JP6803241B2

JP6803241B2 - 時系列データ処理装置および処理方法

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Publication number: JP6803241B2
Application number: JP2017004020A
Authority: JP
Inventors: 田中　雅人; 雅人田中; 敬黒澤
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Priority date: 2017-01-13
Filing date: 2017-01-13
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Description

本発明は、監視対象などから収集した時系列データを平滑化処理する時系列データ処理装置および処理方法に関するものである。

マルチループの温調計などでは、その操作およびデータ収集を実行するために、タッチパネル式のＨＭＩ（Human Machine Interface）を備える機器が併用されることがある。例えば図２５の例では、４ループの温調計の本体部１００から分離可能な表示部１０１に、タッチパネル機能付きの表示器１０２が設けられている。

近年はデータ分析技術を駆使して、新たな価値を創造することが求められている。温調計などの計測制御機器についても、計測制御機器から得られる時系列データに対して多種多様なデータ分析技術が適用されている。例えば特許文献１には、任意のデータに対して汎用的に適用して判断指標を得ようとするためのデータ処理方法が提案されている。特許文献１に開示された技術は、監視対象の生産設備の時間稼働率、性能稼働率、良品率の３つの指標の時系列データを取得し、これら３つの指標の時系列データを合成して総合指標である設備総合効率の時系列データを生成し、設備総合効率の値に有意な変化が現れる点を、生産設備の状態の変化点として検出するものである。

特許文献１に開示された技術では、時刻ｔにおける生産設備の稼働実績（時間稼働率、性能稼働率、良品率）と設備総合効率とを計算するために、時刻ｔの直近の所定期間ｐ分のデータ（時刻ｔ−ｐから時刻ｐまでのデータ）を用いている。ここで、ｐの値は任意であるが、ｐの値を小さくすると時系列データにノイズが多くなるため変化点の誤検出が増え、ｐの値を大きくとると時系列データが平滑化の度合いが強くなり過ぎて変化点検出の感度が悪くなる恐れがある。したがって、特許文献１に開示された技術では、誤検出と感度のバランスに基づいて、所定期間ｐを適当な値に設定するとしている。

このように、時系列データを平滑化処理する際に、平滑化処理のパラメータを適切に決定するためには、専門的な知識に基づく試行錯誤が必要になり、オペレータにとって煩雑な作業が必要になるという問題点があった。このような試行錯誤を必要とする状況は、パラメータだけではなく、どのような処理方法で平滑化処理を行なうかを決定する際にも必要となる。

特開２０１５−１５２９３３号公報

本発明は、上記課題を解決するためになされたもので、平滑化処理の処理方法やパラメータ決定のための試行錯誤の煩雑さを低減することができる時系列データ処理装置および処理方法を提供することを目的とする。

本発明の時系列データ処理装置は、処理対象の時系列データを記憶するように構成されたデータ記憶部と、前記時系列データに対する平滑化処理の１乃至複数の処理方法を予め記憶するように構成された処理方法記憶部と、情報を表示するように構成された表示部と、オペレータの操作を受け付けるように構成された入力部と、前記時系列データの波形を前記表示部に表示させるように構成されたデータ表示制御部と、前記入力部に対するオペレータの操作を基に、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を示す参照軌跡データを出力する参照軌跡出力部と、前記平滑化処理の処理方法および前記平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を逐次変更しながら、前記データ記憶部に記憶された時系列データに対して平滑化処理を実行し、この時系列データに平滑化処理を施した結果が前記参照軌跡データと最も適合する前記処理方法および前記パラメータのうち少なくとも一方を探索するように構成された処理探索実行部とを備えることを特徴とするものである。
また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例は、前記探索によって確定した処理方法およびパラメータを前記表示部に表示させるように構成された探索結果表示制御部をさらに備えることを特徴とするものである。

また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例は、前記データ記憶部に記憶された時系列データの時間領域を予め規定された手順で分割するように構成された領域分割処理部をさらに備え、前記処理探索実行部は、分割された時間領域毎に前記平滑化処理を実行し、前記処理方法および前記パラメータのうち少なくとも一方を前記時間領域毎に探索することを特徴とするものである。
また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例において、前記領域分割処理部は、前記時系列データの時間領域を均等に分割することを特徴とするものである。
また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例は、監視対象の装置から処理対象の時系列データを収集して前記データ記憶部に格納するように構成されたデータ収集部をさらに備え、前記領域分割処理部は、前記監視対象の装置の状態の切り替わり毎に前記時系列データの時間領域を分割することを特徴とするものである。
また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例は、分割された時間領域毎に、前記探索によって確定した処理方法およびパラメータを前記表示部に表示させるように構成された探索結果表示制御部をさらに備えることを特徴とするものである。

