JP6632490B2 - 計算装置、計算装置の制御方法、制御プログラム、および記録媒体 - Google Patents
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Description
本発明の一実施形態について図1から図9に基づいて説明する。本発明は、ゴミピット内でゴミを運搬するクレーンの動作スケジュールを作成する計算装置等に関するものであるから、ここではまずゴミピットと、ゴミピットを備えるゴミ焼却設備について、図2に基づいて説明する。
図2は、ゴミピットを備えるゴミ焼却設備の概略構成を示す断面図である。図示のゴミ焼却設備は、ゴミ収集車Pが搬入するゴミを一時的に貯留するゴミピット1と、ゴミピット1内のゴミを焼却する焼却炉2とを含む。ゴミピット1と焼却炉2は、ゴミを焼却炉2に供給するためのホッパー12で接続されており、ゴミピット1内のゴミは、ホッパー12を通って焼却炉2に送り込まれ、焼却される。
続いて、上述のゴミ貯留部11の詳細を図3に基づいて説明する。図3は、ゴミ貯留部11およびホッパー12を上方から見た様子を示す図である。図示のゴミ貯留部11は、横長の長方形状であり、その長辺の一方に3つの搬入用扉11aが位置しており、対向する長辺側に2つのホッパー12が位置している。各ホッパー12は、同一の焼却炉2にゴミを供給するものであってもよいし、それぞれ異なる焼却炉2にゴミを供給するものであってもよい。つまり、本実施形態のゴミ焼却設備には、複数の焼却炉2が含まれていてもよい。
次に、上述のクレーン14の動作スケジュールを作成し、クレーン14を自動で動作させるクレーン制御装置について、図1に基づいて説明する。図1は、クレーン制御装置(計算装置)50の要部構成の一例を示すブロック図である。なお、クレーン制御装置50は、上述の操作室21内に配置してもよいし、他の場所に配置してもよい。
エリア設定について図5に基づいて説明する。図5は、エリア設定の例を示す図である。同図の(a)の例では、上面視で長方形状のゴミ貯留部11内に、撹拌エリアと、受け入れエリアと、非撹拌エリア(×印を記載したエリア)を設定している。なお、受け入れエリアは、搬入用扉11a側に設けられたエリアであり、ゴミ収集車Pが搬入したゴミはこのエリアに投下される(図3参照)ので、このエリアは、少なくともゴミの搬入が行われる時間帯には非撹拌エリアとして扱われる。受け入れエリアと撹拌エリアとは土手等で仕切られていてもよい。
最適化計算部63によるクレーン14の最適な動作パターンの算出は、遺伝的アルゴリズムを用いて行われる。ここでは、最適化計算部63が実行する、遺伝的アルゴリズムを用いた最適化演算の概要を図6に基づいて説明する。図6は、遺伝的アルゴリズムを用いた最適化演算の概要を説明する図である。
最適化計算部63は、クレーン14の最適な動作パターン(シミュレーションパターンであるとも言える)を算出するためのものである。このため、評価関数f(x)としては、評価の対象となる遺伝子の示す動作パターンによる動作後のゴミ貯留部11内のゴミの状態が、理想的な状態に近いほど適応度が高くなる関数を用いる。
「発明が解決しようとする課題」にて説明したように、近年のゴミ焼却設備では、ゴミ貯留部が狭くなり、狭い空間にゴミが積層される傾向がある。このような場合、ゴミをある程度の深さまで撹拌することが好ましい。
エリア設定は、ユーザが入力部53に入力した分割数n(n=1,2,3,4)に基づいて行われる。制約条件設定部61は、入力された分割数nが1であれば、図5の(a)のように、非撹拌エリア(非使用エリア)および受け入れエリアを除いたエリアに1つの撹拌エリアを設定する。なお、撹拌エリアは、(X,Y)の座標値で表すことができる(図4参照)から、撹拌エリアの座標値を記憶しておき、記憶した座標値以外は採用しないことにより、撹拌エリア内のみを対象とした撹拌の動作スケジュールを作成することができる。また、非撹拌エリアおよび受け入れエリアの座標値についても採用するが、これらの座標値を含む動作パターンの評価値(評価関数にて算出した適応度を示す値)は著しく下げるようにしてもよい。このような構成によれば、遺伝的アルゴリズムの汎用性を失うことなく、非撹拌エリア内の位置情報を含まない遺伝子を選抜して、撹拌エリア内のみを対象とした撹拌の動作スケジュールを作成することができる。
制約条件設定部61は、ゴミの受け入れ設定に応じて、スケジュール期間に実行可能な撹拌の回数を算出して第一世代遺伝子生成部62に通知する。これにより、スケジュール期間の長さやスケジュール期間におけるゴミの搬入の有無などを反映させた第一世代の遺伝子を生成することができる。また、制約条件設定部61は、ゴミの受け入れ設定に応じた制約条件を生成し、最適化計算部63はこの制約条件の下で遺伝的アルゴリズムによりクレーン14の最適な動作パターンを算出する。
