、その代わりに、全体の予報は新しい（「生」又は「処理済」）データと前に処理されたデータとの関数であるだろう。本発明によるこの宇宙気象予報システムの非線形（フィードバック）の観点は、現在の予報が前のデータを知ることができ、従って、システムがデータ内に存在する情報をより完全に処理してデータ内の高度に複雑なパターンを識別することを可能にする。
【０１２７】
好適な実施の形態では、予報が高い程度の自信でもって作られた時、この予報は予報システムが将来のＳＥＰ又は他のデータを外挿又は予想することを可能にする。このような場合、予報システムが生データ又は生データから外挿又は予想される将来データを引いたもののいずれかを入力として取る（そして、処理する）ことを可能にする。生データから予想されたデータを引いた差を見ることにより、システムは現在の事象内に隠されているかもしれない宇宙気象事象を示すパターンを識別することができる。例えば、もし、特定のタイプの大きな宇宙嵐が予報された場合（高い程度の自信で）、次ぎの数日間のＳＥＰ及び他のデータはこの嵐により汚染されているかもしれない。この場合、次ぎの数日間、予想されたデータを現在のデータから差引くことができ、そして、残りのデータを検査することにより、宇宙気象予報システムがもしそうしなければ気付かないかもしれない追加の宇宙気象事象を識別できるかもしれない。
【０１２８】
ここに開示されたハイブリッド・システムは、発明者が「複数モード・インテリジェントシステム」と名付けたものの例である。複数モード・インテリジェントシステムは、限定的ではなく、各々がデータ処理を実行する２つ又はそれ以上のサブシステムのタイプを組合せたシステムを含む。このような処理は、神経ネット、ファジイ論理、エキスパート・システム、パターン認識システム、デジタル信号処理の標準数学的方法、古典数学等を含むことができる。例えば、それぞれ東側、中央、及び西側の事象を良く検出する３つの神経ネットワークが、最終予報を行なう前に神経ネットワーク識別又はパターン認識を与えるだろう。最終予報は並列的（すなわち、神経ネットと同じ入力をデータとして使用し）又は直列的（すなわち、データが神経ネットワークで既に処理された後）に発生する追加のサブシステム処理（例えば、テンプレート又はエキスパート・システム）に基づくことができる。従って、「複数モード・インテリジェンスシステム」は、複数のサブシステムがデータを解析する（並列的又は直列的のいずれか）、神経ネットワーク、エキスパート・システムなどの人工知能メソドロジイである。
【０１２９】
カスケーデイング・ハイブリッド・システム
最も一般的な用語において、カスケーディング・ハイブリッド・システムは複数の予測／識別モジュール（ＰＩＭ）の集まりであり、そこでは、ＰＩＭの出力が同じ又は他のＰＩＭの入力として使用される。ＰＩＭは、前述した単一の予報システム（例えば、テンプレートに基づいたシステム、神経ネットワーク・システム、又は厳格又はファジイ・エキスパート・システム）、ハイブリッド・システム（例えば、いくつかのテンプレート、神経ネットワーク及び／又はエキスパート・システムを含んだシステム）、又は各々がデータ処理を実行する２つ又はそれ以上のサブシステムを組合せた他の複数モード・インテリジェントシステムの内のいずれか１つである。カスケーディング・ハイブリッド・システムが動作すると、それは連続的に予測、予報、及び識別を生成する。そして、これらの出力はカスケーディング・システムにフィードバックされ、そして、新しい予測、予報及び識別が全てが並列的に動作しているＰＩＭのフィードバック結果に基づいて作られる。例えば、時刻１において、ＰＩＭが太陽フレアを識別し、次に（時刻２）、第２ＰＩＭが太陽フレアの大きさを測定し、時刻３において、第３ＰＩＭがこの大きさのフレアの衝撃を測定し、時刻４において、第４ＰＩＭが太陽フレア近くから発生したＣＭＥを識別する。
【０１３０】
図１６は、一般的な予測／識別モジュール（ＰＩＭ）を示す。本発明の好適な実施の形態では、各ＰＩＭは以下の属性を含む。
【０１３１】
（ａ）ＰＩＭが機能することを意図された状態を記述した、「開始条件」のリスト２６０３。開始条件の例としては：太陽マックス、太陽ミニ、黒点が極端に活動する期間、太陽風の速度がＸよりも大きい時、ＣＭＥが発生している時又は発生する予報された時、等。開始条件は、性質的に２進値（例えば、「電子フラックス＞２０粒子／ｃｍ平方秒の時」、「太陽フレアが発生した時」）か、又は「ファジイ」（例えば、「Ｄｓｔが約−１２よりも小さい時」又は「陽子事象の開始の示唆がある時」又は「放射線レベルが危険レベルに近づいている時」等）である。
【０１３２】
（ｂ）識別を行ない又は予測を発生する単一の又はハイブリッド識別又は予測システム／技術２６０５。このシステム／技術は、上述したテンプレートに基づいた、エキスパート・システムに基づいた、神経ネットワークに基づいた又はハイブリッドのシステム、又は、より一般的に、宇宙気象を予報するか又は宇宙気象予報に関連した又は例えば生物、物理、化学、電気、材料又は他のオブジェクト／システム（例えば、地球物理、電気工学、コンピュータ・サイエンス、材料科学、生物学、科学、結晶額）への宇宙気象関連影響を予報するためのいずれかに関連した領域の値、識別、予測、又は予報を発生するためのどんなシステム、技術、又は公式の内の１つである。適当なシステム／技術の例は、限定的ではなく、以下を含む。
【０１３３】
（１）光学データから太陽フレアの開始を識別又は予測するエキスパート・システム；
（２）新しい放射線帯の形成を予測又は識別するエキスパート・システム。
（３）ＣＭＥの開始を識別又は予測する神経ネットワーク。
（４）さまざまなエネルギー範囲及び種についてのＳＥＰ強度の時間プロファイルを予報するテンプレート・システム。
（５）さまざまなエネルギー範囲及び種についてのＳＥＰ強度の時間プロファイルを予報するハイブリッド・システム。
（６）ＳＥＰ時間プロファイルに基づいて事象の太陽発生位置を識別するテンプレート・システム。
（７）太陽データ（例えば、Ｘ線、光学、ガンマ線、マイクロ波等）及びＳＥＰデータ（例えば、電子、イオン、種等）を入力として取り、太陽事象（例えば、ＣＭＥ、フレア等）の太陽起源（例えば、時間、位置等）を識別するハイブリッド・システム。
（８）ＳＥＰプロファイルを入力として使用して、Ｄｓｔを予測する神経ネットワーク。
（９）雑音データの期間、Ｘ線バーストを識別するテンプレート・システム。
【０１３４】
（１０）雑音データの期間、Ｘ線バーストを識別するために神経ネットワーク及びパターン認識サブシステムを使用するハイブリッド・システム（すなわち、複数モード・インテリジェントシステム）。
（１１）いくつかのエネルギー（例えば、＜１Ｍｅｖ／ｎｕｃ、＞１Ｍｅｖ／ｎｕｃ、＞１０Ｍｅｖ／ｎｕｃ、＞１００Ｍｅｖ／ｎｕｃ、等）又はさまざまなエネルギー・バンド／範囲（例えば、０．５−１ＭｅＶ／ｎｕｃ、１−２ＭｅＶ／ｎｕｃ等）でのＳＥＰフラックス又はカウントの時間プロファイルを使用して、衝撃が地球又は宇宙船の場所に到着する時間を予報するテンプレート・システム。
（１２）ＳＥＰデータ（例えば、さまざまなエネルギー又はエネルギー・バンドで）の時間プロファイルを入力として使用し、そしてパターン認識及び他の複数モードインテリジェント・システムを使用して、衝撃が特定場所（例えば、地球、惑星間宇宙船等）に到着する時間を予報するハイブリッド・システム。
