JP2023154484A - 無線通信システム、無線通信方法、及び管制局 - Google Patents

Abstract

【課題】高い信頼性を有する無線通信システムを提供する。【解決手段】管制局と、無線通信を介して管制局と接続される複数の移動車両とからなる管制システムにおける無線通信の異常検知システムが構成される。複数の移動車両は、定期的に位置情報及び無線通信の品質を示す無線通信品質情報を測定して、その測定結果を管制局に報告する。管制局は、複数の移動車両から報告された測定結果のうち、第１の時間範囲に属する測定結果を前記位置情報に基づいてグループ化し、グループ化した位置ごとに前記無線通信品質情報の分布を学習する。さらに管制局は、複数の移動車両から報告された測定結果のうち、第１の時間範囲とは別の第２の時間範囲に属する測定結果を取得し、学習した位置範囲ごとの無線通信品質情報の分布を用いて、第２の時間範囲に属する測定結果における外れ値の存在比率を導出する。【選択図】図１

Description

本発明は、移動体の管制に使用する無線通信システム、無線通信方法、及び当該無線通信システムを構成する管制局に関する。

近年無線通信は、様々な環境において、様々な目的のために利用されている。無線通信の使用形態の一つとして、中央管制局において車両等の複数の移動体から情報を収集し、それぞれの移動体の移動を制御する管制システムがある。

管制システムでは、中央管制局からの制御下にある車両に対する無線通信に途絶が発生すると、中央管制局から当該車両に対する制御を十分に行うことができないのみならず、中央管制局は当該車両から制御を行うために必要な情報を得られなくなる。加えて、一の車両における通信途絶は、他の車両に対する制御にも影響が生じさせ得る。このため、無線通信を管制システムなどに適用する際には、通信途絶を生じさせず、無線通信の信頼性を担保することが極めて重要である。

一方で、無線通信に用いられる電波の伝搬は、伝搬領域に存在する構造物等の影響を大きく受け、また、構造物等の移動や変形等により、電波の伝搬、ひいては無線通信の品質が変動し、通信途絶を生じさせる。通信途絶の発生の有無や頻度は場所により異なり、また時間とともに変動する。このため、無線通信の信頼性を確保するため、通信中に通信品質を測定し、測定結果に基づいた対応を行う技術が提案されている。

例えば特許文献１には、鉱山の自律走行ダンプにおいて、通信品質が所定の品質を満たす場合に走行許可区間を設定することにより、電波状況が悪い鉱山であっても無線通信の信頼性を確保してダンプを円滑に自律走行させることができる無線通信技術が開示されている。すなわち、特許文献１に開示されている技術では、鉱山の自律走行ダンプにおいて測定した通信品質に基づいて接続状況を判定し、通信品質が所定の品質を満たしている場合に所定の走行許可区間の走行を許可することでダンプを円滑に自律走行させることができる。

しかし、特許文献１に開示の技術は、構造物等の移動や変形に伴う電波伝搬の変動、さらには機器の異常等に伴う無線通信の品質の変動を事後的に検知するものであるため、通信品質変動の原因によっては目標とする制御が実行できない場合が生じ得るという問題がある。

特開２０１５－２１０５９５号公報

本発明は、前述した課題を解決するために、通信品質が所定の品質を満たさなくなる前に通信品質の変動を検知することができ、高い信頼性を有する無線通信システム、無線通信方法、及び当該無線通信システムを構成する管制局を提供することを目的とする。

本発明に係る無線通信システムは、管制局と、無線通信を介して前記管制局と接続される複数の移動車両とを含む管制システムにおける無線通信システムであって、前記複数の移動車両は、定期的に位置情報及び無線通信品質情報を測定して測定結果を前記管制局に報告する。前記管制局は、前記複数の移動車両から報告された前記測定結果のうち、第１の時間範囲に属する測定結果を位置情報に基づいてグループ化し、グループ化した位置範囲ごとに前記無線通信の品質を示す無線通信品質情報の分布を学習する。さらに前記管制局は。前期複数の移動車両から報告された測定結果のうち、前記第１の時間範囲とは別の第２の時間範囲に属する測定結果を取得し、前記学習した前記位置範囲ごとの前記無線通信品質情報の分布を用いて、前記第２の時間範囲に属する測定結果における外れ値の存在比率を導出する。本システムは、前記外れ値の存在比率に基づいて異常検知を判定する異常検知部を有する。

本発明によれば、移動体の管制に使用する無線通信に対して高い信頼性を有する無線通信システム、無線通信方法、及び当該無線通信システムを構成する管制局を提供することができる。

