JP2007106553A - ごみピット内残量検知システム - Google Patents

Abstract

【課題】ごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されたごみ高さの情報に基づいてごみピット内のごみ残量を演算することでごみピット内の残量を把握して表示装置に表示するようにしたごみピット内残量検知システムを提供すること。
【解決手段】２台一対のカメラ２ａ、２ｂのステレオ視による視差を利用してごみピットＰ内に堆積したごみ高さを計測するごみ高さ計測手段と、ごみ高さ計測手段により計測されたごみ高さの情報をごみ高さマップとして記憶するごみ高さ記憶手段とを備え、ごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されたごみ高さの情報に基づいてごみピットＰ内のごみ残量を演算し、表示装置に表示する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ごみピット内残量検知システムに関し、特に、クレーン運転手が、自動クレーンを手動運転或いは半自動運転にて行う場合や、手動クレーンを手動運転する場合、クレーンの運転制御装置に組み込まれているごみ高さ記憶手段を利用し、このごみ高さマップとして記憶されたごみ高さの情報に基づいて演算することでごみピット内の残量の把握を容易にするようにしたごみピット内残量検知システムに関するものである。

従来、ごみ処理工場用クレーンは、ごみピット内にコンベア或いはごみ収集車などにて投入されるごみを、該クレーンのバケットにて所定量を掴み、焼却炉投入口のホッパー位置まで搬送するようにしているが、このごみ堆積量は投入、取り出し（焼却炉への投入）によりリアルタイムにて常に変化するもので、このごみピット内のごみ堆積量、詳しくはごみピット内に堆積したごみ高さ位置を検出してクレーンバケットが堆積したごみに衝突しないようにしてバケットの巻上下、クレーンの横行、走行等の３軸同時運転により運転能力を高めるように運転している。

ところで、このごみピット内に堆積したごみ高さ位置を検出する方法としては、レーザ強度変調光の送受信にて行うレーザ法、超音波を目的に照射してその送受信時間を計測（伝播時間計測）する超音波法、２台のカメラによる視差により３角測量にて行うステレオ法などが提案されている。

しかしながら、レーザ法、超音波法による計測は距離測定精度が高いという利点はあるが、ポイント測定のため堆積したごみ全体のごみ高さを計測するためには１０〜２０台程度の多くの計測器が必要となり、設備が高価となるという問題があった。
また、２台のカメラによる視差により測量するステレオ法は、簡便、安価で、かつ広域を一括して測定できる利点を有するが、ピット内のごみ残量を検知できないという問題があった。

本発明は、ごみピット内に堆積したごみ高さ位置を検出するシステムの有する問題点に鑑み、ごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されたごみ高さの情報に基づいてごみピット内のごみ残量を演算することでごみピット内の残量を把握して表示装置に表示するようにしたごみピット内残量検知システムを提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、本発明のごみピット内残量検知システムは、ごみ処理工場のごみピット内のごみが撮影できる位置に、所定の間隔を隔てて配設した２台一対のカメラを少なくとも一対以上配設し、該一対のカメラのステレオ視による視差を利用してごみピット内に堆積したごみ高さを計測するごみ高さ計測手段によるごみ高さの情報をごみ高さマップとして記憶し、該ごみ高さの情報に基づいてごみピット内のごみ残量を演算し、表示装置に表示するようにしたことを特徴とする。

この場合において、ごみピット内のごみを撮影するカメラ位置を、クレーン操作室より高く、走行レールより低い位置に配設することができる。

また、この場合において、カメラの撮影を周期毎に行い、ごみ高さ記憶手段にごみ高さ
マップとして記憶されているごみ高さの情報を更新することができる。

また、この場合において、ごみ高さマップのピッチを、クレーンの横行方向、走行方向に対して各々０．５ｍより大きく、クラブバケット開状態における縦横外形寸法より小さい寸法に設定することができる。

また、この場合において、ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、予め設定入力されているごみの比重の積で行うようにすることができる。

また、性状の異なるごみが搬入される場合において、ごみピット内のごみ残量の演算をごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、ごみの種類毎に予め設定入力されている割合及びその比重の積で行うようにすることができる。

また、この場合において、ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、１日の始業時の堆積とを比較して行うようにすることができる。

また、この場合において、ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積とホッパー投入量から新たな受入ごみ量を算出して行うことができる。

