JP7348144B2

JP7348144B2 - 廃棄物高さ情報検出装置および該方法

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Publication number: JP7348144B2
Application number: JP2020118199A
Authority: JP
Inventors: 祥平上村; 圭太尾崎
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2020-07-09
Filing date: 2020-07-09
Publication date: 2023-09-20
Anticipated expiration: 2040-07-09
Also published as: JP2022015392A

Description

本発明は、収容部に収容された廃棄物の高さに関わる高さ情報を検出する廃棄物高さ情報検出装置および廃棄物高さ情報検出方法に関する。

所有者によって利用価値が無いあるいは不要であると判断されてゴミとして廃棄された廃棄物は、一般に、焼却炉で燃焼され、焼却処理される。この廃棄物の燃焼では、焼却炉内での安定した燃焼を実現するために、クレーンで廃棄物が撹拌され、均等化される。この撹拌において、省人化および効率化等のために、前記クレーンの自動制御が望まれる。前記自動制御の実現に当たって、廃棄物の高さを測定する必要がある。この廃棄物の高さの測定に関し、例えば、特許文献１に開示された情報処理装置がある。

この特許文献１に開示された情報処理装置は、ごみピット内に堆積されたごみの高さを推定する情報処理装置であって、上記ごみピット内を撮影した画像における、ごみピットの壁面とごみとの境界を特定する境界特定部と、上記画像における壁面上に設定された基準線と、上記境界特定部が特定した境界との位置関係から、上記境界におけるごみの高さを算出する高さ算出部とを備え、上記高さ算出部は、上記ごみピットの複数の壁面について該壁面とごみとの境界におけるごみの高さを算出すると共に、上記境界より内側の領域におけるごみの高さを、上記境界までの距離に応じた加重平均により上記境界におけるごみの高さから算出する。

特開２０１８－１７３２４８号公報

ところで、前記特許文献１に開示された情報処理装置は、上記境界より内側の領域におけるごみの高さを、上記境界までの距離に応じた加重平均により上記境界におけるごみの高さから算出するので、内側の領域におけるごみの高さの凹凸を求めることができず、内側の領域では、正確なごみの高さを測定することが難しい。

本発明は、上述の事情に鑑みて為された発明であり、その目的は、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる廃棄物高さ情報検出装置および廃棄物高さ情報検出方法を提供することである。

本発明者は、種々検討した結果、上記目的は、以下の本発明により達成されることを見出した。すなわち、本発明の一態様にかかる廃棄物高さ情報検出装置は、収容部に収容された廃棄物の表面に対し、互いに異なる前記表面の部分を含むように、前記表面における一部分の３次元点群データを生成する第１および第２点群データ生成部と、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記表面全体の３次元点群データを求める点群データ処理部と、前記廃棄物の表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物の高さに関わる高さ情報を求める高さ情報処理部とを備え、前記第１および第２点群データ生成部は、互いの死角をカバーするように測定方向が交差するように、かつ、前記表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記第１および第２点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設され、前記点群データ処理部は、前記第１点群データ生成部の第１死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第２点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第２点群データ生成部の第２死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第１点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成された互いに重複する３次元点群データを１個に纏めることによって、前記表面全体の３次元点群データを求める。好ましくは、上述の廃棄物高さ情報検出装置において、前記高さ情報は、所定の基準面から前記廃棄物の表面までの距離（長さ）である。好ましくは、前記基準面は、前記収容部の上面（前記廃棄物を投入する投入面）である。好ましくは、前記基準面は、クレーンが稼動を終了して待機している待機位置を含む待機面である。好ましくは、上述の廃棄物高さ情報検出装置において、前記基準面は、前記収容部の底面であって、前記高さ情報は、前記廃棄物の高さそのものである。

このような廃棄物高さ情報検出装置では、複数の点群データ生成部は、廃棄物の表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記複数の点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設されているので、上記廃棄物高さ情報検出装置は、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる。

そして、上述の廃棄物高さ情報検出装置において、前記点群データ処理部は、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データから、前記表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、前記表面全体の３次元点群データを求める。

このような廃棄物高さ情報検出装置は、廃棄物の表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、表面全体の３次元点群データを求めるので、前記障害物があっても、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる。このため、既設の焼却施設に、後付けで、上記廃棄物高さ情報検出装置が設置でき、後付けで、クレーンが自動化できる。

さらに、上述の廃棄物高さ情報検出装置において、前記点群データ処理部は、前記表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、前記除去を行う。

廃棄物までの間に障害物が有る場合では、廃棄物の表面を表す３次元点群データは、最も低い３次元点群データである、と推察できる。上記廃棄物高さ情報検出装置は、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択するので、廃棄物までの間に障害物が在っても、廃棄物全体の高さをより正確に測定できる。

他の一態様では、上述の廃棄物高さ情報検出装置において、前記点群データ処理部は、複数の区画それぞれにおける複数の区画３次元点群データそれぞれについて、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間に１または複数の３次元点群データを補間することによって、前記表面全体の３次元点群データを求める。

このような廃棄物高さ情報検出装置は、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間に１または複数の３次元点群データを補間するので、廃棄物の高さ情報における空間分解能を向上できる。

