JP2018173342A - Rainfall sensor, rainfall estimation device, rainfall estimation method, and rainfall estimation system - Google Patents
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Abstract
【課題】新規で有用な雨量センサ、雨量推定装置、雨量推定方法および雨量推定システムを提供する。【解決手段】雨滴の衝撃により振動する被振動体20と、被振動体に設けられた加速度センサ30と、加速度センサからの加速度データを送信する送信インタフェース33とを有する雨量センサ10によって加速度データを送信し、雨量推定装置は、その加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、特徴データから雨量を推定する手段と、を有し、加速度データから雨量を推定する。【選択図】図2A novel and useful rainfall sensor, rainfall estimation device, rainfall estimation method, and rainfall estimation system are provided. Acceleration data is obtained by a rain sensor having a vibrating body that vibrates due to the impact of raindrops, an acceleration sensor provided on the vibrating body, and a transmission interface for transmitting acceleration data from the acceleration sensor. The rain amount estimation device transmits the acceleration data to the frequency domain data for each time period, performs a Fourier transform, extracts the feature data composed of correlation values between the frequency domain data, and the rain sensor. Means for estimating the rainfall from the feature data using the regression equation obtained by learning, and estimates the rainfall from the acceleration data. [Selection] Figure 2
Description
本発明は、雨量を推定する技術に関し、特に、雨滴の衝撃を検出する雨量センサ、その雨量センサを用いた雨量推定装置、雨量推定方法、および雨量推定システムに関する。 The present invention relates to a technique for estimating rainfall, and more particularly to a rainfall sensor that detects the impact of raindrops, a rainfall estimation device that uses the rainfall sensor, a rainfall estimation method, and a rainfall estimation system.
近年、地球温暖化の影響により、夏季の気温が上昇し、局地的な豪雨が増加している。豪雨による急激な河川の増水や土砂崩れの被害を最小限に抑制するためには、緻密な雨量の観測網が必要である。 In recent years, due to the effects of global warming, summer temperatures have risen and local heavy rain has increased. In order to minimize the sudden increase in rivers and landslides caused by heavy rain, a dense rainfall observation network is required.
雨量計として転倒升型雨量計が広く使用されている。この雨量計は、所定の大きさの開口を有する漏斗状の雨水供給部を有し、雨水は一対の転倒枡の一方に導かれ、所定量の雨水がたまると転倒枡が転倒し排水する。転倒動作をリードスイッチで検出して転倒回数を測定することにより降水量を測定する(例えば、特許文献1参照。)。 A tipping-type rain gauge is widely used as a rain gauge. This rain gauge has a funnel-shaped rainwater supply section having an opening of a predetermined size, and the rainwater is guided to one of a pair of tipping overfalls, and when the amount of rainwater accumulates, the overturning taps fall down and drain. Precipitation is measured by detecting the overturning action with a reed switch and measuring the number of falls (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、特許文献1の転倒升型雨量計では、開口部から落ち葉や昆虫等の異物が混入し易く、雨水供給部が塞がり易い。また、異物を除去するためにユーザが除去しなければならず、メンテナンスが必要である。雨量計を山間部や谷筋や斜面に設置する場合は、ユーザが雨量計にアクセスすることが容易でない場合が多い。また、転倒枡が可動部材を有するため、耐久性が劣るおそれがある。また、機械部品が多く複雑なため、製造コストを低減することが困難である。
However, in the overturning rain gauge of
本発明は上記の欠点を克服するために行われたもので、新規で有用な雨量センサ、雨量推定装置、雨量推定方法および雨量推定システムを提供する。 The present invention has been made to overcome the above drawbacks, and provides a new and useful rainfall sensor, rainfall estimation device, rainfall estimation method, and rainfall estimation system.
本発明の一態様によれば、雨量センサから雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データを受信する手段と、上記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、上記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、上記雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、上記特徴データから雨量を推定する手段と、を備える雨量推定装置が提供される。 According to one aspect of the present invention, means for receiving acceleration data of vibration generated in a vibrating body due to raindrop impact from a rain sensor, means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period, Means for extracting feature data comprising correlation values between data in the frequency domain, and means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rainfall sensor. An estimation device is provided.
上記態様によれば、雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データをフーリエ変換して周波数領域のデータの相関値を求めそれを特徴データとしている。これによって、加速度データの特徴を高精度に抽出することが可能である。これにより、加速度データの識別精度が向上するので、雨量推定の精度が向上する。また、雨量推定は雨滴の衝撃による加速度データを用いるので短時間で行うことが可能である。これにより、非常に短い時間に大量の雨が降る場合でも迅速に雨量を推定可能である。 According to the above aspect, the acceleration value of vibration generated in the vibrating body due to the impact of raindrops is Fourier-transformed to obtain the correlation value of the frequency domain data, which is used as feature data. This makes it possible to extract the characteristics of acceleration data with high accuracy. Thereby, since the identification accuracy of acceleration data is improved, the accuracy of rainfall estimation is improved. Moreover, since the rain amount estimation uses acceleration data by raindrop impact, it can be performed in a short time. Thereby, even when a large amount of rain falls in a very short time, it is possible to estimate the rainfall quickly.
本発明の他の態様によれば、雨滴の衝撃により振動する被振動体と、上記被振動体に設けられた加速度センサと、上記加速度センサからの加速度データを送信する送信部と、を備える雨量センサが提供される。 According to another aspect of the present invention, the amount of rain comprising a vibrating body that vibrates due to the impact of raindrops, an acceleration sensor provided on the vibrating body, and a transmission unit that transmits acceleration data from the acceleration sensor. A sensor is provided.
上記態様によれば、雨量センサは、雨滴の衝撃により振動する被振動体の振動の加速度を検出するので、直接雨量を測定するための構造を必要としないため、コンパクトで、低コストで、メンテナンス性が良好である。 According to the above aspect, since the rain sensor detects the acceleration of the vibration of the vibrating body that vibrates due to the impact of raindrops, it does not require a structure for directly measuring the rainfall, so it is compact, low cost, and maintenance Good properties.
本発明のその他の態様によれば、雨量センサから雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データを受信するステップと、上記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換するステップと、上記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出するステップと、上記雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いて上記特徴データから雨量を推定するステップと、を含む雨量推定方法が提供される。 According to another aspect of the present invention, a step of receiving acceleration data of vibration generated in the vibrating body by the impact of raindrops from a rain sensor, and a step of Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period; Extracting feature data comprising correlation values between data in the frequency domain, and estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rainfall sensor. A rainfall estimation method is provided.
上記態様によれば、雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データをフーリエ変換して周波数領域のデータの相関値を求めそれを特徴データとしている。これによって、加速度データの特徴を高精度に抽出することが可能である。これにより、加速度データの識別精度が向上するので、雨量推定の精度が向上する。 According to the above aspect, the acceleration value of vibration generated in the vibrating body due to the impact of raindrops is Fourier-transformed to obtain the correlation value of the frequency domain data, which is used as feature data. This makes it possible to extract the characteristics of acceleration data with high accuracy. Thereby, since the identification accuracy of acceleration data is improved, the accuracy of rainfall estimation is improved.
本発明のその他の態様によれば、雨量センサと、雨量推定装置と、を備える雨量推定システムであって、上記雨量センサは、雨滴の衝撃により振動する被振動体と、上記被振動体に設けられた加速度センサと、上記加速度センサからの加速度データを送信する送信部と、を有し、上記雨量推定装置は、上記雨量センサから上記加速度データを受信する手段と、上記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、上記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、上記雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、上記特徴データから雨量を推定する手段と、を有する、前記雨量推定システムが提供される。 According to another aspect of the present invention, there is provided a rainfall estimation system comprising a rainfall sensor and a rainfall estimation device, wherein the rain sensor is provided on the vibrating body that vibrates due to the impact of raindrops and the vibrating body. And a transmission unit for transmitting acceleration data from the acceleration sensor, wherein the rainfall estimation device receives the acceleration data from the rainfall sensor, and the acceleration data for each time period. Using the regression equation obtained by machine learning for the rain sensor, the means for performing Fourier transform on the frequency domain data, the means for extracting the feature data consisting of correlation values between the frequency domain data, Means for estimating rainfall from data is provided.
上記態様によれば、雨量センサは低コストで設置し易くメンテナンス性も良好なため、降雨による地滑りが発生しやすい地域に多くの雨量センサを高密度に設置が可能である。さらに、雨量推定装置による雨量推定は短時間で精度良く行うことが可能である。非常に短い時間に大量の雨が降る場合でも迅速に雨量を推定可能である。 According to the above aspect, since the rain sensor is easy to install at low cost and has good maintainability, it is possible to install many rain sensors at high density in an area where landslides are likely to occur due to rainfall. Furthermore, the rainfall estimation by the rainfall estimation device can be accurately performed in a short time. Even if a large amount of rain falls in a very short time, the rainfall can be estimated quickly.
