JPH0640927B2 - 上水フロツクの監視制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、浄水場のフロツク形成池（混和池）における
フロツク形成の監視，制御に係り、凝集フロツク形成状
況の定量的把握に好適な画像認識技術を応用したフロツ
ク監視制御装置に関する。

〔従来の技術〕

浄水場においては取水した原水に凝集剤を注入して懸濁
物質を凝集させ凝集物であるフロツクを形成し、このフ
ロツクを沈降除去している。具体的には急速混和池にお
いて凝集剤を注入した後にフロツク形成池に導き、緩や
かに攪拌しながらフロツクを形成する。フロツク形成池
から流出した原水は沈澱池に導かれ、フロツクを沈降さ
せ懸濁物質を除去する。沈澱池で沈降しなかつた微小フ
ロツクはさらに濾過池で除去される。

このように水処理を行なう際にフロツク形成池で良好な
フロツクが形成されないと濾過池の目詰まりを早めるこ
とになる。そのため良好なフロツクが形成されたか否か
を監視することは必要不可欠のことである。従来フロツ
ク形成状況の監視は１日数回の目視観察によつて行つて
いる。このため、連続的かつ定量的な監視が不可能であ
り、フロツクが形成されないという異常事態の発見が遅
れたり、対策が後手になることは免がれない。このよう
なことを解決するために、例えば特開昭54−143296号公
報に記載されているような画像処理によつてフロツクの
形状や大きさを監視する方法が提案されている。具体的
には工業用カメラなどによつて撮影したフロツク画像か
ら、所定の明るさ（閾値）よりも明るい部分（画素）を
“１”レベルとして認識し、逆に所定値よりも暗い部分
（画素）を“０”レベルとしてフロツク以外として認識
する。このようにフロツク画像を２値化して画像処理を
行ないフロツク形成状況を監視するものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術はフロツク画像の明るさが閾値よりも明る
い部分をフロツクとみなし、逆に、閾値よりも暗い部分
を背景とみなして２値化しているが、これはすなわちフ
ロツクの粒径を定量的に把握、監視しようとする試みで
ある。しかし、実際浄水場における維持管理者の目視に
よる監視は単に粒径あるいは粒径分布を見ているだけで
なく、いかにすつきりしたフロツクが形成されているか
も一つのフアクターとして重要な判断基準となつてい
る。すなわち、すつきり見えるフロツクの場合は多少粒
径が小さくても沈澱池における沈降性の良いことが維持
管理者の長年の運転ノウハウとして得られている。ここ
で言う“すつきり見えるフロツク”とは、凝集フロツク
と浮遊懸濁物質を含む周囲の水とのコントラストの高い
状態を意味するもので、浮遊懸濁物質が少なく水がすき
透つている状態を示すものである。すなわち、凝集剤に
よつて原水中の懸濁物質が固く凝集，沈降性の良いフロ
ツクを形成し浮遊懸濁物質の少ないことを意味してい
る。

このように浄水場におけるフロツク形成状況の監視は凝
集フロツク粒径とそのフロツクがいかにすつきり見える
かという二面から実施されなくてはならないという問題
を含んでいる。しかし、上述した画像処理による従来技
術ではフロツクの形状や大きさ（粒径）の面のみからの
監視となつていたため十分なるフロツク監視が行なわれ
ているとは言えないという欠点があつた。

本発明の目的は、凝集フロツクの粒径と共にフロツクの
すつきりさをも同時に検出できる上水フロツクの監視制
御装置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は上記目的を達成させるために、まず、人間の目
視によつてすつきり見えるということは凝集フロツクと
浮遊性懸濁物質を含む周囲の水とのコントラストが高い
こと、すなわちフロツクの周囲の水は浮遊懸濁物質が少
なくすき透つており濁度が低いことに注目している。

