JP2019158256A - ごみ質推定システム及び方法、並びに、ごみ貯蔵設備 - Google Patents
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Abstract
Description
堆積ごみを撮像して、水の吸収帯の分光画像である水分評価画像と水の非吸収帯の分光画像である参照画像とを得る第1撮像装置と、
前記水分評価画像の評価範囲の画像と前記参照画像の前記評価範囲と対応する範囲の画像とから、前記評価範囲に含まれる水分量の指標である水分指標を求める水分指標演算装置と、
前記水分指標を含む少なくとも1種の評価指標に基づいて前記評価範囲のごみ質を推定するごみ質推定装置とを備えることを特徴としている。なお、水分指標は、評価範囲の水分率の指標であってもよい。
堆積ごみを撮像して、水の吸収帯の分光画像である水分評価画像と水の非吸収帯の分光画像である参照画像とを得るステップと、
前記水分評価画像の評価範囲の画像と前記参照画像の前記評価範囲と対応する範囲の画像とから、前記評価範囲に含まれる水分量の指標である水分指標を求めるステップと、
前記水分指標を含む少なくとも1種の評価指標に基づいて前記評価範囲のごみ質を推定するごみ質推定ステップとを含むことを特徴としている。
次に、図面を参照して本発明の第1実施形態を説明する。図1は、本発明の第1実施形態に係るごみ質推定システム7が適用されるごみ焼却プラント100の一例を示す概略図である。
ごみ貯蔵設備3には、焼却炉1に隣設されて、焼却炉1で処理されるごみを一時的に貯蔵するピット60が設けられている。ピット60の上方には、ピット60内のごみを焼却炉1へ投入するクレーン6が設けられている。クレーン6は、ピット60のごみを焼却炉1へ搬送する搬送装置の一例である。クレーン6は、走行レール61、走行レール61上を走行するガーダ62、ガーダ62を横行するトロリ63、トロリ63にワイヤロープを介して昇降可能に支持されたバケット64、及び、クレーン6の動作を制御するクレーン制御装置65を備える。バケット64は、ガーダ62の走行、トロリ63の横行、及びワイヤロープの巻き上げ・巻き下げの組み合わせにより、ピット60上の任意の位置へ移動することができる。但し、クレーン6は、上記構成に限定されない。
焼却炉1は、ストーカ式焼却炉である。但し、焼却炉1はストーカ式焼却炉に限定されず、公知のごみ焼却炉が採用されてよい。
焼却炉1の二次燃焼室19と連続された煙道20,21,22には、煙道20,21,22を流れる燃焼排ガスから熱エネルギーを回収するボイラ2が構成されている。第1煙道20及び第2煙道21の壁にはボイラドラム24と接続された水管23が張り巡らされている。また、ボイラドラム24は、過熱器25の過熱管27と接続されている。過熱管27は、第3煙道22内に設置され、過熱管27を通る蒸気は第3煙道22を通過する排ガスの熱を回収する。過熱器25から発電設備8へ送られる蒸気の量は蒸気流量計39により計測される。発電設備8は、発電機85及びそれを駆動する蒸気タービン84を含み、ボイラ2から送られた蒸気によって蒸気タービン84が回転する。
上記のように焼却プラント100は自動燃焼制御されるが、安定した燃焼制御を実現するためには、焼却炉1に供給されるごみのごみ質(特に、発熱量)を均質化させることが望ましい。そこで、本実施形態に係る焼却プラント100のごみ貯蔵設備3は、ごみ質推定システム7を備える。ごみ質推定システム7は、ピット60に堆積しているごみ(以下、「堆積ごみ」と称する)のごみ質を推定する。貯蔵設備3では、推定されたごみ質に基づいて堆積ごみの均質化が行われる。
水分量評価部71は、ごみの水分量を評価する水分指標を求める処理を行う。水分量評価部71は、撮像装置91(第1撮像装置)と、水分指標演算装置92とを含む。
照明装置94は、吸収帯の光を照射する第1照明装置と、非吸収帯の光を照射する第2照明装置とを含む。そして、第1照明装置で照らされた堆積ごみからの反射光をカメラ93で撮像して、水分評価画像を得る。同様に、第2照明装置で照らされた堆積ごみからの反射光をカメラ93で撮像して、参照画像を得る。
