(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の入力データと第１の出力データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習部と、
前記推定モデルに第２の入力データを入力して得られた出力値を、前記第２の入力データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定部と、
前記第１の入力データを前記推定モデルに入力して得られる第１の推定値の確度基準情報を求め、前記第１の推定値と前記確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する精度推定情報作成部と、
前記第２の推定値と前記精度推定情報とに基づいて、前記第２の推定値に対する前記確度基準情報を求め、当該確度基準情報に基づいて前記第２の推定値の推定精度である確度情報を求める精度推定部と、
を備える推定システム。
【請求項２】
前記精度推定情報作成部は、
前記推定モデルの前記第１の推定値の取り得る範囲を区間に分割し、前記第１の推定値に対応する前記第１の出力データの値を前記区間に対応付けて、前記区間毎に前記第１の推定値に対応する前記第１の出力データの値の頻度分布を作成する分布作成部と、
前記確度基準情報として、前記頻度分布から標準偏差を算出する確度基準情報算出部と、
を有する、
請求項１記載の推定システム。
【請求項３】
前記精度推定部は、前記第２の推定値に最も近い精度推定情報の推定値に対する前記標準偏差を確度情報とする、
請求項２記載の推定システム。
【請求項４】
前記精度推定部は、前記第２の推定値が含まれる前記精度推定情報における推定値に対する前記標準偏差の線形補間値に重み係数を乗じた値を確度情報とする、
請求項２記載の推定システム。
【請求項５】
前記推定部により得られた前記第２の推定値と、前記第２の推定値に対して前記精度推定部により得られた前記確度情報とを出力するユーザインタフェースを備える、
請求項１〜４の何れか記載の推定システム。
【請求項６】
前記ユーザインタフェースは、表示装置であり、前記第１の推定値に対する前記第１の出力データの値の頻度分布を表示する、
請求項５記載の推定システム。
【請求項７】
前記確度情報に対して閾値を設け、前記閾値に対して確度が低いか否かを判定する確度判定部を備える、
請求項５又は６記載の推定システム。
【請求項８】
前記学習部は、前記確度判定部が前記確度が低いと特定した前記区間について、機械学習により前記推定モデルに追加学習させて前記推定モデルを更新する、
請求項７記載の推定システム。
【請求項９】
前記学習部は、前記確度判定部により前記確度が低いと特定された前記区間について、前記第１の入力データ及び前記第１の出力データの対応関係と、新たな入力データ及び当該データに対応する実績データの対応関係とから、機械学習により再学習させて推定モデルを新たに作成する、
請求項７記載の推定システム。
【請求項１０】
前記確度判定部により前記確度が高いと判定された前記第２の推定値と、その推定を前記推定部が行った時刻とを対応付けて記憶する高確度記憶部を備え、
前記精度推定部は、推定された前記第２の推定値が前記確度判定部により前記確度が低いと判定された場合に、前記高確度記憶部から前記推定の時点の直近の前記確度が高いと判定された前記第２の推定値を取得し、前記確度が低いと判定された前記第２の推定値を前記取得した前記第２の推定値に置き換えて前記ユーザインタフェースに出力する、
請求項７記載の推定システム。
【請求項１１】
第１の入力データと第１の出力データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習処理と、
前記推定モデルに第２の入力データを入力して得られた出力値を、前記第２の入力データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定処理と、
前記第１の入力データを前記推定モデルに入力して得られる第１の推定値と、前記第１の推定値に対する確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する精度推定情報作成処理と、
前記第２の推定値と前記精度推定情報とに基づいて、前記第２の推定値に対する前記確度基準情報を求め、当該確度基準情報を前記第２の推定値の推定精度である確度情報として前記第２の推定値に対する前記確度情報を求める精度推定処理と、
前記推定処理により得られた前記第２の推定値と、前記第２の推定値に対して前記精度推定処理により得られた前記確度情報とを出力する出力処理と、
を備える推定方法。
【請求項１２】
コンピュータに、
第１の入力データと第１の出力データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習処理と、
前記推定モデルに第２の入力データを入力して得られた出力値を、前記第２の入力データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定処理と、
前記第１の入力データを前記推定モデルに入力して得られる第１の推定値と、前記第１の推定値に対する確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する精度推定情報作成処理と、
前記第２の推定値と前記精度推定情報とに基づいて、前記第２の推定値に対する前記確度基準情報を求め、当該確度基準情報を前記第２の推定値の推定精度である確度情報として前記第２の推定値に対する前記確度情報を求める精度推定処理と、
前記推定処理により得られた前記第２の推定値と、前記第２の推定値に対して前記精度推定処理により得られた前記確度情報とを出力する出力処理と、