先に述べた目的は、工業用テレビカメラによつてとらえ
たフロツク形成池内の画像をある閾値で２値化、フロツ
クを認識し、粒径や粒径分布を求めると同時にフロツク
以外の部分の濁度の指標としての輝度レベルを求め、こ
の輝度レベルとフロツクの輝度レベルを比較（フロツク
とフロツク周辺のコントラスト比）することによつて達
成される。

〔作用〕

撮影したフロツク形成池の画像からフロツク部分を取り
除き周囲の背景の輝度レベルを検出することにより、背
景の濁度の指標が得られる。この輝度レベルとフロツク
の輝度レベルを比較することにより、目で見た場合のす
つきりさを定量的に検出することができるため、粒径や
粒径部分に加えて、浮遊性懸濁物の少なく沈澱池に於い
て沈降性の優れたフロツク形成のための総合的な監視を
することが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を図により説明する。第１図に
おいて、急速混和池１００には原水が導かれる一方で凝
集剤（ポリ塩化アルミニウム）または硫酸アルミニウム
などの無機凝集剤が凝集剤注入ポンプ１２０で供給され
る。また、図示はしないがフロツク形成を促進するため
に水酸化カルシウムまたは炭酸ナトリウムなどのアルカ
リ剤が注入される。急速混和池１００内は攪拌翼１４０
が攪拌機１３０により攪拌される。凝集剤が注入されて
攪拌された水は凝集槽（以下フロツク形成池という）１
５０に導かれる。フロツク形成池１５０は３つの池１５
０Ａ，１５０Ｂおよび１５０Ｃからなり、壁面に複数の
穴を有する整流壁１６０Ａ，１６０Ｂで仕切られてい
る。フロツク形成池１５０Ａ，１５０Ｂおよび１５０Ｃ
には各々木製の攪拌パドル１７０Ａ，１７０Ｂおよび１
７０Ｃが設置され、１ないし１０rpm（パドル周辺速度
＝０．１５〜０．８m/s）前後で緩やかに回転してい
る。フロツク形成池１５０Ｃには、攪拌パドル１７０Ｃ
に衝突しない位置に水中カメラなどの撮像装置１８０が
設置されている。フロツク形成池１５０で成長したフロ
ツクを含む水は、沈澱池１９０に導かれフロツクはここ
で沈降，除去される。フロツクが除去された上澄水は濾
過池１９５に流入する。濾過池１９５では沈澱池１９０
で沈降，除去されず残存する微小フロツクが濾過されて
除去される。濾過池１９５を経た水は、図示していない
が排水池および貯水池などを経て給水される。

撮像装置１８０から得られた凝集物を含む水の濃淡画像
のアナログ電気信号は画像認識手段３００に送信され
る。画像認識手段３００は画像処理起動タイマ３５０、
濃淡画像情報記憶手段３１０、２値化手段３２０で構成
される。画像処理起動タイマ３５０は、画像処理を５分
ないし１時間に１回定期的に作動させるものである。濃
淡画像情報記憶手段３１０は撮像装置１８０で得られた
凝集物を含む水の濃淡画像をデイジタル値で濃淡画像メ
モリ（第１図には図示せず）に格納する。濃淡画像メモ
リについては第２図に示す。得られた画像は縦が２５
６、横が２５６に分割される（ここで分割された部分を
画素という）ので、濃淡画像メモリはこれに対応した２
５６×２５６の格納エリアを有し、ｉ行ｉ列の各格納エ
リアには明るさ（輝度）の値ｇ（ｉ，ｊ）：ｉ＝１〜２
５６，ｊ＝１〜２５６が格納される。なおここで水平方
向の配列がｉ、垂直方向の配列がｊである。２値化手段
３２０と濃淡画像情報記憶手段３１０の濃淡画像の出力
結果を受けて２値化する。