本明細書、特許請求の範囲、要約および図面において、用語「雨量」は単位時間に降るあるいは降った雨の量または降水量を表し、例えば、1秒当たりの雨量、1分当たりの雨量、1時間当たりの雨量である。 In the present description, claims, abstract and drawings, the term “rainfall” refers to the amount of rain or precipitation that falls or falls per unit time, for example, rainfall per second, rainfall per minute, It is rainfall per hour.
以下、図面に基づいて本発明の一実施形態を説明する。なお、図面間において共通する要素については同じ符号を付し、その要素の詳細な説明の繰り返しを省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. In addition, the same code | symbol is attached | subjected about the element which is common between drawings, and the repetition of detailed description of the element is abbreviate | omitted.
[雨量推定システム]
図1は、本発明の一実施形態に係る雨量推定システムの構成を示すブロック図である。
[Rainfall estimation system]
FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a rainfall estimation system according to an embodiment of the present invention.
図1を参照するに、本発明の一実施形態に係る雨量推定システム100は、複数の雨量センサ10〜12と、雨量推定装置50とを有している。雨量センサ10〜12は、降雨時に雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データを雨量推定装置50に送信する。雨量センサ10〜12は、例えば、住宅地、商業地域等のみならず、山間部や谷筋、火山灰の堆積地等の降雨によって災害が発生し易い地域に設置される。雨量推定装置50は、雨量センサ10〜12から加速度データを受信して雨量を推定する。雨量推定装置50は、推定した雨量情報をインターネットや地域の通信網を利用して消防署等の防災システムや家庭に送信できる。後述するが、雨量センサ10〜12は安価で設置し易くメンテナンス性も良好なため、降雨による地滑りが発生しやすい地域に多くの雨量センサを高密度に設置が可能である。さらに、雨量推定装置50による雨量推定は短時間で行うことが可能である。したがって、非常に短い時間に大量の雨が降る場合でも迅速に雨量を推定可能であり、雨量推定システム100は、推定した雨量を迅速に報知可能である。
Referring to FIG. 1, a
[雨量センサ」
図2は、本発明の一実施形態に係る雨量センサの構成を示すブロック図である。
[Rainfall sensor]
FIG. 2 is a block diagram showing a configuration of a rainfall sensor according to an embodiment of the present invention.
図2を参照するに、本発明の一実施形態に係る雨量センサ10は、雨滴の衝撃を受けて振動する被振動体20と、その被振動体20に設けられた、被振動体20の振動の加速度を加速度データとして検出する加速度センサ30と、加速度センサ30からの加速度データが供給されるCPU31と、CPU31から加速度データおよび雨量センサの識別情報等が供給される送信インタフェース33と、送信インタフェース33と接続されたアンテナ34と、CPU31に接続されたメモリ32と、これらの電子部品に電力を供給するバッテリ35とを有している。
Referring to FIG. 2, a
被振動体20は、降雨時に雨滴を受け、その衝突の際の衝撃により振動する。雨滴が来る方向は、空からまっすぐに落ちてくる場合は、被振動体20はそれと垂直の平板状の面を有していれば雨滴を受けることができる。ただし、風が強い場合は、雨は、空から斜め方向あるいは横方向に降ってくる場合もあるので、このような降雨時にも雨滴の衝撃を受けるために、凸状体であることが好ましく、半球状(真球を二等分して得られる形状、さらに球面の一部を有する形状およびドーム状の形状も含む。)、擬球体状であることが好ましい。凸状体には多面体の一部を切出した形状も含む。被振動体20は、金属またはプラスチック製であることが、雨滴の衝撃を振動に適度に変換できる点で好ましい。被振動体20は、雨滴の衝撃によって振動可能な程度に薄い方が好ましい。
The to-
加速度センサ30は、被振動体20に設けられており、被振動体20の振動の加速度を検出する。加速度センサ30は、例えば3次元センサであり、3軸方向の加速度を検出できる。加速度センサ30は、例えばMEMSセンサであり、大きさは、例えば、縦5ミリメートル×横5ミリメートル×厚さ1.5ミリメートルである。加速度センサ30は、検出した加速度をアナログデータとしてもデジタルデータとしても出力可能である。ここでは、デジタル化された加速度データが出力されるとする。アナログデータが出力される場合にはA/D変換器を接続してデジタルデータに変換して出力すればよい。加速度データは、例えば、数10kHzの頻度で出力される。加速度センサの感度は、例えば、1ビット当たり数mgから数10mg(gは重力加速度を表す)であり、16ビットで出力可能である。
The
CPU(central processing unit、プロセッサ)31は、公知のMPU(マイクロプロセッサ)を適宜選択でき、加速度センサ30、メモリ32、送信インタフェース33とそれぞれ接続される。CPU31は加速度センサ30と、例えばシリアル・インタフェース、I2C、SPIによって接続される。CPU31は、加速度センサ30から加速度データを受け取って、メモリに記憶あるいは送信インタフェースに送る。その際、加速度データだけではなく、雨量センサの識別情報を含む補助情報を付加してもよい。
A CPU (central processing unit) 31 can appropriately select a known MPU (microprocessor), and is connected to the
メモリ32は、RAM(ランダムアクセスメモリ)、ROM(リードオンリーメモリ)であり、独立したチップでもよく、CPU31に含まれるメモリでもよい。メモリ32は、加速度データを一時保存するために用いてもよく、他の用途に用いてもよい。
The
送信インタフェース33は、アンテナを介して、加速度データおよび補助情報等を雨量推定装置50に送信する。送信インタフェース33は、特に限定されないが、例えば、920MHzの送信周波数で、0.01W以下、あるいは0.02W以下の送信出力の無線チップあるいは無線モジュールを使用できる。なお、雨量センサ10の設置環境等に応じて有線送信でもよい。また、送信インタフェース33は、有線通信用でもよい。アンテナ34は、特に限定されないが、無線周波数が920MHzの場合は、ロッドアンテナ、ワイヤアンテナを使用できる。
The
バッテリ35は、雨量センサ10の各電子部品に電力を供給する。バッテリ35を使用することで、雨量センサ10を、電力線を敷設することが困難なあるいは高コストな険しい谷沿いや山あいに設置することが可能になる。バッテリ35は、太陽光発電パネル(不図示)と接続して電力の供給もよい。もちろん、電力線に接続可能であればバッテリ35に電力を供給してもよく、その場合はバッテリ35を省略してもよい。
The
雨量センサ10は、雨水の体積を直接計測しないので、従来必要であった雨水を溜める枡のような容器や、体積を測定する機構を必要としない。これにより、複雑な機械部品必要がなく、コンパクトで、低コストでメンテナンス性が良好である。
Since the
図3〜図5は、本発明の一実施形態に係る雨量センサの例を示す概略断面図である。 3-5 is a schematic sectional drawing which shows the example of the rainfall sensor which concerns on one Embodiment of this invention.
