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公開番号2025082785
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-05-29
出願番号2024054194
出願日2024-03-28
発明の名称テストデータ補間方法、テストデータ補間プログラム、水位予測データ出力方法、水位予測データ出力プログラム、水位予測的中率算出方法及び水位予測的中率算出プログラム
出願人日本無線株式会社
代理人個人,個人,個人,個人
主分類G01W 1/10 20060101AFI20250522BHJP(測定;試験)
要約【課題】本開示は、機械学習を用いて、河川の水位を予測するにあたり、水位テストデータが欠測したときでも、降雨状況を反映させたうえで、水位テストデータを補間することにより、水位予測精度を向上させることを目的とする。
【解決手段】本開示は、テストデータとして、水位予測地点での水位データが欠測したときに、水位予測地点での欠測時刻の水位データを補間するにあたり、欠測時刻より任意時間前の予測時刻に降雨・実水位状況を反映させたうえで出力した、水位予測地点での予測時刻より任意時間後の欠測時刻の水位の予測データで補間することとした。
【選択図】図5

特許請求の範囲【請求項１】
水位予測地点でのある時刻の水位の予測に必要なテストデータとして、（１）前記水位予測地点及び前記水位予測地点より上流地点のうちの少なくともいずれかでの、当該時刻より過去の水位を示す水位データと、（２）前記水位予測地点及び前記水位予測地点より上流地点のうちの少なくともいずれかでの、当該時刻より過去の雨量を示す雨量データと、のうちの少なくともいずれかを抽出するテストデータ抽出ステップと、
前記水位予測地点での水位を予測するための水位予測モデルに、前記テストデータとして、前記水位データと前記雨量データのうちの少なくともいずれかを入力し、前記水位予測地点での当該時刻の水位の予測データを出力する水位予測データ出力ステップと、
前記水位予測地点での前記水位データが欠測したときに、前記水位予測地点での欠測時刻の前記水位データを補間するにあたり、前記水位予測データ出力ステップが欠測時刻より任意時間前の予測時刻に出力した、前記水位予測地点での予測時刻より前記任意時間後の欠測時刻の水位の前記予測データで補間するテストデータ補間ステップと、
を備えることを特徴とするテストデータ補間方法。
続きを表示（約 1,900 文字）【請求項２】
前記水位予測データ出力ステップは、前記上流地点での水位も予測するための前記水位予測モデルに、前記テストデータとして、前記水位データと前記雨量データのうちの少なくともいずれかを入力し、前記上流地点での当該時刻の水位の前記予測データも出力し、
前記テストデータ補間ステップは、前記上流地点での前記水位データが欠測したときに、前記上流地点での欠測時刻の前記水位データを補間するにあたり、前記水位予測データ出力ステップが欠測時刻より前記任意時間前の予測時刻に出力した、前記上流地点での予測時刻より前記任意時間後の欠測時刻の水位の前記予測データで補間する
ことを特徴とする、請求項１に記載のテストデータ補間方法。
【請求項３】
前記テストデータ補間ステップは、前記水位予測地点及び前記上流地点のうちの少なくともいずれかでの前記雨量データが欠測したときに、当該地点での欠測時刻の前記雨量データを補間するにあたり、当該地点での欠測時刻の雨量予報データで補間する
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のテストデータ補間方法。
【請求項４】
前記テストデータ補間ステップが設定している前記任意時間は、前記水位予測データ出力ステップが水位の前記予測データを出力する時間間隔に等しい時間である
ことを特徴とする、請求項１又は２に記載のテストデータ補間方法。
【請求項５】
請求項１又は２に記載のテストデータ補間方法が備える各処理ステップを、コンピュータに実行させるためのテストデータ補間プログラム。
【請求項６】
請求項１又は２に記載のテストデータ補間方法が補間した欠測時刻の前記水位データを、前記テストデータとして前記水位予測モデルに入力し、前記水位予測地点での当該時刻の水位の前記予測データを出力する水位予測データ補間出力ステップ、
を備えることを特徴とする水位予測データ出力方法。
【請求項７】
請求項６に記載の水位予測データ出力方法が備える前記水位予測データ補間出力ステップを、コンピュータに実行させるための水位予測データ出力プログラム。
【請求項８】
請求項１に記載のテストデータ補間方法で用いる前記水位予測モデルの検証のための検証用データとして、前記水位データ、過去観測雨量を示す前記雨量データ及び検証対象時刻より将来の予報雨量を示す前記雨量データを抽出する検証用データ抽出ステップと、
前記水位予測モデルに前記検証用データとして、前記水位予測地点での複数時刻の水位を検証するための前記水位データ、過去観測雨量を示す前記雨量データ及び予報雨量を示す前記雨量データを入力し、前記水位予測地点での当該複数時刻の水位の前記予測データを出力する水位予測データ出力ステップと、
前記水位予測地点での当該複数時刻の水位の前記予測データのうちの、前記水位予測地点での当該複数時刻の水位の観測データの周りの誤差幅内に収まるものの割合を、前記水位予測地点での水位の予測的中率として算出する水位予測的中率算出ステップと、