本発明のごみピット内残量検知システムによれば、ごみ処理工場のごみピット内のごみが撮影できる位置に、所定の間隔を隔てて配設した２台一対のカメラを少なくとも一対以上配設し、該一対のカメラのステレオ視による視差を利用してごみピット内に堆積したごみ高さを計測するごみ高さ計測手段によるごみ高さの情報をごみ高さマップとして記憶し、該ごみ高さの情報に基づいてごみピット内のごみ残量を演算し、表示装置に表示するようにしているから、ごみピット内のごみの堆積高さだけでなく、ごみピット内のごみ残量をも容易に、正確に把握することができ、これによりクレーンの稼働効率を向上させることができる。

また、ごみピット内のごみを撮影するカメラ位置を、クレーン操作室より高く、走行レールより低い位置に設定するようにしているから、ごみピット内のごみ堆積量に関係なく確実にカメラによるごみ高沢計測することができる。

また、カメラの撮影を周期毎に行い、ごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されているごみ高さの情報を更新するようにしているから、ごみピット内のごみの残量をリアルタイムにて正確に把握することができる。

また、ごみ高さマップのピッチを、クレーンの横行方向、走行方向に対して各々０．５ｍより大きく、クラブバケット開状態における縦横外形寸法より小さい寸法に設定するようにしているから、ごみピット内の各位置（番地）のごみ高さを必要とされる精度に管理することができる。

また、ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、予め設定入力されているごみの比重の積で行うようにしているから、常に正確にごみピット内のごみ残量を把握することができる。

また、性状の異なるごみが搬入される場合、ごみピット内のごみ残量の演算をごみ高さ
情報に基づいて演算されたごみの堆積と、ごみの種類毎に予め設定入力されている割合、比重の積で行うようにしているから、ごみの比重や性状に関係なく常に正確にごみピット内のごみ残量を把握することができる。

また、ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と１日の始業時の堆積とを比較して行うようにしているから、１日に加味される量に加減があっても更新毎のごみ残量として把握できるので、残量がより正確に検知することができる。

また、ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積とホッパー投入量から新たな受入ごみ量を算出しているから、ごみ投入後の正確な残量をリアルタイムにて把握することができる。

以下、本発明のごみピット内残量検知システムの実施の形態を、図面に基づいて説明する。

図１〜図５に、本発明のごみピット内残量検知システムの一実施例を示す。
ごみ処理工場にて使用されるクレーン１は、側部上方位置にホッパーＨを備えたごみピットＰの上方位置に、走行可能に配設したクレーンガーダ１１に巻き上げ下げ可能とし、ごみＧの所定量を掴むようにしたバケット１２を吊垂可能に、かつクレーンガーダ１１に対して横行可能にクラブ１３配設して構成するとともに、クレーンガーダ１１の走行レール１４より下方位置のごみピットＰの内側壁より少し突出するようにしてクレーン操作室Ｒを配設し、かつごみピットＰ内のごみが撮影できる位置のごみピットＰの内側壁Ｗに所定の間隔Ｄ（特に限定されるものではないが、例えば、１ｍ〜２ｍ）を隔てて２台一対としたカメラ２ａ、２ｂを配設し、この２台一対のカメラ２ａ、２ｂのステレオ視による視差を利用してごみピットＰ内に堆積したごみ高さを計測するごみ高さ計測手段と、ごみ高さ計測手段により計測されたごみ高さの情報をごみ高さマップとして記憶するごみ高さ記憶手段とを備え、ごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されたごみ高さの情報に基づいてクレーン１を手動で運転するとともに、前記ごみ高さ記憶手段を利用し、このごみ高さマップとして記憶されたごみ高さの情報に基づいてごみピット内のごみ残量を演算することでごみピット内の残量の把握を容易に、かつ正確に行うようにする。

この場合において、２台一対のカメラ２ａ、２ｂは、クレーンガーダ１１の横行方向の投入ホッパーＨ部分を除く略中央部、すなわち、ごみピットＰの略中央部に配設することにより、クレーンガーダ１１の横行方向のごみピットＰ内に堆積したごみＧの表面全体を撮影できるようにしている。
なお、ごみピットＰの内側壁Ｗに取り付ける２台一対とする左カメラ２ａと右カメラ２ｂの配設位置及び配設数は、２台一対のカメラ２ａ、２ｂによる撮影可能範囲毎に設置し、ごみピットＰの形状や大きさに応じて一対或いは図示のように２対以上（４台以上）の複数台に、適宜変更することができる。

２台一対のカメラ２ａ、２ｂのステレオ視による視差を利用してごみピットＰ内に堆積したごみ高さは、図２の画像計測システム構成図により行うことができる。なお、この図２に示す実施例は、３対のカメラを用いた場合を示す。
左カメラ２ａ（図２においてはデジカメＬ）と、右カメラ２ｂ（図２においてはデジカメＲ）は、それぞれ画像信号変換器より光ファイバを経て、クレーン操作室などに設置した画像信号変換器を経て画像データ処理パソコンと接続し、表示装置（エンジニアリング画面）にて表示するようにするとともに、オペレータコンソールパソコンの表示装置（オ
ペレータ用表示画面）にて表示するようにする。なお、画像データ処理パソコンをオペレータコンソールパソコンと共用にして１台のパソコンで構成したり、さらに、必要に応じて、オペレータコンソールパソコンを２台以上設置することもできる。

