JP2014010091A - Refuse state detection device in refuse incinerator - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a refuse state detection device capable of accurately detecting a refuse state such as a refuse level in a container for storing refuse in a refuse incinerator.SOLUTION: The refuse state detection device includes: a photographic image acquisition section 31 for acquiring a photographic image obtained by photographing the inside of a container 12 for storing refuse for supplying refuse to a furnace body of a refuse incinerator by a camera 27 for photographing the inside of the container at the interval of 1 second for instance; and a refuse level determination section 32 for determining a refuse level as the surface height of refuse by an FCM discriminator 33 using a fuzzy c-means method from image data acquired by the photographic image acquisition section 31.

Description

本発明は、ごみ焼却炉におけるごみ貯留用容器内のごみレベルなどのごみの状態を検出するためのごみ状態検出装置に関するものである。   The present invention relates to a waste state detection device for detecting a state of waste such as a waste level in a waste storage container in a waste incinerator.

従来、ごみ焼却炉には、炉内に投入するごみを貯留するためのごみ貯留用容器が具備されているとともに、炉内での燃焼を安定させるために、ごみ貯留用容器内のごみの表面高さであるごみレベルが一定に維持されている。このため、ごみ貯留用容器内のごみレベルが検出されていた。   Conventionally, waste incinerators have been provided with a waste storage container for storing the waste to be put into the furnace, and the surface of the waste in the waste storage container in order to stabilize combustion in the furnace. The garbage level, which is the height, is kept constant. For this reason, the garbage level in the container for garbage storage was detected.

従来、ごみレベルを検出する場合、超音波レベル計が用いられており、ごみ表面までの距離が超音波を用いて計測されていた(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, when detecting the dust level, an ultrasonic level meter has been used, and the distance to the dust surface has been measured using ultrasonic waves (for example, see Patent Document 1).

特開2008−64361号公報JP 2008-64361 A

しかし、超音波レベル計を用いた場合、投入されたごみの種類およびごみの表面形状によっては超音波の反射率が異なり計測誤差の発生につながるとともに、ごみを部分的にしか検知することができず、その検知部分にごみなどが偏り堆積すると誤検知につながり、したがって、その都度、運転員が工業用カメラなどの撮影画像で確認する必要があった。   However, when an ultrasonic level meter is used, the reflectivity of the ultrasonic wave differs depending on the type of dust thrown in and the surface shape of the dust, leading to measurement errors and allowing only partial detection of dust. First, if dust or the like is unevenly deposited on the detection portion, it leads to erroneous detection. Therefore, it is necessary for the operator to check the captured image of an industrial camera or the like each time.

このような動作により、ごみの投入が遅れたり、また燃焼室内でのごみ枯れの発生に繋がっていた。なお、超音波レベル計の替わりに工業用カメラを用いてもよいが、ごみレベルを検出するために、撮影画像にエッジ処理を施してごみ貯留用容器の壁面とごみとの境界を求めることも考えられるが、ごみ貯留用容器内に長尺のものが縦方向に引っ掛かって残留している場合があり、この場合には、エッジ処理で検出することができない場合があるとともに、ごみを投入するクレーンの画像や、光や影などの濃淡により、ごみレベルを正確に検出し得ないことがある。   Such an operation has led to a delay in the introduction of garbage and to the occurrence of garbage withering in the combustion chamber. An industrial camera may be used instead of the ultrasonic level meter. However, in order to detect the garbage level, edge processing is performed on the captured image to obtain the boundary between the wall of the garbage storage container and the garbage. Although it is conceivable, there is a case where a long thing remains in the waste storage container by being caught in the vertical direction, and in this case, it may not be detected by edge processing, and the waste is thrown in. The garbage level may not be detected accurately due to the image of the crane or the shade of light or shadow.

そこで、本発明は、ごみ焼却炉において、例えばごみ貯留用容器内のごみレベルなどのごみ状態を正確に検出し得るごみ状態検出装置を提供することを目的とする。   SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a waste state detection device capable of accurately detecting a waste state such as a waste level in a waste storage container in a waste incinerator.

上記課題を解決するため、本発明の請求項1に係るごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置は、ごみ焼却炉の炉本体内にごみを供給するためのごみ貯留用容器内を撮影カメラにて撮影した撮影画像を所定時間間隔でもって取得する撮影画像取得部と、
この撮影画像取得部で取得された画像データからファジィc平均法を用いた識別器によりごみの表面高さであるごみレベルを判断するごみレベル判断部とを備えたものである。
In order to solve the above problems, a waste state detection apparatus for a waste incinerator according to claim 1 of the present invention takes an image of the inside of a waste storage container for supplying waste into the furnace body of the waste incinerator with a photographing camera. A captured image acquisition unit that acquires the captured image at predetermined time intervals;
The apparatus includes a dust level determining unit that determines a dust level that is the surface height of the dust from the image data acquired by the photographed image acquiring unit using a classifier using a fuzzy c-average method.

また、本発明の請求項2に係るごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置は、請求項1に記載のごみ状態検出装置において、
ごみレベル判断部にて得られたごみレベルを時系列でもって入力して隣接するごみレベル値同士の差であるごみレベル差を求めるごみレベル差算出部と、このごみレベル差算出部で求められたごみレベル差に基づきブリッジの有無を判断するブリッジ判断部とからなるブリッジ検出手段を備えたものである。
Moreover, the waste state detection apparatus in the refuse incinerator according to claim 2 of the present invention is the waste state detection apparatus according to claim 1,
The waste level obtained by the waste level judgment unit is input in chronological order, and a waste level difference calculation unit for obtaining a waste level difference that is a difference between adjacent waste level values, and a waste level difference calculation unit A bridge detection means comprising a bridge determination unit for determining the presence or absence of a bridge based on the garbage level difference is provided.

さらに、本発明の請求項3に係るごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置は、請求項1または2に記載のごみ状態検出装置において、
ごみレベル判断部にて得られたごみレベルを時系列でもって入力して所定個数のごみレベルの平均値を求めるごみレベル平均値算出部と、炉本体内の燃え切り点を検出する燃え切り点検出部と、これら求められたごみレベル平均値および燃え切り点を入力してごみ枯れを予測するごみ枯れ判断部とからなるごみ枯れ予測手段を備えたものである。
Furthermore, the waste state detection apparatus in the refuse incinerator according to claim 3 of the present invention is the waste state detection apparatus according to claim 1 or 2,
A waste level average value calculator that calculates the average value of a predetermined number of waste levels by inputting the waste levels obtained by the waste level judgment unit in time series, and a burnout inspection that detects the burnout point in the furnace body The apparatus is provided with a garbage withering predicting means comprising an output part and a garbage withering judgment part for inputting the obtained average value of the garbage level and the burn-out point and predicting withering of the garbage.

上記ごみ状態検出装置の構成によると、ごみレベル検出手段によりごみレベルを検出するのに、ファジィc平均法による識別器を用いるようにしたので、従来のような超音波レベル計に比べて、ごみレベルを正確に検出することができる。   According to the configuration of the dust state detection apparatus, the classifier based on the fuzzy c average method is used to detect the dust level by the dust level detection means. The level can be detected accurately.