また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例において、前記処理方法は、メジアンフィルタによる処理方法とローパスフィルタによる処理方法のうち少なくとも一方であり、前記パラメータは、前記メジアンフィルタのデータ数および前記ローパスフィルタの時定数のうち少なくとも一方である。
また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例は、前記データ記憶部に記憶された時系列データの波形と、前記探索によって確定した平滑化処理後の時系列データの波形とを重ねるようにして前記表示部に表示させるように構成された平滑化処理結果表示制御部をさらに備えることを特徴とするものである。
また、本発明の時系列データ処理装置の１構成例において、前記表示部と前記入力部とは、タッチパネル機能付き表示素子であり、前記参照軌跡出力部は、前記タッチパネル機能付き表示素子の画面に対するオペレータの操作に応じて前記タッチパネル機能付き表示素子から出力される位置座標信号を受け取り、この位置座標信号が示す画面上の各点を、前記データ記憶部に記憶された時系列データと同じ座標系上の点に変換することで、変換後の各点の集まりからなる前記参照軌跡データを生成することを特徴とするものである。

また、本発明の時系列データ処理方法は、データ記憶部に記憶された処理対象の時系列データの波形を表示部に表示させる第１のステップと、入力部に対するオペレータの操作を基に、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を示す参照軌跡データを生成する第２のステップと、前記時系列データに対する平滑化処理の１乃至複数の処理方法を予め記憶する処理方法記憶部を参照し、前記平滑化処理の処理方法および前記平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を逐次変更しながら、前記データ記憶部に記憶された時系列データに対して平滑化処理を実行し、この時系列データに平滑化処理を施した結果が前記参照軌跡データと最も適合する前記処理方法および前記パラメータのうち少なくとも一方を探索する第３のステップとを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、処理対象の時系列データの波形を表示部に表示させ、入力部に対するオペレータの操作を基に、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を示す参照軌跡データを生成して、平滑化処理の処理方法および平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を逐次変更しながら、時系列データに対して平滑化処理を実行し、この時系列データに平滑化処理を施した結果が参照軌跡データと最も適合する処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を探索することにより、平滑化処理の処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を、オペレータが入力した軌跡に応じて適切に決定することができるので、処理方法やパラメータ決定のための試行錯誤の煩雑さを低減することができる。

また、本発明では、処理対象の時系列データの時間領域を予め規定された手順で分割し、分割した時間領域毎に平滑化処理を実行して、処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を時間領域毎に探索することにより、時系列データの特性の変化やオペレータが入力する軌跡の変化に応じて平滑化処理の処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を適切に決定することができる。

また、本発明では、監視対象の装置の状態の切り替わり毎に時系列データの時間領域を分割することにより、時系列データの特性の変化に平滑化処理を適応させる確率を高めることができる。

監視対象から収集した時系列データの１例を示す図である。図１の時系列データに対して１次遅れローパスフィルタによる平滑化処理を施した結果を示す図である。図１の時系列データに対して１次遅れローパスフィルタによる平滑化処理を施した別の結果を示す図である。図１の時系列データに対してメジアンフィルタによる平滑化処理を施した結果を示す図である。図１の時系列データに対してメジアンフィルタによる平滑化処理を施した別の結果を示す図である。本発明の第１の実施例に係る時系列データ処理装置の構成を示すブロック図である。本発明の第１の実施例に係る時系列データ処理装置の動作を説明するフローチャートである。本発明の第１の実施例においてオペレータが平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する例を示す図である。本発明の第１の実施例においてオペレータが平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する別の例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る時系列データ処理装置の平滑化処理結果表示制御部による表示例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る時系列データ処理装置の平滑化処理結果表示制御部による別の表示例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る時系列データ処理装置の平滑化処理結果表示制御部による別の表示例を示す図である。本発明の第１の実施例に係る時系列データ処理装置の平滑化処理結果表示制御部による別の表示例を示す図である。図８に示した軌跡に基づく参照軌跡データの差分値と図２に示した従来の平滑化処理による時系列データの差分値とを示す図である。図９に示した軌跡に基づく参照軌跡データの差分値と図３に示した従来の平滑化処理による時系列データの差分値とを示す図である。図８に示した軌跡に基づく参照軌跡データの差分値と本発明の第１の実施例に係る平滑化処理による時系列データの差分値とを示す図である。図９に示した軌跡に基づく参照軌跡データの差分値と本発明の第１の実施例に係る平滑化処理による時系列データの差分値とを示す図である。本発明の第２の実施例に係る時系列データ処理装置の構成を示すブロック図である。本発明の第２の実施例に係る時系列データ処理装置の動作を説明するフローチャートである。監視対象から収集した時系列データの別の例を示す図である。本発明の第２の実施例においてオペレータが平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する例を示す図である。本発明の第２の実施例においてオペレータが平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する別の例を示す図である。本発明の第２の実施例においてオペレータが平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する別の例を示す図である。本発明の第２の実施例に係る時系列データ処理装置の平滑化処理結果表示制御部による表示例を示す図である。マルチループ温調計の外観図である。