カメラ93は、吸収帯の光のみを通過させる第1バンドパスフィルタと非吸収帯の光のみを通過させる第2バンドパスフィルタとを交換するフィルタ交換装置を備える。照明装置94は、吸収帯及び非吸収帯を含む波長領域の光を照射する。そして、照明装置94で照らされた堆積ごみからの反射光を第1バンドパスフィルタを装着したカメラ93で撮像して、水分評価画像を得る。同様に、照明装置94で照らされた堆積ごみからの反射光を第2バンドパスフィルタを装着したカメラ93で撮像して、参照画像を得る。
カメラ93は、第1バンドパスフィルタをレンズに装着した第1カメラと、第2バンドパスフィルタをレンズに装着した第2カメラとを含む。照明装置94は、吸収帯及び非吸収帯を含む波長領域の光を照射する。そして、照明装置94で照らされた堆積ごみからの反射光を第1カメラで撮像して、水分評価画像を得る。同様に、照明装置94で照らされた堆積ごみからの反射光を第2カメラで撮像して、参照画像を得る。
カメラ93は、第1撮像素子と、第2撮像素子と、1つの光軸を第1撮像素子へ入る第1光軸と第2撮像素子へ入る第2光軸に分離する光学エレメントと、第1光軸が通過する第1バンドパスフィルタと、第2光軸が通過する第2バンドパスフィルタとを含む。光学エレメントは、例えば、ハーフミラーやハーフプリズムの組み合わせで構成される。照明装置94は、吸収帯及び非吸収帯を含む波長領域の光を照射する。そして、照明装置94で照らされた堆積ごみからの反射光を、第1撮像素子で撮像して水分評価画像を得て、同時に第2撮像素子で撮像して参照画像を得る。
水分評価画像と参照画像の各々について、同一のごみが写っている範囲(評価範囲)を特定する。そして、水分評価画像の評価範囲の平均輝度値L1と、参照画像の評価範囲の平均輝度値L2とを求める。輝度値の範囲は0(黒)〜255(白)とする。そして、平均輝度値L2と平均輝度値L1との差ΔL(=L2−L1)を評価範囲の水分指標I1とする。このような水分指標I1(=平均輝度値の差ΔL)は、評価範囲の水分の増大に従って値が大きくなる。
上記オプション(1)と同様に平均輝度値L1及び平均輝度値L2を求める。そして、平均輝度値L2と平均輝度値L1との比R(=L2/L1)を評価範囲の水分指標I2とする。このような水分指標I2(=平均輝度値の比R)は、評価範囲の水分の増大に従って値が大きくなる。
上記オプション(1)と同様に平均輝度値L1及び平均輝度値L2を求める。そして、平均輝度値L2を基準として、平均輝度値L1が低下した割合である減衰率D(=(L2−L1)/L2×100[%])を評価範囲の水分指標I3とする。このような水分指標I3(=平均輝度値の減衰率D)は、評価範囲の水分の増大に従って値が大きくなる。
水分評価画像と参照画像の各々について、同一のごみが写っている範囲(評価範囲)を特定する。そして、図3に示すように、水分評価画像の評価範囲及び参照画像の評価範囲について、輝度値ヒストグラムを作成する。輝度値ヒストグラムの横軸は輝度値を表し、縦軸は評価範囲全体の画素数を100%とした場合のその輝度値の画素数の割合[%]を表す。この輝度値ヒストグラムにおいて、水分評価画像の度数が参照画像の度数よりも小さい範囲において、水分評価画像の度数折れ線F1と参照画像の度数折れ線F2とで囲まれた範囲の面積(図3に斜線で示す面積)を、評価範囲の水分指標I4とする。水分指標I4は、水分の存在に起因する、参照画像を基準とした水分評価画像の暗く写った画素の増加量を表す。
水分評価画像と参照画像の各々について、同一のごみが写っている範囲(評価範囲)を特定する。そして、図4に示すように、水分評価画像の評価範囲及び参照画像の評価範囲について、累積輝度値ヒストグラムを作成する。累積輝度値ヒストグラムの横軸は輝度値を表し、縦軸は評価範囲全体の画素数を100%とした場合のその輝度値の画素数の割合[%]を表す。この累積輝度値ヒストグラムにおいて、水分評価画像の累積度数が参照画像の累積度数よりも小さい範囲において、水分評価画像の累積度数折れ線CF1と参照画像の累積度数折れ線CF2とで囲まれた範囲の面積(図4に斜線で示す面積)を、評価範囲の水分指標I5とする。水分指標I5は、水分の存在に起因する、参照画像を基準とした水分評価画像の輝度値の低下量及び低下数を表す。
