JPH0852459A - Sewage treatment process controller - Google Patents
Sewage treatment process controllerInfo
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- JPH0852459A JPH0852459A JP6189335A JP18933594A JPH0852459A JP H0852459 A JPH0852459 A JP H0852459A JP 6189335 A JP6189335 A JP 6189335A JP 18933594 A JP18933594 A JP 18933594A JP H0852459 A JPH0852459 A JP H0852459A
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 微生物が最も活性化される環境に下水を制御
し、下水を良好に浄化することができる下水処理プロセ
ス制御装置の提供。
【構成】 特徴量予測部3による定められた時間後の活
性汚泥の状態を表す特徴量の予測と、操作量修正部4に
よる下水処理プロセス7に与えられる操作量の修正量の
計算と、この修正量による操作量の修正とを繰り返し、
その結果の操作量un を下水処理プロセス7に入力す
る。
(57) [Summary] [Objective] To provide a sewage treatment process control device capable of controlling sewage in an environment in which microorganisms are most activated and sewage satisfactorily purified. [Structure] The feature quantity predicting unit 3 predicts the feature quantity representing the state of the activated sludge after a predetermined time, and the operation quantity correcting unit 4 calculates the correction quantity of the operation quantity given to the sewage treatment process 7. Repeat the correction of the operation amount by the correction amount,
The resulting manipulated variable u n is input to the sewage treatment process 7.
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、例えば下水処理施設で
用いられる下水処理プロセス制御装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sewage treatment process control device used in, for example, a sewage treatment facility.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来、下水処理プロセスでは、微生物の
生物化学反応を利用した活性汚泥法による下水処理が一
般的に行われている。これは曝気によって下水中の溶存
酸素濃度を高めることにより、汚泥中の微生物を活性化
させ、摂取した溶存酸素濃度と下水中の物質を炭酸ガス
と水に酸化分解しながら増殖を繰り返す微生物の活動に
より、下水を浄化する方法である。2. Description of the Related Art Conventionally, in the sewage treatment process, sewage treatment by an activated sludge method utilizing the biochemical reaction of microorganisms is generally performed. This is to activate the microorganisms in the sludge by increasing the dissolved oxygen concentration in the sewage by aeration, and to repeat the growth of microorganisms that repeat the growth while oxidatively decomposing the ingested dissolved oxygen concentration and the substances in the sewage into carbon dioxide gas and water. Is a method of purifying sewage.
【0003】この微生物の活動を安定に維持するため
に、曝気風量を操作して下水の溶存酸素濃度を一定値に
制御し、また微生物数をほぼ一定にするために、微生物
が生息している汚泥量を一定に保つ混合液浮遊物質濃度
制御が行われている。In order to stably maintain the activity of the microorganisms, the microorganisms live in order to control the dissolved oxygen concentration in the sewage to a constant value by manipulating the amount of aeration air and to keep the number of microorganisms almost constant. The concentration of suspended solids in the mixed liquid is controlled to keep the sludge volume constant.
【0004】しかし、曝気槽や他の槽は解放タンクであ
り、下水に含まれてくる雑菌や空気中から入る細菌など
が混ざり、汚泥もそれを構成する種々の微生物による混
合培養系になっている。そして、微生物の種類によって
活性化される条件は異なるため、下水の温度、pH、下
水に含まれている栄養物質や毒性物質などの環境条件が
変化すると、その環境に適し、多数を占める微生物の種
類も変化する。また、微生物の種類によって、その活性
度、つまり下水浄化能力は異なる。However, the aeration tank and other tanks are open tanks, in which various bacteria contained in sewage and bacteria entering from the air are mixed, and sludge also becomes a mixed culture system with various microorganisms constituting the sludge. There is. Since the activated conditions differ depending on the type of microorganism, if the temperature, pH, and environmental conditions such as nutrients and toxic substances contained in the sewage change, it is suitable for that environment and The type also changes. In addition, the activity, that is, the sewage purification capacity, differs depending on the type of microorganism.
【0005】そこで、例えば下水中の栄養物質が変化
し、その栄養物質を好んで分解する微生物が多数を占め
るようになった場合、その微生物に適した溶存酸素濃度
と混合液浮遊物質濃度に制御することが望ましい。Therefore, for example, when the nutrient substance in the sewage is changed and a large number of microorganisms preferentially decompose the nutrient substance, the dissolved oxygen concentration and the suspended solid concentration in the mixed solution are controlled to be suitable for the microorganism. It is desirable to do.
【0006】[0006]
【発明が解決しようとする課題】このように、従来の下
水処理プロセス制御では、曝気槽内の溶存酸素濃度と混
合液浮遊物質濃度を一定に保つ制御が行われているが、
汚泥に含まれる微生物の種類とその微生物が最適とする
環境情報は利用されていない。従って、曝気槽内の溶存
酸素濃度と混合液浮遊物質濃度が一定に保たれていて
も、うまく下水が浄化できない場合が起こる。As described above, in the conventional sewage treatment process control, the dissolved oxygen concentration in the aeration tank and the mixed liquid suspended matter concentration are controlled to be constant.
The types of microorganisms contained in sludge and the environmental information that the microorganisms optimally use are not used. Therefore, even if the dissolved oxygen concentration and the mixed liquid suspended matter concentration in the aeration tank are kept constant, the sewage may not be successfully purified.
【0007】本発明は、上記のような欠点を除去し、微
生物が最も活性化される環境に下水を制御し、下水を良
好に浄化することができる下水処理プロセス制御装置を
提供することを目的とする。An object of the present invention is to provide a sewage treatment process control device which eliminates the above-mentioned drawbacks, controls sewage in an environment where microorganisms are most activated, and can purify sewage well. And
【0008】[0008]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の下水処理プロセス制御装置は、下水処理プ
ロセスの曝気槽から流れ出る下水を撮影する撮影手段
と、この撮影手段により撮影された画像の特徴量を抽出
する画像処理手段と、下水処理プロセスに与えられる操
作量と前記画像処理手段により抽出された特徴量に基づ
き、所定時間後の特徴量を予測する特徴量予測手段と、
この特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、この操作量修正手段によって求め
られた操作量の修正量を前記操作量に加算する加算手段
とを具備する。In order to achieve the above object, the sewage treatment process control device of the present invention has a photographing means for photographing the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process, and the photographing means. An image processing means for extracting a characteristic amount of the image; a characteristic amount predicting means for predicting the characteristic amount after a predetermined time based on the operation amount given to the sewage treatment process and the characteristic amount extracted by the image processing means;
Operation amount correction means for obtaining the correction amount of the operation amount and correction of the operation amount obtained by the operation amount correction means so that the feature amount predicted by the feature amount prediction means matches the target feature amount. Addition means for adding an amount to the manipulated variable.
【0009】本発明の他の態様の下水処理プロセス制御
装置は、下水処理プロセスの曝気槽から流れ出る下水を
撮影する撮影手段と、この撮影手段により撮影された画
像の特徴量を抽出する画像処理手段と、曝気槽の溶存酸
素濃度センサ情報、混合液浮遊物質濃度センサ情報、流
入量計情報、余剰汚泥濃度センサ情報のうち少なくとも
1つを検出する検出手段と、この検出手段による検出結
果と下水処理プロセスに与えられる操作量と前記画像処
理手段により抽出された特徴量に基づき、所定時間後の
特徴量を予測する特徴量予測手段と、この特徴量予測手
段により予測された特徴量と目標とする特徴量とが一致
するよう、前記操作量の修正量を求める操作量修正手段
と、この操作量修正手段によって求められた操作量の修
正量を前記操作量に加算する加算手段とを具備する。According to another aspect of the present invention, there is provided a sewage treatment process control apparatus, which comprises a photographing means for photographing sewage flowing out from an aeration tank of a sewage treatment process, and an image processing means for extracting a characteristic amount of an image photographed by the photographing means. And a detection means for detecting at least one of dissolved oxygen concentration sensor information in the aeration tank, mixed liquid suspended substance concentration sensor information, inflow meter information, and excess sludge concentration sensor information, and the detection result by this detection means and sewage treatment. A feature amount prediction unit that predicts the feature amount after a predetermined time based on the operation amount given to the process and the feature amount extracted by the image processing unit, and the feature amount and target predicted by this feature amount prediction unit. The operation amount correction means for obtaining the correction amount of the operation amount and the correction amount of the operation amount obtained by the operation amount correction means are set to the operation amount so that the characteristic amount is matched. It comprises an adding means for adding.
