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発明の名称 シミュレーション実行方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−78288(P2007−78288A)
公開日 平成19年3月29日(2007.3.29)
出願番号 特願2005−268542(P2005−268542)
出願日 平成17年9月15日(2005.9.15)
代理人 【識別番号】100057874
【弁理士】
【氏名又は名称】曾我 道照
発明者 尾崎 敦夫 / 渡部 修介
要約 課題
モンテカルロシミュレーションを実行する際に、初回に実行した結果を利用して、2回目以降は結果的に不要となる模擬を削除し、総実行時間を短縮することができるシミュレーション実行方法を得る。

解決手段
タイムステップ法に基づくモンテカルロシミュレーションにおいて、初回に、第1の時刻刻み幅を設定して、移動物体(戦車)に関するシナリオのシミュレーションを実行する第1のステップと、2回目以降に、初回のシミュレーションで発生時刻が既知となったイベント間における前記第1の時刻刻み幅に基づくシミュレーションを省いて、前記移動物体に関するシナリオのシミュレーションを実行する第2のステップとを設けた。
特許請求の範囲
【請求項1】
タイムステップ法に基づくモンテカルロシミュレーションにおいて、
初回に、第1の時刻刻み幅を設定して、移動物体に関するシナリオのシミュレーションを実行する第1のステップと、
2回目以降に、初回のシミュレーションで発生時刻が既知となったイベント間における前記第1の時刻刻み幅に基づくシミュレーションを省いて、前記移動物体に関するシナリオのシミュレーションを実行する第2のステップと
を含むことを特徴とするシミュレーション実行方法。
【請求項2】
前記第2のステップは、初回のシミュレーションで発生時刻が既知となったイベント間であって、前記移動物体が他の物体から影響を受けない、または前記移動物体が他の物体に影響を与えない場合で、かつ前記移動物体の諸元値が不変、または定常的に変化している期間における前記第1の時刻刻み幅に基づくシミュレーションを省く
ことを特徴とする請求項1記載のシミュレーション実行方法。
【請求項3】
前記第2のステップは、前記第1の時刻刻み幅より細かい第2の時刻刻み幅に基づくシミュレーションが必要と分かった期間に関しては、前記第2の時刻刻み幅に基づきシミュレーションを実行する
ことを特徴とする請求項1又は2記載のシミュレーション実行方法。
【請求項4】
前記第2のステップは、前記移動物体が他の物体から影響を受ける、または前記移動物体が他の物体に影響を与える期間に関しては、前記第2の時刻刻み幅に基づきシミュレーションを実行する
ことを特徴とする請求項3記載のシミュレーション実行方法。
【請求項5】
前記第2のステップは、前記シナリオの一部を変更した場合に、変更に関与しない移動物体において、変更に影響しない時点まで前記第1の時刻刻み幅に基づくシミュレーションを省く
ことを特徴とする請求項1又は2記載のシミュレーション実行方法。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、移動物体を主対象としたモンテカルロシミュレーションにおいて、2回目以降にシミュレーションを実行する場合に、初回に実行した結果を利用して、不要な模擬を間引くことにより総演算時間の短縮を図ったシミュレーション実行方法に関するものである。
【背景技術】
【0002】
一般的に確率的要素を含む計算機シミュレーションでは、何度もシミュレーションを試行することによって統計的な結果を得る必要がある。このようなタイプのシミュレーションをモンテカルロシミュレーションと言う。近年、計算機のコストパフォーマンス向上に伴い、シミュレーションの大規模化や詳細化が加速している。1台の計算機では要求性能が満足できない場合では、処理に並列性が内在するのであれば何台もの計算機を用いる並列分散シミュレーション技術を用いる方法が普及しているが、いずれにせよ、このような大規模な演算量を要するシミュレーションにおいて、モンテカルロシミュレーションを実行する場合は、総実行時間が深刻なものとなる。
【0003】
他方、多数の物体(主に移動物体)が相互に影響を及ぼし合うシミュレーションでは、該物体の数が多くなるに伴い、互いが複雑に影響し合うため、確率的要素がないdeterministicな場合でも、どのイベントがどの時刻に発生するかの算出が困難となる。このようなタイプのシミュレーションでは、シミュレーション時刻進行のための微小な時刻刻み幅(Δt)を設定し、該Δtのタイミングで時刻を進行するタイムステップ法を用いるのが一般的である(例えば、非特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】特開平7−71895号公報
【非特許文献1】A. Ozaki, M. Furuichi, K. Takahashi, and H. Matsukawa, "Design and Implementation of Parallel and Distributed Wargame Simulation System and Its Evaluation" IEICE Trans. IEICE/IEEE Joint Special Issue Vol.E84-D No.10, pp.1376-1384, October 2001.