また、ごみ貯留用容器内のごみレベルをファジィc平均法を用いた識別器により検出するとともに、このごみレベルに基づきブリッジの有無を判断するようにしたので、より正確にブリッジの発生を知ることができる。   In addition, the level of dust in the waste storage container is detected by a discriminator using the fuzzy c-average method, and the presence / absence of a bridge is judged based on this dust level, so that the occurrence of a bridge can be known more accurately. Can do.

さらに、ファジィc平均法を用いた識別器により検出されたごみレベルに基づきごみ枯れを予測するようにしたので、より正確にごみ枯れを予測することができる。   Furthermore, since the garbage withering is predicted based on the dust level detected by the classifier using the fuzzy c-average method, the garbage withering can be predicted more accurately.

本発明の実施の形態に係るごみ焼却炉の概略構成を示す模式図である。It is a mimetic diagram showing a schematic structure of a refuse incinerator concerning an embodiment of the invention. 同実施例に係るごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the waste condition detection apparatus in the waste incinerator which concerns on the same Example. 同ごみ状態検出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 garbage state detection apparatus. 同ごみ状態検出装置にて用いられるFCM識別器の概略構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows schematic structure of the FCM discrimination device used with the garbage state detection apparatus. 同FCM識別器によるファジィクラスタリングの説明図である。It is explanatory drawing of the fuzzy clustering by the FCM discriminator. 同FCM識別器によるクラス分けの説明図である。It is explanatory drawing of the classification by the FCM discriminator. 同FCM識別器を用いたごみレベルの値と、超音波センサを用いた計測結果との比較を示すグラフである。It is a graph which shows the comparison of the value of the garbage level using the same FCM discriminator, and the measurement result using an ultrasonic sensor.

以下、本発明の実施の形態に係るごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置を、図1〜図7に基づき説明する。
まず、本発明に係るごみ状態検出装置が具備されるごみ焼却炉の概略構成について説明する。
Hereinafter, a dust state detection apparatus in a waste incinerator according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
First, a schematic configuration of a waste incinerator provided with the waste state detection device according to the present invention will be described.

図1に示すように、ごみ焼却炉は例えばストーカ炉であって、その炉本体1内には、前部にごみ供給口2が、中央に火格子3が、後部に焼却残渣取出口4がそれぞれ設けられて、ごみを燃焼させ且つ前寄り上方にフリーボード空間部が設けられた燃焼室5が具備され、またこの燃焼室5で発生した排ガスを外部に導くための第1煙道6および熱回収用のボイラ部7が配置された第2煙道8が設けられている。   As shown in FIG. 1, the waste incinerator is, for example, a stoker furnace, and in the furnace main body 1, a waste supply port 2 is located at the front, a grate 3 at the center, and an incineration residue outlet 4 at the rear. Combustion chambers 5 each provided to combust dust and provided with a freeboard space above the front side are provided, and a first flue 6 for guiding the exhaust gas generated in the combustion chamber 5 to the outside and A second flue 8 in which the heat recovery boiler unit 7 is arranged is provided.

このごみ焼却炉には、炉本体1内にごみを供給するためのごみ供給装置11、燃焼制御およびごみ投入指令などの制御を行う制御装置(図示せず)などが具備されている。
上記ごみ供給装置11は、下部に開口部12aが設けられるとともに上側にごみ貯留用空間部12bが設けられた逆四角錐形状(ホッパー形状)のごみ貯留用容器12と、このごみ貯留用容器12の下部に配置されてその空間部12b内のごみを炉本体1側に押し出すためのごみ押出し装置13と、ごみ貯留用容器12の側壁部に設けられて当該容器内に発生するごみのブリッジを解消するためのブリッジ解除装置14とから構成されている。
The waste incinerator includes a waste supply device 11 for supplying waste into the furnace body 1, a control device (not shown) that controls combustion control, a waste input command, and the like.
The waste supply device 11 includes an inverted square pyramid (hopper shape) waste storage container 12 provided with an opening 12a in the lower part and a waste storage space part 12b on the upper side, and the waste storage container 12. A waste pushing device 13 for pushing the waste in the space portion 12b to the furnace body 1 side, and a bridge for the waste generated in the side wall of the waste storage container 12 and generated in the container. It is comprised from the bridge | braking cancellation | release apparatus 14 for eliminating.

このブリッジ解除装置14は、側壁部に設けられた開口部12cに鉛直面内で揺動自在(矢印aにて示す)に設けられた揺動板15と、この揺動板15をごみ貯留用容器12の内外方向で揺動させるシリンダ装置16とから構成されている。したがって、シリンダ装置16を作動させることにより、揺動板15をごみ貯留用容器12内に揺動つまり出退させれば、ブリッジが解消される。   The bridge release device 14 includes an oscillating plate 15 provided in an opening 12c provided in a side wall portion so as to be oscillatable in a vertical plane (indicated by an arrow a), and the oscillating plate 15 for storing garbage. The cylinder device 16 is configured to swing in the inner and outer directions of the container 12. Therefore, if the cylinder device 16 is operated to swing the swing plate 15 into or out of the garbage storage container 12, that is, the bridge is eliminated.

さらに、このごみ焼却炉には、本発明に係るごみ状態検出装置が具備されている。
図2に示すように、このごみ状態検出装置21は、ごみ貯留用容器12内のごみ表面高さであるごみレベルを検出するためのごみレベル検出手段(検出装置とも言う)22と、このごみレベル検出手段22により検出されたごみレベルに基づきごみ貯留用容器12内にブリッジが発生しているか否かを検出するためのブリッジ検出手段(検出装置とも言う)23と、上記ごみレベル検出手段22により検出されたごみレベルおよび燃焼室5における火格子3上での燃え切り点(燃え切り位置)に基づきごみ枯れの発生を予測するごみ枯れ予測手段(予測装置とも言う)24とが具備されている。
Further, the waste incinerator is provided with a waste state detection device according to the present invention.
As shown in FIG. 2, the waste state detection device 21 includes a waste level detection means (also referred to as a detection device) 22 for detecting a waste level that is the height of the waste surface in the waste storage container 12, and the waste. A bridge detection means (also referred to as a detection device) 23 for detecting whether or not a bridge is generated in the waste storage container 12 based on the dust level detected by the level detection means 22, and the dust level detection means 22. And a garbage withering predicting means (also referred to as a prediction device) 24 for predicting the occurrence of garbage withering based on the dust level detected by the above and the burnout point (burnout position) on the grate 3 in the combustion chamber 5. Yes.

また、図1に示すように、ごみ状態、つまりごみの燃焼状態およびごみ貯留用容器12内のごみレベルを検出するために、燃焼室5の後壁部1aには、前方を撮影する炉内撮影用カメラ(例えば、CCDカメラなどの工業用カメラが用いられる)26が設けられるとともに、ごみ貯留用容器12内を撮影する容器内撮影用カメラ(例えば、CCDカメラなどの工業用カメラが用いられる)27が設けられている。なお、炉内撮影用カメラ26により、燃焼室5内が後壁側(焼却残渣取出口側)から前壁側(ごみ供給口側)に向かって撮影され、また容器内撮影用カメラ27により、後壁側(炉本体側)から前壁側の下方に向かって、ごみ貯留用容器12内が撮影される。   Further, as shown in FIG. 1, in order to detect the dust state, that is, the combustion state of the dust and the dust level in the dust storage container 12, the rear wall portion 1 a of the combustion chamber 5 has a furnace in which the front is photographed. An imaging camera (for example, an industrial camera such as a CCD camera is used) 26 is provided, and an in-container imaging camera (for example, an industrial camera such as a CCD camera) that images the interior of the waste storage container 12 is used. ) 27 is provided. The interior of the combustion chamber 5 is photographed from the rear wall side (incineration residue outlet side) to the front wall side (garbage supply port side) by the in-furnace photographing camera 26, and by the in-container photographing camera 27, The interior of the waste storage container 12 is photographed from the rear wall side (furnace main body side) downward to the front wall side.