【0010】さらに他の態様の下水処理プロセス制御装
置は、下水処理プロセスの曝気槽から流れ出る下水を撮
影する撮影手段と、この撮影手段により撮影された画像
から、一つの活性汚泥の面積の画像全体の面積に対する
割合、活性汚泥の輪郭線の長さ、活性汚泥画面の面積と
輪郭線の長さとの比、特定形状に一致する物質の数、活
性汚泥の色または画像素子の値のうち少なくとも1つの
値を特徴量として抽出する画像処理手段と、下水処理プ
ロセスに与えられる操作量と前記画像処理手段により抽
出された特徴量に基づき、所定時間後の特徴量を予測す
る特徴量予測手段と、この特徴量予測手段により予測さ
れた特徴量と目標とする特徴量とが一致するよう、前記
操作量の修正量を求める操作量修正手段と、この操作量
修正手段によって求められた操作量の修正量を前記操作
量に加算する加算手段とを具備する。According to still another aspect of the sewage treatment process control apparatus, an entire image of one activated sludge area is taken from an image taking means for taking an image of the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process and an image taken by the taking means. Of the area of the activated sludge, the length of the contour line of the activated sludge, the ratio of the area of the activated sludge screen to the length of the contour line, the number of substances matching a specific shape, the color of the activated sludge, or the value of the image element, at least 1 An image processing means for extracting one value as a feature amount, a feature amount predicting means for predicting a feature amount after a predetermined time, based on the operation amount given to the sewage treatment process and the feature amount extracted by the image processing means, The operation amount correction means for obtaining the correction amount of the operation amount so that the feature amount predicted by the feature amount prediction means and the target feature amount match, and the operation amount correction means A correction amount of the order was manipulated variable comprises an adding means for adding the operation amount.
【0011】また、さらに他の態様の下水処理プロセス
制御装置は、下水処理プロセスの曝気槽から流れ出る下
水を撮影する撮影手段と、この撮影手段により撮影され
た画像の特徴量を抽出する画像処理手段と、神経回路モ
デルから構成され、下水処理プロセスに与えられる操作
量と前記画像処理手段により抽出された特徴量に基づ
き、所定時間後の特徴量を予測する特徴量予測手段と、
前記神経回路モデルの誤差逆伝播計算により実現され、
前記特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、この操作量修正手段によって求め
られた操作量の修正量を前記操作量に加算する加算手段
とを具備する。Still another aspect of the sewage treatment process control device is a photographing means for photographing the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process, and an image processing means for extracting the characteristic amount of the image photographed by the photographing means. And a feature amount prediction unit configured from a neural circuit model, based on the operation amount given to the sewage treatment process and the feature amount extracted by the image processing unit, for predicting the feature amount after a predetermined time,
Realized by the error backpropagation calculation of the neural circuit model,
An operation amount correction unit that obtains a correction amount of the operation amount and a correction of the operation amount obtained by the operation amount correction unit so that the feature amount predicted by the feature amount prediction unit matches the target feature amount. Addition means for adding an amount to the manipulated variable.
【0012】さらに別の態様の下水処理プロセス制御装
置は、下水処理プロセスの曝気槽から流れ出る下水を撮
影する撮影手段と、この撮影手段により撮影された画像
の特徴量を抽出する画像処理手段と、下水処理プロセス
に与えられる操作量と前記画像処理手段により抽出され
た過去の複数時点の特徴量に基づき、所定時間後の特徴
量を予測する特徴量予測手段と、この特徴量予測手段に
より予測された特徴量と目標とする特徴量とが一致する
よう、前記操作量の修正量を求める操作量修正手段と、
この操作量修正手段によって求められた操作量の修正量
を前記操作量に加算する加算手段とを具備する。According to still another aspect of the sewage treatment process control device, a photographing means for photographing the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process, and an image processing means for extracting the characteristic amount of the image photographed by the photographing means, A feature amount prediction unit that predicts the feature amount after a predetermined time based on the operation amount given to the sewage treatment process and the feature amount at a plurality of past times extracted by the image processing unit, and is predicted by the feature amount prediction unit. An operation amount correction means for obtaining a correction amount of the operation amount so that the selected feature amount and the target feature amount match,
And an addition unit for adding the correction amount of the operation amount obtained by the operation amount correction unit to the operation amount.
【0013】[0013]
【作用】本発明の下水処理プロセス制御装置では、活性
汚泥を撮像した画像から活性汚泥の状態を推定できると
いう前提のもと、まず下水処理プロセスの曝気槽から流
れ出る下水を撮影し、その画像の特徴量を抽出する。次
に、当該下水処理プロセスに与えられる操作量と抽出し
た特徴量に基づき、所定時間後の特徴量を予測する。そ
して、予測した特徴量と目標とする特徴量とが一致する
よう、操作量の修正量を求め、求めた操作量の修正量を
操作量に加算する。従って、その結果の操作量を下水処
理プロセスに入力することにより、活性汚泥の状態を目
標状態に制御することができ、微生物が最も活性化され
る環境に下水を制御することができる。In the sewage treatment process control device of the present invention, on the premise that the state of the activated sludge can be estimated from the image of the activated sludge, first, the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process is photographed, and the image of the image is taken. Extract feature quantities. Next, the feature amount after a predetermined time is predicted based on the operation amount given to the sewage treatment process and the extracted feature amount. Then, the correction amount of the operation amount is obtained so that the predicted feature amount and the target feature amount match, and the obtained correction amount of the operation amount is added to the operation amount. Therefore, by inputting the resulting manipulated variable into the sewage treatment process, the state of the activated sludge can be controlled to the target state, and the sewage can be controlled in the environment where the microorganisms are most activated.
【0014】[0014]
【実施例】まず、本発明の実施例の説明に先立って本発
明の原理を説明する。First, the principle of the present invention will be described prior to the description of the embodiments of the present invention.
【0015】本発明の下水処理プロセス制御装置は、活
性汚泥を撮像した画像から活性汚泥の状態を推定できる
とし、微生物が活性化し下水の浄化がうまくできている
場合の活性汚泥を視覚センサによって観測した画像信号
を処理して得られる目標特徴量が前もって与えられてい
るとの前提のもとに、下水処理プロセスに設置された視
覚センサから入力される画像信号に基づいて、下水処理
プロセスに与えるべき推定量を演算するものである。The sewage treatment process control device of the present invention can estimate the state of the activated sludge from the image of the activated sludge, and observes the activated sludge when the microorganisms are activated and the sewage is successfully purified by a visual sensor. Based on the image signal input from the visual sensor installed in the sewage treatment process, it is given to the sewage treatment process on the assumption that the target feature amount obtained by processing the image signal is given in advance. This is to calculate a power estimation quantity.