［発明の原理１］
時系列データに対する分析処理の代表例の１つとして、ノイズ成分を除去する平滑化処理がある。この平滑化処理においても、前述の特許文献１の所定期間に相当するパラメータ値（着目するデータ数またはデータ時間）の決定が重要になる。平滑化処理の目的の１つは、時系列データの収集元の計測対象や制御対象の本質的な特性把握であり、また特性変化の監視である。そして、対象の監視に熟練しているオペレータは、平滑化前の時系列データが、どのように平滑化されれば対象の監視にとって都合がよいかを、直感的に把握できているケースが多い。

そこで、発明者は、タッチパネル機能付きの表示器に平滑化処理前の時系列データを表示し、タッチパネルのなぞり操作などにより、平滑化処理後の時系列データの軌跡イメージをオペレータに入力させることで、平滑化処理の処理方法やパラメータを自動決定するための参照軌跡を得る方法に想到した。この方法によれば、監視に熟練しているオペレータの直感に整合する処理方法やパラメータの値を自動決定できるので、試行錯誤の煩雑さを低減することができる。

［発明の原理２］
オペレータが平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡イメージを入力する場合、時系列データの全域について一律に同じ平滑化感覚で軌跡の入力操作を行なうとは限らない。時系列データ自体も、全域について一律に同じ特性であるとは限らない。したがって、時系列データの全域について一律の処理方法やパラメータの値を得ようとすることには無理がある。一方で、オペレータの平滑化感覚や時系列データの特性が、頻繁に変化することも起こりにくいと考えるのが妥当である。

したがって、時系列データ全域をシンプルに２分割、４分割、８分割のように分けて、各領域で別々に自動決定処理を行なうことが好ましい。結果的に複数の領域で同じ処理方法、同じパラメータ値になることも有り得るが、一旦は分割するのが得策である。また、領域分割についてはシンプルに等分割するだけではなく、ＭＥＳ（Manufacturing Execution System）などから監視対象の装置の状態情報（モード情報など）を取得し、状態の切り替わり毎（モードの異なる領域毎）に自動分割するという方法も考えられる。この場合、時系列データの特性の変化と一致する確率が高くなることが期待できる。

［第１の実施例］
以下、本発明の実施例について図面を参照して説明する。本実施例は、上記発明の原理１に対応する例である。

［本実施例の効果を検証するための比較例］
まず、本実施例の効果を検証するための比較例について説明する。図１の例は、監視対象から０．１秒周期で収集した時系列データＤ１（温度データ）を示している。この例では、時系列データＤ１に、計測ノイズと、１秒周期程度の高周波変動と、１２秒周期程度の低周波変動とが重畳している。本実施例では、オペレータにとって比較的煩雑ではない作業を想定し、単一種類の平滑化処理に限定して適用する場合について説明する。単一種類の平滑化処理であれば、試行錯誤するべきパラメータ数は１個に絞り込めるので、例えば小さな数値から少しずつ大きくするというようなシンプルな作業として実施できる。

なお、本発明の時系列データは所定のサンプリング周期毎に収集される離散型のデータであるが、図１では、時系列データを連続波形で表現している。以降の図についても、同様に時系列データと、時系列データを平滑化処理したデータとを連続波形で表現する。

図２のＤ２は、図１の時系列データＤ１の高周波変動を抽出するために、時系列データＤ１に対して１次遅れローパスフィルタによる平滑化処理を施した結果を示している。図２の例では、１次遅れローパスフィルタの時定数を０．１３秒に設定している。
図３のＤ３は、時系列データＤ１の低周波変動を抽出するために、時系列データＤ１に対して別の１次遅れローパスフィルタによる平滑化処理を施した結果を示している。図３の例では、１次遅れローパスフィルタの時定数を１．８秒に設定している。

図４のＤ４は、時系列データＤ１の高周波変動を抽出するために、時系列データＤ１に対してメジアンフィルタによる平滑化処理を施した結果を示している。図４の例では、処理対象の注目データとその近傍のデータとを含む計３個のデータに対するメジアンフィルタの結果を、注目データの平滑化処理結果としている。
図５のＤ５は、時系列データＤ１の低周波変動を抽出するために、時系列データＤ１に対して別のメジアンフィルタによる平滑化処理を施した結果を示している。図５の例では、処理対象の注目データとその近傍のデータとを含む計１１個のデータに対するメジアンフィルタの結果を、注目データの平滑化処理結果としている。

ローパスフィルタによる平滑化処理では、元の時系列データＤ１に対する処理後のデータＤ２，Ｄ３の振幅の減衰と位相のずれとが目立つ。一方、メジアンフィルタによる平滑化処理では、元の時系列データＤ１の変化に対して処理後のデータＤ４，Ｄ５が追従せず、同一値が連続してしまう箇所が頻繁に発生する。このように、図２〜図５に示した結果は、対象の本質的な特性把握あるいは特性変化の監視という目的に対しては、改善の余地が残る結果と言える。