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
上述したような従来のタイムステップ法に基づく並列分散シミュレーションでは、物体の移動速度に応じてΔtを変えるなどの工夫が施されているが、状況により結果的に不要な模擬も含まれることになり、物体の数が非常に多くなる場合や、より詳細に模擬する必要がある場合は大きなオーバーヘッドとなるという問題点があった。
【0006】
この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、モンテカルロシミュレーションを実行する際に、初回に実行した結果を利用して、2回目以降は結果的に不要となる模擬を削除し、総実行時間を短縮することができるシミュレーション実行方法を得るものである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
この発明に係るシミュレーション実行方法は、タイムステップ法に基づくモンテカルロシミュレーションにおいて、初回に、第1の時刻刻み幅を設定して、移動物体に関するシナリオのシミュレーションを実行する第1のステップと、2回目以降に、初回のシミュレーションで発生時刻が既知となったイベント間における前記第1の時刻刻み幅に基づくシミュレーションを省いて、前記移動物体に関するシナリオのシミュレーションを実行する第2のステップとを設けたものである。
【発明の効果】
【0008】
この発明に係るシミュレーション実行方法は、モンテカルロシミュレーションを実行する際に、初回に実行した結果を利用して、2回目以降は結果的に不要となる模擬を削除し、総実行時間を短縮することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
実施の形態1.
この発明の実施の形態1に係るシミュレーション実行方法について図1から図3までを参照しながら説明する。
【0010】
この発明の実施の形態1に係るシミュレーション実行方法は、航空機、車両、人などの移動物体(MO:Moving Object)が多数登場するタイムステップ法に基づく計算機シミュレーションにおいて、モンテカルロシミュレーションを実行する際に、初回に実行した結果を利用して、2回目以降は結果的に不要となる模擬を削除し、総実行時間を短縮させるものである。この発明により、並列分散シミュレーション技術が必要となる場合でも、より少ない計算機台数で同様のことが実現できることとなる。なお、ここでの「模擬」とは、移動物体において微小な時刻刻み幅Δtのタイミングで状態を更新する処理のことを指すものとする。従って、上記の模擬を削除することは、即ち、時刻刻み幅Δtを大きくすることと等価である。
【0011】
なお、上記削除可能な模擬は、該模擬を実行する時刻までに該模擬に影響を及ぼすイベント群の中に、確率的要素を含まない場合に限る。これはモンテカルロ法により確率値が変わることによって、結果的に削除できない模擬となる場合があるためである。
【0012】
つぎに、この実施の形態1に係るシミュレーション実行方法の動作について図面を参照しながら説明する。図1は、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。また、図2は、図1のシナリオ例に対して、タイムステップ法を用いたシミュレーション実行方法を示すタイミングチャートである。さらに、図3は、図1のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション実行方法を示すタイミングチャートである。なお、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【0013】
図1では、戦車1(移動物体)がスタート地点から出発してA地点、障害物11、B地点、C地点、障害物12、そしてD地点を経由して走行する場合のシナリオ例を示したものである。この場合、スタート地点からA地点までは障害物等が無いため、戦車1の速度、加速度等の諸元情報からA地点までの到達時間は算出可能(予測可能)となる。しかし、A地点からB地点までは障害物11があり、この障害物11の状況に応じて戦車1は加減速しながら走行するため、B地点の到達時間は算出困難(予測困難)である。従って、B地点での到達時間が分からないので、その後のC地点、D地点の到達時間も不明となる。
【0014】
このような場合、図2に示すように、細かい時刻刻み幅Δt1(1つの矢印)を設定して、この時刻刻み幅Δt1に基づいて模擬を行い、時刻を進行させるタイムステップ法を用いるのが一般的である。このタイムステップ法では、模擬結果が時刻刻み幅Δt1の精度で丸められてしまうが、次にイベントが発生する時刻(例えば、B地点への到達時刻)の算出が不要となる。また、B地点からC地点までは、スタート地点からA地点までと同様に算出可能なものであるため、その間(B地点からC地点まで)の細かい時刻刻み幅Δt1に基づく模擬は削除できることになる。
【0015】
従って、図1のシナリオ例に基づいてモンテカルロシミュレーションを実行する場合には、1回目の実行では、図2に示すように、細かい時刻刻み幅Δt1に基づいて、戦車1がスタート地点から出発してA地点、B地点、C地点、そしてD地点を経由して走行するシミュレーションを実行する必要がある。しかしながら、2回目以降は、図3(a)または(b)に示すように、A地点だけでなく、B地点、C地点、D地点での到達時間が既知となるので、地点間の細かい時刻刻み幅Δt1を削除してシミュレーションを実行することができる。