を実行させる推定プログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、推定システム、推定方法及び推定プログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、推定モデルの構築手法として機械学習が注目されている。特に機械学習のひとつである脳神経系の仕組みを模したニューラルネットワークは非線形のモデル化が可能であり、入力データと入力データに対応する出力データの対応関係を材料源として正確に学習することができるため、推定精度の高いモデル化が期待できる。【０００３】
一方で、推定精度は学習時に使用したデータに依存しており、環境や状態の変化により、学習時には存在しなかった新たな入出力関係が発生した場合などに推定精度が悪化するという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】国際公開第２０１６／１５２０５３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記のように環境や状態の変化により学習時に存在しなかった新たな入出力関係により推定精度が悪化する場合、新たな入出力関係を材料源として学習し、推定モデルを更新することが考えられる。しかし、推定モデルによる推定値と実績値との差が大きくなったとしても、その現象が一時的なものであれば、推定モデルの精度が劣化したとは言えず、そのような場合にまで推定モデルを更新することは運用者の負担が大きくなる。【０００６】
この課題に対して、推定モデルの精度を適切に推定できる精度推定システムが考案されており、この精度推定システムは、時間経過とともに環境の変化などの要因で所定時間後の将来の値の推定精度が劣化することに対して、推定モデルの精度を推定する仕組みを提供している。【０００７】
しかしながら、この精度推定システムは推定モデルの精度を推定後の将来に得られる実測値から推定するものであり、推定モデルの個々の推定値に対して、その精度あるいは確度情報を得ることができず、プラント施設や機器の運用など信頼性が要求される分野には適用できなかった。【０００８】
本発明の実施形態は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、推定値に対する確度情報を得ることのできる推定システム、推定方法及び推定プログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の目的を達成するために、本実施形態の推定システムは、第１の入力データと第１の出力データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習部と、前記推定モデルに第２の入力データを入力して得られた出力値を、前記第２の入力データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定部と、前記第１の入力データを前記推定モデルに入力して得られる第１の推定値の確度基準情報を求め、前記第１の推定値と前記確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する精度推定情報作成部と、前記第２の推定値と前記精度推定情報とに基づいて、前記第２の推定値に対する前記確度基準情報を求め、当該確度基準情報に基づいて前記第２の推定値の推定精度である確度情報を求める精度推定部と、を備えることを特徴とする。【００１０】
また、本形態は、上記各部の処理をコンピュータ又は電子回路により実現する方法、上記の各部の処理をコンピュータに実行させるプログラムとして捉えることもできる。【００１１】
すなわち、本実施形態の推定方法は、第１の入力データと第１の出力データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習処理と、前記推定モデルに第２の入力データを入力して得られた出力値を、前記第２の入力データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定処理と、前記第１の入力データを前記推定モデルに入力して得られる第１の推定値と、前記第１の推定値に対する確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する精度推定情報作成処理と、前記第２の推定値と前記精度推定情報とに基づいて、前記第２の推定値に対する前記確度基準情報を求め、当該確度基準情報を前記第２の推定値の推定精度である確度情報として前記第２の推定値に対する前記確度情報を求める精度推定処理と、前記推定処理により得られた前記第２の推定値と、前記第２の推定値に対して前記精度推定処理により得られた前記確度情報とを出力する出力処理と、を備えること、を特徴とする。【００１２】
本実施形態の推定プログラムは、コンピュータに、第１の入力データと第１の出力データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習処理と、前記推定モデルに第２の入力データを入力して得られた出力値を、前記第２の入力データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定処理と、前記第１の入力データを前記推定モデルに入力して得られる第１の推定値と、前記第１の推定値に対する確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する精度推定情報作成処理と、前記第２の推定値と前記精度推定情報とに基づいて、前記第２の推定値に対する前記確度基準情報を求め、当該確度基準情報を前記第２の推定値の推定精度である確度情報として前記第２の推定値に対する前記確度情報を求める精度推定処理と、前記推定処理により得られた前記第２の推定値と、前記第２の推定値に対して前記精度推定処理により得られた前記確度情報とを出力する出力処理と、を実行させること、を特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】プラントに適用された第１の実施形態に係る推定システムの構成を示す図である。
【図２】精度推定情報作成部の処理ブロック図である。