図６は本実施例に係る時系列データ処理装置の構成を示すブロック図である。時系列データ処理装置は、監視対象から時系列データを収集するデータ収集部１と、収集した時系列データを記憶するデータ記憶部２と、時系列データに対する平滑化処理の１乃至複数の処理方法（演算手順）を予め記憶する処理方法記憶部３と、オペレータに情報を伝える表示部であると同時にオペレータからの操作を受け付ける入力部であるタッチパネル機能付き表示素子４と、データ記憶部２に記憶されている時系列データの波形をタッチパネル機能付き表示素子４に表示させるデータ表示制御部５と、オペレータの操作を基に、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を示す参照軌跡データを出力する参照軌跡出力部６と、平滑化処理の処理方法および平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を逐次変更しながら、データ記憶部２に記憶された時系列データに対して平滑化処理を実行し、この時系列データに平滑化処理を施した結果が参照軌跡データと最も適合する処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を探索する処理探索実行部７と、探索結果を表示する探索結果表示制御部８と、平滑化処理結果を表示する平滑化処理結果表示制御部９とを備えている。

次に、本実施例の時系列データ処理装置の動作を、図７を参照して説明する。データ収集部１は、監視対象から時系列データ（例えば温度データ）を収集する（図７ステップＳ１００）。データ収集部１が収集した時系列データは、データ記憶部２に格納される（図７ステップＳ１０１）。
次に、データ表示制御部５は、データ記憶部２に記憶されている時系列データの波形をタッチパネル機能付き表示素子４に表示させる（図７ステップＳ１０２）。

オペレータは、タッチパネル機能付き表示素子４に表示された時系列データの波形を見て、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡（波形）を入力する。入力方法としては、タッチパネル機能付き表示素子４の画面上で指または筆記具等を動かして、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を描く方法が好適である。オペレータの操作に応じて、タッチパネル機能付き表示素子４は、指または筆記具等が接触した画面上の位置を次々と検出して、検出した位置を示す位置座標信号を出力する（図７ステップＳ１０３）。

図８、図９は、オペレータがタッチパネル機能付き表示素子４の画面４０上で指４００を動かして、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する様子を示す図である。図８は、画面４０に表示されている時系列データＤ１に対し、オペレータが高周波変動を抽出することを意識して軌跡Ｌ１を入力する例を示している。図９は、オペレータが低周波変動を抽出することを意識して軌跡Ｌ２を入力する例を示している。

参照軌跡出力部６は、タッチパネル機能付き表示素子４から出力された位置座標信号を受け取ると、位置座標信号が示す画面上の各点を、データ記憶部２に記憶された時系列データと同じ座標系上の点に変換することで、変換後の各点の集まりからなる参照軌跡データを生成して出力する（図７ステップＳ１０４）。言うまでもなく、時系列データの座標系の横軸は時間、縦軸はデータの値である。データ表示制御部５は、時系列データを画面の座標系上の点に変換してタッチパネル機能付き表示素子４に表示させる。参照軌跡出力部６は、このデータ表示制御部５と逆の処理を行なえばよい。

なお、時系列データは、時間軸に沿って並ぶ離散型のデータである。そこで、データ表示制御部５は、離散した各データを補間して、時系列データを連続波形で表示する必要がある。このような補間処理は周知の技術であるので、詳細な説明は省略する。
また、後述のように、時系列データと参照軌跡データとを処理探索実行部７で比較するので、参照軌跡データは、時系列データと同じ離散型のデータであることが望ましい。すなわち、参照軌跡出力部６は、参照軌跡データの各点の時間間隔を、時系列データのサンプリング周期と同じ値にすることが望ましい。

次に、処理探索実行部７は、データ記憶部２に記憶された時系列データに対して、処理方法記憶部３に記憶された処理方法に従う平滑化処理を実行する（図７ステップＳ１０５）。本実施例では、メジアンフィルタによる平滑化処理を実行した後に１次遅れローパスフィルタによる平滑化処理を実行するという処理方法（演算手順）が、処理方法記憶部３に予め記憶されているものとする。

処理探索実行部７は、平滑化処理後の時系列データと参照軌跡データとの誤差を計算して、誤差が所定の許容値以下かどうかを判定する（図７ステップＳ１０６）。処理探索実行部７は、平滑化処理後の時系列データと参照軌跡データとの誤差が許容値を超えている場合、平滑化処理の処理方法および平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を変更して（図７ステップＳ１０７）、ステップＳ１０５に戻り、時系列データに対する平滑化処理を再度実行する。

