JPH0566540B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は浄水場のフロツク形成池（混和池）に
おけるフロツクの粒径およびその分布を画像処理
技術を用いて計測する浄水場のフロツク形成状況
認識方法に関する。

〔発明の背景〕

浄水場では、原水の濁質粒径が小さいので、こ
れらを凝集させて凝集塊（フロツク）とし、この
フロツクを沈降させるプロセスになつている。こ
のため、フロツク形成池（混和池）におけるフロ
ツクの監視が必要不可欠である。

従来、フロツクの監視は浄水場の維持管理者が
１日数回、目視により監視していた。目視に依存
するため、判断基準が主観的かつ定性的であり、
監視結果が運転操作に反映されにくい欠点があ
る。さらに、監視頻度が不連続的なため、凝集不
良時の対策が後手になり、トラブルが大きくなる
という欠点もある。

これに対して、最近は、工業用テレビカメラ
（ITV）を用いて、フロツク形成池内のフロツク
群を監視する方法が採用されている。しかし、こ
の場合でも、監視は人間の視覚に依存するため、
主観的かつ不連続的であるということに変りな
い。

このように欠点を改善するため、特開昭54−
143296号公報に記載されているように、光電変換
装置を用いてフロツクの形状に応じた電気信号を
取りだす方法も提案されている。しかし、実用に
際しては次のような問題点がある。

フロツクの形成状況をオンラインで認識するた
めには浄水場のフロツク形成池の水中に水密構造
とした光電変換装置を設置する必要がある。

この時、フロツク形成池内を浮遊しているフロ
ツクが水密構造とした光電変換装置に堆積し、あ
る程度以上堆積すると自重あるいはフロツク形成
池内の水流の影響により水密機構からすべり落ち
る現象が生ずる。この時、堆積フロツク群のかた
まりが光電変換装置によるフロツク観察空間に侵
入通過すると、画像処理装置により巨大なフロツ
クが形成されたと認識されることになり、正しい
フロツク形成状況の認識ができなくなる。また、
一般に、フロツク形成池は大気に開放された状態
で建設されるため、強風等の気象現象等により空
中に舞い上げられた枯葉、ゴミクズ等の異物がフ
ロツク形成池に着水する。この異物がフロツク形
成池内で沈降し光電変換装置によるフロツク観察
空間に侵入通過した場合にも、画像処理装置によ
り巨大なフロツクが形成されたと認識されること
になり正しいフロツクの形成状況の認識ができな
くなる。フロツクの形成状況の認識情報は急速混
和池の凝集剤注入量制御はフロツク形成池のフロ
ツキユレータ回転数制御等に適用される。この場
合、例えば、実際に形成されているフロツクは小
さいため凝集剤注入量を増加せねばならないのに
巨大なフロツクが形成されたと誤認識されたため
に、凝集剤注入量を減少すべきと誤判断がなされ
フロツク形成がうまくできず、後工程のろ過池等
の負荷となる。

〔発明の目的〕

本発明の目的はフロツク形成池（混和池）にお
けるフロツク群の粒径や分布などを正確にかつ連
続的に計測することを実現できる浄水場のフロツ
ク形成状況認識方法を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明の特徴とするところは、フロツク形成池
における個々のフロツク面積を画像処理によつて
計測し、例えば粒径分布等を求めることによりフ
ロツク形成状況を把握する際に、１個のフロツク
面積が所定値以上と認識されたときにはこのフロ
ツクをフロツクとして認識しないようにしたとこ
ろにある。

〔発明の実施例〕

第１図に本発明の一実施例を示す。

第１図において、取水された原水は着水＃１０
を介して急速混和池２０に導かれる。急速混和池
２０にはかく拌機２１が設けられている。このか
く拌機２１によつて凝集剤注入機２２から注入さ
れた凝集剤がかく拌される。フロツク形成池３０
はかく拌用パドル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃが設け
られている。かく拌用パドルはそれぞれかく拌用
モータ３２Ａ，３２Ｂ，３２Ｃによつて回転駆動
される。かく拌用パドル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃ
の間は多数の孔が穿設されている整流壁３３Ａ，
３３Ｂで仕切られている。急速混和池２０から流
入した微小フロツク群はフロツク形成池３０内に
おいてかく拌用パドル３１Ａ，３１Ｂ，３１Ｃに
よつて順次かく拌される。これにより、微小フロ
ツク同志が衝突合一し凝集することによつてフロ
ツク３４になる。フロツク３４はフロツク形成池
３０を通過する間に、次第に粒径が大きくなる。

