JP2005133115A - Method, apparatus and computer program for monitoring operation of blast furnace - Google Patents

Method, apparatus and computer program for monitoring operation of blast furnace Download PDF

Info

Publication number
JP2005133115A
JP2005133115A JP2003367780A JP2003367780A JP2005133115A JP 2005133115 A JP2005133115 A JP 2005133115A JP 2003367780 A JP2003367780 A JP 2003367780A JP 2003367780 A JP2003367780 A JP 2003367780A JP 2005133115 A JP2005133115 A JP 2005133115A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
blast furnace
independent component
image information
measurement data
isoline
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2003367780A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4150322B2 (en
Inventor
Masahiro Ito
雅浩 伊藤
Harutoshi Okai
晴俊 大貝
Shinroku Matsuzaki
眞六 松崎
Takeyasu Uchida
健康 内田
Naoki Matsushita
直樹 松下
Kageo Akizuki
影雄 秋月
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nippon Steel Corp
Original Assignee
Nippon Steel Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nippon Steel Corp filed Critical Nippon Steel Corp
Priority to JP2003367780A priority Critical patent/JP4150322B2/en
Publication of JP2005133115A publication Critical patent/JP2005133115A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4150322B2 publication Critical patent/JP4150322B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To monitor an operation state of a blast furnace, estimate the operation state, and determine an operation condition. <P>SOLUTION: This monitoring method comprises computerizing information on a spatially distributed state and changing state with time of various measurement data on a pressure or temperature of a furnace body of the blast furnace, as an image; consecutively calculating an independent component and an isolation matrix which are characteristic information of the image information, through an independent component analysis; defining a similarity index on the basis of the calculated independent component and consecutively searching a past operation state similar to the present operation state; confirming the course of the past operation state and the past operation condition when the case was operated, from various measurement data in the past similar cases and an operation diary record; and consecutively grasping the present operation condition of the blast furnace and predicting a future course of the operation condition. The method further comprises determining the future operation condition from those informations. In addition, the method comprises consecutively watching a time-series change of a calculated independent component, and precisely monitoring the abnormality of the operation state of the blast furnace, such as poor air permeability or a temperature drop in the furnace body. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

本発明は、高炉の操業状態の監視方法、装置、及びコンピュータプログラムに関し、例えば、高炉の操業中において、炉体の圧力や温度等の計測データの空間的分布や時間的変化を画像情報化し、画像情報化した計測データの独立成分分析を実施することによって、該画像情報の特徴情報である独立成分及び分離行列を逐次算出し、算出した独立成分を基に類似度指標を定義して現在の操業状態と類似な過去の操業状態を検索して、過去の類似操業事例における高炉の操業状態の推移や過去の操業条件を確認し、以後の操業状態の推移を予測して操業条件を決定するようにし、加えて、算出した独立成分の時系列推移を逐次監視するようにしたものに関する。   The present invention relates to a method, an apparatus, and a computer program for monitoring the operating state of a blast furnace.For example, during operation of a blast furnace, the spatial distribution and temporal change of measurement data such as pressure and temperature of the furnace body are converted into image information, By performing independent component analysis of the measurement data converted into image information, the independent component and the separation matrix, which are feature information of the image information, are sequentially calculated, and a similarity index is defined based on the calculated independent component, Search past operating conditions similar to the operating conditions, check the transition of blast furnace operating conditions and past operating conditions in past similar operating cases, and predict the transition of subsequent operating conditions to determine the operating conditions In addition, the present invention relates to a system that sequentially monitors the time series transition of the calculated independent component.

従来、高炉の操業異常等の監視並びに予測方法に関するものとしては、特許文献1や特許文献2等に開示されているものがある。これらの監視並び予測方法は、いずれも、各センサの高炉設備上の設置位置情報を反映することなく各センサからの計測データを収集し、予め設定しておく設定値又は簡易的な物理モデルによる閾価との比較により操業状態の監視並びに操業異常を予測するものである。   Conventionally, there are those disclosed in Patent Literature 1, Patent Literature 2, and the like as methods related to monitoring and prediction of abnormal operation of a blast furnace. Each of these monitoring arrangement prediction methods collects measurement data from each sensor without reflecting the installation position information of each sensor on the blast furnace facility, and uses a preset set value or a simple physical model. The operation status is monitored and abnormal operation is predicted by comparison with the threshold value.

特開平5−156328号公報JP-A-5-156328 特開平11−140520号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-140520 「Fast and Robust Fixed-Point Algorithms for Independent Component Analysis」(Aapo Hyvarian,IEEE Transactions on Neural Ne tworks.Vol.10,No.3,May 1999,P.626/634)"Fast and Robust Fixed-Point Algorithms for Independent Component Analysis" (Aapo Hyvarian, IEEE Transactions on Neural Networks.Vol.10, No.3, May 1999, P.626 / 634) 「Independent Component Analysis」(2001,John Wiley & Sons.Inc.)Independent Component Analysis (2001, John Wiley & Sons. Inc.)

しかしながら、本発明が対象とする高炉というプロセスは、時間的変化(動特性)を有する分布定数系のプロセスとして取り扱うべき対象である。したがって、高炉設備上に空間的分布をもって設置されている複数の各種センサの計測データは互いに独立して収集し、評価してよいものではなく、各々のセンサが取り付けられている高炉設備上の設置位置に関連づけられて収集し、評価されるべきものである。   However, the process called the blast furnace targeted by the present invention is an object to be handled as a distributed constant system process having a temporal change (dynamic characteristics). Therefore, the measurement data of various sensors installed with spatial distribution on the blast furnace equipment may not be collected and evaluated independently of each other, but installed on the blast furnace equipment where each sensor is attached. It should be collected and evaluated in relation to the location.

従来の方式では、このような各センサの設置位置を計測データに関連づけて収集し、評価しておらず、その結果、高炉の操業状態の監視並びに予測の精度が低いという問題があった。   In the conventional method, the installation positions of such sensors are not collected and evaluated in association with measurement data, and as a result, there is a problem that the operation state monitoring and prediction accuracy of the blast furnace is low.

加えて、従来の方式では、計測データの中に潜在化している高炉操業の特徴情報を具体的な数値として定量的に顕在化することが困難であり、さらに、大量に蓄積される計測データの中から、予め指定する操業状態と類似な操業状態を検索して、過去の類似操業事例における高炉の操業状態の推移や過去の操業条件を確認して以後の操業状態の推移を予測し、操業条件を決定することができないという問題があった。   In addition, with the conventional method, it is difficult to quantitatively reveal the characteristic information of the blast furnace operation that is latent in the measurement data as a specific numerical value. Search the operation state similar to the operation state specified in advance, check the transition of the blast furnace operation state and past operation conditions in the past similar operation examples, predict the transition of the subsequent operation state, and operate There was a problem that the conditions could not be determined.

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであり、上記問題を解決し、高炉の操業状態の監視並び予測、操業条件の決定を可能とすることを目的として、炉体の圧力や温度等の計測データの空間的分布情報や時間的変化情報を画像情報化し、独立成分分析によって該画像情報の特徴情報である独立成分及び分離行列を逐次算出し、算出した独立成分を基に類似度指標を定義して現在の操業状態と類似な過去の操業状態を検索し、また、算出した独立成分の時系列推移を逐次監視を行うものである。   The present invention has been made in view of such circumstances, and for the purpose of solving the above-described problems and monitoring and predicting the operating state of the blast furnace and determining the operating conditions, the pressure and temperature of the furnace body, etc. Spatial distribution information and temporal change information of measurement data is converted into image information, and independent components and separation matrices that are characteristic information of the image information are sequentially calculated by independent component analysis, and a similarity index is calculated based on the calculated independent components. The past operation state similar to the current operation state is defined and searched, and the time series transition of the calculated independent component is sequentially monitored.

本発明の高炉操業における操業監視方法は、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する画像情報と類似な画像情報を検索する点に特徴を有する。   The operation monitoring method in the operation of the blast furnace according to the present invention is a two-dimensional plane in which measurement data of a measurement target amount from a plurality of sensors installed in the blast furnace is reflected on the installation position of each sensor or a three-dimensional plane. It is arranged on the surface of the solid, and the isoline on the surface is calculated for the spatial distribution state and temporal change of the measurement data, and the figure formed by the isoline or the feature information of the figure is evaluated as image information. A method for monitoring the operating state of a blast furnace, wherein an independent component analysis is performed on the image information to calculate an independent component and a separation matrix, a similarity index is defined using the calculation result, and accumulated image information This is characterized in that image information similar to image information designated in advance is searched.

本発明の他の高炉操業における操業監視方法は、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する画像情報と類似な画像情報を検索し、類似度指数の大小によって該類似度の順番を評価する点に特徴を有する。   The operation monitoring method in another blast furnace operation of the present invention is constituted by a two-dimensional plane or a two-dimensional plane in which measurement data of a measurement target amount from a plurality of sensors installed in the blast furnace is reflected on the installation position of each sensor. It is arranged on the surface of a three-dimensional solid, the isoline on the surface is calculated for the spatial distribution state and temporal change of the measurement data, and the graphic or graphic feature information formed by the isoline is used as image information. A method of monitoring an operating state of a blast furnace to be evaluated, wherein an independent component analysis is performed on the image information to calculate an independent component and a separation matrix, and a similarity index is defined and stored using the calculation result. It is characterized in that image information similar to image information designated in advance is searched from image information, and the order of the similarity is evaluated based on the magnitude of the similarity index.

本発明の他の高炉操業における操業監視方法は、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する時刻の画像情報と類似な画像情報を検索することで類似な操業状態の時刻を検索する点に特徴を有する。   The operation monitoring method in another blast furnace operation of the present invention is constituted by a two-dimensional plane or a two-dimensional plane in which measurement data of a measurement target amount from a plurality of sensors installed in the blast furnace is reflected on the installation position of each sensor. It is arranged on the surface of a three-dimensional solid, the isoline on the surface is calculated for the spatial distribution state and temporal change of the measurement data, and the graphic or graphic feature information formed by the isoline is used as image information. A method of monitoring an operating state of a blast furnace to be evaluated, wherein an independent component analysis is performed on the image information to calculate an independent component and a separation matrix, and a similarity index is defined and stored using the calculation result. It is characterized in that a time in a similar operation state is retrieved by retrieving image information similar to image information at a predesignated time from the image information.

本発明の他の高炉操業における操業監視方法の他の特徴とするところは、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する時刻の画像情報と類似な画像情報を検索することで過去の類似な操業状態の時刻を検索し、該時刻における各種の計測データ、操業日誌記録から、該時刻の操業状態の推移や該時刻に実行した操業条件を確認して、前記指定した時刻以後の操業状態の推移を予測して操業条件を決定する点に特徴を有する。   Another feature of the operation monitoring method according to another blast furnace operation of the present invention is that the measurement data of the measurement target amount from a plurality of sensors installed in the blast furnace is a two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor or A figure or figure that is placed on the surface of a three-dimensional solid composed of two-dimensional planes, calculates the isoline on the surface for the spatial distribution state or temporal change of measurement data, and forms the isoline The feature information of the blast furnace is evaluated as image information, and the operation state of the blast furnace is monitored. The image information is subjected to independent component analysis to calculate an independent component and a separation matrix, and the similarity is calculated using the calculation result. By defining an index and searching image information similar to the image information at a predesignated time from the stored image information, the time of a past similar operation state is searched, and various measurement data and operations at the time Diary From recorded, to check a transition or operating conditions executed to the time of the operation state of the time, characterized in that it determines a prediction to operational conditions the transition of the operational state at the time after which the above specified.

本発明の他の高炉操業における操業監視方法は、高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、独立成分の時系列推移を予め設定しておく管理値の大小と比較することにより、高炉の操業状態を監視する点に特徴を有する。   The operation monitoring method in another blast furnace operation of the present invention is constituted by a two-dimensional plane or a two-dimensional plane in which measurement data of a measurement target amount from a plurality of sensors installed in the blast furnace is reflected on the installation position of each sensor. It is arranged on the surface of a three-dimensional solid, the isoline on the surface is calculated for the spatial distribution state and temporal change of the measurement data, and the graphic or graphic feature information formed by the isoline is used as image information. It is a method for monitoring the operating state of the blast furnace to be evaluated, and for the image information, an independent component analysis is performed to calculate an independent component and a separation matrix, and a time series transition of the independent component is set in advance. Compared with large and small, it is characterized in that the operating state of the blast furnace is monitored.

本発明の高炉操業における操業監視装置は、高炉の操業状況を出力し、監視するための操業監視装置において、高炉設備上に複数設置される各種センサで計測される計測データを収集するデータ収集手段と、前記収集した計測データの空間的分布状態や時間的変化を各センサの高炉設備上の設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データが同値な任意の等値線を算出する画像情報化手段と、前記画像情報化処理手段で算出した画像情報の独立成分分析を実施する独立成分分析手段と、前記画像情報の独立成分分析結果から高炉の類似操業事例を検索する類似操業事例検索手段及び/又は独立成分と分離行列を時系列に評価する独立成分・分離行列時系列評価手段と、前記画像情報化手段、独立成分分析手段、類似操業事例検索手段及び/又は独立成分・分離行列時系列評価手段における算出結果、計測データ及び操業条件を記載した操業日誌を記録する記録手段と、前記画像情報化手段、独立成分分析手段、類似操業事例検索手段及び独立成分・分離行列時系列評価手段における算出結果を出力する出力手段とを有する点に特徴を有する。   The operation monitoring apparatus for blast furnace operation according to the present invention is a data collection means for collecting measurement data measured by various sensors installed on a blast furnace facility in the operation monitoring apparatus for outputting and monitoring the operation status of the blast furnace. And the spatial distribution state and temporal change of the collected measurement data are arranged on the surface of a three-dimensional solid composed of a two-dimensional plane or a two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor on the blast furnace facility, Image information converting means for calculating arbitrary isolines having the same measurement data, independent component analyzing means for performing independent component analysis of the image information calculated by the image information processing means, and independent component analysis of the image information Similar operation case search means for searching similar operation cases of blast furnace from results and / or independent component / separation matrix time series evaluation means for evaluating independent components and separation matrix in time series, and said image information means Independent component analysis means, similar operation case search means and / or independent component / separation matrix time series evaluation means, a recording means for recording an operation diary describing the measurement data and operation conditions, and the image information conversion means, independent It has a feature in that it has an output means for outputting the calculation results in the component analysis means, the similar operation case search means, and the independent component / separation matrix time series evaluation means.