本発明の実施の形態の無線通信システム構成の模式図である。 本発明の実施の形態の異常検知部の模式図である。 本発明の実施の形態の異常検知部のハードウェア構成の模式図である。 本発明の実施の形態の無線局情報保持部に保持される情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の無線局情報保持部に保持される情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の無線局情報保持部に保持される情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の無線局情報保持部に保持される情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の無線局情報保持部に保持される情報構造の一例である。 本発明の実施の形態における学習処理の処理の流れの一例である。 本発明の実施の形態の代表無線通信品質の情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の代表無線通信品質の情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の代表無線通信品質の情報構造の一例である。 本発明の実施の形態の位置範囲の例である。 本発明の実施の形態の外れ値学習処理の処理の流れの一例である。 本発明の実施の形態の異常検知部１３１の定時駆動による処理実行の流れである。 本発明の実施の形態の異常検知部１３１の定時駆動による処理実行の流れである。 本発明の実施の形態の異常検知部１３１の要求駆動による処理実行の流れである。 本発明の実施の形態の異常要因分析処理にて実施する分析処理の一例である。 本発明の実施の形態の異常要因分析処理にて実施する分析処理の別の一例の処理の流れである。 本発明の実施の形態の異常要因分析処理にて実施する分析処理の別の一例の説明図の一つである。 本発明の実施の形態の異常要因分析処理にて実施する分析処理の別の一例の説明図の一つである。 本発明の実施の形態の異常要因分析処理にて実施する分析処理の更に別の一例である。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。なお、以下の実施の形態において複数存在する構成要素について具体的な数にて例示を行うことがあるが、特別な指定による限定がない限り当該構成要素数は例示と異なっていても良い。

また、以下の実施の形態において特定の順序にて処理の説明を行うことがあるが、ある処理の結果を別の処理で使用するような順序に対する依存性がある場合を除き、処理の順序が入れ替わっても良いし、並行して処理を行っても良い。更に後段の処理が前段の処理の結果を用いる場合であっても、それぞれの処理を非同期に実行し、後段処理では後段処理実行時点における最新の前段処理実行結果を用いても良い。

図１は、本発明の実施の形態の無線通信システム構成の模式図である。本実施の形態における無線通信システムは、移動車両１００、固定無線局１１０、固定ネットワーク１２０、管制局１３０、移動ネットワーク１４０を含んで構成される。

移動車両１００は、移動無線局１０１（１０１－ａ、１０１－ｂ）及び位置センサ１０２を含む。また、管制局１３０は、異常検知部１３１を含む。異常検知部１３１は、異常検知の結果を表示するディスプレイ（表示部１３１Ｄ）を含み得る。移動無線局１０１と固定無線局１１０とは、移動ネットワーク１４０によって無線通信により接続され、また固定無線局１１０と管制局１３０とは固定ネットワーク１２０によって有線通信もしくは無線通信により接続される。なお、図１では、３基の固定無線局１１０（１１０－Ａ、１１０－Ｂ、１１０－Ｃ）と、２台の移動車両１００が図示されているが、数はこれに限定されるものではないことは言うまでもない。

移動無線局１０１及び固定無線局１１０のいずれか、あるいは両方は、移動ネットワーク１４０の無線通信品質を測定し、その測定結果としての無線通信品質情報を、固定ネットワーク１２０及び移動ネットワーク１４０のいずれかあるいは両方を通じて管制局１３０内の異常検知部１３１に定期的に通知する。無線通信品質情報は、移動無線局１０１と固定無線局１１０との間で行われる無線通信の品質に関する情報であり、一例として、受信電力、ＳＮＲ（Ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－Ｎｏｉｓｅ Ｒａｔｉｏ：信号対雑音電力比）を含み、また無線通信品質を測定した時刻の情報を含む。また、移動無線局１０１にて得られた無線通信品質情報は、測定を行った移動無線局１０１のＩＤを含み得る。

なお、以下において区別が必要な場合には、固定無線局１１０にて測定された無線通信品質、受信電力、及びＳＮＲをそれぞれ「上り無線通信品質」、「上り受信電力」、及び「上りＳＮＲ」と称する。また、移動無線局１０１にて測定された無線通信品質、受信電力、及びＳＮＲをそれぞれ「下り無線通信品質」、「下り受信電力」、及び「下りＳＮＲ」と称する。

固定無線局１１０は、通信対象の移動無線局１０１の各々と自身との間の無線通信の品質である無線通信品質を測定する。無線通信品質情報は、特定のものには限定されないが、例えば当該通信対象の移動無線局１０１のＩＤを含む。無線通信品質情報はまた、位置センサ１０２、例えばＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）を利用して測定された移動車両１００の位置情報を含み得る。

移動無線局１０１又は固定無線局１１０は、測定された位置情報に時刻情報を付加して、移動ネットワーク１４０及び／又は固定ネットワーク１２０を通じて、管制局１３０内の異常検知部１３１に通知する。異常検知部１３１は、通知された無線通信品質情報、及び位置情報に基づいて無線通信システムの異常検知処理を行う。