また、ごみピットＰ内に堆積したごみ高さを計測する方法としては、具体的には、図３に示すステレオ視による距離測定法により行う。
一方のカメラ２ａ（左カメラ）により撮影した左画像と、他方のカメラ２ｂ（右カメラ）により撮影した右画像とを、コンピュータ上で対比し、両画像に撮影されているごみ表面（Ａ点）までの距離Ｈを、横方向の視差（画素数）を用いて、下記式（１）により算出するようにした。
Ｈ＝ｆ（Ｄ，Ｐｘ，Ｘｌ，Ｘｒ，α）
＝０．５・Ｄ・Ｐｘ／（（Ｘｌ−Ｘｒ）・ｔａｎ（α／２）） ・・・（１）
ここで、Ｈ：カメラとごみ表面（Ａ点）の距離
Ｄ：カメラ光軸間隔（４００〜２０００ｍｍ程度）
Ｐｘ：ＰＩＸＥＬ
Ｘｌ−Ｘｒ：視差
α：カメラ画角
である。
なお、本実施例においては、カメラ２ａ、２ｂには、３．３ＭＥＧＡ ＰＩＸＥＬ、画素数：２２４０×１６８０（２２４０ＰＩＸＥＬ）、カメラ画角α：約６０゜のデジタルカメラを使用したが、これに限定されるものではなく、同程度或いはそれ以上の性能を有するカメラを用いることができる。
また、２台一対のカメラ２ａ、２ｂの撮影は、１日の始業時に１回行い、その後所定の周期（例えば、数秒間隔）毎に行い、ごみピットＰ内の各位置（番地）のごみ堆積量を計測するようにする。そして、この計測値をごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されているごみ高さの情報を更新するようにすることにより、ごみピットＰ内の各位置（番地）のごみ高さをリアルタイムで正確に計測、管理することができる。

ごみ高さ分布の測定手順は、具体的には、図４に示すごみ高さ計測処理フローのように、まず、２台一対のカメラ２ａ、２ｂを用いてごみピットＰ内に堆積したごみ画像を取り込み、両画像（左右のごみ画像）中のごみ境界線の抽出と、カメラ２ａ、２ｂから両画像に撮影されているごみ表面（Ａ点）までの平均距離Ｈの算出を行う。
次に、距離測定空間分解能を、例えば、１ｍ×１ｍ（細分化は０．５ｍ×０．５ｍまで可能）に設定し、距離測定領域画素数を決定する。
次に、一方のカメラ２ａ（左カメラ）により撮影した左画像上での距離測定領域Ｐｌ（１）〜Ｐｌ（ｍ）を設定し、この左画像の距離測定領域Ｐｌ（１）〜Ｐｌ（ｍ）に最も類似する、他方のカメラ２ｂ（右カメラ）により撮影した右画像上での距離測定領域Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｍ）を決定する。
そして、左画像及び右画像の各距離測定領域Ｐｌ（１）〜Ｐｌ（ｍ）、Ｐｒ（１）〜Ｐｒ（ｍ）に対応する中心ｘ座標による視差から距離Ｒ１〜Ｒｍを算出する。
さらに、各測定点に対する距離Ｒ１〜Ｒｍとカメラ２ａ、２ｂからピット床面までの距離からごみ高さＨ１〜Ｈｍを算出する。

次に、ごみ残量の演算方法について説明する。
（１）単純演算方式１
この場合は、ごみピットＰ内に投入されるごみの種別は特に判別せず、ごみの総量より算出するようにしたものである。
ピット内に堆積したごみ高さから堆積を算出し、この算出値Ａと予めカメラ画面からピット内全体のごみの比重Ｂを入力し、この算出値Ａ及びごみの比重値Ｂよりごみピット内全体のごみ残量Ｃ（ｔｏｎ）を次式にて求める。
Ｃ（ｔｏｎ）＝Ａ（ｍ^３）×Ｂ（Ｋｇ／ｍ^３）÷１０００ ・・・（２）
なお、このごみ残量Ｃ（ｔｏｎ）は、特に限定されるものではないが、例えば、小数点以下第２位まで表示できるようにする。