上記ごみレベル検出手段22は、図3に示すように、上述した容器内撮影用カメラ27と、この容器内撮影用カメラ27にて例えば1秒間隔で撮影した撮影画像すなわち静止画を取得する撮影画像取得部31と、この撮影画像取得部31で取得された画像データを入力してファジィc平均法に基づきごみ表面高さであるごみレベルを判断するごみレベル判断部32とから構成されている。   As shown in FIG. 3, the dust level detection means 22 is a camera that acquires the above-described in-container photographing camera 27 and a photographed image, that is, a still image photographed by the in-container photographing camera 27 at, for example, one second intervals. The image acquisition unit 31 includes a dust level determination unit 32 that inputs image data acquired by the photographed image acquisition unit 31 and determines a dust level that is a dust surface height based on a fuzzy c average method. .

上記ブリッジ検出手段23は、上記ごみレベル判断部32で得られたごみレベルを時系列でもって入力してブリッジが発生したかどうか(ブリッジ発生の有無)を検出するものであり、時系列のごみレベル同士の差(ごみレベルの傾き)を求めるごみレベル差算出部41と、このごみレベル差算出部41で求められたごみレベル差を入力してブリッジの発生・ブリッジが発生していない正常・ごみのどか落ちなどの異常を判断するブリッジ判断部42とから構成されている。   The bridge detection means 23 inputs the dust level obtained by the dust level determination unit 32 in a time series and detects whether or not a bridge has occurred (whether or not a bridge has occurred). A garbage level difference calculation unit 41 for obtaining a difference between levels (garbage level inclination), and a dust level difference obtained by the garbage level difference calculation unit 41 are input to generate a bridge. It is composed of a bridge determination unit 42 for determining an abnormality such as a wasteful fall.

このブリッジ判断部42では、ごみレベル差が複数の範囲、例えば3つの範囲のうち、どの範囲に入るかで判断される。例えば、予め、実験などにより、ブリッジが発生していないと判断し得るごみレベル差の範囲として2つの閾値(設定値とも言う)t1,t2を求めておき、ごみレベル差が0〜t1の範囲内であれば、ブリッジが発生していると判断されるとともにその指標値が「1」とされる。また、ごみレベル差がt1〜t2の範囲内であれば、ブリッジが発生していないと判断されるとともにその指標値が「0.5」とされる。さらに、ごみレベル差がt2を超えている場合には、ごみのどか落ちが発生していると判断されるとともにその指標値が「0」とされる。なお、ごみレベル差からブリッジの発生の有無を判断するのに、メンバーシップ関数を用いることもできる。   The bridge determination unit 42 determines whether the dust level difference falls within a plurality of ranges, for example, three ranges. For example, two threshold values (also referred to as setting values) t1 and t2 are obtained in advance as a range of a dust level difference that can be determined that no bridge has occurred by experiment or the like, and a dust level difference is in a range of 0 to t1. If it is within, it is determined that a bridge has occurred and its index value is set to “1”. If the dust level difference is within the range of t1 to t2, it is determined that no bridge has occurred and the index value is set to “0.5”. Further, when the garbage level difference exceeds t2, it is determined that the garbage has fallen and its index value is set to “0”. Note that a membership function can also be used to determine whether or not a bridge is generated from the dust level difference.

そして、最終的にブリッジ発生の有無を判断(判定)する際には、例えば時系列で求められた10個分のごみレベルデータについて判断される。すなわち、10個分のごみレベル差の指標値がメモリに保持されるとともに、これら10個分の指標値が掛け算される。例えば、掛け算された指標値の値Sが、所定値(例えば、0.8)以上であれば、ブリッジが発生していると判断され、掛け算された指標値の値Sが、所定範囲内(例えば、0<S<0.8)であれば正常であると判断され、また掛け算された指標値の値Sが0(ゼロ)である場合には、どか落ちなどの異常が発生していると判断される。このように、複数のデータについて、その指標値を掛け算することにより、継続して同じレベルが維持されているか否かが判断される。   Then, when finally determining (determining) the presence or absence of the occurrence of bridges, for example, determination is made for 10 garbage level data obtained in time series. That is, ten garbage level difference index values are held in the memory, and the ten index values are multiplied. For example, if the value S of the multiplied index value is equal to or greater than a predetermined value (for example, 0.8), it is determined that a bridge has occurred, and the value S of the multiplied index value is within a predetermined range ( For example, if 0 <S <0.8), it is determined to be normal, and if the index value S multiplied by 0 is 0 (zero), an abnormality such as sudden drop has occurred. It is judged. Thus, by multiplying the index values for a plurality of data, it is determined whether or not the same level is continuously maintained.

上記ごみ枯れ予測手段24では、上記ごみレベル判断部32で得られたごみレベルを時系列でもって入力するとともに火格子3上での燃え切り点に基づき燃焼室5内でのごみ枯れの発生が予測される。   In the garbage withering predicting means 24, the dust level obtained by the dust level judging unit 32 is inputted in time series, and the occurrence of the garbage withering in the combustion chamber 5 is generated based on the burnout point on the grate 3. is expected.

このごみ枯れ予測手段24は、炉内撮影用カメラ26により撮影した燃焼室5内の静止画を所定時間間隔でもって、例えば1秒間隔でもって取得(入力)する燃焼室画像取得部51と、この燃焼室画像取得部51で取得された画像データからエッジ処理などの画像処理を行い燃え切り点を検出する燃え切り点検出部52と、上記ごみレベル判断部32で得られたごみレベルを時系列でもって入力して所定時間でのごみレベルの平均値を求めるごみレベル平均値算出部53と、このごみレベル平均値算出部53および燃え切り点検出部52で得られた燃え切り点を入力してごみ枯れの発生を予測する予測判断部54とから構成されている。   The garbage withering prediction unit 24 acquires (inputs) a still image in the combustion chamber 5 captured by the in-furnace imaging camera 26 at predetermined time intervals, for example, at intervals of 1 second, and a combustion chamber image acquisition unit 51. From the image data acquired by the combustion chamber image acquisition unit 51, image processing such as edge processing is performed to detect the burnout point detection unit 52, and the dust level obtained by the dust level determination unit 32 is determined as time. A waste level average value calculation unit 53 for obtaining an average value of dust levels in a predetermined time by inputting in series, and a burnout point obtained by the waste level average value calculation unit 53 and the burnout point detection unit 52 are input. And the prediction judgment part 54 which estimates generation | occurrence | production of garbage withering is comprised.

この予測判断部54では、ごみレベル平均値が予め定められた閾値(設定値)より低く且つ燃え切り点が火格子3の前寄り(ごみ供給口2寄り)である場合に、「ごみ枯れが発生する」と言う予測が出力される。   In the prediction determination unit 54, when the average value of the garbage level is lower than a predetermined threshold value (set value) and the burnout point is closer to the front of the grate 3 (closer to the garbage supply port 2), A prediction that “occurs” is output.

