[發(fā)明專利]基于燃燒火焰顏色矩特征的城市固廢焚燒過程風(fēng)量設(shè)定方法

在審

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• 申請日: 2021-09-28
• 公開（公告）號: CN114155383A
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 湯健;潘曉彤;丁海旭;段滈杉;喬俊飛
• 申請（專利權(quán)）人: 北京工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G06V10/46
• 分類號: G06V10/46;G06V10/56;G06V10/80;G06N3/04;G06N3/08;G06T5/00;G06T5/20;G06K9/62
• 代理公司: 北京思海天達知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11203
• 代理人: 劉萍

基于燃燒火焰顏色矩特征的城市固廢焚燒過程風(fēng)量設(shè)定方法涉及城市固廢焚燒過程領(lǐng)域，包括以下步驟：對圖像中的煙霧、飛灰及噪聲進行消除，采用4個不同尺度的滑窗提取圖像的顏色矩特征，用于研究滑窗尺度大小不同時提取的顏色矩特征對圖像顏色特征的表達效果；通過互信息分析每個特征與風(fēng)量之間的相關(guān)性，提取相關(guān)性大于設(shè)定閾值的特征作為有效特征量；基于RBF網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以多尺度特征為輸入，風(fēng)量為輸出的多個候選風(fēng)量設(shè)定模型，并選取最佳的模型作為最終設(shè)定模型。本發(fā)明對于左側(cè)爐排其在測試集上具有最好的擬合效果，且達到相同精度時所需要的隱含層神經(jīng)元最少；對于右側(cè)爐排，盡管攝像設(shè)備受到干擾較多，仍保持測試平均百分比誤差最小。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及城市固廢焚燒過程領(lǐng)域，尤其是涉及對焚燒過程中風(fēng)量設(shè)定方法的研究。

背景技術(shù)

隨著城鎮(zhèn)化建設(shè)的推進，城市固體廢物的產(chǎn)量也隨之逐年增長。城市固廢焚燒(Municipal solid wastes incineration,MSWI)既能實現(xiàn)對MSW的減量化，還能夠通過余熱發(fā)電實現(xiàn)對資源的回收利用，已逐漸成為諸多國家與地區(qū)處理MSW的主要方式。近年來，歐美等發(fā)達國家針對自身國情，已在MSWI領(lǐng)域形成較完善的技術(shù)與體系。然而，在經(jīng)濟欠發(fā)達的國家和地區(qū)，居民生活習(xí)慣差異與MSW分類普及程度等因素會導(dǎo)致入爐的MSW成分多變、熱值波動，進而導(dǎo)致焚燒過程中極易出現(xiàn)爐膛結(jié)焦、積灰等故障。針對這一現(xiàn)狀，在MSWI的實際工業(yè)現(xiàn)場，運行專家通常通過監(jiān)視爐膛內(nèi)MSW的燃燒狀況以及分散控制系統(tǒng)(Distributed control system,DCS)采集的過程數(shù)據(jù)，結(jié)合自身經(jīng)驗對風(fēng)量等關(guān)鍵操作變量進行調(diào)整，以保證燃燒狀態(tài)趨于穩(wěn)定。操作人員在肉眼觀察、控制規(guī)則、體力精力以及責(zé)任心程度上均存在差異，這導(dǎo)致控制效果的主觀性和不穩(wěn)定性。因此，基于燃燒火焰研究智能風(fēng)量設(shè)定方法具有重要的意義。

圖像預(yù)處理是保證建模效果的基礎(chǔ)，MSWI過程的監(jiān)視設(shè)備長期處于高溫、強污染環(huán)境中，極易受到飛灰、煙霧等環(huán)境因素的干擾，且圖像數(shù)據(jù)在傳輸過程中也存在噪聲擾動。

MSWI過程的運行專家能夠基于火焰圖像中蘊含的不同尺度信息識別火焰燃燒狀態(tài)，進而對風(fēng)量等操作變量進行調(diào)整。因此，如何量化圖像信息與提取圖像的多尺度有效特征是構(gòu)建仿人智能設(shè)定模型擬解決的關(guān)鍵問題之一。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是在于發(fā)明了一種基于燃燒火焰顏色矩特征的MSWI過程風(fēng)量設(shè)定方法。

為了解決以上技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種由圖像預(yù)處理模塊、多尺度顏色矩特征提取模塊、多尺度顏色矩特征選擇模塊和風(fēng)量設(shè)定模型模塊共4個部分組成的建模策略，如圖1所示。圖中相關(guān)變量及符號定義如下：表示MSWI過程中的焚燒爐爐膛內(nèi)的火焰圖像，其中I_n(u)代表第n幅圖像，N是圖像樣本數(shù)量，u為每幅圖像中像素點；代表經(jīng)過圖像預(yù)處理后的火焰圖像；及表示經(jīng)過不同尺度滑窗進行顏色矩特征提取后的單尺度特征集合，其中P代表每幅圖像所提取特征的維數(shù)，R為實數(shù)；表示經(jīng)特征選擇后的不同尺度顏色矩特征集合；y和分別表示風(fēng)量的真實值和，e表示設(shè)定模型預(yù)測值與風(fēng)量真實值間的誤差。

所述用于構(gòu)建MSWI過程風(fēng)量設(shè)定的方法，包括以下步驟：

步驟1：圖像預(yù)處理模塊：對圖像中的煙霧、飛灰及噪聲進行消除，以改善特征約簡和模型構(gòu)建的效果；

步驟2：多尺度顏色矩特征提取模塊：采用4個不同尺度的滑窗提取圖像的顏色矩特征，用于研究滑窗尺度大小不同時提取的顏色矩特征對圖像形態(tài)特征的表達效果；

步驟3：多尺度特征選擇模塊：通過互信息分析每個特征與風(fēng)量之間的相關(guān)性，提取相關(guān)性大于設(shè)定閾值的特征作為有效特征量；

步驟4：風(fēng)量設(shè)定模型模塊：基于RBF網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建以多尺度特征為輸入，風(fēng)量為輸出的多個候選風(fēng)量設(shè)定模型，并選取最佳的模型作為最終設(shè)定模型。

由于本發(fā)明采取了以上技術(shù)方案，達到了如下技術(shù)效果：