撮像装置１００はフロツク３４の画像を工業用
テレビカメラ（図示せず）で電気信号に変換す
る。画像処理装置１１０は撮像装置１００から得
られる電気信号に基づいてフロツク３４の画像処
理を行いフロツク３４の面積Ｓを演算する。

フロツク形成池３０で形成されたフロツク３４
は沈殿池４０に流入して沈殿除去される。フロツ
ク３４が除去された上澄水はろ過池５０に注入す
る。ろ過池５０では沈殿池４０で除去されなかつ
た残存する微小フロツクがろ過除去される。ろ過
池５０から流出する上澄水は排水池（図示せず）
及び貯水池（図示せず）などを経て需要家に給水
される。

第２図に撮像装置１００と画像処理装置１１０
の詳細な構成を示す。

気密容器１２０内に固定された工業用テレビカ
メラ（ITV）１３０は接写レンズ１３１により、
ガラスなどの透明材料で作られた観察窓１２１を
通してフロツク形成池３０内にあるフロツク３４
の画像を拡大認識する。ワイパー駆動装置１２３
によつて駆動されるワイパー１２２は観察窓１２
１の表面の汚れを取るために定期的に作動する。
フロツク群を高いコントラストで精度良く認識す
るためにバツクスクリーン１２４が設けられてい
る。スクリーン１２４は気密容器１２０に固定し
たバツクスクリーン固定具１２４Ａ，１２４Ｂを
介して、観察窓１２１の前面に設置される。バツ
クスクリーン１２４は白色系のフロツク群を高い
コントラストで精度良く認識するために、暗色系
のものが望ましい。遮光カバー１４２は周囲を暗
くして照明装置１４０のみによる一定条件の照度
とするために設けられる。遮光カバー１４２を設
けると、フロツク群の画像は周囲の照度変化に影
響されなくなる。照明装置１４０は複数台設置し
てフロツク群に多面的に照射したほうが実際的で
ある。なお、遮光カバー１４２を設けずに、照明
コントローラ１４１によつて、周囲の照度変化に
応じて照明装置１４０を制御することもできる。
じやま板１２５Ａ，１２５Ｂはフロツク形成池３
０内において水の移動をできるだけ抑制し、かつ
照明を遮らないようにするために設けられる。水
の移動を抑制すると流動状態のフロツク群の画像
を精度良く認識できる。

ITV１３０により取り込まれたフロツク画像
情報はITVコントローラ１３２を介して画像認
識装置１５０に送られる。画像認識制御装置１６
０は画像認識装置１５０によるフロツク認識の頻
度を制御する。一般に、フロツク形成状況は短時
間で急激に変化すことが少ない。したがつて、フ
ロツク監視操作は10分ないし１時間に１回程度実
施すれば充分である。

フロツク群の画像情報が画像認識装置１５０内
において信号処理される過程を以下に説明する。

第３図ａはITV１３０により認識されたフロ
ツク群の画像面を示す。フロツク群は白色系なの
で輝度レベルが高く、背景のバツクスクリーン１
２４は黒色なので水の輝度レベルが低くなる。フ
ロツク群は濃淡画像であるので、実際にはフロツ
ク３４と水の部分との境界は明確でない。第３図
ａは簡単にするためフロツク群の輪郭のみを図示
している。

第３図ｂに同図ａの画面においてAA′線上を走
査した輝度レベルの分布を示す。輝度レベルは
256段階で表示されており、縦軸の上方向が輝度
レベルが低く、下方向が輝度レベルが高くなつて
いる。フロツク３４は白色系なので輝度レベルか
ら高くなる。第３図ｂにおいて下方向に谷となる
部分がフロツクを表す。第３図ｂに示す輝度分布
をBB′線の輝度レベルしきい値に基づいて２値化
処理される。しきい値よりも高い輝度レベルにあ
る画素を“１”レベルとし、しきい値以下の輝度
レベルにある画素を“０”レベルとする。第３図
ｃは同図ａに示す画面をAA′線に沿つて２値化処
理した信号波形を示す。

第３図ａの画面全体を前述した２値化処理する
ことによつて第３図ｄに示すような２値化画面が
得られる。第３図ｄの３００は画素のひとつひと
つを示している。各々のフロツクが持つ画素３０
０の総和（N_Si，ｉ＝１……ｎ）から各々のフロ
ツクの面積（S_i，ｉ＝１，２，……ｎ）を次式で
計算する。