ところで、上記ごみレベル検出手段22では、ファジィc平均法(fuzzy c−means;FCM識別法とも言われる)を用いたファジィクラスタリングが行われるため、ファジィc平均法による識別器(以下、FCM識別器とも言い、ソフトウエアにより構成されている)33が具備されている。   By the way, the dust level detection means 22 performs fuzzy clustering using a fuzzy c-means (also referred to as FCM discrimination method). 33, which is also configured by software).

ここで、FCM識別器33による一般的なクラス分けについて説明しておく。
なお、ここでは、説明を簡単にするために、2つのクラスに分けるとともに、各クラスについても、2つのクラスターに分けるものとして説明する。
Here, general classification by the FCM discriminator 33 will be described.
Here, in order to simplify the description, the description will be made on the assumption that the classes are divided into two classes and each class is also divided into two clusters.

このファジィc平均法の適用に際しては、各種パラメータを選定する予備工程と実際に識別が行われる実工程とがある。
予備工程では、訓練用データが2つのクラスに分けられるとともに、各クラスについても、2つのクラスターに分けられる。
When this fuzzy c-average method is applied, there are a preliminary process for selecting various parameters and an actual process for actual identification.
In the preliminary process, the training data is divided into two classes, and each class is also divided into two clusters.

そして、このとき得られたクラスター中心位置(以下、クラスター中心と言う)、分散共分散行列などのデータおよび評価用データを用いて、メンバーシップ関数(後述する)の各パラメータの最適化が図られる。なお、訓練用データは、ごみ貯留用容器12内における任意高さのごみ表面を撮影した画像データであり、評価用データについても、撮影用カメラにてごみ貯留用容器12内を撮影した画像データである。   Then, the parameters of the membership function (described later) are optimized using the cluster center position (hereinafter referred to as cluster center), the data such as the variance-covariance matrix and the evaluation data obtained at this time. . The training data is image data obtained by photographing the surface of the garbage at an arbitrary height in the garbage storage container 12, and the evaluation data is also image data obtained by photographing the interior of the garbage storage container 12 with a photographing camera. It is.

次に、ファジィc平均法について説明する。
このファジィc平均法は繰返し重み付き最小二乗法を用いるので目的関数Jは下記(1)式のように設定される。
Next, the fuzzy c averaging method will be described.
Since this fuzzy c-average method uses an iteratively weighted least square method, the objective function J i is set as shown in the following equation (1).

Figure 2014010091
但し、(1)式中、ukiはメンバーシップ、Dはマハラノビス距離で下記(2)式にて表わされる。
Figure 2014010091
In the equation (1), uki is a membership, and D is a Mahalanobis distance, which is represented by the following equation (2).

Figure 2014010091
は分散共分散行列(ファジィ分散共分散行列)、vはデータの平均値つまりクラスター(i)の中心で、それぞれ下記(3)式および(4)式にて表わされる。なお、kはデータ番号である。
Figure 2014010091
S i is a variance-covariance matrix (fuzzy variance-covariance matrix), and v i is an average value of data, that is, the center of cluster (i), and is represented by the following formulas (3) and (4), respectively. Note that k is a data number.

Figure 2014010091
また、クラスター(i)の混合比率αを下記(5)式にて表わす。
Figure 2014010091
Further, the mixing ratio α of the cluster (i) is expressed by the following formula (5).

Figure 2014010091
上記(2)式〜(5)式を(1)式で示す目的関数値が収束するまで繰り返すのがFCM識別器によるクラスタリングである。
Figure 2014010091
Clustering by the FCM discriminator repeats the above equations (2) to (5) until the objective function value indicated by equation (1) converges.

そして、予備工程には、マハラノビス距離を計算するためのクラスター中心と分散共分散行列を求めるために訓練用データのクラスタリングをクラス毎に行う第1フェーズと、メンバーシップ関数のパラメータの最適化を行うために評価用データをクラス毎に分類する第2フェーズとが具備されている。   In the preliminary process, the cluster phase for calculating the Mahalanobis distance and the first phase of clustering the training data for each class to obtain the variance-covariance matrix, and the optimization of the membership function parameters are performed. Therefore, a second phase for classifying the evaluation data for each class is provided.

ところで、k番目のデータxのクラスqへのメンバーシップ(値)(チルダuqk)は下記(6)式にて表わされる。式中では、uの頭に、チルダの記号(〜)を付加しており、この「チルダu」を文章中では、「*u」として表記する。なお、メンバーシップ関数については、下記に示すように「u」と表記する。 By the way, the membership (value) (tilde u qk ) to the class q of the k-th data x k is expressed by the following equation (6). In the formula, a tilde symbol (˜) is added to the head of u, and this “tilde u” is expressed as “* u” in the text. The membership function is expressed as “u * ” as shown below.

Figure 2014010091
(6)式中、uqkj はクラスターjに対するメンバーシップ関数で、下記(7)式で表わされる。
Figure 2014010091
In the equation (6), u qkj * is a membership function for the cluster j and is represented by the following equation (7).

πはクラスqの混合比率(訓練用データの混合比率)、すなわち事前確率であり、cはクラス毎のクラスターjの数で、本実施例では2(c=2)である。 π q is a mixing ratio of class q (mixing ratio of training data), that is, a prior probability, c is the number of clusters j for each class, and is 2 (c = 2) in this embodiment.

Figure 2014010091
上記(7)式のメンバーシップ関数uqkj には複数のパラメータが含まれており、これらのパラメータは、訓練用データおよび評価用データを用いて(訓練用データだけを用いてもよい)最適化が行われる。
Figure 2014010091
The membership function u qkj * in the above equation (7) includes a plurality of parameters, and these parameters are optimal using training data and evaluation data (only training data may be used). Is done.

そして、クラス分けを行う際に、計算時間の短縮化を図るために、セミハードクラスタリングが行われる。このセミハードクラスタリングにおいては、メンバーシップとして離散値(例えば、0.6とか、0.8など)が用いられる。   Then, when classifying, semi-hardware clustering is performed in order to shorten the calculation time. In this semi-hardware clustering, discrete values (for example, 0.6, 0.8, etc.) are used as membership.

また、このセミハードクラスタリングにおいては、クラスを2つに分けるとともに、これら各クラスを2つのクラスターに分けるものとする。これは、経験上、各クラスを2つのクラスターに分割するのが、効率良くクラスタリングを行い得ることが判っているからである。なお、クラスター個数については、2つに限定されるものでもなく、例えば1つまたは3つ以上であってもよい。例えば、上記離散値を0.5とすると、クラスター数は1となり、離散値を1.0とすると、ハード(ファジィではない)な2つのクラスターとなる。上記クラスの個数については、2個として説明したが(するが)、勿論、3個以上でもよく、後で詳述する本実施の形態の場合では5個とされる。   In this semi-hardware clustering, classes are divided into two and each class is divided into two clusters. This is because experience has shown that dividing each class into two clusters allows efficient clustering. The number of clusters is not limited to two, and may be one or three or more, for example. For example, when the discrete value is 0.5, the number of clusters is 1, and when the discrete value is 1.0, two hard (not fuzzy) clusters are obtained. Although the number of the classes has been described as two (although it has been described), of course, it may be three or more, and in the case of this embodiment described in detail later, the number is five.