を順に備えることを特徴とする水位予測的中率算出方法。
【請求項９】
前記検証用データ抽出ステップは、前記検証用データとして、当該検証対象時刻より将来の将来観測雨量を示す前記雨量データも抽出し、
前記水位予測モデルに前記検証用データとして、前記水位予測地点での当該複数時刻の水位を検証するための前記水位データ、過去観測雨量を示す前記雨量データ及び将来観測雨量を示す前記雨量データを入力し、前記水位予測地点での水位の予測誤差の確率分布を算出し、前記水位予測的中率算出ステップでの水位の前記観測データに対する水位の前記予測データの誤差幅を設定する水位予測誤差幅設定ステップ、
を前記検証用データ抽出ステップと前記水位予測データ出力ステップとの間に備える
ことを特徴とする、請求項８に記載の水位予測的中率算出方法。
【請求項１０】
前記水位予測的中率算出ステップは、前記水位予測地点での水位警戒のための各発令基準毎に、及び／又は、前記水位予測データ出力ステップでの予測出力時刻から各予測対象時刻までの各期間長さ毎に、前記水位予測地点での水位の予測的中率を算出する
ことを特徴とする、請求項８又は９に記載の水位予測的中率算出方法。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本開示は、機械学習を用いて、河川の水位を予測するにあたり、水位テストデータが欠測したときでも、水位テストデータを補間する技術に関する。
続きを表示（約 1,600 文字）【背景技術】
【０００２】
機械学習を用いて、河川の水位を予測する技術が、特許文献１等に開示されている。訓練段階では、水位学習のための訓練用データを用いて、ニューラルネットワーク等の水位予測モデルを構築する。検証段階では、水位予測モデルの検証のための検証用データを水位予測モデルに入力し、水位予測モデルの汎化性能を評価する。予測段階では、水位予測のためのテストデータを水位予測モデルに入力し、河川の水位を予測する。
【０００３】
特許文献１では、水位予測地点でのある時刻の水位の学習に必要な訓練用データとして、水位予測地点及び水位予測地点より上流地点のうちの少なくともいずれかでの、当該時刻より過去の雨量及び水位のうちの少なくともいずれかを示す雨量・水位データを抽出する。そして、水位予測地点でのある時刻の水位の予測に必要なテストデータとして、水位予測地点及び水位予測地点より上流地点のうちの少なくともいずれかでの、当該時刻より過去の雨量及び水位のうちの少なくともいずれかを示す雨量・水位データを抽出する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
特開２０１９－０９５２４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、テストデータとして、水位予測地点での水位データが欠測することがあり得る。これは、水位観測所のテレメータからの入力データについて、符号エラーが検出されることがあり、正常な受信がされないからである。すると、テストデータを水位予測モデルに入力することができず、水位予測地点での水位を予測することができない。そこで、実証実験として、水位予測地点での水位データを補間することが試みられている。
【０００６】
従来技術の水位テストデータ補間処理の具体例を図１に示す。水位予測地点での水位データが欠測したときに、水位予測地点での欠測時刻の水位データを補間するにあたり、水位観測所のテレメータが欠測時刻より前の時刻及び／又は後の時刻に送信した、水位予測地点での欠測時刻より前の時刻及び／又は後の時刻の水位データを参照する。
【０００７】
図１の第１段では、現時刻の３０分後の１２時３０分の水位を予測するために、現時刻の１時間前の１１時の水位データ３．０ｍと、現時刻の３０分前の１１時３０分の水位データ４．０ｍと、現時刻である１２時の水位データ５．０ｍと、をテストデータとして抽出する。図１の第２～４段では、テストデータとして、一部の水位データが欠測する。
【０００８】
図１の第２段では、１１時の水位データ３．０ｍと、１１時３０分の水位データ４．０ｍと、が欠測しており、１２時の水位データ５．０ｍが観測されている。そこで、１１時の水位データ３．０ｍと、１１時３０分の水位データ４．０ｍと、として、１２時の水位データ５．０ｍを時間シフトして、水位データ５．０ｍを大きく誤って補間する。
【０００９】
図１の第３段では、１１時３０分の水位データ４．０ｍと、１２時の水位データ５．０ｍと、が欠測しており、１１時の水位データ３．０ｍが観測されている。そこで、１１時３０分の水位データ４．０ｍと、１２時の水位データ５．０ｍと、として、１１時の水位データ３．０ｍを時間シフトして、水位データ３．０ｍを大きく誤って補間する。
【００１０】
図１の第４段では、１１時３０分の水位データ４．０ｍが欠測しており、１１時の水位データ３．０ｍと、１２時の水位データ５．０ｍと、が観測されている。そこで、１１時３０分の水位データ４．０ｍとして、１１時の水位データ３．０ｍと、１２時の水位データ５．０ｍと、の間の線形補間をして、水位データ４．０ｍをほぼ正しく補間する。
（【００１１】以降は省略されています）

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