本発明のコンピュータプログラムは、上記いずれかの本発明の操業監視方法の処理手順をコンピュータに実行させる点に特徴を有する。また、上記本発明の操業監視装置の各手段としてコンピュータを機能させる点に特徴を有する。   The computer program of the present invention is characterized in that it causes a computer to execute the processing procedure of any one of the operation monitoring methods of the present invention. Further, the present invention is characterized in that a computer functions as each means of the operation monitoring apparatus of the present invention.

本発明の手法は、高炉設備上に複数設置された各種のセンサが測定する計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、各データの空間的分布状態を、これらが形成する画像情報として表わすとき、該画像情報の独立成分と分離行列を計算して類似度指標を定義し、蓄積した画像情報群の中から指定した画像と類似な画像を逐次検索することで、類似性の高い画像をもつ事例を逐次特定し、該事例における各種の計測データ、操業日誌記録から、該事例時の操業状態の推移や該事例時に実行した操業条件を確認して、現時点の高炉の操業状態や今後の操業状態の推移を予測することができる。さらにこれらの情報を参考にした今後の操業条件の決定が可能となる。加えて、逐次計算する独立成分の時系列推移を逐次監視することにより、高炉の操業状態の監視を正確に実施することを可能とする。   The method of the present invention is a method for measuring data measured by various sensors installed on a blast furnace facility on a two-dimensional plane reflecting a setting position of each sensor or a three-dimensional surface constituted by a two-dimensional plane. When the spatial distribution state of each data is represented as image information formed by these, the independent component and the separation matrix of the image information are calculated to define the similarity index, and the stored image information group By sequentially searching for images similar to the specified image, cases with highly similar images are sequentially identified, and from various measurement data and operation diary records in the cases, By confirming the operating conditions executed at the time of the case, it is possible to predict the current operating status of the blast furnace and the future operating status. Furthermore, it will be possible to determine future operating conditions based on these information. In addition, it is possible to accurately monitor the operating state of the blast furnace by sequentially monitoring the time series transition of the independent components to be sequentially calculated.

以下、図面を参照して、本発明の高炉操業における操業監視方法、装置、及びコンピュータプログラムの実施の形態について説明する。図1は、本実施の形態の高炉操業における操業監視装置の構成を示すブロック図である。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, an embodiment of an operation monitoring method, apparatus, and computer program in blast furnace operation of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of an operation monitoring apparatus in the blast furnace operation of the present embodiment.

(1.高炉設備と2.高炉設備上の複数の各種センサ)
高炉設備1上の複数の各種センサ2においては、温度又は圧力、流量、流速、粒径、密度、組成等の物理量が計測される。図1は、ステーブ温度センサや炉床壁温度センサ、シャフト圧力センサを例にとり、高炉設備の外形面上に複数設置してあるセンサ位置を示す。なお、本発明においては、各センサの高炉設備上の配置は不等間隔で構わないものである。各種の物理量の計測センサのうち、圧力センサを例にとり、以下説明する。
(1. Blast furnace equipment and 2. Various sensors on the blast furnace equipment)
In the various sensors 2 on the blast furnace facility 1, physical quantities such as temperature or pressure, flow rate, flow velocity, particle size, density, composition, and the like are measured. FIG. 1 shows the position of a plurality of sensors installed on the outer surface of a blast furnace facility, taking a stave temperature sensor, a hearth wall temperature sensor, and a shaft pressure sensor as examples. In the present invention, the arrangement of the sensors on the blast furnace equipment may be unevenly spaced. Of various types of physical quantity measurement sensors, a pressure sensor will be described as an example.

(3.データ収集装置)
データ収集装置3においては、高炉設備上に配置された複数の圧力センサから出力される計測データが、予め設定されたサンプリング周期Δtでサンプリングされ、収集される。サンプリング周期Δtは、データ収集装置3の処理能力及びデータ処理装置4の処理能力と操業監視及び操業予測に要求される時間間隔に対応して数ms以上の時間間隔で任意に設定できる。データ収集装置3で収集された圧力データは、データ処理装置4にリアルタイムで送られる。
(3. Data collection device)
In the data collection device 3, measurement data output from a plurality of pressure sensors arranged on the blast furnace facility is sampled and collected at a preset sampling period Δt. The sampling period Δt can be arbitrarily set at a time interval of several ms or more corresponding to the processing capability of the data collection device 3 and the processing capability of the data processing device 4 and the time interval required for operation monitoring and operation prediction. The pressure data collected by the data collection device 3 is sent to the data processing device 4 in real time.

この場合に、本発明においては、データ処理装置4への計測データの伝送形態及び伝送方法について限定する必要はなく、例えば、信号線による電流又は電圧のアナログ信号としてデータ処理装置4へ伝送してもよいし、また、データ収集装置3において前記電流又は電圧のアナログ信号をデジタル信号化し、該デジタル信号をデータ処理装置4へ伝送してもよいし、さらに、該デジタル信号を各種のデータ圧縮手法によって圧縮することによって伝送データ量を小さくしてデータ処理装置4へ伝送し、伝送後、データ処理装置4において該圧縮伝送データを圧縮前のデジタル信号に復元してもよいし、加えて、例えば、LAN、イーサネット(R)、無線LAN、インターネット等の情報伝送ネットワークを介して、前記デジタル信号を高炉設備から離れた遠隔地点に設置したデータ処理装置4へ伝送しても構わない。   In this case, in the present invention, it is not necessary to limit the transmission form and transmission method of the measurement data to the data processing device 4. For example, the measurement data is transmitted to the data processing device 4 as an analog signal of current or voltage by a signal line. In addition, the data collection device 3 may convert the analog signal of the current or voltage into a digital signal, and transmit the digital signal to the data processing device 4. Further, the digital signal may be converted into various data compression methods. The transmission data amount may be reduced by compressing the data to be transmitted to the data processing device 4, and after transmission, the compressed transmission data may be restored to the digital signal before compression in the data processing device 4. The digital signal is separated from the blast furnace equipment via an information transmission network such as LAN, Ethernet (R), wireless LAN, and the Internet. May be transmitted placed the to the data processing apparatus 4 to the remote location was.

(4.データ処理装置)
(5.画像情報化処理部)
画像情報化処理部5においては、データ収集装置3から入力された圧力データを、高炉設備上の各圧力センサ設置位置情報を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、圧力データが同値な任意の等値線を算出して該等値線によって形成される図形を算出して画像情報化する。
(4. Data processing device)
(5. Image information processing unit)
In the image information processing unit 5, the pressure data input from the data collection device 3 is converted into a two-dimensional plane or a three-dimensional solid composed of a two-dimensional plane reflecting each pressure sensor installation position information on the blast furnace equipment. Arbitrary isolines which are arranged on the surface and have the same pressure data are calculated, and a figure formed by the isolines is calculated and converted into image information.

図2は、高炉に設定した座標系と高炉設備に設置された複数の圧力センサ設置位置との関係を例示するものである。図2では、高炉の炉高方向にh軸を、炉半径方向にr軸を、炉周角度方向にθ軸を定義し、●印は高炉設備上に配置された複数の圧力センサ設置位置を、各座標軸にしたがって配置したものである。各々の圧力センサの設置位置座標は、予めわかっている。   FIG. 2 illustrates the relationship between the coordinate system set in the blast furnace and a plurality of pressure sensor installation positions installed in the blast furnace equipment. In Fig. 2, the h-axis is defined in the blast furnace height direction, the r-axis is defined in the furnace radial direction, the θ-axis is defined in the furnace circumferential angle direction, and the ● marks indicate the installation positions of a plurality of pressure sensors arranged on the blast furnace equipment. Are arranged according to each coordinate axis. The installation position coordinates of each pressure sensor are known in advance.

このとき、座標(h(i), r(i), θ(i))に設置された圧力センサの時刻tにおける計測データをP(h(i), r(i), θ(i), t)で表現するものとする。   At this time, the measurement data at time t of the pressure sensor installed at the coordinates (h (i), r (i), θ (i)) is P (h (i), r (i), θ (i), It shall be expressed in t).

ここでは、データ収集装置3から入力された圧力データを、高炉設備上の各圧力センサの設置位置情報を反映させた複数の四角形平面要素で構成される3次元立体の表面に配置し、該表面において圧力データの等値線を算出して画像情報化する方法を示す。   Here, the pressure data input from the data collection device 3 is arranged on the surface of a three-dimensional solid composed of a plurality of rectangular planar elements reflecting the installation position information of each pressure sensor on the blast furnace equipment, Shows a method of calculating isoline of pressure data and converting it to image information.

●印の地点に配置した圧力データをもとに、●印の相互空間における圧力データを空間的に補間し等値線を探索する。ここで等値線とは、空間的に分布している圧力データの中から同じ値を示している地点を線で結ぶことによって得られるものである。このとき、●印の相互間隔は、後述する等値線探索手法によって、空間的に不均等な間隔であって構わなく、空間的に等間隔である必要はない。   ● Based on the pressure data placed at the point marked with ●, the pressure data in the mutual space marked with ● is spatially interpolated to search for isolines. Here, the isoline is obtained by connecting points showing the same value from the spatially distributed pressure data with a line. At this time, the mutual intervals between the marks may be spatially unequal by an isoline search method described later, and need not be spatially equal.

空間的に分布した圧力データに対して等値線を探索するには、圧力センサ設置地点で構成される三角形要素を用いる方法が確実であるが、空間上に三角形要素を構成させるときの組み合わせには膨大な自由度がある。また、三角形要素の選択いかんによって、得られる等値線の形状が異なってしまう問題が生じる。   In order to search for isolines for spatially distributed pressure data, the method of using a triangular element composed of pressure sensor installation points is reliable. Has enormous freedom. Further, there arises a problem that the shape of the obtained isoline differs depending on the selection of the triangular element.

そこで、要素選択の自由度を下げて選択を容易にするとともに、要素選択による等値線形状の誤差を少なくする手法として、「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」を例示する。   Therefore, as a technique to reduce the isoline shape error due to element selection while lowering the degree of freedom of element selection, the "equivalence using a triangle element using a quadrilateral plane element four vertex average as a vertex" “Line Search Method” is exemplified.

図3を用いて本等値線探索手法を説明する。図2の高炉設備上の圧力センサ設置位置●印の地点全てについて、内角の一つが180度を越えない四角形平面要素で構成されるよう予め各地点を関連づけておく。この四角形平面要素に対する要素選択条件により、要素選択の自由度は低減し、要素選択を容易にすることが可能となる。高炉設備の場合、各圧力センサ位置座標は既知であるので一度関連付けを行えばよい。   The isoline search method will be described with reference to FIG. The pressure sensor installation position on the blast furnace equipment in FIG. 2 is associated with each point in advance so that one of the inner angles is constituted by a rectangular planar element that does not exceed 180 degrees. The element selection condition for the quadrangular planar element reduces the degree of freedom in element selection and facilitates element selection. In the case of a blast furnace facility, each pressure sensor position coordinate is known, and therefore, it is only necessary to make an association once.

なお、高炉設備は、シャフト角度、ボッシュ角度(朝顔角度)等を有する円錐形が部分的に組み合わせた3次元形状を有するが、その外形面は内角の一つが180度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状として表現することが可能であり、以下に説明する手法が実施可能である。   The blast furnace equipment has a three-dimensional shape in which conical shapes having a shaft angle, a Bosch angle (morning glory angle), etc. are partially combined, but the outer shape of the blast furnace equipment is a rectangular plane element whose one of the inner angles does not exceed 180 degrees. It can be expressed as a three-dimensionally combined shape, and the method described below can be implemented.

図3は、高炉のシャフト部を例に、その外形面が内角の一つが180度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状で表現できることを示した図である。   FIG. 3 is a diagram showing that a shaft portion of a blast furnace can be expressed by a shape in which a rectangular plane element whose outer surface does not exceed 180 degrees is three-dimensionally combined.

図3はシャフト部を例とした図の意味するところがわかりやすいように、内角の一つが180度を越えない四角形平面要素の4頂点a、b、c、dの配置について、点aと点dが同一炉断面円上に、また点bと点cが同一炉断面円上に配置された例を示し、4頂点に位置する圧力センサが測定する圧力データが、それぞれP(h1,r1,θ1,t)、P(h2,r2,θ1,t)、P(h2,r2,θ2,t)、P(h1,r1,θ2,t)である例を示しているが、本等値線探索手法においては、4頂点の配置について、4頂点は四角形平面要素を構成するものであれば、これ以外に特別な条件を必要としないものである。   In order to make it easy to understand the meaning of the figure in the example of the shaft portion in FIG. 3, the points a and d are arranged with respect to the arrangement of the four vertices a, b, c and d of the rectangular plane element whose one of the inner angles does not exceed 180 degrees. An example in which the points b and c are arranged on the same furnace cross-section circle and the same furnace cross-section circle is shown. Pressure data measured by the pressure sensors located at the four vertices are P (h1, r1, θ1, t), P (h2, r2, θ1, t), P (h2, r2, θ2, t), P (h1, r1, θ2, t) In the case of the arrangement of the four vertices, any other special condition is not required as long as the four vertices constitute a rectangular plane element.