（２）単純演算方式２
この場合は、ごみピットＰ内に投入されるごみを、その種別毎に算出し、かつごみ総量の残量をより詳細に算出するようにしたものである。
ピット内に堆積したごみ高さ（複数種類のごみの体積）から堆積を算出し、この算出値Ａと予めカメラ画面からピット内全体のごみ種別を判断し、種別毎にその割合Ｄ_ｉ及びその比重Ｂ_ｉを入力し、これによりごみ残量Ｃ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

（３）１日の受入量及び払出量を加味する方式１
前回までに累積したごみの性状と、今回受け入れるごみの性状とが異なる場合は、その種別毎に算出し、かつごみ総量の残量をより詳細に算出するようにしたものである。そして、例えば、１日に１回、１日の始業時の午前６時に更新する（なお、更新の回数及び更新時刻は、これに限定されるものでなく、少なくとも１日に１回以上とすることができる。）することとし、
始業時のごみピット内のごみ種別ｉの全体に占める割合：Ｄ_ｉ（％）
始業時のごみピット内のごみ種別ｉの比重：Ｂ_ｉ（Ｋｇ／ｍ^３）
とすると、始業時に２台一対のカメラ２ａ、２ｂで撮影した画像から得られた体積Ａ_０からごみ残量Ｃ_０（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

次に、今日受け入れるごみの性状から、例えば、
今日受け入れるごみのごみ種別ｉの全体に占める割合：Ｄ_ＩＮｉ（％）
今日受け入れるごみのごみ種別ｉの比重：Ｂ_ＩＮｉ（Ｋｇ／ｍ^３）
とし、始業時の体積Ａ_０、今現在の体積Ａ_ａとする。
（３−１）Ａ_ａ＞Ａ_０の場合
Ａ_ａ＞Ａ_０の場合、Ａ_ａ−Ａ_０だけ受け入れたとしてＡ_ａ−Ａ_０に見合うごみ残量Ｃ_ｂ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

したがって、今現在の体積Ａ_ａに対するごみ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される
。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０＋Ｃ_ｂ ・・・（６）
（３−２）Ａ_ａ＝Ａ_０の場合
Ａ_ａ＝Ａ_ｏの場合、すなわち、受入／払出がない場合も含め、２台一対のカメラ２ａ、２ｂで撮影した画像から得られた今現在の体積Ａ_ａと始業時の体積Ａ_０との差が±０となる場合、今現在の体積Ａ_ａに対するごみ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０ ・・・（７）
（３−３）Ａ_ａ＜Ａ_０の場合
Ａ_ａ＜Ａ_０の場合、Ａ_０−Ａ_ａだけ払い出されたとして、払い出されたごみの性状から、例えば、
払い出されたごみのごみ種別ｉの全体に占める割合：Ｄ_ＯＵＴｉ（％）
払い出されたごみのごみ種別ｉの比重：Ｂ_ＯＵＴｉ（Ｋｇ／ｍ^３）
としてＡ_０−Ａ_ａに見合う払い出されたごみ量Ｃ_ｃ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。

したがって、今現在の体積Ａ_ａに対するごみ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０−Ｃ_ｃ ・・・（９）
（３−４）更新時刻がきたら上記単純演算方式１或いは２における式（２）或いは式（３）の方法を用いて基準となる１日の始業時のごみ高さから堆積を算出した算出値Ａ_０を計測し、ごみ残量Ｃ_０を算出する。これを新しい算出値Ａ_０及び新しい１日の始業時刻のごみ残量Ｃ_０に更新しておく。
故に、ごみの性状が変われば更新時刻までに画面から比重や割合（ピット内ごみに占める割合）を設定しておく。
（３−５）次の更新時刻までは、上記（３−１）〜（３−３）を繰り返すことにより、ごみの受入、払出が行われても常にリアルタイムでごみの残量を把握することができる。

（４）１日の受入量及び払出量を加味する方式２
ごみの払出量、すなわち、ホッパーへの投入量がわかる場合、例えば、２台一対のカメラ２ａ、２ｂで撮影した画像信号とバケットに取り付けた荷重計にてホッパーへ投入されるごみ重量をピット内ごみ残量検知システムに入力することで、ホッパー投入量を把握することができる。
これにより、今現在の体積Ａ_ａに対するごみ残量Ｃ_ａ（ｔｏｎ）は次式にて算出される。
Ｃ_ａ（ｔｏｎ）＝Ｃ_０−Ｃ_ｅ＋Ｃ_ｄ ・・・（１０）
ここで、Ｃ_ｅ（ｔｏｎ）はホッパーへの投入量（払い出されたごみ量）で、これより、上記式（２）、式（３）又は式（４）を用いて体積Ａ_ｅ（ｍ^３）が逆算できる。また、Ｃ_０時の体積Ａ_０（ｍ^３）とＣ_ａ時の体積Ａ_ａ（ｍ^３）はカメラの撮影データからの演算で明らかである。よって、始業時から今現在までのごみ受入量（Ｃ_ｄに対する体積）Ａ_ｄは、
Ａ_ｄ（ｍ^３）＝（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）−Ａ_０
となる。
より具体的には、（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）＞Ａ_０の場合は（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）−Ａ_０だけ受け入れたことになり、（Ａ_ａ＋Ａ_ｅ）≦Ａ_０の場合は受入０である。
よって、Ｃ_ｄは（ｔｏｎ）は、上記Ａ_ｄより、次式にて算出される。

