JP7459582B2 - 管理装置、管理方法、およびプログラム - Google Patents

Description

本発明は、管理装置、管理方法、およびプログラムに関する。

家庭や事業所から回収されたごみには、様々な性状のごみが混入している。そこで、通常、回収されたごみは、貯留ピットに一旦貯留され、貯留ピットの中で貯留されたごみを攪拌させることによって、ごみ質を均一化させる作業が行われる。また、ごみが比較的多く搬入される時間帯においては、ごみを効率よく貯留ピットに受け入れる必要がある。そのため、いわゆる積み替えという作業が行われる。積み替えは、搬入口付近のごみを移動させて、貯留ピットのごみ搬入口付近にごみを受入れるスペースを確保する作業である。

ところで、攪拌や積み替えといった作業は、貯留ピット内に設置されたクレーンを自動制御することにより行われている。この場合、作業者が手動制御によってクレーンを制御して、攪拌や積み替えの作業における自動制御だけでは不十分な部分を補完している。

このような状況を改善するために、特許文献１には、ごみ処理工場用自動クレーンの制御装置に関する技術が開示されている。特許文献１に開示された技術は、２台のカメラの視差から貯留ピット内に堆積したごみの高さを計測し、計測結果を用いてごみの高さが一番低い番地にごみを運ぶようにクレーンを自動制御する技術である。

特許文献２には、貯留ピット内に堆積しているごみの乾燥度合いを判断して、ごみを焼却炉に最適な状態で投入するための、ごみ堆積状況システムに関する技術が開示されている。特許文献２に開示された技術は、ごみを高温で焼却し、有害物質の排出を抑制することを目的として、貯留ピット内に堆積したごみ表面の三次元形状を計測して画像表示するとともに、ごみの体積からごみの乾燥度合いを推測する技術である。

特開２００７－１２６２４６号公報 特開２００３－００４４３５号公報

しかしながら、特許文献１に開示された技術においては、ごみの高さが一番低い番地にごみを運搬するようにクレーンを制御しているのみであり、ごみの種類を考慮してクレーンを制御することは困難であった。また、特許文献２に開示された技術においては、ごみの移動自体を作業者の手動制御により行っており、作業者の負荷が大きいという課題があった。

そのため、ごみ等の廃棄物の貯留ピット内において、廃棄物の高さを測定できるとともに、廃棄物の種類を判定して、貯留ピット内における廃棄物の堆積情報を作成でき、廃棄物を把持して移動するクレーンなどの把持部を効率よく自動運転できる技術の開発が求められていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、貯留ピット内に堆積した廃棄物の高さを計測する一方、廃棄物の種類を判定して、廃棄物の堆積情報を生成することができる管理装置、管理方法、およびプログラムを提供することにある。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の一態様に係る管理装置は、廃棄物を貯留可能に構成された貯留ピット内における前記廃棄物を管理する管理装置であって、所定位置における廃棄物までの距離を計測可能なセンサ部と、前記所定位置における廃棄物を撮像可能な撮像部と、前記センサ部により計測された、前記センサ部と前記所定位置における廃棄物との距離情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の高さを導出するレベル導出部と、前記撮像部により撮像された撮像情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の種類を判定する種類判定部と、前記レベル導出部により導出された前記所定位置における廃棄物の高さと、前記種類判定部により判定された前記所定位置における廃棄物の種類とに基づいて、前記貯留ピット内に貯留された廃棄物を３次元座標に関連付けて堆積情報として生成する堆積情報生成部と、を備える。

本発明の一態様に係る管理装置は、上記の発明において、前記センサ部は、前記廃棄物に向けて電磁波を出射し、前記電磁波を出射した時点から前記廃棄物で反射した電磁波を受信する時点までの時間を計測する測距センサを含む。

本発明の一態様に係る管理装置は、この構成において、前記センサ部は、複数の測距センサを有し、前記複数の測距センサはそれぞれ、前記複数の測距センサから出射される複数の電磁波の少なくとも１つが、前記貯留ピットに貯留された廃棄物の上面の任意の位置に到達可能な位置に設置される。

本発明の一態様に係る管理装置は、上記の発明において、前記レベル導出部は、前記センサ部により計測された対象物の位置が、前記所定位置ではないと判定した場合に、前記所定位置ではない部分をマスキングする処理を実行する。

本発明の一態様に係る管理装置は、上記の発明において、前記貯留ピットに貯留された前記廃棄物を把持および放下によって移動させる把持部を制御する把持部制御部をさらに備え、前記把持部制御部は、前記堆積情報に基づいて、前記把持部の移動経路を生成し、前記移動経路に従って前記把持部を移動させる指示信号を出力する。

本発明の一態様に係る管理方法は、廃棄物を貯留可能に構成された貯留ピット内における前記廃棄物を管理する管理方法であって、所定位置における廃棄物までの距離を計測可能なセンサ部により計測された、前記センサ部と前記所定位置における廃棄物との距離情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の高さを導出し、前記所定位置における廃棄物を撮像可能な撮像部により撮像された撮像情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の種類を判定し、導出された前記所定位置における廃棄物の高さと、判定された前記所定位置における廃棄物の種類とに基づいて、前記貯留ピット内に貯留された廃棄物を３次元座標に関連付けて堆積情報として生成する。

本発明の一態様に係るプログラムは、廃棄物を貯留可能に構成された貯留ピット内における前記廃棄物を管理する管理装置に、所定位置における廃棄物までの距離を計測可能なセンサ部により計測された、前記センサ部と前記所定位置における廃棄物との距離情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の高さを導出し、前記所定位置における廃棄物を撮像可能な撮像部により撮像された撮像情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の種類を判定し、導出された前記所定位置における廃棄物の高さと、判定された前記所定位置における廃棄物の種類とに基づいて、前記貯留ピット内に貯留された廃棄物を３次元座標に関連付けて堆積情報として生成することを実行させる。

