Please note that JavaScript and style sheet are used in this website,
Due to unadaptability of the style sheet with the browser used in your computer, pages may not look as original.
Even in such a case, however, the contents can be used safely.

「意外事態」也能即時因應的技術由生物的適應機制獲得靈感開發

即使發生「意外事態」,社會基礎設施仍能維持最佳狀態

我們的生活環境周遭經常可能發生「意外事態」,譬如:天候突然變化、發生事故等等。舉最常見的例子,比如瞬時暴雨或是列車發生事故。像這類意外事態的影響範圍不僅僅是鐵路而已,更會波及公車、計程車等整個交通系統。

 

將人、物件的所有資訊與網路連結的物聯網(IoT*),由於擁有能夠因應此類事態的機制而備受期待。

 

NEC開發出IoT系統用的「自律適應控制技術」,能夠適應異常氣候或災害、事故等難以預料的環境變遷,將人與物件做最佳的分配與配置。本技術能夠將交通系統、能源管理基礎等社會基礎設施引導至合宜狀態,以下是相關介紹。

 

由生物的適應機制獲得靈感的單純機制

物流、交通、能源、自來水等社會基礎設施,是由各項構成要素複雜交織而形成系統,不僅如此,周遭環境經常有所變化。

 

因此本技術在開發之初,必須著手解決:①難以建立正確控制規則,有些個案甚至完全沒有適合的過往資料;②難以事先預測瞬時暴雨或火車事故等突發事態等課題。

 

當解決完這些課題,要讓IoT系統遇到陌生環境也能適應、控制,運算上又需要不同以往的切入點。「我認為關鍵在於生物的適應機制。比方說,阿米巴原蟲沒有腦部,卻能一邊適應周遭複雜環境的變遷,一邊攝取食物、延續生命。我從這樣的機制獲得靈感,並應用在演算法開發上。」雲端系統研究所主任研究員小川雅嗣說。

 

本著這個想法開發的「自律適應控制技術」,並非預先詳細訂定對於環境的適應規則,而是採用因應環境變遷即時獲取資訊,能夠彈性因應的單純機制。

具體來說,是將整個系統分為綿密的子系統,讓子系統之間彼此串聯,藉由本技術獨創的演算法,動態而自律地決定本身行為,並進行控制、誘導等行動。

 

在計程車派車方面,提升10%以上的乘客搭車數

研究團隊以計程車派車及能源管理系統為對象,評估這項自律適應控制技術的應用效果。

 

在計程車派車方面,模擬了因應乘客突發狀況而即時派車的情境,應用本項技術後,得到結果是乘客搭車數提升了10%以上。

 

而能源管理系統方面,則利用實際辦公室進行實證實驗,將空調設定溫度與實際溫度的差異,作為舒適度標準,在不損及工作人員的舒適度的前提下,控制室內各處的空調,達到約10%的空調省電成果。

 

大規模活動或不同交通系統間的連結等,應用範圍更加廣泛

自律適應控制技術只要變更控制的「對象」以及誘導所需的「指標」,就能運用在各個領域的社會基礎設施系統上。

舉例來說,像是2020年東京奧運暨帕運的大型活動中,對於街道及各項設施的監控、警力部署,又或是在物流業界「最後一哩」的集貨與配送調整方面,都令人期待本技術的實際運用。

此外,巴士、鐵路、計程車等獨立運作的系統,若能與ITS(智慧運輸系統)連結,都會區的交通基礎將更加順暢。即使環境變化的突發狀況發生,各交通系統也能瞬間相互進行協調,為能實現上述的機制,目前正持續研發中。

NEC認為,在實際運用本技術後,將在社會安全保障、提升產業界生產率與能源效率等方面都有所貢獻。

※Internet of Things:透過網路連結萬物,物件之間不需要透過人類的操縱或輸入指令,就能夠自動控制或遙測的技術。

執行自律行動而能接近整體最佳化

雲端系統研究所主任若山永哉回憶自律適應控制技術的開發階段時說:「關鍵就是,如何將控制的對象裝置與控制目的之間的關聯性予以模型化。」

 

以計程車派車為例,控制目的在於「適當誘導各台車輛,讓乘車率最大化」。為了達成這一點,就將營業區域細分,控管各區域內部署的計程車車輛數,並加以模型化。接著,對於哪一輛車朝哪個區域移動能夠最接近「乘車率最大化」進行自律思考(=運算),即時做出判斷。藉著頻繁進行這樣的運算,就能逐漸接近整體最佳化。

 

演算法本身是很單純的架構,也容易安裝,但只要改變應用基礎系統與達成目的,就能讓平台執行最佳化控制。譬如能源控制的控制目的是「舒適度」,如果換成計程車派車,就設為「乘車率」,不必從頭逐一重建繁雜的控制規則。

 

由生物的適應機制獲得靈感所開發的這項分散型演算法,運算量負載較輕,並具備即時因應局地環境變遷的優點。

如果子系統發生局部故障,無法自某個區域獲取IoT數據,其他正常運作中的子系統依然會自律動作。這也表示達到了高度容錯性。(日文版原文發表日期:2015年9月)

研究者簡介

小川雅嗣 ( NEC雲端系統研究所 主任研究員 )

大學時代專攻應用物理,從事磁性體等固體物理學中的物性研究。進入公司後,分發至研究磁光碟(magneto-optical disk)的部門,負責驅動裝置的錄製/播放技術、訊號處理、標準化等工作。其後調往BIC(創新育成中心),在摸索新的主題之際,著手自律適應控制技術的研發。假日喜好電影欣賞與讀書。維持健康的秘訣在於慢跑,他表示:「曾經參加過半馬賽事」。最近也開始樂團活動,藉著多樣化的興趣來自我充電。

若山永哉( NEC雲端系統研究所 主任 )

大學時代專攻通訊工學,碩士課程則研究核心網路的流量控制。進入公司後,從事行動電話應用軟體的研究,其後歷經參與無線LAN系統與感測器資料處理的研究,目前加入自律適應控制的研究專案。他表示:「參與各種領域的研究開發,因而得以增廣見聞」。在感應器資料處理的研究中,更接觸到實際安裝,這份經驗也活用於目前的研發工作。假日時熱衷於以自然、建築為主題的攝影。

Contact