The 28th Annual Conference of the Japanese Society for Artificial Intelligence, 2014
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生存時間
析
居
者
快適温度
推定
Estimation of comfortable room temperature by survival analysis
竹内
亮
*1
原
修一郎
*1
矢
亨
*1
Ryosuke Takeuchi Shuichiro Imahara Toru Yano
*1
株式会社東芝
研究開発センタ
技術
Toshiba Corporation, Corporate Research & Development Center, System Engineering Laboratory
This paper proposes a way to estimate appropriate temperature approved by each resident based on room temperature and room staying data by survival analysis. When appropriate preset temperature of heater consuming much energy is too high, lots of energy would be consumed. Therefore, setting appropriate preset temperature for the resident is necessary for low energy consumption. Our experimental results with raw dataset shows that temperature estimated with feature quantities of Weibull distribution is nearly acceptable for the resident.
1.
はじめに
近 再 生 可 能 ネ 大 入 電 力 網
安 定 を解 消 供 給 需 要を制 御
ッ や ネ 加 え 水 道 交 通 療 を
考慮 コ ニ 関心 高 い
ッ 制 御対 象 需 要家 家 庭 場 あ
う 家庭部門 関 家庭内 ネ 消費 見え
化 や 太 陽 電 池 や 蓄 電 池 連 携 カ ッ
制 御 家 庭 内 機 器 遠 隔 制 御 を 行 う HEMS(Home Energy Management System) あ
東芝 HEMSを生活習慣 異 海外 展開 海 外 実証を進 い 一 2011 2016
ン ン コ ニ を構 築 実 証
ロ 1 あ 事業 中 省 ネ 居 者 快 適 性 を両 立 機 器 自 動 制 御を行 う HEMS を 入 [竹 内
2013] HEMS 自動制御 居 者 快適性を損
わ い 性 あ 省 ネ 10%を目指 見え 化 暖 房 や照 明 自動 制 御 省 ネを支 援
制御対象 中 ネ 消 費 大 い暖房 要 あ
高 設定 温度 自動 調節 省 ネ 有 効 あ
設定温度を 居 者 室温 い 快 感
う 快 い程 度 許容可能 室温 推定
要 あ 推 定 室 温 を用 い 居 者 設 定 温 度 を推 薦
無駄 使 い 暖房 ネ を削減
本 論 文 居 者 在 室 中 室 温 タ 生 存 時 間
析[赤澤 2010]を用い 許容可能 室温を推定 方法を提案
提案手法を ン 実証を行う前 日本
タを用い 評価
2.
許容可能室温推定手法
設 定 温 度 推 薦 を行 う 居 者 許 容 可 能 室 温 を知
必 要 あ 山 本 温 度 や 度 状 況 や 置
い 動作状況 空間 状態 コン コン
中 各 物 理 対 快 適 足 度 組
既知 え い 場合 既知 情報や必要最
限 ン 任意 コン 対 足
度を得 方法[山本 2010]を提案 い 快適 室温を ン
回 答 一 般 居 者 負 担 あ 現
在 設 定 温 度 を快 適 室 温 回 答 場 合 居 者 想 定
い 許容 室温 実 際 許容 室温 乖 い 省 ネ
可能性 あ 居 者 入力情報 実
タ 許容室温を推定 望 い
本提案手法 室温 タ 在室 タ 基 い
在室時 室温 昇を居 者 え 時間
を生存時 間 析 枠組 化 特徴 を用
い 各部屋 許容室温を推定 2
室 温 在 室 タ や 在 室 終 了
時間 否 タ 組 あ 生存時
間 タ を取 得 次 生 存 時 間 タ を 各 部 屋 各 室 温
い 生 存 時 間 析 枠 組 ワ 適 合
特徴 を算出 別途収集 許容室温 正解 タ
予 構築 を利用 許容室温を推定
提 案 手 法を詳 細 述 単 時 間 在 在
2 値 在室 タを得 次 在室時 1度幅 室温を
在 室 時 室 温 昇 場 合 ン 在 室 終 了
室温 一定時 間経過 場 合 打 生存
時 間 タ を得 回 室 温 を 暖 房 を
時 点 室 温 着 目 室 温 昇 始
一 定 時 間 室 温 い 限 生 存 時 間 タ 含
い ン 観 察 事 象 あ 打
連絡先：竹内亮
株式会社東芝 研究開発センタ 技術
神奈川県川崎 幸 向東芝町1
1B2
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OS
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02a
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2
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- 2 - 観察 途中 打 を指 観察開始
ン 発 生 時 間 を生 存 時 間 言 い 観 察 打
時間を打 時間 言う 生存時間 打
時間 集合 を生 存時 間 タ 呼び ン 打 時
間 関係性 注目 析手法を生存時間 析 呼ぶ
次 各 部 屋 各 室 温 生 存 時 間 タ を ワ
適 合 特 徴 を算出 ワ 説 明 前
準備 い 定義 生存時間を表 非負 確率変数
をT 生存率関数F Tを用い
定義 F(t) 定義 時間t 生存率 ン
t以 観察 い を意味 T 連 あ 時
関数λ(t)を
定義 時刻 t 直前 ン 発生 い い 条件 時刻t い ン 発生 条件付 確率を表 い 回 用 い ワ 生 存 時間 析 用 い
一 関数
定義 λ 形状 タ p タ あ 回 λ pを特徴 用い
最後 全部屋 全室温 い 抽出 各λ pを説明変 数 居 者 ン 得 各 室温 許容 可 能 許 容
可 を目 的 変 数 SVM(Support Vector Machine) を構築 を識別器 各部屋 許容室温を
推定
3.