本発明に係る管理装置、管理方法、およびプログラムによれば、貯留ピット内に堆積した廃棄物の高さを計測する一方、廃棄物の種類を判定して、廃棄物の堆積情報を生成することが可能となる。

図１は、本発明の一実施形態によるピット管理システムを示すブロック図である。 図２は、本発明の一実施形態によるピット管理装置を示すブロック図である。 図３は、本発明の一実施形態による貯留ピットの平面図である。 図４は、図３のIV－IV線に沿ったセンサ部の設置部分の断面図である。 図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿った貯留ピットの断面図である。

以下、本発明の一実施形態について図面を参照しつつ説明する。なお、以下の一実施形態の全図においては、同一または対応する部分には同一の符号を付す。また、本発明は以下に説明する一実施形態によって限定されるものではない。

（ピット管理システム）
図１は、本発明の一実施形態による管理装置が適用されるピット管理システムを示す。図１に示すように、ピット管理システム１は、ネットワーク２を介して相互に通信可能な、ピット管理装置１０と、廃棄物貯留設備２０と、廃棄物焼却設備３０とを備える。廃棄物処理施設３は、少なくとも廃棄物貯留設備２０および廃棄物焼却設備３０を備える。ピット管理装置１０は、ネットワーク２を通じて廃棄物処理施設３と通信可能な外部に設けられていても、廃棄物処理施設３の一部であってもよい。また、ピット管理装置１０は、廃棄物貯留設備２０の内部に設けられていてもよく、設置場所は限定されない。

ネットワーク２は、有線通信や無線通信が適宜組み合わされて構成され、インターネット回線網や携帯電話回線網などの通信網から構成される。ネットワーク２は、例えば、専用線、インターネットなどの公衆通信網、例えばＬＡＮ（Local Area Network）、ＷＡＮ（Wide Area Network）、携帯電話などの電話通信網や公衆回線、ＶＰＮ（Virtual Private Network）などの一または複数の組み合わせからなる。ピット管理装置１０と廃棄物貯留設備２０と廃棄物焼却設備３０とは、ネットワーク２を介して接続されている。

（廃棄物貯留設備）
廃棄物貯留部としての廃棄物貯留設備２０は、制御部２１、通信部２２、撮像部２３、センサ部２４、把持部２５、および貯留ピット２６を備える。貯留ピット２６には、把持部２５が移動可能に設けられているとともに、撮像部２３およびセンサ部２４が設けられている。把持部２５は、ピット管理装置１０の制御部１１から送信される制御信号に基づいて、制御部２１が制御する。制御部２１は、制御部１１から送信される制御信号に基づいて、撮像部２３およびセンサ部２４を制御してもよい。なお、ピット管理装置１０の制御部１１が、撮像部２３、センサ部２４、および把持部２５を直接的に制御してもよい。

制御部２１は、具体的に、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、ＤＳＰ（Digital Signal Processor）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）などのハードウェアを有するプロセッサ、およびＲＡＭ（Random Access Memory）やＲＯＭ（Read Only Memory）などの主記憶部（いずれも図示せず）を備える。制御部２１は、ＲＡＭやＲＯＭなどの主記憶部に格納された各種プログラムに従い、通信部１３，２２を通じてピット管理装置１０から入力された制御信号などに基づいて、撮像部２３、センサ部２４、および把持部２５を制御する。

通信部２２は、例えば、ＬＡＮインターフェースボード、有線通信のための有線通信回路、または無線通信のための無線通信回路である。ＬＡＮインターフェースボードや有線通信回路や無線通信回路は、ネットワーク２に接続される。送信部および受信部としての通信部２２は、ネットワーク２に接続して、ピット管理装置１０との間で通信を行う。

撮像部２３は、例えば赤外線カメラや撮像カメラなどから構成される。撮像部２３は、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａを撮像可能に構成される。撮像部２３は、例えば把持部２５のバケット２５３を撮像して、バケット２５３が把持した廃棄物２６ａを撮像可能に構成してもよい。撮像部２３は、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａの状態、すなわち廃棄物２６ａの状態を撮像し、撮像した撮像画像データを撮像情報として、通信部２２を介してピット管理装置１０に送信する。撮像部２３は、バケット２５３が把持している廃棄物２６ａを撮像してもよく、撮像したバケット２５３内の廃棄物２６ａの撮像画像データを撮像情報として、通信部２２を介してピット管理装置１０に送信してもよい。

センサ部２４は、複数、例えば４台のＬｉＤＡＲ（Laser Imaging Detection and Ranging）などの測距センサを含んで構成される。センサ部２４は、例えばレーザセンサ、赤外線センサ、もしくは測距センサ、またはこれらのセンサを組み合わせたセンサなどから構成してもよい。センサ部２４は、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａの表層までの距離を計測可能に構成される。センサ部２４は、貯留ピット２６の水平面における２次元的な位置情報（ｘ，ｙ）に関連付けて、センサ部２４から廃棄物２６ａまでの距離を検出する。センサ部２４は、検出した距離を、通信部２２を介してピット管理装置１０に送信する。

把持部２５は、貯留ピット２６に貯留されている廃棄物２６ａを把持して移動させる。開閉部としてのバケット２５３は、廃棄物２６ａを把持する。移動部としてのクレーン２５２は、バケット２５３を連結して移動可能に構成される。クレーン２５２には、荷重計２５１が設けられている。荷重計２５１は、バケット２５３が把持した廃棄物２６ａの重量を計測可能に構成される。荷重計２５１が計測した廃棄物２６ａの重量のデータ（荷重データ）は、通信部２２を介してピット管理装置１０に送信される。