【図３】精度推定情報作成部を説明するための図である。
【図４】頻度分布の作成について説明する図である。
【図５】推定値の取り得る範囲を区分し、各推定値ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が属する区間に対する教師データ値｛ｂ１，ｂ２，…，ｂＮ｝の頻度分布を模式的に示した図である。
【図６】精度推定情報を示す図である。
【図７】精度推定部における推定値に対する確度情報の決定動作を示すフローチャートである。
【図８】精度推定部における推定値に対する確度情報の決定を補間により決定する動作フローチャートである。
【図９】プラントに適用された第２の実施形態に係る推定システムの構成を示す図である。
【図１０】プラントに適用された第４の実施形態に係る推定システムの構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１の実施形態）
（基本構成）
図１は、プラントに適用された第１の実施形態に係る推定システムの構成を示す図である。図１に示すように、本実施形態の推定システム１は、プラント１００と、データ収集部２００及びデータ記憶部３００を介して接続される。
【００１５】
プラント１００は、推定で必要となる入力データ及び出力データを生成する設備又は機器の集合体である。プラント１００としては、電力系統や水道設備などの信頼性、安全性が要求されるものが挙げられる。データ収集部２００は、プラント１００の設備又は機器への入力データ、及びその出力結果である出力データを、予め設定された時間間隔毎に無線又は有線により収集し、データ記憶部３００に記憶させる。
【００１６】
データ記憶部３００は、予め設定された時間間隔毎に入力データ及び出力データを対応付けて記憶する。また、データ記憶部３００は、後述する機械学習で使用する入力データ（以下、学習データと称する。）及び学習データに対応する出力データ（以下、教師データと称する）を対応付けて記憶している。この学習データ及び教師データは、データ収集部２００を介して収集されたプラント１００の過去分のデータである。
【００１７】
推定システム１は、データ記憶部３００に記憶されたデータを用いて、機械学習を行うことで推定モデルを作成し、この推定モデルに従って目的とする項目を推定する。推定項目は、例えば、プラント１００の設備又は機器が所定時間後に出力する予測値や、本来収集されるべきデータであったが、データ通信等の不具合で収集できなかった欠測データの推定などが挙げられる。
【００１８】
推定システム１は、単一のコンピュータ又はネットワーク接続された複数のコンピュータ及び表示装置を含み構成されている。推定システム１は、プログラム及びデータベースをＨＤＤやＳＳＤ等に記憶しており、ＲＡＭに適宜展開し、ＣＰＵで処理することにより、後述する推定モデルの作成や精度推定情報の作成などの必要な演算を行う。
【００１９】
具体的には、推定システム１は、学習用データ入力部２、学習部３、推定モデル格納部４、精度推定情報作成部５、精度推定情報格納部６、推定用データ入力部７、推定部８、精度推定部９、及びユーザインタフェース１０を備える。
【００２０】
学習用データ入力部２は、ＣＰＵ及びメモリを含み構成され、データ記憶部３０から学習データと学習データに対応する教師データを取得し、記憶する。学習データ及び教師データの次元数は１次元以上であり、学習に使用するレコード数は、取得済みのレコード数や推定項目によって設定することができる。
【００２１】
学習部３は、ＣＰＵを含み構成され、学習用データ入力部２から取得した学習データ及び教師データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する。機械学習は、ニューラルネットワーク、決定木、ランダムフォーレストなど様々な方式を用いることができる。
【００２２】
本実施形態では、学習部３は、学習用データ前処理手段３１と学習手段３２を有する。学習用データ前処理手段３１は、ＣＰＵを含み構成され、学習データ又は教師データに欠損などの異常が含まれていないかを検査し、異常を検出した場合は、学習データ又は教師データのレコードを学習対象から除外する。或いは、前値で補完するなどの処理を行う。また、学習用データ前処理手段３１は、推定モデルを効率的に作成するため、学習データと教師データを、例えば、平均値０、分散１に規格化するなどの処理を行っても良い。
【００２３】
学習手段３２は、ＣＰＵを含み構成され、学習用データ前処理手段３１から得た前処理済み学習データ及び前処理済み教師データを元に、機械学習により推定モデルを作成する。機械学習では、推定モデルの出力（以降、推定値とも称する。）と、教師データとの誤差が最小となるように、推定モデルに含まれるパラメータを繰り返し調整する。パラメータの調整には、例えば機械学習がニューラルネットワークである場合、誤差逆伝播法を用いることができる。
【００２４】
学習部３は、推定モデルによる推定値と教師データとの誤差が予め設定した基準値以下となった場合や、学習の繰り返し数が所定回数に達した場合、学習完了とし、作成した推定モデルを推定モデル格納部４に出力する。また、学習部３は、推定モデルに使用した教師データと、当該教師データに対応する学習データを推定モデルに入力した時に得られる推定値を精度推定情報作成部５に出力する。
【００２５】
推定モデル格納部４は、メモリ又はストレージを含み構成され、学習部３で作成された推定モデルを記憶する。
【００２６】
精度推定情報作成部５は、ＣＰＵを含み構成され、学習データを推定モデルに入力して得られる推定値の確度基準情報を求める。この推定値は、学習部３における学習段階の推定モデルに学習データを入力して当該推定モデルから出力された値である。この学習段階の推定値を以下では第１の推定値とも称する。確度基準情報は、推定値の確かさの度合いの基準となる情報であり、例えば、標準偏差、分散である。また、精度推定情報作成部５は、学習データを推定モデルに入力して得られる推定値と、推定値に対する確度基準情報との対応関係である精度推定情報を作成する。この精度推定情報作成部５の詳細は後述する。