本発明の一態様にかかる廃棄物高さ情報検出方法は、収容部に収容された廃棄物の表面に対し、互いに異なる前記表面の部分を含むように、前記表面における一部分の３次元点群データを生成する第１および第２点群データ生成部を用いた廃棄物高さ情報検出方法であって、前記第１および第２点群データ生成部それぞれによって前記表面における一部分の各３次元点群データ生成する点群データ生成工程と、前記点群データ生成工程で生成した前記表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記表面全体の３次元点群データを求める点群データ処理工程と、前記廃棄物の表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物の高さに関わる高さ情報を求める高さ情報処理工程とを備え、前記第１および第２点群データ生成部は、互いの死角をカバーするように測定方向が交差するように、かつ、前記表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記第１および第２点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設され、前記点群データ処理工程は、前記第１点群データ生成部の第１死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第２点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第２点群データ生成部の第２死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第１点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成された互いに重複する３次元点群データを１個に纏めることによって、前記表面全体の３次元点群データを求め、前記点群データ処理工程は、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データから、前記表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、前記表面全体の３次元点群データを求め、前記点群データ処理工程は、前記表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、前記除去を行う。

このような廃棄物高さ情報検出方法では、複数の点群データ生成部は、廃棄物の表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記複数の点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設されているので、上記廃棄物高さ測定方法は、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる。

本発明にかかる廃棄物高さ情報検出装置および廃棄物高さ情報検出方法は、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる。

実施形態における廃棄物高さ情報検出装置の構成を示すブロック図である。一例として、受入ピットを側面視した、前記廃棄物高さ情報検出装置を備えるゴミ焼却施設の概略図である。前記廃棄物高さ情報検出装置の動作を示すフローチャートである。廃棄物の表面までの間に障害物が無い場合において、第１および第２点群データ生成部で生成した各３次元点群データに対する統合処理を説明するための模式図である。廃棄物の表面までの間に障害物が有る状況を説明するための受入ピットの様子を示す図である。廃棄物の表面までの間に障害物が有る場合において、第１および第２点群データ生成部で生成した各３次元点群データに対する統合処理を説明するための模式図である。前記統合処理後の３次元点群データに対する除去処理を説明するための模式図である。前記除去処理後の３次元点群データに対する補間処理を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して、本発明の１または複数の実施形態が説明される。しかしながら、発明の範囲は、開示された実施形態に限定されない。なお、各図において同一の符号を付した構成は、同一の構成であることを示し、適宜、その説明を省略する。本明細書において、総称する場合には添え字を省略した参照符号で示し、個別の構成を指す場合には添え字を付した参照符号で示す。

実施形態における廃棄物高さ情報検出装置は、収容部に収容された廃棄物の表面に対し、互いに異なる前記表面の部分を含むように、前記表面における一部分の３次元点群データを生成する複数の点群データ生成部と、前記複数の点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記表面全体の３次元点群データを求める点群データ処理部と、前記廃棄物の表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物の高さに関わる高さ情報を求める高さ情報処理部とを備える。そして、本実施形態では、前記複数の点群データ生成部は、前記表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記複数の点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設されている。以下、このような廃棄物高さ情報検出装置について、より具体的に説明する。

図１は、実施形態における廃棄物高さ情報検出装置の構成を示すブロック図である。図２は、一例として、受入ピットを側面視した、前記廃棄物高さ情報検出装置を備える焼却施設の概略図である。

実施形態における廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、例えば、図２に示す、廃棄物ＤＳのゴミを受け入れる受入ピットＰＴに収容された廃棄物ＤＳの高さに関わる高さ情報を検出するために用いられる。受入ピットＰＴは、例えば、廃棄物ＤＳのゴミを焼却するゴミ焼却施設に設けられ、底面および壁面をコンクリートで形成され天面を開放した略直方体状の空所（凹所）である。受入ピットＰＴには、クレーンガータＣＧに支持されクレーンガータＣＧから吊り下げされたクレーンＣＲが備えられている。図２に示すようにＸＹＺ直交座標系を設定した場合、クレーンＣＲは、クレーンガータＣＧに対しＺ方向（紙面上下方向）に沿って移動可能に構成され、クレーンガータＣＧに案内されてＹ方向（紙面左右方向）に沿って移動可能に構成され、クレーンガータＣＧは、Ｘ方向に延びる、図略のランウェイレールに案内されてＸ方向（紙面前後方向）に沿って移動可能に構成される。これによってクレーンＣＲは、Ｚ方向、Ｙ方向およびＸ方向の３次元の各方向に移動可能に構成されている。受入ピットＰＴに隣接して投入ホッパＨＰが設けられている。投入ホッパＨＰは、図略の焼却炉に繋がっており、受入ピットＰＴからクレーンＣＲによって掴み上げられた廃棄物ＤＳが投入ホッパＨＰに投入されることで、廃棄物ＤＳが焼却炉に導入され、焼却される。このようなクレーンＣＲの運用を制御するためのコンソール（制御卓）ＣＬがオペレーションルーム（運用室）ＯＲに配置される。受入ピットＰＴは、廃棄物を収容する収容部の一例に相当する。