【0016】
なお、各地点での到達時間が既知となっても、A地点からB地点までや、C地点からD地点までに到るまでの、例えば、燃料消費状態をより正確に模擬したいのであれば、図3(a)に示すように、上記の地点間では細かい時刻刻み幅Δt1でシミュレーションを実行し、上記以外の地点間では細かい時刻刻み幅Δt1を削除して模擬することも考えられる。また、例えば、燃料消費状態を模擬する必要がないのであれば、図3(b)に示すように、全ての地点間の細かい時刻刻み幅Δt1を削除して模擬することも考えられる。
【0017】
すなわち、この実施の形態1に係るシミュレーション実行方法は、実世界の複数の移動物体を主対象とした計算機シミュレーションで該シミュレーション中に発生するイベントの発生時刻の算出が困難であるために、細かい時刻刻み幅Δt1を設定してタイムステップで実行するタイプのシミュレーションにおいてモンテカルロ法に基づき多数回試行する場合に、初回に該シミュレーションを実行することによって既知となった該イベントの発生時刻で、該時刻が該シミュレーションを再試行したとしてもその時刻までに確率的要素がなく不変のものであれば、2回目以降に同様のシミュレーションを実行する際は、該既知となったイベントの発生時刻情報を利用して結果的に不要となる該イベント間の細かい時刻刻み幅Δt1に基づく模擬を省くものである。
【0018】
さらに、物体(移動物体及び移動しない物体)が他の物体から影響を受けない、または物体が他の物体に影響を与えない場合で、かつ物体の各種の諸元値が不変または定常的に変化している期間、例えば、図3(a)のスタート地点からA地点までや、B地点からC地点までは、上記細かい時刻刻み幅Δt1に基づく模擬を省くものである。
【0019】
実施の形態2.
この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法について図4から図6までを参照しながら説明する。
【0020】
図4は、この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。また、図5は、図4のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法の一例を示すタイミングチャートである。さらに、図6は、図4のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法の他の例を示すタイミングチャートである。
【0021】
図4では、戦車1がスタート地点から出発してA地点、障害物11、B地点、C地点、障害物12、そしてD地点を経由して走行するとともに、戦車2がスタート地点から出発してE地点、障害物13、そしてF地点を経由して走行し、その後、2台の戦車1、2が交戦する場合のシナリオ例を示したものである。
【0022】
例えば、図4に示すように、2台の戦車1、2が交戦するシナリオを評価対象とする時、交戦時は逆に、上記の時刻刻み幅Δt1より更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づき模擬する必要がある場合もある。このような場合、1回目のシミュレーションで、戦車1と戦車2の会合時刻(交戦を開始する時刻)が既知となれば、2回目以降のシミュレーションでは交戦開始時刻から、更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づく模擬を行うことが考えられる。
【0023】
また、確率的要素に基づいて交戦の開始時刻が決まる場合で、交戦開始地点がほぼ特定できるときには、その地点に到達するまでの(最も)近い到達時刻が既知となった地点から、すなわち、戦車1の場合はD地点、戦車2の場合はF地点から、図5に示すように、更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づいて模擬を行うことも考えられる。
【0024】
なお、図6は、交戦開始時刻が不変である場合(特定できる場合)のタイムチャート例であり、初回のシミュレーションで既知となった交戦開始時刻から、更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づいて模擬を行う場合を示したものである。
【0025】
すなわち、この実施の形態2に係るシミュレーション実行方法は、2回目以降において、初回に実行した結果を利用して結果的に不要となる模擬を間引くだけでなく、逆に更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づく模擬が必要と分かった期間に関しては、更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づき模擬を行うものである。
【0026】
言い換えれば、他の物体から影響を受ける、または他の物体に影響を与える期間に関しては、上記の更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づき模擬を行う。
【0027】
実施の形態3.