【００２７】
精度推定情報格納部６は、メモリ又はストレージを含み構成され、精度推定情報作成部５で作成された精度推定情報を記憶する。
【００２８】
推定用データ入力部７は、ＣＰＵ及びメモリを含み構成され、データ記憶部３００から推定に必要となる入力データ（以降、推定用データとも称する。）を予め設定した時間間隔で取得し、記憶する。そして、記憶した推定用データを推定部８に出力する。
【００２９】
推定部８は、ＣＰＵを含み構成され、推定用データと推定モデルとを用いて出力結果を推定する。すなわち、推定部８は、推定に使用する推定モデルを推定モデル格納部４から取得する。そして、推定モデルに推定用データを入力して得られた出力値を、推定用データに対応する出力値である推定値として出力する。この推定部８による推定段階における推定用データに対応する推定値を、以下では第２の推定値とも称する。
【００３０】
本実施形態の推定部８は、推定用データ前処理手段８１と推定手段８２を有する。推定用データ前処理手段８１は、ＣＰＵを含み構成され、推定用データについて欠損などの異常の有無を検査し、異常を検出した場合は、推定を行わず、前置の推定値で置き換えるなどの処理を行う。また、推定モデルを規格化した学習データ及び教師データで作成した場合、学習用データ前処理手段３１で行った処理と対応する処理を行う。例えば、学習時に学習データに対して、平均値０、分散１の規格化処理が行われていた場合、このとき使用された学習データの平均値と分散を用いて規格化する。
【００３１】
推定手段８２は、ＣＰＵを含み構成され、推定モデル格納部４から推定モデルを取得し、推定用データ前処理手段８１から出力された前処理済みの推定用データを推定モデルに入力して、その推定結果を推定値として精度推定部９に出力する。
【００３２】
精度推定部９は、ＣＰＵを含み構成され、推定部８の推定値に対する確度情報を求める。確度情報とは、推定部８の推定値に対する確かさの度合い（確度）を示す情報であり、確度基準情報に基づいて求められる。
【００３３】
具体的には、精度推定部９は、精度推定情報格納部６から精度推定情報を取得し、推定段階の推定値である第２の推定値に対する確度基準情報を求め、当該確度基準情報に基づいて、推定部８による推定モデルの推定値の推定精度である確度情報を求める。精度推定部９は、求めた確度情報と当該確度情報に対応する推定値をユーザインタフェース１０に出力する。この精度推定部９の詳細は、後述する。
【００３４】
ユーザインタフェース１０は、推定部８により得られた推定値と、当該推定値に対して精度推定部９により得られた確度情報とを出力する。推定部８により得られた推定値は、ここでは精度推定部９から入力された推定値であるが、推定部８から直接入力された推定値であっても良い。ユーザインタフェース１０は、例えば、有機ＥＬや液晶ディスプレイなどの表示装置であり、推定部８により得られた推定値と、当該推定値に対して精度推定部９により得られた確度情報とを一対のデータとして表示する。ユーザインタフェース１０は、この一対のデータの他にも、推定部８により得られた推定値に対応する教師データの頻度分布を表示しても良い。
【００３５】
（詳細構成）
精度推定情報作成部５及び精度推定部９を更に詳細に説明する。図２は、精度推定情報作成部５の処理ブロック図である。図３は、精度推定情報作成部５を説明するための図である。図２に示すように、精度推定情報作成部５は、分布作成部５１、確度基準情報算出部５２を有する。
【００３６】
分布作成部５１は、ＣＰＵ及びメモリを含み構成され、図３に示すように、学習データに対する推定モデルの推定値（第１の推定値）の取り得る範囲を区分に分割し、当該推定値に対応する教師データの値を区間に対応付けて、区間毎に当該推定値に対応する教師データの値の頻度分布を作成する。なお、第１の推定値は、推定モデルに学習データを入力して出力された値であるため、学習データと対応関係があり、また当該学習データは教師データと対応関係がある。そのため、共通する学習データに対して対応する第１の推定値と教師データには対応関係がある。
【００３７】
図３では、推定値の取り得る範囲が０〜１２９であり、その範囲を１３等分し、０〜９、１０〜１９、…、１２０〜１２９の区間で区切った例を示している。この例において、推定値が８５であった場合、この推定値は区間８０〜８９に対応する。また、推定値が０未満又は１３０以上となる場合は、それぞれ０未満、１３０以上の区間として取り扱うものとする。なお、推定値の取り得る範囲は、例えばプラント１００の設備又は機器のデータ仕様から予め決定する。
【００３８】
分布作成部５１は、学習データに対応する推定値と教師データの対応関係について、推定値のそれぞれの分割区間に対して、教師データ値に対する累積情報を対応する区間に記録する。例えば、図４に示すように、学習データを推定モデルに入力して出力された推定値が８５であり、推定値に対応する教師データが７９であった場合、推定範囲の区間８０〜８９に対応する教師データの区間７０〜７９の累積情報ＡをＡ＋１に更新し、記録する。換言すれば、図４に示すように、各推定値の区間における教師データ値の各区間のマス目には、推定値に対応する教師データの値の数の累積情報である数値が書き込まれる。
【００３９】
このように分布作成部５１は、累積情報の更新を、推定値と当該推定値に対応する教師データ値の組み合わせの分繰り返し、図５に示すように頻度分布を作成する。図５は、推定値の取り得る範囲を区分し、各推定値ａｉ（ｉ＝１，２，…，Ｎ）が属する区間に対する教師データ値｛ｂ１，ｂ２，…，ｂＮ｝の頻度分布を模式的に示した図である。このように、頻度分布は、横軸が教師データの値、縦軸が推定値に対応する教師データの数となる分布であり、各推定値の区間に対してそれぞれ作成される。なお、ここでいうＮは、推定値の区間の数である。
【００４０】