なお、上記の例では、位置センサ１０２を用いて移動車両１００の位置情報を測定しているが、これに代えて、又はこれに加えて、例えば電波の到達時間差や電波の到達方向を用いて固定無線局１１０の側で測定し、これに基づいて移動無線局１０１及び移動車両１００の位置を測定しても良い。この場合、固定無線局１１０が測定した位置情報に時刻情報が付加され、この付加後の情報が固定ネットワーク１２０を通じて管制局１３０内の異常検知部１３１に通知される。

図２のブロック図を参照して、異常検知部１３１の構成をより詳細に説明する。この異常検知部１３１は、一例として、情報インタフェース処理部２０１、学習処理部２０２、外れ値検知処理部２０３、異常要因分析処理部２０４、及び検知結果インタフェース処理部２０５等の処理部を含む。また、異常検知部１３１は、情報を保持する保持部として、無線局情報保持部２１１、学習結果保持部２１２、検知結果保持部２１３、及び分析結果保持部２１４を含む。

図３は、異常検知部１３１を実現するためのハードウェア構成の模式図である。本実施の形態の異常検知部１３１は、ハードウェア構成として、例えばＣＰＵ／ＤＳＰ３０１、記憶部３０２、論理回路３０３、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ３０４、及びこれら各部位を接続するバス３０５を含む。

情報インタフェース処理部２０１、学習処理部２０２、外れ値検知処理部２０３、異常要因分析処理部２０４、及び検知結果インタフェース処理部２０５での各種演算、判定及び入出力は、例えば記憶部３０２に記憶されたコンピュータプログラムに従って、ＣＰＵ／ＤＳＰ３０１、記憶部３０２、論理回路３０３のリソースを用いて実行される。なお、異常検知部１３１での各処理は、それぞれ、あるいはいくつかの処理ごとに異なるプロセスあるいはスレッドとして独立に動作することが望ましい。

無線局情報保持部２１１、学習結果保持部２１２、検知結果保持部２１３、及び分析結果保持部２１４は、それぞれの情報を記憶部３０２に記憶する。記憶部３０２は、例えばＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）等の揮発性のメモリや、ＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）のような不揮発性メモリ、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）のような磁気記憶装置等を含み得る。

異常検知部１３１の各インタフェース処理部である、情報インタフェース処理部２０１及び検知結果インタフェース処理部２０５は、ＬＡＮ Ｉ／Ｆ３０４を介して異常検知部１３１の外部と情報の交換を行う。情報インタフェース処理部２０１は、固定ネットワーク１２０を通じて位置センサ１０２での測定によって得られた移動車両１００の位置情報と、移動無線局１０１及び固定無線局１１０のいずれか又は両方において測定によって得られた移動ネットワーク１４０の無線通信品質情報とを受信する。なお、無線通信品質情報が時刻情報を含まない場合には、情報インタフェース処理部２０１は、受信情報に時刻情報を付加した上で無線局情報保持部２１１に当該データを保持させる。

無線局情報保持部２１１は、時刻情報に基づいて無線通信品質情報と位置情報とを関連付けて保持する。ここで、例えば無線通信品質情報の取得頻度よりも位置情報の取得頻度が低い場合には、補間した位置情報を無線通信品質情報に関連させることができる。

図４Ａ～図４Ｅは、無線局情報保持部２１１に保持される情報のデータ構造の一例を示している。図４Ａ～図４Ｅでは、無線通信品質として受信電力及びＳＮＲの２種の値を用いる場合について例示しているが、その他の受信品質指標を用いても良い。

図４Ａは、移動ネットワーク１４０において、ＳＦＮ（Ｓｉｎｇｌｅ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｎｅｔｗｏｒｋ：単一周波数ネットワーク）等の、複数の異なる固定無線局１１０から移動無線局１０１側で区別不要となる同一のチャネルの信号を送信する無線通信方式を採用し、移動無線局１０１にて無線通信品質の測定を行う場合における情報のデータ構造の例である。このとき、無線局情報保持部には図４Ａの通り、時刻、位置座標、無線移動局ＩＤ、下り受信電力、下りＳＮＲの組み合わせが時刻及び無線移動局ＩＤをキーにして記録される。

図４Ｂは、移動ネットワーク１４０において、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やセルラ通信のように、複数の異なる固定無線局１１０から、移動無線局１０１側で区別が必要な異なるチャネルの信号を送信する無線通信方式を採用し、移動無線局１０１側にて無線通信品質の測定を行う場合の例である。このとき、無線局情報保持部２１１には、図４Ｂの通り、時刻、位置座標、無線移動局ＩＤ、及び固定無線局１１０毎（（Ａ）～（Ｃ））の下り受信電力と下りＳＮＲの組み合わせが時刻及び無線移動局ＩＤをキーにして記録される。なお、移動無線局１０１において、特定の固定無線局１１０からの信号の受信が不可能であった場合には、当該固定無線局１１０に関する無線通信品質を欠損値として扱う。

