一般道における故障検出手法

図 5.8 処 理 フ ロ ー （ 方 式 1）

5.4.2 数 理 技 術 に よ る 手 法

近 年 ，様 々 な 分 野 に お い て 2ク ラ ス の パ タ ー ン 認 識 を 行 う 数 理 技 術 が 研 究 さ れ て い る ．こ こ で は SVM（ 手 法 2-A）と ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク（ 手 法 2-B）を 適 用 す る ．SVM（Support Vector Machine）は ，最 適 超 平 面 法 と カ ー ネ ル 法 を 組 み 合 わ せ た 手 法 で あ る が ，そ の 高 い 識 別 能 力 や 識 別 器 構 築 に 理 論 的 な サ ポ ー ト が あ る こ と 等 か ら 応 用 事 例 も 多 い ．ニ ュ ー ラ ル ネ ッ ト ワ ー ク は ， パ タ ー ン 認 識 技 術 と し て 長 年 活 用 さ れ て い る が ，近 年 の ビ ッ ク デ ー タ 分 析 に お け る 深 層 学 習 の 基 礎 技 術 と し て 再 び 脚 光 を 浴 び て い る ．こ こ で は ，一 般 的 に 使 用 さ れ る 入 力 層 ，出 力 層 ，隠 れ 層 か ら 構 成 さ れ る 階 層 型 ネ ッ ト ワ ー ク を 用 い る ．こ の 2 つ の 手 法 に 対 し て も ，交 通 流 モ デ ル に よ る 手 法 と 同 じ 1ヶ 月 間 の 集 約 情 報 を 入 力 と す る が ，学 習 処 理 を 安 定 さ せ る た め に 集 約 情 報 に 対 し て 主 成 分 分 析 を 施 し ， さ ら に デ ー タ を 集 約 し た も の で 識 別 処 理 の 入 力 と す る ．

表 5.3 方 式 2-Aに お け る 設 定 カ ー ネ ル 関 数 パ ラ メ ー タ

線 形 －

ガ ウ ス 関 数 0.1, 1.0, 10, 100

多 項 式 関 数 2, 3

時間帯3または5で 領域Bに3個以上有

時間帯3または5で 領域Cに1個以上有

時間帯3で 領域Aに3個以上有

時間帯5で 領域Aに3個以上有

故障 入力データ (集約情報1カ月分)

正常

YES NO

YES

YES

YES NO

NO

NO

表 5.4 方 式 2-Bに お け る 設 定

隠 れ 層 の 数 活 性 化 関 数 誤 差 関 数

1

シ グ モ イ ド バ イ ノ ミ ナ ル

ソ フ ト マ ッ ク ス バ イ ノ ミ ナ ル ソ フ ト マ ッ ク ス マ ル チ ノ ミ ナ ル

2

シ グ モ イ ド バ イ ノ ミ ナ ル

ソ フ ト マ ッ ク ス バ イ ノ ミ ナ ル ソ フ ト マ ッ ク ス マ ル チ ノ ミ ナ ル

手 法 2-Aで は カ ー ネ ル 関 数 の 種 類 と そ の パ ラ メ ー タ を ，手 法 2-Bで は 出 力 層 の 活 性 化 関 数 と 誤 差 関 数 の 種 類 を 設 定 す る 必 要 が あ る ． 数 値 実 験 に 用 い た 設 定 を 表 5.3と 表 5.4に 示 す ．

5.4.3 数 値 実 験

提 案 手 法 に よ る 故 障 感 知 器 の 検 出 状 況 を 確 認 す る た め ，数 値 実 験 を 行 う ．横 浜 市 青 葉 区・都 筑 区 を 中 心 と し た 840 基 の 感 知 器 か ら ， 前 述 し た 調 査 に よ り 予 め 正 常 と 判 明 し て い る 感 知 器 と 保 守 記 録 よ り 故 障 と し て 対 応 し た 記 録 の 分 か る も の を 対 象 に 実 施 す る ．検 証 に 使 用 す る デ ー タ は ，2014 年 8 月 と し ，保 守 記 録 で 故 障 の 発 生 が 2014 年 8月 1 日 ～31 日 の も の で ，か つ ， 8 月 1 日 時 点 で 故 障 が 残 っ て い た も の と し て 抽 出 し た ． こ の デ ー タ の 感 知 器 状 態 の 内 訳 は ， 正 常 感 知 器 は 10 基 ，故 障 感 知 器 6 基 で あ る ．手 法2-A と 手 法2-Bは ，学 習 デ ー タ が 必 要 で あ る が ， 上 記 の 検 証 デ ー タ と 異 な る 感 知 器 を 抽 出 し ， 期 間 と し て も 異 な る 日 程 （2014 年 6 月 7 日 ～2014年 7月 31日 ）の デ ー タ を 使 用 し た ．学 習 デ ー タ に お け る 感 知 器 状 態 の 内 訳 は ，正 常 感 知 器 12基 ，故 障 感 知 器 28基 で あ る ．検 証 デ ー タ に よ る 識 別 結 果 で 最 も 良 い 結 果 と な っ た の は 表 5.5で ，3つ の 手 法 そ れ ぞ れ で 同 一 結 果 と な っ た ．た だ し ，手 法 2-Aと 手 法 2-Bで は 一 部 の 設 定 の み 表 5.5の 結 果 と な っ た ． そ の 際 の 設 定 を 表 5.6に 示 す ．