確度基準情報算出部５２は、ＣＰＵを含み構成され、分布作成部５１により作成された頻度分布から標準偏差を算出する。すなわち、確度基準情報とは、ここでは頻度分布の標準偏差であり、確度基準情報算出部５２は、例えば、頻度分布から式（１）に従って標準偏差σ（ａｉ）（ｉ＝１，２，…，Ｎ）を算出する。
【数１】
0006984013.tif 000002
ｂｋ（ａｉ）は、推定値ａｉに対する教師データｂｋを示す。Ｌは、推定値ａｉが属する区間における教師データの数を示す。
【００４１】
このように、精度推定情報作成部５は、確度基準情報算出部５２により各推定値ａｉに対する確度基準情報σ（ａｉ）（ｉ＝１，２，…，Ｎ）をそれぞれ求め、図６に示すように、推定値ａｉと、推定値ａｉに対する確度基準情報σ（ａｉ）との対応関係である精度推定情報Ｔを作成する。精度推定情報Ｔは、例えば推定値ａｉと確度基準情報σ（ａｉ）との対応関係を示すテーブルである。ここでのＮは、推定値の区間の数である。したがって、確度基準情報σ（ａｉ）は、推定値ａｉが属する区間に対応し、当該区間の数求められる（ｉ＝１，２，…，Ｎ）。
【００４２】
精度推定部９は、精度推定情報格納部６から精度推定情報Ｔを参照し、推定部８から入力された推定値に対応する確度基準情報を求め、当該確度基準情報に基づいて当該推定値に対する確度情報を求める。
【００４３】
図７は、精度推定部９における推定値に対する確度情報の決定動作を示すフローチャートである。図７に示すように、精度推定部９は、推定部８から推定値ｘの入力を受け（ステップＳ０１）、推定値ｘが属する区間を特定し、ａｉ≦ｘ＜ａｉ＋１となるａｉ、ａｉ＋１を検出する（ステップＳ０２）。そして、（ｘ−ａｉ）＜（ａｉ＋１−ｘ）が成立するかを判定する（ステップＳ０３）。
【００４４】
（ｘ−ａｉ）＜（ａｉ＋１−ｘ）が成立する場合は（ステップＳ０３のＹＥＳ）、確度基準情報σ（ａｉ）を確度情報としてユーザインタフェース１０に出力する（ステップＳ０４）。一方、（ｘ−ａｉ）≧（ａｉ＋１−ｘ）である場合は（ステップＳ０３のＮＯ）、σ（ａｉ＋１）を確度情報としてユーザインタフェース１０に出力する（ステップＳ０５）。
【００４５】
また、上記のように精度推定部９は、推定値ｘが精度推定情報Ｔの推定値に最も近い推定値に対応する確度基準情報を確度情報としたが、次に示すように、精度推定情報Ｔにおける推定値に対する確度基準情報の補間に基づいて得られた情報を確度情報としても良い。
【００４６】
すなわち、図８に示すように、精度推定部９は、推定部８から推定値ｘの入力を受け（ステップＳ１１）、推定値ｘが属する区間を特定し、ａｉ≦ｘ＜ａｉ＋１となるａｉ、ａｉ＋１を検出する（ステップＳ１２）。そして、推定値ａｉ、ａｉ＋１に対する確度基準情報σ（ａｉ）、σ（ａｉ＋１）を精度推定情報Ｔから検索し、式（２）に従って線形補間値ｙを算出する（ステップＳ１３）。
【数２】
0006984013.tif 000003
式（２）のｘは推定値である。
【００４７】
更に、精度推定部９は、線形補間値ｙに重み係数Ｗを乗じ（ステップＳ１４）、得られた値を確度情報としてユーザインタフェース１０に出力する（ステップＳ１５）。なお、重み係数Ｗは、実数であり、予め設定されている。重み係数Ｗは、確度基準情報σ（ａｉ）、σ（ａｉ＋１）の算出の際に使用したデータの母数が、確度基準情報σ（ａｉ）に対応する推定値ａｉが属する区間と、確度基準情報σ（ａｉ＋１）に対応する推定値ａｉ＋１が属する区間とで異なるとき、母数が多い方を重み付けするように決定し、線形補間値ｙを補正する。
【００４８】
（作用・効果）
（１）本実施形態の推定システム１は、学習データと教師データの対応関係から、機械学習により推定モデルを作成する学習部３と、学習部３により作成された推定モデルに推定用データを入力して得られた出力値を、推定用データに対応する出力値である第２の推定値として推定する推定部８と、学習データを推定モデルに入力して得られる第１の推定値の確度基準情報を求め、第１の推定値と確度基準情報との対応関係である精度推定情報Ｔを作成する精度推定情報作成部５と、第２の推定値と精度推定情報Ｔとに基づいて、第２の推定値に対する確度基準情報を求め、当該確度基準情報に基づいて第２の推定値の推定精度である確度情報を求める精度推定部９と、を備えるようにした。
【００４９】
これにより、機械学習により作成された推定モデルが出力した推定値と併せて当該推定値に対する確度情報が得られるので、推定値に対する確度を評価することができる。そのため、推定値を信頼性や安全性が要求されるプラントの施設や機器などを適切に運用することが可能となる。例えば、推定システム１が、推定部８により得られた第２の推定値と、第２の推定値に対して精度推定部９により得られた確度情報とを出力するユーザインタフェース１０を備えることで、ユーザは、第２の推定値と、当該第２の推定値に対する確度情報とを得ることができ、第２の推定値の確度を評価することができる。
【００５０】
（２）精度推定情報作成部５は、推定モデルの第１の推定値の取り得る範囲を区間に分割し、第１の推定値に対応する教師データの値を上記区間に対応付けて、上記区間毎に第１の推定値に対応する教師データの値の頻度分布を作成する分布作成部５１と、確度基準情報として、頻度分布から標準偏差を算出する確度基準情報算出部５２と、を有するようにした。
【００５１】
これにより、推定モデルを作成する際に使用したデータから第２の推定値に潜在的に含まれる誤差を推定することができる。すなわち、学習データ及び教師データの標本が推定モデルの作成に使用されるため、当該標本に内在していた誤差が推定モデルに反映される。そのため、推定モデルに学習データを入力して得られた第１の推定値には、学習データに対する実績値である教師データとの差分である誤差が含まれ得る。同様に、推定モデルに推定用データを入力して得られた第２の推定値にも誤差が含まれ得るが、この第２の推定値に潜在的に含まれる誤差は、推定モデルの作成時、即ち学習時に使用した標本に内在していた誤差が反映されるものと考えられる。そのため、学習時に使用した教師データ、第１の推定値から頻度分布を作成し、誤差を評価する指標として標準偏差を算出するようにしたので、標準偏差を基準として第２の推定値の確度を評価することができる。