こうして、処理探索実行部７は、平滑化処理後の時系列データと参照軌跡データとの誤差が許容値以下となるまで、ステップＳ１０５〜Ｓ１０７の処理を繰り返し実行することにより、平滑化処理後の時系列データが参照軌跡データと最も適合する処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を探索する。このような探索方法としては、シンプレックス法などの周知の方法が適用可能である。

本実施例では、処理方法記憶部３に予め記憶されている処理方法が１種類で固定されているので、平滑化処理のパラメータ（例えばメジアンフィルタのデータ数と１次遅れローパスフィルタの時定数）の最適解を探索することになる。なお、処理方法記憶部３には、平滑化処理の処理方法に対応するパラメータの上下限値を予め記憶させておくことが好ましい。これにより、処理探索実行部７は、上下限値の範囲内でパラメータを変更する。

探索結果表示制御部８は、平滑化処理後の時系列データと参照軌跡データとの誤差が許容値以下となって探索が終了すると（ステップＳ１０６においてＹＥＳ）、探索結果の処理方法の名称およびパラメータの値をタッチパネル機能付き表示素子４に表示させる（図７ステップＳ１０８）。

平滑化処理結果表示制御部９は、処理方法およびパラメータの探索によって確定した平滑化処理後の時系列データの波形を、既に表示されている時系列データの波形と重ねるようにして、タッチパネル機能付き表示素子４に表示させる（図７ステップＳ１０９）。データ表示制御部５の場合と同様に、平滑化処理結果表示制御部９は、離散した各データを補間して、平滑化処理後の時系列データを連続波形で表示する。

また、平滑化処理結果表示制御部９は、参照軌跡データの波形と、処理方法およびパラメータの探索によって確定した平滑化処理後の時系列データの波形とを重ねるようにして、タッチパネル機能付き表示素子４に表示させるようにしてもよい（図７ステップＳ１１０）。こうして、時系列データ処理装置の処理が終了する。

図１０〜図１３は、平滑化処理結果表示制御部９による表示例を示す図である。図１０は、タッチパネル機能付き表示素子４の画面４０に、平滑化処理前の時系列データＤ１の波形と、処理方法およびパラメータの探索によって確定した平滑化処理後の時系列データＤ６の波形とを重ねるようにして表示した例を示している。平滑化処理後の時系列データＤ６は、時系列データＤ１の高周波変動の抽出を意識して入力された軌跡Ｌ１（図８）に応じて平滑化処理のパラメータを探索した結果を示している。上記のとおり、本実施例では、メジアンフィルタによる平滑化処理を実行した後に１次遅れローパスフィルタによる平滑化処理を実行するという処理方法が、処理方法記憶部３に予め記憶されている。探索の結果得られたパラメータの最適解は、メジアンフィルタのデータ数が３個、１次遅れローパスフィルタの時定数が０．０５秒であった。

図１１は、画面４０に、平滑化処理前の時系列データＤ１の波形と、平滑化処理後の時系列データＤ７の波形とを重ねるようにして表示した例を示している。平滑化処理後の時系列データＤ７は、時系列データＤ１の低周波変動の抽出を意識して入力された軌跡Ｌ２（図９）に応じて平滑化処理のパラメータを探索した結果を示している。探索の結果得られたパラメータの最適解は、メジアンフィルタのデータ数が１１個、１次遅れローパスフィルタの時定数が０．３５秒であった。

図１２は、画面４０に、軌跡Ｌ１（図８）に基づく参照軌跡データＲＤ１の波形と、平滑化処理後の時系列データＤ６の波形とを重ねるようにして表示した例を示している。
図１３は、画面４０に、軌跡Ｌ２（図９）に基づく参照軌跡データＲＤ２の波形と、平滑化処理後の時系列データＤ７の波形とを重ねるようにして表示した例を示している。

なお、図１０、図１１のような形態（ステップＳ１０９）と図１２、図１３のような形態（ステップＳ１１０）のうちどちらを表示させるかはオペレータの操作によって選択可能である。また、別の表示形態を選択することも可能である。例えば、具体例を示していないが、図１０〜図１３に示した画面４０中に、探索した処理方法の名称（本実施例では、メジアンフィルタと１次遅れローパスフィルタ）およびパラメータの値を表示するようにしてもよい。

［本実施例の効果の検証］
次に、本実施例の効果について検証する。ここでは、変化点の検出に着眼し、時系列データの微分値（離散データなので厳密には差分値）の符号がゼロになるかプラスからマイナスに移行するポイントを確認してみる。

図１４は、時系列データＤ１の高周波変動の抽出を意識して入力された軌跡Ｌ１に基づく参照軌跡データＲＤ１の差分値ΔＲＤ１（微分値）と、図２に示した従来の平滑化処理による時系列データＤ２の差分値ΔＤ２（微分値）とを示す図である。ＲＰ１は差分値ΔＲＤ１の変化点（差分値の符号がゼロになる点）、ＤＰ２は差分値ΔＤ２の変化点である。図１４のように拡大した範囲だけでも、従来の平滑化処理結果では、オペレータが意識する軌跡Ｌ１のイメージよりも４個余計に変化点が出現していることが分かる。