貯留ピット２６の上方におけるクレーン２５２の２次元の現在位置、移動経路、移動範囲、および移動速度などの、いわゆるクレーン２５２の作業動作に関するパラメータは、把持部２５から制御部２１および通信部２２を介して、ピット管理装置１０に逐次送信される。同様に、バケット２５３の３次元の現在位置、開時間、閉時間、開閉回数、および開放量などの、バケット２５３の作業動作に関するパラメータは、把持部２５から制御部２１および通信部２２を介して、ピット管理装置１０に逐次送信される。

貯留ピット２６は、廃棄物２６ａを一時的に貯留するピットである。貯留ピット２６内の廃棄物２６ａは、把持部２５によって把持されて、廃棄物焼却設備３０の焼却炉３３に供給され、焼却される。

（廃棄物焼却設備）
ごみ焼却部としての廃棄物焼却設備３０は、燃焼制御装置（ＡＣＣ）３１、焼却炉３３、およびセンサ部３２を備える。燃焼制御装置３１は、あらかじめ定められた操作量基準値の設定に基づいて、それぞれの操作端の操作量として、燃焼用空気量、冷却用空気量、ごみ供給装置送り速度、および火格子送り速度などを制御する。ごみ焼却炉である焼却炉３３は、ごみの燃焼が行われる炉、ごみを投入するごみ投入口、およびボイラ（いずれも図示せず）などを備える。センサ部３２は、例えば種々の場所に設けられた温度計や圧力計などから構成される。センサ部３２によって計測された、焼却炉３３の内部の状態、および焼却炉３３に関連する施設、具体的には、例えば電力を発電するための発電施設における、圧力や速度などの種々の物理量は、センサ部３２からセンサ情報として出力される。センサ部３２から出力されたセンサ情報は、パラメータとして燃焼制御装置３１に供給される。燃焼制御装置３１は、入力されたパラメータに基づいて焼却炉３３の燃焼を制御する。

（ピット管理装置）
図２は、図１におけるピット管理装置１０の詳細を示す。図２に示す管理装置としてのピット管理装置１０は、制御部１１、記憶部１２、通信部１３、入力部１４、および出力部１５を備える。制御部１１および通信部１３はそれぞれ、物理的には上述した制御部２１および通信部２２と同様である。

記憶部１２は、ＲＡＭなどの揮発性メモリ、ＲＯＭなどの不揮発性メモリ、ＥＰＲＯＭ（Erasable Programmable ROM）、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ、Hard Disk Drive）、およびリムーバブルメディアなどから選ばれた記憶媒体から構成される。なお、リムーバブルメディアは、例えば、ＵＳＢ（Universal Serial Bus）メモリ、または、ＣＤ（Compact Disc）、ＤＶＤ（Digital Versatile Disc）、またはＢＤ（Blu-ray（登録商標） Disc）のようなディスク記録媒体である。また、外部から装着可能なメモリカードなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体を用いて記憶部１２を構成してもよい。

記憶部１２には、ピット管理装置１０の動作を実行するための、オペレーティングシステム（Operating System：ＯＳ）、各種プログラム、各種テーブル、各種データベースなどを格納可能である。これらの各種プログラムは、ハードディスク、フラッシュメモリ、ＣＤ－ＲＯＭ、ＤＶＤ－ＲＯＭ、フレキシブルディスクなどのコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して広く流通させることも可能である。制御部１１は、記憶部１２に記憶されたプログラムを主記憶部の作業領域にロードして実行し、プログラムの実行を通じて各構成部などを制御することで、所定の目的に合致した機能を実現できる。

記憶部１２には、廃棄物レベル情報１２１、種類情報１２２、および堆積情報１２３が格納されている。廃棄物レベル情報１２１、種類情報１２２、および堆積情報１２３はいずれも、記憶部１２にデータベースとして検索可能に格納されている。

廃棄物レベル情報１２１は、貯留ピット２６に貯留されている廃棄物２６ａの廃棄物レベルに関する情報である。廃棄物レベル情報１２１は、貯留ピット２６内の２次元座標、すなわち、番地などの所定位置（ｘ，ｙ）に関連付けられて廃棄物２６ａのレベル（廃棄物レベルｚ）の情報を含む。廃棄物レベル情報１２１は、廃棄物２６ａの表面の形状を表す点群データを含むマッピングデータを含んでいてもよい。廃棄物レベル情報１２１は、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａを、例えば所定の直方体状、具体的には例えば５００ｍｍ四方の立方体状に分割した複数のユニットとして管理する場合に、各ユニットの容積、嵩密度、重量、および貯留日数などの履歴情報を含んでもよい。

種類情報１２２は、貯留ピット２６における廃棄物２６ａの種類（種類）に関する種類情報を含む。種類情報１２２は、例えば、塵芥収集車が貯留ピット２６に廃棄物２６ａを搬入した際に、搬入した廃棄物２６ａを１種類の種類であると仮定して判定された種類の情報を含む。種類情報１２２は、把持部２５によって廃棄物２６ａの積み替えが行われた後の貯留ピット２６内の３次元座標で規定された所定位置ごとの種類の情報を含む。すなわち、種類情報１２２は、廃棄物２６ａの表面形状が計測された際に、廃棄物２６ａの表面の３次元の位置座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けされて判定された廃棄物２６ａの種類の情報を含む。