したがって、以後、Pa=P(h1,r1,θ1,t)、Pb=P(h2,r2,θ1,t)、Pc=P(h2,r2,θ2,t)、Pd= P(h1,r1,θ2,t)と置き換えて、説明を続ける。   Therefore, hereinafter, Pa = P (h1, r1, θ1, t), Pb = P (h2, r2, θ1, t), Pc = P (h2, r2, θ2, t), Pd = P (h1, r1 , θ2, t), and the explanation will be continued.

ここで、この四角形平面要素の対角線の交点、すなわち図3中の○印地点eの圧力をPeとする。Peは、Pa、Pb、Pc、Pdから演算される平均値とし、例えば、相加平均として定義するものとする。
Pe=(Pa+Pb+Pc+Pd)÷4 ・・・式(1)
Here, the intersection of the diagonal lines of this quadrilateral plane element, that is, the pressure at the point “e” in FIG. Pe is an average value calculated from Pa, Pb, Pc, and Pd, and is defined as an arithmetic average, for example.
Pe = (Pa + Pb + Pc + Pd) ÷ 4 ・ ・ ・ Equation (1)

次に、この対角線上の交点○印地点eを頂点にもつ4つの三角形要素をこの四角形平面要素内部に定義する。このとき、各三角形要素の辺上の圧力データは、その辺の両端を構成する頂点の圧力データによって空間的に補間することによって得られるものとする。補間にあたっては、1次補間法等、任意の手法であって構わない。   Next, four triangular elements having apexes at the intersections o marked points e on the diagonal are defined inside the quadrangular plane elements. At this time, the pressure data on the side of each triangular element shall be obtained by spatially interpolating with the pressure data of the vertices constituting both ends of the side. In the interpolation, any method such as a primary interpolation method may be used.

図3に示す如く、仮に、今、探索したい等値線の値をP1とし、
Pa < P1 < Pd ・・・式(2)
なる関係をもって、P1の等値線が四角形平面要素abcdを構成する三角形要素ade内部に辺adを横切る形で侵入してきたものとする。このとき、式(2)の条件により、P1 は、辺ad上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図3の辺ad上に△印で示す。
As shown in FIG. 3, suppose that the value of the isoline to be searched now is P1,
Pa <P1 <Pd (2)
With this relationship, it is assumed that the isoline of P1 has entered the triangular element ade constituting the rectangular planar element abcd so as to cross the side ad. At this time, P1 exists as a pressure data point spatially interpolated on the side ad according to the condition of the expression (2), and is indicated by Δ on the side ad in FIG.

次にP1と三角形要素adeの残る頂点eの圧力Peの大小関係を比較する。
ここで、仮に、
Pa < P1 < Pe ・・・式(3)
であるとすると、P1は、辺ae上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図3の辺ae上に△印で示す。
Next, the magnitude relationship between the pressure Pe at the remaining vertex e of P1 and the triangular element ade is compared.
Here, tentatively
Pa <P1 <Pe (3)
, P1 exists as a pressure data point spatially interpolated on the side ae, and is indicated by a Δ mark on the side ae in FIG.

続いて、探索したい等値線P1が三角形要素abe内部に辺aeを横切る形で侵入したものと考え、P1と三角形要素abeの残る頂点bの圧力Pbの大小関係を比較する。ここで、仮に、
Pa < P1 < Pb ・・・式(4)
であるとすると、P1は、辺ab上に空間的に補間された圧力データ地点として存在し、図3の辺ab上に△印で示す。
Subsequently, it is assumed that the contour line P1 to be searched enters the triangle element abe so as to cross the side ae, and the magnitude relationship between the pressure Pb of P1 and the remaining vertex b of the triangle element abe is compared. Here, tentatively
Pa <P1 <Pb (4)
, P1 exists as a pressure data point spatially interpolated on the side ab, and is indicated by a Δ mark on the side ab in FIG.

以上によって得られた辺ad、辺ae、辺ab上の△印を直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を探索することができる。   By connecting Δ marks on the side ad, the side ae, and the side ab obtained as described above with a straight line, it is possible to search for an isoline of P1 in the rectangular planar element abcd.

上記の例で、式(4)の代わりに
Pb < P1 < Pe ・・・式(5)
Pb < P1 < Pc ・・・式(6)
である場合を例にとれば、このときの圧力データ地点は図3に◇印で示す如くであり、これらを直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を破線で示すことができる。
In the above example, instead of equation (4)
Pb <P1 <Pe (5)
Pb <P1 <Pc (6)
As an example, the pressure data points at this time are as shown by ◇ in FIG. 3, and by connecting them with straight lines, the isoline of P1 in the rectangular planar element abcd is shown with a broken line be able to.

また、上記の例で、式(3)、(4)の代わりに
Pd < P1 < Pe ・・・式(7)
Pd < P1 < Pc ・・・式(8)
である場合を例にとれば、このときの圧力データ地点は図3に□印で示す如くであり、これらを直線で結ぶことにより、四角形平面要素abcd内のP1の等値線を破線で示すことができる。
In the above example, instead of formulas (3) and (4)
Pd <P1 <Pe (7)
Pd <P1 <Pc (8)
As an example, the pressure data points at this time are as indicated by □ in FIG. 3, and by connecting them with straight lines, the isoline of P1 in the rectangular planar element abcd is indicated by a broken line. be able to.

以上のように、四角形平面要素の4頂点に位置する圧力データの値Pa、Pb、Pc、Pdと探索したい等値線P1がどのような大小関係にあっても、これまでに説明してきた「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」によって、図3に示す如く四角形平面要素abcd内におけるP1の等値線を探索することができる。   As described above, the description has been given so far regardless of the magnitude relationship between the pressure data values Pa, Pb, Pc, and Pd located at the four vertices of the rectangular planar element and the isoline P1 to be searched. By the “isoline search method using a triangular element using a quadrilateral plane element four-vertex average as a vertex”, an isoline of P1 in the quadrangular plane element abcd can be searched as shown in FIG.

同様にして、図3の四角形平面要素abcdに隣接する、内角の一つが180度を越えない四角形平面要素について、その対角線の交点を頂点とする4つの三角形要素を定義して同じ手法による等値線探索を繰り返すことによって、P1の等値線を図3の四角形平面要素abcdの隣接領域に連続して探索していくことができる。   Similarly, with respect to a rectangular plane element adjacent to the rectangular plane element abcd in FIG. 3 whose one of the inner angles does not exceed 180 degrees, four triangular elements whose vertexes are the intersections of the diagonal lines are defined, and equality is obtained by the same method. By repeating the line search, it is possible to continuously search for the isoline of P1 in the adjacent region of the rectangular planar element abcd in FIG.

さらに以上の処理を高炉設備上に予め設定しておく全ての四角形平面要素に繰り返すことにより、高炉設備上における等値線の探索及び描画が完了し、得られた等値線によって圧力データは高炉設備上に、ある図形(以後、コンタ図形と呼ぶ)を形成する。図4では、高炉設備上の点a近傍における圧力値P1、P2、P3の等値線を実線で示し、このうちP1の等値線で囲まれるコンタ図形をハッチングで示した例である。   Further, by repeating the above process for all the rectangular plane elements set in advance on the blast furnace equipment, the search and drawing of the isoline on the blast furnace equipment is completed, and the pressure data is obtained from the blast furnace by the obtained isolines. A certain figure (hereinafter referred to as a contour figure) is formed on the facility. FIG. 4 shows an example in which the isolines of the pressure values P1, P2, and P3 in the vicinity of the point a on the blast furnace facility are indicated by solid lines, and the contour figure surrounded by the isoline of P1 is indicated by hatching.

以上のように、高炉設備上に空間的に複数配置される圧力センサが計測する圧力データに対して、内角の一つが180度を越えない四角形平面要素を選択し、その対角線の交点に4頂点のデータの平均値を設定して、この交点を頂点にもつ三角形要素を用いて等値線を探索し描画する手法は、三角形要素のみを用いて等値線を探索する手法に比べて、要素選択の自由度を減らし選択を容易にするとともに、四角形平面要素の各頂点の平均値を頂点とする三角形要素を用いるため、要素選択に依存する等値線の探索誤差を低減できる有効な方法である。探索の最終段階で三角形要素を用いるので、探索する等値線が途中で他の等値線と交差したり、また途中で等値線が途切れたりするといった問題を発生することがないのは言うまでもない。   As described above, for the pressure data measured by a plurality of pressure sensors spatially arranged on the blast furnace equipment, a rectangular plane element whose one of the inner angles does not exceed 180 degrees is selected, and four vertices are formed at the intersections of the diagonal lines. Compared to the method of searching for isolines using only triangular elements, the method of searching for and drawing isolines using triangular elements with vertices at the intersection points It reduces the degree of freedom of selection and facilitates selection, and uses a triangular element whose vertex is the average value of each vertex of a quadrilateral plane element, so it is an effective method that can reduce isoline search errors that depend on element selection. is there. Since the triangular element is used in the final stage of the search, it goes without saying that there is no problem that the isoline to be searched intersects with another isoline on the way or the isoline is interrupted on the way. Yes.

また、ここでは、2次元平面で構成される3次元立体の表面を例に説明したが、本等値線探索手法は、3次元立体の表面を展開した2次元平面についても実施可能かつ有効な手法であることは言うまでもない。例えば、図5は、上記の方法で探索したシャフト圧力の等値線を、炉高方向・炉周方向の2次元展開平面に写像した例である。図5の(a)はシャフト圧力分布が良好な場合、(b)はシャフト圧力分布が不良な場合の事例である。なお、本発明においては、等値線の探索手法を限定する必要はなく、他の手法を用いて等値線を探索しても構わない。   In addition, here, the surface of a three-dimensional solid composed of two-dimensional planes has been described as an example. However, the isoline search method can be implemented on a two-dimensional plane in which the surface of a three-dimensional solid is developed and is effective. It goes without saying that this is a technique. For example, FIG. 5 is an example in which the isoline of the shaft pressure searched by the above method is mapped to the two-dimensional development plane in the furnace height direction and the furnace circumferential direction. FIG. 5A shows a case where the shaft pressure distribution is good, and FIG. 5B shows a case where the shaft pressure distribution is bad. In the present invention, there is no need to limit the isoline search method, and the isoline search may be performed using other methods.

以上説明した如く、画像情報化処理部5において、データ収集装置3から入力された圧力データを、高炉設備上の圧力センサ設置位置情報を反映させた四角形平面要素で構成される3次元立体の表面に配置し、等値線を描画することができる。   As described above, in the image information processing unit 5, the pressure data input from the data collection device 3 is a three-dimensional surface composed of quadrilateral planar elements reflecting pressure sensor installation position information on the blast furnace equipment. And can draw isolines.

なお、ここでは、シャフト圧力データを例に説明したが、本発明においては、温度や流速等の他の物理量の計測データや計測データの時間的変化(時間変化率)データを用いて、高炉設備上の各種センサ設置位置情報を反映させた四角形平面要素で構成される3次元立体の表面又は3次元立体の表面を展開した2次元平面に配置し、等値線を描画することができる。   Here, the shaft pressure data has been described as an example. However, in the present invention, measurement data of other physical quantities such as temperature and flow velocity, and temporal change (time change rate) data of the measurement data are used. An isoline can be drawn by arranging the surface of a three-dimensional solid composed of quadrilateral plane elements reflecting the above-described various sensor installation position information or the developed two-dimensional plane of the surface of the three-dimensional solid.

(6.独立成分分析部)
次に、独立成分分析部6において、画像情報化処理部5で画像情報化した計測データの独立成分分析を実施する。独立成分分析(Independent Component Analysis、以後、ICAと略称する)とは、観測信号がいくつかの統計的に独立な原信号の線形和からなり、原信号及びその混合状態が共に未知である場合でも、該原信号を推定する手法である。
(6. Independent component analysis unit)
Next, the independent component analysis unit 6 performs independent component analysis of the measurement data converted into the image information by the image information processing unit 5. Independent component analysis (hereinafter abbreviated as ICA) means that the observed signal consists of a linear sum of several statistically independent original signals, and both the original signal and its mixed state are unknown. This is a method for estimating the original signal.

すなわち、画像情報化処理部5で画像情報化した計測データは、炉内状態を反映したいくつかの統計的に独立な画像情報成分の原信号が線形に混合されることで構成されていると仮定し、本発明は、高炉の操業状態の監視にあたって、画像情報化した計測データの統計的に独立な画像情報成分の原信号、すなわち画像情報の独立成分を算出し、類似度指数を定義して該類似度を定量的に評価し、過去の類似操業事例を効率よく検索する。また、該独立成分の時系列推移を監視する。   That is, the measurement data converted into the image information by the image information processing unit 5 is configured by linearly mixing the original signals of several statistically independent image information components reflecting the state in the furnace. Assuming that, in monitoring the operating state of the blast furnace, the present invention calculates the original signal of the statistically independent image information component of the measurement data converted into image information, that is, the independent component of the image information, and defines the similarity index. Thus, the similarity is quantitatively evaluated, and past similar operation cases are efficiently searched. In addition, the time series transition of the independent component is monitored.