【0016】図1は本発明の一実施例に係る下水処理プ
ロセス制御装置の構成を示すブロック図である。以下の
説明では、制御の単位時間をΔt、現時刻をnΔtとす
る。図1において、1は視覚センサ部、2は画像処理
部、3は特徴量予測部、4は操作量修正部、5は加算
器、6はスイッチ、7は下水処理プロセスを表す。FIG. 1 is a block diagram showing the arrangement of a sewage treatment process control apparatus according to an embodiment of the present invention. In the following description, the control unit time is Δt and the current time is nΔt. In FIG. 1, 1 is a visual sensor unit, 2 is an image processing unit, 3 is a feature amount prediction unit, 4 is an operation amount correction unit, 5 is an adder, 6 is a switch, and 7 is a sewage treatment process.
【0017】時刻nΔtに視覚センサ部1から得られた
画像信号In は、画像処理部2に入力される。画像処理
部2は、画像信号In を画像処理し、特徴量sn を出力
する。In ,sn の下付き添字nは時刻nΔtを意味
し、各々時刻nΔtに観測された画像信号、特徴量とい
う意味で使用する。以後も同様に下付き添字は時刻を表
すものとする。The image signal I n obtained from the visual sensor unit 1 at time nΔt is input to the image processing unit 2. The image processing section 2, an image signal I n and image processing, and outputs the feature quantity s n. The subscript n of I n and s n means time nΔt, and is used to mean the image signal and the feature amount observed at time nΔt, respectively. Subsequent subscripts will similarly indicate time.
【0018】特徴量予測部3には、時刻nΔtに獲得さ
れた画像信号の特徴量sn と操作量un が入力され、1
単位時間後に獲得される画像信号の特徴量を予測した予
測特徴量s(ハット)n+1 が出力される。The feature quantity predictor 3 receives the feature quantity s n and the manipulated variable u n of the image signal acquired at time nΔt, and inputs 1
The predicted feature amount s (hat) n + 1 that predicts the feature amount of the image signal acquired after a unit time is output.
【0019】操作量修正部4には、この予測特徴量s
(ハット)n+1 と予め設定されている目標特徴量sd が
入力され、予測特徴量s(ハット)n+1 が目標特徴量s
d に近付くための操作量の修正量Δun が出力される。The operation amount correction unit 4 provides the predicted feature amount s
(Hat) n + 1 and the preset target feature amount s d are input, and the predicted feature amount s (hat) n + 1 is the target feature amount s
The correction amount Δu n of the operation amount for approaching d is output.
【0020】加算器5では、この操作量の修正量Δun
が操作量un に加算される。In the adder 5, the correction amount Δu n of this operation amount
Is added to the manipulated variable u n .
【0021】修正された操作量は再び特徴量予測部3に
フィードバックされ、特徴量予測部3による特徴量の予
測と操作量修正部4による操作量の修正量の計算が繰り
返される。スイッチ6は定められた条件が満たされると
閉じ、修正された操作量unが下水処理プロセス7に入
力され、制御が行われる。The corrected operation amount is fed back to the feature amount prediction unit 3 again, and the feature amount prediction unit 3 predicts the feature amount and the operation amount correction unit 4 calculates the operation amount correction amount. The switch 6 is closed when a predetermined condition is satisfied, and the corrected manipulated variable u n is input to the sewage treatment process 7 to perform control.
【0022】上記の説明では、特徴量予測部3への入力
には、現時刻の特徴量、操作量を入力しているが、溶存
酸素濃度、混合液浮遊物質濃度、下水流入量、余剰汚泥
濃度などの各種センサ情報を入力信号に加えることもで
き、更に、過去の特徴量、各種センサ情報、操作量を入
力してもよい。これにより、汚泥中の微生物の状態をよ
り正確に推定することが可能となる。In the above description, the characteristic amount and the manipulated variable at the current time are input to the characteristic amount predicting unit 3, but the dissolved oxygen concentration, the concentration of the suspended solids in the mixed liquid, the inflow amount of sewage, and the excess sludge. Various sensor information such as density may be added to the input signal, and past feature amount, various sensor information, and operation amount may be input. This makes it possible to more accurately estimate the state of microorganisms in the sludge.
【0023】また、上記の説明では1単位時間後の特徴
量を予測しているが、1単位時間後の特徴量に限られる
ものではなく、2単位時間後の特徴量を予測するもので
もよい。さらに、複数時刻の特徴量を予測してもよい。Further, in the above description, the feature amount after one unit time is predicted, but the feature amount after one unit time is not limited, and the feature amount after two unit time may be predicted. . Furthermore, you may predict the feature-value of several time.
【0024】次に、制御装置全体の計算手続きを図2に
示す流れ図を参照しつつ説明する。ここでは、特徴量予
測部3には、現在と1単位時刻前の画像特徴量、操作
量、溶存酸素濃度、混合液浮遊物質濃度、下水流入量、
余剰汚泥濃度のセンサ情報が入力され、1単位時刻後の
画像特徴量を予測するものとする。図2の流れ図では、
時刻0から時刻NΔtまで制御するように書いている
が、この計算手順は各単位時間毎に同じ手続きが繰り返
されるので、ここでは時刻nΔtにおける計算手続きを
示す。Next, the calculation procedure of the entire control device will be described with reference to the flow chart shown in FIG. Here, the feature amount predicting unit 3 causes the image feature amount at the present time and one unit time before, the manipulated variable, the dissolved oxygen concentration, the mixed liquid suspended substance concentration, the sewage inflow amount,
It is assumed that the sensor information of the excess sludge concentration is input and the image feature amount after one unit time is predicted. In the flow chart of FIG.
Although written so as to control from time 0 to time NΔt, this calculation procedure repeats the same procedure for each unit time, and therefore the calculation procedure at time nΔt is shown here.
【0025】(a)視覚センサ部1により画像信号In
が獲得される。(A) The image signal I n by the visual sensor unit 1
Is acquired.
【0026】(b)画像処理部2によって(a)で獲得
された画像信号In が処理され、特徴量sn が抽出され
る。(B) The image processing unit 2 processes the image signal I n acquired in (a) to extract the feature amount s n .
【0027】(c)単位時間前の操作量un-1 の値をu
n の初期値として代入する。(C) The value of the manipulated variable u n-1 before the unit time is u
Substitute as the initial value of n .
【0028】(d)特徴量予測部3に(b)で求められ
た特徴量sn と1単位時間前の特徴量sn-1 と現在と1
単位時間前の各種センサ情報tn ,tn-1 と操作量
un ,un- 1 が入力され、単位時間後の特徴量が予測さ
れて予測特徴量s(ハット)n+1 が出力される。(D) The feature amount predictor 3 calculates the feature amount s n obtained in (b), the feature amount s n-1 one unit time ago, and the present and 1
The various sensor information t n and t n-1 before the unit time and the manipulated variables u n and u n- 1 are input, the feature amount after the unit time is predicted, and the predicted feature amount s (hat) n + 1 is output. To be done.
【0029】(e)目標特徴量sd と(d)で求められ
た予測特徴量s(ハット)n+1 が操作量修正部4に入力
され、予測特徴量s(ハット)n+1 が目標特徴量sd に
一致するための操作量un の修正量Δu(〜)n が計算
され、出力される。(E) The target feature amount s d and the predicted feature amount s (hat) n + 1 obtained in (d) are input to the manipulated variable correcting unit 4, and the predicted feature amount s (hat) n + 1 is obtained. target feature amount s d to modify the amount Δu manipulated variable u n for matching (~) n is calculated and output.
【0030】(f)加算器5で操作量の修正量Δun が
操作量un に加算され、操作量un が修正される。[0030] (f) correction amount Delta] u n of the adder 5 with the operation amount is added to the manipulated variable u n, the operation amount u n is corrected.