堆積情報１２３は、上述のように得られた廃棄物レベル情報１２１と、判定された廃棄物２６ａの種類情報１２２とが関連付けされて、生成される情報である。すなわち、堆積情報１２３は、撮像部２３によって撮像されて種類判定部１１２によって判定された種類情報１２２が、貯留された廃棄物２６ａの廃棄物レベル情報１２１に基づいた３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けされて生成された３次元マップ情報である。これにより、制御部１１は、貯留ピット２６内に貯留された廃棄物２６ａの表面に限らず、表面から下層の埋もれている廃棄物２６ａの情報についても、堆積情報１２３として蓄積可能になる。

堆積情報１２３は、貯留ピット２６における作業領域に関する作業領域情報を含んでいてもよい。作業領域情報は、搬入エリア、積替エリア、および投入エリアに関する情報を含む。なお、作業領域情報は、バケット２５３などによってごみを粉砕する領域である粉砕領域（粉砕エリア）の情報を含んでいてもよい。これにより、制御部１１によって、搬入エリア、積替エリア、投入エリア、および粉砕エリアのそれぞれの堆積情報を区分けすることが可能になる。

図２に示すように、本実施形態においては、制御部１１がロードした各種プログラムの実行によって、レベル導出部１１１、種類判定部１１２、堆積情報生成部１１３、およびクレーン制御部１１４の機能が実行される。また、各種プログラムには、本実施形態による処理を実現可能な人工知能や学習済みモデルを実現するプログラムも含まれる。

レベル導出部１１１は、貯留ピット２６に貯留された廃棄物２６ａに対して、位置を代表する領域を設定できる。具体的に例えば、バケット２５３の水平方向の大きさを基準として、貯留ピット２６の底面に平行な平面で区分けを行って番地（ｘ，ｙ）を設定できる。また、番地に基づいて、搬入領域、積替領域、および投入領域などの領域を設定することも可能である。搬入領域は、塵芥収集車（パッカー車）からごみが搬入される搬入エリアである。積替領域は、貯留ピット２６に設けられたクレーンによって、搬入領域からごみの積み替えが行われる積替エリアである。投入領域は、焼却炉３３に投入されるごみが貯留される投入エリアである。

レベル導出部１１１は、センサ部２４から供給される少なくとも１つ、好適には複数の距離情報に基づいて、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａの高さを算出したり判定したりすることができる。すなわち、レベル導出部１１１は、センサ部２４から入力される所定位置（ｘ，ｙ）の廃棄物２６ａまでの距離に基づいて、高さ、すなわち廃棄物レベルｚを導出する。これにより、レベル導出部１１１は、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａの少なくとも表面を３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）でマッピングすることができる。

ここで、レベル導出部１１１によるマッピング処理について、以下に説明する。図３、図４、および図５は、本実施形態による貯留ピット２６を示す図である。図３は、貯留ピット２６の上方からの平面図である。図４および図５はそれぞれ、貯留ピット２６における図３のIV－IV線およびＶ－Ｖ線に沿った断面図である。

図３に示す例においては、例えばバケット２５３の水平方向の大きさを基準として、貯留ピット２６の底面に平行な平面が区分けされて番地（ｘ，ｙ）が設定されている。なお、貯留ピット２６内の区分けについては種々の区分けの方法を採用することができ、図３に示す例に限定されない。さらに、番地（ｘ，ｙ）については、バケット２５３の大きさを基準にした場合、変数ｘ，ｙはともに離散的になるが、連続的に設定してもよい。なお、貯留ピット２６への廃棄物２６ａの投入は、貯留ピット２６に配設された搬入扉２６１を開いて行われる。搬入扉２６１は例えば開閉式であって、貯留ピット２６の側壁に沿って所定間隔ごとに複数配設されている。廃棄物処理施設３の廃棄物貯留設備２０に搬入される廃棄物２６ａは、いずれかの搬入扉２６１を通じて貯留ピット２６内に投入される。貯留ピット２６内における廃棄物２６ａの積み替え、攪拌、および投入ホッパ３３１への投入は、クレーン２５２の３軸駆動によって行われる。

センサ部２４を構成する複数、例えば４台の測距センサ２４１，２４２，２４３，２４４はそれぞれ、これらの測距センサ２４１～２４４のそれぞれから出射される複数の電磁波の少なくとも１つが、貯留ピット２６に貯留された廃棄物２６ａの表面の任意の位置に到達可能な位置に設置される。具体的には、図３に示すように、測距センサ２４１～２４４は、例えば、平面矩形状の貯留ピット２６の４隅に設けられる。より具体的には、測距センサ２４３を例にすると、図４に示すように、測距センサ２４３は、貯留ピット２６の外壁から内側にせり出した部分に設けられる。他の測距センサ２４１，２４２，２４４についても同様である。なお、測距センサ２４１～２４４のそれぞれの設置場所については必ずしも限定されないが、測距センサ２４１～２４４の指向性および光の到達距離に基づいて設置位置および設置台数を設定できる。

図５に示すように、廃棄物貯留設備２０において使用されるクレーン２５２は、焼却炉３３の投入ホッパ３３１を備えた貯留ピット２６の上方に設けられる。クレーン２５２は、クレーンガーダ２５４を走行レール２５６に沿って走行可能に配設されている。クレーン２５２は、クレーンガーダ２５４上に横行可能に配設されたクラブ２５５にワイヤーロープの巻き上げおよび巻き下げによって、所定量の廃棄物２６ａを把持可能なバケット２５３を昇降するように配設される。