図3を参照するに、雨量センサ13は、概略、被振動体21と、被振動体21に設けられた加速度センサ30と、電子基板36と、バッテリ35と、被振動体21を支持する本体部38と、雨量センサ13を地面に固定するための支柱部39とを有する。なお、図3では図2に示すアンテナおよびメモリの図示が省略されている。
Referring to FIG. 3, the
被振動体21は、半球状あるいはドーム状の形状を有している。加速度センサ30は、被振動体21の内面に設けられ、振動伝達体37を介して固定されている。振動伝達体37は、例えば、金属板、ブラスチック板、接着層等であり、これらを組み合わせてもよい。
The vibrating
加速度センサ30は、図3においては、被振動体21の天頂に配置されている。加速度センサ30を天頂に配置することで、被振動体21の振動を効率良く検出できる。なお、加速度センサは、天頂に配置してもよく、被振動体21の他の部分に配置してもよい。
The
加速度センサ30は、電子基板36上にCPU31、送信インタフェース33、メモリ32と信号通信可能に設けられている。電子基板36は、これらの電子部品を接続可能なものであれば、特に限定されないが、軽量であることが好ましい。これにより、被振動体21の振動への影響を低減できる。
The
電子基板36にはケーブル40を介してバッテリ35が接続されており、電力が供給される。バッテリ35は、CPUや加速度センサの仕様に合わせて供給する電圧(例えば3.5ボルト)および電流が決定される。この回路全体での消費電力が少ない程好ましい。
A
本体部38は、円盤状の平板であり、機械強度および防水性が十分であれば特に限定されない。支柱部39は、埋め込み易い形状であれば特に限定されない。
The
雨量センサ13は、被振動体20が半球状の形状を有しているので、上からの降雨のみならず、斜めや横からの降雨を的確に受けることができるので、雨量推定の精度が向上する。また、被振動体20が半球状の形状を有しているので、縦(鉛直)方向のみならず、それと直交する面内、つまり横方向の振動も生じ易い。加速度センサ30は、縦方向および2つの横方向の振動の加速度を測定することで、より的確な雨量の推定が可能になる。さらに、加速度センサ30が被振動体の内面に設けられているので、降雨による水濡れを防止できる。
Since the
図4を参照するに、雨量センサ14は、概略、被振動体22と、被振動体22に設けられた加速度センサ30と、電子基板36と、バッテリ35と、被振動体22を支持する本体部38と、雨量センサ14を地面に固定するための支柱部39とを有し、図3に示す雨量センサ13とほぼ同様の構成を有している。
Referring to FIG. 4, the
雨量センサ14は、被振動体22が擬球体状の形状を有している。これにより、図3に示す雨量センサ13の効果を有するとともに、山岳地帯や傾斜の谷の斜面に設置した場合に起こる、下からの雨滴も受けることができるので、より正確に雨量を推定可能である。
In the
図5を参照するに、雨量センサ15は、概略、平板状の被振動体23と、被振動体23の下面に設けられた加速度センサ30と、電子基板36と、バッテリ35と、被振動体23を支持する支持部材41および本体部38と、雨量センサ15を地面に固定するための支柱部39とを有し、図3に示す雨量センサ13とほぼ同様の構成を有している。
Referring to FIG. 5, the
支持部材41は、被振動体23を両側で支持してもよく、被振動体23の周縁に沿って支持する枠状でもよく、特に限定されない。枠状の支持部材41を採用することで、電子基板やバッテリに雨水が浸入することを防止でき、別途防水用のカバーを設けなくてもよい。支持部材41は、本体部38と同様の材料を選択できる。
The
雨量センサ15は、被振動体23が平板状の形状を有している。これにより、上からの雨滴を確実に受けることができる。また、被振動体23が太陽光発電パネルでもよい。太陽光発電パネルにより発電した電力の一部をバッテリ35に充電することで、雨量センサ15の機能を長期間維持可能になる。
In the
本実施形態に係る雨量センサ10〜15は、上述したように、雨滴の衝撃による被振動体の振動の加速度を加速度センサ30によって検出し、測定を行う。従来必要であった雨水を溜める枡のような容器や、体積を測定する機構を必要としないので、複雑な機械部品必要がなく、コンパクトで、低コストで、メンテナンス性が良好である。さらに、被振動体20の形状が凸状、半球状、擬球体状の形状にすることで、上からの降雨のみならず、斜めや横からの降雨を的確に受けることができ雨量推定の精度が向上する。また、これらの形状により、落ち葉や砂状物質が溜まり難いため、その影響を抑制できる。これらの理由から、ユーザが雨量計にアクセスすることが容易でない場合も一旦設置すればメンテナンスの手間が省ける。
As described above, the
[雨量推定装置]
図6は、本発明の一実施形態に係る雨量推定装置の構成を示すブロック図である。
[Rainfall estimation device]
FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a rainfall estimation device according to an embodiment of the present invention.
図6を参照するに、本発明の一実施形態に係る雨量推定装置50は、雨量センサから無線送信される加速度データおよび識別情報等をアンテナ51を介して受信する受信インタフェース52と、CPU53と、メモリ54と、ユーザインタフェース55と、ディスプレイ56と、推定雨量情報をサーバやインターネットを介して外部に送信し、天候等の情報を受信する送受信インタフェース58と、これらを信号通信可能に接続するバス59とを有している。
Referring to FIG. 6, a
受信インタフェース52は、アンテナ51から供給される無線信号から加速度データおよび識別情報等を取出してCPU53に送信する。受信インタフェース52は、例えば、920MHzの周波数の電波を受信可能な受信チップあるいは受信モジュールである。
The
CPU(central processing unit、プロセッサ)53は、公知のMPU(マイクロプロセッサ)を適宜選択できる。CPU53は、雨量推定装置50の制御を行うとともに、次に説明する雨量推定のための各処理を行う機能部を有する。また、CPU53は、雨量センサに対して雨量を推定するための回帰式を求める機能部を有してもよい。
A CPU (central processing unit, processor) 53 can appropriately select a known MPU (microprocessor). The
メモリ54は、RAM(ランダムアクセスメモリ)および/またはROM(リードオンリーメモリ)であり、独立したチップでもよく、CPU53に含まれるメモリでもよい。メモリ54は、加速度データを一時保存するために用いてもよく、雨量推定のため各種データを記憶する。
The
ユーザインタフェース55は、ユーザの操作用のデバイスのためのインタフェースで、入力用のキーボード(不図示)や操作用のマウス(不図示)等が接続される。
The
ディスプレイ56は、特に限定されず、公知のディスプレイを用いることができ、雨量推定装置50により求められた推定雨量や、雨量センサ10〜15の設置場所と推定雨量を示す地域毎の推定雨量や、積算された推定雨量等を表示したり、雨量推定装置50の操作のための情報を表示可能である。
The
送受信インタフェース58は、推定雨量を格納するサーバとの通信や、インターネットあるいはその他の通信回線を介して外部に推定雨量情報を提供し、外部から天候のデータ等を受信することが可能である。
The transmission /
次に、雨量推定装置50のCPU53によって実現される雨量推定のための機能部を説明する。
Next, the function part for the rainfall estimation implement | achieved by CPU53 of the
図7は、本発明の一実施形態に係る雨量推定装置の機能構成を示すブロック図である。 FIG. 7 is a block diagram showing a functional configuration of a rainfall estimation apparatus according to an embodiment of the present invention.
図7を参照するに、CPU53の各機能構成部60〜65は、CPU53内のメモリあるいは独立したメモリ(以下、「メモリ54」と総称する。)に格納されたプログラムおよびデータにより実現される機能である。CPU53は、フーリエ変換部60、特徴データ抽出部61および雨量推定部62を有する。さらにCPU53は、フィルタ処理部63、降雨判定部64および回帰分析部65を有してもよい。また、メモリ54には、雨量センサからの一時記憶された加速度データ66、雨量推定用の回帰式のデータ68、非降雨時の機械学習により得られた特徴データ69等が格納されている。
Referring to FIG. 7, each
フーリエ変換部60は、受信インタフェース52あるいはメモリ66からの加速度データを所定の時間期間で切出しを行い、切出された加速度データを周波数領域にフーリエ変換する(いわゆる、短時間フーリエ変換)。切り出される加速度データはデジタル化されている(例えば、サンプリング周波数100Hz)。加速度データがアナログ信号の場合はA/D変換される。切出しは窓関数を使用してもよい。窓関数としては、矩形窓、ガウス窓、ハン窓、ハミング窓等、公知の窓関数を使用できる。例えば、矩形窓では、例えば窓幅1.28秒で互いに重ならないように設定される。これにより、窓関数に応じた時間期間毎の加速度データが得られる。フーリエ変換部60は、切出された時間期間毎の加速度データを周波数領域にフーリエ変換する。これにより、時間期間毎、つまり、離散的な時間毎の、周波数領域のデータFk tが得られる。周波数領域のデータFk tは、複素フーリエ変換を用いた場合、以下の数式1で表される。
The
特徴データ抽出部61は、上記数式1で得られたデータFk t(k=1〜n、t=t、t+1、・・・、t+m)間の相関値からなる特徴データXi,k tを抽出する。
The feature
図8は、特徴データ抽出部における周波数領域のデータFk tの配列を示す図である。図8によれば、複素データFk tを時間期間tに対して周波数軸に沿ってk=1〜nに亘って配列し、それらを時間軸に沿ってt=t、t+1、・・・、t+mに亘って配列する。そして、そのうち一つの複素データFk tに注目し、その注目した一つの複素データFk tと、その複素データFk tに基づいて所定のマスクにより選択される少なくとも一つの複素データFk’ t’とから相関値が算出される。相関値は数式2で表される。ここでは、1次の相関値を求める例を示す。
Figure 8 is a diagram showing an arrangement of the data F k t in the frequency domain in the feature data extraction unit. According to FIG. 8, arranged over the k = 1 to n along the frequency axis complex data F k t for the time period t, them along the time axis t = t, t + 1, ··· , T + m. Then, of which focuses on one of the complex data F k t, and one complex data F k t that the target, the complex data F k t least one complex data F k is selected by the given mask based on ' A correlation value is calculated from t ′ . The correlation value is expressed by
図9は、特徴データ抽出部61における相関値を求めるためのマスクパターンの例を示す図である。図9を参照するに、黒枠で囲まれた3×3の中心がFk tに対応し、周波数軸に対して、k−1、k、k+1、時間軸に対して、t−1、t、t+1が考慮される。ここではマスクは1次だけとして、図9に示す(1)〜(5)を考慮する。(1)は、Fk tとその複素共役との積、つまり大きさの要素を求めるマスクを表し、(2)および(3)はそれぞれ時間領域内、周波数領域内の相関値(それぞれ、Fk tとFk t+1との相関値、Fk tとFk+1 tとの相関値)を求めるマスクを表し、(4)および(5)は、時間領域と周波数領域との領域間の相関値(それぞれ、Fk tとFk+1 t+1との相関値、Fk tとFk-1 t+1との相関値)を求めるマスクを表す。これらのマスクの適用により式(2)の左辺の相関値Xi,k tが算出される。ここでは、i=1〜5の5つの相関値が、一つの組(k、t)に対して算出される。なお、相関値Xi,k tは、1次だけではなく、2次以上の高次の相関も考慮した相関値を算出してもよいことは言うまでもない。