第1フェーズでは、訓練用データを用いて、クラス毎にセミハードクラスタリングが行われる。
すなわち、ハードとファジイの中間的なセミハードクラスタリングをするために、メンバーシップukiを下記(8)式のように設定する。

Figure 2014010091
In the first phase, semi-hardware clustering is performed for each class using training data.
That is, in order to perform semi-hard clustering between hardware and fuzzy, membership u ki is set as in the following equation (8).
Figure 2014010091

以下、具体的な手順について説明する(クラスター数(i)は2個とする)。なお、βは上述した離散値で指定される。
まず、クラスター毎の初期メンバーシップ(uk1,uk2)を下記(9)式および(10)式のように設定する。
Hereinafter, a specific procedure will be described (the number of clusters (i) is two). Note that β is specified by the discrete value described above.
First, the initial membership (u k1 , u k2 ) for each cluster is set as in the following equations (9) and (10).

Figure 2014010091
なお、上記式中、fは1つのクラスの画像データxの主成分得点である。
Figure 2014010091
In the above formula, f k is a main component score of one class of image data x k .

上記の式により、メンバーシップが与えられると、(4)式からvを、(3)式からSを求め、そして(2)式と(3)式とからマハラノビス距離Dを求め、(8)式でメンバーシップuを更新する。この更新は、メンバーシップが収束するまで繰り返し行われる。   When membership is given by the above equation, v is obtained from equation (4), S is obtained from equation (3), and Mahalanobis distance D is obtained from equations (2) and (3), (8) Update membership u with formula. This update is repeated until membership has converged.

次に、訓練用データを用いて、各クラス毎(クラス1,2)にクラスタリングを行う。すなわち、各クラスをそれぞれ2つのクラスターに分割する。
このとき、目的関数Jを用いてセミハードクラスタリングを行う。
Next, clustering is performed for each class (classes 1 and 2) using the training data. That is, each class is divided into two clusters.
At this time, semi-hardware clustering is performed using the objective function J.

すなわち、目的関数Jが最小となるような訓練用データ毎のメンバーシップuを求める。これにより、各クラスターの中心vとそのメンバーシップuとが求められる。
そして、上記求められたメンバーシップuに基づき、各クラス毎にクラスタリングが行われる。
That is, the membership u for each training data that minimizes the objective function J is obtained. Thus, the center v of each cluster and its membership u are obtained.
Then, based on the obtained membership u, clustering is performed for each class.

第2フェーズでは、評価用データを用いてクラスタリングが行われる。
すなわち、第1フェーズにて求められた各クラスターの中心vに対して、マハラノビス距離Dを求める。このとき、第1フェーズで求められたメンバーシップuが用いられる。
In the second phase, clustering is performed using the evaluation data.
That is, the Mahalanobis distance D is obtained for the center v of each cluster obtained in the first phase. At this time, the membership u obtained in the first phase is used.

そして、予め定められた(6)式にて示すメンバーシップ関数uに、上記求められたマハラノビス距離Dを適用して(用いて)、メンバーシップ関数uにおける各パラメータ(m,γ,ν,α;これらを自由パラメータまたはハイパーパラメータとも言う)の最適化を図る。この最適化においては、粒子群最適化法(PSO)が用いられる。 Then, by applying (using) the obtained Mahalanobis distance D to the membership function u * shown by the predetermined equation (6), each parameter (m, γ, ν) in the membership function u * is used. , Α; these are also called free parameters or hyperparameters). In this optimization, a particle swarm optimization method (PSO) is used.

ここで、この粒子群最適化法を簡単に説明しておく。
この粒子群最適化法は、メンバーシップ関数uにおける3つのパラメータ(m,γ,ν)と同じくパラメータであるクラスターの混合比率αの最適化が行われる。
Here, this particle swarm optimization method will be briefly described.
In this particle swarm optimization method, the cluster mixing ratio α, which is the same parameter as the three parameters (m, γ, ν) in the membership function u * , is optimized.

すなわち、この粒子群最適化法では、粒子群の最良位置の探索が、以下に示す(11)式および(12)式の更新式により行われる。   That is, in this particle group optimization method, the search for the best position of the particle group is performed by the following update formulas (11) and (12).

Figure 2014010091
上記式中、Paraは粒子の位置を示すパラメータで、α,m,γ,νからなるベクトルである。Veloは粒子の速度ベクトルである。Randは「0」と「1」との間の乱数の対角行列である。w,c,cはスカラー定数である。pbset とgbest はそれぞれpbset とgbestの位置ベクトルである。
Figure 2014010091
In the above formula, Para is a parameter indicating the position of the particle and is a vector composed of α, m, γ, and ν. Velo is the velocity vector of the particle. Rand is a diagonal matrix of random numbers between “0” and “1”. w 0 , c 1 , and c 2 are scalar constants. pbset and gbest are position vectors of pbset and gbest, respectively.

そして、これらの自由パラメータは、評価用データの誤識別率を最小にするように決定される。
すなわち、上記メンバーシップ関数uを用いたメンバーシップ*uが、正しいクラスに属するように、言い換えれば、正しいクラスのメンバーシップ*uの方が大きくなるように、最適化が図られる。
These free parameters are determined so as to minimize the misidentification rate of the evaluation data.
That is, optimization is performed so that the membership * u using the membership function u * belongs to the correct class, in other words, the correct class membership * u is larger.

上述した準備工程にて、メンバーシップ関数uが求められることになる。
次に、上記FCM識別器を用いて、ごみレベルを検出する場合の実工程について簡単に説明する。
In the preparation step described above, the membership function u * is obtained.
Next, an actual process for detecting a dust level using the FCM discriminator will be briefly described.

ここでは、ごみレベルを5つの範囲に分けるものとして説明する。例えば、図6に示すように、ごみ貯留用容器12内でのごみレベルを、0〜1(クラス1:中心値が0.5)、1〜2(クラス2:中心値が1.5)、2〜3(クラス3:中心値が2.5)、3〜4(クラス4:中心値が3.5)、4〜5(クラス5:中心値が4.5)に分けるものとして説明する。なお、図1のごみ貯留用容器12の部分に、0〜5のごみレベルを示しておく。   Here, a description will be given assuming that the garbage level is divided into five ranges. For example, as shown in FIG. 6, the garbage level in the garbage storage container 12 is 0 to 1 (class 1: center value is 0.5), 1-2 (class 2: center value is 1.5). 2 to 3 (class 3: center value is 2.5), 3 to 4 (class 4: center value is 3.5), and 4 to 5 (class 5: center value is 4.5) To do. In addition, the garbage level of 0-5 is shown in the part of the container 12 for garbage storage of FIG.

まず、撮影され且つ所定の処理(後述する)が施された画像データの、上記準備工程で求められた各クラスターの中心vに対するマハラノビス距離Dを求めるとともに、このマハラノビス距離を上記(7)式に代入して求められるメンバーシップ関数値uを上記(6)式に代入し、各クラスにおける各クラスターに対するメンバーシップ*uを求める。そして、クラスター毎に求められたメンバーシップ*uを加算し、クラス(i)毎のメンバーシップ*uを求める。 First, the Mahalanobis distance D with respect to the center v of each cluster obtained in the preparation step of image data that has been photographed and subjected to predetermined processing (described later) is obtained, and this Mahalanobis distance is expressed by the above equation (7). The membership function value u * obtained by the substitution is substituted into the above equation (6), and the membership * u for each cluster in each class is obtained. Then, the membership * u obtained for each cluster is added to obtain the membership * u i for each class (i).