このような受入ピットＰＴにおける廃棄物の高さ情報を検出する実施形態の廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、例えば、図１に示すように、複数の点群データ生成部１（１－１、１－２）と、制御処理部２と、記憶部６とを備え、図１に示す例では、さらに、入力部３と、出力部４と、インターフェース部（ＩＦ部）５とを備える。

複数の点群データ生成部１は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、収容部（この例では受入ピットＰＴ）に収容された廃棄物ＤＳの表面に対し、互いに異なる前記表面の部分を含むように、前記表面における一部分の３次元点群データを生成する装置である。複数の点群データ生成部１は、制御処理部２と有線で接続されてよく、あるいは、無線で接続されてよい。点群データ生成部１は、複数であれば、任意の個数であってよいが、本実施形態では、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、説明の簡単化のため、２個の第１および第２点群データ生成部１－１、１－２を備えている。点群データは、本実施形態では、３次元であり、例えば、点群データ生成部１のローカル座標系（ｘｙｚ直交座標系等）での座標値（ｘ、ｙ、ｚ）で表される。複数の点群データ生成部１は、その生成した３次元点群データを制御処理部２へ出力する。点群データ生成部１は、例えば、ＬｉＤＡＲ（ＬｉｇｈｔＤｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄＲａｎｇｉｎｇ、３次元レーザスキャナ）や、ステレオカメラ式測距計等であり、物体表面の各位置（形状）を表す３次元点群データを生成する。ＬｉＤＡＲは、大略、走査しながら、光や超音波等の測定パルス波を送受信することによって、いわゆるＴＯＦ（ＴｉｍｅｏｆＦｌｉｇｈｔ）方式で物体表面までの距離を求める。ステレオカメラ式測距計は、大略、互いに光軸が平行となるように基線長だけ離間して配置された左右１対のステレオカメラで撮像した左右１対の各画像に基づいて視差を求め、この求めた視差に基づいていわゆる三角測量の原理に基づき物体表面までの距離を求める。

このような複数の点群データ生成部１は、本実施形態では、廃棄物ＤＳの表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記複数の点群データ生成部１それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が、収容部（この例では受入ピットＰＴ）に収容された廃棄物ＤＳの表面全体となるように、配設されている。複数の点群データ生成部１それぞれの前記表面における各一部分は、互いに重複する部分を有してよく、あるいは、互いに重複する部分を有せずに隙間無く連続していてよい。例えば、図２に示す例では、第１および第２点群データ生成部１－１、１－２は、互いの死角をカバーするように、測定範囲の中心軸（測定方向）が交差するように配設される。より具体的には、第１点群データ生成部１－１は、例えば、図２に示すように、受入ピットＰＴを上方から斜め下方へ俯瞰するように、受入ピットＰＴにおける一方側壁の上端部に配設され、第２点群データ生成部１－２は、第１点群データ生成部１－１に受入ピットＰＴを介して対向する位置に、受入ピットＰＴを上方から斜め下方へ俯瞰するように、受入ピットＰＴにおける他方側壁の上端部に配設される。このように配置された第１点群データ生成部１－１では、廃棄物ＤＳの表面における、前記一方側壁より所定距離離れた位置から、前記他方側壁まで、の一部分が、測定範囲（第１測定範囲）となり、前記一方側壁から前記所定距離離れた位置までの残部が、測定範囲外（第１死角）となる。一方、第２点群データ生成部１－２では、廃棄物ＤＳの表面における、前記他方側壁より所定距離離れた位置から、前記一方側壁まで、の一部分が、測定範囲（第２測定範囲）となり、前記他方側壁から前記所定距離離れた位置までの残部が、測定範囲外（第２死角）となる。第１点群データ生成部１－１の第１死角は、第２点群データ生成部１－２の第２測定範囲内であり、第２点群データ生成部１－２の第２死角は、第１点群データ生成部１－１の第１測定範囲内である。したがって、このように配置された第１および第２点群データ生成部１－１、１－２は、互いの死角をカバーし、第１および第２点群データ生成部１－１、－２それぞれの各一部分を統合した統合結果は、収容部（この例では受入ピットＰＴ）に収容された廃棄物ＤＳの表面全体となる。

入力部３は、制御処理部２に接続され、例えば、高さ情報の測定開始を指示するコマンド等の各種コマンド、および、廃棄物高さ情報検出装置Ｄを動作させる上で必要な各種データを廃棄物高さ情報検出装置Ｄに入力する機器であり、例えば、所定の機能を割り付けられた複数の入力スイッチやキーボードやマウス等である。出力部４は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、入力部３から入力されたコマンドやデータ、ピット画像および廃棄物ＤＳの高さ情報等を出力する機器であり、例えばＣＲＴディスプレイ、液晶ディスプレイおよび有機ＥＬディスプレイ等の表示装置やプリンタ等の印刷装置等である。