S_i＝C₁×N_Si ……(1) C₁：１画素が対応する実際の面積 計算された面積の信号は画像認識装置１５０か
ら出力される。

以上述べた過程により各々のフロツクの面積S_i
が計測される。

次に、フロツク形成の過程について説明する。

浄水場では、原水の濁質粒径が小さいので、こ
れらを凝集させて、凝集塊（フロツク）とし、こ
のフロツクを沈降させるプロセスになつている。

急速混和池２０において、負に帯電している負
コロイドである原水濁質微粒子に、正の電荷を持
つ正コロイドである凝集剤が注入されると、濁質
微粒子と濁質微粒子とを凝集剤が結び付けマイク
ロフロツクが出来る。続いて、フロツク形成池３
０ではマイクロフロツクがフロツキユレーターの
かく拌用パドル３１Ａ〜３１Ｃの回転によつて流
動、衝突してフロツクが形成される。さて、フロ
ツク形成池３０におけるフロツクはフロツキユレ
ーターによりかく拌されることにより、フロツク
とフロツクとの衝突頻度が高くなる。衝突によつ
てより大きなフロツクへの成長が促進される。反
面、ある程度以上の大きさに成長したフロツクに
対してはフロツキユレーターによるかく拌が一種
のせん断力として働き、大きなフロツクが破壊さ
れてしまうという二面性を持つている。このた
め、経験的にフロツク形成池において形成される
フロツクの粒径は成長しても数mm程度である。こ
のことは当業者によつて良く知られている。大き
なフロツクとして存在可能と考えられる面積以上
の所定の面積S_eを演算装置２１０に設定してお
き、画像処理装置１１０により求めたフロツクの
面積S_iと所定の設定面積S_cとを演算装置２１０で
比較する。演算装置２１０はS_i＜S_cの時にフロツ
クであると認識し、S_i＞S_eの時にフロツクでなく
異物であると認識する。

以上述べた処理により、異物は除去してフロツ
クのみを認識することが可能となる。

以下、第４〜９図を用いて具体例を説明する。

なお、第４，６，８図は、第２図における撮像
装置１００の説明に必要な部分のみ記した図であ
る。

第４図は撮像装置１００のじやま板１２５Ａ，
１２５Ｂに堆積したフロツクのたかまり５００が
自重あるいは水流等の影響によりじやま板１２５
Ａ，１２５Ｂからすべり落ち、フロツク観察空間
４００に侵入通過した場合を示す図である。この
時、第５図ａに示すような画像情報が得られる。
この画像情報を一定の輝度レベルしきい値で２値
化したものが第５図ｂである。第５図ｂ中の各々
のフロツクに番号付けNo.１，２…５とする。次に
No.１〜５のフロツク各々の面積（S₁〜S₅）を計算
し、所定の設定面積S_eと比較する。第５図ｂの場
合はNo.３のフロツクの面積S₃のみが、所定の設定
面積S_eより大と認識されたと仮定すると、No.３の
物体はフロツクではないと認識する。

第６図はフロツク形成池３０へ着水あるいは侵
入した異物５０１の場合について図示した例であ
り、第７図ａの画像情報を２値化し番号付けした
ものが第７図ｂである。第７図ｂの場合は、No.４
の物体はフロツクでないと認識される。

第８図は撮像装置１００に観察窓１２１の表面
の汚れを取るためにワイパー１２２が設けてある
例である。ワイパー１２２の動作とITV１３０
による画像情報の取込み動作は重なり合わないよ
うに考慮されている。しかし、ワイパー１２２の
故障等によつてワイパー１２２画面上に存在し画
像情報を取り込んだ場合における画像情報は第９
図ａのごとくなる。第９図ａの画像情報を２値化
し番号付けを行なつたものが第９図ｂである。第
９図ｂの場合は、No.２の物体はフロツクでないと
認識される。