【０１３５】
（１３）宇宙の特定の場所に衝撃が到着する時間及び／又は粒子加速の予報を出すためにサブシステムの結果を使用するハイブリッド・システム（例えば、リー及びライアン、１９８６、のような移送式のバージョンに各々が基づいた、１つ又は複数のエキスパート・システムの回りに構築される）。
（１４）衝撃到着時間から衝撃圧縮比を推計するエキスパート・システム。
（１５）衝撃の上流状態を予測するエキスパート・システム。
（１６）衝撃の後の太陽風速度及び／又は密度を予測するエキスパート・システム。
（１７）ＳＥＰデータを入力として使用して衝撃の後の太陽風及びＩＭＦの乱流及び揺れのレベルを予測するエキスパート・システム。
（１８）ＳＥＰデータを入力として取りＫｐを予報するテンプレート・システム。
（１９）ＳＥＰ時間プロファイルを使用して突然の開始（ＳＳＣ）を予報するテンプレート・システム。
【０１３６】
（２０）ＳＥＰ値を入力データとして使用してＣＭＥ到着時間を予報するエキスパート・システム。
（２１）衝撃到着とＣＭＥ到着との間の最小時間を推定するエキスパート・システム。
（２２）Ｂｚ（＜０）が南向きの時、視認オーロラオバールの赤道端を予測するエキスパート・システム。
（２３）極冠電位を予測するエキスパート・システム。
（２４）視認オーロラの赤道方向の境界の尾方向変位を予測するエキスパート・システム。
（２５）電離圏擾乱を予報するハイブリッド（複数モード）システム
（２６）国際宇宙ステーションでの放射線危険（及び／又は放射線レベル）を予報するエキスパート・システム。
（２７）宇宙船異常を予報するハイブリッド・システム。
（２８）宇宙船荷電を予報するエキスパート・システム。
（２９）さまざまな周波数での通信遮断を予報するハイブリッド・システム。
【０１３７】
（３０）通信及び／又はナビゲーション・システムの可能な遮断（及び／又は遮断の大きさ）を予報するエキスパート・システム。
（３１）高高度極点飛行する飛行機の乗員及び乗客について危険な放射線レベルを予報するエキスパート・システム。
（３２）発電所での電力サージ及び危険な地上誘起電流の緯度及び地理的範囲を予報するエキスパート・システム。
（３３）電離圏擾乱によるＧＰＳの不正確性が起こり得る時間と場所を予報するハイブリッド・システム。
（３４）飛行機パイロットにＧＰＳよりも視認に依存すべきことを航空管制官が要求する時を予報するエキスパート・システム。
（３５）視認オーロラの時間（どの低緯度まで）を予報するエキスパート・システム。
（３６）複数のＫ値を入力として取り、Ｋｐの現在（又は将来）値の推測を返す式及び規則の組合せを使用したエキスパート・システム。
（３７）宇宙船又は飛行機の飛行に関する情報（例えば、計画ルート、出発時間、現在時間等）を入力として取り、その財産（アセット）の現在値を返すエキスパート・システム。
（３８）興味の有る変数（例えば、より高い時間的解像Ｄｓｔデータ、データ・ギャップの期間の電子フラックス値等）の「擬似−値」を発生するエキスパート・システム。
【０１３８】
（ｃ）入力データのタイプ（及び形式）２６０７。データの特定のタイプ及び形式は、ＰＩＭの開始条件及びシステムのタイプ／アーキテクチャに依存している。例えば、好適な実施の形態では、入力データは、１つの特定のエネルギー・バンド（例えば、１０−１００ＭｅＶ）から、少なくとも３時間の各時間に取ったＳＥＰデータ（すなわち、３つの値が使用される）の測定平均値である。そして、これらのデータは、ＰＩＭ神経ネットワーク、エキスパート、テンプレート、又はハイブリッドへの入力として使用される。別の好適な実施の形態では、入力データは、１つの特定のエネルギー・バンド（例えば、０．２−１．０ＭｅＶ／ｎｕｃ、５．０−１０．０ＭｅＶ／ｎｕｃ）からのいくつかのイオン種（例えば、陽子、３Ｈｅ、４Ｈｅ、Ｃ、Ｏ、Ｆｅ等）のＳＥＰデータの測定平均値である。
【０１３９】
（ｄ）出力のタイプ（及び形式）２６０９。出力は識別であるかもしれない（例えば、「入力データに基づくと、このＰＩＭ技術は放射線レベルの上昇を識別した」、又は「入力データに基づくと、このＰＩＭ技術は電子バーストを識別した」、又は「入力データに基づくと、このＰＩＭ技術はＣＭＥの開始を識別した」）。代替的に、出力は宇宙気象事象の予報であるかもしれない（例えば、「入力データ及びＰＩＭ技術に基づくと、高緯度で地上誘起電流（ＧＩＣ）が発生する可能性がある」、又は「入力データ及びＰＩＭ技術に基づくと、激しい衝撃がＡＣＥ宇宙船で起こることが予想されそして国際宇宙ステーションで高エネルギー陽子フラックスが予想されある」）。また、出力は宇宙気象の予報に興味があるかもしれない変数又はパラメータの予報であるかもしれない（例えば、太陽風速度）。さらに、出力の形式とタイプは２進値決定に限定されない（例えば、予報は確率を伴なう、又は、識別はアナログ数値として返される）。ＰＩＭ出力のタイプ及び形式は単一値または決定に限定されない（例えば、予報は複数部分であることができる。「データによると、衝撃が発生する可能性有り、衝撃は激しくそして位置Ｘにおいて次ぎの２５−３２時間内に到着する」など）。さらに、以下に説明するように、カスケーディング・ハイブリッド・システムが機能すると、どんな予測、識別、予報等はシステム内の他のＰＩＭの動作により修正され、洗練されるかもしれない。
【０１４０】
（ｅ）ＰＩＭの正確性、重み付け、結果としての行動、及び依存の数値又は他の測定／記述の組２６１１。「正確性」値は、ＰＩＭの出力の平均の正確性の測定を提供する（例えば、以下に詳細に説明する数値手段により評価される）。「重み付け」値は、複数のＰＩＭが全体の識別、予報又は予測の発生に貢献するカスケード・ハイブリッド実施例において、各ＰＩＭが組合せ出力にどれだけ貢献するか示す。「結果として」の行動は、ＰＩＭ出力に依存して実行されるであろう行動である。これらの行動はいくつかの形式を取ることができる。結果としての行動の１つのタイプは、カスケーディング・システム全体又はカスケーディング・システムの一部（例えば、ＰＩＭのある組、ある重み付け等）のいずれかの修正と関連する。行動のこれらのタイプの例は、あるＰＩＭの重み付けを修正する、ＰＩＭのある小組の活性化／不活性化、そして確認シーケンスの開始（例えば、データ整合性の、システムの整合性の、ＰＩＭ性能の確認等）を含む。
【０１４１】
結果としての行動の別のタイプは、急迫の宇宙気象事象の通知を含む（例えば、人工衛星操作員、宇宙飛行士等）。後で説明するＦＯＮＥアーキテクチャは通知を処理する１つの好適な方法である。カスケーディング・ハイブリッド・システム自身で、例えば、もし、特定の出力条件が満足されると、Ｅメールを送信する、電話をかける、警報を発する、又は通知のチェーンを発することにより、通知を処理することも可能である。例えば、もと、大きな衝撃が特定の財産、惑星間宇宙船など、の場所に発生することが予報された場合、財産所有者はこの潜在的な状況を通知されるだろう。同様に、もし、ＰＩＭの予測技術又はアルゴリズムが通信の遮断の可能性を予報した場合、通信センターは通信の整合性の実時間監視を行なうように警告されるだろう。
【０１４２】