そして、各クラスにおけるメンバーシップ*uが求められると、各クラスの中心値(中央値)にメンバーシップ値が掛けられた値の総和が求められる。勿論、中心値にメンバーシップ*uが掛けられた値の総和を求める総和演算部(ソフトウエアにより実行される)が設けられている。 When the membership * u i is determined in each class, the sum of values membership value is applied to the central value of each class (median) is obtained. Of course, the total sum calculation unit (executed by software) is provided for determining the total sum of values membership * u i is applied to the central value.

図6に基づき、具体的に説明すると、検出対象の画像データに対して、例えばクラス1(中心値が0.5)のメンバーシップ*uが0(ゼロ)、クラス2(中心値が1.5)のメンバーシップ*uが0.01、クラス3(中心値が2.5)のメンバーシップ*uが0.66、クラス4(中心値が3.5)のメンバーシップ*uが0.033で、クラス5(中心値が4.5)のメンバーシップ*uが0(ゼロ)である場合には、下記式で示される数値がメンバーシップとして得られる。 More specifically, based on FIG. 6, for example, membership * u 1 of class 1 (center value is 0.5) is 0 (zero) and class 2 (center value is 1) for the image data to be detected. .5) membership * u 2 is 0.01, class 3 (central value is 2.5) membership * u 3 is 0.66, class 4 (central value is 3.5) membership * u When 4 is 0.033 and the membership * u 1 of class 5 (center value is 4.5) is 0 (zero), a numerical value represented by the following formula is obtained as the membership.

0.5×0+1.5×0.01+2.5×0.66+3.5×0.33+4.5×0=2.82
すなわち、出力値としては2.82が得られる。この値を、実際のごみ高さに変換すれば、ごみレベルを細かい値で表わすことができる。勿論、この出力値を、そのまま用いてもよい。
0.5 × 0 + 1.5 × 0.01 + 2.5 × 0.66 + 3.5 × 0.33 + 4.5 × 0 = 2.82
That is, 2.82 is obtained as the output value. If this value is converted into an actual garbage height, the garbage level can be expressed by a fine value. Of course, this output value may be used as it is.

ここで、上述したFCM識別器の構成について説明しておく。
このFCM識別器は、図4に示すように、撮影画像取得部31で取得された画像データを例えば10000(100×100ピクセル)に区画する正規化部61と、この正規化部61で正規化された画像データを10000次元のベクトルにするベクトル化部62と、このベクトル化部62でベクトル化されたベクトルデータの次元を主成分分析により例えば50次元のデータに圧縮する次元圧縮部63と、この次元圧縮部63で次元圧縮された画像データの予め求められたクラスターの中心に対するマハラノビス距離を求めるマハラノビス距離計算部64と、このマハラノビス距離計算部64で求められたマハラノビス距離に基づきメンバーシップ関数uおよびメンバーシップ*uを求める上記(7)式および(6)式が具備されたメンバーシップ計算部65と、このメンバーシップ計算部65で求められたメンバーシップ*uに基づき、当該画像データが、ごみレベルを表すどのクラスに属するかを判断するレベル判断部66とから構成されている。なお、次元圧縮部63、マハラノビス距離計算部64、メンバーシップ計算部65およびレベル判断部66での計算に際しては、データベース部(図示せず)から適切なごみ貯留用容器12の形状・寸法データ、画像圧縮係数、識別用パラメータなどが読み込まれて使用される。なお、実稼動時において、読み込まれる識別用パラメータは訓練などにより最適に調整された値である(説明を省略するが、パラメータの調整部などが具備されている)。
Here, the configuration of the FCM classifier described above will be described.
As shown in FIG. 4, the FCM discriminator includes a normalization unit 61 that partitions the image data acquired by the captured image acquisition unit 31 into, for example, 10000 (100 × 100 pixels), and the normalization unit 61 normalizes the data. A vectorizing unit 62 that converts the image data into a 10,000-dimensional vector, a dimension compressing unit 63 that compresses the dimension of the vector data vectorized by the vectorizing unit 62 into, for example, 50-dimensional data by principal component analysis, A Mahalanobis distance calculation unit 64 for obtaining a Mahalanobis distance with respect to the center of a cluster obtained in advance by the dimension compression unit 63 and a membership function u based on the Mahalanobis distance obtained by the Mahalanobis distance calculation unit 64. * and membership * Request u (7) and (6) member which expression is provided -Ship calculation unit 65, and a level determination unit 66 for determining which class representing the garbage level the image data belongs to based on the membership * u obtained by the membership calculation unit 65. . In the calculation by the dimension compression unit 63, the Mahalanobis distance calculation unit 64, the membership calculation unit 65, and the level determination unit 66, an appropriate shape / size data and image of the waste storage container 12 from the database unit (not shown). The compression coefficient, identification parameters, etc. are read and used. In actual operation, the identification parameter read is a value that is optimally adjusted by training or the like (the description is omitted, but a parameter adjustment unit is provided).

具体的な計算手順を説明すると、例えば分けるクラスが2つの場合、マハラノビス距離計算部64では、画像データの予め求められているクラスター中心に対するマハラノビス距離Dが求められ、そしてメンバーシップ計算部65では、マハラノビス距離Dに基づきメンバーシップ関数u(関数値)が求まり、このメンバーシップ関数uに基づきメンバーシップ*uが求められる。つまり、各クラスターに対してメンバーシップ*u,*uが求められる。そして、各クラス毎において、メンバーシップが加算されて、クラスにおけるメンバーシップ*uc1,*uc2が求められる。 A specific calculation procedure will be described. For example, when there are two classes to be divided, the Mahalanobis distance calculation unit 64 calculates the Mahalanobis distance D with respect to the cluster center obtained in advance of the image data, and the membership calculation unit 65 A membership function u * (function value) is obtained based on the Mahalanobis distance D, and a membership * u is obtained based on the membership function u * . That is, membership * u 1 , * u 2 is obtained for each cluster. Then, for each class, membership is added, and memberships * u c1 and * u c2 in the class are obtained.

そして、レベル判断部66において、これら求められた各クラスでのメンバーシップ*uc1,*uc2同士が比較されて、その値が大きい方に、この画像データが属していると判断される。 Then, the level determination unit 66 compares the obtained memberships * u c1 and * u c2 in each class, and determines that this image data belongs to the larger one.

例えば、この判断時の各クラスにおけるメンバーシップを図5に示す。図5は、2つのクラス1およびクラス2に、それぞれ2つのクラスター1およびクラスター2をそれぞれ形成したもので、クラス1側には、v11のクラスター1とv12のクラスター2とがあり、またクラス2側にも、v21のクラスター1と、v22のクラスター2とがある。図5において、Xの地点が判断すべき画像データであるとすると、クラス1における一方のクラスター1に対するXのメンバーシップをu11、他方のクラスター2に対するXのメンバーシップをu12とし、またクラス2の一方のクラスター1に対するXのメンバーシップをu21、他方のクラスター2に対するXのメンバーシップをu22とすると、Xのクラス1に対するメンバーシップuは、u11+u12となり、またXのクラス2に対するメンバーシップuは、u21+u22となる。つまり、各クラスにおける各クラスターのメンバーシップの合計値(両クラスターに対するメンバーシップの高さの合計である)が各クラスに対するメンバーシップとなる。そして、そのメンバーシップu,uのうち、大きい方のクラスに所属していることになる。 For example, the membership in each class at the time of this determination is shown in FIG. 5, the two Class 1 and Class 2, in which respectively form two clusters 1 and cluster 2, respectively, the class 1 side, there is a cluster 2 clusters 1 and v 12 of v 11, also On the class 2 side, there is also a cluster 1 of v 21 and a cluster 2 of v 22 . In FIG. 5, assuming that the point X is image data to be determined, the membership of X in one cluster 1 in class 1 is u 11 , the membership of X in the other cluster 2 is u 12 , and the class 2, the membership of X to class 1 is u 21 , and the membership of X to the other cluster 2 is u 22 , the membership u 1 to class 1 of X is u 11 + u 12 , membership u 2 for the class 2, the u 21 + u 22. That is, the total value of membership of each cluster in each class (which is the sum of membership heights for both clusters) becomes the membership for each class. Of the memberships u 1 and u 2 , they belong to the larger class.