なお、入力部３および出力部４からいわゆるタッチパネルが構成されてもよい。このタッチパネルを構成する場合において、入力部３は、例えば抵抗膜方式や静電容量方式等の操作位置を検出して入力する位置入力装置であり、出力部４は、表示装置である。このタッチパネルでは、前記表示装置の表示面上に前記位置入力装置が設けられ、前記表示装置に入力可能な１または複数の入力内容の候補が表示され、ユーザが、入力したい入力内容を表示した表示位置を触れると、前記位置入力装置によってその位置が検出され、検出された位置に表示された表示内容がユーザの操作入力内容として廃棄物高さ情報検出装置Ｄに入力される。このようなタッチパネルでは、ユーザは、入力操作を直感的に理解し易いので、ユーザにとって取り扱い易い廃棄物高さ情報検出装置Ｄが提供される。

ＩＦ部５は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、外部機器との間でデータの入出力を行う回路であり、例えば、シリアル通信方式であるＲＳ－２３２Ｃのインターフェース回路、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格を用いたインターフェース回路、ＩｒＤＡ（ＩｎｆｒａｒｅｄＤａｔａＡｓｓｃｏｉａｔｉｏｎ）規格等の赤外線通信を行うインターフェース回路、および、ＵＳＢ（ＵｎｉｖｅｒｓａｌＳｅｒｉａｌＢｕｓ）規格を用いたインターフェース回路等である。また、ＩＦ部５は、外部機器との間で通信を行う回路であり、例えば、データ通信カードや、ＩＥＥＥ８０２．１１規格等に従った通信インターフェース回路等であってもよい。

記憶部６は、制御処理部２に接続され、制御処理部２の制御に従って、各種の所定のプログラムおよび各種の所定のデータを記憶する回路である。前記各種の所定のプログラムには、例えば、制御処理プログラムが含まれ、前記制御処理プログラムには、廃棄物高さ情報検出装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御する制御プログラムや、複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データを求める点群データ処理プログラムや、廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物ＤＳの高さに関わる高さ情報を求める高さ情報処理プログラム等が含まれる。前記各種の所定のデータには、例えば後述のワールド座標系や基準面等の、これら各プログラムを実行する上で必要なデータが含まれる。このような記憶部６は、例えば不揮発性の記憶素子であるＲＯＭ（ＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）や書き換え可能な不揮発性の記憶素子であるＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａｓａｂｌｅＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）等を備える。そして、記憶部６は、前記所定のプログラムの実行中に生じるデータ等を記憶するいわゆる制御処理部２のワーキングメモリとなるＲＡＭ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）等を含む。なお、記憶部６は、比較的大容量となる学習データを記憶するために、大容量を記憶可能なハードディスク装置を備えてもよい。

制御処理部２は、廃棄物高さ情報検出装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、廃棄物ＤＳの高さ情報を検出するための回路である。制御処理部２は、例えば、ＣＰＵ（ＣｅｎｔｒａｌＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）およびその周辺回路を備えて構成される。制御処理部２には、前記制御処理プログラムが実行されることによって、制御部２１、点群データ処理部２２および高さ情報処理部２３が機能的に構成される。

制御部２１は、廃棄物高さ情報検出装置Ｄの各部１、３～６を当該各部の機能に応じてそれぞれ制御し、廃棄物高さ情報検出装置Ｄ全体の制御を司るものである。

点群データ処理部２２は、複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データを求めるものである。本実施形態では、点群データ処理部２２は、複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データから、前記表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、前記廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データを求める。より詳しくは、点群データ処理部２２は、前記表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、前記除去を行う。そして、点群データ処理部２２は、複数の区画それぞれにおける複数の区画３次元点群データそれぞれについて、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間に１または複数の点群データを補間することによって、前記表面全体の３次元点群データを求める。

より具体的には、点群データ処理部２２は、機能的に、統合部２２１、除去部２２２および補間部２２３を備える。

統合部２２１は、複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データを、１セットの３次元点群データに統合するものである。より具体的には、予め適宜なワールド座標系（ＸＹＺ直交座標系等）が設定され、統合部２２１は、複数の点群データ生成部１それぞれで生成された各３次元点群データ（ローカル座標系での座標値）を、前記ワールド座標系での、複数の点群データ生成部１それぞれの各配設位置、に基づいて、前記ワールド座標系での３次元点群データに変換し、複数の点群データ生成部１それぞれで生成し変換した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データ（ワールド座標系での座標値）を、互いに重複する３次元点群データを１個に纏めることによって、１セットの３次元点群データに統合する。なお、前記重複は、完全に一致する場合だけでなく、予め適宜に設定された所定の範囲内で一致する場合を含んでもよい（すなわち、近傍な３次元点群データも１個に纏められてもよい）。

除去部２２２は、複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データから、前記表面までの間に有る障害物の３次元点群データを除去し、前記廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データを求めるものである。より詳しくは、除去部２２２は、前記表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する、統合部２２１で統合した３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、前記除去を行う。前記区画の大きさは、予め適宜に設定される。前記区画の大きさは、クレーンＣＲのバケットの大きさと同等以上にすることが好ましい。これによって、前記バケットの表面に対応する３次元点群データのみが属する区画の生成が防止され、廃棄物ＤＳの高さ情報の検出が可能となる。