一般に、これらの追加の数値的又は他の測定値が、全体システムの正確性の増加又は複数のＰＩＭが一緒に動作し又はカスケーディング・ハイブリッド・システムのフィードバック（他のＰＩＭへ）又はフィードアウト（警報等）に影響を与える方法の修正のいずれかを行なうために使用される。
【０１４３】
本発明によるカスケーディング・ハイブリッド・システムは、ＰＩＭに使用される特別の開始条件、システム／技術、入力データのタイプ及び／形式、又は正確性又は重み付け技術に依存しない。
【０１４４】
ＰＩＭの組を重み付けし、判定し、及び／又は刈り込みすることにより、宇宙気象システムの正確性、精度、及び使い易さが改良できる。例えば、ＰＩＭの性能の１つ又は複数の組は、歴史的、モデル発生、又は達成された又は実時間データの他のタイプに基づいて評価してもよい。例えば、１つ又は複数のＰＩＭの組の性能は、ＰＩＭの出力を歴史的、モデル発生、又は達成された又は実時間データの他のタイプとＰＩＭの出力を比較することに基づいて評価してもよい。この評価は手動の手段により（例えば、予測性能を眼で検査して、そして重み付け、自信、又は他の点数を割当てることにより）、又は、図１７に示される自動的手段により実行できる。
【０１４５】
図１７は、ＰＩＭ性能を評価するための１つのコンピュータ方法を示す。最初に、１つ又は複数のＰＩＭの組が選択される（ステップ２７０１）。これらのＰＩＭはいくつかの方法で選択できる。本発明の１つの実施の形態では、ＰＩＭは、全てが同じ（又は同様の）出力データを予測、予報又は識別することを試みるという理由で選択される。例えば、ＰＩＭの組は全てＣＭＥの開始の識別を試みる、又は、全てが衝撃到着時間の予報を試みる、又は、全てが太陽風密度の推定を行なう、かもしれない。これらのＰＩＭは、同じ所望の出力を有するかもしれないが、これらは、例えば、異なる入力データ及び異なる予測／識別技術を有するかもしれないことに注意する。代替的に、その組のＰＩＭは、それが含む特定の識別／予測システム又は技術２６０５に基づいて選択してもよい。例えば、ＰＩＭの組は全て特定のエキスパート・システムを使用してもよい。繰り返すが、これらの複数のＰＩＭは多くの他の方法で異なってもよい（例えば、これらＰＩＭの各々は入力データの異なるタイプ又は形式を使用してもよい）。ＰＩＭのこの組は、例えば、計算技術又はアルゴリズムの性能を評価するために選択されてもよい（例えば、エネルギー・バンドにわたり、時間にわたり、開始条件等にわたりその頑丈さを評価及び／又は定量化するため）。
【０１４６】
ＰＩＭの組が識別された後に、ステップ２７０２で開始し、歴史的、理論的、又はモデル発生データ２７０３に基づいて、それらの性能が評価される。この評価は、前の実施の形態で説明したのと同様の手段により行なわれる。ステップ２７０２において、ＰＩＭ組内の１つのＰＩＭが評価のために選択される。ステップ２７０４で、選択されたＰＩＭの開始条件が２６０３が検索される。ステップ２７０５で、そのＰＩＭの開始条件に合った期間からのデータが歴史的、理論的、又はモデル発生データ記憶２７０３から抽出されて、そして関連データ記憶２７０６内に置かれる。全ての関連データが識別された後、それらはステップ２７０９でそのＰＩＭについての識別／予測システム又は技術（２６０５）内に供給されて、そしてそのＰＩＭの識別／予測システム又は技術の結果は結果記憶２７１１に記憶される。ステップ２７１３で、その結果は「真」（歴史的、理論的、又はモデル発生）の結果データ２７１５と比較される。ステップ２７１７で、この比較は、限定的ではなく、統計的平均、分散の解析統計的手段、及び性能を解析する他の方法等を含む多くの方法で、組合せられ、平均化され、又は解析されることのできる一組の誤差レートを生ずる。全ての利用可能データと共に興味のある全てのＰＩＭに対して、このアルゴリズムに続いて、正確さの平均又は他の測定値が各ＰＩＭについてステップ２７１９で得られる。さらに、各ＰＩＭについて自信レベルも得ることができる。誤差の「平均」測定と対照的に、自信レベルはＰＩＭにより得られた誤差の範囲を反映する（すなわち、例えば、「プラス又はマイナス２時間」のように予報がどれだけ外れているかの推定を与える）。このような自信レベルは、例えば、誤差の標準偏差を計算することにより、又は、人口分散の他の統計的測定を使用することにより得ることができる。さらに、上述したのとほとんど同一の論理を使用して、限定的ではなく、ＰＩＭが受容できる結果を与える値の範囲を反映した「動作範囲」、ＰＩＭが最適に近い結果を生ずる数値又は他の値を反映した「ピーク感受性」などの、興味有る他の測定も得ることができる。これらの値は各ＰＩＭ２６１１と関連した数値の組内に挿入できる。代替的に、興味有る各ＰＩＭと関連した正確性又は他の値は、各ＰＩＭ２６１１と関連した値に挿入される前に始めに規格化できる（例えば、周知技術のｚスコアリングを使用して）。
【０１４７】
代替的に、もし、特に悪い結果を生ずるＰＩＭが識別された場合、それらはＰＩＭの組から刈り取る（すなわち、除去する）ことができる。また、ＰＩＭに対する「動作範囲」（図１７に示す技術により計算できる）をそのＰＩＭに関連した「開始条件」に加えてよい。
【０１４８】
ＰＩＭの重み付け、判定、刈り込み及びＰＩＭの組の説明された技術は、システム（すなわち、全てのＰＩＭ及びＰＩＭの組）が完全に検査されるまで続けられる。好適な実施の形態では、システムは以下の後でのみ「完全に検査された」とみなされる。
【０１４９】
−全てのＰＩＭが、全ての利用可能な歴史的データに基づいて、評価され、重み付けられる等。
−全てのＰＩＭが、いずれの利用可能な理論的又はモデル化データに基づいて、評価され、重み付けられる等。
−１つ又は複数のＰＩＭの全ての組が、全ての利用可能な歴史的データに基づいて、評価され、重み付けられる等。
−１つ又は複数のＰＩＭの全ての組が、いずれ利用可能な理論的又はモデル化されたデータに基づいて、評価され、重み付けられる等。
【０１５０】
これに加えて、より多くのデータが利用可能になるにつれて（例えば、時間の経過、又は新しい及び／又はより良いモデル又は理論の開発により）、ＰＩＭの重み付け、判定、又は刈り込みが定期的（好ましくは、自動的）に実行される。
【０１５１】
上述した評価／刈り込み方法は、識別又は予測の新しいシステム／方法を識別する（及び／又は作る）ためにも使用できる。例えば、仮想的なＰＩＭが、例えば、ＣＭＥが過去４８時間内に発生したか否かを識別することを試みるために、太陽風の現在の速度を入力として使用するエキスパート・システムについて、作成できる。このエキスパート・システムは、単に以下のように１つの単純な規則を使用する。
【０１５２】