【0031】(g)(f)で修正された操作量un が再
び特徴量予測部3にフィードバックし、定められた条件
が満たされるまで計算が繰り返される。The manipulated variable u n corrected in (g) and (f) is fed back to the feature quantity predicting section 3 again, and the calculation is repeated until a predetermined condition is satisfied.
【0032】(h)定められた条件が満たされるとスイ
ッチ6が閉じ、操作量un が下水処理プロセス7に入力
される。(H) When the predetermined condition is satisfied, the switch 6 is closed and the manipulated variable u n is input to the sewage treatment process 7.
【0033】以上の(a)から(h)の手続きが各単位
時間毎に繰り返される。The above procedures (a) to (h) are repeated for each unit time.
【0034】次に、本発明の他の実施例を図3を用いて
説明する。同図において、視覚センサ部1は、曝気槽か
ら最終沈澱池に流れる下水を顕微鏡を通して撮影する。
画像信号処理部2は、視覚センサ部1で撮影された活性
汚泥の大きさを画像の特徴量として抽出する。特徴量予
測部3は、神経回路モデルから構成され、操作量修正部
4は、神経回路モデルの誤差逆伝播計算により実現され
る。符号8は溶存酸素濃度、混合液浮遊物質濃度、下水
流入量、余剰汚泥濃度のセンサ、9は比較部である。Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. In the figure, the visual sensor unit 1 photographs the sewage flowing from the aeration tank to the final settling tank through a microscope.
The image signal processing unit 2 extracts the size of the activated sludge captured by the visual sensor unit 1 as a feature amount of the image. The feature amount prediction unit 3 is composed of a neural circuit model, and the operation amount correction unit 4 is realized by error back propagation calculation of the neural circuit model. Reference numeral 8 is a sensor for dissolved oxygen concentration, mixed liquid suspended matter concentration, sewage inflow amount, excess sludge concentration, and 9 is a comparison unit.
【0035】下水に汚泥を加えて、長時間曝気をする
と、次第に下水中にモヤモヤした塊ができ、曝気を止め
ると、その塊は沈澱し、上澄み液は透明になってくる。
このモヤモヤした雲状の塊には、種々の細菌を含有した
ゼラチン状の高分子有機体を主体として、その周りに原
生動物が棲息している。このモヤモヤした雲状の塊を活
性汚泥という。図4は活性汚泥の顕微鏡写真( 150倍)
を模式化した図である。図4において、雲状に見えるの
が活性汚泥である。曝気槽中では汚泥は曝気により攪拌
され、活性汚泥の状態になっている。When sludge is added to sewage and aerated for a long period of time, a lump of muddyness gradually forms in the sewage, and when the aeration is stopped, the lump precipitates and the supernatant liquid becomes transparent.
This cloudy cloudy mass is mainly composed of gelatinous polymer organisms containing various bacteria, and protozoa inhabit it. This muddy cloudy mass is called activated sludge. Figure 4 is a photomicrograph of activated sludge (150x)
FIG. In FIG. 4, what appears to be a cloud is activated sludge. In the aeration tank, the sludge is agitated by aeration and is in the state of activated sludge.
【0036】視覚センサ部1では、曝気槽から最終沈澱
池に流れる下水を顕微鏡を通して撮影するので、図4の
ような画像信号In が獲得される。In the visual sensor unit 1, since the sewage flowing from the aeration tank to the final settling tank is photographed through the microscope, the image signal I n as shown in FIG. 4 is obtained.
【0037】画像処理部2では、画像信号In をもと
に、一つの活性汚泥の面積の画像全体の面積に対する割
合を特徴量sn として計測する。なお、顕微鏡画像で
は、活性汚泥の輪郭線の長さ、活性汚泥画面の面積と輪
郭線の長さとの比等を特徴量として考えることができ
る。さらに、特定形状(ツリガネムシ、ゾウリムシなど
プランクトンの特徴的形状)に一致する物質の数(画像
中のプランクトンの種類と数を表す。)、活性汚泥の
色、画像素子の値等を特徴量として考えることができ
る。また、水面を映した画面では、下水の色、水面の泡
の量や大きさ等を特徴量として考えることができる。ま
た、これらの特徴量を組み合わせてももちろんよい。
特徴量予測部3には、特徴量sn の他に、操作量un と
して曝気風量Qaern と余剰汚泥引き抜き量Qwas n 、
センサ情報tn として曝気槽の溶存酸素濃度DOn 、混
合液浮遊物質濃度MLSSn 、下水流入量Qinf n 、余
剰汚泥濃度Cwas n などが入力される。あるいは、これ
らの過去の情報も含めて入力される。そして1単位時間
後に獲得される画像信号の特徴量を予測した予測特徴量
s(ハット)n+1 、あるいは更に将来の予測特徴量が出
力される。The image processing unit 2 measures the ratio of the area of one activated sludge to the area of the entire image as the characteristic amount s n based on the image signal I n . In the microscope image, the length of the contour line of the activated sludge, the ratio of the area of the activated sludge screen to the length of the contour line, and the like can be considered as the characteristic amount. Furthermore, the number of substances that match a specific shape (the characteristic shape of plankton such as Vorticella and Paramecium) (representing the type and number of plankton in the image), the color of the activated sludge, and the value of the image element are considered as characteristic quantities. be able to. Further, on the screen showing the water surface, the color of sewage, the amount and size of bubbles on the water surface, and the like can be considered as the characteristic amount. Of course, these feature quantities may be combined.
The feature amount prediction unit 3, in addition to the characteristic quantity s n, operation aeration amount as the amount u n QAER n and excess sludge withdrawal amount Qwas n,
Dissolved oxygen concentration DO n aeration tank as sensor information t n, mixture suspended solids concentration MLSS n, sewage inflow Qinf n, such as excess sludge concentration CWAs n is input. Alternatively, the past information is also input. Then, the predicted feature amount s (hat) n + 1 obtained by predicting the feature amount of the image signal acquired after one unit time, or the predicted feature amount in the future is output.
【0038】この特徴量予測部3は、多層型神経回路モ
デルから構成され、前向き計算により予測特徴量が計算
される。多層型神経回路モデルの前向き計算については
後で説明する。The feature quantity predicting section 3 is composed of a multi-layered neural circuit model, and the predictive feature quantity is calculated by forward calculation. The forward calculation of the multilayer neural network model will be described later.
【0039】この予測特徴量s(ハット)n+1 と目標特
徴量sd が操作量修正部4に入力され、操作量の修正量
Δun が出力される。この計算は特徴量予測部3が多層
型神経回路モデルから構成される場合には、誤差逆伝播
計算により修正量が求められる。多層型神経回路モデル
の誤差逆伝播計算についても後で説明する。The predicted feature amount s (hat) n + 1 and the target feature amount s d are input to the manipulated variable correcting unit 4, and the manipulated variable correction amount Δu n is output. In this calculation, when the feature quantity predicting unit 3 is composed of a multi-layered neural circuit model, the correction quantity is obtained by error back propagation calculation. The error backpropagation calculation of the multilayer neural network model will also be described later.
【0040】加算器5では、操作量の修正量Δun が操
作量un に加算される。修正された操作量は再び特徴量
予測部3にフィードバックされ、特徴量予測部3による
特徴量の予測と、操作量修正部4による操作量の修正が
繰り返される。目標特徴量sd と予測特徴量s(ハッ
ト)n+1 が比較部9に入力されると、比較部9では、こ
の2つの特徴量が比較され、誤差が定めらえらた値以下
になると、スイッチ6に信号が送られ、スイッチ6が閉
じ、操作量un が下水処理プロセス7に入力される。In the adder 5, the manipulated variable modification amount Δu n is added to the manipulated variable u n . The corrected operation amount is fed back to the feature amount prediction unit 3 again, and the feature amount prediction unit 3 predicts the feature amount and the operation amount correction unit 4 corrects the operation amount. When the target feature amount s d and the predicted feature amount s (hat) n + 1 are input to the comparison unit 9, the comparison unit 9 compares the two feature amounts, and when the error becomes equal to or less than the determined value. , A signal is sent to the switch 6, the switch 6 is closed, and the manipulated variable u n is input to the sewage treatment process 7.