【００５２】
このように、機械学習による推定モデルの学習時に、推定モデルの推定値とその推定値に対応する教師データの値の頻度分布と、求めた頻度分布から得られる確度基準情報を求めて、推定時には、確度基準情報に基づいて確度情報を求めることで、第２の推定値に確率的に含まれる誤差を確度情報として与えることができ、第２の推定値に対する確度を評価することができる。
【００５３】
（３）精度推定部９は、第２の推定値に最も近い精度推定情報Ｔの推定値に対する標準偏差（確度基準情報）を確度情報とするようにした。これにより、簡便に確度情報を得ることができる。
【００５４】
（４）精度推定部９は、第２の推定値が含まれる精度推定情報Ｔにおける推定値に対する標準偏差（確度基準情報）の線形補間値に重み係数を乗じた値を確度情報とするようにした。これにより、確度情報の推定値に対する推定精度を向上させることができる。
【００５５】
（５）ユーザインタフェース１０は、表示装置であり、第１の推定値に対する教師データの値の頻度分布を表示するようにした。これにより、ユーザは、推定値及びその確度情報だけでなく、頻度分布も確認することができ、頻度分布の形状から学習データに偏りがないかを確認することができる。例えば、学習データに偏りがなく十分な学習ができていれば、頻度分布は平均値を中心に正規分布のような形状が期待でき、また精度良く学習ができていれば、分散が小さくなり分布形状がシャープになることが期待できる。
【００５６】
（第２の実施形態）
（構成）
第２の実施形態を、図９を用いて説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第１の実施形態と異なる点のみを説明し、第１の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００５７】
図９は、プラントに適用された第２の実施形態に係る推定システムの構成を示す図である。図９に示すように、推定システム１は、確度判定部１１を備える。
【００５８】
確度判定部１１は、ＣＰＵを含み構成され、確度情報に対して閾値を設け、閾値に対して確度が低いか否かを判定する。具体的には、確度判定部１１は、上記閾値と、精度推定部９が出力した確度情報とを比較し、確度情報が閾値よりも低い場合は、確度が低いと判定する区間を示す情報を生成し、当該区間を示す情報を学習部３に出力する。また、確度判定部１１は、閾値と確度情報との比較により、確度情報が閾値以上である場合は、確度が高いと判定する区間を示す情報を生成し、当該区間を示す情報を学習部３に出力する。
【００５９】
なお、確度判定部１１は、確度が低いと判定する区間又は確度が高いと判定する区間を次のように特定する。確度が低いと判定する区間を例に説明すると、確度判定部１１は、閾値より低いと判定した確度情報には、対応する第２の推定値が存在しているため、精度推定部９から当該第２の推定値の入力を受け、また、精度推定部９から精度推定情報Ｔを取得し、この精度推定情報Ｔを参照して当該第２の推定値が属している区間を特定する。
【００６０】
また、確度が高い区間又は確度が低い区間の特定は、次のように特定してもよい。すなわち、精度推定部９が第２の推定値から精度推定情報Ｔを参照して第２の推定値が属する区間ａｉ〜ａｉ＋１を特定するため、確度判定部１１は、精度推定部９から特定された区間ａｉ〜ａｉ＋１を取得する。一方、確度判定部１１は、精度推定部９から取得した確度情報を閾値と比較することにより、確度情報が閾値以上となって確度が高いか、又は確度情報が閾値未満となって確度が低いかを判定しているので、当該判定結果と取得した区間ａｉ〜ａｉ＋１とを共通する第２の推定値に基づいて紐付けることで、確度が高い区間又は確度が低い区間を特定する。
【００６１】
学習部３は、機械学習により推定モデルに追加学習させて推定モデルを更新する。この推定モデルに追加学習させる新たな学習データ及び教師データは、確度が低い結果となった推定用データと、推定モデルの作成以降に発生した確度が低い結果となった推定用データに対応する実績値である。確度が低い結果となった推定用データとは、確度判定部１１により閾値より低いと判定された確度情報を求めるのに精度推定部９で使用した第２の推定値に対応する入力データである。推定モデルの作成以降に発生した確度が低い結果となった推定用データに対応する実績値とは、推定モデルの作成以降にプラント１００の設備又は機器から発生した出力データ値のうち、確度が低い結果となった推定用データに対応する出力データ値である。
【００６２】
すなわち、推定部８の第２の推定値が、推定時から所定時間後の予測値であり、推定時の所定時間後に実績値が取得可能である場合、確度が低いと判定された当該第２の推定値に対応する推定用データが学習データとなり、推定時から所定時間後の実績値が教師データとなる。これらの学習データ及び教師データは、確度が低いと特定された区間のサンプルであり、例えば学習用データ入力部２に記憶される。なお、確度が低いと判定された第２の推定値とは、確度判定部１１により確度が低いと判定された確度情報に対応する第２の推定値である。
【００６３】
このように、学習部３は、推定モデルの作成以降に新たな発生した確度が低いと特定された区間のサンプルを材料源として、機械学習により推定モデルに追加学習させることで、確度判定部１１が確度が低いと特定した区間について、推定モデルを更新する。
【００６４】
なお、確度判定部１１により確度が低いと判定された確度情報には、対応する第２の推定値が存在しており、当該第２の推定値に対しては推定用データが存在している。そのため、確度が低い結果となった推定用データが特定される。また、同様に、確度判定部１１により確度が高いと判定された確度情報には、対応する第２の推定値が存在しており、当該第２の推定値に対して推定用データが存在している。そのため、確度が高い結果となった推定用データが特定される。
【００６５】