補間部２２３は、複数の区画それぞれにおける複数の区画３次元点群データそれぞれについて、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間に１または複数の３次元点群データを補間することによって、前記表面全体の３次元点群データを求めるものである。補間には、例えば、線形内挿補間や最近傍補間やスプライン補間等の適宜な手法が利用される。なお、補間は、前記除去を実行することにより空間分解能が高さ情報の使用目的等の観点から不足する場合等の、必要な場合に実行されてよい。

高さ情報処理部２３は、廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物の高さに関わる高さ情報を求めるものである。前記高さ情報は、予め決定された所定の基準面から廃棄物ＤＳの表面までの距離（長さ）である。例えば廃棄物ＤＳの撹拌では、凸部を形成している廃棄物ＤＳを、凹部を形成している箇所にクレーンＣＲで移動すればよいので、必ずしも廃棄物ＤＳの高さである必要は無く、前記基準面から廃棄物ＤＳの表面までの距離が分かれば、廃棄物ＤＳにおける表面の凹凸状況が認識できる。例えば、前記基準面は、前記収容部（本実施形態では受入ピットＰＴ）の上面（廃棄物ＤＳを投入する投入面）であってよい。この場合では、受入ピットＰＴにおける廃棄物ＤＳの表面までの深さが分かり、深い箇所は、凹部であり、浅い箇所は、凸部である。前記高さ情報は、この深さで表される。あるいは、例えば、前記基準面は、クレーンＣＲが稼動を終了して待機している待機位置を含む待機面であってよい。この場合では、クレーンＣＲの待機位置から廃棄物ＤＳの表面までの距離が分かり、遠い箇所は、凹部であり、近い箇所は、凸部である。前記高さ情報は、前記距離で表される。あるいは、例えば、前記基準面は、前記収容部（本実施形態では受入ピットＰＴ）の底面であってよい。この場合では、廃棄物ＤＳの高さそのものが分かり、低い箇所は、凹部であり、高い箇所は、凸部である。

ここで、前記基準面を前記ワールド座標系のＸＹ平面に一致させることで（前記基準面＝ＸＹ平面）、高さ情報処理部２３は、統合部２２１と兼用でき、ローカル座標系での３次元点群データをワールド座標系での３次元点群データに変換することは、前記高さ情報の演算に相当する。

これら制御処理部２、入力部３、出力部４、ＩＦ部５および記憶部６は、例えば、デスクトップ型やノート型等のコンピュータによって構成可能である。これら各部２～６を構成するコンピュータは、例えば、オペレーションルームＯＲに配置され、コンソールＣＬに組み込まれてよく（コンソールＣＬと兼用されてよく）、あるいは、コンソールＣＬと別体であってもよい。

次に、本実施形態の動作について説明する。図３は、前記廃棄物高さ情報検出装置の動作を示すフローチャートである。図４は、廃棄物の表面までの間に障害物が無い場合において、第１および第２点群データ生成部で生成した各３次元点群データに対する統合処理を説明するための図である。図４Ａは、第１点群データ生成部１－１で生成した３次元点群データの一例を示し、図４Ｂは、第２点群データ生成部１－２で生成した３次元点群データの一例を示し、図４Ｃは、図４Ａに示す第１点群データ生成部１－１で生成した３次元点群データと、図４Ｂに示す第２点群データ生成部１－２で生成した３次元点群データとを統合した統合結果の点群データを示す。図５は、廃棄物の表面までの間に障害物が有る状況を説明するための受入ピットの様子を示す図である。図６は、廃棄物の表面までの間に障害物が有る場合において、第１および第２点群データ生成部で生成した各３次元点群データに対する統合処理を説明するための図である。図６Ａは、第１点群データ生成部１－１で生成した３次元点群データの一例を示し、図６Ｂは、第２点群データ生成部１－２で生成した３次元点群データの一例を示し、図６Ｃは、図６Ａに示す第１点群データ生成部１－１で生成した点群データと、図６Ｂに示す第２点群データ生成部１－２で生成した３次元点群データとを統合した統合結果の３次元点群データを示す。図７は、前記統合処理後の３次元点群データに対する除去処理を説明するための図である。図８は、前記除去処理後の３次元点群データに対する補間処理を説明するための図である。

このような構成の廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、その電源が投入されると、必要な各部の初期化を実行し、その稼働を始める。制御処理部２には、その制御処理プログラムの実行によって、制御部２１、点群データ処理部２２および高さ情報処理部２３が機能的に構成され、点群データ処理部２２には、統合部２２１、除去部２２２および補間部２２３が機能的に構成される。

図３において、まず、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、複数の点群データ生成部１によって、廃棄物ＤＳの表面における各一部分の各３次元点群データを生成し、取得する（Ｓ１）。本実施形態では、第１点群データ生成部１－１は、第１測定範囲の３次元点群データを生成し、制御処理部２へ出力し、第２点群データ生成部１－２は、第２測定範囲の３次元点群データを生成し、制御処理部２へ出力する。