実験
提 案 推定 手法 を事 前 評 価 日 本 一般 的
居 温度セン 人感セン を配置 1 間隔 温度計 測 び人体検知 タを取得 評価 使用 タ
冬期 46日間 5世帯 本手法 利用 在室 タ 人体検知 タ 1 在 在を算出 い 在 在 温 度 計 測 タ 前 述 生 存 時 間 タ を 計 算
際 ン 数 10未 室温 い 生存時間 析 対象外
タを利用 本論文 以 評価を行う
1 生存時間 析を用い 特徴 評価
許容室温 異 世帯 暑 寒 特徴 を
示 識 別 可 能性 世 帯間 識 別 境 界 類 似 性を評 価
2 SVM 許容可能室温 推定精度 評価
各 室 温 い ン 許 容 可能 許容 可 推 定 結
果 適合率 再現率を計算 本手法 推定精度を評価
4.
結果
1 生存時間 析を用い 特徴 評価
3 列 各室温 特徴 を 示 横軸 生存 打
時 間 縦 軸 生 存 率 実 線 曲 線 室 温 許 容
可能 あ を示 点線 曲線 許容 可 あ を示
い 室 温 短 時 間 生 存 率 居 者 室 温 を
許 容 暖 房 室 温 を い 考 え 逆
高い室温 生存率 い 室温を許容 い
考え
ン 居 者 1 2 4 許容室温 18℃
22℃ 19℃ あ 各 世帯 許 容室温 異 場 合 一
世 帯 見 概 高 い室 温 生 存 率 い
や い傾向 あ 居 者 1 可室温 あ
17℃ 60 時点 生存率 80%以 一方 居
者4 可室温18℃ 120 時点 生存率 80%以 あ 各居 者 生存率 絶対値 単純 識別
い
3 右列 各室温 生存曲線 計算 特徴 を示
横軸 形状 タλ 縦軸 タ p ○印 許容可 能 室 温 ×印 許容 可 室温 を示 特徴 化
場合 高い室温 λ い室温 λ 大
い傾向 あ 世帯 線形識別 可能 識別
境 界 各 世 帯 共 通 概 λ=0.05 思 わ 推 定 全 世 帯 共 通 利 用 可 能 性 あ 次 項 全 世 帯
構築 推定 精度評価を行う
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図3 特徴量の評価結果 左列の図：居住者ごとの時間特性、右列の図：居住者ごとの特徴空間
2 SVM 許容可能室温 推定精度 評価
各世帯 各室温 い 識別閾値を 60% 場合 推 定結果 適合率 再現率を表 1 示 全室温 い 許容 可 推定 適合率を計算 居 者1を除
適合率 各世帯 75%～100% 全部屋 92% 適合率 許容 可 い室温を許容可能 誤識別 場合
値 居 者 快 多 を示 い 再
現率 許容可能 室温を許容 可 誤識別 場合 値
省 ネ機会を失う 居 者 温熱的 快
発生 い 4 全世帯 全室温 い 特徴 λ及び p SVM 識別閾値 を 60% 推 定 許容 可能 許 容
可 室 温 を示 許 容 可 室温 を許 容 可 能 誤 識 別
居 者 3 15℃ あ ン 居 者3 コン 空 間暖 房 利用
利用時 非利用時 許容室温 異 誤識別 考え
居 者3 省 ネ機会損失 い 誤識別 快 発生 い
次節 快 発生 省 ネ機会損失 い 考察
5.