例えば、推定用データＩｊが推定部８に入力されて推定部８から第２の推定値ａｊが出力されたとすると、精度推定部９は、取得した第２の推定値ａｊに対応する確度情報Ｋｊを求め、確度判定部１１に出力する。確度判定部１１は、取得した確度情報Ｋｊに対して閾値を比較することで、確度情報Ｋｊに対して確度の高低を判定する。例えば、推定部８が推定用データＩｊと第２の推定値ａｊとを紐付けて推定システム１内のメモリに格納し、精度推定部９が第２の推定値ａｊと確度情報Ｋｊとを紐付けて推定システム１内のメモリに格納しておき、確度情報Ｋｊが確度が低いと判定した場合に、確度判定部１１は、当該確度情報Ｋｊと第２の推定値ａｊとを精度推定部９により格納されたメモリから取り出し、第２の推定値ａｊと推定用データＩｊとを推定部８により格納されたメモリから取り出すことにより、確度が低いと判定された確度情報Ｋｊに対応する推定用データＩｊを特定する。
【００６６】
また、当該推定用データＩｊを用いた推定の後の所定時間後の実績値ｂｊは、データ収集部２００により収集され、データ記憶部３００を介して例えば学習用データ入力部２に記憶される。そのため、推定用データと、推定から所定時間後の実績値とを紐付けることで、確度が低いと判定された区間における追加学習させる新たなサンプルを得る。例えば、推定部８は、第２の推定値ａｊを推定した時の時刻ｔｊと、当該第２の推定値ａｊに対応する推定用データＩｊとを紐付けて、推定システム１内のメモリに格納しておき、第２の推定値ａｊが推定時刻ｔｊから所定時間Δｔ後の予測値であるとすると、確度判定部１１は、時刻ｔｊ＋Δｔに発生した実績値ｂｊを学習用データ入力部２から取得し、特定した推定用データＩｊと実績値ｂｊとを対応付け、学習用データ入力部２に記憶させる。
【００６７】
（作用・効果）
（１）本実施形態の推定システムは、確度情報に対して閾値を設け、閾値に対して確度が低いか否かを判定する確度判定部１１を備えるようにした。これにより、確度の低い区間を知ることができる。すなわち、確度が低い要因としては、サンプル数が少ないことが一因として考えられるが、推定モデルの学習時においては、推定モデルに含まれるパラメータが、推定モデルの推定値と教師データとの誤差が最小となるように調整されるだけであり、サンプル数が不足しているか区間は不明であるが、確度判定部１１により、サンプル数が不足していると推定される区間を知ることができる。
【００６８】
（２）学習部３は、確度判定部１１により確度が低いと特定された区間について、機械学習により推定モデルに追加学習させて推定モデルを更新するようにした。これにより、確度が低い区間における推定値の推定精度を向上させることができる。換言すれば、各区間における確度の高低は相対的であり、確度が高い区間においては、新たな入力データと当該データに対する実績値とからなる新たなサンプルを追加学習させないようにすることで、確度が低い区間における推定値の推定精度を確度が高い区間の推定値の推定精度に対し、相対的に向上させることができる。
【００６９】
また、新たな入力データと当該データに対する実績値とからなる新たなサンプルを追加学習させることで、以前に学習したサンプルに対する推定精度よりも、新たなサンプルに対する推定精度を向上させやすい。つまり、新たなサンプルに対する推定精度が高くなるように強調されて推定モデルに反映されるため、プラント１００の設備や機器の経時変化等に追従した推定モデルを提供でき、入力に対する出力のトレンドが変わっていく推定対象に対して推定精度を向上させることができる。
【００７０】
（第３の実施形態）
第３の実施形態を説明する。第３の実施形態は、第２の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第２の実施形態と異なる点のみを説明し、第２の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７１】
本実施形態では、学習部３は、再学習させて推定モデルを新たに作成する。すなわち、学習部３は、確度判定部１１により確度が低いと特定された区間について、推定モデルを作成するのに使用した過去の学習データ及び教師データの対応関係と、推定モデル作成以降の新たな学習データ及び当該学習データに対応する実績データとの対応関係とから、機械学習により推定モデルを新たに作成する。
【００７２】
このように、学習部３は、確度判定部１１により確度が低いと特定された区間について、学習データ及び教師データの対応関係と、新たな学習データ及び当該データに対応する実績データの対応関係とから、機械学習により再学習させて推定モデルを新たに作成するようにした。これにより、以前に学習したサンプルに対しても新たに学習したサンプルに対しても精度良く推定することができる推定モデルを得ることができる。言い換えれば、あらゆる入力に対しても精度の高い推定値を得ることができる推定モデルを得ることができ、推定に対する信頼性を向上させることができる。
【００７３】
（第４の実施形態）
第４の実施形態を、図１０を用いて説明する。第４の実施形態は、第２の実施形態の基本構成と同じである。以下では、第２の実施形態と異なる点のみを説明し、第２の実施形態と同じ部分については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。
【００７４】
図１０は、プラントに適用された第４の実施形態に係る推定システムの構成を示す図である。図１０に示すように、本実施形態の推定システムは、高確度記憶部１２を備える。
【００７５】
高確度記憶部１２は、メモリ又はストレージを含み構成され、確度が高いと判定された第２の推定値と、その推定を推定部８が行った時刻とを対応付けて記憶する。ここでいう確度が高いと判定された第２の推定値とは、確度判定部１１が確度が高いと特定した区間における確度情報を、精度推定部９が求めるのに用いた推定値である。
【００７６】
精度推定部９は、推定された第２の推定値が確度判定部１１により確度が低いと判定された場合に、高確度記憶部１２から、推定の時点の直近の確度が高いと判定された第２の推定値を取得し、取得した前記第２の推定値に確度が低いと判定された第２の推定値を置き換えてユーザインタフェース１０に出力する。