ここで、ICAアルゴリズムについて説明する。ICAアルゴリズムには、独立成分を計算するための評価関数の違い、収束計算方法の選び方により、いくつかのアルゴリズムが提案されている。ここでは、その中から、Aapo Hyvarianらが論文(非特許文献1)で、Aapo Hyvarien、Juha Karhunen及びErikki Ojaが著作の書籍(非特許文献2)で提案しているFastICAと呼ばれるアルゴリズムを例に説明する。なお、以後に示す各式において、各変数は、行列は大文字の太字書体、ベクトルは小文字の太字書体、スカラーは斜自体で示す。   Here, the ICA algorithm will be described. Several algorithms have been proposed for the ICA algorithm depending on the difference in evaluation function for calculating the independent component and the method of selecting the convergence calculation method. Here, the algorithm called FastICA proposed by Aapo Hyvarian et al. In a paper (Non-Patent Document 1) and Aapo Hyvarien, Juha Karhunen, and Erikki Oja in a book (Non-Patent Document 2) is taken as an example. explain. In each equation shown below, each variable is indicated by an uppercase bold typeface for a matrix, a lowercase bold typeface for a vector, and a slant itself for a scalar.

まず、ICAが解くべき問題について整理する。ある時刻tにおいて観測されるm次元入力信号をベクトルx(t)とし、ベクトルx(t)は統計的に独立でn次元の原信号ベクトルs(t)の線形結合であると仮定する。すなわち、下式(9)〜(11)で表される。ここで、Tは転置を表わす。行列Aは、m行×n列の実数行列であり、混合行列と呼ぶ。 First, the problems that ICA should solve are summarized. Assume that an m-dimensional input signal observed at a certain time t is a vector x (t) , and the vector x (t) is a statistically independent and linear combination of n-dimensional original signal vectors s (t) . That is, it is expressed by the following formulas (9) to (11). Here, T represents transposition. The matrix A is a real matrix of m rows × n columns and is called a mixing matrix.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

このとき、ICAは、原信号ベクトルs(t)及び混合行列Aに関する知識を一切持たずに、観測信号ベクトルx(t)の非ガウス性(非正規性)を定量的に算出し評価することによって、混合行列Aとn個の統計的に独立な成分を持つベクトルy(t)を同時に推定する手法である。以後、ベクトルy(t)を復元信号ベクトルと呼ぶ。 At this time, the ICA quantitatively calculates and evaluates the non-Gaussianity (non-normality ) of the observed signal vector x (t) without having any knowledge about the original signal vector s (t) and the mixing matrix A. Thus, the mixing matrix A and the vector y (t) having n statistically independent components are simultaneously estimated. Hereinafter, the vector y (t) is referred to as a restored signal vector.

このとき、n≦mならば、解が存在する。すなわち、あるn行×m列の実数行列Wが存在し、下式(12)によって互いに統計的に独立なn次元の復元信号ベクトルy(t)を再構成できる。このとき、実数行列Wを分離行列と呼ぶ。 At this time, if n ≦ m, a solution exists. That is, there exists a real matrix W of some n rows × m columns, and n-dimensional restored signal vectors y (t) that are statistically independent from each other can be reconstructed by the following equation (12). At this time, the real matrix W is called a separation matrix.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

そして、下式(13)であれば、(Iは、n行×n列の単位行列である)、復元信号ベクトルy(t)と原信号ベクトルs(t)は一致する。 In the case of the following expression (13) (I is a unit matrix of n rows × n columns), the restored signal vector y (t) matches the original signal vector s (t) .

Figure 2005133115
Figure 2005133115

しかし、復元信号ベクトルy(t)の成分の順番を入れ替えても独立性は保たれ、また、各成分の大きさも独立性には影響を与えないことから、実際には、下式(14)を満足すればよい。このとき、Pは各列、各行に一つだけ1を持つn行×n列の行列で各成分の順番を入れ替える順列行列と呼び、Dは各成分の大きさを決めるn行×n列の対角行列でスケーリング行列と呼ぶ。 However, the independence is maintained even if the order of the components of the restored signal vector y (t) is changed, and the magnitude of each component does not affect the independence. Should be satisfied. In this case, P is called a permutation matrix in which the order of each component is replaced by a matrix of n rows × n columns having only one in each column and each row, and D is an n row × n column that determines the size of each component. A diagonal matrix is called a scaling matrix.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

すなわち、ICAが解くべき問題は、成分の順序と大きさの2つの任意性を許容した上で、統計的に独立な復元信号ベクトルy(t)と分離行列Wを求めることである。 That is, the problem to be solved by the ICA is to obtain a statistically independent restoration signal vector y (t) and a separation matrix W while allowing two arbitrary characteristics of the order and size of the components.

次に、ICAの解法について、具体的に順を追って説明する。まず、観測信号ベクトルx(t)に対して、中心化(centering)及び白色化(whitening)と呼ばれる前処理を実施する。 Next, the ICA solution will be explained in specific steps. First, preprocessing called centering and whitening is performed on the observed signal vector x (t) .

中心化(centering)とは、観測信号ベクトルx(t)の平均値ベクトル(下記(15))を引き算することで観測信号ベクトルの平均を零とすることである。すなわち、中心化後の観測信号ベクトルをx^(t)とすると、下式(16)、(17)である。 The centering means that the average of the observed signal vectors is zeroed by subtracting the average value vector ((15) below ) of the observed signal vectors x (t) . That is, if the observation signal vector after centering is x ^ (t) , the following equations (16) and (17) are obtained.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

このことは、式(11)の両辺の期待値をとって両辺から引き算することにより、原信号ベクトルs(t)も零平均化することを意味している。すなわち、原信号ベクトルs(t)の平均値ベクトルを下式(18)とし、中心化後の原信号ベクトルをs^(t)とすると、式(11)は、下式(19)、(20)となる。 This means that the original signal vector s (t) is also zero-averaged by taking the expected values of both sides of equation (11) and subtracting from both sides. That is, if the average value vector of the original signal vector s (t) is expressed by the following expression (18) and the original signal vector after centering is expressed by s ^ (t) , expression (11) can be expressed by the following expressions (19), 20).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

このとき、下式(21)となる。式(11)の代わりに式(20)を用いても一般性は失われない。   At this time, the following equation (21) is obtained. Even if equation (20) is used instead of equation (11), generality is not lost.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

白色化(whitening)とは、信号の分散を正規化し、それらの相互間を無相関する処理で、FastICAアルゴリズムでは主成分分析(Principal Component Analysis)を用いて、以下のように実施される。   Whitening is a process of normalizing the variance of signals and decorrelating them. The FastICA algorithm uses principal component analysis as follows.

中心化された観測信号ベクトルx^(t)の共分散行列(下式(22))の固有値分解を下式(23)として、観測信号ベクトルx^(t)は、下式(24)と変換される。 The eigenvalue decomposition of the covariance matrix of the centralized observation signal vector x ^ (t) (the following expression (22)) is expressed by the following expression (23), and the observation signal vector x ^ (t) is expressed by the following expression (24): Converted.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

ここで、Dは共分散行列Σx^の固有値を降順に対角成分とする対角行列(下式(25))であり、Eは下式(26)の固有ベクトルの直交行列である。z(t)は白色化された観測信号であり、下式(27)となる。 Here, D is a diagonal matrix (the following equation (25)) in which the eigenvalues of the covariance matrix Σ x ^ are diagonal components in descending order, and E is an orthogonal matrix of the eigenvector of the following equation (26). z (t) is a whitened observation signal and is represented by the following equation (27).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

このとき、式(24)に式(20)を代入すると下式(28)となり、下式(29)とおくと、式(28)は下式(30)となり、中心化され白色化された観測信号ベクトルz(t)は、中心化された原信号ベクトルs^(t)が式(29)で変換された混合行列A〜による線形結合であることがわかる。式(11)又は式(20)の代わりに式(30)を用いても一般性は失われない。 At this time, substituting equation (20) into equation (24) yields the following equation (28), and when substituting the following equation (29), equation (28) becomes the following equation (30), which is centralized and whitened: It can be seen that the observed signal vector z (t) is a linear combination of the mixing matrix A˜ obtained by transforming the centered original signal vector s (t) by the equation (29). Even if the equation (30) is used instead of the equation (11) or the equation (20), the generality is not lost.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

なお、このとき、白色化後の復元信号ベクトルy(t)を求める式は、分離行列Wを用いて、下式(31)となる。 At this time, the expression for obtaining the restored signal vector y (t) after whitening is expressed by the following expression (31) using the separation matrix W.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

中心化と白色化は、ICAに必ずしも必要な前処理ではないが、観測信号ベクトルの次元を縮小し、計算量を削減できること、ICAの最適化を行う空間を直交空間に限定することにより、収束性を向上させることができる。   Although centering and whitening are not necessarily pre-processing required for ICA, convergence is achieved by reducing the size of the observed signal vector and reducing the amount of calculation, and limiting the space for ICA optimization to orthogonal space. Can be improved.

確率理論における中心極限定理(The Center Limit Theorem)によって、任意の同一分布特性をもつ独立な確率変数y1(t)、y2(t)の和y1(t)+y2(t)の分布特性は、もとの2つの変数y1(t)、y2(t)の分布特性よりもガウス分布に近づき、和y1(t)+y1(t)+・・・+yN(t)は個数Nが大きくなるにつれてガウス分布則に従うことが保証されている。 Distribution of independent random variables y 1 (t) and y 2 (t) with arbitrary identical distribution characteristics y 1 (t) + y 2 (t) by the Center Limit Theorem in probability theory The characteristics are closer to the Gaussian distribution than the distribution characteristics of the original two variables y 1 (t) and y 2 (t) , and the sum y 1 (t) + y 1 (t) +... + Y N (t) Is guaranteed to follow the Gaussian distribution rule as the number N increases.

換言すると、復元信号ベクトルy(t)の分布がガウス分布から離れていればいるほど、すなわち非ガウス性が大きければ大きいほど、復元信号y(t)は独立に近づいていく。復元信号ベクトルy(t)の非ガウス性は、下式(32)に示すように、y(t)の各成分yi(t)の4次の統計量である尖度(kurtosis)で評価できる。 In other words, the farther the distribution of the restored signal vector y (t) is from the Gaussian distribution, that is, the greater the non-Gaussianity, the closer the restored signal y (t) becomes. Non-Gaussianity of the restored signal vector y (t ) is evaluated by kurtosis, which is a fourth-order statistic of each component y i (t) of y (t) , as shown in the following equation (32). it can.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

したがって、尖度を最大もしくは最小にするような分離行列Wを求めれば、復元信号ベクトルy(t)の各成分は互いに独立となる。なお、観測信号ベクトルの白色化(whitening)を行い、直交空間上での最適化を考えた場合、式(32)の右辺第2項は定数項になる。 Therefore, if a separation matrix W that maximizes or minimizes the kurtosis is obtained, the components of the restored signal vector y (t) are independent of each other. Note that when the observation signal vector is whitened and optimization in an orthogonal space is considered, the second term on the right side of Equation (32) is a constant term.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

したがって、復元信号ベクトルy(t)の独立性の評価関数は、下式(34)のようになる。 Accordingly, the independence evaluation function of the restored signal vector y (t) is expressed by the following equation (34).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

Hyvarinenらが提案するFastICAアルゴリズムでは、尖度を用いて独立成分yi(t)を一つずつバッチ方式で抽出する。この解法は、収束性がよく、かつ高速であるとされている。 The FastICA algorithm proposed by Hyvarinen et al. Uses the kurtosis to extract independent components y i (t) one by one in a batch mode. This solution is said to have good convergence and high speed.

このとき、復元信号ベクトルy(t)の独立性の評価式(34)は、下式(35)のようにベクトル標記になる。式(35)をwiで偏微分をして、下式(36)としてwiを変化させたとき、その変化特性から第i番目の独立成分yi(t)を抽出する分離ベクトルwiを計算する。 At this time, the independence evaluation formula (34) of the restored signal vector y (t) becomes a vector notation as in the following formula (35). And a partial differential equation (35) with w i, when changing the w i as the following equation (36), separating the vector w i to extract the i-th independent component y i (t), from the change characteristic Calculate

Figure 2005133115
Figure 2005133115

式(36)で、gは4次式の勾配であるので3次式となるが、アルゴリズムの安定性等を考慮して、例えば下式(37)に示すように、シグモイド関数tanhを用いることが提案されている。   In Equation (36), g is a gradient of a quartic equation, so it becomes a cubic equation. However, considering the stability of the algorithm, for example, use the sigmoid function tanh as shown in Equation (37) below. Has been proposed.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

FastICAが解くべき問題は、最終的に下式(38)なる制限条件のもとで、式(35)の左辺を最大化又は最小化する分離ベクトルwiを求めることに帰着する。 The problem to be solved by FastICA finally results in obtaining a separation vector w i that maximizes or minimizes the left side of equation (35) under the limiting condition of equation (38) below.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

そこで、この問題を、Newton-Raphson法で解くとすると、第i番目の独立成分yi(t)を抽出する分離ベクトルwiの更新式は、下式(39)、(40)となる。 Therefore, if this problem is solved by the Newton-Raphson method, the update equations of the separation vector w i for extracting the i-th independent component y i (t) are the following equations (39) and (40).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

ここで、w〜iは更新後の分離ベクトルである。μは学習係数でありμ=1と設定するが,収束性に問題がある場合、例えば0.1又は0.01といった1より小さい値に設定する。 Here, w to i are the updated separation vectors. μ is a learning coefficient and is set to μ = 1. However, if there is a problem with convergence, it is set to a value smaller than 1, such as 0.1 or 0.01.

Newton-Raphson法における収束計算は、分離ベクトルwiの初期値として、例えば乱数を設定し、式(39)と式(40)を繰り返し実行する。 In the convergence calculation in the Newton-Raphson method, for example, a random number is set as the initial value of the separation vector w i , and Expressions (39) and (40) are repeatedly executed.