図４Ｃは、固定無線局１１０側にて無線通信品質の測定を行う場合の例である。このとき、無線局情報保持部２１１には、図４Ｃに示す通り、時刻、位置座標、無線移動局ＩＤ、及び測定を行った固定無線局１１０毎の上り受信電力と上りＳＮＲの組み合わせが、時刻及び無線移動局ＩＤをキーにして記録される。なお、特定の固定無線局１１０において、移動無線局１０１からの信号の受信が不可能であった場合には、当該固定無線局１１０に関する無線通信品質を欠損値として扱う。

図４Ｄは、移動ネットワーク１４０において、ＳＦＮ（Single Frequency Network：単一周波数ネットワーク）等の、複数の異なる固定無線局１１０から移動無線局１０１側で区別不要となる同一のチャネルの信号を送信する無線通信方式を採用し、移動無線局１０１及び固定無線局１１０の両方にて無線通信品質の測定を行う場合における情報のデータ構造の例である。このとき、無線局情報保持部２１１には、図４Ｄに示す通り、時刻、位置座標、無線移動局ＩＤ、下り受信電力、下りＳＮＲ、固定無線局１１０毎の上り受信電力、及び上りＳＮＲの組み合わせが、時刻及び無線移動局ＩＤをキーにして記録される。信号受信不可能の際の欠損値としての扱いは図４Ｃの場合と同様である。

図４Ｅは、移動ネットワーク１４０において、無線ＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）やセルラ通信のように、複数の異なる固定無線局１１０から、移動無線局１０１側で区別が必要な異なるチャネルの信号を送信する無線通信方式を採用し、移動無線局１０１及び固定無線局１１０の両方にて無線通信品質の測定を行う場合における情報のデータ構造の例である。このとき、無線局情報保持部２１１には、図４Ｅに示す通り、時刻、位置座標、無線移動局ＩＤ、及び固定無線局１１０毎の下り受信電力と下りＳＮＲ、固定無線局１１０毎の上り受信電力と上りＳＮＲの組み合わせが時刻及び無線移動局ＩＤをキーにして記録される。信号受信不可能の際の欠損値としての扱いは図４Ｂ及び図４Ｃの場合と同様である。

学習処理部２０２は、無線局情報保持部２１１に保持されている情報を一定の時間範囲及び一定の位置範囲毎に取り出し、それぞれの代表無線通信品質の分布を学習し、学習した結果を学習結果保持部２１２に保持する。

図５のフローチャートを参照して、本実施の形態における学習処理部２０２の学習処理の手順の一例を説明する。学習処理部２０２では、まずステップＳ５１０において学習対象とする時間範囲を設定する。ここで、学習対象の時間範囲は、例えば特定日の２４時間の範囲を指す。

次いで、ステップＳ５１１～ステップＳ５１７まで位置範囲毎のループ処理（グループ化）を実施する。ステップＳ５１２では、無線局情報保持部２１１から、ステップＳ５１０にて設定した時間範囲かつ今回のループ処理の位置範囲に該当するデータを抽出する。続くステップＳ５１３では、抽出されたデータのデータ量を確認し、データ量が規定値未満、例えば１００点未満であれば（Ｎｏ）、処理中の位置範囲に対応するループ処理を終了してステップＳ５１１に戻り、次の位置範囲に対して処理を実施する。データ量が規定値以上であれば、ステップＳ５１４に移行する。

次いでステップＳ５１４において、代表無線通信品質値を作成する。ここで、代表無線通信品質値は、時刻及び無線移動局ＩＤからなる単一のキーに対して、複数の下り無線通信品質が存在する図４Ｂや４Ｅのような場合に、一つの下り無線通信品質を選択した値を意味する。また、時刻及び無線移動局ＩＤからなる単一のキーに対して複数の上り無線通信品質が存在する図４Ｃ、図４Ｄ、図４Ｅのような場合に、一つの上り無線通信品質を選択した値である。代表無線通信品質の選択方法としては、例えば複数の無線通信品質のうち欠損値ではなくかつ値が最も大きな無線通信品質値、受信電力やＳＮＲを選択することが可能である。

無線局情報保持部２１１に保持されていた無線通信品質情報が図４Ａまたは図４Ｂの形式であった場合には、図６Ａに示すように、下り代表受信電力と下り代表ＳＮＲの２要素からなる配列が代表無線通信品質値となる。また、無線局情報保持部２１１に保持されていた無線通信品質情報が図４Ｃの形式であった場合には、図６Ｂに示すように、上り代表受信電力と上り代表ＳＮＲの２要素からなる配列が代表無線通信品質値となる。無線局情報保持部２１１に保持されていた無線通信品質情報が図４Ｄまたは図４Ｅの形式であった場合には、図６Ｃに示すように、下り代表受信電力、下り代表ＳＮＲ、上り代表受信電力、上り代表ＳＮＲの４要素からなる配列が代表無線通信品質値となる。