FIG. 9 is a diagram illustrating an example of a mask pattern for obtaining a correlation value in the feature
このようにして、特徴データ抽出部61は、データFk t(k=1〜n、t=t、t+1、・・・、t+m)の相関値Xi,k tを算出して、特徴データを抽出する。この相関値Xi,k tが特徴データXi,k tであり、これを要素とした特徴量ベクトルが得られる。
In this way, the feature
周波数軸に沿った相関値Xi,k tの数を圧縮するために、フィルタ処理を行ってよく、CPU53は、図7に示すようにフィルタ処理部63を有してもよい。フィルタ処理部63は、例えば、分布平滑化フィルタ処理、メル(Mel)フィルタ処理等を用いてもよい。フィルタ処理においては、相関値Xi,k t(k=1〜n、t=t、t+1、・・・、t+m)に重みwj kを乗算し、kに対して和をとる処理であり数式3のように表される。
Correlation value X i along frequency axis, in order to compress the number of k t, may perform the filtering process,
図7に戻り、雨量推定部62は、機械学習により得られた回帰式を用いて、特徴データXi,k tから雨量を推定する。回帰式は、それぞれの雨量センサに対応づけて機械学習によって得られたものである。雨量推定部62は、雨量センサに対応した雨量推定用の回帰式のデータ68をメモリ54から呼び出して雨量の推定を行う。なお、回帰式に用いられる特徴データ(特徴量ベクトル)は、回帰式を求めた際に決定されたものである。
Returning to Figure 7,
なお、後述する回帰式を求めるプロセスにおいて説明するが、特徴データの圧縮が行われ、圧縮された特徴データを要素とする圧縮特徴量ベクトルに基づいて回帰式が求められている場合は、特徴データ抽出部61は、圧縮特徴量ベクトルの各要素に対応する特徴データを抽出する。そして、雨量推定部62は、圧縮特徴量ベクトルに対応する回帰式を用いて、抽出された特徴データから雨量を推定する。これにより特徴データの数が大幅に低減されるので、計算コストを低減でき、効率良く雨量を推定できる。
In addition, although it demonstrates in the process which calculates | requires the regression equation mentioned later, when feature data is compressed and a regression equation is calculated | required based on the compression feature-value vector which makes the compressed feature data an element, feature data The
降雨判定部64は、雨量センサ10〜15を設置する環境下の非降雨時の特徴データを用いて機械学習を行い、下記の環境特徴データに基づいて、実際の測定時に雨が降っているかどうかを判定する。具体的には、雨量センサ10〜15を設置する環境下の非降雨時において測定される加速度データを雨量推定装置50が受信し、フーリエ変換部60および特徴データ抽出部61により周波数領域のデータFk tの相関値からなる特徴データを抽出する。フーリエ変換部60および特徴データ抽出部61での処理は上述した処理と同様である。この特徴データに対して主成分分析を行い、n個の固有値と固有ベクトルが得られる。この固有ベクトルのうち、累積寄与率が所定の率(例えば0.99)となる次元までの固有ベクトルにより張られる空間を正常部分空間とする。この固有ベクトルの要素に対応する特徴データ(「環境特徴データ」と称する。)を予め取得しメモリに格納しておく。降雨判定部64は、環境特徴データが張る正常部分空間を算出し、実際の測定時に得られる特徴データ張る部分空間が正常部分空間から逸脱している程度、つまり逸脱度dを求め、その逸脱度dが閾値以下の場合は非降雨時であると判定する。逸脱度dは、実際の測定時に得られる特徴データが張る部分空間の正常部分空間への距離(いわゆるグラスマン距離)で表される。降雨判定部64は、雨量センサ10〜15の環境等を考慮して必要に応じて設けられる。
The
回帰分析部65は、訓練データを用いて機械学習により、推定雨量と特徴データとの関係を表す回帰式を求める。
The
訓練データは以下のようにして得る。降雨あるいは人工降雨を用いて、雨量センサ10〜15によって加速度データを取得するとともにその雨量を実測する。この加速度データを雨量推定装置50が受信し、フーリエ変換部60および特徴データ抽出部61により周波数領域のデータFk tの相関値からなる特徴データを抽出する。フーリエ変換部60および特徴データ抽出部61での処理は上述した処理と同様である。ここで例として、250個の特徴データが抽出され、つまり、250次元の特徴量ベクトルが形成されたものとする。訓練データは、この特徴データおよび実測した雨量のデータのセットである。
Training data is obtained as follows. Using rainfall or artificial rain, acceleration data is acquired by the
回帰分析部65は、この訓練データを用いて、特徴データと実測した雨量との回帰分析を行い、特徴データから雨量を推定する回帰式を求める。回帰分析は重回帰分析であり、雨量と特徴データとの関係を線形あるいは非線形であると仮定できる。例えば、その関係が線形であること、すなわち線形関数y=f(x)を仮定すれば、線形の重回帰分析となる。ここでyは実際に測定した雨量であり、xは特徴データ(例えば、250個の特徴データ)を要素とする特徴量ベクトル(例えば、250次元の特徴量ベクトル)である。重回帰分析により250次元の各要素に対応する係数を有する回帰式が求まる。この算出には、2乗誤差を最小化する一般的な方法を用いることができる。また、この算出には、L−1正則化(LASSO(Least Absolute Shrinkage and Selection Operator))やRIDGE(リッジ)正則化等の数値解法を用いることができ、これにより、測定誤差に影響を受け難い解を求めることができる。
The
雨量と特徴データとの関係を非線形であると仮定した場合は、例えば、サポートベクタ回帰やニューラルネットワーク等の公知の手法を用いて重回帰分析を行うことで回帰式が求まる。 When it is assumed that the relationship between the rainfall and the feature data is nonlinear, for example, a regression equation is obtained by performing multiple regression analysis using a known method such as support vector regression or neural network.
なお、回帰分析部65で用いる特徴データの数を圧縮(低減)することもできる。例えば、上述した重回帰分析の前処理として、訓練データのうちのある短い時間の実測した雨量とそれに対応する特徴データ(例えばn個の特徴データ)とを用いて主成分分析を行う。主成分分析の結果、n個の固有値と固有ベクトルが得られる。この固有値のうち、大きい順に所定の数、例えば5個の固有値(λ1、・・・、λ5とする。)を選択して新たな特徴ベクトルに決定する。数式4で表される、この所定数の新たな特徴データからなる圧縮特徴量ベクトルx’とする。
Note that the number of feature data used in the
なお、上記の説明では、回帰分析部65は雨量推定装置50のCPU53の機能として実行されるが、雨量推定装置50とは別の装置、例えばコンピュータに、回帰分析部の機能を実装して上述した訓練データを回帰分析を行って回帰式を導出し、その回帰式の情報を雨量推定装置のメモリに格納してもよい。この装置は、図6に示す構成を有し(ただし、送受信インタフェース58はなくともよい。)、図7に示すCPU53の機能構成のうち、少なくとも回帰分析部65を有していればよい。
In the above description, the
また、雨量センサ13〜15のタイプごと、例えば、被振動体20〜23の形状によって、同じ降雨状態でも異なる加速度データが得られるので、雨量センサ10〜15に対する回帰式を求める装置を用意してもよい。この装置は、図6に示す構成を有し(ただし、送受信インタフェース58はなくともよい。)、図7に示すCPU53の機能構成のうち、少なくとも、フーリエ変換部60、特徴データ抽出部61および回帰分析部65を有しいればよく、必要に応じて、フィルタ処理部63を有してもよい。上述した回帰分析部65の機能が実行されることにより、雨量センサ13〜15に対応する回帰式が求まる。
Moreover, since different acceleration data can be obtained even in the same rain condition depending on the type of the
なお、上述したように、フーリエ変換部60は、複素フーリエ変換を行い、上記の数式1で表される周波数領域のデータFk tは複素数であり、抽出された特徴データXi,k tは複素数である。複素数のデータFk tは、大きさ(振幅)と位相とを含んでおり、情報量が実数のデータよりも2倍多いため、より高信頼性の雨量の推定が可能になる。
As described above, the
一方、変形例として、フーリエ変換部60において実数フーリエ変換を用いてもよい。これにより、周波数領域のデータFk tは実数となるので、特徴データXi,k tが実数となる。これにより特徴データXi,k tの数、つまり特徴量ベクトルの次元を複素数の場合よりも低減できる。これにより、フーリエ変換部60、特徴データ抽出部61および雨量推定部62の計算量が低減できるため、そのための消費電力を低減できる。このような場合、雨量センサ10に雨量を推定する機能を実装可能である。図2に示す雨量センサ10のCPU31において、図7に示す雨量推定装置のCPU53のフーリエ変換部60、特徴データ抽出部61および雨量推定部62(必要に応じてフィルタ処理部63を含む。)の処理を実行させてもよい。この場合、図2に示すメモリ32は、図7に示すメモリ54に格納された雨量推定用の回帰式のデータ68および非降雨時の機械学習により得られた特徴データ69を格納してもよい。雨量センサ10は推定された雨量を例えば所定の時間毎に雨量推定装置50に送信できる。これにより、加速度データを送信する場合よりも送信する情報量を低減でき、雨量推定装置50は、より多くの雨量センサ10〜15との通信が可能になる。なお、フーリエ変換部60で複素フーリエ変換を使用した場合でも、周波数領域の複素データFk tの相関値を求める際に、複素データFk tの大きさのみ相関値として、実数の特徴データをXi,k tを求めてもよい。
On the other hand, as a modification, the
本実施形態に係る雨量推定装置50によれば、雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データをフーリエ変換して周波数領域のデータの相関値を求めそれを特徴データとしている。これによって、加速度データの特徴を高精度に抽出することが可能であり、複素データの場合はさらに位相も考慮されるので、さらに高精度に抽出可能である。これにより、加速度データの識別精度が向上するので、雨量の推定の精度が向上する。さらに、回帰式を求める際にも同様の方法で特徴データを求めているので、さらに雨量の推定の精度が向上する。
According to the rain
また、本実施形態に係る雨量推定装置50によれば、雨量推定は雨滴の衝撃による加速度データを用いるので短時間で行うことが可能である。これにより、非常に短い時間に大量の雨が降る場合でも迅速に雨量を推定可能である。
In addition, according to the rain
[雨量推定方法]
図10は、本発明の一実施形態に係る雨量推定方法のフローチャートである。以下、図10を参照しつつ、必要に応じて図2および図6を参照して、本発明の一実施形態に係る雨量推定方法を説明する。
[Rainfall estimation method]
FIG. 10 is a flowchart of a rainfall estimation method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, the rain amount estimation method according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 10 and with reference to FIG. 2 and FIG. 6 as necessary.