そして、下式(43)で示すように更新後の分離ベクトルw〜iと更新前の分離ベクトルwiの差又は和の大きさ(ノルム)がある大きさ以下になった場合、収束したと判定し、このときの分離ベクトルw〜iを求める分離ベクトルwiとする。 Then, when it becomes less than the magnitude (norm) is sized to the difference or the sum of the separate vector w i of pre-update and post-update separation vector w to i as shown by the following formula (43), to have converged It determined, and the separation vector w i for obtaining the separation vector w to i at this time.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

式(43)で和を考えるのは、式(14)を用いて説明したように、更新の前後で分離ベクトルが一致する場合はw〜i=wiだけでなく、方向が反対の分離ベクトルに更新された場合、すなわちw〜i=−wiの場合も解となりうるからである。 Consider the sum in equation (43), as described with reference to equation (14), if before and after the update separation vector matches well w to i = w i, the direction opposite to the separation vector If it is updated, that is, because it can be a solution even if the w~ i = -w i.

FastICAは、分離行列Wの要素であるm次元の分離ベクトルwiを一つずつn個まで求めていく。まず最初にi=1として、第1番目の独立成分y1(t)を抽出する分離ベクトルw1が求められたら、同様にして、第2独立成分y2(t)を抽出する分離ベクトルw2を求め、最終的に第n独立成分yn(t)を抽出する分離ベクトルwnを求めていく。 FastICA calculates up to n m-dimensional separation vectors w i that are elements of the separation matrix W one by one. First, assuming that i = 1, the separation vector w 1 for extracting the first independent component y 1 (t) is obtained. Similarly, the separation vector w for extracting the second independent component y 2 (t) is obtained. 2 calculated, will ultimately determine the separation vector w n for extracting the n independent component y n (t).

このとき、観測信号ベクトルx(t)に対して、白色化の前処理を行った場合、第2独立成分以降の計算では、第i独立成分の分離ベクトルwiの更新において、下式(44)の各行ベクトルを直交化することにより、既に復元されたi−1個の分離ベクトルと重複して抽出されることを防ぐことができる。 At this time, when the preprocessing of whitening is performed on the observation signal vector x (t) , in the calculation after the second independent component, in the update of the separation vector w i of the i-th independent component, the following expression (44 By orthogonalizing each row vector of (), it is possible to prevent the i-1 separated vectors that have already been restored from being duplicated and extracted.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

第i独立成分の分離ベクトルwiの直交化は、例えば、下式(45)で行う。 The i-th independent component separation vector w i is orthogonalized by, for example, the following equation (45).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

そして、第n番目の分離ベクトルwnの計算が完了すると、求めるべきn行×m列の分離行列Wが決定される。このとき、求めるべき統計的に独立な復元信号ベクトルy(t)は、式(31)で得られる。 When the calculation of the nth separation vector wn is completed, an n-row × m-column separation matrix W to be obtained is determined. At this time, a statistically independent restoration signal vector y (t) to be obtained is obtained by Expression (31).

これまでにICAアルゴリズムの例として説明してきたHyvarianらが提案したFastICAアルゴリズムの処理を示すフローチャートを図6に示す。本発明は、図6で例示したFastICAアルゴリズムを高炉に複数設置された各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面上で画像情報化した計測データに適用する。本発明においては、FastICA以外のICAアルゴリズムを用いても構わないことは言うまでもない。   FIG. 6 is a flowchart showing the FastICA algorithm processing proposed by Hyvarian et al., Which has been described as an example of the ICA algorithm. In the present invention, the FastICA algorithm illustrated in FIG. 6 is imaged on the surface of a two-dimensional plane or a three-dimensional solid composed of two-dimensional planes reflecting the installation positions of a plurality of sensors installed in the blast furnace. Apply to data. In the present invention, it goes without saying that an ICA algorithm other than FastICA may be used.

(高炉操業における画像情報化計測データへのICAの適用)
高炉操業における画像情報化した計測データのなかから、図5で例示したシャフト圧力の炉高・炉周方向2次元平面展開画像を例に、本発明におけるICAの実施方法を以下に説明する。
(Application of ICA to image information measurement data in blast furnace operation)
From the measurement data converted into image information in the operation of the blast furnace, the implementation method of the ICA in the present invention will be described below, taking as an example the two-dimensional flat image of the furnace pressure and the furnace height in the shaft pressure exemplified in FIG.

まず、図5で例示した画像情報化処理部5で生成するシャフト圧力の炉高方向・炉周方向2次元平面展開画像に対し、図7で例示するような炉高座標軸に14点、炉周角度座標軸に14点の基準座標を設け、これらの基準座標で構成される格子上のシャフト圧力データを取り出す。   First, with respect to the furnace height direction / furnace circumferential direction two-dimensional plane development image of the shaft pressure generated by the image information processing unit 5 illustrated in FIG. 5, 14 points on the furnace height coordinate axis as illustrated in FIG. Fourteen reference coordinates are provided on the angle coordinate axis, and shaft pressure data on a grid constituted by these reference coordinates is extracted.

このとき、各格子には図7に例示する格子番号を付与しておき、取り出されたシャフト圧力データを格子番号と対応させて、14×14=196次元のベクトルx(t)に格納する。このとき、ベクトルx(t)は、ICAにおける観測信号ベクトルx(t)に対応し、m=196である。 At this time, a lattice number illustrated in FIG. 7 is assigned to each lattice, and the extracted shaft pressure data is stored in a 14 × 14 = 196-dimensional vector x (t) in association with the lattice number. At this time, the vector x (t) corresponds to the observed signal vector x (t) in ICA, and m = 196.

ここでは、画像情報化した計測データへのICAの適用にあたり、14×14の等間隔格子で画像情報を取り出す例を示したが、本発明においては、格子は等間隔格子である必要はなく、さらに格子数、すなわち観測信号ベクトルx(t)の次元数mは他の値であって構わない。 Here, an example in which image information is extracted with a 14 × 14 equidistant lattice in the application of ICA to measurement data converted into image information has been shown. However, in the present invention, the lattice does not need to be an equidistant lattice, Further, the number of grids, that is, the dimension number m of the observation signal vector x (t) may be another value.

ここで、tは時間である。すなわち、シャフト圧力データをデータ収集装置3で時系列に収集し、画像情報化処理部5で逐次画像情報化を実行することで、ある量の画像データを生成、収集できる。   Here, t is time. That is, the shaft pressure data is collected in time series by the data collecting device 3 and the image information processing unit 5 sequentially executes image information processing, whereby a certain amount of image data can be generated and collected.

例えば、一つの実施例として、ある高炉において1年間連続して時間間隔ΔT=5[min]でシャフト圧力の画像データを生成すると、12ヶ月×30日×24時間×60分÷5分=103,680枚の画像データが収集でき、独立成分分析部6は、収集した画像データに対して図7で例示する基準座標を用いて画像データベクトルx(t)を生成する。 For example, as one example, when image data of shaft pressure is generated at a time interval ΔT = 5 [min] continuously for one year in a certain blast furnace, 12 months × 30 days × 24 hours × 60 minutes ÷ 5 minutes = 103 , 680 image data can be collected, and the independent component analysis unit 6 generates an image data vector x (t) using the reference coordinates illustrated in FIG. 7 for the collected image data.

さらに、独立成分分析部6は、ICAアルゴリズムを用いて、画像データベクトルx(t)の分離行列Wと独立成分信号ベクトルy(t)を計算する。 Further, the independent component analysis unit 6 calculates the separation matrix W of the image data vector x (t) and the independent component signal vector y (t) using the ICA algorithm.

独立成分分析部6の実施例として、図8及び図9を例示する。図8は、ある高炉の2001年1月1日00時00分から2001年12月31日23時55分までの一年分のシャフト圧力データを画像情報化処理部5において時間間隔Δt=5[min]で画像情報化し、独立成分分析部6で計算した分離行列Wを示している。このとき、シャフト圧力の独立成分信号ベクトルy(t)の次元数nは、n=10と設定した。したがって、分離行列Wはn×m=10行×196列の行列である。 FIG. 8 and FIG. 9 are illustrated as examples of the independent component analysis unit 6. FIG. 8 shows that the shaft pressure data for one year from January 1st, 2001, 00:00:00 to December 31, 2001, 23:55, at a time interval Δt = 5 [ min] represents image information, and the separation matrix W calculated by the independent component analysis unit 6 is shown. At this time, the dimension number n of the independent component signal vector y (t) of the shaft pressure was set to n = 10. Therefore, the separation matrix W is a matrix of n × m = 10 rows × 196 columns.

図9は、このときの独立成分信号ベクトルy(t)を示している。図9は、独立成分信号ベクトルy(t)の第1番目の成分y1(t)から第10番目の成分y10(t)を時系列に示したものである。図9の横軸は時間t[min]であり、0[min]が2001年1月1日00時00分に、5.256×105[min]が2001年12月31日23時55分に対応する。 FIG. 9 shows the independent component signal vector y (t) at this time. Figure 9 is a diagram showing an independent component signal vector y (t) 1st component y 1 from (t) 10th component y 10 of (t) in time series. The horizontal axis of FIG. 9 is time t [min], 0 [min] is January 1, 2001 00:00, and 5.256 × 10 5 [min] is December 31, 2001 23:55. Corresponds to minutes.

ここでは、独立成分信号ベクトルy(t)の次元数nをn=10と設定した例を示したが、本発明においては、他の値であっても構わない。 Here, an example in which the dimension number n of the independent component signal vector y (t) is set to n = 10 is shown, but other values may be used in the present invention.

なお、ここでは、実施例の一例として、ある高炉の過去一年分のシャフト圧力データに対して画像データベクトルx(t)を生成し、その分離行列Wと独立成分信号ベクトルy(t)を求める例を説明したが、本発明においては、データ収集装置3で時々刻々収集されるシャフト圧力データを逐次画像データベクトルx(t)化して過去のシャフト圧力データと共に蓄積し、時間の推移に対応しながら逐次分離行列Wを再計算し、逐次独立成分信号ベクトルy(t)を求めても構わない。 Here, as an example of the embodiment, an image data vector x (t) is generated for shaft pressure data for a past blast furnace for one year, and its separation matrix W and independent component signal vector y (t) are obtained. In the present invention, the shaft pressure data collected every moment by the data collecting device 3 is sequentially converted into an image data vector x (t) and accumulated together with the past shaft pressure data in the present invention to cope with the time transition. Alternatively, the sequential separation matrix W may be recalculated to obtain the sequential independent component signal vector y (t) .

(7.類似操業事例検索部)
本発明における高炉操業の操業監視方法は、現時点での操業状態がどのような特徴を有しているかを明確にし、それが過去のどの時期の操業状態と類似しているかを正確に検索し、そして、そのときの操業状態の推移やそのときに実行した操業条件を参考にして、今後の操業条件を決定していく。
(7. Similar Operation Case Search Department)
The operation monitoring method of the blast furnace operation in the present invention clarifies what characteristics the current operation state has, and accurately retrieves the past operation state in which it is similar, Then, future operation conditions are determined with reference to the transition of the operation state at that time and the operation conditions executed at that time.

すなわち、本発明は、独立成分分析部6で計算した独立成分信号ベクトルy(t)と分離行列Wを独立成分・分離行列評価部7で評価し、その結果を用いて現時点での操業状態がどのような特徴を有しているかを明確にする。 That is, in the present invention, the independent component signal vector y (t) and the separation matrix W calculated by the independent component analysis unit 6 are evaluated by the independent component / separation matrix evaluation unit 7, and the current operation state is determined using the result. Clarify what features it has.

さらに、類似操業事例検索部8でそれが過去のどの時期の操業状態と類似しているかを正確に検索することにより、そのとき操業状態の推移やそのときに実行した操業条件を参考にして、今後の操業条件を決定する。   Furthermore, by searching exactly in which past operation state is similar in the similar operation example search unit 8, referring to the transition of the operation state and the operation conditions executed at that time, Determine future operating conditions.

ここで、独立成分・分離行列評価部7及び類似操業事例検索部8で実施する独立成分信号ベクトルy(t)を用いた類似画像データの検索方法について説明する。 Here, a method of searching for similar image data using the independent component signal vector y (t) implemented by the independent component / separation matrix evaluation unit 7 and the similar operation example search unit 8 will be described.

独立成分分析部6でn次元の独立成分信号ベクトルy(t)を計算する。ここで、時間tは、適切な時間周期で離散化された離散化時間t=1,2,3,・・・,Tとする。 The independent component analysis unit 6 calculates an n-dimensional independent component signal vector y (t) . Here, the time t is assumed to be a discretization time t = 1, 2, 3,..., T discretized at an appropriate time period.

n次元の独立成分信号ベクトルy(t)とn行×m列の分離行列W、及びこれらの算出に用いたm次元の画像データベクトルx(t)の間には、式(12)の関係が成立する。式(12)は、画像データベクトルx(t)と独立成分信号ベクトルy(t)は分離行列Wを介して一対一対応であることを示しており、同じ画像の独立成分信号ベクトルy(t)は互いに一致する。 Between the n-dimensional independent component signal vector y (t) , the n-row × m-column separation matrix W, and the m-dimensional image data vector x (t) used for these calculations, the relationship of equation (12) Is established. Equation (12) shows that the image data vector x (t) and the independent component signal vector y (t) have a one-to-one correspondence via the separation matrix W, and the independent component signal vector y (t ) Match each other.