続くステップＳ５１５では、代表無線通信品質値の分布の特徴を学習する。分布の学習の方法としては、例えば代表無線通信品質値の要素数に等しい次元を持つガウス分布を仮定し、対象データの例えば９５％が３σ内に収まるようなガウス分布の次元ごとの平均値と標準偏差を計算する方法が採用し得る。別の分布の学習の方法としては、例えば９５％のデータが正常値範囲に収まるようにＯｎｅ Ｃｌａｓｓ ＳＶＭ分類器を構成する方法が採用し得る。

次いで、ステップＳ５１６において学習結果を分類器として学習結果保持部２１２に保持する。以上の処理を繰り返し、ステップＳ５１７においてまだ処理がなされていない位置範囲があればステップＳ５１１に戻り、すべての位置範囲に対する処理が終了していれば学習ステップＳ２０２を終了する。

図７は、本実施の形態における位置範囲の例である。本実施の形態では、移動車両１００の走行軌跡７００を含むようにエリア全体範囲７１０を定義し、エリア全体範囲７１０を例えば等間隔に複数の小分割エリア７２０に分割する。小分割エリア７２０は、学習処理部２０２での学習処理の処理単位とされる。

外れ値検知処理部２０３は、無線局情報保持部２１１に保持されている無線通信品質情報、及び位置情報を、一定の時間範囲及び一定の位置範囲毎に取り出し、取り出した情報を、学習結果保持部２１２に保持されている分類器を用いて分類し、分類の結果を検知結果保持部２１３に保持させる。

図８のフローチャートを参照して、本実施の形態における外れ値検知処理部２０３での処理の手順の一例を説明する。外れ値検知処理部２０３では、まずステップＳ８１０において、外れ値検知処理の対象とする時間範囲と、外れ値検知処理に用いる分類器の時間範囲とを設定する。ここで、外れ値検知処理の対象とする時間範囲とは、例えば特定日の中の特定の時間範囲（例えば１時間）を指す。また、外れ値検知処理に用いる分類器の時間範囲とは、例えば外れ値検知処理の対象とする時間範囲の前日の時間範囲（例えば前日の２４時間）を指す。

次いで、ステップＳ８１１からステップＳ８１８まで位置範囲毎のループ処理を実施する。ステップＳ８１２では、外れ値検知処理に用いる、対象位置範囲及び分類器時間の分類器を、学習結果保持部２１２から抽出する。

続くステップＳ８１３においては、当該分類器が抽出されたか（存在するか否か）を確認する。ステップＳ８１２において、該当する分類器が学習結果保持部２１２に存在せず、抽出に失敗していれば（Ｎｏ）、処理中の位置範囲に対するループ処理を終了し、ステップＳ８１１に戻り、次の位置範囲に対して処理を実施する。当該分類器が抽出されていれば、ステップＳ８１４に移行する。

ステップＳ８１４では、無線局情報保持部２１１から、ステップＳ８１０にて設定した外れ値検知処理の対象とする時間範囲、かつ今回のループ処理の位置範囲に該当する情報を抽出する。そして、ステップＳ８１５では、抽出された情報のデータ量を確認し、データ量が規定値未満、例えば５０点未満であれば処理中の位置範囲に対応するループ処理を終了してステップＳ８１１に戻り、次の位置範囲に対して処理を実施する。データ量が規定値以上であれば、ステップＳ８１６に移行する。

ステップＳ８１６では、ステップＳ８１２にて抽出した分類器を用いて、ステップＳ８１４にて抽出したデータを分類する。続くステップＳ８１７では、分類の結果、及び統計情報を検知結果保持部２１３に記録する。分類の結果、及び統計情報は、一例として以下のものを含む。
・分類対象となったデータ数
・分類の結果の正常値範囲にあるデータ数
・分類の結果外れ値となったデータ数
・全データの平均無線通信品質値
・正常値範囲にあるデータの平均無線通信品質値
・外れ値となったデータの平均無線通信品質値

以上のステップを繰り返し、ステップＳ８１８において上記ステップが実行されていない位置範囲があればステップＳ８１１に戻り、同じ処理が繰り返される。一方、すべての位置範囲に対する処理が終了していれば、外れ値検知処理を終了する。異常要因分析処理部２０４では、検知結果保持部２１３に保持された情報に基づいて、無線通信に異常が生じている際に異常の分析を行い、結果を分析結果保持部２１４に記録する。