【0041】次に、神経回路モデルの前向き計算、誤差
逆伝播計算、学習計算について説明する。特徴量予測部
3が多層神経回路モデルから構成される場合、特徴量予
測部3の計算は多層神経回路モデルの前向き計算で行わ
れ、操作量修正部4の計算は多層神経回路モデルの誤差
逆伝播計算で行われる。Next, the forward calculation, the error back propagation calculation, and the learning calculation of the neural network model will be described. When the feature quantity prediction unit 3 is composed of a multilayer neural network model, the calculation of the feature quantity prediction unit 3 is performed by the forward calculation of the multilayer neural circuit model, and the calculation of the operation amount correction unit 4 is the error inverse of the multilayer neural network model. Propagation calculation is performed.
【0042】ここでは、特徴予測部3への入力は1単位
時間前と現在の特徴量sn-1 、sn、操作量un-1 ,u
n 、センサ情報tn-1 ,tn が入力されるとして説明す
る。[0042] Here, the input to the feature prediction unit 3 before one unit time and the current characteristic quantity s n-1, s n, manipulated variable u n-1, u
It is assumed that n and sensor information t n-1 and t n are input.
【0043】では、まず前向き計算について説明する。
前向き計算とは神経回路モデルに入力信号が与えられた
時に、出力信号を求める計算である。ここでは多層神経
回路モデルのうち、最も一般に利用される3層型神経回
路モデルを利用して説明する。 図5は特徴量予測部3
に利用される3層型神経回路モデルの図である。図中の
円がユニット10と呼ばれる神経細胞モデルで、ユニッ
ト間を結び付けている線分はユニットの間の信号を伝達
する結合11である。ユニットは左から入力層12、中
間層13、出力層14の3層に分かれて並べられてい
る。入力層のユニットと中間層のユニットの間、中間層
のユニットと出力層のユニットの間で結合が張られてい
る。ユニット間の結合は信号伝達に方向性を持ち、前向
き計算では入力層ユニットから中間層ユニットへ、中間
層ユニットから出力層ユニットへの一方向にだけ信号は
伝達される。The forward calculation will be described first.
The forward calculation is a calculation for obtaining an output signal when an input signal is given to the neural network model. Here, of the multi-layered neural circuit models, the most commonly used three-layered neural circuit model will be used for description. FIG. 5 shows the feature quantity prediction unit 3.
FIG. 3 is a diagram of a three-layer type neural circuit model used for. A circle in the figure is a nerve cell model called a unit 10, and a line segment connecting the units is a connection 11 that transmits a signal between the units. The units are arranged in three layers, from the left, an input layer 12, an intermediate layer 13, and an output layer 14. Couplings are provided between the units of the input layer and the units of the intermediate layer, and between the units of the intermediate layer and the units of the output layer. The coupling between the units has a directivity in signal transmission, and in the forward calculation, the signal is transmitted only in one direction from the input layer unit to the intermediate layer unit and from the intermediate layer unit to the output layer unit.
【0044】入力層のユニットには特徴量sn-1 ,
sn 、操作量として曝気量Qaer n-1 ,Qaer n と余剰
汚泥引き抜き量Qwas n-1 ,Qwas n 、センサ情報とし
て曝気槽の溶存酸素濃度DOn-1 ,DOn 、混合液浮遊
物質濃度MLSSn-1 ,MLSSn 、下水流入量Qinf
n-1 ,Qinf n 、余剰汚泥濃度Cwas n-1 ,Cwas n が
1ユニットに1信号ずつ入力され、時刻(n+1)Δt
の特徴量の予測値s(ハット)n+1 が出力される。The unit of the input layer has feature values s n-1 ,
s n, aeration amount QAER n-1 as an operation amount, QAER n and excess sludge withdrawal amount Qwas n-1, Qwas n, dissolved oxygen concentration in the aeration tank as sensor information DO n-1, DO n, mixture suspended solids concentration MLSS n-1 , MLSS n , sewage inflow Qinf
n−1 , Qinf n , and excess sludge concentration Cwas n−1 , Cwas n are input to each unit one signal at a time (n + 1) Δt.
The predicted value s (hat) n + 1 of the feature amount is output.
【0045】この入力信号から出力信号を計算する前向
き計算を式に示す。The forward calculation for calculating the output signal from this input signal is shown in the formula.
【0046】xi i を入力層の第i番目のユニットの入
力値とすると、 xi 1 =sn-1 xi 2 =sn xi 3 =Qaer n-1 xi 4 =Qaer n xi 5 =Qwas n-1 xi 6 =Qwas n xi 7 =DOn-1 xi 8 =DOn xi 9 =MLSSn-1 xi 1 0 =MLSSn xi 1 1 =Qinf n-1 xi 1 2 =Qinf n xi 1 3 =Cwas n-1 xi 1 4 =Cwas n 入力層ユニットの入出力関数は恒等関数とする。入力層
ユニットの出力yi i(i=1,…14)は次ぎのように表
される。When xi i is the input value of the i-th unit of the input layer, xi 1 = s n-1 xi 2 = s n xi 3 = Qaer n-1 xi 4 = Qaer n xi 5 = Qwas n- 1 xi 6 = Qwas n xi 7 = DO n-1 xi 8 = DO n xi 9 = MLSS n-1 xi 1 0 = MLSS n xi 1 1 = Qinf n-1 xi 1 2 = Qinf n xi 1 3 = Cwas n-1 xi 1 4 = Cwas n The input / output function of the input layer unit is an identity function. The output yi i (i = 1, ... 14) of the input layer unit is expressed as follows.
【0047】yi i =xi i (i=1,…14) 次に、中間層の第j番目のユニットへの入力値xhj は
入力層ユニットの出力値を入力−中間層間の結合荷重で
重み付けした合計から中間層ユニットの閾値thhj を
引いた値になる。Nhは中間層のユニット数を表す。Yi i = xi i (i = 1, ... 14) Next, the input value xh j to the j-th unit of the intermediate layer is the output value of the input layer unit weighted by the coupling load between the input and intermediate layers. It is a value obtained by subtracting the threshold value thh j of the intermediate layer unit from the sum. Nh represents the number of units in the intermediate layer.
【0048】[0048]
【数1】 w1 j,i は入力層第i番目のユニット−中間層第j番目
のユニット間の結合荷重、thhj は中間層第j番目の
ユニットの閾値、Nhは中間層のユニット数を表す。
中間層ユニットの入出力関数をシグモイド型関数[Equation 1] w1 j, i is a coupling load between the i-th unit of the input layer and the j-th unit of the intermediate layer, th j is a threshold value of the j-th unit of the intermediate layer, and Nh is the number of units of the intermediate layer.
I / O function of middle layer unit is sigmoid
【数2】 とすると、中間層ユニットの出力値yhj は入力値xh
j を使い、 yhj =f(xhj )(j=1,…Nh) と表せる。yhj は中間層第j番目のユニットの出力値
である。出力値は1ユニットだけで、このユニットへの
入力値xo1 は中間層ユニットの出力値を中間−出力層
間の結合荷重で重み付けした合計から出力層ユニットの
閾値を引いた値になる。[Equation 2] Then, the output value yh j of the middle layer unit is the input value xh
Using j , it can be expressed as yh j = f (xh j ) (j = 1, ... Nh). yh j is the output value of the j-th unit in the hidden layer. The output value is only one unit, and the input value xo 1 to this unit is a value obtained by subtracting the threshold value of the output layer unit from the sum of the output value of the intermediate layer unit weighted by the coupling load between the intermediate and output layers.