考察
識 別 閾 値 を 70% 60% 50% 40% 評 価 結果を表2 示 快世帯割合 許容 可を可能 誤 識 別 世 帯 割 合 あ 期 待 省 ネ 基 準 温 度 22℃ 推定 許 容 可能 室 温 限 差 全 世 帯 均 あ
を期待 設定温度 を表 基準温度 日本
世 帯 向 ン 確 暖 房温 度 均温 度
省 ネ機会損失 実際 許 容可能 許 容 可 誤識別
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図4 全世帯のワイ 分布の特徴量による識別結果
表1 推定精度評価結果
表2 各識別閾値の評価結果
い 省 ネ 機 会 損 失 1.6℃ 大 識 別 閾 値 60% 場合 適合率 92% 快世帯割合 20% 再現率 79% 省 ネ機会 損失 0.6℃ 快 発生 省 ネ機
会損失 ン 2.8℃ 期待 省 ネ あ 識 別閾
値 50% 40% 場合 適合率 74% 67%
快世帯割合 60% 大 う 多 居 者
快 感 あ
結果を踏 え 快を発生 い う 許容可
能 室 温 を推 薦 識 別 閾 値 70% 場 合 相 当 快 世 帯 割合を一定以 許容 可能室温 徐々 い設定
温度を推薦 識別閾値60% 場合 相当 方針 設 定 温度 推薦 考 え 方 針 を評 価 指 標
化 ロ ン 識別閾値を求
6.
まとめ
本 論 文 暖 房 省 ネ 設 定 温 度 推 定 手 法 を 提
案 日本 タを用い 推定精度を評価 設定温度を
推薦 室温 タ 在室 タ 基 い 在室時
室温 昇を居 者 え 時間を生存
時間 析 枠組 化 特徴 別
途 取 集 許 容 室温 正解 タ を用 い 予 構築
を利用 各部屋 許容室温を推定 本提案手法
ワ を用い 特徴 ワ
形状 タλ タpを利用
日 本 タ を用 い 部 屋 間 許 容 室温 範 異 場
合 各 室温 生存 曲線 特 徴 類 似 性 び 特徴
許 容 可 室 温 識 別 可 能 性 精 度 い 調 結
果 高い室温 概 生存率 い室温
や い傾向 見 許容室温 あ 部屋
生 存 率 仕方 異 各居 者 生 存 率 絶
対値 単純 識別 い 特徴
い 概 高 い室 温 λ い λ 大 い傾 向
世帯 線型識別 可能 あ 特徴 を
用い SVM 識別可能性 精度を調 全室温 い 許 容 可 推 定 一 部 屋 を除 い 適 合 率 各 部 屋
75%～100% 全部屋 92% 許容 可を許
容可能 誤識別 一部屋 空間暖房 い を
利 用 設 定 温度 推 薦時 暖 房 利 用 方法 を考慮 必
要性 識別閾値を 70% 60% 50% 40% 評 価 全世 帯 い 省 ネ 期待
識別閾値を70% 適合率 100% 快世帯 割合 0% 省 ネ機会損失 1.6℃ 大 識別閾値を 60% 適合率 92% 快世帯割合 20% 一方
省 ネ 機 会 損 失 を 0.6℃ え 識 別 閾 値
50% 40% 快世帯割合 60% 快 多 発生
快を発生 い う 算出 許容可能
室 温 を推 薦 快 世 帯 割 合 を一 定 以 許 容 可
能室温 徐々 い設定温度を推薦 設定温度推薦方法
考え 方針を評価指標化 ロ
ン 識別閾値を求
後 暖 房 器 具 や 断 熱 性 能 生 活 習 慣 異 ン
い 様 提案手法を用い を調 い
謝辞
本研究 成 22 度採択 独立行政法人新 ネ 産 業 技 術 総 合 開 発 機 構(NEDO) 委 託 事 業 国 際 ネ 消 費 効 率 化 等技 術 実証 事 業 ン ン 再開 発
地域 コ ニ 実証事業 実施
あ
参考文献
[竹内 2013]竹内亮 ， 原修一郎，矢 亨: ン ン
省 ネ 快適性を考慮 HEMS実証 取 組 ， 成25 電気学会全国大会雑 ，一般社団法人電気 学会，2013．
[赤澤 2010]赤澤宏 ，柳川堯： タ 解析―生
存時間 ン タ―，近代科学社，2010．
[山本 2010]山本眞也，神山直也，安本慶一，伊藤実： 複数
嗜好を推測 快適性を実現
提案， チ ， 散，協調