この発明の実施の形態3に係るシミュレーション実行方法について図7及び図8を参照しながら説明する。
【0028】
図7は、この発明の実施の形態3に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。また、図8は、図7のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態3に係るシミュレーション実行方法を示すタイミングチャートである。
【0029】
図7は、図4に示したシナリオ例から、戦車2の初期状態及びシナリオだけを変更したシナリオ例を示す。この変更により、戦車1のシナリオに影響を与える時期が分かっている時は、該影響を戦車1が受けるまでの期間は、図4のシナリオで用いた時刻刻み幅Δt1に基づいて実行することが考えられる。
【0030】
また、戦車2は、初回の実行では細かい時刻刻み幅Δt1に基づいたシミュレーションを行う必要があるが、戦車1も戦車2も、2回目以降は初回のシミュレーション結果に基づいて、結果的に不要となる時刻刻み幅Δt1に基づく模擬を削除することが可能となる。
【0031】
なお、図8は、図7のシナリオ例において、2回目以降にシミュレーションを実行する場合のタイミングチャート例を示したものである。交戦開始時刻が確率的要素を含むために不確定であることから、その交戦開始地点に最も近い地点、すなわち、戦車1の場合はD地点、戦車2の場合はH地点の時刻から更に細かい時刻刻み幅Δt2に基づく模擬を行う場合を示したものである。
【0032】
すなわち、この実施の形態3に係るシミュレーション実行方法は、シミュレーションに登場する移動物体の諸元値及びシナリオ等を変更した場合に、その他の変更しない物体において、該変更に影響しない時点までであれば、既に(初回に)模擬した結果から得られる情報(各種のイベントの発生時刻)を利用して上記実施の形態1と同様に模擬を間引くものである。
【0033】
実施の形態4.
この発明の実施の形態4に係るシミュレーション実行方法について図9を参照しながら説明する。
【0034】
図9は、この発明の実施の形態4に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。
【0035】
図9では、3台の戦車3、4、5がスタート地点から出発して障害物14、障害物15、障害物16を経由して走行するとともに、3台の戦車6、7、8がスタート地点から出発して障害物18、障害物17を経由して走行し、その後、6台の戦車3〜8が交戦する場合のシナリオ例を示したものである。
【0036】
この図9は、移動物体が増えた場合のシナリオ例である。このように模擬対象となる移動物体が増えれば増えるほど、本アイデアに基づくモンテカルロシミュレーションの総実行時間の短縮効果は大きくなる。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】この発明の実施の形態1に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。
【図2】図1のシナリオ例に対して、タイムステップ法を用いたシミュレーション実行方法を示すタイミングチャートである。
【図3】図1のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態1に係るシミュレーション実行方法を示すタイミングチャートである。
【図4】この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。
【図5】図4のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法の一例を示すタイミングチャートである。
【図6】図4のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態2に係るシミュレーション実行方法の他の例を示すタイミングチャートである。
【図7】この発明の実施の形態3に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。
【図8】図7のシナリオ例に対して、この発明の実施の形態3に係るシミュレーション実行方法を示すタイミングチャートである。
【図9】この発明の実施の形態4に係るシミュレーション実行方法の評価対象のシナリオ例を示す図である。
【符号の説明】
【0038】
1、2、3、4、5、6、7、8 戦車、11、12、13、14、15、16、17、18 障害物。




 

 


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