よって、Ｃ_ａは上記式（１０）により算出できる。

この方法により、約３０ｍの距離を離れた位置において測定した結果、図５に示すように、ごみ高さの検出誤差±０．５ｍ及びごみ高さマップのピッチの空間分解能１ｍ×１ｍ（図５（ａ））又は０．５ｍ×０．５ｍ（図５（ｂ））を確認することができた。

以上、本発明のごみピット内残量検知システムについて、実施例に基づいて説明したが、本発明は上記実施例に記載した構成に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲において適宜その構成を変更することができるものである。

本発明のごみピット内残量検知システムは、クレーン操作者がクレーンを手動運転或いは半自動運転する場合、ごみピット内に堆積したごみ高さとごみ残量とをリアルタイムにて把握することができるので、クレーンの稼働効率を向上することができることから、自動クレーンを手動運転或いは半自動運転する用途に好適に用いることができるほか、手動クレーンの用途にも用いることができる。

本発明のごみピット内残量検知システムの一実施例を示し、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ断面図である。 画像計測システム構成図である。 ステレオ視による視差を利用してごみピット内に堆積したごみ高さを計測する方法を示す原理説明図である。 ステレオ視による視差を利用してごみピット内に堆積したごみ高さを計測する方法のフロー図である。 ステレオ視による視差を利用してごみピット内に堆積したごみ高さの分布を測定する測定結果図で、（ａ）は空間分解能１ｍ×１ｍの場合を示し、（ｂ）は空間分解能０．５ｍ×０．５ｍの場合を示すものである。

符号の説明

Ｐ ごみピット
Ｗ ごみピットの内壁面
Ｄ ２台一対としたカメラの間隔
Ｇ ごみ
Ｈ ホッパー
Ｒ クレーン操作室
１ クレーン
１１ クレーンガーダ
１２ バケット
１３ クラブ
１４ クレーンガーダの走行レール
２ａ 左カメラ
２ｂ 右カメラ

Claims (8)

1. ごみ処理工場のごみピット内のごみが撮影できる位置に、所定の間隔を隔てて配設した２台一対のカメラを少なくとも一対以上配設し、該一対のカメラのステレオ視による視差を利用してごみピット内に堆積したごみ高さを計測するごみ高さ計測手段によるごみ高さの情報をごみ高さマップとして記憶し、該ごみ高さの情報に基づいてごみピット内のごみ残量を演算し、表示装置に表示するようにしたことを特徴とするごみピット内残量検知システム。
2. ごみピット内のごみを撮影するカメラ位置を、クレーン操作室より高く、走行レールより低い位置に配設したことを特徴とする請求項１記載のごみピット内残量検知システム。
3. カメラの撮影を周期毎に行い、ごみ高さ記憶手段にごみ高さマップとして記憶されているごみ高さの情報を更新するようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載のごみピット内残量検知システム。
4. ごみ高さマップのピッチを、クレーンの横行方向、走行方向に対して各々０．５ｍより大きく、クラブバケット開状態における縦横外形寸法より小さい寸法に設定したことを特徴とする請求項１、２又は３記載のごみピット内残量検知システム。
5. ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、予め設定入力されているごみの比重の積で行うようにしたことを特徴とする請求項１、２、３又は４記載のごみピット内残量検知システム。
6. 性状の異なるごみが搬入される場合において、ごみピット内のごみ残量の演算をごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、ごみの種類毎に予め設定入力されている割合及びその比重の積で行うようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載のごみピット内残量検知システム。
7. ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積と、１日の始業時の堆積とを比較して行うようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のごみピット内残量検知システム。
8. ごみピット内のごみ残量の演算を、ごみ高さ情報に基づいて演算されたごみの堆積とホッパー投入量から新たな受入ごみ量を算出して行うようにしたことを特徴とする請求項１、２、３、４、５又は６記載のごみピット内残量検知システム。

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