上記オプション(4)と同様に輝度値ヒストグラムを作成する。この輝度値ヒストグラムにおいて、水分評価画像の度数折れ線F1の尖度K1と、参照画像の度数折れ線F2の尖度K2とを求める。そして、尖度K2と尖度K1との差ΔK(=K2-K1)を評価範囲の水分指標I6とする。水分指標I6は、水分の存在に起因する、度数折れ線F2を基準とした度数折れ線F1の尖り具合の変化を表す。
上記オプション(4)と同様に輝度値ヒストグラムを作成する。この輝度値ヒストグラムにおいて、水分評価画像の度数折れ線F1の歪度S1と、参照画像の度数折れ線F2の歪度S2とを求める。そして、歪度S2と歪度S1との差ΔS(=S2-S1)を評価範囲の水分指標I7とする。水分指標I7は、水分の存在に起因する、度数折れ線F2を基準とした度数折れ線F1のピークの偏りを表す。
ごみの種類とごみの色には、概ね相関性がある。例えば、プラスチックや紙は白色、家庭ごみは家庭用ごみ袋の色を呈する。そこで、多様性評価部72は、ごみの画像の色の属性(色相、明度、彩度)を利用して、ごみの多様性指標を求める。多様性指標は、ごみ質の評価指標のうちの一種である。ここで、「多様性」とは、様々な種類のごみが混ざっている度合を意味する。ピット60の堆積ごみに亘って、多様性は均一であることが望ましい。また、焼却炉1の投入ホッパ12へ供給されるごみは、多様性が無いものよりも、多様性があるものが望ましい。多様性評価部72は、撮像装置96(第2撮像装置)と多様性指標演算装置97とを含む。
図6に示すように、ピット60内(又は、ピット60内の所定領域)は、平面視において仮想的に格子状に区画され、m個(mは実数)のセルが規定されている。各セルのサイズは、クレーン6のバケット64が一掴みできる大きさに設定されている。水分指標演算装置92は、一つのセルを一つの評価範囲とし、各セルについて水分指標を求める。同様に、多様性指標演算装置97は、各セルについて多様性指標を求める。
例えば、搬出装置としてのクレーン制御装置65は、ごみ質マップを取得し、ごみ質マップを利用して焼却炉1へのごみの投入順序を決定することにより、ごみ質の均質化されたごみの投入を実現する。クレーン制御装置65は、投入ホッパ12及びシュート13にあるごみの平均発熱量に基づいて、投入ホッパ12及びシュート13にあるごみの平均ごみ質が標準クラスに近づくように次にごみを取り出すべきセルのクラスを決定する。投入ホッパ12及びシュート13にあるごみの平均発熱量は、過去所定回数に投入されたごみのクラスに基づいて推定することができる。続いて、クレーン制御装置65は、ごみ質マップを利用して決定したクラスに分類されたセルを特定し、その中から一つのセルを選択する。そして、クレーン制御装置65は、選択されたセルのごみが投入ホッパ12へ供給されるようにクレーン6を動作させる。
次に、上記第1実施形態の変形例1を説明する。第1実施形態に係るごみ質推定システム7では、ごみ質推定装置90が評価範囲の水分指標及び多様性指標に基づいて当該評価範囲のごみ質を推定するのに対し、変形例1では、ごみ質推定装置90が評価範囲の水分指標に基づいて当該評価範囲のごみ質を推定する。この点を除いて、変形例1に係るごみ質推定システム7は、第1実施形態に係るごみ質推定システム7と実質的に同一である。
次に、上記第1実施形態の変形例2を説明する。第1実施形態に係るごみ質推定システム7では、ごみ質推定装置90が評価範囲の水分指標及び多様性指標に基づいて当該評価範囲のごみ質を推定するのに対し、変形例2では、ごみ質推定装置90が評価範囲の水分指標(又は、水分指標及び多様性指標)とごみ質量とを含む評価指標に基づいて当該評価範囲のごみ質を推定する。この点を除いて、変形例2に係るごみ質推定システム7は、第1実施形態に係るごみ質推定システム7と実質的に同一である。
次に、本発明の第2実施形態を説明する。図8は、本発明の第2実施形態に係るごみ質推定システム7’が適用されるごみ焼却プラント100’の一例を示す概略図である。本実施形態の説明においては、前述の第1実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