【0049】[0049]
【数3】 w2 k,j は中間層第j番目のユニット−出力層の第k番
目のユニット間の結合荷重、thok は出力層の第k番
目のユニットの閾値である。出力層ユニットの入出力関
数は恒等関数とする。(Equation 3) w2 k, j is the intermediate layer j-th unit - connection weight between the k-th unit of the output layer, tho k is the threshold of the k-th unit of the output layer. The input / output function of the output layer unit is an identity function.
【0050】yok =xok (k=1) この出力層ユニットの出力値が予測特徴量s(ハット)
n+1 である。Yo k = xo k (k = 1) The output value of this output layer unit is the predicted feature s (hat).
n + 1 .
【0051】s(ハット)n+1 =yo1 以上が3層型神経回路モデルの前向き計算の計算式であ
る。S (hat) n + 1 = yo 1 or more is the calculation formula for the forward calculation of the three-layer neural circuit model.
【0052】特徴量予測部3では、入力信号の数が多く
設定すべきパラメ−タの数が多いことから、3層型神経
回路モデルを用いることで、後述するようにこれらのパ
ラメ−タを容易に設定できる。Since the number of input signals is large and the number of parameters to be set is large in the feature quantity predicting section 3, by using the three-layer type neural network model, these parameters can be set as described later. Can be easily set.
【0053】なお、入力層のユニットに特徴量としてs
n-1 ,sn を入力しているが、特徴量として、活性汚泥
の面積の割合の他に、活性汚泥の輪郭線の長さ、活性汚
泥画面の面積と輪郭線の長さとの比、特定形状、活性汚
泥の色、画像素子の値、下水の色、水面の泡の量や大き
さ等を用いる場合には、これらの信号をそれぞれ別個の
入力層ユニットに入力すればよい。It should be noted that the unit of the input layer has s as a feature amount.
Although n-1 and s n are input, the length of the contour line of the activated sludge, the ratio of the area of the activated sludge screen to the length of the contour line, When the specific shape, the color of the activated sludge, the value of the image element, the color of the sewage, the amount and size of the bubbles on the water surface, etc. are used, these signals may be input to the respective input layer units.
【0054】また、視覚センサ部1で撮像した画面の各
画素の信号を特徴量として特徴量予測部3におけるそれ
ぞれ別個の入力層ユニットに入力してもよい。Further, the signal of each pixel of the screen imaged by the visual sensor unit 1 may be input as a feature amount to each separate input layer unit in the feature amount prediction unit 3.
【0055】次に、誤差逆伝播計算について説明する。
特徴量予測部3によって予測された特徴量s(ハット)
n+1 と、目標特徴量sd が操作量修正部4に入力される
と、操作量修正部4では、操作量の修正量Δun が計算
され、出力される。特徴量予測部3が神経回路モデルか
ら構成される場合には、特徴量の修正量は誤差逆伝播計
算によって計算できる。操作量修正部4の構成は、図5
に示した3層型神経回路モデルの入力と出力とを入れ替
えた構成となる。従って、特徴量予測部3における入力
と出力とを切り替えるスイッチを設ければ、操作量修正
部4が特徴量予測部3の構成を共用できる。この操作量
修正部4の計算式を示す。Next, the error back propagation calculation will be described.
Feature amount s (hat) predicted by the feature amount prediction unit 3
When n + 1 and the target feature amount s d are input to the operation amount correction unit 4, the operation amount correction unit 4 calculates and outputs the operation amount correction amount Δu n . When the feature quantity prediction unit 3 is composed of a neural network model, the correction quantity of the feature quantity can be calculated by the error backpropagation calculation. The configuration of the manipulated variable correcting unit 4 is shown in FIG.
The input and output of the three-layer type neural circuit model shown in FIG. Therefore, by providing a switch for switching between input and output in the feature quantity prediction unit 3, the operation amount correction unit 4 can share the configuration of the feature quantity prediction unit 3. A calculation formula of the operation amount correction unit 4 is shown.
【0056】まず、特徴量予測部3によって予測された
特徴量s(ハット)n+1 と目標特徴量sd との誤差から
誤差関数Eを次のように定義する。First, the error function E is defined as follows from the error between the feature amount s (hat) n + 1 predicted by the feature amount prediction unit 3 and the target feature amount s d .
【0057】[0057]
【数4】 次に、この誤差関数Eを減少させるユニット出力値の修
正量を、出力層から入力層へと層毎に順に求めていき、
最終的には入力信号の修正量を求める。まず、出力層ユ
ニットの出力値の修正量は、正の定数ηを使って[Equation 4] Next, the correction amount of the unit output value that reduces the error function E is sequentially obtained for each layer from the output layer to the input layer,
Finally, the correction amount of the input signal is obtained. First, the correction amount of the output value of the output layer unit is calculated by using the positive constant η.
【数5】 と計算される。次に中間層ユニットの出力値の修正量
は、出力層ユニットの修正量を使って次のように表され
る。(Equation 5) Is calculated. Next, the correction amount of the output value of the intermediate layer unit is expressed as follows using the correction amount of the output layer unit.
【0058】[0058]
【数6】 同様に入力層ユニットの出力値の修正量は、中間層ユニ
ットの修正量を使って、(Equation 6) Similarly, the correction amount of the output value of the input layer unit, using the correction amount of the middle layer unit,
【数7】 と表される。f´(x)はシグモイド関数f(x)の導
関数を表していて、具体的には、(Equation 7) It is expressed as f ′ (x) represents the derivative of the sigmoid function f (x), and specifically,
【数8】 と表せる。入力層ユニットの入出力関数は恒等関数であ
るから、出力値の修正量はそのまま入力値の修正量にな
り、現時刻の操作量である曝気風量Qaer n と余剰汚泥
引き抜き量Qwas n の修正量ΔQaer n ,ΔQwas
n は、 ΔQaer n =Δyi 4 ΔQwas n =Δyi 6 と表現される。以上が誤差逆伝播計算と、その計算によ
って計算される操作量の修正量である。[Equation 8] Can be expressed as Since the input / output function of the input layer unit is an identity function, the correction amount of the output value becomes the correction amount of the input value as it is, and the aeration air flow Qaer n and the excess sludge removal amount Qwas n that are the operation amounts at the current time are corrected. Quantity ΔQaer n , ΔQwas
n is expressed as ΔQaer n = Δyi 4 ΔQ was n = Δyi 6 . The above is the error backpropagation calculation and the correction amount of the operation amount calculated by the calculation.
【0059】従って、このように操作量修正部4におい
て誤差逆伝播計算を用いているので、操作量の修正量Δ
un を簡単に計算できる。Therefore, since the operation amount correction unit 4 uses the error backpropagation calculation as described above, the operation amount correction amount Δ
u n can be easily calculated.
【0060】次に、多層神経回路モデルの学習について
説明する。学習はこの制御系による制御を行う前にあら
かじめ、過去のデータを基に行われるが、下水処理プロ
セスの環境などの条件が変化した場合にも、特徴量の予
測が正確にできるために制御中にも随時、行われる。本
実施例では学習データは過去の視覚センサから得られた
画像信号を処理した特徴量と操作量、センサ情報から生
成される。Next, learning of the multilayer neural network model will be described. Learning is performed in advance based on past data before performing control by this control system, but even if conditions such as the environment of the sewage treatment process change, the feature amount can be predicted accurately, so control is in progress. It will be held at any time. In the present embodiment, the learning data is generated from the characteristic amount and the operation amount obtained by processing the image signal obtained from the past visual sensor and the sensor information.