もし（太陽風速度）＞８００ｋｍ／ｓｅｃならば、すると「はい、ＣＭＥが発生しました」。この例は、完全に仮想的であり、従って、この規則について作られたＰＩＭは大変低い正確性を有する。しかし、この規則が物理についての大変深い知識に基づいて作成されたと仮定する。たとえそうである場合でも、真に決定的な値が正確に８００ｋｍ／ｓｅｃであることは、とてもありえそうもない。これを認識すると、異なる「決定的な値」を各々が持った複数のＰＩＭを有するカスケーディング・ハイブリッド・システムが作成できる。例えば、８００ＰＩＭが、第１が４００の決定的な値で、次ぎが４０１の決定的な値で、次ぎが４０２等のように作成できる。そして、これらの８００ＰＩＭが興味有るＰＩＭ２７０１として選択でき、そして図１７に示された技術が最良の性能のＰＩＭを識別するため、従って、経験的に最良の決定的な値を識別するために使用される。これと同じ論理に従い、「経験的に最良」の神経ネットワークが、数百のＰＩＭを作成し、各々が僅かに異なる神経ネットワークとして作ることにより識別できる（多分、各ネットワークは異なる数の隠された層及び／又は僅かに異なる学習規則を有する等）。同様の技術（多数の変形を作成し、それらを評価し、そして最良を選ぶ）が、例えば、テンプレートの異なる組、「重み付け関数」の異なる組等の中から選択するために使用できる。これに加えて、「評価」は歴史的データに基づいてなされる必要はない。代わりに、理論的、シミュレートされた、又はモデル化データが使用できる。最後に、最適ＰＩＭ（又は、ＰＩＭの最適組）を識別するために他の周知の統計的又は数値的技術も使用できる。このような技術の例は、値の単純な外挿、ニユートン−ラフソン反復法、格子点反復法又は他のアルゴリズムを含む。
【０１５３】
図１８に示すように、受容できるＰＩＭの組が作成されると、それをカスケーデイング・ハイブリッド・システムに使用できる。カスケーディング・ハイブリッド・システムは、利用可能なデータ２８０３に「作用」して、識別、予測、そして、可能ならば関連行動２８１３を生ずる一組のＰＩＭ２８０１からなる。ＰＩＭの組は、１つ又は複数の単一システム２８０５（例えば、テンプレート、エキスパート、又は神経ネットワーク）及び１つ又は複数のハイブリッド・システム２８０７を含むだろう。利用可能なデータ２８０３は、主データ２８０９及び／又は二次データ２８１１を含む。主データは、他の実施の形態と関連して上述されたような変数の直接、間接、又は導出された測定値である（例えば、粒子測定値、光学測定値、Ｘ線測定値、比等）。二次的データは他の方法で発生したものである。例えば、限定的ではなく：
−予報又は仮定の結果、
−科学者、数学者等に知られている状態、変数の結果等（例えば、太陽マックス、観測されたが定量化されていない「高い活動」等）、
−１つ又は複数のＰＩＭが発生した識別、予測等の結果。
【０１５４】
上記の最後のタイプの二次的データは、カスケーディング・ハイブリッド・システムのカスケーディング性質を示す。一般に、どんなＰＩＭ２８１３又はＰＩＭの組の結果は、「現在の状態」の新しい要素になることができる。ＰＩＭが結果２８１３を発生した後、ボックス２８１５に示すように、その結果のタイプがカスケーディング・システムがどのように行動するかを決定する。例えば、もし、ＰＩＭが行動を生ずる場合、その行動が実行される。その行動は、例えば、ディスプレイを更新するだろう（このような行動を後で説明するような、ＦＯＮＥアーキテクチャを使用して処理することが可能であり、おそらくは好ましいことであるが）。代替的に、行動はユーザ又はシステムに電子又は他の手段により通知することである（再度、後で説明するようなＦＯＮＥシステムを通じてこれが達成できる）。さらに、代替的に、行動は、カスケーディング・ハイブリッド・システム又はＰＩＭをある方法で修正することであろう（例えば、ＰＩＭの相対的な重み付けを変えることにより、現在の状態を修正することにより、特定のＰＩＭを活性化／非活性化することにより等）。さらに、行動が複数のＰＩＭに依存する場合（すなわち、いくつかのＰＩＭが同じ又は同様な行動を指示する）、最終行動２８２２が実行される前に、決定規則２８２０（例えば、最悪シナリオが勝つ、平均値行動が発生する等）が複数行動を要素にわける。
【０１５５】
もし、ＰＩＭが予測を生ずる場合、現在又は関連の予測は更新されなければならないかもしれない。「最終行動」の場合のように、最終予測が複数のＰＩＭの出力に依存している場合、最終予測２８１９が更新される前に、決定規則２８１７が複数の予測を処理する。１つの実施の形態では、予測の形式は、例えば、予報された襲来時刻又は事象の強度を示す数値である。代替的に、予測は正確性の自信の測定を伴なってもよい（このような測定は、例えば、関連の予測の標準偏差を返すことにより得られる）。行動及び予測を処理する他の方法が以下に説明される。
【０１５６】
最後に、もし、ＰＩＭが現在状態を変更又は増加する結果（例えば、識別又は予測）を発生する場合、状態はそれに従って更新される。
【０１５７】
本発明によるシステムは、数十又は数千のＰＩＭを含むことができる。しかし、カスケーディング・ハイブリッド・システムは、好ましくは、歴史的、理論的にモデル化された、シミュレートされた、実時間等の大量のデータにより厳格に且つ広範囲に試験されたＰＩＭの「コア」組を有する。これらのＰＩＭの予測の有効性及び確証性はこのシステムの重要な観点である。これらの「コア」ＰＩＭは、それらに与えられた領域で大変良く動作することが知られていて（経験的又は理論的手段により）、そして、全ての刈り込みで生き残ったものでなければならない。これらの結果は、より大きな重み付けが与えられるであろうし、そしてより高い自信レベルと関連付けられる可能性が高い。
【０１５８】
「コア」ＰＩＭに加えて、多くの場合、興味有る実際の宇宙気象予報と関連する又は中心にあるＰＩＭが存在する。一般的に、どのＰＩＭがこれらかは、全ての状態については事前に決定できない。例えば、ある時は、カスケーディング・ハイブリッド・システムのユーザは、Ｄｓｔの将来値を予測するために現在及び／又は最近のＤｓｔ値を使用することに興味を有するかもしれない。この場合、Ｄｓｔに専用のＰＩＭ（及び、多分、Ｄｓｔと関連した変数に関係があるもの）は、「関連」又は「中心」ＰＩＭである。同時に、別のユーザ（又は、同じユーザ）は、ＰＩＭを他の複数モード・インテリジェントシステム（例えば、カオス又はフラクタル技術を使用してデータをモデルとするシステム）と共に使用して、将来のＤｓｔ値（例えば、２週間先）を予報するために、より古い（又は歴史的な）Ｄｓｔ値を使用することを試みるかもしれない。同時に、さらに別のユーザ（又は、同じユーザの一人）は、将来のＳＥＰ値／事象（例えば、２週間先）を予報するために歴史的ＳＥＰ値を用いて同じタイプの複数モード・インテリジェント・システム（例えば、カオス又はフラクタル技術等を使用してデータをモデルとするシステム）を使用するかもしれない。一方、また別のユーザ（又は、同じユーザの一人）は同時（又は、異なった時間）に、特定の時期にオーロラ（「北極光」）がどこで見られるかを予報することを試みるかも知れない。この場合、関連ＰＩＭは、例えば、粒子データを予測するための専門化されたあるＰＩＭ、地磁場を処理するために専門化された別のＰＩＭ、そして、局地的に集約された予報（例えば、実時間パブリックドメイン・インターネット気象サイトから取られた）を目的としたさらに別のＰＩＭを含むだろう。しかし、さらに別のユーザ（又は、同じユーザの一人）は同時（又は、別の時）に、太陽ミニマムの際に、例えば、惑星（例えば、水星、火星、又は木星）に近い宇宙船、太陽中心の宇宙船（例えば、ＳＴＥＲＥＯ）、又は太陽圏外へ飛行する「星間」探査機の位置での、衝撃の影響を予報することに興味を有するかもしれない。この場合、関連ＰＩＭは、例えば、ＣＭＥの開始又は他の衝撃関連太陽事象要素を識別するあるＰＩＭ（太陽ミニマムの特定の状態で訓練及び／又はカスタマイズされた）、粒子加速モデル化を目的としたＰＩＭ、そして興味のある財産の現在位置を計算するＰＩＭ（例えば、ミッション飛行計画等に基づいて）を含むだろう。同時（すなわち、太陽ミニマムの間）に同じ（又は、異なる）ユーザは、コロナホール、太陽風中の最高速ストリーム、及び共回転相互作用領域と関連したＰＩＭを使用して「キラー」電子事象の予測と関連したルーチンＰＩＭをより多く実行するかもしれない。