図１５は、時系列データＤ１の低周波変動の抽出を意識して入力された軌跡Ｌ２に基づく参照軌跡データＲＤ２の差分値ΔＲＤ２（微分値）と、図３に示した従来の平滑化処理による時系列データＤ３の差分値ΔＤ３（微分値）とを示す図である。ＲＰ２は差分値ΔＲＤ２の変化点、ＤＰ３は差分値ΔＤ３の変化点である。図１５のように拡大した範囲だけでも、従来の平滑化処理結果では、オペレータが意識する軌跡Ｌ２のイメージよりも１５個余計に変化点が出現していることが分かる。

図１６は、時系列データＤ１の高周波変動の抽出を意識して入力された軌跡Ｌ１に基づく参照軌跡データＲＤ１の差分値ΔＲＤ１（微分値）と、図１０に示した本実施例の平滑化処理後の時系列データＤ６の差分値ΔＤ６（微分値）とを示す図である。ＲＰ１は差分値ΔＲＤ１の変化点、ＤＰ６は差分値ΔＤ６の変化点である。本実施例の平滑化処理結果によると、オペレータが意識する軌跡Ｌ１のイメージと同数の変化点が出現していることが分かる。

図１７は、時系列データＤ１の低周波変動の抽出を意識して入力された軌跡Ｌ２に基づく参照軌跡データＲＤ２の差分値ΔＲＤ２（微分値）と、図１１に示した本実施例の平滑化処理後の時系列データＤ７の差分値ΔＤ７（微分値）とを示す図である。ＲＰ２は差分値ΔＲＤ２の変化点、ＤＰ７は差分値ΔＤ７の変化点である。図１６の場合と同様に、本実施例の平滑化処理結果によると、オペレータが意識する軌跡Ｌ２のイメージと同数の変化点が出現していることが分かる。

以上のように、本実施例では、平滑化処理のパラメータ（着目するデータ数、データ時間、時定数）をオペレータが入力した軌跡に応じて適切に決定することができるので、パラメータ決定のための試行錯誤の煩雑さを低減することができる。

なお、平滑化の効果を得る処理方法は、メジアンフィルタ、ローパスフィルタに限るものではなく、他の処理方法を用いてもよい。他の処理方法としては、移動平均法、特開平０４−１２１６２１号公報に開示されたデータスムージング方法などがある。

また、本実施例では、処理方法記憶部３に１種類の処理方法を記憶させているが、選択可能な複数の処理方法を記憶させておいてもよい。処理探索実行部７は、処理方法記憶部３に複数の処理方法が記憶されている場合、処理方法記憶部３に記憶されている内容の範囲内で処理方法およびパラメータの両方を変更するか、処理方法およびパラメータのうちいずれか一方を変更して、処理方法およびパラメータの最適解を探索することになる。これにより、パラメータだけでなく、平滑化処理の処理方法についても適切に決定することができるので、処理方法決定のための試行錯誤の煩雑さを低減することができる。

［第２の実施例］
次に、本発明の第２の実施例について説明する。本実施例は、上記発明の原理２に対応する例である。図１８は本実施例に係る時系列データ処理装置の構成を示すブロック図であり、図６と同一の構成には同一の符号を付してある。本実施例の時系列データ処理装置は、データ収集部１と、データ記憶部２と、処理方法記憶部３と、タッチパネル機能付き表示素子４と、データ表示制御部５と、参照軌跡出力部６と、分割された時間領域毎に時系列データの平滑化処理を実行し、平滑化処理の処理方法およびパラメータのうち少なくとも一方を時間領域毎に探索する処理探索実行部７ａと、分割された時間領域毎に探索結果を表示する探索結果表示制御部８ａと、平滑化処理結果表示制御部９と、時系列データの時間領域を予め規定された手順で分割する領域分割処理部１０とを備えている。

次に、本実施例の時系列データ処理装置の動作を、図１９を参照して説明する。データ収集部１とデータ記憶部２とタッチパネル機能付き表示素子４と参照軌跡出力部６の動作（図１９ステップＳ１００〜Ｓ１０４）は、第１の実施例で説明したとおりである。

図２０は、本実施例において監視対象から収集した時系列データＤ８（温度データ）を示している。この例では、時系列データＤ８に、計測ノイズと、１秒周期程度の高周波変動と、１２秒周期程度の低周波変動とが重畳し、さらに時刻７秒付近で高周波変動の振幅が大きくなっている。