クレーンガーダ２５４の例えば下部には、撮像部２３としてのカメラが少なくとも１台、好適には複数台配設されている。図５においては２台のカメラ２３１，２３２が設けられている。カメラ２３１，２３２は、例えばＣＣＤカメラやＣＭＯＳカメラなどの撮影カメラを有して構成されるが、必ずしもこれらに限定されない。カメラ２３１，２３２は、廃棄物２６ａの表面全体を撮影可能に構成され、例えば、投入ホッパ３３１を除いた貯留ピット２６の略中央部などに配設される。カメラ２３１，２３２は、廃棄物２６ａの種類（以下、単に種類ともいう）により変化する廃棄物２６ａの色調を識別可能に構成される。なお、カメラ２３１，２３２は、廃棄物２６ａの表面の全体を撮像可能であれば、種々の位置に設置可能である。カメラ２３１，２３２は例えば、貯留ピット２６の内側壁の上部で、貯留ピット２６内の廃棄物２６ａを撮影可能な壁に設置してもよい。また、カメラ２３１，２３２は、１台でもよく、３台以上設置することも可能である。撮像部２３は、廃棄物２６ａの種類を検知可能であれば、種々の装置を使用できる。

貯留ピット２６内においては、廃棄物２６ａが貯留された状態において、廃棄物の高さである廃棄物レベルｚを測定できる。すなわち、測距センサ２４１，２４２，２４３，２４４によって、貯留ピット２６の４隅の上部に設置されたそれぞれの測距センサ２４１～２４４から、廃棄物２６ａの表面の所定位置Ｐ₀までの距離を測定できる。なお、図５においては、測距センサ２４１，２４２のみを図示している。この場合、測距センサ２４１と所定位置Ｐ₀との距離ｌ₁₀と、測距センサ２４１からの電磁波の出射角度θ₁とによって、所定番地（ｘ，ｙ）における廃棄物レベルｚを計測できる。すなわち、測距センサ２４１によって所定位置Ｐ₀の点群データを取得できる。なお、測距センサ２４１，２４２から廃棄物２６ａの所定位置Ｐ₀までの距離ｌ₁₀，ｌ₂₀に基づいて、廃棄物レベルｚを導出することも可能である。また、測距センサ２４３と所定位置Ｐ₀との距離ｌ₃₀と、測距センサ２４３からの電磁波の出射角度とによって、所定番地（ｘ，ｙ）における廃棄物レベルｚを計測することで、測距センサ２４３により所定位置Ｐ₀の点群データを取得できる。測距センサ２４３，２４４から廃棄物２６ａの所定位置Ｐ₀までの距離ｌ₃₀，ｌ₄₀に基づいて、廃棄物レベルｚを導出することも可能である。

このように、測距センサ２４１，２４２，２４３，２４４からの距離情報に基づいて、レベル導出部１１１は、貯留ピット２６内の所定位置Ｐ₀における廃棄物２６ａの廃棄物レベルｚを、即時的かつ連続的に導出できる。従来、特に搬入エリアにおいては、塵芥収集車からの搬入量を計算して、廃棄物レベルを算出し、さらに作業者が目視で確認して、自動制御に対して手動による介入を行う場合があったが、作業者の手動による介入を低減することが可能になる。

また、測距センサ２４１と所定位置Ｐ₁との距離ｌ₁₁に関しては、例えば測距センサ２４１から出射された電磁波が高く積み上げられた廃棄物２６ａによって遮断される場合がある。この場合、制御部１１のレベル導出部１１１は、遮断された部分に対してマスキング処理を実行する。すなわち、レベル導出部１１１は、センサ部２４により計測された対象物の位置が、計測対象となる廃棄物２６ａの所定位置ではないと判定した場合に、所定位置ではない部分をマスキングするマスキング処理を実行する。ここで、マスキング処理の実行の要否を判定する場合には、例えば次のような方法を採用できる。すなわち、測距センサ２４１～２４４から廃棄物２６ａに向けて電磁波を出射させ、電磁波を貯留ピット２６に堆積した廃棄物２６ａの表面を走査して距離を計測する際に、走査中に計測された距離が所定閾値以上変化した場合に、その部分にマスキング処理を実行できる。この場合、距離が所定閾値以上変化した後に電磁波が照射された対象物は、計測すべき所定位置における廃棄物２６ａではなく、遮断した廃棄物２６ａであるか他の物体である可能性が高いためである。これにより、レベル導出部１１１はセンサ部２４からの距離の情報に対して、マスキング処理を行う部分を判定できる。なお、マスキング処理の要否および範囲については、レベル導出部１１１に教師データを用いた機械学習により得られた学習モデルや学習済みモデルを備えて判定するようにしてもよい。

マスキング処理が実行された上で、測距センサ２４２と所定位置Ｐ₁との距離ｌ₂₁と、測距センサ２４２からの電磁波の出射角度θ₂とによって、所定番地（ｘ₁，ｙ₁）における廃棄物レベルｚ₁を計測できる。すなわち、測距センサ２４２によって所定位置Ｐ₁の点群データを取得できる。さらに、測距センサ２４３と所定位置Ｐ₀との距離ｌ₃₁と、測距センサ２４３からの電磁波の出射角度とによって、所定番地（ｘ₁，ｙ₁）における廃棄物レベルｚ₁を計測することで、測距センサ２４３により所定位置Ｐ₁の点群データを取得できる。測距センサ２４４から出射された電磁波が所定位置Ｐ₁に到達する場合には、測距センサ２４３，２４４から廃棄物２６ａの所定位置Ｐ₁までの距離ｌ₃₁，ｌ₄₁に基づいて、廃棄物レベルｚ₁を導出して、点群データを取得することも可能である。なお、上述した測距センサ２４１から出射された電磁波が所定位置Ｐに到達する前に遮断される場合とは、廃棄物２６ａに遮断される場合に限定されない。すなわち、貯留ピット２６内に存在する種々の物体、例えばバケット２５３などによって遮断される場合においても、レベル導出部１１１は得られた点群データに対してマスキング処理を実行する。