検知結果インタフェース処理部２０５では、分析結果保持部２１４に記録された分析結果を、固定ネットワーク１２０を通じて例えばモニタ用外部端末に出力する。検知結果インタフェース処理部２０５はまた、例えばモニタ用外部端末から固定ネットワーク１２０を通じて要求された分析要求指示に基づいて、必要に応じて学習処理部２０２、外れ値検知処理部２０３、異常要因分析処理部２０４での各種処理を実施した上で、分析結果保持部２１４に記録された分析結果を、固定ネットワーク１２０を通じて、例えばモニタ用外部端末に出力する。

図９Ａ、図９Ｂのフローチャートを参照して、異常検知部１３１の定時駆動による処理の手順を説明する。定時駆動の処理としては、例えば、図９ＡのステップＳ９１０のように、１日に１度、無線局情報保持部２１１に前日分の無線通信品質が保持されたタイミングで処理を開始し、ステップＳ９１１において、学習対象時間範囲を前日１日分として学習処理部２０２の処理を開始し、その結果を学習結果保持部２１２に記録する。

定時駆動の処理としてはまた、図９ＢのステップＳ９２０のように、１時間に１度、無線局情報保持部２１１に１時間分の無線通信品質情報が保持されたタイミングで処理を開始することができる。そして、ステップＳ９２１において、ステップＳ９１１にて作成した前日分の学習結果を用い、且つ、直前１時間分の無線通信品質情報を分類対象として、外れ値検知処理部２０３により外れ値検知処理を実行し、その結果を検知結果保持部２１３に記録する。続いて、ステップＳ９２２において、異常要因分析処理部２０４において要因分析処理を実行して、その結果を分析結果保持部２１４に記録する。そして、ステップＳ９２３において、分析結果を検知結果インタフェース処理部２０５を通じて外部に出力する。

図１０のフローチャートを参照して、分析要求（要求駆動）があった場合における異常検知部１３１の検知処理の手順を説明する。例えば、検知結果インタフェース処理部２０５が分析要求指示を受け取った際に、図１０の処理が開始される。

分析要求により、図１０の処理が開始されると、まず、ステップＳ１０１０において、分析要求指示に対応する分析結果が、分析結果保持部２１４に存在するか否かの確認が行われる。分析結果が存在する場合にはステップＳ１０１６に、存在しない場合にはステップＳ１０１１に移行する。

ステップＳ１０１１では、分析要求指示に対応する検知結果が検知結果保持部２１３に存在するか否かの確認を行われる。検知結果が存在する場合にはステップＳ１０１５に、存在しない場合にはステップＳ１０１２に移行する。ステップＳ１０１２では、分析要求指示に対応する学習結果が学習結果保持部２１２に存在するか否かの確認を行う。学習結果が存在する場合にはステップＳ１０１４に、存在しない場合にはステップＳ１０１３に移行する。

ステップＳ１０１３では、検知結果インタフェース処理部２０５が受け取った分析要求指示に対応する学習対象時間範囲にて学習処理部２０２で学習処理を実行して結果を学習結果保持部２１２に記録する。ステップＳ１０１４では、検知結果インタフェース処理部２０５が受け取った分析要求指示に対応する分類器及び分類対象の時間範囲にて外れ値検知処理部２０３において外れ値検知処理を実行して、その結果を検知結果保持部２１３に記録する。続くステップＳ１０１５では、検知結果インタフェース処理部２０５が受け取った分析要求指示に対応する異常要因分析処理を異常要因分析処理部２０４で実行し、その結果を分析結果保持部２１４に記録する。ステップＳ１０１６では、分析結果保持部２１４に記録された情報から、検知結果インタフェース処理部２０５が受け取った分析要求指示に対応した分析結果を外部に出力する。

図１１を参照して、異常要因分析処理部２０４での分析処理の一例を説明する。図１１の例の分析処理では、移動車両１００の走行軌跡７００及びエリア全体範囲７１０を異常検知部１３１のディスプレイ１３１Ｄに表示し、時間範囲情報７３０として、分類処理に用いた分類器の学習対象時間範囲及び分類対象となったデータの対象時間範囲を表示する。

また、位置範囲毎に、外れ値検知処理部２０３における分類の結果外れ値となったデータ数を全データ数で割った外れ値比率を計算し、外れ値比率が閾値（例えば０．５以上）である位置範囲を例えば符号７４０で示すように強調表示する。この符号７４０の領域が、異常の生じているエリアとして認識される。また、異常の生じているエリア数が一定以上あった場合、無線通信システム全体に異常が生じていると認識することができる。

図１２のフローチャートを参照して、異常要因分析処理部２０４にて実施する分析処理の別の手順の一例を説明する。この図１２の分析処理では、まずステップＳ１２１０において、分類器の学習時間範囲及び分類対象となる無線通信品質情報の時間範囲を設定する。次いでステップＳ１２１１において、ステップＳ１２１０にて設定した時間範囲に対応する統計値を検知結果保持部２１３から読み出す。