【０１５９】
以下に、どのようにしてハイブリッド・システムが機能するかの例を説明する。この例では、始めの開始条件は太陽マックスである。１つの開始条件があるだけであるから、それぞれのデータストリームを能動的に解析する数十のＰＩＭが存在するだろう。ある点において、これらのＰＩＭの１つは（又は、いくつかは）、ＣＭＥの開始を識別する。この新しい情報の部分はシステム内にカスケード戻されて（「二次データ」２８１１として）、そして開始条件は今や情報の２つの部分を含む。太陽マックスとＣＭＥの開始である。今、ＰＩＭのいくつかはそれらのデータを解析することを停止するかもしれない（例えば、もし、それらの開始条件がＣＭＥ中に機能することを阻止する場合）。そして、他のＰＩＭがデータの解析を開始し始めるだろう（例えば、ＣＭＥの開始を必要とする開始条件を有するそれら）。
【０１６０】
例えば、１つの実施の形態では、開始条件｛太陽マックスの間で且つＣＭＥ開始の５時間内｝を有するＰＩＭが存在する。もし、これらの開始条件が合えば、ＰＩＭはＳＥＰデータを解析して、陽子事象の開始を示す特定の「キー特徴」を探すためにテンプレートを使用する（例えば、データ値の時間−コース、データ値の特定の比等）。もし、ＰＩＭがこのキー特徴を見つけた場合、それは行動を有し（「何か大きなことが発生いていると操作員に通知せよ」など）、そして、新しい開始条件「プロトン事象進行中」を加えるかもしれない。この点で、３つの開始条件が存在し、そして、再度、あるＰＩＭが落ち、他が入る。一方、太陽電子データを入力として取るＰＩＭは、電子加速が発生していると識別する。同時に、別のＰＩＭ（低エネルギーイオン種データ、例えば、３Ｈｅ、を解析する）が強度の増強を識別し、そして同じく太陽電子加速が発生していることを予報する。これらのＰＩＭの両方が同じ結論を発生しているため（すなわち、太陽電子加速が発生している）、この予報はより大きな重みを割当てられる。
【０１６１】
このようなカスケード様式で機能するハイブリッド・システムは、いくつかの要因により非カスケード・システムよりも正確である。第１に、カスケーディング・ハイブリッド・システムは複数のＰＩＭが新しい識別／予測を発生することに貢献して、そしてこれらの新しい識別／予測が開始条件にフィードバックされるフィードバック・システムであり、カスケーディング・システム内の全てのＰＩＭはより豊富な入力（例えば、それらは主データに加えて二次データへのアクセスを有する）を有し且つ他のＰＩＭ（例えば、１つのＰＩＭは低レベルの自信の識別を発生するだろうけれども、結果としての条件の変化が他のＰＩＭがこの「仮説」を確認することを可能にするだろう）に広範囲の影響を有することがてきる出力を有する。第２に、ＰＩＭは生データ及び処理済み（「二次」）データの両方にアクセスできるから、それらはデータに雑音がある期間でさえデータの解析及び事象の予測／識別においてしばしば効果的であることが証明された。さらに、上述した単一及びハイブリッド・システムの場合と同じく、カスケーディング・ハイブリッド・システムの結果（予報、識別等）は、例えば、より長いリード時間、より良い正確性、「全てがクリア」信号、自信の測定、事象の大きさの数値的インデックス等を与え、しばしば、従来の宇宙気象技術が与える結果よりも良い。
【０１６２】
カスケーディング・ハイブリッド・システムの別の長所は、推定又は評価することがしばしば困難（又は、不可能）な変数を含む式、モデル、又は技術について作成されたＰＩＭを含むことができることである。変数の推定の問題は、ある事象の前に（例えば、４２時間又はそれ以上先に）良く予測又は予報することを望む時に、よりチャレンジングなものである。例えば、下の既知の式を考えると：
Ｄｓｔ（ｎＴ）＝２ｘ１０＾−２Ｖ２Ｓｑｒｔ（ｎ２）−２０−４２（１０＾３Ｖ２Ｂｓ−０．５）ここで、Ｖ２は衝撃後太陽風速度、ｎ２は衝撃後太陽風密度、Ｂｓ＝０、もしＢｚ＞０そしてそれ以外は＝Ｂｚ（バートン、Ｒ．Ｋ．、Ｒ．Ｌ．マックフェロン、Ｃ．Ｔ．ラッセル、１９７５年「惑星間条件とＤｓｔの間の経験的関係」、ジューナル・オブ・ジオフィジカル・リサーチ、８０、４２０４−４２１４から）。
【０１６３】
ｋｐ＝２．０９（＋／−０．２０）−０．９１（＋／−０．１９）Ｖ２ｂｚ（ハーディ、Ｄ．Ａ．、Ｗ．Ｊ．バーク、Ｍ．Ｓ．ガウショーベン、Ｍ．ハイネマン、Ｅ．ホルマン、１９８１年、「赤道方向のオーロラ境界のＤＭＳＰ／Ｆ２電子観察及びそれらの太陽風速度及び惑星間磁場の北−南成分との関係」、ジューナル・オブ・ジオフィジカル・リサーチ、８６、９９６１−９９７４から）。
【０１６４】
Ｋｐ＝９［１−ｅｘｐ（−（ｓｉｇｍａＢ＋０．３５）／７．７０）］ここで、ｓｉｇｍａＢ＝Ｓｑｒｔ（Ｂｚ＾２＋０．５Ｃ＾２Ｂｏ＾２）である（バリフ、Ｊ．Ｒ．、Ｄ．Ｅ．ジョンズ、Ｐ．Ｊ．コールマン、Ｊｒ．、１９６９年、「惑星間磁場の横断方向変動とＫｐの間の相関関係についてのさらなる証拠」、ジューナル・オブ・ジオフィジカル・リサーチ、７４、２２３９−２３０１から）。
【０１６５】
ＰＩＭはこれらの方程式のいずれについて作ることができる。しかし、各場合において、方程式中には推定することがしばしば困難（又は不可能）な重要なパラメータ（例えば、Ｂｚ、Ｖ２、ｎ２等）が存在する。従って、これらの方程式の１つについて作られたどんな単純なスタンドアロンモデル又はシステムは、最低限の値を有する。しかし、これらの方程式の１つ（又は全て）がＰＩＭの中に入れられて、大きなカスケーディング・ハイブリッド・システム中に含まれると、システム全体として作られた相乗効果により、それらの値は大変に増加する。特に、多くの「コア」ＰＩＭ（本発明による、テンプレート、エキスパート、神経ネットワーク、及びハイブリッド・システムで作られた）は、未知のパラメータのために信頼性のある値を与えることができる（それ以外で利用可能なより長いリード時間を有する）。
【０１６６】
さらに、このような重要なパラメータを予測するためにＰＩＭを使用することで、改良された実験式（すなわち、新しい実験ＰＩＭ）をある場合に導出できる。これらの式はより健全な理論的／実験的基礎を有するため、より健全であることができる。例えば、上述された上記Ｄｓｔは、ＳＥＰ値を入力として取る神経ネットワークを使用して正確に予報することができるだろう。このように、このような神経ネットワークは、例えば、上記したバートン等（１９７５）の式について作られたＰＩＭから独立にＤｓｔを得るＰＩＭを含むことができる。これら２つのＤｓｔの予報は、自信レベル、重み付けファクター等を得るために、互いに比較することができ、そしてＤｓｔの測定値と比較できる。
【０１６７】
さらに、Ｄｓｔ（例えば、Ｂｚ、Ｖ２）以外のパラメータについて解くため、バートン等の式を「再構成」することができる。システム内の１つ（又は複数）のＰＩＭはＤｓｔの推定を与えることができるから、Ｂｚ又はＶ２を解くために再構成された式を使用できる。そして、これらの値は、他の源（例えば、宇宙船により測定された、上記した別の方程式から得られた）から鰓たれ測定値（又は推定値）と比較できる。このカスケーディングは、全てのＰＩＭが反復的に且つ相互作用的により良い予報、予測、識別等に収束するように続く。