次に、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、点群データ処理部２２の統合部２２１によって、処理Ｓ１で複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データを、１セットの３次元点群データに統合する（Ｓ２、統合処理）。

次に、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、点群データ処理部２２の除去部２２２によって、複数の点群データ生成部１それぞれで生成した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データから、ここでは処理Ｓ２で求めた１セットの３次元点群データから、廃棄物ＤＳの表面までの間に有る障害物の３次元点群データを除去し、前記廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データを求める（Ｓ３、除去処理）。

次に、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、点群データ処理部２２の補間部２２３によって、３次元点群データを補間することによって、廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データを求める（Ｓ４、補間処理）。

次に、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、高さ情報処理部２３によって、廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物ＤＳの高さ情報を求める（Ｓ５、高さ情報処理）。

そして、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、この処理Ｓ５で求めた廃棄物ＤＳの高さ情報を出力部４に出力し（Ｓ６）、本処理を終了する。なお、必要に応じて、前記高さ情報は、ＩＦ部５から外部の機器へ出力されてもよい。

例えば、前記基準面は、受入ピットＰＴの底面に設定され、ワールド座標系でのＸＹ平面とされる。このため、前記高さ情報は、廃棄物ＤＳの高さそのものであり、高さ情報処理部２３は、統合部２２１と兼用され、前記高さ情報処理Ｓ５は、前記統合処理Ｓ２と兼用される。廃棄物ＤＳの表面までの間に障害物が無い場合では、処理Ｓ１によって、第１点群データ生成部１－１は、第１測定範囲の３次元点群データを生成し、制御処理部２へ出力し、第２点群データ生成部１－２は、第２測定範囲の３次元点群データを生成し、制御処理部２へ出力する。

続いて、処理Ｓ５を兼用する処理Ｓ２によって、統合部２２１は、第１点群データ生成部１－１で生成された３次元点群データ（ローカル座標系での座標値）を、前記ワールド座標系での、第１点群データ生成部１－１の配設位置、に基づいて、前記ワールド座標系での３次元点群データに変換する。これによって例えば、図４Ａに示す３次元点群データＤＡ－１が求められる。第１死角に対応する部分ＢＡ－１の３次元点群データは、無い。統合部２２１は、第２点群データ生成部１－２で生成された３次元点群データ（ローカル座標系での座標値）を、前記ワールド座標系での、第２点群データ生成部１－２の配設位置、に基づいて、前記ワールド座標系での３次元点群データに変換する。これによって例えば、図４Ｂに示す３次元点群データＤＡ－２が求められる。第２死角に対応する部分ＢＡ－２の３次元点群データは、無い。なお、３次元点群データは、Ｘ方向に沿ったデータも存在するが、図４では、説明の簡単化のため、ＹＺ平面に平行な一断面での３次元点群データが示されている。図６ないし図８も同様である。そして、統合部２２１は、第１および第２点群データ生成部１－１、－２それぞれで生成し変換した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データ（ワールド座標系での座標値）を、互いに重複する点群データを１個に纏めることによって、１セットの３次元点群データに統合する。これによって、図４Ａにおいて、第１死角に対応する部分ＢＡ－１の３次元点群データは、第２点群データ生成部１－２で生成され変換された３次元点群データが用いられ、図４Ｂにおいて、第２死角に対応する部分ＢＡ－２の３次元点群データは、第１点群データ生成部１－１で生成され変換された３次元点群データが用いられ、図４Ａおよび図４Ｂにおいて、第１および第２点群データ生成部１－１、１－２それぞれで生成され変換された各３次元点群データにおける互いに重複する３次元点群データが１個に纏められ、図４Ｃに示す統合結果の３次元点群データＣＤａが求められる。

続いて、処理Ｓ３および処理Ｓ４の各処理では、この例では障害物が無いので、実質的な処理が実行されずに、処理Ｓ６において、廃棄物ＤＳの高さ情報、この例では廃棄物ＤＳの高さそのもの、すなわち、廃棄物ＤＳの表面全体における各３次元点群データが出力部４に出力される。これによって、図４Ｃに示す統合結果の３次元点群データＣＤａが出力部４に出力される。

一方、例えば、前記基準面は、受入ピットＰＴの底面に設定され、ワールド座標系でのＸＹ平面とされる。廃棄物ＤＳの表面までの間に障害物、例えば図５に示すようにクレーンＣＲや廃棄物ＤＳの凹所ＢＴに対する稜線部分ＥＤが有る場合では、処理Ｓ１によって、第１点群データ生成部１－１は、第１測定範囲の３次元点群データを生成し、制御処理部２へ出力し、第２点群データ生成部１－２は、第２測定範囲の３次元点群データを生成し、制御処理部２へ出力する。