続くステップＳ１２１２では、図１１における分析処理と同様に、位置範囲毎に外れ値の存在比率を計算し、例えば外れ値の存在比率０．５以上の位置範囲を外れ値位置範囲、外れ値の存在比率０．５未満の位置範囲を正常位置範囲として分類する。そして、ステップＳ１２１３において、各位置範囲について、図１３に例示するように、全ての固定無線局（地上無線局）１１０からの距離を計算する。ここで、計算に用いる地上無線局１１０の位置情報は、例えばＧＮＳＳ等を用いて測定した位置情報であっても良いし、あらかじめ定数として保存していた値でもよい。

次いでステップＳ１２１４において、ステップＳ１２１２において求めた外れ値の存在比率による正常位置範囲と外れ値位置範囲との分類結果を教師データとして、各地上無線局からの距離をパラメータとして用いて２値分類器の学習処理を行う。さらに学習した２値分類器を用いて、図１４に例示するように、２値分類器にてエリア全体範囲７１０を正常位置範囲と外れ値位置範囲とに分類する。ここで使用する２値分類器としては、例えば決定木のような単純な分類器でもよいし、決定木の組み合わせによるＡｄａｂｏｏｓｔのような分類器でもよい。

次いでステップＳ１２１５において、それぞれの地上無線局１１０の設置位置が外れ値位置範囲にあるか正常位置範囲にあるか分類する。この結果、地上無線局１１０が外れ値位置範囲に分類された場合、当該地上無線局には何らかの通信不良（通信途絶等）が生じていると認識することが可能である。

続くステップＳ１２１６において、２値分類器学習時の特徴量重要度を評価し、ステップＳ１２１５において正常位置範囲に分類された地上無線局１１０については重要度を０とみなし、ステップＳ１２１５において外れ値位置範囲に分類された地上無線局１１０については、特徴量重要度が高いほど異常が生じている可能性が高いと認識することが可能となる。

図１５は異常要因分析処理部２０４にて実施する分析処理の別の一例である。グラフの横軸は時間の変化（時刻）を示しており、縦軸は、１時間毎に図１２の流れによって求めた特徴量重要度を示している。この特徴量重要度の値の時間変動を確認することにより、それぞれの地上無線局１１０について異常の発生した時間範囲を推定することが可能となる。

なお、本発明は前述した実施の形態に限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲の趣旨内における様々な変形例及び同等の構成が含まれる。例えば、前述した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を有するものに本発明は限定されない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えてもよい。また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えてもよい。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をしてもよい。

また、それらの一部又は全部を、例えば集積回路等のハードウェアで実現してもよい。また、前述した各構成、機能、処理部、処理手段等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するコンピュータプログラムを解釈し実行することにより、ソフトウェアで実現してもよい。また構成上同一の機能が複数存在する場合、各機能を実現するハードウェア或いはソフトウェアは別個に実装されていても良いし、実装された一つのハードウェア或いはソフトウェアを時間多重で使用して複数の処理を行っても良い。また構成上単一の機能であっても、同一の機能を持つ複数のハードウェア或いはソフトウェアを用いて分散処理を行っても良い。

各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリ、ハードディスク、ＳＳＤ（Solid State Drive）等の記憶装置、又は、ＩＣカード、ＳＤカード、ＤＶＤ等の記録媒体に格納することができる。

また、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、実装上必要な全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。実際には、ほとんど全ての構成が相互に接続されていると考えてよい。

１００…移動車両、１０１…移動無線局、１０２…位置センサ、１１０…固定無線局、１２０…固定ネットワーク、１３０…管制局、１３１…異常検知部、１４０…移動ネットワーク、２０１…情報インタフェース処理部、２０２…学習処理部、２０３…外れ値検知処理部、２０４…異常要因分析処理部、２０５…検知結果インタフェース処理部、２１１…無線局情報保持部、２１２…学習結果保持部、２１３…検知結果保持部、２１４…分析結果保持部、３０１…ＣＰＵ／ＤＳＰ、３０２…記憶部（メモリ）、３０３…論理回路、３０４…ＬＡＮ…Ｉ／Ｆ、３０５…バス。

Claims (12)