1 :焼却炉
2 :ボイラ
3 :貯蔵設備
6 :クレーン
7,7’ :ごみ質推定システム
8 :発電設備
10 :燃焼制御装置
12 :投入ホッパ
13 :シュート
39 :蒸気流量計
41 :フィーダ
60 :ピット
65 :クレーン制御装置
71 :水分量評価部
72 :多様性評価部
73 :ごみ質推定部
89 :ごみ質量測定装置
90 :ごみ質推定装置
91 :撮像装置(第1撮像装置)
92 :水分指標演算装置
93,98 :カメラ
94,99 :照明装置
96 :撮像装置(第2撮像装置)
97 :多様性指標演算装置
Claims (10)
- 堆積ごみを撮像して、水の吸収帯の分光画像である水分評価画像と水の非吸収帯の分光画像である参照画像とを得る第1撮像装置と、
前記水分評価画像の評価範囲の画像と前記参照画像の前記評価範囲と対応する範囲の画像とから、前記評価範囲に含まれる水分量の指標である水分指標を求める水分指標演算装置と、
前記水分指標を含む少なくとも1種の評価指標に基づいて前記評価範囲のごみ質を推定するごみ質推定装置とを備える、
ごみ質推定システム。 - 前記堆積ごみを撮像して、カラー画像である多様性評価画像を得る第2撮像装置と、
前記多様性評価画像の前記評価範囲と対応する範囲の画像から、前記評価範囲に含まれるごみの多様性の指標である多様性指標を求める多様性指標演算装置とを、更に備え、
前記評価指標が前記多様性指標を更に含む、
請求項1に記載のごみ質推定システム。 - 前記堆積ごみの前記評価範囲と対応する範囲のごみ質量を測定するごみ質量測定装置を、更に備え、
前記評価指標が前記ごみ質量を更に含む、
請求項1又は2に記載のごみ質推定システム。 - 前記堆積ごみが二次元において複数のセルに仮想的に分割され、
前記ごみ質推定装置は、1つの前記セルを前記評価範囲として前記複数のセルの各々について前記ごみ質を推定し、前記複数のセルを前記ごみ質に応じて複数のクラスに分類する、
請求項1〜3のいずれか一項に記載のごみ質推定システム。 - 前記堆積ごみを収容したピットと、
請求項4に記載のごみ質推定システムと、
前記複数のセルの分類に基づいて、前記複数のセルに亘ってごみ質が均質化されるように、前記ピット内の前記堆積ごみを混合する混合装置とを備える、
ごみ貯蔵設備。 - 前記堆積ごみを収容したピットと、
請求項4に記載のごみ質推定システムと、
前記複数のセルの分類に基づいて、前記複数のセルから選択的にごみを搬出する搬出装置とを備える、
ごみ貯蔵設備。 - 堆積ごみを撮像して、水の吸収帯の分光画像である水分評価画像と水の非吸収帯の分光画像である参照画像とを得るステップと、
前記水分評価画像の評価範囲の画像と前記参照画像の前記評価範囲と対応する範囲の画像とから、前記評価範囲に含まれる水分量の指標である水分指標を求めるステップと、
前記水分指標を含む少なくとも1種の評価指標に基づいて前記評価範囲のごみ質を推定するごみ質推定ステップとを含む、
ごみ質推定方法。 - 前記堆積ごみを撮像して、カラー画像である多様性評価画像を得るステップと、
前記多様性評価画像の前記評価範囲と対応する範囲の画像から、前記評価範囲に含まれるごみの多様性の指標である多様性指標を求めるステップとを、更に含み、
前記評価指標が前記多様性指標を更に含む、
請求項7に記載のごみ質推定方法。 - 前記堆積ごみの前記評価範囲と対応する範囲のごみ質量を測定するステップを更に含み、
前記評価指標が前記ごみ質量を更に含む、
請求項7又は8に記載のごみ質推定方法。 - 前記堆積ごみが二次元において複数のセルに仮想的に分割され、
前記ごみ質推定ステップが、1つの前記セルを前記評価範囲として前記複数のセルの各々について前記ごみ質を推定し、前記複数のセルを前記ごみ質に応じて複数のクラスに分類することを含む、
請求項7〜9のいずれか一項に記載のごみ質推定方法。
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