図２１〜図２３は、本実施例においてオペレータがタッチパネル機能付き表示素子４の画面４０上で指４００を動かして、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を入力する様子を示す図である。図２１は、画面４０に表示されている時系列データＤ８に対し、オペレータが高周波変動を抽出することを意識して軌跡Ｌ８を入力する例を示している。図２２は、オペレータが低周波変動を抽出することを意識して軌跡Ｌ９を入力する例を示している。図２３は、オペレータが時刻７秒までの前半部分については時系列データＤ８の高周波変動を意識せずに低周波変動を抽出することを意識して軌跡Ｌ１０を入力し、時刻７秒以降の後半部分については振幅が大きくなった高周波変動を抽出することを意識して軌跡Ｌ１１を入力する例を示している。

次に、領域分割処理部１０は、データ記憶部２に記憶された時系列データの時間領域を予め規定された手順で分割する（図１９ステップＳ１１１）。本実施例では、時系列データの時間領域を均等に４分割する。なお、前述したように、ＭＥＳなどから状態情報（例えば監視対象の加熱装置のモード情報など）を取得し、監視対象の装置の状態の切り替わり（モードの切り替わる点）を時間領域の境として、時系列データの時間領域を分割するようにしてもよい。

処理探索実行部７ａのステップＳ１０５ａ，Ｓ１０６ａ，Ｓ１０７ａの処理は、それぞれ第１の実施例のステップＳ１０５，Ｓ１０６，Ｓ１０７と同様である。ただし、処理探索実行部７ａは、これらステップＳ１０５ａ，Ｓ１０６ａ，Ｓ１０７ａの処理を、ステップＳ１１１で分割された時間領域毎に行なう。

探索結果表示制御部８ａは、全ての時間領域について平滑化処理後の時系列データと参照軌跡データとの誤差が許容値以下となって探索が終了すると（図１９ステップＳ１１２においてＹＥＳ）、分割された時間領域毎に、探索結果の処理方法の名称およびパラメータの値をタッチパネル機能付き表示素子４に表示させる（図１９ステップＳ１０８ａ）。

平滑化処理結果表示制御部９のステップＳ１０９，ステップＳ１１０の処理は、第１の実施例で説明したとおりである。こうして、本実施例の時系列データ処理装置の処理が終了する。

図２４は、本実施例の平滑化処理結果表示制御部９による表示例を示す図である。図２４は、タッチパネル機能付き表示素子４の画面４０に、平滑化処理前の時系列データＤ８の波形と、処理方法およびパラメータの探索によって確定した平滑化処理後の時系列データＤ９の波形とを重ねるようにして表示した例を示している。平滑化処理後の時系列データＤ９は、オペレータが入力した軌跡Ｌ１０，Ｌ１１（図２３）に応じて平滑化処理のパラメータを探索した結果を示している。

図２４の例によると、４分割された時間領域のうち、前半のＡｒｅａ１，Ａｒｅａ２の２つの時間領域では、オペレータが低周波変動を抽出することを意識した軌跡Ｌ１０を入力したために、平滑化処理後の時系列データＤ９の波形が軌跡Ｌ１０とほぼ一致する形状となる。一方、後半のＡｒｅａ３，Ａｒｅａ４の２つの時間領域では、オペレータが高周波変動を抽出することを意識した軌跡Ｌ１１を入力したために、前半とは異なるパラメータを用いて時系列データＤ８の平滑化処理が行なわれ、平滑化処理後の時系列データＤ９の波形が軌跡Ｌ１１とほぼ一致する形状となっている。

第１の実施例と同様に、ステップＳ１０９で説明した形態（図２４）とステップＳ１１０で説明した形態のうちどちらを表示させるかはオペレータの操作によって選択可能である。また、別の表示形態を選択することも可能である。例えば、具体例を示していないが、図２４に示した画面４０中に、探索した処理方法の名称およびパラメータの値を、分割された時間領域毎に表示するようにしてもよい。

また、探索結果表示制御部８ａおよび平滑化処理結果表示制御部９は、分割された時間領域をオペレータに認識させるために、例えば図２４のように時間領域の分割線ＴＬ１，ＴＬ２，ＴＬ３と時間領域の番号Ａｒｅａ１，Ａｒｅａ２，Ａｒｅａ３，Ａｒｅａ４とを表示してもよいし、表示しなくてもよい。

なお、第１、第２の実施例で説明した時系列データ処理装置を、調節計の内部に搭載してもよいし、調節計とは別に設けるようにしてもよい。また、平滑化処理後の時系列データを時系列データ処理装置から出力し、その時系列データを利用することは一般的な事項である。本発明は、平滑化処理後の時系列データの様々な利用形態に適用できることは言うまでもない。
また、第１、第２の実施例では、時系列データとして温度データを例に挙げて説明しているが、時系列データは温度データに限らないことは言うまでもない。