次に、ピットモデル生成部65が生成して表示部55に表示させるピットモデル画像の詳細を図7に基づいて説明する。図7は、ピットモデル画像の例を示す図である。図示のピットモデル画像は、ゴミ貯留部11内のゴミの状態を三次元的に表したモデル画像である。より詳細には、同図の(a)は撹拌の開始前の状態を示し、同図の(b)は最適化計算部63が生成した遺伝子の示す動作パターンでクレーン14を動作させた後の状態(予測される状態)を示している。また、ピットモデル画像は、撹拌回数に応じて色分けされており、これによりゴミが均等に撹拌されているかが一目で分かるようになっている。
次に、クレーン制御装置50が実行する処理(計算装置の制御方法)の流れを図8に基づいて説明する。図8は、クレーン制御装置50が実行する処理の一例を示すフローチャートである。
続いて、上述のS4で行われるAI演算(最適化演算)の詳細を図9に基づいて説明する。図9は、最適化演算(計算装置の制御方法)の一例を示すフローチャートである。
スケジュール期間の途中時点でゴミがゴミピット1内に搬入されて、受け入れエリアから撹拌エリアへのゴミの積み替えが行われた場合や、撹拌エリアのゴミのホッパー12への投入が行われた場合には、撹拌エリア内のゴミの状態が変化する。このため、動作スケジュールの作成においては、このような動作スケジュール外の要因による状態変化を反映させることが好ましい。
動作スケジュールの実行中にその動作スケジュールを修正してもよい。これにより、動作スケジュールの実行によるゴミ貯留部11内のゴミの状態の変化が、当初の想定からずれたことを補正して、その後の動作スケジュールを適正化することができる。例えば一週間の動作スケジュールを作成して実行する場合に、一日の動作が終了した時点のピット状態情報72を用いて、それ以後の動作スケジュールを再度作成してもよい。
上記実施形態では、区画単位のクレーン14の動作スケジュールを作成する例を説明した。これに対し、本実施形態では、クレーン制御装置50が、複数の区画からなるエリア単位でクレーン14の動作スケジュールを作成する例を説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
まず、エリア単位の動作スケジュールの例を図10に基づいて説明する。図10は、エリア単位の動作スケジュールの一例を示す図である。図10では、ゴミの搬入がある平日の6:00から翌日の6:00までの24時間における動作スケジュールを示している。また、図示の例では、2つの撹拌エリア(撹拌エリア1と撹拌エリア2)と1つの受け入れエリアが設定された例を示している。なお、図5の(b)の例のように、2つの撹拌エリアの間には中間エリアを設けてもよい。同様に、受け入れエリアと撹拌エリア1および2との間にも中間エリアを設けてもよい。
本実施形態において、遺伝的アルゴリズムに使用する遺伝子は、クレーン14の動作パターン、より詳細にはクレーン14がゴミを掴み、移動させ、離す動作を繰り返すときの掴む位置が含まれるエリアであるゴミ掴みエリア、および離す位置が含まれるエリアであるゴミ離しエリアの遷移を示す。なお、上記実施形態と同様に、突然変異や交叉を行う場合には、遺伝子を2進数表現とすることが好ましいが、遺伝子の表現形式は特に限定されない。
本実施形態においても、上記実施形態と同様に、評価の対象となる遺伝子の示す動作パターンによる動作後のゴミ貯留部11内のゴミの状態が、理想的な状態に近いほど適応度が高くなる評価関数を用いる。ただし、本実施形態の評価関数は、1つの区画ではなく、複数の区画を含むエリアにおけるゴミの状態を評価するものとなる。
最適化計算部63は、上述のような評価関数f(x)を用いて遺伝子を評価する。具体的には、最適化計算部63は、初期状態(ピット状態情報72の示す状態)のゴミに対して、評価対象の遺伝子の示すパターンでゴミ掴みエリアとゴミ離しエリアを遷移させて撹拌および積み替えの少なくとも何れかを行った後のゴミの状態を特定する。なお、ゴミの状態は各区画の撹拌回数および高さで表すことができる。そして、該状態を、評価関数f(x)を用いて評価する。例えば、各エリアに含まれる区画における撹拌回数やゴミの高さの代表値を算出して評価関数f(x)に代入することにより、評価値を算出することができる。
ゴミの搬入を考慮したスケジュールを作成する場合、スケジュール期間を複数の時間帯に分け、時間帯ごとに異なる評価関数(理想とする状態(所定の状態)が異なる評価関数)を用いてもよい。例えばゴミの搬入のある時間帯には、受け入れエリアのゴミの高さを低くする遺伝子の評価を高くし、ゴミの搬入のない時間帯には撹拌回数の均一度を高くする遺伝子の評価を高くしてもよい。