すなわち、検索したい画像(以後、教師画像と呼ぶ)の画像データベクトルxsに対応する独立成分信号ベクトルを下式(46)とすると、同じ画像の画像データベクトルx(t)の独立成分信号ベクトルy(t)は、下式(47)となることが必要十分条件である。 That is, when the independent component signal vector corresponding to the image data vector x s of the image to be searched (hereinafter referred to as a teacher image) is expressed by the following equation (46), the independent component signal vector of the image data vector x (t) of the same image It is a necessary and sufficient condition that y (t) becomes the following formula (47).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

そして、教師画像と類似性の高い画像の関係は、その類似性が高ければ高いほど、独立成分信号ベクトル相互の類似性が高く、すなわち下式(48)であると考えることができる。   The relationship between the teacher image and the image having high similarity can be considered as the similarity between the independent component signal vectors is higher as the similarity is higher, that is, the following equation (48).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

そこで、教師画像と類似性の高い画像を効率よく検索する方法として、独立成分信号ベクトルの類似性に着目し、同じ画像であれば1となるような類似度指数を定義し、この類似度指数を用いて教師画像の類似画像を検索する方法を以下に例示する。ここでは、類似度指数を教師画像と類似画像が満足するいくつかの必要条件を複数組み合わせた形態で定義することにより、類似度指数の値が大きく1に近ければ近いほど類似性が高いことと対応させる。   Therefore, as a method for efficiently searching for images having high similarity to the teacher image, attention is paid to the similarity of the independent component signal vectors, and a similarity index that is 1 is defined for the same image. An example of a method for searching for similar images of a teacher image using the is shown below. Here, by defining the similarity index in the form of a combination of several necessary conditions that the teacher image and the similar image satisfy, the similarity index increases as the value of the similarity index is larger and closer to 1. Make it correspond.

(必要条件1)
教師画像と類似画像の関係における必要条件は、教師画像の独立成分信号ベクトルysと類似画像の独立成分信号ベクトルy(t)の誤差2乗和(ノルム)が小さいことである。必要条件1に対応する類似度指標f* 1(t)の定義及び計算方法を、式(49)及び式(50)に例示する。
(Requirement 1)
A necessary condition in the relationship between the teacher image and the similar image is that the error square sum (norm) between the independent component signal vector y s of the teacher image and the independent component signal vector y (t) of the similar image is small. The definition and calculation method of the similarity index f * 1 (t) corresponding to the necessary condition 1 are illustrated in Expression (49) and Expression (50).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

この定義から画像が教師画像に類似であればあるほど類似度指標f* 1(t)は1に近づき、類似でなければないほど類似度指標f* 1(t)は0に近づく。
(必要条件2)
教師画像と類似画像の関係の必要条件は、下記の数25に示す関係があることである。
From this definition, the similarity index f * 1 (t) approaches 1 as the image is similar to the teacher image, and the similarity index f * 1 (t) approaches 0 as it is not similar.
(Requirement 2)
A necessary condition for the relationship between the teacher image and the similar image is that the relationship shown in the following Expression 25 is satisfied.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

分離行列Wは逆行列を持つので、式(12)より下式(51)となる。   Since the separation matrix W has an inverse matrix, the following equation (51) is obtained from equation (12).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

画像データベクトルx(t)は統計的に独立なn次元の独立成分信号ベクトルy(t)の線形結合であることがわかる。必要条件2は画像データベクトルx(t)を独立成分信号ベクトルy(t)の線形結合で構成するとき、最も支配的となる独立成分の一致度合いに着目した条件である。必要条件2に対応する類似度指標f* 2(t)の定義及び計算方法を、式(52)〜式(55)に例示する。 It can be seen that the image data vector x (t) is a linear combination of statistically independent n-dimensional independent component signal vectors y (t) . Necessary condition 2 is a condition that pays attention to the degree of coincidence of the independent components that becomes the most dominant when the image data vector x (t) is constituted by a linear combination of the independent component signal vectors y (t) . The definition and calculation method of the similarity index f * 2 (t) corresponding to the necessary condition 2 are exemplified in Expression (52) to Expression (55).

Figure 2005133115
Figure 2005133115

この定義から画像が教師画像データを類似であればあるほど類似度指標f* 2(t)は1に近づき、類似でなければないほど類似度指標f* 2(t)は0に近づく。 From this definition, the similarity index f * 2 (t) approaches 1 as the image is similar to the teacher image data, and the similarity index f * 2 (t) approaches 0 as it is not similar.

そして、本発明では、必要条件1に対応する類似度指標f* 1(t)と必要条件2に対応する類似度指標f* 2(t)を組み合わせた類似度指標として、式(56)で例示する類似度指数f* (t)を定義し、計算する。 In the present invention, the similarity index f * 1 (t) corresponding to the necessary condition 1 and the similarity index f * 2 (t) corresponding to the necessary condition 2 are used as a similarity index by the expression (56). An exemplary similarity index f * (t) is defined and calculated.

Figure 2005133115
Figure 2005133115

この定義から、必要条件1と必要条件2を同時に考慮して、画像が教師画像に類似であればあるほど類似度指標f* (t)は1に近づき、類似でなければないほど類似度指標f* (t)は0に近づく。 From this definition, considering the necessary condition 1 and the necessary condition 2 at the same time, the similarity index f * (t) approaches 1 as the image is more similar to the teacher image, and the similarity index as the image is not similar f * (t) approaches zero.

さらに、本発明における類似画像データの検索方法は、教師画像の独立成分信号ベクトルysが与えられたとき、検索対象範囲の画像データの独立成分信号ベクトルy(t)から類似度指標f* (t)を計算し、該類似度指標f* (t)の値の大小にしたがって独立成分信号ベクトルy(t)を離散化時間について並びかえる。その結果、検索対象範囲の独立成分信号ベクトルy(t)を教師画像と類似性の高い順番に並びかえて、その時間を特定することができ、その時間から類似画像を特定することができる。 Furthermore, in the method for searching for similar image data in the present invention, when the independent component signal vector y s of the teacher image is given, the similarity index f * ( ) is calculated from the independent component signal vector y (t) of the image data in the search target range. t) is calculated, and the independent component signal vector y (t) is rearranged with respect to the discretization time according to the magnitude of the value of the similarity index f * (t) . As a result, the independent component signal vectors y (t) in the search target range can be rearranged in order of high similarity to the teacher image, and the time can be specified, and the similar image can be specified from the time.

これまでに説明してきた類似画像データの検索方法のフローチャートを図10に示す。   FIG. 10 shows a flowchart of the similar image data search method described so far.

次に、図10で示した類似画像データの検索方法による類似画像の検索実施例を示す。図5の(a)で例示したシャフト圧力分布が良好な場合(2001年12月20日09時50分)のシャフト圧力画像を教師画像とし、前記実施例の一年分の画像データから類似画像を検索する。すなわち、前記実施例で例示した一年分の画像データの独立成分信号ベクトルy(t)から類似度指数f* (t)を計算し、類似度指数f* (t)の値が1に近い時間の画像から順に3つを類似画像の第1候補、第2候補、第3候補とする。このときの類似度指数f* (t)による並びかえ結果を図11に、また、各候補の時間から特定される3つの類似画像を図12に示す。図12において、検索された3つの類似画像は検索候補の順に教師画像と類似しており、本検索方法は有効である。 Next, a similar image search embodiment according to the similar image data search method shown in FIG. 10 will be described. The shaft pressure image when the shaft pressure distribution illustrated in FIG. 5A is good (09:50 on December 20, 2001) is used as a teacher image, and a similar image is obtained from the image data for one year in the embodiment. Search for. That is, the similarity index f * (t) is calculated from the independent component signal vector y (t) of the image data for one year exemplified in the above embodiment, and the value of the similarity index f * (t) is close to 1. Three images from the time image are sequentially set as a first candidate, a second candidate, and a third candidate for similar images. FIG. 11 shows the rearrangement result based on the similarity index f * (t) at this time, and FIG. 12 shows three similar images specified from the time of each candidate. In FIG. 12, the searched three similar images are similar to the teacher image in the order of search candidates, and this search method is effective.

同様にして、図5の(b)で例示したシャフト圧力が不良な場合(2001年12月15日06時50分)のシャフト圧力画像を教師画像とし、前記実施例の一年分の画像データから類似画像を検索する。すなわち、前記実施例で例示した一年分の画像データの独立成分信号ベクトルy(t)から類似度指数f* (t)を計算し、類似度指数f* (t)の値が1に近い時間の画像から順に3つを類似画像の第1候補、第2候補、第3候補とする。このときの類似度指数f* (t)による並びかえ結果を図13に、また、各候補の時間から特定される3つの類似画像を図14に示す。図14において、検索された3つの類似画像は検索候補の順に教師画像と類似しており、本検索方法は有効である。 Similarly, the shaft pressure image when the shaft pressure illustrated in FIG. 5B is poor (06:50 on December 15, 2001) is used as a teacher image, and image data for one year of the embodiment is used. Search for similar images. That is, the similarity index f * (t) is calculated from the independent component signal vector y (t) of the image data for one year exemplified in the above embodiment, and the value of the similarity index f * (t) is close to 1. Three images from the time image are sequentially set as a first candidate, a second candidate, and a third candidate for similar images. FIG. 13 shows the rearrangement result based on the similarity index f * (t) at this time, and FIG. 14 shows three similar images specified from the time of each candidate. In FIG. 14, the three similar images searched are similar to the teacher image in the order of search candidates, and this search method is effective.

図10〜図14の結果から、本発明による類似画像データの検索方法は、シャフト圧力の展開画像の特徴的な2つの画像事例を区別し、かつ各々画像の類似画像が検索できる。   From the results of FIGS. 10 to 14, the similar image data retrieval method according to the present invention can distinguish two characteristic image examples of the developed image of shaft pressure and retrieve similar images of each image.

本発明による類似画像データの検索方法は、各々の画像の膨大な情報量を少ない次元数の特徴量である独立成分信号ベクトルy(t)として抽出してどのような特徴を有しているかを明確にし、大量の画像データの中から教師画像と類似な画像を効率よく検索することを可能とするだけでなく、その類似度を類似度指数f* (t)として定量的に評価することができることに特徴を有する。 The similar image data search method according to the present invention extracts the huge amount of information of each image as an independent component signal vector y (t) that is a feature quantity of a small number of dimensions, and what kind of features it has. It is possible to clarify and efficiently search for an image similar to a teacher image from a large amount of image data, and to quantitatively evaluate the similarity as a similarity index f * (t). It has the feature that it can do.

このとき、分離行列Wは、例えば、Hyvarianらが提案したFastICAアルゴリズムを用いれば、短時間で計算することができる。また、検索対象の画像データの独立成分信号ベクトルy(t)から類似度指数f* (t)を計算し、該類似度指標f* (t)の値の大小にしたがって、独立成分信号ベクトルy(t)を離散化時間について並びかえ、類似度指数f* (t)の値が1に近い時間の画像から順に類似画像の候補を探索する処理も短時間で完了する。 At this time, the separation matrix W can be calculated in a short time by using, for example, the FastICA algorithm proposed by Hyvarian et al. Also, the similarity index f * (t) is calculated from the independent component signal vector y (t) of the image data to be searched, and the independent component signal vector y is determined according to the value of the similarity index f * (t). The process of rearranging (t) with respect to the discretization time and searching for similar image candidates in order from an image with a similarity index f * (t) value close to 1 is completed in a short time.

したがって、本発明においては、データ収集装置3で時々刻々収集されるシャフト圧力データを逐次画像データベクトルx(t)化して過去のシャフト圧力データと共に蓄積し、時間の推移に対応しながら逐次分離行列Wを再計算し、逐次独立成分信号ベクトルy(t)を求め、逐次類似度指数f* (t)を計算して独立成分信号ベクトルy(t)の並べかえを実施し、蓄積した画像データのなかから逐次類似画像を検索することが可能である。 Therefore, in the present invention, the shaft pressure data collected from time to time by the data collecting device 3 is sequentially converted into an image data vector x (t) and accumulated together with the past shaft pressure data. W is recalculated, the sequential independent component signal vector y (t) is obtained, the sequential similarity index f * (t) is calculated, the independent component signal vector y (t) is rearranged, and the accumulated image data It is possible to search for similar images sequentially from among them.

このとき、例えば、現時刻における高炉操業状態の画像データを教師画像とし、現時点と類似性の高い画像の時間を特定すれば、該時間における各種の計測データ、操業日誌記録から、該時間の操業状態の推移や該時間に実行した操業条件を確認することができ、現時点の高炉の操業状態や今後の操業状態の推移を予測することができる。   At this time, for example, if the image data of the blast furnace operation state at the current time is used as a teacher image and the time of the image having high similarity to the current time is specified, the operation of the time is determined from various measurement data and operation diary records at the time. The transition of the state and the operation condition executed at the time can be confirmed, and the current operation state of the blast furnace and the transition of the future operation state can be predicted.

さらにこれらの情報を参考にして、今後の操業条件を決定していくことが可能である。   Furthermore, it is possible to determine future operating conditions with reference to this information.

なお、図10では必要条件2として教師画像の独立成分信号ベクトルysの最大成分の絶対値ysmax、注目したが、必要条件2を拡張して、下記の数29に示す関係があるに着目して、式(59)及び式(60)のように類似度指数f* k+1(t)を定義し、これらを必要に応じて組み合わせて、式(61)のように類似度指数f* (t)を定義して用いても有効であることは言うまでもない。 In FIG. 10, attention is paid to the absolute value y smax of the maximum component of the independent component signal vector y s of the teacher image as the necessary condition 2, but the necessary condition 2 is expanded and the relationship shown in the following Expression 29 is noted. Then, the similarity index f * k + 1 (t) is defined as in the equations (59) and (60), and these are combined as necessary, and the similarity index f as in the equation (61) * Needless to say, it is effective to define and use (t) .