粒径分布計算手段４００は２値化手段３２０の出力結果
を受けてフロツク粒径分布を計算し、フロツクを球と仮
定して体積を求めて体積濃度分布に変換し、その結果を
体積濃度分布メモリ４１０に格納する。一方画像の輝度
分布計算手段５００と濃淡画像情報記憶手段３１０の出
力を受けて画面全体の輝度分布（ヒストグラム）を計算
し、計算結果を輝度分布メモリ５１０に格納する。５５
０は背景輝度計算手段で輝度分布メモリ５１０の結果を
受けて浮遊懸濁物質を含むフロツク以外の部分すなわち
背景の輝度を計算し、計算結果を背景輝度メモリ５６０
に格納する。また、６５０はフロツク輝度計算手段で輝
度分布メモリ５１０の結果を受けてフロツクの輝度を計
算し、計算結果をフロツク輝度メモリ６６０に格納す
る。背景・フロツク輝度差（コントラスト）計算手段７
００は背景輝度メモリ５６０、フロツク輝度メモリ６６
０の結果から背景とフロツクの輝度差を計算し背景・輝
度差メモリ７１０に格納する。認識終了判定手段８００
は、フロツク画像の認識回数が所定の回数終了したか否
かを判定する。そして否であれば、その時点で濃淡画像
情報記憶手段３１０は撮像装置１８０が撮像している濃
淡画像について、前述した濃淡画像情報記憶手段３１０
から粒径分布計算手段４００、背景・フロツク輝度計算
手段７００までの画像処理操作を繰り返す。この繰り返
し操作があらかじめ決められた回数（例えば１０回）繰
り返されたか否かを認識終了判定手段８００が判定す
る。１回の画像処理が２０秒かかる場合には１０回の繰
り返しにより２００秒かかる。

あらかじめ決められた回数の画像処理が終了と判定され
たら体積濃度分布メモリ４１０に格納されていた体積濃
度分布からフロツク対数平均粒径を計算し、計算結果を
制御装置１０００に入力する。一方背景・フロツク輝度
差メモリ７１０の内容も制御装置１０００に入力され
る。制御装置１０００ではフロツク対数平均粒径と背景
・フロツク輝度差信号を受けて凝集剤注入量の増減を計
算し、この信号を凝集剤注入ポンプ１２０に入力する。
凝集剤注入ポンプ１２０はこの信号を受けて凝集剤タン
ク１１０の中から急速混和池１００への凝集剤注入量を
操作する。画像処理起動タイマ３５０の起動輝度が１０
分に１回の場合は凝集剤注入量の変更操作は１０分に１
回である。

以上が本発明の基本的な構成とその動作である。

次に、本発明の要点となつている、輝度分布計算手段５
００から背景・フロツク輝度差計算手段７００に至る一
連の画像処理方法について、図を用いて詳細に説明す
る。

第３図は、水中カメラなどの撮像装置１８０により認識
されたフロツク群の画像を示す。フロツク群は白色系な
ので輝度レベルは高く、一方背景は暗く輝度レベルは低
い。第３図は濃淡画像であるので実際にはフロツクと背
景の境界は明確ではないが、わかりやすくするためフロ
ツクの輪郭のみを図示している。第４図は、第３図の画
面において、Ａ−Ａ′線で走査した輝度レベルの分布を
示す。ここで輝度レベルは１２８段階で示されており、
縦軸の上方向が輝度が低く、一方、下方向が輝度が高い
ことを意味し、凝集フロツクは白色系なので輝度は高
い。すなわち下方向に谷になる部分がフロツクを表わし
ている。第４図の輝度分布において、Ｂ−Ｂ線で指定さ
れる輝度の閾値に基づいて２値化処理したものが第５図
の２値化処理図である。