最初に、雨量センサは、雨滴の衝撃による被振動体の振動の加速度を検出して加速度データとして送信する(S100)。具体的には、図2に示す雨量センサ10は、雨滴の衝撃を受けた被振動体20の振動の加速度を加速度センサ30が検出し、デジタル化された加速度データとしてCPU31の制御の下、送信インタフェース33からアンテナ34を介して無線送信され、あるいはケーブル等で有線送信される。
First, the rain sensor detects the acceleration of the vibration of the vibrating body due to the impact of raindrops and transmits it as acceleration data (S100). Specifically, in the
次いで、雨量推定装置は、雨量センサからの加速度データを受信する(S110)。具体的には、図6に示す雨量推定装置50は、無線通信の場合はアンテナ51よりあるいは有線通信(不図示)により、雨量センサ10からの加速度データを受信インタフェース52が受信する。この際、雨量センサ10の識別情報を受信してもよい。受信した加速度データは、識別情報とともに、メモリ54に一時的に記憶され、あるいはCPU53に送られる。
Next, the rainfall estimation device receives acceleration data from the rainfall sensor (S110). Specifically, in the
次いで、雨量推定装置は、加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する(S120)。具体的には、加速度データを所定の時間期間で切出しを行い、切出された加速度データを周波数領域にフーリエ変換して、上述した数式1で表される周波数領域のデータFk tを得る。切り出しは窓関数を使用してもよい。窓関数としては上述した公知の窓関数を使用できる。これにより、窓関数に応じた時間期間毎の加速度データが得られる。時間期間毎の加速度データを周波数領域にフーリエ変換して時間期間毎、つまり、離散的な時間毎の、周波数領域のデータFk tを得る。複素フーリエ変換を用いた場合、以下の数式1で表される複素データFk tを得る。
Next, the rainfall estimation device Fourier-transforms the acceleration data into frequency domain data for each time period (S120). Specifically, performs clipping acceleration data at a predetermined period of time, the acceleration data cut out by Fourier transform to the frequency domain to obtain data F k t in the frequency domain is expressed by
次いで、雨量推定装置は、周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する(S130)。具体的には、データFk t(k=1〜n、t=t、t+1、・・・、t+m)間の相関値からなる特徴データXi,k tを抽出する。具体的には、図8に示すように、複素データFk tを時間期間tに対して周波数軸に沿ってk=1〜nに亘って配列し、それらを時間軸に沿ってt=t、t+1、・・・、t+mに亘って配列する。そして、そのうち一つの複素データFk t(に注目し、該注目した一つの複素データFk tと、その複素データに基づいて所定のマスクにより選択された少なくとも一つの複素データFk’ t’とから算出されたものである。相関値Xi,k tは上述した数式2で求められる。この相関値Xi,k tが特徴データXi,k tであり、これを要素とした特徴量ベクトルが得られる。
Next, the rainfall estimation device extracts feature data composed of correlation values between frequency domain data (S130). Specifically, it extracts the data F k t (k = 1~n, t = t, t + 1, ···, t + m) , wherein data X i consisting of a correlation value between, k t. Specifically, as shown in FIG. 8, the complex data F k t are arranged over the k = 1 to n along the frequency axis with respect to time period t, them along the time axis t = t , T + 1,..., T + m. Then, of which focuses one of the complex data F k t (in a single complex data F k t that the target, at least one complex data F k is selected by the given mask based on the complex data 't' those calculated from the. correlation values X i, k t is calculated by
なお、周波数軸に沿った相関値Xi,k tの数を圧縮するために、フィルタ処理を行ってよい。フィルタ処理は、例えば、分布平滑化フィルタ処理、メル(Mel)フィルタ処理等を用いてもよい。フィルタ処理においては、相関値Xi,k t(k=1〜n、t=t、t+1、・・・、t+m)に重みwj kを乗算し、kに対して和をとる処理であり上述した数式3のように表される。これにより得られた相関値Xi,j t(Xはハット付き)は特徴データであり、これを用いることで、回帰式の要素数が低減される。
Incidentally, the correlation value X i along the frequency axis, in order to compress the number of k t, may perform filtering. For example, distributed smoothing filter processing, Mel filter processing, or the like may be used as the filter processing. In the filter processing, the correlation value X i, k t (k = 1 to n, t = t, t + 1,..., T + m) is multiplied by the weight w j k, and the sum is obtained with respect to k. It is expressed as
次いで、雨量推定装置は、雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いた雨量を推定する(S140)。具体的には、それぞれの雨量センサに対応づけて機械学習によって得られた回帰式をメモリから呼び出して、特徴データXi,k t(あるいは、フィルタ処理された特徴データXi,j t(Xはハット付き))を代入して推定雨量を求める。以上により、降雨の雨量が推定できる。 Next, the rainfall estimation device estimates the rainfall using the regression equation obtained by machine learning for the rainfall sensor (S140). Specifically, a regression equation obtained by machine learning in association with each rainfall sensor is called from the memory, and feature data X i, k t (or filtered feature data X i, j t (X Substituting a hat))) to obtain the estimated rainfall. From the above, the rainfall amount can be estimated.
なお、雨量を推定するステップで用いられる回帰式は、実測した雨量とその際に取得した加速度データから特徴データを求め、機械学習により回帰分析を行って、特徴データから雨量を推定するための回帰式を求める。以下、具体的に説明する。 The regression equation used in the step of estimating rainfall is a regression for estimating feature data from feature data by obtaining feature data from measured rainfall and acceleration data acquired at that time, and performing regression analysis by machine learning. Find the formula. This will be specifically described below.
図11は、本発明の一実施形態に係る雨量推定方法で使用する回帰式を求める方法を示すフローチャートである。以下、図11を参照しつつ、必要に応じて図2および図6を参照して、回帰式を求める方法を説明する。 FIG. 11 is a flowchart illustrating a method for obtaining a regression equation used in the rainfall estimation method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for obtaining a regression equation will be described with reference to FIG. 11 and with reference to FIGS. 2 and 6 as necessary.
最初に、降雨あるいは人工降雨を用いて雨量推定に使用される雨量センサによって加速度データを取得するとともに雨量を実測する(S200)。具体的には、降雨時あるいは人工降雨を用いて、図2に示す雨量センサ10によって上述したS100と同様にして加速度データを取得する。これと同時に雨量を公知の手法により実測する。
First, acceleration data is acquired by a rainfall sensor used for rainfall estimation using rainfall or artificial rainfall, and rainfall is actually measured (S200). Specifically, acceleration data is acquired by using the
次いで、時間期間毎の加速度データをフーリエ変換する(S210)。具体的には、加速度データを雨量センサから取得して、上述したステップ120と同様にして、加速度データを所定の時間期間で切出しを行い、切出された加速度データを周波数領域にフーリエ変換して周波数領域のデータFk tを得る。回帰式が用いられる雨量推定方法において複素数の特徴データを使用するのか実数の特徴データを使用するのかに合わせて、ステップ210のフーリエ変換を複素フーリエ変換にするのか実数フーリエ変換にするのかを決めてもよい。 Next, the acceleration data for each time period is Fourier transformed (S210). Specifically, acceleration data is acquired from a rainfall sensor, and the acceleration data is cut out in a predetermined time period in the same manner as in step 120 described above, and the extracted acceleration data is Fourier-transformed into the frequency domain. obtain data F k t in the frequency domain. Decide whether the Fourier transform of step 210 is a complex Fourier transform or a real Fourier transform according to whether the feature data of complex number is used or the feature data of real number is used in the rainfall estimation method using the regression equation. Also good.