Figure 2005133115
Figure 2005133115

Figure 2005133115
Figure 2005133115

なお、本発明においては、類似度指数の定義及びその算出手順は、式(49)から式(61)及び図10で例示した以外の方法であっても構わない。   In the present invention, the definition of the similarity index and the calculation procedure thereof may be methods other than those exemplified in equations (49) to (61) and FIG.

(8.独立成分・分離行列時系列推移評価部)
独立成分分析部6で計算されたn次元の独立成分信号ベクトルy(t)を独立成分・分離行列時系列評価部9で評価し、操業監視部10で高炉の操業状態を監視する。
(8. Independent component / separation matrix time series transition evaluation unit)
The n-dimensional independent component signal vector y (t) calculated by the independent component analysis unit 6 is evaluated by the independent component / separation matrix time series evaluation unit 9, and the operation monitoring unit 10 monitors the operation state of the blast furnace.

前記実施例の例で、図9はある高炉の2001年1月1日00時00分から2001年12月31日23時55分までの一年分のシャフト圧力データ画像の独立成分信号ベクトルy(t)の第1番目の成分y1(t)から第10番目の成分y10(t)を時系列に示したものである。 In the example of the above embodiment, FIG. 9 shows an independent component signal vector y ( 1) of a shaft pressure data image for one year from January 1, 2001, 00:00:00 to December 31, 2001, 23:55. from the first component y 1 of t) (t) illustrates the time series 10th component y 10 a (t).

各独立成分は、シャフト圧力データ画像に潜在化している統計的に独立な信号成分を表現している。例えば、第5番目の独立成分y5(t)で表現される矩形の波形は、その時刻から高炉の休風を示すものである。 Each independent component represents a statistically independent signal component that is latent in the shaft pressure data image. For example, a rectangular waveform expressed by the fifth independent component y 5 (t) indicates a blast furnace storm from that time.

また、高炉の通気性が不良で操業が良くなかった時期(t=0.82×105〜1.55×105[min]:2001年2月26日22時40分〜4月20日17時20分)においては、第2番目の独立成分y2(t)の波形が大きく変動している。 Moreover, the time when the blast furnace had poor air permeability and the operation was not good (t = 0.82 × 10 5 to 1.55 × 10 5 [min]: February 26, 2001 22:40 to April 20 At 17:20), the waveform of the second independent component y 2 (t) fluctuates greatly.

したがって、図15で例示するように、第2番目の独立成分y2(t)の時系列推移を監視し、予め設定しておく管理値を超えたら、高炉の通気性が不良となっている操業状態であると監視することができる。図15では、説明のため、第2番目の独立成分y2(t)の時系列推移を例に、予め設定しておく管理値として、上管理値y2u=1.0及び下管理値値y2l=−1.0である場合を例示したが、本発明においては、管理値に他の値を用いても構わない。また、第2番目以外の独立成分の時系列推移を監視しても構わない。さらに、複数の独立成分を組み合わせた変数の時系列推移を監視しても構わない。 Therefore, as illustrated in FIG. 15, when the time series transition of the second independent component y 2 (t) is monitored and the control value set in advance is exceeded, the air permeability of the blast furnace is poor. It can be monitored that it is in operation. In FIG. 15, for the sake of explanation, the upper management value y 2u = 1.0 and the lower management value value are set as the management values set in advance, taking the time series transition of the second independent component y 2 (t) as an example. Although the case where y 2l = −1.0 is exemplified, in the present invention, other values may be used as the management value. Moreover, you may monitor the time-sequential transition of independent components other than the 2nd. Furthermore, you may monitor the time-sequential transition of the variable which combined the some independent component.

(9.記録部)
記録部9において、画像情報化処理部5、独立成分分析部6、類似操業時事例検索部7及び独立成分・分離行列時系列評価部8における算出結果、計測データ及び操業条件を記載した操業日誌をテキスト形式等のファイルとして記録し、データベース化する。
(9. Recording part)
In the recording unit 9, an operation diary describing calculation results, measurement data, and operation conditions in the image information processing unit 5, the independent component analysis unit 6, the similar operation case search unit 7 and the independent component / separation matrix time series evaluation unit 8. Is recorded as a file in text format, etc., and made into a database.

本発明においては、データベース形式を限定する必要はなく、XML形式等、他のデータベース形式を用いて構成しても構わない。そして、記録部9で記録した情報を、例えば、ファイル入力して、オフラインで高炉の操業状態を評価することも可能である。本発明においては、オフラインでのデータ入力形態を限定する必要はなく、XML形式等のデータベースから入力しても構わない。   In the present invention, it is not necessary to limit the database format, and other database formats such as an XML format may be used. And it is also possible to input the information recorded by the recording unit 9 into a file, for example, and evaluate the operating state of the blast furnace offline. In the present invention, it is not necessary to limit the offline data input form, and the data may be input from a database such as an XML format.

加えて、本発明においては、該算出結果の記録部9への伝送形態及び伝送方法について限定する必要はなく、例えば、該算出結果をデジタル信号化し、該デジタル信号を記録部9へ伝送して記録してもよいし、さらに、該デジタル信号を各種のデータ圧縮手法によって圧縮することによって伝送データ量を小さくして記録部9へ伝送して記録してもよいし、さらに、例えば、LAN、イーサネット(R)、無線LAN、インターネット等の情報伝送ネットワークを介して前記デジタル信号を高炉設備から離れた遠隔地点に設置した記録部9へ伝送して記録しても構わない。   In addition, in the present invention, it is not necessary to limit the transmission form and transmission method of the calculation result to the recording unit 9. For example, the calculation result is converted into a digital signal and the digital signal is transmitted to the recording unit 9. In addition, the digital signal may be further compressed by various data compression techniques to reduce the amount of transmission data, and may be transmitted to the recording unit 9 for recording. The digital signal may be transmitted and recorded to a recording unit 9 installed at a remote location away from the blast furnace equipment via an information transmission network such as Ethernet (R), wireless LAN, and the Internet.

(10.出力部)
また、出力部10において、画像情報化処理部5、独立成分分析部6、類似操業事例検索部7及び独立成分・分離行列時系列評価部8の算出結果、例えば、図5、図8、図9、図11、図12、図13、図14、図15で例示した内容を、モニタ等によって画面出力する。
(10. Output unit)
In the output unit 10, the calculation results of the image information processing unit 5, the independent component analysis unit 6, the similar operation case search unit 7, and the independent component / separation matrix time series evaluation unit 8, for example, FIG. 5, FIG. 8, FIG. 9, FIG. 11, FIG. 12, FIG. 13, FIG. 14 and FIG.

このとき、本発明においては、前記算出結果の出力部10への伝送形態及び伝送方法について限定する必要はなく、例えば、該算出結果をデジタル信号化し、該デジタル信号を出力部10へ伝送して出力してもよいし、さらに、該デジタル信号を各種のデータ圧縮手法によって圧縮することによって伝送データ量を小さくして出力部10へ伝送し、伝送後、出力部10において該圧縮伝送データを圧縮前のデジタル信号に復元して出力してもよいし、さらに、例えば、LAN、イーサネット(R)、無線LAN、インターネット等の情報伝送ネットワークを介して、前記デジタル信号を高炉設備から離れた遠隔地点に設置した出力部10へ伝送して出力しても構わない。そのさい、本発明の手法においては、そのデータ圧縮手法を限定する必要はない。   At this time, in the present invention, it is not necessary to limit the transmission form and transmission method of the calculation result to the output unit 10. For example, the calculation result is converted into a digital signal and the digital signal is transmitted to the output unit 10. In addition, the digital signal may be compressed by various data compression techniques to reduce the amount of transmission data and transmit it to the output unit 10. After transmission, the output unit 10 compresses the compressed transmission data. The digital signal may be restored and output to the previous digital signal, and further, for example, the digital signal is remote from the blast furnace facility via an information transmission network such as LAN, Ethernet (R), wireless LAN, and the Internet. It may be transmitted to the output unit 10 installed in the output. At that time, in the method of the present invention, it is not necessary to limit the data compression method.

以上述べた実施の形態のデータ処理装置4は、コンピュータのCPU或いはMPU、RAM、ROM等で構成されるものであり、RAMやROMに記録されたプログラムが動作することによって実現できる。従って、コンピュータが上記機能を果たすように動作させるプログラムを記憶媒体に記録し、コンピュータに読み取らせることによって実現できるものである。記憶媒体としては、CD−ROM、DVD、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、光磁気テープ、不揮発性のメモリカード等を用いることができる。   The data processing apparatus 4 according to the embodiment described above is configured by a CPU or MPU of a computer, a RAM, a ROM, and the like, and can be realized by operating a program recorded in the RAM or ROM. Therefore, it can be realized by recording a program that causes a computer to perform the above functions on a storage medium and causing the computer to read the program. As the storage medium, a CD-ROM, DVD, flexible disk, hard disk, magnetic tape, magneto-optical tape, nonvolatile memory card, or the like can be used.

また、コンピュータが供給されたプログラムを実行することにより上述の実施形態の機能が実現されるだけでなく、そのプログラムコードがコンピュータにおいて稼働しているOS(オペレーティングシステム)或いは他のアプリケーションソフト等と共同して上述の実施形態の機能が実現される場合にもかかるプログラムコードは本発明の実施形態に含まれることは言うまでもない。   In addition, the functions of the above-described embodiments are realized by executing a program supplied by a computer, and the program code is shared with an OS (operating system) or other application software running on the computer. Needless to say, such program code is included in the embodiment of the present invention even when the functions of the above-described embodiment are realized.

なお、これまで各種の計測データの中からシャフト圧力データを例に、本発明を説明したが、本発明においては、他の部位の他の物理量の計測データや該計測データの時間的変化(時間変化率)用いても構わない。   Although the present invention has been described above by taking shaft pressure data as an example from various measurement data, in the present invention, measurement data of other physical quantities of other parts and temporal changes of the measurement data (time (Change rate) may be used.

さらに、上記実施例においては監視対象を高炉としているが、本発明における操業監視方法は、内部の状態量を直接検出できない反応器(ビール等の醸造槽、石油精製塔、原子炉、熱交換器等)に対しても適用可能である。   Further, in the above embodiment, the monitoring target is a blast furnace, but the operation monitoring method in the present invention is a reactor (beer brewing tank, petroleum refining tower, nuclear reactor, heat exchanger that cannot directly detect the internal state quantity. Etc.).

本発明の実施形態である操業監視装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the operation monitoring apparatus which is embodiment of this invention. 高炉に設定した座標系と高炉設備上の複数の圧力センサ設置位置との関係を説明する図である。It is a figure explaining the relationship between the coordinate system set to the blast furnace, and the several pressure sensor installation position on blast furnace equipment. 高炉のシャフト部を例に、高炉設備の外形面を内角の一つが180度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状で表現し、「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」によって、四角形平面要素abcd内における圧力P1の等値線を探索することができることを説明する図である。Using the shaft part of the blast furnace as an example, the outer surface of the blast furnace equipment is represented by a three-dimensional combination of quadrilateral planar elements whose inner angles do not exceed 180 degrees. It is a figure explaining that the isoline of the pressure P1 in the quadrilateral plane element abcd can be searched by the “isoline search method using”. 高炉設備を一つが180度を越えない四角形平面要素を立体的に組み合わせた形状で表現し、その表面上に「四角形平面要素四頂点平均を頂点に用いる三角形要素を用いた等値線探索手法」を用いて探索した圧力の等値線を描画し、得られた等値線P1によって形成されるコンタ図形を説明する図である。A blast furnace facility is represented by a shape that three-dimensionally combines quadrilateral plane elements that do not exceed 180 degrees, and “isoline search method using triangular elements that use the average of the four-vertex plane elements as vertices” on its surface. FIG. 7 is a diagram for explaining a contour figure formed by drawing an isoline of pressure searched by using an isoline and P1 obtained. 高炉のシャフト部を例に、画像情報化処理部5で算出したシャフト圧力の炉高・炉周方向2次元平面展開画像を説明する図である。It is a figure explaining the furnace height and the furnace peripheral direction two-dimensional plane expansion | deployment image of the shaft pressure computed in the image information-ized process part 5 for the example of the shaft part of a blast furnace. 独立成分分析(ICA)の計算方法の一つであるFastICAアルゴリズムの処理を示すフローチャートを説明する図である。It is a figure explaining the flowchart which shows the process of FastICA algorithm which is one of the calculation methods of an independent component analysis (ICA). 図5で例示したシャフト圧力画像から独立成分分析に用いる画像データベクトルを取り出すときの基準座標系の例を説明する図である。It is a figure explaining the example of the reference coordinate system when taking out the image data vector used for an independent component analysis from the shaft pressure image illustrated in FIG. 独立成分分析部6で計算する分離行列の計算例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a calculation of the separation matrix computed in the independent component analysis part 6. FIG. 独立成分分析部6で計算する独立成分の計算例を説明する図である。It is a figure explaining the example of a calculation of the independent component calculated in the independent component analysis part 6. FIG. 類似操業事例検索部7で、独立成分を用いて類似度指標を定義し、類似画像を検索するアルゴリズムの例を説明するフローチャートである。It is a flowchart explaining the example of the algorithm which defines a similarity index using an independent component in the similar operation example search part 7, and searches for a similar image. 類似画像を検索するアルゴリズムにより類似度指標を計算し、類似度の高い候補を検索した結果を説明する図である。It is a figure explaining the result of having calculated a similarity index with the algorithm which searches for a similar image, and searching for the candidate with high similarity. 図11の検索結果から得られた類似画像を説明する図である。It is a figure explaining the similar image obtained from the search result of FIG. 類似操業事例検索部7で、類似画像を検索するアルゴリズムにより類似度指標を計算し、類似度の高い候補を検索したもう一つの結果を説明する図である。It is a figure explaining another result which calculated the similarity index with the algorithm which searches for a similar image in the similar operation example search part 7, and searched the candidate with high similarity. 図13の検索結果から得られた類似画像を説明する図である。It is a figure explaining the similar image obtained from the search result of FIG. 独立成分・分離行列時系列評価部8で、独立成分の時系列推移を評価することによる高炉の操業状態を監視する方法を説明する図である。It is a figure explaining the method to monitor the operation state of a blast furnace by evaluating the time series transition of an independent component in the independent component and separation matrix time series evaluation part 8. FIG.