第１、第２の実施例で説明した時系列データ処理装置のうち、データ収集部１とデータ記憶部２と処理方法記憶部３とデータ表示制御部５と参照軌跡出力部６と処理探索実行部７，７ａと探索結果表示制御部８，８ａと平滑化処理結果表示制御部９と領域分割処理部１０とは、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置及びインタフェースを備えたコンピュータと、これらのハードウェア資源を制御するプログラムによって実現することができる。ＣＰＵは、記憶装置に格納されたプログラムに従って第１、第２の実施例で説明した処理を実行する。

本発明は、時系列データを平滑化処理する技術に適用することができる。

１…データ収集部、２…データ記憶部、３…処理方法記憶部、４…タッチパネル機能付き表示素子、５…データ表示制御部、６…参照軌跡出力部、７，７ａ…処理探索実行部、８，８ａ…探索結果表示制御部、９…平滑化処理結果表示制御部、１０…領域分割処理部。

Claims

処理対象の時系列データを記憶するように構成されたデータ記憶部と、
前記時系列データに対する平滑化処理の１乃至複数の処理方法を予め記憶するように構成された処理方法記憶部と、
情報を表示するように構成された表示部と、
オペレータの操作を受け付けるように構成された入力部と、
前記時系列データの波形を前記表示部に表示させるように構成されたデータ表示制御部と、
前記入力部に対するオペレータの操作を基に、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を示す参照軌跡データを出力する参照軌跡出力部と、
前記平滑化処理の処理方法および前記平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を逐次変更しながら、前記データ記憶部に記憶された時系列データに対して平滑化処理を実行し、この時系列データに平滑化処理を施した結果が前記参照軌跡データと最も適合する前記処理方法および前記パラメータのうち少なくとも一方を探索するように構成された処理探索実行部とを備えることを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項１記載の時系列データ処理装置において、
前記探索によって確定した処理方法およびパラメータを前記表示部に表示させるように構成された探索結果表示制御部をさらに備えることを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項１記載の時系列データ処理装置において、
前記データ記憶部に記憶された時系列データの時間領域を予め規定された手順で分割するように構成された領域分割処理部をさらに備え、
前記処理探索実行部は、分割された時間領域毎に前記平滑化処理を実行し、前記処理方法および前記パラメータのうち少なくとも一方を前記時間領域毎に探索することを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項３記載の時系列データ処理装置において、
前記領域分割処理部は、前記時系列データの時間領域を均等に分割することを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項３記載の時系列データ処理装置において、
監視対象の装置から処理対象の時系列データを収集して前記データ記憶部に格納するように構成されたデータ収集部をさらに備え、
前記領域分割処理部は、前記監視対象の装置の状態の切り替わり毎に前記時系列データの時間領域を分割することを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項３乃至５のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置において、
分割された時間領域毎に、前記探索によって確定した処理方法およびパラメータを前記表示部に表示させるように構成された探索結果表示制御部をさらに備えることを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項１乃至６のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置において、
前記処理方法は、メジアンフィルタによる処理方法とローパスフィルタによる処理方法のうち少なくとも一方であり、
前記パラメータは、前記メジアンフィルタのデータ数および前記ローパスフィルタの時定数のうち少なくとも一方であることを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項１乃至７のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置において、
前記データ記憶部に記憶された時系列データの波形と、前記探索によって確定した平滑化処理後の時系列データの波形とを重ねるようにして前記表示部に表示させるように構成された平滑化処理結果表示制御部をさらに備えることを特徴とする時系列データ処理装置。
請求項１乃至８のいずれか１項に記載の時系列データ処理装置において、
前記表示部と前記入力部とは、タッチパネル機能付き表示素子であり、
前記参照軌跡出力部は、前記タッチパネル機能付き表示素子の画面に対するオペレータの操作に応じて前記タッチパネル機能付き表示素子から出力される位置座標信号を受け取り、この位置座標信号が示す画面上の各点を、前記データ記憶部に記憶された時系列データと同じ座標系上の点に変換することで、変換後の各点の集まりからなる前記参照軌跡データを生成することを特徴とする時系列データ処理装置。
データ記憶部に記憶された処理対象の時系列データの波形を表示部に表示させる第１のステップと、
入力部に対するオペレータの操作を基に、平滑化処理後の時系列データの望ましい軌跡を示す参照軌跡データを生成する第２のステップと、
前記時系列データに対する平滑化処理の１乃至複数の処理方法を予め記憶する処理方法記憶部を参照し、前記平滑化処理の処理方法および前記平滑化処理のパラメータのうち少なくとも一方を逐次変更しながら、前記データ記憶部に記憶された時系列データに対して平滑化処理を実行し、この時系列データに平滑化処理を施した結果が前記参照軌跡データと最も適合する前記処理方法および前記パラメータのうち少なくとも一方を探索する第３のステップとを含むことを特徴とする時系列データ処理方法。