上記各実施形態では、バケット17で掴んだゴミの全てを、バケット17の移動先の位置で離す動作を撹拌動作としたが、撹拌動作はゴミ貯留部11内のゴミを均等に分散させることができる動作であればよく、上記の例に限られない。例えば、クレーン14のバケット17を少しずつ開きながら移動させることにより、バケット17の移動経路上にゴミをばらまく動作を撹拌動作としてもよい。
クレーン制御装置50の制御ブロック(特に制御部51)は、集積回路(ICチップ)等に形成された論理回路(ハードウェア)によって実現してもよいし、CPU(Central Processing Unit)を用いてソフトウェアによって実現してもよい。
14 クレーン
50 クレーン制御装置(計算装置)
53 入力部
62 第一世代遺伝子生成部
63 最適化計算部
64 ピット状態予測部
Claims (14)
- ゴミピット内でゴミを運搬するクレーンの所定期間における動作スケジュールを作成する計算装置であって、
上記所定期間における上記クレーンの移動および開閉の動作パターンが、ゴミの掴み位置を示す位置情報と該ゴミの離し位置を示す位置情報である遺伝子からなる遺伝子群を生成する第一世代遺伝子生成部と、
上記遺伝子群に含まれる各遺伝子の適応度の評価と該評価に基づく遺伝子群の更新とを繰り返し行う進化的アルゴリズムにより、初期状態の上記ゴミを所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜する最適化計算部と、
上記ゴミピット内においてゴミの撹拌に使用しない非使用エリアの指定を受け付ける入力部と、を備え、
上記非使用エリアの少なくとも一部が上記ゴミピットに搬入されるゴミを受け入れる受け入れエリアである場合、上記最適化計算部は、上記ゴミピットへのゴミの搬入のない期間の動作スケジュールを作成する際には、上記受け入れエリア内の位置情報を含む遺伝子を選抜することを特徴とする計算装置。 - ゴミピット内でゴミを運搬するクレーンの所定期間における動作スケジュールを作成する計算装置であって、
上記所定期間における上記クレーンの移動および開閉の動作パターンを示す遺伝子からなる遺伝子群を生成する第一世代遺伝子生成部と、
上記遺伝子群に含まれる各遺伝子の適応度の評価と該評価に基づく遺伝子群の更新とを繰り返し行う進化的アルゴリズムにより、初期状態の上記ゴミを所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜する最適化計算部と、を備え、
上記適応度の評価に用いる評価関数は、
上記ゴミピット内に規定された複数の区画におけるゴミの撹拌度の分散が小さいほど適応度の評価が高くなり、
上記ゴミピット内のゴミの高さの分散が小さいほど適応度の評価が高くなり、かつ、
上記所定期間における上記クレーンの総移動距離が短いほど適応度の評価が高くなる関数であることを特徴とする計算装置。 - 上記評価関数は、上記遺伝子の示す動作パターンで上記クレーンを動作させた場合に、上記ゴミピットへのゴミの搬入時刻の所定時間前にゴミの受け入れエリア内のゴミ高さが所定値以下となれば適応度の評価が高くなる関数であることを特徴とする請求項2に記載の計算装置。
- ゴミピット内でゴミを運搬するクレーンの所定期間における動作スケジュールを作成する計算装置であって、
上記所定期間における上記クレーンの移動および開閉の動作パターンを示す遺伝子からなる遺伝子群を生成する第一世代遺伝子生成部と、
上記遺伝子群に含まれる各遺伝子の適応度の評価と該評価に基づく遺伝子群の更新とを繰り返し行う進化的アルゴリズムにより、初期状態の上記ゴミを所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜する最適化計算部と、
上記所定期間の途中時点における上記ゴミピット内のゴミの状態であって、上記時点までに行われる上記ゴミピットへのゴミの搬入、および上記ゴミピットからのゴミの搬出の少なくとも何れかを反映させたゴミの状態を示すピット状態予測情報を生成するピット状態予測部と、を備え、
上記最適化計算部は、上記時点以降の期間について、上記ピット状態予測情報の示す状態のゴミを上記所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜することを特徴とする計算装置。 - ゴミピット内でゴミを運搬するクレーンの所定期間における動作スケジュールを作成する計算装置であって、
上記所定期間における上記クレーンの移動および開閉の動作パターンを示す遺伝子からなる遺伝子群を生成する第一世代遺伝子生成部と、