続いて、処理Ｓ５を兼用する処理Ｓ２によって、統合部２２１は、第１点群データ生成部１－１で生成された３次元点群データを、前記ワールド座標系での第１点群データ生成部１－１の配設位置に基づいて、前記ワールド座標系での３次元点群データに変換する。これによって、例えば、図６Ａに示す３次元点群データＤＡ－３が求められる。この図６Ａに示す３次元点群データＤＡ－３には、廃棄物ＤＳの表面に対応する３次元点群データＤＡ－３ａが含まれるだけでなく、障害物のクレーンＣＲの表面に対応する３次元点群データＤＡ－３ｂが含まれる。第１死角に対応する部分ＢＡ－１の３次元点群データは、無く、廃棄物ＤＳの稜線部分ＥＤで視界が遮蔽された部分に対応する部分ＢＡ－３の３次元点群データは、無い。統合部２２１は、第２点群データ生成部１－２で生成された３次元点群データを、前記ワールド座標系での第２点群データ生成部１－２の配設位置に基づいて、前記ワールド座標系での３次元点群データに変換する。これによって例えば、図６Ｂに示す３次元点群データＤＡ－４が求められる。この図６Ｂに示す３次元点群データＤＡ－４には、廃棄物ＤＳの表面に対応する３次元点群データＤＡ－４ａが含まれるだけでなく、障害物のクレーンＣＲの表面に対応する３次元点群データＤＡ－４ｂが含まれる。第２死角に対応する部分ＢＡ－２の３次元点群データは、無く、障害物のクレーンＣＲで視界が遮蔽された部分に対応する部分ＢＡ－４の３次元点群データは、無い。そして、統合部２２１は、第１および第２点群データ生成部１－１、－２それぞれで生成し変換した廃棄物ＤＳの表面における一部分の各３次元点群データを、互いに重複する３次元点群データを１個に纏めることによって、１セットの３次元点群データに統合する。これによって、図６Ａにおいて、第１死角に対応する部分ＢＡ－１の３次元点群データは、第２点群データ生成部１－２で生成され変換された３次元点群データが用いられ、図６Ｂにおいて、第２死角に対応する部分ＢＡ－２の３次元点群データは、第１点群データ生成部１－１で生成され変換された３次元点群データが用いられ、図６Ａおよび図６Ｂにおいて、第１および第２点群データ生成部１－１、１－２それぞれで生成され変換された各３次元点群データにおける互いに重複する３次元点群データが１個に纏められ、図６Ｃに示す統合結果の３次元点群データＣＤｂが求められる。

続いて、処理Ｓ３によって、除去部２２２は、廃棄物ＤＳの表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する、統合部２２１で統合した３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択する。例えば、図６Ｃに示す統合結果の３次元点群データＣＤｂは、Ｙ軸方向に６個の区画に区分けされ、これら６個の区画それぞれについて、当該区画に対応する統合結果の３次元点群データＣＤｂの中から、最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択する。これによって、障害物の表面、この例ではクレーンＣＲの表面に対応する３次元点群データＤＡ－３ｂ、ＤＡ－４ｂが除去され、図７に示す除去後の３次元点群データＤＤが求められる。

続いて、処理Ｓ４によって、補間部２２３は、前記６個の区画それぞれにおける６個の区画３次元点群データそれぞれについて、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間に、例えば、線形補間によって、３次元点群データを補間し、高さ情報としての表面全体の３次元点群データを求める。例えば、図７に示す除去後の３次元点群データＤＤにおいて、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間ごとに、線形補間によって、１個または２個の、破線の○で示す補間３次元点群データがそれぞれ生成され、図８に示す補間後の廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データが求められる。これによって、所望の空間分解能で廃棄物DSの表面全体の３次元点群データが生成され、特に、クレーンＣＲおよび廃棄物ＤＳの凹所ＢＴに対する稜線部分ＥＤによって点群データ生成部１－１、１－２で生成できなかった前記部分ＢＡ－３の３次元点群データが補間で生成される。

そして、処理Ｓ６によって、廃棄物ＤＳの高さ情報、この例では、図８に示す廃棄物ＤＳの表面全体の３次元点群データＤＡが出力部４に出力される。

以上説明したように、実施形態における廃棄物高さ情報検出装置Ｄおよびこれに実装された廃棄物高さ情報検出方法では、複数の点群データ生成部１は、廃棄物ＤＳの表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記複数の点群データ生成部１それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設されているので、上記廃棄物高さ情報検出装置Ｄおよび廃棄物高さ情報検出方法は、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる。

上記廃棄物高さ情報検出装置Ｄおよび廃棄物高さ情報検出方法は、廃棄物ＤＳの表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、前記表面全体の３次元点群データを求めるので、前記障害物があっても、廃棄物全体の高さ情報をより正確に検出できる。このため、既設の焼却施設に、後付けで、上記廃棄物高さ情報検出装置Ｄが設置でき、後付けで、クレーンが自動化できる。

廃棄物ＤＳまでの間に障害物が有る場合では、廃棄物ＤＳの表面を表す３次元点群データは、最も低い３次元点群データである、と推察できる。上記廃棄物高さ情報検出装置Ｄおよび廃棄物高さ情報検出方法は、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択するので、廃棄物ＤＳまでの間に障害物が在っても、廃棄物全体の高さをより正確に測定できる。

上記廃棄物高さ情報検出装置Ｄおよび廃棄物高さ情報検出方法は、互いに隣接する２個の区画３次元点群データ間に１または複数の３次元点群データを補間するので、廃棄物の高さ情報における空間分解能を向上できる。