【０１６８】
上述したカスケーディング・ハイブリッド・システムは、どんな特定のハードウェアの実施の形態に依存しない。システムは、１つのコンピュータ内で、又は他のコンピュータ・システム（例えば、専門のハードウェア）、又は代替的に、複数のコンピュータで、又は他の計算装置で実現できる。１つの実施の形態では、ＰＩＭの異なる小組は異なるコンピュータ装置上（好ましくは、プライベート又はパブリック有線／無線ネットワークにより相互接続された）で活動し、これらの全ては「現在の状態」の全て又は一部と他のデータを含んだ記憶装置又は他の計算装置に接続される（再び、例えば、プライベート又はパブリック有線／無線ネットワークにより）。
【０１６９】
当業者は、これらのカスケーディング・システムは、特定のハードウェアの実施の形態、どんな特定の静的（又は可変）なタイプ又は数のＰＩＭ、どんな特定のデータ・タイプ又はデータ・レート、どんな特定のデータ源の組、どんな特定の「決定規則」（２８１７、２８２１）、又は、どんな特定の行動／通知の手段又は方法に限定されないことを認識できる。当業者はまた、上記ＰＯＭで説明されたどんな／全ての変数の代わりに数々の「代理」を使用できることを理解する。
【０１７０】
上述したＰＩＭ及びカスケーディング・ハイブリッド・システムは、予報の正確性を増加するために、そして適当な場合に正確で、タイムリーで、そして、カスタム調節された緩和行動を取るために、他の予報及び／又は通知及び治療的行動の既知の方法とインターフェイスすることができる。
【０１７１】
さらに、当業者は、ＰＩＭ及びカスケーディング・ハイブリッド・システムはまた、宇宙気象事象が自然事象か又は人工事象（核兵器爆発の結果など）かを決定するためにも使用できることを理解する。例えば、もし、ＰＩＭが第３放射線帯の形成又は強度の電磁パルスを検出し、これらの事象の自然の前触れ、すなわち、太陽／惑星間前触れ事象、を検出しない場合、人工事象が指示される。１つの実施の形態では、事象の組合せ、例えば、（第３放射線帯又は強度の電磁パルス）且つ（太陽／惑星間前触れ無し）、を探すＰＩＭが作られる。この組合せの事象が発生した時、このＰＩＭは「人工事象可能性」を識別する。この場合、人工事象に対する適当なＰＩＭ及びカスケーディング・ハイブリッドの予測及び／又は行動が、自動的に実現される。
【０１７２】
当業者は、ＰＩＭにより発生された予報の比較又は解析が、物理的プロセス及び／又はこのようなプロセスのモデルの洞察を得るのに使用できることを認識する。例えば、ＳＥＰデータを入力として使用する神経ネットワーク又は他のシステム（例えば、ハイブリッド又は他の複数モード・インテリジェント・システム）からなるＰＩＭは、時間の経過につれて、現在のモデルよりもずっと進歩した（例えば、正確、単純等）物理プロセスのモデルを経験的に導出するであろう。このように、これらのモデル（又は、ＰＩＭ出力）の比較は、例えば、これらの物理的セッティングにおいては追加の又はより少ない物理的メカニズムが重要であることを示し、そしてこれらの方程式における対応する項を含めるか又は捨てること及び／又はＰＩＭに対して対応する入力データを含めるか又は排除することになるであろう。
【０１７３】
カスタマイゼーション及び通知のシステム
以上説明された本発明の全ての実施の形態（テンプレート、エキスパート、ハイブリッド、及びカスケーディング）は予報を生成できる。ある意味では、予報は宇宙気象予報システムの目標結果である。しかし、別の意味では（及び／又は別の状態では）、予報は目標の結果の単なる一部である。例えば、システムは、３２時間内に地球に激しい陽子事象が発生することを予報するかもしれない。しかし、最終ユーザ（衛星所有者など）が知りたい望むものは、しばしば「この事象は私の財産にどのように影響するか？！」である。又は、おそらく、最終ユーザは、彼の財産に重要な影響があるか否かだけを通知されることを好むだろう。従って、宇宙気象予報の実際の問題に加えて、本発明はカスタマイズされた予報及び通知の必要性を説明する。
【０１７４】
本発明の１つの実施の形態では、カスタマイズされた予報及び通知は「予報最適化及び通知要素」（ＦＯＮＥ）により提供される。ＦＯＮＥは、上述のＰＩＭと多くの点で類似する。図１９に示すように、ＦＯＮＥは以下の要素を含む。
【０１７５】
（ａ）ＦＯＮＥに関連の有る現在のユーザのデータ２９０３の組。これらのデータは、静的又は実時間で更新される。これらのデータは好ましくは、例えば、図１に示されたどんなデータ源から／を通じてアクセスできる。１つの実施の形態では、これらのデータは、実時間で更新されるユーザの財産の現在及び将来位置を含む（例えば、宇宙船の位置及び軌道、飛行機の飛行経路等）。代替的に又は追加的に、これらのデータは、宇宙気象事象に対する特定の財産（例えば、宇宙船、軍人等）の感受性が含まれてもよい。これらの感受性データは、静的（例えば、飛行機の材料成分の感受性は時間の経過では変化しないであろう）又は動的（例えば、人工衛星の全体の感受性は地球の磁気圏内のその位置の関数として時間の経過と共に変化する、又、個人の感受性は彼らの年齢又は彼らの最近の照射量等の関数として変化するであろう）である。
【０１７６】
（ｂ）ＦＯＮＥの興味有る識別又は予報２９０５のリスト２９０５。これらの識別又は予報は、ＦＯＮＥが監視している「現在の状態」（例えば、前述のカスケーディング・ハイブリッド・システムのように）の観点である。興味有る識別又は予報は、ある事象（例えば、放射線帯の形成）の開始又はレベル（例えば、Ｘを超える放射線レベル、又はＹを超える＞２ＭｅＶの強度の電子）の設定（又は変数）を超える特別のデータ値のような事項を含むことができる。１つの実施の形態では、興味の有る識別又は予報は、ユーザの財産（例えば、ＧＩＣ、宇宙船荷電等）を害する電気的状態に集中する。別の実施の形態では、興味の有る識別又は予報は、宇宙飛行士（例えば、人間の安全のレベルを超えた放射線レベル等）を害する放射線及び他の状態に集中する。さらに別の実施の形態では、それらは通信と干渉する状態に集中する（例えば、電離圏の状態又は位置の変化）。また、別の実施の形態では、それらはナビゲーション又は戦術システムと干渉する状態に集中する（例えば、電離圏又他の状態に起因するＧＰＳの信頼性喪失）。また、別の実施の形態では、それらはユーザの財産の物理的状態に影響する状態に集中する（例えば、衛星の近くの大気密度の変化）。
【０１７７】
（ｃ）通知規則の組２７０７。この規則は、特定の状態２９０５になる場合に取られるべき時には一般的で、時には特別な行動を定義する。これらの行動は、限定的ではなく、以下のいずれかを含むことができる。
【０１７８】
−情報の送信（例えば、フアクシミリ、電子メール、インターネット、プライベートデータ線等）。送信される情報は、限定的ではなく、事象の予想時間、事象の予想の大きさ、事象の予想される影響、いずれの予想に関する自信レベル、（時間、位置、影響等の）「窓」又は範囲など、特定の事象に関する詳細を含むことができる。
【０１７９】