なお、上述した粒子群最適化法にて誤識別率が最小となるように自由パラメータが探索されるが、例えばクラスターの混合比率αを変化させると、図5のクラスターの領域(等高線で示す)の形状が変化することになり、したがって2つのクラスの境界線も非線形に変化する。   Note that the free parameters are searched so that the misidentification rate is minimized by the particle swarm optimization method described above. For example, when the cluster mixing ratio α is changed, the cluster region (shown by contour lines) in FIG. Will change, and therefore the boundaries of the two classes will also change non-linearly.

そして、上述したように、クラスが5つである本実施の形態の場合には、図6のようなクラス分けになる。
次に、上記ごみ状態検出装置21を用いたごみ焼却炉の運転について説明する。
As described above, in the case of this embodiment having five classes, the classification is as shown in FIG.
Next, the operation of the waste incinerator using the waste state detection device 21 will be described.

ごみレベル検出手段22にて、予め、訓練用データおよび評価用データにより、各種識別用のパラメータが決定されている状態において、ごみ貯留用容器12内が容器内撮影用カメラ27で例えば1秒間隔でもって静止画が取得される。   In the state in which various identification parameters are determined in advance by the training data and the evaluation data by the garbage level detection means 22, the interior of the garbage storage container 12 is captured by the in-container photographing camera 27, for example, at intervals of 1 second. Thus, a still image is acquired.

そして、この静止画は、ごみレベル判断部32に入力されて、ここでFCM識別器33にてクラス分けが行われるとともに、その際に得られたメンバーシップ*uに基づき、ごみレベルが求められる。 Then, the still picture is inputted to the dust level determining unit 32, where along with the classification is performed in FCM discriminator 33, based on membership * u i obtained at that time, required dust level It is done.

なお、FCM識別器33によるごみレベル(実線にて示す)と、超音波センサによる計測値(破線にて示す)とを比較した結果を図7に示しておく。
図7の矢印Eにて示すように、超音波センサによる計測値は、時々、誤った計測値を出力しているが、FCM識別器33により検出されたごみレベルは安定しており、実際のごみレベルに略一致していた。
FIG. 7 shows the result of comparing the dust level (shown by a solid line) by the FCM discriminator 33 and the measurement value (shown by a broken line) by the ultrasonic sensor.
As shown by an arrow E in FIG. 7, the measurement value obtained by the ultrasonic sensor sometimes outputs an erroneous measurement value, but the dust level detected by the FCM discriminator 33 is stable, and the actual value It almost coincided with the garbage level.

すなわち、FCM識別器33を用いたごみレベル検出手段22の方が、従来のような超音波レベル計に比べて、ごみレベルを正確に測定することができる。
一方、上記ごみレベルは所定時間おきに検出されており、時系列でもって、そのごみレベルのデータがブリッジ検出手段23に入力されている。
That is, the dust level detection means 22 using the FCM discriminator 33 can measure the dust level more accurately than the conventional ultrasonic level meter.
On the other hand, the dust level is detected every predetermined time, and data of the dust level is input to the bridge detection means 23 in time series.

このブリッジ検出手段23のごみレベル差算出部41では、時系列でもって連続的に入力されるごみレベルの前後データ間の差が求められ、このごみレベル差がブリッジ判断部42に入力されて、予め設定された閾値と比較されて、ブリッジが発生している状態か、それともブリッジが発生していない正常状態か、またはどか落ちなどが発生している異常状態かが判断される。   In the dust level difference calculation unit 41 of the bridge detection means 23, a difference between the data before and after the dust level continuously input in time series is obtained, and this dust level difference is input to the bridge determination unit 42. It is compared with a preset threshold value to determine whether a bridge has occurred, a normal state in which no bridge has occurred, or an abnormal state in which some drop has occurred.

ブリッジが発生していると判断された場合には、このブリッジ検出手段23からごみ供給装置11のブリッジ解除装置14に解除指令が出力されて、ブリッジが解消される。
さらに、炉内撮影用カメラ26で撮影された画像は燃焼室画像取得部51に入力された後、燃え切り点検出部52に入力され、ここで、エッジ処理などの画像処理が施されて、火格子3上での燃え切り点が検出される。なお、この燃え切り点については、他の検出手段にて得られた値、例えばFCM識別器により検出した燃え切り点を用いてもよい。
If it is determined that a bridge has occurred, a release command is output from the bridge detection means 23 to the bridge release device 14 of the waste supply device 11 to cancel the bridge.
Further, the image captured by the in-furnace imaging camera 26 is input to the combustion chamber image acquisition unit 51 and then input to the burnout point detection unit 52, where image processing such as edge processing is performed, A burnout point on the grate 3 is detected. For the burn-out point, a value obtained by other detection means, for example, a burn-out point detected by an FCM discriminator may be used.

一方、時系列で得られたごみレベルはごみレベル平均値算出部53に入力され、所定個数(例えば、10個分)についての平均値が求められる。
そして、このごみレベル平均値と上記検出された燃え切り点とが予測判断部54に入力されてごみ枯れが発生するか否かが予測される。
On the other hand, the garbage levels obtained in time series are input to the garbage level average value calculation unit 53, and an average value for a predetermined number (for example, 10) is obtained.
Then, the dust level average value and the detected burnout point are input to the prediction determination unit 54, and it is predicted whether or not the garbage wither will occur.

例えば、ごみレベルが低い場合(例えば、図1に示す「0〜1」の範囲である場合)で且つ燃え切り点が火格子3の前寄りである場合(ごみ供給口2側に近い場合)には、ごみ枯れが発生すると予測される。   For example, when the dust level is low (for example, when it is in the range of “0 to 1” shown in FIG. 1) and the burnout point is near the front of the grate 3 (when close to the dust supply port 2 side) It is predicted that garbage will die.

この場合、例えばごみ焼却炉の中央制御装置を介してごみ投入用クレーンに対して、ごみ貯留用容器12内へのごみ投入指令が出力される。勿論、ブリッジが発生している場合には、やはり、中央制御装置を介してブリッジ解除装置14にブリッジの解除動作が指示される。   In this case, for example, a garbage input command into the garbage storage container 12 is output to the garbage input crane via the central controller of the waste incinerator. Of course, when a bridge is generated, the bridge release device 14 is instructed to perform a bridge release operation via the central controller.