次いで、周波数領域のデータ間の相関値を算出して特徴データを抽出する(S220)。具体的には、データFk tを上述したステップ130と同様にして特徴データXi,k tを得る。なお、周波数軸に沿った相関値Xi,k tの数を圧縮するために、フィルタ処理を行ってもよく、上述したフィルタ処理により、特徴データXi,j t(Xはハット付き)を得てもよい。
Next, a correlation value between frequency domain data is calculated to extract feature data (S220). Specifically, to obtain the feature data X i, k t data F k t as in
次いで、特徴データと実測した雨量とから機械学習により回帰式を求める(S230)。具体的には、特徴データXi,k t(あるいは特徴データXi,j t(Xはハット付き))と実測した雨量との回帰分析を行って、特徴データから雨量を推定する回帰式を求める。上述した回帰分析部と同様の処理により、特徴量ベクトルあるいは圧縮特徴量ベクトルにより雨量センサに対する回帰式を求めることができる。 Next, a regression equation is obtained by machine learning from the feature data and the actually measured rainfall (S230). Specifically, regression analysis of feature data X i, k t (or feature data X i, j t (X is with a hat)) and measured rainfall is performed, and a regression equation for estimating rainfall from the feature data is obtained. Ask. By the same process as the regression analysis unit described above, a regression equation for the rainfall sensor can be obtained from the feature vector or the compressed feature vector.
なお、図11のS230で用いる特徴データの数を圧縮(低減)して、新たな特徴データを決定し、その新たな特徴データ(新たな特徴量ベクトル)と実測した雨量とから機械学習により回帰式を求めることもできる。 The number of feature data used in S230 of FIG. 11 is compressed (reduced) to determine new feature data, and regression is performed by machine learning from the new feature data (new feature vector) and the measured rainfall. An expression can also be obtained.
図12は、本発明の一実施形態に係る雨量推定方法で使用する回帰式を求める他の方法を示すフローチャートである。以下、図12を参照しつつ回帰式を求める方法を説明する。 FIG. 12 is a flowchart showing another method for obtaining a regression equation used in the rainfall estimation method according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a method for obtaining the regression equation will be described with reference to FIG.
所定時間毎、例えば、ある短い時間毎に実測した雨量とそれに対応する加速度データを取得する(S300)。得られた加速度データに対して、時間期間毎の加速度データのフーリエ変換(S310)、周波数領域のデータ間の相関値を算出して特徴データの抽出(S320)を、それぞれ、図11のS210、S220と同様に行い、特徴データ(例えばn個の特徴データ)を抽出する。 Rainfall measured at every predetermined time, for example, every short time, and acceleration data corresponding thereto are acquired (S300). The obtained acceleration data is subjected to Fourier transform (S310) of acceleration data for each time period, and a correlation value between frequency domain data is extracted to extract feature data (S320). Similar to S220, feature data (eg, n feature data) is extracted.
次いで、このn個の特徴データとS300で実測した雨量とを用いて主成分分析を行う。主成分分析の結果、n個の固有値と固有ベクトルが得られる。この固有値のうち、大きい順に所定数、例えば5個の固有値を選択して新たな特徴データに決定し上述した数式4で表される、この所定数の新たな特徴データからなる圧縮特徴量ベクトルx’とする(S330)。
Next, principal component analysis is performed using the n feature data and the rainfall measured in S300. As a result of the principal component analysis, n eigenvalues and eigenvectors are obtained. Among the eigenvalues, a predetermined number, e.g., 5 eigenvalues are selected in descending order and determined as new feature data, and the compressed feature vector x consisting of this predetermined number of new feature data is expressed by the above-described
次いで、S330で得られた圧縮特徴量ベクトルx’とS300で実測した雨量とを用いて、重回帰分析を行って回帰式を求める(S340)。これにより、250次元の特徴量ベクトルに対してきわめて少ない5次元の特徴量ベクトルを用いることで重回帰分析の計算量を軽減することができる。さらに、重回帰分析で次元数が多い場合に生じ易い、学習が発散する「多重共線性」の問題を回避できる。 Next, a regression equation is obtained by performing multiple regression analysis using the compressed feature vector x 'obtained in S330 and the rainfall measured in S300 (S340). Thereby, the calculation amount of the multiple regression analysis can be reduced by using an extremely small 5-dimensional feature quantity vector with respect to the 250-dimensional feature quantity vector. Furthermore, it is possible to avoid the problem of “multi-collinearity”, which is likely to occur when multiple dimensions are used in multiple regression analysis and the learning diverges.
本実施形態に係る雨量推定方法によれば、雨滴の衝撃によって雨量センサの被振動体に生じる振動の加速度データをフーリエ変換して周波数領域のデータの相関値を求めそれを特徴データとしている。これによって、加速度データの特徴を高精度に抽出することが可能である。これにより、加速度データの識別精度が向上するので、雨量推定の精度が向上する。 According to the rainfall estimation method according to the present embodiment, the acceleration data of vibration generated in the vibration sensor of the rainfall sensor due to the impact of raindrops is Fourier-transformed to obtain the correlation value of the frequency domain data, which is used as feature data. This makes it possible to extract the characteristics of acceleration data with high accuracy. Thereby, since the identification accuracy of acceleration data is improved, the accuracy of rainfall estimation is improved.
[実施例]
図3に示す、被振動体の形状が半球状の雨量センサを用いて、本発明の実施形態に係る雨量推定装置により人工降雨の推定雨量を得た。この際、図7に示すフーリエ変換部では複素フーリエ変換を用い、回帰式を求めるための回帰分析部では予め特徴データの圧縮を主成分分析により行い21個の特徴データを選択した。推定雨量を検証するため、降雨による加速度データを取得しながら、雨量を実測した。実測した雨量は、20mm、33mm、48mm、および66mmの4条件とした。各条件につき、5秒間の加速度データから4回の雨量推定を行った。なお、これらは、1時間当たりの雨量に換算したものである。
[Example]
The estimated rainfall of the artificial rainfall was obtained by the rainfall estimation device according to the embodiment of the present invention using the rainfall sensor having the hemispherical shape of the vibrating body shown in FIG. At this time, the Fourier transform unit shown in FIG. 7 uses complex Fourier transform, and the regression analysis unit for obtaining the regression equation compresses the feature data in advance by principal component analysis and selects 21 feature data. In order to verify the estimated rainfall, the rainfall was measured while acquiring acceleration data from rainfall. The actually measured rainfall was 4 conditions of 20 mm, 33 mm, 48 mm, and 66 mm. For each condition, the rainfall amount was estimated four times from the acceleration data for 5 seconds. In addition, these are converted into rainfall per hour.
図13は、本発明の一実施形態に係る雨量推定システムの実施例を示す図である。図13を参照するに、横軸は実測雨量、縦軸は推定雨量を示す。通常の強さの降雨である20mmから強い降雨である66mmは良好に推定できることが分かる。 FIG. 13 is a diagram illustrating an example of a rainfall estimation system according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 13, the horizontal axis represents measured rainfall, and the vertical axis represents estimated rainfall. It can be seen that the normal rainfall of 20 mm to the strong rainfall of 66 mm can be estimated well.
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲に記載された本発明の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。例えば、上述した実施形態においては、雨量センサは、温度、湿度等の様々なセンサと組み合わせてもよい。雨量センサは地面に固定してもよく、建築物の屋上や横壁に設置してもよい。また、回帰式を求める機械学習は雨量推定装置とは別のコンピュータによって行ってもよく、特に限定されない。 The preferred embodiment of the present invention has been described in detail above, but the present invention is not limited to the specific embodiment, and various modifications and changes can be made within the scope of the present invention described in the claims. Is possible. For example, in the above-described embodiment, the rainfall sensor may be combined with various sensors such as temperature and humidity. The rainfall sensor may be fixed to the ground, or may be installed on the rooftop or side wall of a building. Moreover, the machine learning for obtaining the regression equation may be performed by a computer different from the rainfall estimation device, and is not particularly limited.
また、上述した実施形態では雨量センサと雨量推定装置が直接接続される態様をしめしたが、雨量センサと雨量推定装置との間に中継機を設けてもよい。中継機を多数の雨量センサに近い場所に設置して、加速度データを受信してそれをインターネット等の通信回線により雨量推定装置に送信する。 In the above-described embodiment, the rain sensor and the rainfall estimation device are directly connected. However, a repeater may be provided between the rain sensor and the rainfall estimation device. A repeater is installed near a number of rainfall sensors, receives acceleration data, and transmits it to a rainfall estimation device via a communication line such as the Internet.