なお、上述の実施形態では、除去処理は、当該区画内の点群データの中から最も低い点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、実行されたが、前記除去処理は、これに限定されるものではない。例えば、クレーンＣＲの位置が例えばコンソールＣＬの操作情報等から特定され、この特定された位置の周辺領域に属する点群データを除去することで、前記除去処理が実行されてもよい。

また、上述の実施形態において、廃棄物高さ情報検出装置Ｄは、廃棄物ＤＳまでの間に障害物が有るか否かを判定し、判定結果に応じて除去処理Ｓ３および補間処理Ｓ４を実行してもよい。すなわち、前記判定の結果、廃棄物ＤＳまでの間に障害物が有る場合には、除去処理Ｓ３および補間処理Ｓ４の各処理が順次に実行され、前記判定の結果、廃棄物ＤＳまでの間に障害物が無い場合には、除去処理Ｓ３および補間処理Ｓ４の各処理がスキップされ、実行されない。前記障害物の有無の判定は、例えば、ＸＹ平面を、点群データ生成部１におけるＸ方向の空間分解能およびＹ方向の空間分解能で２次元マトリクス状に区分けすることによって、１個の区画に、Ｚ方向に１個のみの３次元点群データが所属可能となるように、前記ＸＹ平面を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する３次元点群データの個数が複数であるか否かを判定することによって実行できる。前記判定の結果、１または複数の区画で３次元点群データが複数であれば、廃棄物ＤＳまでの間に障害物が有る、と判定され、前記判定の結果、全ての区画で３次元点群データが１または０であれば、廃棄物ＤＳまでの間に障害物が無い、判定される。

本発明を表現するために、上述において図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更および／または改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。したがって、当業者が実施する変更形態または改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態または当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。

Ｄ廃棄物高さ情報検出装置
１点群データ生成部
１－１第１点群データ生成部
１－２第２点群データ生成部
２制御処理部
２２点群データ処理部
２３高さ情報処理部
２２１統合部
２２２除去部
２２３補間部

Claims

収容部に収容された廃棄物の表面に対し、互いに異なる前記表面の部分を含むように、前記表面における一部分の３次元点群データを生成する第１および第２点群データ生成部と、
前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記表面全体の３次元点群データを求める点群データ処理部と、
前記廃棄物の表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物の高さに関わる高さ情報を求める高さ情報処理部とを備え、
前記第１および第２点群データ生成部は、互いの死角をカバーするように測定方向が交差するように、かつ、前記表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記第１および第２点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設され、
前記点群データ処理部は、前記第１点群データ生成部の第１死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第２点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第２点群データ生成部の第２死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第１点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成された互いに重複する３次元点群データを１個に纏めることによって、前記表面全体の３次元点群データを求め、
前記点群データ処理部は、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データから、前記表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、前記表面全体の３次元点群データを求め、
前記点群データ処理部は、前記表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、前記除去を行う、
廃棄物高さ情報検出装置。
前記点群データ処理部は、複数の区画それぞれにおける複数の区画３次元点群データそれぞれについて、互いに隣接する２個の区画点群データ間に１または複数の３次元点群データを補間することによって、前記表面全体の３次元点群データを求める、
請求項１に記載の廃棄物高さ情報検出装置。
収容部に収容された廃棄物の表面に対し、互いに異なる前記表面の部分を含むように、前記表面における一部分の３次元点群データを生成する第１および第２点群データ生成部を用いた廃棄物高さ情報検出方法であって、
前記第１および第２点群データ生成部それぞれによって前記表面における一部分の各３次元点群データ生成する点群データ生成工程と、
前記点群データ生成工程で生成した前記表面における一部分の各３次元点群データに基づいて、前記表面全体の３次元点群データを求める点群データ処理工程と、
前記廃棄物の表面全体の３次元点群データに基づいて前記廃棄物の高さに関わる高さ情報を求める高さ情報処理工程とを備え、
前記第１および第２点群データ生成部は、互いの死角をカバーするように測定方向が交差するように、かつ、前記表面までの間に視界を遮る障害物が無い場合に、前記第１および第２点群データ生成部それぞれの前記表面における各一部分を統合した統合結果が前記表面全体となるように、配設され、
前記点群データ処理工程は、前記第１点群データ生成部の第１死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第２点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第２点群データ生成部の第２死角に対応する部分の３次元点群データに、前記第１点群データ生成部で生成された３次元点群データを用い、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成された互いに重複する３次元点群データを１個に纏めることによって、前記表面全体の３次元点群データを求め、
前記点群データ処理工程は、前記第１および第２点群データ生成部それぞれで生成した前記表面における一部分の各３次元点群データから、前記表面までの間に有る、視界を遮る障害物の３次元点群データを除去し、前記表面全体の３次元点群データを求め、
前記点群データ処理工程は、前記表面全体を複数の区画に区分けし、複数の区画それぞれについて、当該区画に対応する３次元点群データの中から最も低い３次元点群データを当該区画の区画３次元点群データとして選択することによって、前記除去を行う、
廃棄物高さ情報検出方法。