表 5.5 判 別 結 果 の 精 度 判 別 結 果

実 際 の 状 態 正 常 異 常

正 常 （10基 ） 10 (100％) 0 (0%)

異 常 （6基 ） 1 (17%) 5 (83%)

正 常 感 知 器 の 正 答 率 は 100％ で あ っ た ． 次 に ， 故 障 感 知 器 に 関 し て は 83％ の 正 答 率 で あ っ た ． 感 知 器 が 無 反 応 と な る 状 況 （ 交 通 量 0［ 台 ］・ 占 有 時 間 0［ 回 ］） は 検 出 す る こ と が で き な か っ た が ，こ れ は 現 行 シ ス テ ム に よ り 検 出 可 能 な も の で あ る ．よ っ て ，全 般 的 に 比 較 的 良 好 な 結 果 と な っ た ．手 法 2-Aで は ，複 雑 な 処 理 を し な い 設 定 の も の が 良 い 結 果 を 算 出 し た ．本 手 法 は 前 述 し た よ う に 最 適 超 平 面 法 と カ ー ネ ル 法 の 組 合 せ で あ る ．表 5.6に は カ ー ネ ル 関 数 を 線 形 と し た 場 合 が 含 ま れ て お り ，こ れ は 最 適 超 平 面 法 の み 実 施 し た こ と と 等 価 で あ る ．入 力 情 報 と し て 利 用 さ れ て い る 集 約 情 報 自 体 が 線 形 空 間 で 分 離 可 能 な 状 態 と な っ て い る 事 を 示 唆 し て い る ．カ ー ネ ル 関 数 を 多 項 式 と し た 場 合 も ，3 次 で は な く 2次 が 表 5.6に 含 ま れ て い る ．手 法2-Bに 関

し て は ，隠 れ 層 の 数 が １ で ，活 性 化 関 数 が ソ フ ト マ ッ ク ス の と き 最 良 の 結 果 と な っ た ．こ れ は ， 前 述 し た よ う に 入 力 情 報 は 性 質 が 良 い た め ，隠 れ 層 は 少 な い 方 が 良 い が ，誤 差 逆 伝 搬 法 に よ り 最 適 な パ ラ メ ー タ を 導 出 す る 際 に ソ フ ト マ ッ ク ス を 活 性 化 関 数 と す る と 探 索 空 間 が 広 く な り ， よ り 良 い パ ラ メ ー タ を 得 ら れ る 可 能 性 が 高 い た め と 考 え ら れ る ．3 つ の 手 法 の い ず れ で も 良 好 な 結 果 を 得 る こ と が で き た が ，社 会 イ ン フ ラ シ ス テ ム に お い て は 故 障 時 に お け る 機 器 の 運 用 状 況 を 提 示 で き る こ と が 求 め ら れ て い る た め ，同 程 度 の 識 別 性 能 な ら ば 説 明 可 能 性 の 点 か ら 手 法 1 の 方 が 望 ま し い と 考 え ら れ る ．