【００７７】
例えば、精度推定部９は、確度判定部１１により確度が高いと判定された第２の推定値と、当該第２の推定値が推定部８により出力された時刻とを紐付けておき、高確度記憶部１２に記憶させる。そして、精度推定部９に、推定部８から推定部８が推定した他の第２の推定値が入力され、求めた確度情報が確度判定部１１により確度が低いと判定された場合、精度推定部９は、推定部８が上記他の第２の推定値を推定した時刻より前の直近の時刻における高確度記億部１２に記憶された第２の推定値を取得する。そして、取得した第２の推定値に従って確度情報を求める。
【００７８】
このように本実施形態の推定システムは、確度判定部１１により確度が高いと判定された第２の推定値と、その推定を推定部８が行った時刻とを対応付けて記憶する高確度記憶部１２を備え、精度推定部９は、推定された第２の推定値が確度判定部１１により確度が低いと判定された場合に、高確度記憶部１２から推定の時点の直近の確度が高いと判定された第２の推定値を取得し、取得した第２の推定値に確度が低いと判定された第２の推定値を置き換えてユーザインタフェース１０に出力するようにした。
【００７９】
例えば、推定対象がプラント設備や機器を制御するための制御値である場合に、確度の低い推定値を制御値として使用することはプラント設備や機器に信頼性が求められる場合に好ましくない。これに対し、確度の低い推定値を確度の高い直近の推定値に置き換えることで、確度が低いと判定された場合でも、追加学習や再学習をすることなく迅速に対処することができる。確度が低い区間が判明したとしても、追加学習や再学習は、ある程度新たなサンプル（実績値）が蓄積してから学習させることになるので、確度が矯正されるスパンは比較的長くなってしまう。これに対し、確度が低いと判定されたとしても、その推定以前に確度が高いと判定されている場合には、その推定値を使用することで確度が低いと判定された区間に対して迅速に対処することができる。
【００８０】
（他の実施形態）
本明細書においては、本発明に係る複数の実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであって、発明の範囲を限定することを意図していない。以上のような実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の範囲を逸脱しない範囲で、種々の省略や置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【００８１】
第１乃至第４の実施形態では、ユーザインタフェース１０を有するようにしたが、必ずしも有していなくても良い。例えば、推定システム１は、外部からの要求に応じて、精度推定部９により求めた確度情報と、当該確度情報に対応する推定値とを外部に出力するようにしても良い。このような推定システム１は、例えば単一又は複数のコンピュータで構成されたサーバである。
【００８２】
第１乃至第４の実施形態では、学習データ、教師データ、推定用データに対し、学習用データ前処理手段３１、推定用データ前処理手段８１によって前処理を行ったが、必ずしも行わなくても良い。
【００８３】
第２の実施形態、第３の実施形態では、確度が低い区間について、追加学習、再学習させるようにしたが、確度が高い区間について、追加学習、再学習させるようにしても良い。これにより、確度が高い区間について更に推定値の推定精度を向上させることができ、この推定値を用いて信頼性や安全性が要求されるプラントの設備や機器などを適切に運用することができる。
【００８４】
第１乃至第４の実施形態では、確度基準情報を頻度分布の標準偏差としたが、信頼区間としても良い。すなわち、確度基準情報算出部５２は、頻度分布から信頼区間を算出する。信頼区間は、標本平均±ｔ×標本標準偏差／√（標本数）に従って算出することができる。ｔは、ｔ分布表及び自由度（＝標本数−１）から求めることができる。例えば、信頼区間を９９．７％信頼区間とする場合は、ｔ＝３である。精度推定情報作成部５は、推定値と求めた信頼区間との対応関係である精度推定情報Ｔを求める。そして、精度推定部９は、推定値と精度推定情報Ｔから推定値に対応する信頼区間を求め、信頼区間に基づいて確度情報を求める。例えば、精度推定部９は、｜信頼区間−標本平均｜を確度情報とすることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１          推定システム
２          学習用データ入力部
３          学習部
３１        学習用データ前処理手段
３２        学習手段
４          推定モデル格納部
５          精度推定情報作成部
５１        分布作成部
５２        確度基準情報算出部
６          精度推定情報格納部
７          推定用データ入力部
８          推定部
８１        推定用データ前処理手段
８２        推定手段
９          精度推定部
１０        ユーザインタフェース
１１        確度判定部
１２        高確度記憶部
Ｔ          精度推定情報
１００      プラント
２００      データ収集部
３００      データ記憶部
【図１】
0006984013.tif 000004
【図２】
0006984013.tif 000005
【図３】
0006984013.tif 000006
【図４】
0006984013.tif 000007
【図５】
0006984013.tif 000008
【図６】
0006984013.tif 000009
【図７】
0006984013.tif 000010
【図８】
0006984013.tif 000011
【図９】
0006984013.tif 000012
【図１０】
0006984013.tif 000013