【0061】図6において、15は過去の特徴量、操作
量を保持しているデータベース、16は減算器、17は
誤差逆伝播学習器である。また、18は神経回路モデル
の入力層ユニットの出力が誤差逆伝播学習器に入力され
ることを示す矢印、19は神経回路モデルの中間層ユニ
ットの出力が誤差逆伝播学習器に入力されることを示す
矢印、20は神経回路モデルの中間層−出力層間の結合
荷重が誤差逆伝播学習器に入力されることを示す矢印、
21は誤差逆伝播学習器で計算された入力層−中間層間
の結合荷重の修正量を各結合荷重に出力し、各結合荷重
の修正を行うことを示す矢印、22は誤差逆伝播学習器
で計算された中間層−出力層間の結合荷重の修正量を各
結合荷重に出力し、各結合荷重の修正を行うことを示す
矢印を表す。In FIG. 6, reference numeral 15 is a database holding past feature quantities and operation quantities, 16 is a subtracter, and 17 is an error backpropagation learning device. Further, 18 is an arrow indicating that the output of the input layer unit of the neural network model is input to the error backpropagation learning device, and 19 is the output of the intermediate layer unit of the neural circuit model input to the error backpropagation learning device. , 20 is an arrow indicating that the coupling weight between the intermediate layer and the output layer of the neural network model is input to the error backpropagation learning device,
Reference numeral 21 is an arrow indicating that the correction amount of the coupling load between the input layer and the intermediate layer calculated by the error back-propagation learning device is output to each coupling load, and each coupling weight is corrected, and 22 is an error back-propagation learning device. An arrow indicating that the calculated correction amount of the coupling load between the intermediate layer and the output layer is output to each coupling load and each coupling load is corrected is shown.
【0062】過去の時刻(m−1)ΔtとmΔtの特徴
量sm-1 ,sm 、操作量Qaer m-1,Qaer m ,Qwas
m-1 ,Qwas m 、センサ情報DOm-1 ,DOm ,MLS
Sm- 1 ,MLSSm ,Qinf m-1 ,Qinf m ,Cwas
m-1 ,Cwas m が入力信号として、また、時刻(m+
1)Δtの特徴量sm+1 が教師信号として、データベー
ス15から神経回路モデルに出力される。神経回路モデ
ルでは入力信号に対し、前向き計算を行い、出力信号s
(ハット)m+1 を出力する。減算器16では教師信号s
m+1 と神経回路モデルの出力信号s(ハット)m+1 との
誤差信号を計算し、誤差逆伝播学習器17に入力する。
誤差逆伝播学習器17には誤差信号の他に、神経回路モ
デルの各入力層ユニットの出力、各中間層ユニットの出
力、各中間層−出力層間の結合荷重が入力され、結合荷
重の修正量が計算される。Characteristic amounts s m-1 and s m of past time (m-1) Δt and mΔt, manipulated variables Qaer m-1 , Qaer m and Qwas
m-1 , Qwas m , sensor information DO m-1 , DO m , MLS
S m- 1, MLSS m, Qinf m-1, Qinf m, Cwas
m-1 and Cwas m are input signals, and the time (m +
1) The feature amount s m + 1 of Δt is output from the database 15 to the neural circuit model as a teacher signal. In the neural network model, forward calculation is performed on the input signal, and the output signal s
(Hat) Output m + 1 . In the subtractor 16, the teacher signal s
The error signal between m + 1 and the output signal s of the neural circuit model (hat) m + 1 is calculated and inputted to the error back propagation learning device 17.
In addition to the error signal, the output of each input layer unit of the neural network model, the output of each intermediate layer unit, and the connection weight between each intermediate layer and the output layer are input to the error back-propagation learning device 17, and the correction amount of the connection weight is input. Is calculated.
【0063】時刻M1Δtから時刻M2Δtまでの過去
のデータから学習データを作成したと仮定し、修正量の
計算式を説明する。Assuming that the learning data is created from the past data from time M1Δt to time M2Δt, the formula for calculating the correction amount will be described.
【0064】時刻mΔtと(m−1)Δtのデータの入
力に対し、神経回路モデルの出力がs(ハット)m+1 で
あったとすると、誤差関数EはWhen the output of the neural network model is s (hat) m + 1 with respect to the input of the data of the times mΔt and (m-1) Δt, the error function E is
【数9】 と定義され、誤差逆伝播学習法に従って、神経回路モデ
ルの結合荷重、閾値の修正量は次のように計算される。[Equation 9] The connection weight of the neural network model and the correction amount of the threshold value are calculated as follows according to the error back-propagation learning method.
【0065】[0065]
【数10】 Δw2 k,j は中間層第j番目のユニット−出力層の第 k
番目のユニット間の結合荷重w 2k,j の修正量、Δth
ok は出力層第k番目のユニットの閾値thok の修正
量、Δw1 j,i は入力層第i番目のユニット−中間層第
j番面のユニット間の結合荷重w1 j,i の修正量、Δt
hhj は中間層第 j番目のユニットの閾値thh j の修正
量、εは学習定数である。[Equation 10] Δw2 k, j is the j-th unit in the middle layer-the k-th unit in the output layer
Correction amount of coupling load w 2 k, j between the th unit, Δth
o k is the correction amount of the threshold tho k of the k-th unit output layer, .DELTA.W1 j, i is the input layer i-th unit - coupling weight w1 j between the intermediate layer j-th surface unit, the correction amount of i , Δt
hh j is the correction amount of the threshold value thh j of the j-th unit in the middle layer, and ε is a learning constant.
【0066】[0066]
【数11】 これらの修正量を基に、結合荷重、閾値が修正される。[Equation 11] The coupling load and the threshold value are corrected based on these correction amounts.
【0067】3層型神経回路モデルについて、その前向
き計算、誤差逆伝播計算、誤差逆伝播学習法について説
明したが、2層以上から構成される神経回路モデルにつ
いて、同様の計算を行うことができ、特徴量予測、操作
量修正に利用することができる。The forward calculation, the error backpropagation calculation, and the error backpropagation learning method have been described for the three-layer neural circuit model, but the same calculation can be performed for the neural circuit model composed of two or more layers. It can be used for feature amount prediction and operation amount correction.
【0068】[0068]
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
活性汚泥の状態を目標状態に制御することができるの
で、下水を微生物が最も活性化される環境に制御して良
好に浄化することができる。As described above, according to the present invention,
Since the state of the activated sludge can be controlled to the target state, the sewage can be controlled to an environment in which the microorganisms are most activated and can be satisfactorily purified.
【図1】本発明の一実施例に係る下水処理プロセス制御
装置全体の概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram of an entire sewage treatment process control device according to an embodiment of the present invention.
【図2】図1に示す下水処理プロセス制御装置全体の計
算手続きを示す流れ図である。FIG. 2 is a flow chart showing a calculation procedure of the entire sewage treatment process control device shown in FIG.
【図3】本発明の他の実施例に係る下水処理プロセス制
御装置全体の概略ブロック図である。FIG. 3 is a schematic block diagram of the entire sewage treatment process control device according to another embodiment of the present invention.
【図4】活性汚泥の顕微鏡写真を模式化した図である。FIG. 4 is a diagram schematically showing a micrograph of activated sludge.
【図5】図3に示す特徴量予測部に利用される3層型神
経回路モデルの図である。FIG. 5 is a diagram of a three-layer neural circuit model used in the feature amount prediction unit shown in FIG.