以上述べたことに即した処理フローの一例を第
１０図に示す。

第２図のITV１３０でフロツク３４の画像情
報を取り込みITVコントローラ１３２を介して
画像認識装置１５０に送られる（ステツプS1）。
ステツプS2で画像認識装置１５０に送られたフ
ロツクの画像情報を画像認識装置１５０で２値化
演算を行い、番号付け（ステツプS3）を行なつ
た後にステツプS4で面積S_iを計算する。ステツプ
S5では演算装置２１０で画像認識装置１５０よ
り送られてくるフロツク各々の面積S_iと演算装置
２１０に設定されている設定面積S_eとの比較を実
行する。S_i＜S_eの時は物体をフロツクであると認
識（ステツプS6）し、例えば粒径分布等を演算
することによりフロツク形成状況を把握する（ス
テツプS7）。また、S_i＞S_eの時は物体をフロツク
でなく、異物であると認識し、処理すべき情報に
は入れず除去し（ステツプS8）、警報等出力する
（ステツプS9）。

これらのステツプS1〜９をくり返し行うこと
により、撮像装置１００のフロツク観察空間４０
０に侵入、通過した異物の影響を受けることな
く、フロツク形成状況を正確にかつ連続的に認識
することが可能になる。

なお、ステツプS7で得られた粒径分布などを
用いて、凝集剤注入量、アルカリ剤注入量などの
制御、並びに、かく拌用パドル３１Ａ〜３１Ｃの
回転数制御が実施可能である。

次に、第１１図ａに示すごとく、フロツク形成
池３０へ着水あるいは侵入した異物５０１の一部
分がフロツク観察空間４００に画像情報として得
られる場合について説明する。

フロツク３４と異物５０１の一部分が第１１図
ａの５０２に示すごとくフロツク観察空間４００
に画像情報として得られた場合の画像情報を一定
の輝度レベルしきい値で２値化したものが第１１
図ｂである。第１１図ｂ中の各々の物体に番号付
けを行ないNo.１，２，３，４とする。第１１図ｂ
中の物体No.２の面積S₂は第１１図ａ中の物体５０
１の一部であるにもかかわらず、所定の設定面積
S_eより小さい場合にはフロツクであると誤認識さ
れる。同様に、第１１図ｂ中の物体No.４の面積S₄
は第１１図ａ中のフロツク５０２の一部であるに
もかかわらず、面積S₄のフロツクとして誤認識さ
れる。

以上のように、画像情報の取り込みのタイミン
グによつてはフロツク観察空間の周辺部に異物の
一部やフロツクの一部が画像情報として得られる
ため、誤認識が発生する可能性がある。

この問題点は次のようにして解決できる。

第１１図ａの画像情報を２値化した２値化画像
情報ｂに対して、番号付けを行う前に、第１１図
ｃに示すごとく２値化画像情報の周辺部４辺全て
に、少くとも１画素以上の巾をもつて“１”レベ
ル（フロツクと同じレベル）を書き込む。こうす
ることによつて、第１１図ｃに示すごとく、フロ
ツク観察空間の周辺部にその物体の一部が画像情
報として得られた全ての物体５０１，５０２が連
結され、ひとつの物体として認識される。よつ
て、第１１図ｃに対して番号付けを行なうと、フ
ロツク観察空間の周辺部にその物体の一部が画像
情報として得られた全ての物体５０１，５０２が
ひとつの物体No.１として認識される。そして、こ
の物体No.１は、フロツクではないとして認識する
ことにより、フロツク観察空間内に、全体像が画
像情報として得られた物体以外のものはフロツク
形成状況の把握のための対象外であると認識で
き、正確にフロツクを認識することが可能とな
る。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、撮像装置
のフロツク観察空間に侵入、通過した異物の影響
を受けることなく、正確にフロツクのみの認識が
出来るので、上水フロツク形成過程におけるフロ
ツク形成状況を、客観的、定量的かつ高精度で、
オンライン自動計測出来る。このため、浄水場維
持管理の省力化と信頼性の向上、ひいては制御シ
ステムへの応用などが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成図、第２
図は第１図の要部詳細構成図、第３図は画像信号
処理の説明図、第４〜９図は本発明の具体例の説
明図、第１０図は動作フロー図、第１１図は画像
認識の説明図である。 １０……着水井、２０……急速混和池、３０……
フロツク形成池、１００……撮像装置、１１０…
…画像処理装置、２１０……演算装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 原水に凝集剤を注入した後にフロツク形成池
   に導きフロツクを成長させるようにした浄水場に
   おいて、前記フロツク形成池における個々のフロ
   ツクの面積を画像処理によつて測定し、測定した
   フロツクの面積からフロツクの形成状況を認識す
   る際に前記個々のフロツク面積が所定値以上とな
   つたときには該フロツクをフロツクとして認識し
   ないようにすることを特徴とする浄水場のフロツ
   ク形成状況認識方法。