−情報の表示（例えば、コンピュータ・ターミナル上、ウェブ・サイト上、乗物制御パネル上等）。表示は、前述の送信情報のいくつか又は全て、及び、選択的に、他の源からのデータを含むことができる。情報の表示は、グラフ（バー、チャート、ライン等）、レベル−メーターなどの科学者、発明者、芸術家等に知られているフォーマット又は指定されているフォーマットであろう標準の形式を含んだ数値的又はグラフイック的形式であってよい。表示は非標準形式であることもできる。１つの実施の形態では、ディスプレイは、たとえば、時間をｘ軸、事象の確率をｙ軸、及び変数の仮想的範囲をｚ軸に示した、三次元表示である。このような三次元グラフ（視覚又は数値手段により）の検査は、ユーザが特定の事象（例えば、ユーザは、特定の事象は、もし、彼らの財産が位置に移動した場合、又は、もし、彼らの宇宙飛行士が３時間以上のＥＶＡにあずかる場合、又は、もし、太陽風がその密度又は速度をＹ又はＺ以上に増加させる場合）に関連した確率をより良く理解することを可能にする。
【０１８０】
−可聴シーケンスの開始又は変化。このようなシーケンスは、例えば、警報を鳴らす、又は、興味有る変数の関数として変化する特定の観点を有する歌／トーンを演奏することからなる。例えば、トーンの大きさは、事象の激しさの関数であることができ、トーンの周波数は事象のタイプ（例えば、低トーン＝衝撃、高い時＝放射線危険等）を示すことができ、トーンの変化（時間につれて）は到着時間等を示す等。代替的に、歌は所望の行動を指示するために演奏できる（例えば、もし、衛星操作者が子守唄が始まるのを聞いた場合、彼らはフェーズダウン遮断を開始すべき時間と知る）。
【０１８１】
−緩和行動の組の開始（例えば、感受性の高い装置のフェーズダウン遮断を行なう、冗長的な送信の使用を開始する等）。
【０１８２】
（ｄ）通知方法の組２９０９。これらの方法は、通知が行なわれるべき方法を定義する。例えば、もし、通知規則２９０７が警報が特定の状態で鳴らされるべきことを指示した場合、通知方法は警報を鳴らす手段に関してより詳細に指定するだろう。
【０１８３】
１つ又は複数のＦＯＮＥが作られると、カスケーディング・システムのＰＩＭが動作するのと同様な方法で機能する。特に、ＦＯＮＥは好ましくは常に「現在状態」のリスト又はデータベースにアクセスする。現在状態のこのリストは、ＰＩＭにより使用されるリストと同じであることができ、又は、そのリストの小組又は全く異なるリストであってよい。さらに、このリストは、ＦＯＮＥと同じコンピュータ又はネットワーク内に維持でき、又は、異なるコンピュータ／ネットワーク／記憶媒体（しかし、ＦＯＮＥが例えば図１に示されたいずれかの手段によりアクセスできるもの）内にあることができる。多くの場合、各ＦＯＮＥは他のＦＯＮＥと相対的に独立であり、そして各ＦＯＮＥは「現在状態」２９０３の特定の小組にのみ依存する。また、関連データは実時間でアクセスできるか、又は、それらは機会がある場合のみにアクセスできる。
【０１８４】
新データが得られた時（主データ２８０９又は二次データ２８１１のいずれか）、各ＦＯＮＥはそのデータを検査し、関連状態が見つかるかどうか２９０５、そして、もし、ＦＯＮＥが１つ又は複数の行動を必要とする場合、適当な行動を実行する。
【０１８５】
カスタマイズされた予報及び通知のいくつかの例が本発明のこの観点を説明すのにさらに役立つ。１９９９年５月、ロス・アンゼルスの病院がパニックとなった。彼らは彼らの内科医を遠隔治療のために呼び出したが、内科医はだれも返事しなかった。彼らは、ギャラクシーＩＶ衛星が宇宙気象事象の影響を受けて、その結果、北アメリカの呼び出し器（ページャー）が動作しないことを知らなかった。この場合、本発明によるＰＩＭは宇宙気象事象を予報して、そして本発明によるＦＯＮＥはギャラクシーＩＶの問題の事前の通知をギャラクシーＩＶの操作者及び／又はユーザに契約されたフォーマット／様式で送ったであろう。この例では、ギャラクシーＩＶ宇宙船操作者は、前もって、ギャラクシーＩＶの性質、位置、感受性、能力及びユーザを提供していただろう（もし、必要ならば、機密扱いで）。そして、操作員（及びユーザの各々）は、警報又は通知を早くに（例えば、数時間前に）、好ましいフォーマット、例えば、操作員に対する警報ベル、及び、ユーザには電子メール、ページャー、電話又はファクシミリ等により、で受取っていただろう。この早くて信頼性の有る通知は、操作員が感受性の有る宇宙船システムのフェーズダウン遮断して、他の人工衛星の使用などのバックアップ・モード及びそれらについての動作を実行するなどの、緩和行動を取ることを可能にする。一方、ギャラクシーＩＶのユーザへの早い通知は、もし必要ならば、彼らも緩和行動がてきるように「注意しろ」という通知を（全てのページャーの利用者に３時間内にサービスの中断を経験することを通知するなど）、彼らに与える。ロス・アンゼルスの内科医も含むページャーの利用者は、彼ら自信の手段、例えば、３０分毎にメッセージを取るために有線電話（すなわち、セル又はモバイル電話でなく）で電話をかける等、を取ることができる。
【０１８６】
本発明の１つの実施の形態によるカスタマイズされた予報の一例は、高高度の極点飛行経路を飛ぶ飛行機についての放射線照射量の予測である。このようなカスタマイズされた予報は以下のいくつかのステップを例えば含む。
【０１８７】
（ａ）時間の関数として、飛行機の予定位置を示す前もってファイルされた飛行計画を得る。
（ｂ）さまざまなエネルギー範囲について（例えば、＞１ＭｅＶ、＞１０ＭｅＶ、＞１００ＭｅＶ等）、時間の関数として、第１ＰＩＭからＳＥＰフラックス・プロファイルの予報を得る。
（ｃ）極点領域の事前の飛行経路及び第１ＰＩＭから得られたＳＥＰフラックス・プロファイルに基づいて、飛行機の外側の位置（例えば、高度、緯度、オーロラオバール等）の関数として、第２ＰＩＭ（第１ＰＩＭと異なる必要は無い）からＳＥＰフルエンスのプロファイルの予報を得る。
（ｄ）事前の飛行計画に基づいて、その特定の飛行機の内側の放射線照射量を予測するために、その飛行機の平均のシールドの厚さ（例えば、４ｃｍのアルミニウム又は８ｇｃｍ−２等）を使用する。
（ｅ）もし、この照射量がお客により指定された最大許容照射量（例えば、０．５レム、１レム、２レム等）の８０％（又は、他のお客又はパイロット組合又はエアラインが指定したどんな閾値）を超えるか又はそれに等しい場合、指定された方法でお客に通知する（例えば、コンピュータ、電子メール、警報、ページャー等）。
【０１８８】
（ｆ）もし、要求されるならば、お客がより適当な飛行計画を提出することを助けるために追加の情報を提供する。この追加情報は、極点ルートをより低高度で飛行する、極点ルートを飛行しない等のオプションを含む。
（ｇ）もし、極点飛行が提出されている場合は、離陸の後に、最終飛行計画を得て事前の飛行計画と比較する。もし、それらが本質的に同じならば、上記で予報した放射線照射量を使用しする。もし、両者が実質的に異なるならば、照射量予報を再計算する。追加的に、好適な実施の形態では、照射量は実時間で例えば現在の飛行位置及び現在のＰＩＭ出力データを使用及びアクセスして得ることができる。
【０１８９】