【図6】図5に示す神経回路モデルの学習を説明する図
である。FIG. 6 is a diagram illustrating learning of the neural circuit model shown in FIG.
【符号の説明】 1…視覚センサ部 2…画像処理部 3…特徴量予測部 4…操作量修正部 5…加算器 6…スイッチ 7…下水処理プロセス 8…各種センサ 9…比較部[Explanation of Codes] 1 ... Visual sensor unit 2 ... Image processing unit 3 ... Feature amount prediction unit 4 ... Manipulation amount correction unit 5 ... Adder 6 ... Switch 7 ... Sewage treatment process 8 ... Various sensors 9 ... Comparison unit
Claims (5)
下水を撮影する撮影手段と、 この撮影手段により撮影された画像の特徴量を抽出する
画像処理手段と、 下水処理プロセスに与えられる操作量と前記画像処理手
段により抽出された特徴量に基づき、所定時間後の特徴
量を予測する特徴量予測手段と、 この特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、 この操作量修正手段によって求められた操作量の修正量
を前記操作量に加算する加算手段とを具備することを特
徴とする下水処理プロセス制御装置。1. A photographing means for photographing sewage flowing out from an aeration tank of a sewage treatment process, an image processing means for extracting a characteristic amount of an image photographed by the photographing means, an operation amount given to the sewage treatment process, and Based on the feature quantity extracted by the image processing means, the feature quantity predicting means for predicting the feature quantity after a predetermined time and the feature quantity predicted by the feature quantity predicting means match the target feature quantity, Sewage treatment process control, comprising: an operation amount correction unit for obtaining the operation amount correction amount; and an addition unit for adding the operation amount correction amount obtained by the operation amount correction unit to the operation amount. apparatus.
下水を撮影する撮影手段と、 この撮影手段により撮影された画像の特徴量を抽出する
画像処理手段と、 曝気槽の溶存酸素濃度センサ情報、混合液浮遊物質濃度
センサ情報、流入量計情報、余剰汚泥濃度センサ情報の
うち少なくとも1つを検出する検出手段と、 この検出手段による検出結果と下水処理プロセスに与え
られる操作量と前記画像処理手段により抽出された特徴
量に基づき、所定時間後の特徴量を予測する特徴量予測
手段と、 この特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、 この操作量修正手段によって求められた操作量の修正量
を前記操作量に加算する加算手段とを具備することを特
徴とする下水処理プロセス制御装置。2. A photographing means for photographing the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process, an image processing means for extracting the characteristic amount of the image photographed by the photographing means, dissolved oxygen concentration sensor information of the aeration tank, and mixing. A detection unit that detects at least one of the liquid suspended solid concentration sensor information, the inflow meter information, and the surplus sludge concentration sensor information, the detection result by the detection unit, the operation amount given to the sewage treatment process, and the image processing unit. Based on the extracted feature amount, a feature amount predicting unit that predicts a feature amount after a predetermined time, and the operation amount of the operation amount so that the feature amount predicted by the feature amount predicting unit and the target feature amount match. It is provided with an operation amount correction unit for obtaining a correction amount, and an addition unit for adding the correction amount of the operation amount obtained by the operation amount correction unit to the operation amount. Sewage treatment process control apparatus that.
下水を撮影する撮影手段と、 この撮影手段により撮影された画像から、一つの活性汚
泥の面積の画像全体の面積に対する割合、活性汚泥の輪
郭線の長さ、活性汚泥画面の面積と輪郭線の長さとの
比、特定形状に一致する物質の数、活性汚泥の色または
画像素子の値のうち少なくとも1つの値を特徴量として
抽出する画像処理手段と、 下水処理プロセスに与えられる操作量と前記画像処理手
段により抽出された特徴量に基づき、所定時間後の特徴
量を予測する特徴量予測手段と、 この特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、 この操作量修正手段によって求められた操作量の修正量
を前記操作量に加算する加算手段とを具備することを特
徴とする下水処理プロセス制御装置。3. A photographing means for photographing the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process, and the ratio of the area of one activated sludge to the whole area of the image, the contour line of the activated sludge, from the image photographed by this photographing means. Length, the ratio of the area of the activated sludge screen to the length of the contour line, the number of substances that match a specific shape, the color of the activated sludge, or the image processing for extracting at least one of the values of the image elements as a feature amount. Means, a feature quantity predicting means for predicting the feature quantity after a predetermined time based on the operation quantity given to the sewage treatment process and the feature quantity extracted by the image processing means, and the feature predicted by the feature quantity predicting means. And a target feature amount such that the amount and the target feature amount match, the operation amount correction means for obtaining the operation amount correction amount, and the operation amount correction amount obtained by the operation amount correction means are added to the operation amount. Sewage treatment process control apparatus characterized by comprising adding means for.
下水を撮影する撮影手段と、 この撮影手段により撮影された画像の特徴量を抽出する
画像処理手段と、 神経回路モデルから構成され、下水処理プロセスに与え
られる操作量と前記画像処理手段により抽出された特徴
量に基づき、所定時間後の特徴量を予測する特徴量予測
手段と、 前記神経回路モデルの誤差逆伝播計算により実現され、
前記特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、 この操作量修正手段によって求められた操作量の修正量
を前記操作量に加算する加算手段とを具備することを特
徴とする下水処理プロセス制御装置。4. A sewage treatment process comprising a photographing means for photographing the sewage flowing out of the aeration tank of the sewage treatment process, an image processing means for extracting the characteristic amount of the image photographed by the photographing means, and a neural circuit model. Based on the operation amount given to the and the feature amount extracted by the image processing unit, a feature amount prediction unit that predicts a feature amount after a predetermined time, and is realized by error backpropagation calculation of the neural circuit model,
A manipulated variable correcting unit that obtains a correction amount of the manipulated variable so that the feature amount predicted by the feature amount predicting unit and the target feature amount match, and the operation amount corrected by the operation amount correcting unit A sewage treatment process control device, comprising: an addition unit that adds an amount to the operation amount.
下水を撮影する撮影手段と、 この撮影手段により撮影された画像の特徴量を抽出する
画像処理手段と、 下水処理プロセスに与えられる操作量と前記画像処理手
段により抽出された過去の複数時点の特徴量に基づき、
所定時間後の特徴量を予測する特徴量予測手段と、 この特徴量予測手段により予測された特徴量と目標とす
る特徴量とが一致するよう、前記操作量の修正量を求め
る操作量修正手段と、 この操作量修正手段によって求められた操作量の修正量
を前記操作量に加算する加算手段とを具備することを特
徴とする下水処理プロセス制御装置。5. A photographing means for photographing the sewage flowing out from the aeration tank of the sewage treatment process, an image processing means for extracting the characteristic amount of the image photographed by the photographing means, an operation amount given to the sewage treatment process, and Based on the feature values at multiple past times extracted by the image processing means,
Feature amount predicting means for predicting the feature amount after a predetermined time, and operation amount correcting means for obtaining the correction amount of the operation amount so that the feature amount predicted by the feature amount predicting means and the target feature amount match. A sewage treatment process control apparatus comprising: a sewage treatment process control unit; and an addition unit that adds the correction amount of the operation amount obtained by the operation amount correction unit to the operation amount.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6189335A JPH0852459A (en) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | Sewage treatment process controller |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP6189335A JPH0852459A (en) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | Sewage treatment process controller |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0852459A true JPH0852459A (en) | 1996-02-27 |
Family
ID=16239624
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP6189335A Withdrawn JPH0852459A (en) | 1994-08-11 | 1994-08-11 | Sewage treatment process controller |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0852459A (en) |
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1994
- 1994-08-11 JP JP6189335A patent/JPH0852459A/en not_active Withdrawn
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