上記遺伝子群に含まれる各遺伝子の適応度の評価と該評価に基づく遺伝子群の更新とを繰り返し行う進化的アルゴリズムにより、初期状態の上記ゴミを所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜する最適化計算部と、を備え、
上記最適化計算部は、上記所定期間の時間帯ごとに、上記所定の状態が異なる評価関数を用いて遺伝子を選抜することを特徴とする計算装置。 - 上記所定期間の指定を受け付ける入力部を備え、
上記第一世代遺伝子生成部は、上記所定期間に応じた個数の上記位置情報を含む遺伝子を生成することを特徴とする請求項1に記載の計算装置。 - 上記区画は、上記ゴミピット内のゴミを水平方向および垂直方向に三次元的に区分した区画であることを特徴とする請求項2または3に記載の計算装置。
- 上記最適化計算部が生成した遺伝子の示す動作パターンで上記クレーンを動作させた後の上記ゴミピット内のゴミの状態を三次元的に示すピットモデル画像を生成するピットモデル生成部を備えていることを特徴とする請求項1から7の何れか1項に記載の計算装置。
- 上記最適化計算部が生成した遺伝子の示す動作パターンで上記クレーンを動作させるクレーン制御部を備えていることを特徴とする請求項1から8の何れか1項に記載の計算装置。
- 上記第一世代遺伝子生成部が生成する遺伝子は、上記ゴミピット内に規定された複数の区画のうち、上記クレーンがゴミを掴む位置となる複数の区画からなるゴミ掴みエリアと、上記複数の区画のうち、上記ゴミ掴みエリアではない区画であって、上記ゴミ掴みエリア内で掴まれたゴミを離す位置となる複数の区画からなるゴミ離しエリアとを示すエリア設定情報からなり、該遺伝子における上記エリア設定情報の配列順が、上記所定期間における上記ゴミ掴みエリアの遷移と、上記所定期間における上記ゴミ離しエリアの遷移とを示していることを特徴とする請求項1から9の何れか1項に記載の計算装置。
- ゴミピット内でゴミを運搬するクレーンの所定期間における動作スケジュールを作成する計算装置の制御方法であって、
上記所定期間における上記クレーンの移動および開閉の動作パターンが、ゴミの掴み位置を示す位置情報と該ゴミの離し位置を示す位置情報である遺伝子からなる遺伝子群を生成する第一世代遺伝子生成ステップと、
上記遺伝子群に含まれる各遺伝子の適応度の評価と該評価に基づく遺伝子群の更新とを繰り返し行う進化的アルゴリズムにより、初期状態の上記ゴミを所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜する最適化計算ステップと、
上記ゴミピット内においてゴミの撹拌に使用しない非使用エリアの指定を受け付ける入力ステップと、を含み、
上記最適化計算ステップは、
上記ゴミピット内に規定された複数の区画におけるゴミの撹拌度の分散が小さいほど適応度の評価が高くなり、上記ゴミピット内のゴミの高さの分散が小さいほど適応度の評価が高くなり、かつ、上記所定期間における上記クレーンの総移動距離が短いほど適応度の評価が高くなる評価関数を用いて上記適応度を評価するステップ、
または、
上記非使用エリアの少なくとも一部が上記ゴミピットに搬入されるゴミを受け入れる受け入れエリアである場合、上記ゴミピットへのゴミの搬入のない期間の動作スケジュールを作成する際には、上記受け入れエリア内の位置情報を含む遺伝子を選抜するステップ、
または、
上記所定期間の途中時点における上記ゴミピット内のゴミの状態であって、上記時点までに行われる上記ゴミピットへのゴミの搬入、および上記ゴミピットからのゴミの搬出の少なくとも何れかを反映させたゴミの状態を示すピット状態予測情報を生成し、上記時点以降の期間について、上記ピット状態予測情報の示す状態のゴミを上記所定の状態とするか、または該状態に近づけることのできる動作パターンを示す遺伝子を選抜するステップ、
または、
上記所定期間の時間帯ごとに、上記所定の状態が異なる評価関数を用いて遺伝子を選抜するステップ、
を含むことを特徴とする計算装置の制御方法。 - 請求項1〜3、5の何れか1項に記載の計算装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記第一世代遺伝子生成部および上記最適化計算部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
- 請求項4に記載の計算装置としてコンピュータを機能させるための制御プログラムであって、上記第一世代遺伝子生成部、上記ピット状態予測部、および上記最適化計算部としてコンピュータを機能させるための制御プログラム。
- 請求項12または13に記載の制御プログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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