なお、以上の説明に関してさらに以下の付記を開示する。
(付記1) 雨量センサから雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データを受信する手段と、
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、
前記雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定する手段と、
を備える雨量推定装置。
(付記2) 雨量センサから雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データを受信するインタフェースと、
CPUと、
機械学習により得られた回帰式を格納するメモリと、
を備え、前記CPUに、
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換するステップと、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出するステップと、
前記雨量センサに対して前記メモリから供給された回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定するステップと、
を実行させる、雨量推定装置。
(付記3) 前記相関値は、前記時間期間毎の前記周波数領域のデータを時間軸に配列して、そのうち一つのデータに注目し、該注目した一つのデータと、そのデータに基づいて所定のマスクにより選択された少なくとも一つのデータとから算出されたものである、付記1または2記載の雨量推定装置。
(付記4) 前記相関値をフィルタ処理して圧縮された特徴データを生成する手段またはステップをさらに備える、付記1〜3のうちいずれか一項記載の雨量推定装置。
(付記5) 前記回帰式は、実測した雨量と、その際の加速度データから前記フーリエ変換する手段および前記抽出する手段によって算出した特徴データとを用いて機械学習を行って決定される、付記1〜4のうち、いずれか一項記載の雨量推定装置。
(付記6) 前記回帰式は、実測した雨量と、前記雨量センサからの所定時間毎の加速度データから前記フーリエ変換する手段および前記抽出する手段を用いて算出した特徴データとの主成分分析を行って固有値を取得し、該固有値の大きな順に所定数の該固有値を新たな特徴データに決定し、該所定数の新たな特徴データを特徴量ベクトルとして機械学習を行って決定される、付記1〜4のうち、いずれか一項記載の雨量推定装置。
(付記7) 前記推定する手段または推定するステップは、前記回帰式を用いて、前記特徴ベクトルに対応する特徴データから雨量を推定する、付記6記載の雨量推定装置。
(付記8) 非降雨時に前記被振動体に生じる振動の加速度データに基づいて前記フーリエ変換する手段および抽出する手段、またはフーリエ変換するステップおよび抽出するステップによって他の特徴データを算出して、該他の特徴データを用いて機械学習を行って所定の累積寄与率になる他の特徴ベクトルの張る部分空間を算出し、前記特徴データを用いて該部分空間からの逸脱度を求め、該逸脱度が所定の閾値を超えた場合に降雨であると判定する手段をさらに備える、付記1〜7のうちいずれか一項記載の雨量推定装置。
(付記9) 前記フーリエ変換は複素フーリエ変換であり、前記周波数領域のデータおよび特徴データが複素数であり、
前記雨量を推定する手段または推定するステップは、前記複素数の特徴データに対する回帰式により雨量が推定される、付記1〜8のうちいずれか一項記載の雨量推定装置。
(付記10) 前記フーリエ変換は実数フーリエ変換であり、前記周波数領域のデータおよび特徴データが実数であり、
前記雨量を推定する手段または推定するステップは、前記実数の特徴データに対する回帰式により雨量が推定される、付記1〜8のうちいずれか一項記載の雨量推定装置。
(付記11) 雨滴の衝撃により振動する被振動体と、
前記被振動体に設けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの加速度データを送信する送信部と、
を備える雨量センサ。
(付記12) 雨滴の衝撃により振動する被振動体と、
前記被振動体に設けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの加速度データを送信する送信インタフェースと、
を備える雨量センサ。
(付記13) 前記被振動体は凸状体である、付記11または12記載の雨量センサ。
(付記14) 前記被振動体は半球状または擬球体であり、付記11または12記載の雨量センサ。
(付記15) 前記加速度センサは前記被振動体の内面の天頂に設けられる、付記13または14記載の雨量センサ。
(付記16) 前記被振動体は板状体である、付記11または12記載の雨量センサ。
(付記17) 前記被振動体は薄板の金属あるいはプラスチックからなる、付記11〜16のうちいずれか一項記載の雨量センサ。
(付記18) 前記加速度センサは3軸MEMSセンサである、付記11〜17のうちいずれか一項記載の雨量センサ。
(付記19) 前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、
前記雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定する手段と、
をさらに備え、
前記送信部が、前記加速度データの代わりに、前記推定された雨量の情報を送信する、付記11記載の雨量センサ。
(付記20) CPUをさらに備え、
前記CPUに、
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換するステップと、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出するステップと、
前記雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定するステップと、
を実行させ、
前記送信インタフェースが、前記加速度データの代わりに、前記推定された雨量の情報を送信する、付記12記載の雨量センサ。
(付記21) 前記フーリエ変換は実数フーリエ変換であり、前記周波数領域のデータおよび特徴データが実数であり、
前記雨量を推定する手段または推定するステップは、前記実数の特徴データに対する回帰式により雨量が推定される、付記19または20記載の雨量センサ。
(付記22) 雨量センサから雨滴の衝撃によって被振動体に生じる振動の加速度データを受信するステップと、
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換するステップと、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出するステップと、
前記雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いて前記特徴データから雨量を推定するステップと、
を含む雨量推定方法。
(付記23) 雨量センサが、雨滴の衝撃による被振動体の振動の加速度を検出して加速度データとして送信するステップをさらに含む、付記22記載の雨量推定方法。
(付記24) 前記相関値は、前記時間期間毎の周波数領域のデータを時間軸に配列して、そのうち一つのデータに注目し、該注目した一つのデータと、そのデータに基づいて所定のマスクにより選択された少なくとも一つのデータとから算出されたものである、付記22または23記載の雨量推定方法。
(付記25) 前記相関値をフィルタ処理して圧縮された特徴データを生成するステップをさらに含む、付記22〜24のうちいずれか一項記載の雨量推定方法。
(付記26) 実測した雨量と、その際の加速度データから前記フーリエ変換するステップおよび前記抽出するステップと同様にして算出した特徴データとを用いて機械学習を行って前記回帰式を求めるステップをさらに含む、付記22〜25のうちいずれか一項記載の雨量推定方法。
(付記27) 実測した雨量と、前記雨量センサからの所定時間毎の加速度データから前記フーリエ変換するステップおよび前記抽出するステップと同様にして算出した特徴データとの主成分分析を行って固有値を取得し、該固有値の大きな順に所定数の該固有値を新たな特徴データに決定し、該所定数の新たな特徴データを特徴量ベクトルとして機械学習を行って前記回帰式を求めるステップをさらに含む、付記22〜25のうちいずれか一項記載の雨量推定方法。
(付記28) 前記推定するステップは、前記回帰式を用いて、前記特徴ベクトルに対応する特徴データから雨量を推定する、付記27記載の雨量推定方法。
(付記29) 非降雨時に前記被振動体に生じる振動の加速度データに基づいて前記フーリエ変換するステップおよび抽出するステップと同様にして他の特徴データを算出して、該他の特徴データを用いて機械学習を行って所定の累積寄与率になる他の特徴ベクトルの張る部分空間を算出し、前記特徴データを用いて該部分空間からの逸脱度を求め、該逸脱度が所定の閾値を超えた場合に降雨であると判定するステップを、前記推定するステップに先だってさらに含む、付記22〜27のうちいずれか一項記載の雨量推定方法。
(付記30) 前記フーリエ変換は複素フーリエ変換であり、前記周波数領域のデータおよび特徴データが複素数であり、
前記雨量を推定するステップは、前記複素数の特徴データに対する回帰式により雨量が推定される、付記22〜29のうちいずれか一項記載の雨量推定方法。
(付記31) 前記フーリエ変換は実数フーリエ変換であり、前記周波数領域のデータおよび特徴データが実数であり、
前記雨量を推定するステップは、前記実数の特徴データに対する回帰式により雨量が推定される、付記22〜29のうちいずれか一項記載の雨量推定方法。
(付記32) 雨量センサと、
雨量推定装置と、
を備える雨量推定システムであって、
前記雨量センサは、
雨滴の衝撃により振動する被振動体と、
前記被振動体に設けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの加速度データを送信する送信部と、
を有し、
前記雨量推定装置は、
前記雨量センサから前記加速度データを受信する手段と、
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、
前記雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定する手段と、
を有する、
前記雨量推定システム。
(付記33) 付記11〜21いずれか一項記載の雨量センサと、
付記1〜10のいずれか一項記載の雨量推定装置と、
を備える雨量推定システム。
In addition, the following additional notes are disclosed regarding the above description.
(Supplementary Note 1) Means for receiving acceleration data of vibration generated in a vibrating body due to a raindrop impact from a rain sensor;
Means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Means for extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rain sensor;
A rainfall estimation device comprising:
(Supplementary Note 2) An interface for receiving acceleration data of vibration generated in a vibrating body due to raindrop impact from a rain sensor;
CPU,
A memory for storing regression equations obtained by machine learning;
The CPU includes:
Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Estimating the rainfall from the feature data using a regression equation supplied from the memory to the rainfall sensor;
A rainfall estimation device that executes
(Additional remark 3) The said correlation value arrange | positions the data of the said frequency domain for every said time period on a time axis, pays attention to one of the data, the predetermined data based on the one said focused data, and the data The rainfall estimation apparatus according to
(Additional remark 4) The rain amount estimation apparatus as described in any one of Additional remarks 1-3 further provided with the means or step which produces | generates the feature data compressed by filtering the said correlation value.