本実施形態による測距センサ２４１～２４４を例えばＬｉＤＡＲから構成した場合、使用される電磁波は、典型的には、近赤外線や赤外線等である。これにより、カメラなどは暗所においては撮像困難であるが、測距センサ２４１～２４４であれば、暗所であっても、距離の測定が可能になる。また、測距センサ２４１～２４４によって検出可能な物体の寸法は波長以上の大きさのものである。測距センサ２４１～２４４から出射される電磁波は、光束の密度が高く、コヒーレンスが高く、波長が極めて短いため、小さな物体に照射しても反射されやすい。これにより、測距センサ２４１～２４４は、廃棄物２６ａに向けて電磁波を出射し、電磁波を出射した時点から廃棄物２６ａによって反射された電磁波を受信する時点までの時間を計測しやすくなる。これによって、測距センサ２４１～２４４は、貯留ピット２６に貯留される廃棄物２６ａの表面や表層までの距離を、精度よく容易に計測できる。また、ＬｉＤＡＲなどの測距センサ２４１～２４４によって距離を計測していることにより、時間応答性をｍｓｅｃオーダーにすることができるので、測定間隔を短縮でき、ほぼ連続的に、測距センサ２４１～２４４から廃棄物２６ａまでの距離を計測できる。そのため、例えば、バケット２５３の移動や振れなどの動きを追尾することができるので、バケット２５３の振れ止めを最適化できる。

また、貯留ピット２６内をバケット２５３が移動しているときには、測距センサ２４１～２４４のうちの少なくとも１つまたは複数から出射される電磁波が、バケット２５３に遮られて所定位置における廃棄物２６ａに照射されない場合がある。この場合においても、測距センサ２４１～２４４が平面矩形状の貯留ピット２６の４隅に設けられていることにより、測距センサ２４１～２４４のうちの少なくとも１つから出射された電磁波は、バケット２５３に遮られることなく廃棄物２６ａに照射される。そのため、バケット２５３が貯留ピット２６内を移動しているときにも、測距センサ２４１～２４４の少なくとも１つから、廃棄物２６ａまでの距離を計測できるので、廃棄物２６ａの高さを測定できる。すなわち、バケット２５３の移動中であっても、貯留ピット２６内における廃棄物２６ａの高さを、センサ部２４によって即時的に測定することが可能となる。

以上のように、測距センサ２４１～２４４が、貯留ピット２６の４隅の上部に設置されていることにより、測距センサ２４１～２４４の少なくとも１台によって廃棄物２６ａの上層を測定できる。これにより、貯留ピット２６に貯留された廃棄物２６ａの表面を、貯留ピット２６の水平面に沿った全面、すなわち全ての番地（ｘ，ｙ）に亘って、廃棄物レベルｚを計測することができる。また、貯留ピット２６内における廃棄物２６ａの点群データを取得できるので、即時的に廃棄物２６ａの表面形状を測定して、廃棄物２６ａの表面形状がマッピングされた点群データを含む堆積情報１２３を生成することができる。すなわち、堆積情報１２３は、廃棄物２６ａの表面形状の３次元マッピング情報を含む。生成された堆積情報は、記憶部１２の堆積情報１２３に格納される。

種類判定部１１２は、搬入エリアに搬入された廃棄物２６ａの種類（種別ともいう）を判定する。また、種類判定部１１２は、クレーン２５２によって廃棄物２６ａが攪拌されたり積み替えられたりした際に、カメラ２３１，２３２から供給された撮像情報に基づいて、攪拌後や積替後の廃棄物２６ａの種類や状態を判定する。これにより、種類判定部１１２は、種類情報を生成する。種類情報は、廃棄物２６ａの種類や状態の情報を含む。

堆積情報生成部１１３は、種類判定部１１２によって判定されて得られた廃棄物２６ａの種類情報１２２を、センサ部２４による計測に基づいて得られる所定位置の廃棄物２６ａの廃棄物レベル情報１２１に基づいて、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けする。これにより、廃棄物２６ａの３次元マップを連続して継続的に生成できる。なお、堆積情報生成部１１３は、所定時間間隔ごとに不連続で断続的に、堆積情報１２３を生成してもよい。

把持部制御部としてのクレーン制御部１１４は、クレーン２５２を３軸駆動させてバケット２５３によって所望の位置の廃棄物２６ａを把持したり、把持した廃棄物２６ａをばら撒いたりする指示信号を出力して、制御部２１に送信する。制御部２１は、受信した指示信号に基づいて把持部２５のクレーン２５２およびバケット２５３を制御する。なお、クレーン制御部１１４によって直接的にクレーン２５２を制御してもよい。

また、クレーン制御部１１４は、取得した廃棄物レベル情報１２１に基づいて、例えば所定位置Ｐ₀から所定位置Ｐ₁に移動する際に、バケット２５３が廃棄物２６ａの頂部Ｔ₀を回避可能な移動経路を導出することができる。クレーン制御部１１４は、導出した移動経路に基づいて、クレーン２５２を移動させる。これにより、従来、例えば所定位置Ｐ₀から所定位置Ｐ₁に移動する際には、把持部２５のバケット２５３を廃棄物２６ａの頂部Ｔ₀より高い位置まで引き上げてから移動させていたのに比して、バケット２５３の引き上げ長さを短縮でき、クレーン２５２の移動効率を向上できる。例えば、廃棄物２６ａを横に移動させるだけの場合であれば、バケット２５３を引き上げるワイヤーロープの巻き上げを最低限にして、廃棄物２６ａを移動させることができる。これにより、廃棄物２６ａに対する処理、例えば攪拌や積み替えなどの目的に合わせて、バケット２５３を最適な高さで移動させることができる。