表 5.6 最 良 結 果 算 出 時 の 各 手 法 の 設 定

方 式 パ ラ メ ー タ

1 －

2-A 線 形

多 項 式: 2

2-B

隠 れ 層 の 数: 1

活 性 化 関 数: ソ フ ト マ ッ ク ス 誤 差 関 数 : バ イ ノ ミ ナ ル 隠 れ 層 の 数: 1

活 性 化 関 数: ソ フ ト マ ッ ク ス 誤 差 関 数 : バ イ ノ ミ ナ ル

次 に ， 多 数 の 感 知 器 に 適 用 し そ の 検 出 状 況 等 を 確 認 す る た め ， 前 述 の 全 840 基 の 感 知 器 に 関 し て 手 法 1 を 試 行 し た ． 故 障 判 定 さ れ た も の は 65 端 末 で 全 体 の 7.7％ で あ っ た ． 検 出 さ れ た 感 知 器 の 状 況 に 関 し て 優 先 度 を 付 け て 確 認 す る た め ，車 両 感 知 器 内 部 で 検 出 し て 交 通 管 制 セ ン タ ー へ 送 信 さ れ る パ ル ス 異 常 回 数 に よ る 並 び 替 え を 行 い ，そ の う ち 上 位 5 端 末 に つ い て 調 査 を 行 っ た ． こ れ は 端 末 数 の 0.6％ で あ り ， そ の な か で 3 つ の 車 両 感 知 器 は 保 守 記 録 で 故 障 と し て 記 載 が あ っ た ． 残 る 2 つ の 車 両 感 知 器 を 地 点 G と 地 点 H と し て ， 図 5.9に 故 障 判 定 に 使 用 し た 日 中 （ 時 間 帯 3） お よ び 夜 （ 時 間 帯 5） に お け る 集 約 車 両 感 知 器 情 報 の 状 況 を 示 す ．

図 5.9 故 障 が 想 定 さ れ る 地 点 の 集 約 感 知 器 情 報

G H

図 5.9か ら 分 か る よ う に 地 点 G の 感 知 器 は 占 有 時 間 が 深 夜 ，夜 間 を 含 め 1,000［ 回 ］を 下 回 る こ と が 少 な く ，台 数 も 30 台 以 上 と な っ て い る こ と か ら ，何 ら か の 異 常 を 示 し て い る と 考 え ら れ る ． 地 点 H に 関 し て は ， デ ー タ が 交 通 流 モ デ ル か ら 逸 脱 す る 領 域 に あ り ， 故 障 が 疑 わ れ る 状 況 で あ っ た ． こ の よ う な デ ー タ を 示 す 地 点 G と H に つ い て ， 現 場 で 動 作 状 況 を 確 認 し た ． 地 点 G に 関 し て は 動 作 不 良 が あ り ，感 知 器 の 電 源 電 圧 調 整 を 行 い 復 旧 し た ．ま た 地 点 H に つ い て は ，3 車 線 構 成 の 感 知 器 で あ り ， 超 音 波 送 受 器 （ ヘ ッ ド ） 間 の 干 渉 が 疑 わ れ た た め ， ヘ ッ ド 向 き を 修 正 し た ． 両 地 点 共 に 保 守 作 業 後 の デ ー タ を 図 5.10に 示 す ．

図5.10 保 守 対 応 後 の 集 約 車 両 感 知 情 報

地 点 G と 地 点 H の 感 知 器 と も に 保 守 作 業 後 の デ ー タ は ，原 点 に 近 づ き ，ば ら つ き が 少 な い こ と が 分 か る ．ま た ，再 度 方 式 1 を 試 行 し た と こ ろ 正 常 な 感 知 器 と し て 判 別 さ れ る こ と が 確 認 で き た ．

5.5 まとめ

集 約 車 両 感 知 器 情 報 を 用 い て ，一 般 道 の 車 両 感 知 器 情 報 の 可 視 化 を 図 り ，設 置 状 況 の 類 型 化 が 可 能 で あ る こ と が 示 唆 さ れ た ．渋 滞 発 生 頻 度 が 高 い 本 線 上 ，渋 滞 発 生 頻 度 が 低 い 本 線 上 ，右 折 レ ー ン 上 と 大 き く 3つ に 分 け る こ と が で き た ．次 に ，交 通 流 モ デ ル に よ る 交 通 量 と 占 有 時 間 の 関 係 性 を 用 い て 故 障 領 域 を 設 定 し ，集 約 車 両 感 知 器 情 報 を 用 い て 故 障 を 検 出 す る 手 法 を 提 案 す る と と も に ，近 年 活 用 が 進 ん で い る 数 理 技 術 に よ る 識 別 手 法 の 応 用 も 試 み た ．い ず れ の 手 法 で も ， 正 常 感 知 器 の 正 答 率 は 100％ ， 故 障 の 正 答 率 83%と な り ， 比 較 的 良 好 な 結 果 と な っ た ． さ ら に ，840 基 の 感 知 器 に 対 し て 交 通 流 モ デ ル に よ る 手 法 を 試 行 し ， 全 体 の 7.7％ が 故 障 と し て 抽 出 さ れ た ． さ ら に 優 先 度 の 高 い 5 端 末 抽 出 に つ い て 確 認 し た と こ ろ ， 故 障 の 記 録 済 み も し く は 実 機 確 認 で 故 障 状 態 で あ っ た こ と か ら ，提 案 手 法 の 有 効 性 が 確 認 で き た ．今 後 は ，さ ら な る 数 値 実 験 を 重 ね る こ と で ， 実 用 化 に 向 け た 改 良 を 図 っ て い き た い ．

G H