(Supplementary Note 5) The regression equation is determined by performing machine learning using the actually measured rainfall and the feature data calculated by the Fourier transform unit and the extraction unit from the acceleration data at that time. The rainfall estimation apparatus as described in any one of -4.
(Supplementary Note 6) The regression equation performs principal component analysis of the actually measured rainfall and the feature data calculated by using the Fourier transform means and the extraction means from the acceleration data for each predetermined time from the rain sensor. To determine eigenvalues, determine a predetermined number of eigenvalues as new feature data in descending order of the eigenvalues, and perform machine learning using the predetermined number of new feature data as feature quantity vectors. 4. The rainfall estimation device according to
(Supplementary note 7) The rainfall estimation device according to supplementary note 6, wherein the estimating means or the estimating step estimates the rainfall from the feature data corresponding to the feature vector using the regression equation.
(Additional remark 8) Based on the acceleration data of the vibration which arises in the said to-be-vibrated body at the time of non-raining, the said Fourier-transform means and the means for extraction, or other characteristic data are calculated by the step of Fourier-transform, and the step of extracting Machine learning using other feature data is performed to calculate a subspace spanned by another feature vector having a predetermined cumulative contribution rate, and a deviation degree from the subspace is obtained using the feature data, and the deviation degree The rain amount estimation apparatus according to any one of
(Supplementary Note 9) The Fourier transform is a complex Fourier transform, and the frequency domain data and the feature data are complex numbers.
The rainfall estimation device according to any one of
(Supplementary Note 10) The Fourier transform is a real Fourier transform, the frequency domain data and the feature data are real numbers,
The rainfall estimation device according to any one of
(Supplementary Note 11) A vibrating body that vibrates due to the impact of raindrops;
An acceleration sensor provided on the vibrating body;
A transmission unit for transmitting acceleration data from the acceleration sensor;
A rain sensor with.
(Additional remark 12) The to-be-vibrated body vibrated by the impact of raindrops,
An acceleration sensor provided on the vibrating body;
A transmission interface for transmitting acceleration data from the acceleration sensor;
A rain sensor with.
(Additional remark 13) The rain sensor of
(Additional remark 14) The said to-be-vibrated body is a hemisphere or a pseudosphere, The rain sensor of
(Additional remark 15) The said acceleration sensor is the rainfall sensor of
(Additional remark 16) The rain sensor of
(Supplementary note 17) The rain sensor according to any one of
(Supplementary note 18) The rain sensor according to any one of
(Supplementary note 19) means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Means for extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rainfall sensor;
Further comprising
The rainfall sensor according to
(Supplementary Note 20) A CPU is further provided.
In the CPU,
Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Using the regression equation obtained by machine learning for the rainfall sensor, estimating the rainfall from the feature data;
And execute
The rainfall sensor according to
(Supplementary Note 21) The Fourier transform is a real Fourier transform, the frequency domain data and the feature data are real numbers,
The rain sensor according to
(Additional remark 22) The step which receives the acceleration data of the vibration which arises in a to-be-vibrated body by the impact of a raindrop from a rain sensor,
Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Estimating the rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rain sensor;
Rainfall estimation method including.
(Additional remark 23) The rain amount estimation method of
(Supplementary Note 24) The correlation value is obtained by arranging frequency domain data for each time period on a time axis, paying attention to one of the data, and a predetermined mask based on the data and the data. 24. The rainfall estimation method according to
(Supplementary note 25) The rainfall estimation method according to any one of
(Additional remark 26) The step which calculates | requires the said regression equation by performing machine learning using the measured rainfall and the feature data calculated similarly to the step of performing the said Fourier transform from the acceleration data in that case, and the said step of extracting is further included The rain amount estimation method according to any one of
(Supplementary Note 27) Eigenvalues are obtained by performing principal component analysis on the measured rainfall and feature data calculated in the same manner as the Fourier transform step and the extraction step from acceleration data every predetermined time from the rain sensor. And a step of determining a predetermined number of the eigenvalues in the descending order of the eigenvalues as new feature data, and performing machine learning using the predetermined number of new feature data as a feature quantity vector to obtain the regression equation. The rainfall estimation method according to any one of 22 to 25.
(Supplementary note 28) The rainfall estimation method according to supplementary note 27, wherein the estimating step estimates the rainfall from the feature data corresponding to the feature vector using the regression equation.
(Supplementary Note 29) Other feature data is calculated in the same manner as the Fourier transform step and the extraction step based on the acceleration data of vibration generated in the vibrating body during non-rainfall, and the other feature data is used. Machine learning is performed to calculate a subspace spanned by another feature vector having a predetermined cumulative contribution rate, and a deviation degree from the partial space is obtained using the feature data, and the deviation degree exceeds a predetermined threshold value The rain amount estimating method according to any one of
(Supplementary Note 30) The Fourier transform is a complex Fourier transform, the frequency domain data and the feature data are complex numbers,
The rainfall estimation method according to any one of
(Supplementary Note 31) The Fourier transform is a real Fourier transform, the frequency domain data and the feature data are real numbers,
The rainfall estimation method according to any one of
(Supplementary Note 32) Rain sensor,
A rainfall estimation device;
A rainfall estimation system comprising:
The rainfall sensor
A body to be vibrated by the impact of raindrops;
An acceleration sensor provided on the vibrating body;
A transmission unit for transmitting acceleration data from the acceleration sensor;
Have
The rainfall estimation device
Means for receiving the acceleration data from the rainfall sensor;
Means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Means for extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rain sensor;
Having
The rainfall estimation system.
(Supplementary Note 33) The rainfall sensor according to any one of
The rainfall estimation device according to any one of
Rainfall estimation system with
10〜15 雨量センサ
20〜23 被振動体
30 加速度センサ
31,53 CPU
32,54 メモリ
33 送信インタフェース
34,51 アンテナ
50 雨量推定装置
52 受信インタフェース
60 フーリエ変換部
61 特徴データ抽出部
62 雨量推定部
63 フィルタ処理部
64 降雨判定部
65 回帰分析部
100 雨量推定システム
10-15 Rain sensor 20-23
32, 54
Claims (13)
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、
前記雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定する手段と、
を備える雨量推定装置。 Means for receiving acceleration data of vibration generated in the vibrating body due to raindrop impact from a rain sensor;
Means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Means for extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rain sensor;
A rainfall estimation device comprising:
前記被振動体に設けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの加速度データを送信する送信部と、
を備える雨量センサ。 A body to be vibrated by the impact of raindrops;
An acceleration sensor provided on the vibrating body;
A transmission unit for transmitting acceleration data from the acceleration sensor;
A rain sensor with.
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、
前記雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定する手段と、
をさらに備え、
前記送信部が、前記加速度データの代わりに、前記推定された雨量の情報を送信する、請求項4〜6のうちいずれか一項記載の雨量センサ。 Means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Means for extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rainfall sensor;
Further comprising
The rainfall sensor according to any one of claims 4 to 6, wherein the transmission unit transmits the information on the estimated rainfall instead of the acceleration data.
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換するステップと、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出するステップと、
前記雨量センサに対して機械学習により得られた回帰式を用いて前記特徴データから雨量を推定するステップと、
を含む雨量推定方法。 Receiving acceleration data of vibration generated in the vibrating body due to raindrop impact from the rain sensor;
Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Estimating the rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rain sensor;
Rainfall estimation method including.
雨量推定装置と、
を備える雨量推定システムであって、
前記雨量センサは、
雨滴の衝撃により振動する被振動体と、
前記被振動体に設けられた加速度センサと、
前記加速度センサからの加速度データを送信する送信部と、
を有し、
前記雨量推定装置は、
前記雨量センサから前記加速度データを受信する手段と、
前記加速度データを時間期間毎に周波数領域のデータにフーリエ変換する手段と、
前記周波数領域のデータ間の相関値からなる特徴データを抽出する手段と、
前記雨量センサに対する、機械学習により得られた回帰式を用いて、前記特徴データから雨量を推定する手段と、
を有する、
前記雨量推定システム。 A rain sensor,
A rainfall estimation device;
A rainfall estimation system comprising:
The rainfall sensor
A body to be vibrated by the impact of raindrops;
An acceleration sensor provided on the vibrating body;
A transmission unit for transmitting acceleration data from the acceleration sensor;
Have
The rainfall estimation device
Means for receiving the acceleration data from the rainfall sensor;
Means for Fourier transforming the acceleration data into frequency domain data for each time period;
Means for extracting feature data comprising correlation values between the frequency domain data;
Means for estimating rainfall from the feature data using a regression equation obtained by machine learning for the rain sensor;
Having
The rainfall estimation system.
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