符号の説明Explanation of symbols

1 高炉設備
2 高炉設備上の複数の各種センサ
3 データ収集装置
4 データ処理装置
5 画像情報化処理部
6 独立成分分析部
7 類似操業事例検索部
8 独立成分・分離行列時系列評価部
9 記録部
10 出力部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Blast furnace equipment 2 Various various sensors on blast furnace equipment 3 Data collection device 4 Data processing device 5 Image information processing part 6 Independent component analysis part 7 Similar operation example search part 8 Independent component / separation matrix time series evaluation part 9 Recording part 10 Output section

Claims (9)

高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する画像情報と類似な画像情報を検索することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
The measurement data of the measurement target amount from multiple sensors installed in the blast furnace is arranged on the surface of the two-dimensional plane or the three-dimensional solid composed of the two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor, and the measurement data space It is a method for monitoring the operating state of a blast furnace in which an isoline on the surface is calculated with respect to a general distribution state and a temporal change, and the figure formed by the isoline or the feature information of the figure is evaluated as image information. ,
For the image information, an independent component analysis is performed to calculate an independent component and a separation matrix, a similarity index is defined using the calculation result, and an image similar to image information specified in advance from accumulated image information An operation monitoring method in blast furnace operation characterized by retrieving information.
高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する画像情報と類似な画像情報を検索し、類似度指数の大小によって該類似度の順番を評価することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
The measurement data of the measurement target amount from multiple sensors installed in the blast furnace is arranged on the surface of the two-dimensional plane or the three-dimensional solid composed of the two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor, and the measurement data space It is a method of monitoring the operating state of a blast furnace in which an isoline on the surface is calculated with respect to a general distribution state and a temporal change, and the figure formed by the isoline or the feature information of the figure is evaluated as image information. ,
For the image information, an independent component analysis is performed to calculate an independent component and a separation matrix, a similarity index is defined using the calculation result, and an image similar to image information specified in advance from accumulated image information An operation monitoring method in blast furnace operation, wherein information is retrieved and the order of the similarity is evaluated according to the magnitude of the similarity index.
高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する時刻の画像情報と類似な画像情報を検索することで類似な操業状態の時刻を検索することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
The measurement data of the measurement target amount from the sensors installed in the blast furnace is arranged on the surface of the two-dimensional plane or the three-dimensional solid composed of the two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor, and the measurement data space It is a method for monitoring the operating state of a blast furnace in which an isoline on the surface is calculated with respect to a general distribution state and a temporal change, and the figure formed by the isoline or the feature information of the figure is evaluated as image information. ,
For the image information, an independent component analysis is performed to calculate an independent component and a separation matrix, a similarity index is defined using the calculation result, and similar to the image information at a time specified in advance from the accumulated image information. A method for monitoring operation in blast furnace operation, wherein the time of a similar operation state is searched by searching for simple image information.
高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、該算出結果を用いて類似度指標を定義し、蓄積した画像情報の中から予め指定する時刻の画像情報と類似な画像情報を検索することで過去の類似な操業状態の時刻を検索し、該時刻における各種の計測データ、操業日誌記録から、該時刻の操業状態の推移や該時刻に実行した操業条件を確認して、前記指定した時刻以後の操業状態の推移を予測して操業条件を決定することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
The measurement data of the measurement target amount from multiple sensors installed in the blast furnace is arranged on the surface of the two-dimensional plane or the three-dimensional solid composed of the two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor, and the measurement data space It is a method for monitoring the operating state of a blast furnace in which an isoline on the surface is calculated with respect to a general distribution state and a temporal change, and the figure formed by the isoline or the feature information of the figure is evaluated as image information. ,
For the image information, an independent component analysis is performed to calculate an independent component and a separation matrix, a similarity index is defined using the calculation result, and similar to the image information at a time specified in advance from the accumulated image information. Search for similar image information in the past, and check the transition of the operation status at that time and the operation conditions executed at that time from various measurement data and operation diary records at that time. Then, the operation monitoring method in the blast furnace operation, wherein the operation condition is determined by predicting the transition of the operation state after the specified time.
高炉に複数設置されたセンサからの測定対象量の計測データを、各センサの設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データの空間的分布状態や時間的変化について、該表面上における等値線を算出し、該等値線が形成する図形又は図形の特徴情報を画像情報として評価する高炉の操業状態を監視する方法であって、
前記画像情報について、独立成分分析を実施して独立成分と分離行列を算出し、独立成分の時系列推移を予め設定しておく管理値の大小と比較することにより、高炉の操業状態を監視することを特徴とする高炉操業における操業監視方法。
The measurement data of the measurement target amount from multiple sensors installed in the blast furnace is arranged on the surface of the two-dimensional plane or the three-dimensional solid composed of the two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor, and the measurement data space It is a method for monitoring the operating state of a blast furnace in which an isoline on the surface is calculated with respect to a general distribution state and a temporal change, and the figure formed by the isoline or the feature information of the figure is evaluated as image information. ,
For the image information, the independent component analysis is performed to calculate the independent component and the separation matrix, and the operation state of the blast furnace is monitored by comparing the time series transition of the independent component with the size of the control value set in advance. An operation monitoring method in blast furnace operation characterized by the above.
高炉に複数設置されたセンサから逐次収集される計測データを用いて、前記独立成分、分離行列を逐次更新することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれか1項に記載の高炉操業における操業監視方法。   The blast furnace operation according to any one of claims 1 to 5, wherein the independent component and the separation matrix are sequentially updated using measurement data sequentially collected from a plurality of sensors installed in the blast furnace. Operation monitoring method. 高炉の操業状況を出力し、監視するための操業監視装置において、
高炉設備上に複数設置される各種センサで計測される計測データを収集するデータ収集手段と、
前記収集した計測データの空間的分布状態や時間的変化を各センサの高炉設備上の設置位置を反映させた2次元平面又は2次元平面で構成される3次元立体の表面に配置し、計測データが同値な任意の等値線を算出する画像情報化手段と、
前記画像情報化処理手段で算出した画像情報の独立成分分析を実施する独立成分分析手段と、
前記画像情報の独立成分分析結果から高炉の類似操業事例を検索する類似操業事例検索手段及び/又は独立成分と分離行列を時系列に評価する独立成分・分離行列時系列評価手段と、
前記画像情報化手段、独立成分分析手段、類似操業事例検索手段及び/又は独立成分・分離行列時系列評価手段における算出結果、計測データ及び操業条件を記載した操業日誌を記録する記録手段と、
前記画像情報化手段、独立成分分析手段、類似操業事例検索手段及び独立成分・分離行列時系列評価手段における算出結果を出力する出力手段とを有することを特徴とする高炉操業における操業監視装置。
In the operation monitoring device for outputting and monitoring the operation status of the blast furnace,
Data collection means for collecting measurement data measured by various sensors installed on the blast furnace facility;
The spatial distribution state and temporal change of the collected measurement data are arranged on the surface of a two-dimensional plane or a three-dimensional solid composed of a two-dimensional plane reflecting the installation position of each sensor on the blast furnace equipment, and the measurement data Image information generating means for calculating an arbitrary isoline having the same value;
Independent component analysis means for performing independent component analysis of the image information calculated by the image information processing means;
Similar operation case search means for searching for similar operation cases of a blast furnace from the independent component analysis results of the image information and / or independent component / separation matrix time series evaluation means for evaluating the independent components and the separation matrix in time series,
Recording means for recording an operation diary describing the calculation results, measurement data, and operation conditions in the image information conversion means, independent component analysis means, similar operation case search means and / or independent component / separation matrix time series evaluation means,
An operation monitoring apparatus in blast furnace operation, comprising: output means for outputting calculation results in the image information conversion means, independent component analysis means, similar operation case search means, and independent component / separation matrix time series evaluation means.
請求項1〜6のいずれか1項に記載の操業監視方法の処理手順をコンピュータに実行させるためのコンピュータプログラム。   The computer program for making a computer perform the process sequence of the operation monitoring method of any one of Claims 1-6. 請求項7に記載の操業監視装置の各手段としてコンピュータを機能させるためのコンピュータプログラム。   The computer program for functioning a computer as each means of the operation monitoring apparatus of Claim 7.
JP2003367780A 2003-10-28 2003-10-28 Operation monitoring method, apparatus, and computer program in blast furnace operation Expired - Lifetime JP4150322B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003367780A JP4150322B2 (en) 2003-10-28 2003-10-28 Operation monitoring method, apparatus, and computer program in blast furnace operation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2003367780A JP4150322B2 (en) 2003-10-28 2003-10-28 Operation monitoring method, apparatus, and computer program in blast furnace operation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2005133115A true JP2005133115A (en) 2005-05-26
JP4150322B2 JP4150322B2 (en) 2008-09-17

Family

ID=34645687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2003367780A Expired - Lifetime JP4150322B2 (en) 2003-10-28 2003-10-28 Operation monitoring method, apparatus, and computer program in blast furnace operation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4150322B2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008001421A1 (en) * 2006-06-26 2008-01-03 Panasonic Corporation Reception quality measuring method
JP2008163381A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Nippon Steel Corp Method for monitoring state of gas flow at furnace top, monitoring device and computer program
JP2012226732A (en) * 2011-04-06 2012-11-15 Nippon Steel Corp Operation prediction apparatus, operation prediction method and computer program
JP2017128805A (en) * 2016-01-19 2017-07-27 Jfeスチール株式会社 Operation method of blast furnace
KR102261941B1 (en) * 2019-11-29 2021-06-08 한국생산기술연구원 Time series data fingerprinting and image deep learning analysis methods for product defect detection

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008001421A1 (en) * 2006-06-26 2008-01-03 Panasonic Corporation Reception quality measuring method
JP2008163381A (en) * 2006-12-27 2008-07-17 Nippon Steel Corp Method for monitoring state of gas flow at furnace top, monitoring device and computer program
JP2012226732A (en) * 2011-04-06 2012-11-15 Nippon Steel Corp Operation prediction apparatus, operation prediction method and computer program
JP2017128805A (en) * 2016-01-19 2017-07-27 Jfeスチール株式会社 Operation method of blast furnace
KR102261941B1 (en) * 2019-11-29 2021-06-08 한국생산기술연구원 Time series data fingerprinting and image deep learning analysis methods for product defect detection

Also Published As

Publication number Publication date
JP4150322B2 (en) 2008-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5945350B2 (en) Equipment condition monitoring method and apparatus
JP5301717B1 (en) Equipment condition monitoring method and apparatus
JP5538597B2 (en) Anomaly detection method and anomaly detection system
JP5301310B2 (en) Anomaly detection method and anomaly detection system
JP5342708B1 (en) Anomaly detection method and apparatus
JP2020119605A (en) Abnormality detection system, abnormality detection method, abnormality detection program, and method for generating learned model
JP5331774B2 (en) Equipment state monitoring method and apparatus, and equipment state monitoring program
JP6362808B1 (en) Information processing apparatus and information processing method
JP2011070635A (en) Method and device for monitoring state of facility
Liu et al. Sensor faults classification for SHM systems using deep learning-based method with Tsfresh features
CN114528755A (en) Power equipment fault detection model based on attention mechanism combined with GRU
Sun et al. Fine-grained fault diagnosis method of rolling bearing combining multisynchrosqueezing transform and sparse feature coding based on dictionary learning
Lee et al. Detecting anomalies in meteorological data using support vector regression
WO2020090767A1 (en) Abnormality diagnostic device, abnormality diagnostic method, and program
JP4150322B2 (en) Operation monitoring method, apparatus, and computer program in blast furnace operation
CN116894180B (en) Product manufacturing quality prediction method based on different composition attention network
Wang et al. A multivariate sign chart for monitoring dependence among mixed-type data
CN112731890A (en) Power plant equipment fault detection method and device
Eltouny et al. A nonparametric unsupervised learning approach for structural damage detection
Li et al. Structural health monitoring data anomaly detection by transformer enhanced densely connected neural networks
CN116378120A (en) Deformation monitoring method based on self-attention mechanism
CN115983370A (en) Scattered data interpolation model training method, interpolation method and device
CN114880954A (en) Landslide sensitivity evaluation method based on machine learning
CN112180325A (en) Radio frequency interference source positioning method based on constraint matrix completion
CN117609737B (en) Method, system, equipment and medium for predicting health state of inertial navigation system

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20050914

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20070607

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20070619

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20070820

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20080226

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20080428

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20080624

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20080627

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 4150322

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110704

Year of fee payment: 3

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120704

Year of fee payment: 4

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130704

Year of fee payment: 5

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130704

Year of fee payment: 5

S531 Written request for registration of change of domicile

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313531

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130704

Year of fee payment: 5

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130704

Year of fee payment: 5

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130704

Year of fee payment: 5

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350

EXPY Cancellation because of completion of term