また、バケット２５３から廃棄物２６ａを放下する際には、放下する番地（ｘ，ｙ）における廃棄物レベルｚに合わせて、放下高を変更できるので、バケット２５３を必要以上に巻き上げないようにできる。すなわち、制御部２１によって把持部２５を自動運転させる際に、廃棄物２６ａが積み上げられて生じた山を回避可能な高さでクレーン２５２およびバケット２５３を移動できる。したがって、把持部２５の無駄な動作を低減できるので、把持部２５の自動運転を効率的に実行でき、稼働率を低減できる。

さらに、堆積情報１２３を蓄積したり更新したりすることによって、制御部１１，２１は、常に最新の堆積情報１２３に基づいて、バケット２５３による廃棄物２６ａの把持や放下の必要な高さを導出して制御できる。そのため、制御部１１，２１、特にクレーン制御部１１４による機械学習によって、クレーン２５２およびバケット２５３を含む把持部２５を自動制御することが可能になる。これにより、クレーン制御部１１４は、クレーン２５２およびバケット２５３を、把持部２５の動作の目的に合わせて、適切な高さや適切な移動経路で移動させることが可能になる。なお、機械学習は、例えば、ニューラルネットワークを用いた深層学習（ディープラーニング）、強化学習、または深層強化学習などの種々の機械学習を採用できる。

入力部１４は、例えば廃棄物貯留設備２０に設置された撮像部２３やセンサ部２４から、通信部２２を通じて送信された各種情報を入力して、制御部１１に出力するインターフェースを含む。なお、撮像部２３やセンサ部２４から入力部１４への情報の送信は、有線通信を用いても無線通信を用いてもよい。また、入力部１４は、キーボードや入力用のボタン、レバーや、液晶などのディスプレイに重畳して設けられる手入力のためのタッチパネル、または音声認識のためのマイクロホンなどの、ユーザインターフェースを含む。作業者などが入力部１４を操作することによって、制御部１１に所定の情報を入力可能に構成される。

出力部１５は、制御部１１による制御に従って、ディスプレイモニタに廃棄物貯留設備２０の貯留ピット２６内の画像などを表示したり、タッチパネルディスプレイの画面上に文字や図形などを表示したり、スピーカから音声を出力したりする。すなわち、出力部１５は、所定の情報を外部に報知可能に構成される。なお、入力部１４および出力部１５を一体とした入出力部とし、入出力部をタッチパネルディスプレイやスピーカマイクロホンなどから構成してもよい。

以上説明した一実施形態によれば、センサ部２４によって廃棄物２６ａの廃棄物レベルｚを貯留ピット２６の平面に沿って２次元座標の番地（ｘ，ｙ）ごとに計測し、さらに、この番地（ｘ，ｙ）および廃棄物レベルｚによる３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けして、廃棄物２６ａの種別を判定している。これにより、計測した廃棄物２６ａの高さｚと判定した廃棄物２６ａの種別とから、３次元座標（ｘ，ｙ，ｚ）に関連付けされた種類のマッピング情報である堆積情報を生成して、データベースに蓄積できる。なお、廃棄物の位置を表すｘ，ｙ，ｚは、離散的な変数であっても連続的な変数であってもよい。そのため、堆積情報を利用することによって、クレーン２５２およびバケット２５３を備えた把持部２５の自動運転をより効率的に行うことが可能になる。

以上、本発明の一実施形態について具体的に説明したが、本発明は、上述の一実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づく各種の変形が可能である。例えば、上述の一実施形態において挙げた数値はあくまでも例に過ぎず、必要に応じてこれと異なる数値を用いてもよく、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。

また、上述した一実施形態において、人工知能を用いる場合には、機械学習の一例としてニューラルネットワークを用いたディープラーニング（深層学習）を用いることができる。なお、それ以外の方法に基づく機械学習を行ってもよい。例えば、サポートベクターマシン、決定木、単純ベイズ、ｋ近傍法など、他の教師あり学習を用いてもよい。また、教師あり学習に代えて半教師あり学習を用いてもよい。

また、一実施形態においては、上述してきた「部」を、「回路」などに読み替えることができる。例えば、制御部は、制御回路に読み替えることができる。

なお、本明細書におけるフローチャートの説明では、「まず」、「その後」、「続いて」などの表現を用いてステップ間の処理の前後関係を明示していたが、本実施の形態を実施するために必要な処理の順序は、それらの表現によって一意的に定められるわけではない。すなわち、本明細書で記載したフローチャートにおける処理の順序は、矛盾のない範囲で変更することができる。

さらなる効果や変形例は、当業者によって容易に導き出すことができる。本開示のより広範な態様は、以上のように表しかつ記述した特定の詳細および代表的な実施形態に限定されるものではない。したがって、添付のクレームおよびその均等物によって定義される総括的な発明の概念の精神または範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能である。

１ ピット管理システム
２ ネットワーク
３ 廃棄物処理施設
１０ ピット管理装置
１１，２１ 制御部
１２ 記憶部
１３，２２ 通信部
１４ 入力部
１５ 出力部
２０ 廃棄物貯留設備
２３ 撮像部
２４，３２ センサ部
２５ 把持部
２６ 貯留ピット
２６ａ 廃棄物
３０ 廃棄物焼却設備
３１ 燃焼制御装置
３３ 焼却炉
１１１ レベル導出部
１１２ 種類判定部
１１３ 堆積情報生成部
１１４ クレーン制御部
１２１ 廃棄物レベル情報
１２２ 種類情報
１２３ 堆積情報
２３１，２３２ カメラ
２４１，２４２，２４３，２４４ 測距センサ
２５１ 荷重計
２５２ クレーン
２５３ バケット
２５４ クレーンガーダ
２５５ クラブ
２５６ 走行レール
２６１ 搬入扉
３３１ 投入ホッパ