当業者は、上述の飛行機の例は、予報をカスタマイズ又はテイラーメイドするために使用できるステップのタイプを例示していことを理解する。同様のステップが、例えば、ＩＳＳ上の宇宙飛行士に対して健康に危険な照射量を予報するために使用される。この場合、例えば、各宇宙飛行士の許容照射量が知られていて（例えば、５０レム年間最大照射量）、そして、例えば、ＳＥＰプロファイルを使用して、個人照射量（例えば、ＥＶＡ上、ＩＳＳ内等）が数日及び／又は時間前に予報できる。従って、厳しい健康危険状態は容易に事前に決定でき、そして、適当な警報、警告等を出すことができる。同様に、このようなステップは、宇宙船異常及び／又は障害、ＧＰＳ不正確さ、通信障害、発電所グリッドでの電力サージ及びＧＩＣ等を予報するために使用される。
【０１９０】
本発明によるカスタム予報及び通知システムは柔軟性と正確性を提供する。これは部分的には以下による（網羅的リストではない）。
【０１９１】
−複数のＦＯＮＥが並列的に動作でき（例えば、主及び二次データを含む、全ての利用可能な「現在状態」に関して）、そして自動的方法で動作できる。
−各ＦＯＮＥはどんなＰＩＭの出力ついて動作できる（単に１つの最終予報について典型的に動作する現在知られているカスタム予報システムとは異なり）。特に、本発明によるシステムでは、いくつかの「中程度の確率の」予測、識別等が一緒になって事象（又は事象の観点）を示唆し、そして識別又は予報を発生する。
−１つ又は複数のＦＯＮＥ及び／又はそれらの関連するＰＩＭは、「オフサイト」（例えば、別のコンピュータ、施設等）であることができ、そして、関連入力は、このオフサイト位置でそれらの予報を発生し及び／又は行動を取ることができるようにそれらに別の位置（例えば、図１に示されているいずれの手段により）から供給できる。
−ＦＯＮＥは、予報／通知の複数の方法を指定できる。これに加えて、異なるタイプの予報、識別、又は事象は異なる通知を持つことができる。
【０１９２】
本発明が、特定の説明的な実施の形態に関して特に説明されたが、当業者には理解できるように、詳細及び形式におけるさまざまな変形が特許請求の範囲により定義される本発明の範囲内に含まれる。例えば、テンプレートに基づいた実施の形態は、どんな特定の基準に限定されず、エキスパート・システムの実施の形態は、規則のどんな特定の組に限定されない。エキスパート・システム規則は、平均、生又は平均活動レベルを見るだけではなく、粒子又は他のデータ（太陽、惑星間、又は地球物理）の分布、例えば、分散又は標準偏差も指定できる。このようなエキスパート・システムは、最近の事象間の時間又はこのような事象間の時間の分布に基づいた規則も含むことができる。さらに、エキスパート・
システムにより具現化された規則は「２進値」的性質（すなわち、オール又は無し）である必要はない。エキスパート・システムはまた、例えば、確率、量又は他の非２進値基準／関数を指定する「フアジイ」規則について作ることができる。同様に、神経ネットワーク・システムは、他の人工知能システム及びインテリジェント・ハイブリッド・システムも含むことができる。さらに、ここに説明された技術はさまざま方法で組合せられる。例えば、ハイブリッド・システムは、テンプレートに基づいた、エキスパート・システムに基づいた、及び神経ネットワークに基づいた技術のいくつか又は全てを同時に適用することにより予報を生成できる。１つのハイブリッド・システムでは、例えば、テンプレートが太陽の西側、中央、東側位置から発生した早い／遅い事象及びピーク・フラックスを指示し、そして神経ネットワークが太陽起源の事象を確認して地磁気嵐が発生するかどうかを予報する。ハイブリッド・システムは、多くの方法で最終予報を生成できる。例えば、限定的ではなく、「最悪の場合」の予報（すなわち、サブシステムの出力により予報された最短の到着時刻に基づく）、又は、自信、確実性又は信頼性のある測定に基づいた重み付け予報（例えば、時間の経過により一致、又は、標準偏差数、又は、理想出力からの距離、又は、前の予報との一致等）。
【０１９３】
上記の実施の形態のいずれの正確性は、特定の環境について専門化された実施の形態のバージョンを使用することにより増加できる。例えば、もし、光学又は他のデータ源が太陽の西側の経度におけるある事象を示す場合、西側のみに専門化されたテンプレートが正確性を増すために使用できる。同様に、神経ネットワークについて、もし、現在が太陽活動の増加する期間（例えば、太陽マキシマム）であることを示すデータが得られた場合、これらの条件について専門化された神経ネットワークが使用できる。繰り返すと、同様に、エキスパート・システムにおいて専門化された規則を動的に使用できる。例えば、低太陽活動期間において、ある低い閾値を超えたピークが検出された場合、嵐が予報される。一方、高い太陽活動時期（例えば、太陽マキシマム）においては、より高いフラックス・レベルのピークが警報を発する前に必要とされるだろう。
【０１９４】
最後に、上述のアルゴリズム及び技術は主としてＳＥＰデータに集中しているが、発明者により同じ又は同様のアルゴリズム及び技術が他のタイプの太陽及び惑星間及び地球物理データに基づいて宇宙気象予報を生成するために適用されており、適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明の好適な実施の形態の基本的なハードウェアの設定を示す図。
【図２】
テンプレート要素の構造を示す図。
【図３】
太陽事象固定及び宇宙気象擾乱固定テンプレートの示す図。
【図４】
基準の特定の組についての３つのテンプレートをグラフに示す図。
【図５】
太陽事象に時間的に固定したテンプレートを歴史的に導出して作成するソフトウェアのフローチャート。
【図６】
宇宙気象擾乱に時間的に固定したテンプレートを歴史的に導出して作成するソフトウェアのフローチャート。
【図７】
歴史的に導出したテンプレートによる到来するＳＥＰ及び／又は太陽データの比較に基づいて太陽誘起事象の襲来を予報するソフトウェアのフローチャート。
【図８】
太陽誘起事象を予報する時に使用できる類似度測定（ユークリッド距離計算）のタイプを示す図。
【図９】
太陽誘起事象を予報する時に使用できる類似度測定（ユークリッド距離計算）の１つのタイプを実現する一般的なサブルーチンを示す図。
【図１０】
予報の正確性を増加するために太陽固定及び嵐固定の両方のテンプレートからの情報を組合せたハイブリッド宇宙気象予報システムを示す図。
【図１１】
宇宙気象予測を生成するエキスパート・システムのためのソフトウェアのフローチャート。
【図１２】
ピーク発見エキスパート・システムにより使用されるＧｅｔＣｕｒｒｅｎｔＶａｌｕｅルーチンのフローチャート。
【図１３】
ピーク発見エキスパート・システムのためのデータ（ＳＥｐ、太陽等）を記憶するために使用されるデータ配列を示す図。
【図１４】
異なるブラー（ｂｌｕｒ）量を使用した本発明によるエキスパート・システムの予報結果を示す図。
【図１５】
３層神経ネットワークを示す図。
【図１６】
一般的な予測／識別モジュール（ＰＩＭ）を示す図。
【図１７】
ＰＩＭの組の評価を説明するフローチャート。
【図１８】
カスケーディング・ハイブリッド・システムを示す図。
【図１９】
一般的な予報最適化及び通知要素（ＦＯＮＥ）を示す図。
【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】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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