1. 管制局と、無線通信を介して前記管制局と接続される複数の移動車両とを含む管制システムにおける無線通信システムであって、
   前記複数の移動車両は、定期的に位置情報及び前記無線通信の品質を示す無線通信品質情報を測定して、その測定結果を前記管制局に報告し、
   前記管制局は、前記複数の移動車両から報告された前記測定結果のうち、第１の時間範囲に属する測定結果を前記位置情報に基づいてグループ化し、グループ化した位置範囲ごとに前記無線通信品質情報の分布を学習し、
   さらに前記管制局は、前記複数の移動車両から報告された測定結果のうち、前記第１の時間範囲とは別の第２の時間範囲に属する測定結果を取得し、前記学習した前記位置範囲ごとの前記無線通信品質情報の分布を用いて、前記第２の時間範囲に属する測定結果における外れ値の存在比率を導出し、
   前記外れ値の存在比率に基づいて異常検知を判定する異常検知部を有する無線通信システム。
2. 請求項１記載の無線通信システムであって、前記管制局は、前記外れ値の存在比率が閾値以上の位置範囲が存在する場合に無線通信システムに異常が生じていると判定する無線通信システム。
3. 請求項１記載の無線通信システムであって、前記位置範囲ごとの前記外れ値の存在比率に応じた表示を行う表示部を備える無線通信システム。
4. 請求項１記載の無線通信システムであって、
   前記位置範囲ごとの前記外れ値の存在比率が閾値以上の場合に、当該位置範囲を外れ値位置範囲と分類し、前記外れ値の存在比率が前記閾値未満の場合に前記位置範囲を正常範囲と分類したデータを教師データとして２値分類器の学習処理を実行し、その２値分類器を用いて前記移動車両の位置を分類した際に、前記移動車両の位置が前記外れ値位置範囲に含まれる場合に当該移動車両に対する異常検知を判定する異常検知部を更に備える、無線通信システム。
5. 管制局と、無線通信を介して前記管制局と接続される複数の移動車両との間の無線通信方法であって、
   前記複数の移動車両が、定期的に位置情報及び前記無線通信の品質を示す無線通信品質情報を測定してその測定結果を前記管制局に報告し、
   前記複数の移動車両から報告された前記測定結果のうち、第１の時間範囲に属する測定結果を前記位置情報に基づいてグループ化し、グループ化した位置ごとに前記無線通信品質情報の分布を学習し、
   前記複数の移動車両から報告された測定結果のうち、前記第１の時間範囲とは別の第２の時間範囲に属する測定結果を取得し、前記学習した位置範囲ごとの前記無線通信品質情報の分布を用いて、前記第２の時間範囲に属する測定結果における外れ値の存在比率を導出し、
   前記外れ値の存在比率が閾値以上の場合に、該当位置範囲において異常検知を判定する
   ことを特徴とする無線通信方法。
6. 請求項５記載の無線通信方法であって、前記外れ値の存在比率が閾値以上の位置範囲が存在する場合に前記無線通信に異常が生じていると判定する、無線通信方法。
7. 請求項５記載の無線通信方法であって、前記位置範囲ごとの前記外れ値の存在比率に応じた表示を行う、無線通信方法。
8. 請求項５記載の無線通信方法であって、
   前記位置範囲ごとの前記外れ値の存在比率が閾値以上の場合に、当該位置範囲を外れ値位置範囲と分類し、前記外れ値の存在比率が前記閾値未満の場合に前記位置範囲を正常範囲と分類したデータを教師データとして２値分類器の学習処理を実行し、その２値分類器を用いて前記移動車両の位置を分類した際に、前記移動車両の位置が前記外れ値位置範囲に含まれる場合に当該移動車両に対する異常検知を判定する、無線通信方法。
9. 無線通信を介して複数の移動車両と接続されて管制システムを構成する管制局であって、
   前記管制局は、前記無線通信の異常検知を行う異常検知部を備え、
   前記異常検知部は、
   前記複数の移動車両から、定期的に位置情報及び前記無線通信の品質を示す無線通信品質情報の測定結果を受信し、
   前記複数の移動車両から報告された前記測定結果のうち、第１の時間範囲に属する測定結果を前記位置情報に基づいてグループ化し、グループ化した位置ごとに前記無線通信品質情報の分布を学習し、
   前記複数の移動車両から報告された測定結果のうち、前記第１の時間範囲とは別の第２の時間範囲に属する測定結果を取得し、前記学習した位置範囲ごとの前記無線通信品質情報の分布を用いて、前記第２の時間範囲に属する測定結果における外れ値の存在比率を導出し、
   前記外れ値の存在比率が閾値以上の場合に該当位置範囲において異常検知を判定する
   よう構成された、管制局。
10. 請求項９記載の管制局であって、前記異常検知部は、前記外れ値の存在比率が閾値以上の位置範囲が存在する場合に無線通信システムに異常が生じていると判定する、管制局。
11. 請求項９記載の管制局であって、前記位置範囲ごとの前記外れ値の存在比率に応じた表示を行う、管制局。
12. 請求項９記載の管制局であって、
    前記異常検知部は、前記位置範囲ごとの前記外れ値の存在比率が閾値以上の場合に、当該位置範囲を外れ値位置範囲と分類し、前記外れ値の存在比率が前記閾値未満の場合に前記位置範囲を正常範囲と分類したデータを教師データとして２値分類器の学習処理を実行し、その２値分類器を用いて前記移動車両の位置を分類した際に、前記移動車両の位置が前記外れ値位置範囲に含まれる場合に当該移動車両に対する異常検知を判定する、管制局。

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