このように、ごみ貯留用容器12内のごみレベルをFCM識別器33により検出するとともに、このごみレベルに基づきブリッジが発生しているか否かを判断するようにしているので、より正確にブリッジの発生を知ることができる。また、同様に、FCM識別器33によるごみレベルに基づきごみ枯れを予測するようにしているので、より正確にごみ枯れを予測することができる。   In this way, the dust level in the waste storage container 12 is detected by the FCM discriminator 33, and whether or not a bridge has occurred is determined based on this dust level. You can know the occurrence. Similarly, since the FCM discriminator 33 predicts the garbage withering based on the dust level, the garbage withering can be predicted more accurately.

なお、上述したFCM識別器の構成を一般的に且つ簡単に説明すると、以下のようになる。
このFCM識別器は、撮影用カメラにより撮影された画像データから複数の代表値を取得して正規化する正規化部と、この正規化部で得られた代表値よりなる画像データをベクトル化するベクトル化部と、このベクトル化部でベクトル化されたベクトルデータの次元を圧縮する次元圧縮部と、この次元圧縮部で圧縮されたベクトルデータの予め訓練用データで求められたクラスター中心に対するマハラノビス距離を求めるマハラノビス距離計算部と、このマハラノビス距離計算部で求められたマハラノビス距離を下記(13)式に示すメンバーシップ関数(u)に代入するとともにこの関数値を下記(14)式に代入してメンバーシップ(チルダu)を求めるメンバーシップ計算部と、このメンバーシップ計算部で求められたメンバーシップを用いて撮影画像を、例えば5つのクラス(ごみレベルの異なる範囲を示すクラス)に分けるレベル判断部(状態判断部ともいえる)とを具備したものである。
The configuration of the FCM discriminator described above will be generally and simply described as follows.
This FCM discriminator vectorizes a normalization unit that obtains and normalizes a plurality of representative values from image data taken by a photographing camera, and image data composed of the representative values obtained by the normalization unit. A vectorization unit, a dimension compression unit that compresses the dimension of the vector data vectorized by the vectorization unit, and a Mahalanobis distance to the cluster center obtained from the training data of the vector data compressed by the dimension compression unit in advance Substituting the Mahalanobis distance calculation unit for obtaining the value and the Mahalanobis distance obtained by the Mahalanobis distance calculation unit into the membership function (u * ) shown in the following equation (13) and substituting this function value into the following equation (14): The membership calculation unit for obtaining membership (tilde u) and the membership calculated by this membership calculation unit A photographed image with a flop is obtained by including a example five classes level determining section divided into (class showing the different ranges of dust level) (also say state determining unit).

Figure 2014010091
但し、上記式中、αqjはクラスq内のクラスターjの混合比率、Sは分散共分散行列、πはクラスqの混合比率である。
Figure 2014010091
In the above formula, α qj is the mixing ratio of cluster j in class q, S is the variance-covariance matrix, and π q is the mixing ratio of class q.

また、次元圧縮部にて次元を圧縮する際に、主成分分析法を用いたものである。
さらに、(13)式にて示すメンバーシップ関数(u)における各パラメータ(m,γ,ν,α)の最適化を行う際に、粒子群最適化法が用いられている。
Also, the principal component analysis method is used when the dimension is compressed by the dimension compression unit.
Furthermore, a particle swarm optimization method is used when optimizing each parameter (m, γ, ν, α) in the membership function (u * ) expressed by equation (13).

1 炉本体
2 ごみ供給口
3 火格子
4 焼却残渣取出口
5 燃焼室
11 ごみ供給装置
12 ごみ貯留用容器
12a 開口部
12b ごみ貯留用空間部
13 ごみ押出装置
14 ブリッジ解除装置
21 ごみ状態検出装置
22 ごみレベル検出手段
23 ブリッジ検出手段
24 ごみ枯れ予測手段
26 炉内撮影用カメラ
27 容器内撮影用カメラ
31 撮影画像取得部
32 ごみレベル判断部
33 FCM識別器
41 ごみレベル差算出部
42 ブリッジ判断部
51 燃焼室画像取得部
52 燃え切り点検出部
53 ごみレベル平均値算出部
54 予測判断部
61 正規化部
62 ベクトル化部
63 次元圧縮部
64 マハラノビス距離計算部
65 メンバーシップ計算部
66 レベル判断部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Furnace body 2 Garbage supply port 3 Grate 4 Incineration residue outlet 5 Combustion chamber 11 Garbage supply device 12 Garbage storage container 12a Opening part 12b Garbage storage space 13 Garbage extrusion device 14 Bridge release device 21 Garbage state detection device 22 Waste level detection means 23 Bridge detection means 24 Waste withering prediction means 26 In-furnace imaging camera 27 In-container imaging camera 31 Captured image acquisition section 32 Waste level determination section 33 FCM discriminator 41 Waste level difference calculation section 42 Bridge determination section 51 Combustion chamber image acquisition unit 52 Burnout point detection unit 53 Waste level average value calculation unit 54 Prediction determination unit 61 Normalization unit 62 Vectorization unit 63 Dimension compression unit 64 Mahalanobis distance calculation unit 65 Membership calculation unit 66 Level determination unit

Claims (3)

ごみ焼却炉の炉本体内にごみを供給するためのごみ貯留用容器内を撮影カメラにて撮影した撮影画像を所定時間間隔でもって取得する撮影画像取得部と、
この撮影画像取得部で取得された画像データからファジィc平均法を用いた識別器によりごみの表面高さであるごみレベルを判断するごみレベル判断部と
を備えたことを特徴とするごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置。
A captured image acquisition unit that acquires, with a predetermined time interval, captured images obtained by capturing the interior of a waste storage container for supplying waste into the furnace body of the waste incinerator,
A waste incinerator comprising: a waste level judging unit for judging a waste level which is the surface height of the waste from an image data obtained by the photographed image obtaining unit by a discriminator using a fuzzy c-average method. Waste state detection device.
ごみレベル判断部にて得られたごみレベルを時系列でもって入力して隣接するごみレベル値同士の差であるごみレベル差を求めるごみレベル差算出部と、このごみレベル差算出部で求められたごみレベル差に基づきブリッジの有無を判断するブリッジ判断部とからなるブリッジ検出手段を備えたことを特徴とする請求項1に記載のごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置。   The waste level obtained by the waste level judgment unit is input in chronological order, and a waste level difference calculation unit for obtaining a waste level difference that is a difference between adjacent waste level values, and a waste level difference calculation unit 2. A garbage state detection apparatus in a refuse incinerator according to claim 1, further comprising bridge detection means comprising a bridge judgment unit for judging whether or not there is a bridge based on a garbage level difference. ごみレベル判断部にて得られたごみレベルを時系列でもって入力して所定個数のごみレベルの平均値を求めるごみレベル平均値算出部と、炉本体内の燃え切り点を検出する燃え切り点検出部と、これら求められたごみレベル平均値および燃え切り点を入力してごみ枯れを予測するごみ枯れ判断部とからなるごみ枯れ予測手段を備えたことを特徴とする請求項1または2に記載のごみ焼却炉におけるごみ状態検出装置。   A waste level average value calculator that calculates the average value of a predetermined number of waste levels by inputting the waste levels obtained by the waste level judgment unit in time series, and a burnout inspection that detects the burnout point in the furnace body The waste withering predicting means comprising an output part and a withering judgment part for predicting the withering of garbage by inputting the average value of the found garbage level and the burn-out point is provided. The garbage state detection apparatus in the refuse incinerator described.
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