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欠測データを伴う頑健かつ適応的なエネルギー予測のためのデータ駆動不確実性集合分割学習 — Learning Data-Driven Uncertainty Set Partitions for Robust and Adaptive Energy Forecasting with Missing Data

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田中専務

拓海先生、最近部下から「予報モデルが欠測データでぶっ壊れる」と聞きまして、正直ピンと来ません。これって実務でどれくらい深刻な問題なんでしょうか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!短く言うと、現場でセンサーが止まるとモデルが使えなくなるリスクがあり、特に短期の需給調整や入札作業で重大な損失につながるんです。要点は三つ、1) 欠測は頻発する、2) そのままだと性能が劣化する、3) 対処方法によっては実務運用が楽になる、ですよ。

田中専務

なるほど。で、今回の論文は何を新しく示したんですか。単に欠測データを埋める「代入(imputation)」とどう違うのですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!この論文は単に欠測を埋めるのではなく、欠測の状況に応じて予測モデル自体を適応(adapt)させる手法を示しています。要点は三つ、1) データ駆動で「不確実性集合の分割(uncertainty set partitioning、USP)」を学習する、2) 線形やニューラルネットワークでパラメータを利用可能な特徴量に応じて変える、3) 実時間運用に耐える計算負荷で設計されている、ですよ。

田中専務

これって要するに、欠測データのパターンごとに別の予報モデルを用意するようなものという理解でいいですか。現場の管理が煩雑になりませんか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!要するに「パターンごとに別々のモデル」へ近づくが、実運用では二つの工夫で管理可能です。要点は三つ、1) 完全に別個の再学習を全パターンで行うのは非現実的だが、著者はパラメータの線形適応で軽量化している、2) データ駆動で分割を学ぶため、必要なパターン数は少なくて済む、3) 結果的に再学習よりも運用負荷が低く、実時間性が保てる、ですよ。

田中専務

投資対効果で言うと、うちのような中小の設備群でも導入の意義はあるのでしょうか。現場はセンサーの故障がたまにしか起きません。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!実務目線では重要なのが頻度ではなく影響度です。要点は三つ、1) 欠測が短時間なら代入(imputation)でも十分な場合がある、2) 欠測が数時間続くと代入は性能低下を招き、運用判断でコストが出る、3) 著者の方法は欠測が長めに続くケースで代替より有利になると示しているため、影響が大きければ投資効果はある、ですよ。

田中専務

具体的な運用のイメージを教えてください。現場にあるPCで動きますか、クラウドで運用するのが前提ですか。

AIメンター拓海

素晴らしい着眼点ですね!著者は実時間性を重視しており、計算負荷は軽めに設計されています。要点は三つ、1) 線形適応は非常に軽量でオンプレのPCでも動く、2) ニューラル版はやや重いが近年の小型サーバやクラウドで十分に運用可能、3) 選択は現場のITリソースと応答時間要件次第であり、ハイブリッド運用もできる、ですよ。

田中専務

最後に私の頭で整理させてください。要するに、この論文は欠測が発生したときに代入でごまかすのではなく、欠測の状況ごとに挙動を変えられる軽い適応モデルを作って、長時間の欠測が起きたときに代入より安定した予測を提供するということですね。これなら我々も検討可能です。

監修者

阪上雅昭(SAKAGAMI Masa-aki)
京都大学 人間・環境学研究科 名誉教授

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