Claims (6)

1. 廃棄物を貯留可能に構成された平面矩形状の貯留ピット内における前記廃棄物を管理する管理装置であって、
   所定位置における廃棄物に向けて電磁波を出射し、前記電磁波を出射した時点から前記廃棄物で反射した電磁波を受信する時点までの時間を計測して、前記貯留ピットの水平面における２次元座標に関連付けて前記廃棄物までの距離を計測可能な複数の測距センサを含むセンサ部と、
   前記所定位置における廃棄物を撮像可能な撮像部と、
   前記センサ部により計測された、前記センサ部と前記所定位置における廃棄物との距離情報に基づいて、前記２次元座標によって特定された前記所定位置における廃棄物の高さを導出するレベル導出部と、
   前記撮像部により撮像された撮像情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の種類を判定する種類判定部と、
   前記レベル導出部により導出された前記所定位置における廃棄物の高さと、前記種類判定部により判定された前記所定位置における廃棄物の種類とを、前記貯留ピット内に貯留された廃棄物の３次元座標に関連付けて堆積情報として生成する堆積情報生成部と、を備え、
   前記複数の測距センサはそれぞれ、前記平面矩形状の貯留ピットの４隅に設置され、前記複数の測距センサのそれぞれから出射される複数の電磁波の少なくとも１つが、前記貯留ピットに貯留された廃棄物の上面の任意の位置に到達可能に構成され、
   前記レベル導出部は、
   前記複数の測距センサから廃棄物に向けて出射した電磁波を前記廃棄物の表面に沿って走査させ、前記走査中に計測された距離が所定閾値以上に変化した場合、前記所定閾値以上の変化を計測した測距センサが計測した対象物の位置は前記所定位置ではないと判定して、前記所定位置ではない部分をマスキングする処理を実行する
   管理装置。
2. 前記センサ部は、４台のＬｉＤＡＲから構成され、前記平面矩形状の貯留ピットの４隅の上部に前記ＬｉＤＡＲがそれぞれ設置される
   請求項１に記載の管理装置。
3. 前記撮像部は、少なくとも１台のカメラから構成され、
   前記少なくとも１台のカメラによって前記貯留ピットに貯留された廃棄物の表面全体を撮影可能に構成される
   請求項１または２に記載の管理装置。
4. 前記貯留ピットに貯留された前記廃棄物を把持および放下によって移動させる把持部を制御する把持部制御部をさらに備え、
   前記把持部制御部は、前記堆積情報に基づいて、前記把持部の移動経路を生成し、前記移動経路に従って前記把持部を移動させる指示信号を出力する
   請求項１～３のいずれか１項に記載の管理装置。
5. 廃棄物を貯留可能に構成された平面矩形状の貯留ピット内における前記廃棄物を管理する管理方法であって、
   所定位置における廃棄物に向けて電磁波を出射し、前記電磁波を出射した時点から前記廃棄物で反射した電磁波を受信する時点までの時間を計測して、前記貯留ピットの水平面における２次元座標に関連付けて前記廃棄物までの距離を計測可能なセンサ部を構成する複数の測距センサをそれぞれ、前記平面矩形状の貯留ピットの４隅に設置し、前記複数の測距センサのそれぞれから出射した複数の電磁波の少なくとも１つが、前記貯留ピットに貯留された廃棄物の上面の任意の位置に到達することにより計測された、少なくとも１つの前記測距センサと前記所定位置における廃棄物との距離情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の高さを導出し、
   前記所定位置における廃棄物を撮像可能な撮像部により撮像された撮像情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の種類を判定し、
   導出された前記所定位置における廃棄物の高さと、判定された前記所定位置における廃棄物の種類とを、前記貯留ピット内に貯留された廃棄物の３次元座標に関連付けて堆積情報として生成し、
   前記複数の測距センサから廃棄物に向けて出射した電磁波を前記廃棄物の表面に沿って走査させ、前記走査中に計測された距離が所定閾値以上に変化した場合、前記所定閾値以上の変化を計測した測距センサが計測した対象物の位置は前記所定位置ではないと判定して、前記所定位置ではない部分をマスキングする処理を実行する
   管理方法。
6. 廃棄物を貯留可能に構成された平面矩形状の貯留ピット内における前記廃棄物を管理する管理装置に、
   所定位置における廃棄物に向けて電磁波を出射し、前記電磁波を出射した時点から前記廃棄物で反射した電磁波を受信する時点までの時間を計測して、前記貯留ピットの水平面における２次元座標に関連付けて前記廃棄物までの距離を計測可能なセンサ部を構成する複数の測距センサをそれぞれ、前記平面矩形状の貯留ピットの４隅に設置し、前記複数の測距センサのそれぞれから出射した複数の電磁波の少なくとも１つが、前記貯留ピットに貯留された廃棄物の上面の任意の位置に到達することにより計測された、少なくとも１つの前記測距センサと前記所定位置における廃棄物との距離情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の高さを導出し、
   前記所定位置における廃棄物を撮像可能な撮像部により撮像された撮像情報に基づいて、前記所定位置における廃棄物の種類を判定し、
   導出された前記所定位置における廃棄物の高さと、判定された前記所定位置における廃棄物の種類とを、前記貯留ピット内に貯留された廃棄物の３次元座標に関連付けて堆積情報として生成し、
   前記複数の測距センサから廃棄物に向けて出射した電磁波を前記廃棄物の表面に沿って走査させ、前記走査中に計測された距離が所定閾値以上に変化した場合、前記所定閾値以上の変化を計測した測距センサが計測した対象物の位置は前記所定位置ではないと判定して、前記所定位置ではない部分をマスキングする
   ことを実行させるプログラム。

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