さて、浄水場の維持管理者の長年の経験則としてフロツ
クがすつきり見える時は沈降特性のよいことは先に述べ
たが、これは第４図における背景の輝度レベルが低く、
フロツクの輝度レベルの高い事を意味している。第６図
はこのことをより具体的に示したもので、第６図（ａ）
が沈降性の良い場合（すつきり見える場合）の輝度分布
であり、（ｂ）が沈降性の悪い場合（すつきり見えない
場合）の輝度分布である。いずれも２値化された姿では
第５図の如くなり、これから単に粒径や粒径分布等を求
めても沈降性の良い悪しの差を見い出すことはできな
い。本発明では第３図に示す濃淡画像の全画素の輝度分
布を輝度分布計算手段５００によつて求めている。この
結果を第７図に示す。第７図（ａ）は第６図（ａ）に相
当するものであり、第７図（ｂ）は第６図（ｂ）に相当
するものである。この背景・フロツク輝度差は背景・フ
ロツク輝度差計算手段７００によつて画素数のピーク値
Ｐ_ＢおよびＰ_Ｆの差により輝度差Ｃを求めている。

制御装置１０００は、体積濃度分布メモリ４１０に格納
された体積濃度分布から計算して求めたフロツク対数平
均粒径と背景・フロツク輝度差メモリ７１０からの輝度
差を受けて、これらの計算値が第８図に示す沈降特性の
優れているＯｐ領域に入るように即ちＯｐ領域を目標に
凝集剤注入量を制御している。たとえばフロツクの対数
平均粒径が小さすぎたり或いは背景・フロツクの輝度差
が大きすぎたりしたときには凝集剤注入量を増加する。

〔発明の効果〕

本発明によれば、フロツクの粒径分布と背景とフロツク
の輝度差（コントラスト）をも常時、定量的に計測して
凝集剤注入量を操作するので、最小の凝集剤注入量でし
かも沈降性に優れたフロツクを、信頼性をもつて形成さ
せることができる。このため沈澱池や濾過池への負荷を
低く維持でき、ひいては、浄水場維持管理の省エネルギ
ー、省力化ならびに信頼性の向上が可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図，第２図は本発明の実施例を示す図、第３図から
第７図は本発明の画像処理内容を示す図、第８図はフロ
ツク形成制御のための最適領域を示す図である。 １５０……フロツク形成池、１８０……撮像装置、３０
０……画像認識手段、４００……濃淡画像情報記憶手
段、４１０……体積濃度分布メモリ、５００……輝度分
布計算手段、７００……背景・フロツク輝度差計算手
段、１０００……制御装置。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 渡辺 昭二 茨城県日立市久慈町4026番地 株式会社日 立製作所日立研究所内 (56)参考文献 特開 昭61−21306（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−187907（ＪＰ，Ａ) 特開 昭61−111111（ＪＰ，Ａ)

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】凝集剤を注入され濁質のフロツクを形成さ
   せるフロツク形成池におけるフロツク群の画像情報を光
   電変換装置を用いて電気信号として取り込む画像撮影手
   段と、 前記電気信号に基づいて前記フロツク群を画像処理して
   フロツク粒径分布を計算してフロツク体積濃度分布に変
   換し、複数の画像についてそれぞれ求めた該フロツク体
   積濃度分布からフロツク対数平均粒径を計算するフロツ
   ク演算手段と、 前記電気信号に基づいてフロツクと背景の輝度を計算す
   る輝度演算手段と、 該輝度演算手段で得られたフロツクと背景の輝度差を計
   算する輝度差演算手段と、 前記フロツク対数平均粒径およびフロツクと背景の輝度
   差が、予めフロツク対数平均粒径と該輝度差との関係で
   設定したフロツク沈降特性の優れた領域に入るように凝
   集剤注入量を制御する注入制御手段とを具備したことを
   特徴とする上水フロツクの監視制御装置。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項において、前記輝度
   演算手段はフロツク群の全画素の輝度を求め、この輝度
   に対する画素分布からフロツクおよび背景の代表輝度を
   求め、前記輝度差演算手段は前記代表輝度の差をもつて
   背景とフロツクの輝度差としたことを特徴とする上水フ
   ロツクの監視制御装置。