基於自動預測的真空垃圾收集系統的控制的製作方法

2023-04-24 03:58:31 2

專利名稱：基於自動預測的真空垃圾收集系統的控制的製作方法
技術領域：
本發明總的涉及垃圾管理和廢料處理，尤其涉及一種操作真空垃圾收集系統的方法，一種真空垃圾收集系統，一種用來控制這種系統內垃圾排空的控制系統，以及一種用來控制真空垃圾收集系統操作的電腦程式單元。
背景在低於大氣壓的壓力或真空壓力下操作垃圾收集系統以便利用空氣的吸力來運送垃圾已使用了許多年，被公認為廢品處理問題的一個有效、清潔而且方便的解決辦法。這種吸取運送垃圾的系統，今後將被簡稱為真空垃圾收集系統，曾在較小的和中等大小的居住和辦公樓區非常出色地運行。但隨著真空垃圾收集系統被用於較大的和較密集的居住和辦公樓區及/或具有多層高建築的區域時，對系統的要求會相當地提高。
特別是，當垃圾槽位在高樓內時，投入到槽內的垃圾數量在一短期內可能很大以致積聚在垃圾槽內的垃圾過高，等不到定期來將垃圾槽排空。
緩解這個問題的普通方法是使常用的至少是特定的垃圾槽增加其暫時存儲能力。例如我們的國際專利申請WO 98/47788曾公開一種設在垃圾槽內排放閥之上的垃圾限制閥使垃圾槽內的垃圾能在限制閥之上存儲。這個裝置在多處應用上被證明十分有效的。但由於垃圾槽本身被用作垃圾的存儲容積，特別是在高層建築中，在限制閥之上的槽有在沒有輪到下一次排空之前被垃圾充滿到第一進入口的危險。
還曾作過不同的嘗試，如在瑞典專利申請9900401-2中曾說明可在至少某些垃圾槽內設置所謂擴充的存儲容積。該容積通常的形式為一容器，具有比垃圾槽大得多的橫截面，位在排放閥之上，允許數量較大的垃圾暫時存儲。
另一個通常的方法是較頻繁地排空垃圾並收集垃圾，這樣來縮短排空周期。但現有的垃圾收集系統的操作控制在這方面還遠未優化。
還曾嘗試用提高在系統輸送管內的真空度來縮短排空和收集的時間，但遺憾的是這種真空度的提高會增加危險性，因為垃圾將被過度壓緊，形成栓塞流會使系統的管子堵塞，這種堵塞甚至可使整個分支管線或輸送管線封閉。另一個與採用高真空有關的問題是噪聲，這個噪聲是在排空時造成的空氣流通過垃圾槽時產生的。另外，高真空可迫使開啟的進入口迅速關閉，這時如有人要拋棄垃圾袋，會擠壓甚至傷害人手。
近來為了優化真空垃圾收集系統的效能，曾引入所謂高度控制排空。在高度控制的真空垃圾收集系統內，每一個垃圾槽都分別設有高度傳感器用來指出垃圾槽內的垃圾是否已堆積到預定的高度。當垃圾達到預定高度時，高度傳感器就將高度指示信號發送控制系統較大的優先。在高度控制下排空時，控制系統賦予具有高度指示的垃圾槽，並且在「先來先服務」的基礎上排空這些垃圾槽。這樣，該控制系統可能會改變該系統正常使用的在結構上預定的排空次序，而將收集的垃圾導向具有高度指示的垃圾槽。
傳統的高度控制排空在較小的系統內某些載荷條件下被證明是有效的，能導致系統效能的提高。但在較大較複雜的系統中，高度控制的排空會得出相反的效果，導致在系統的不同分支之間頻繁的跳動，從而無效地使用可用垃圾收集資源。
傳統的高度控制排空而且是不靈活的，一旦高度傳感器被布置在垃圾槽內，就難於靈活適應預定的高度，以改變真空垃圾收集系統的時間極限，使系統的操作優化。在傳統的高度控制排空中使用的預定的高度為了防止垃圾槽在系統內高載荷時過載可能會定得太高，而在系統內低載荷時預定的高度可能太低，不能最佳地利用資源。
「先來先服務」原則的另一個缺點是沒有考慮到垃圾槽排空次序所造成的後果。例如，在關鍵地區內常有垃圾槽會被過載的危險，因為該垃圾不是在排空序列中的首位。
相關技術國際專利申請WO 96/22238公開一種分別收集不同垃圾的站。該站設有多個收集單元，每一收集單元包括多個容器，有一裝置用來將不同的垃圾輸送到不同的容器，還有設施可用來檢測每一容器內與垃圾數量有關的數據。數據檢測設施的形式可以是傳感器，用來檢測容器內垃圾的高度。
本發明的綜述本發明的總目的是要提供一種有效而可靠的真空垃圾收集系統以及操作這種系統的改進而靈活的方法。
具體地說，要求使真空垃圾收集系統在可靠性、總效率、動力消耗和其他操作費用等各個項目上優化。就這方面而言，目的是要減少排放閥每天開啟的次數，減少總的運送時間，使有效運送和存儲能力優化，同時減少可能的操作幹擾。
本發明另一個目的是要提供一種改進的控制系統，用來控制真空垃圾收集系統垃圾槽內垃圾的排空。
本發明還有一個目的是要提供一個電腦程式元件，用來控制真空垃圾收集系統的操作。
上述這些目的本發明均可達到。
本發明的總的想法是要連續測量在至少一個垃圾槽內垃圾的高度，並根據多次測量的結果合適地預測真空垃圾收集系統的至少一個操作參數的未來值。操作參數的預測值隨後被用來控制真空垃圾收集系統。當然，隨著新的測量的完成，隨時要作出新的預測，以合適地更新操作參數的預測值。
由於根據經驗數據合適地預測操作參數的未來值，而不是使用簡單而靜止的經驗法則，因此真空垃圾收集系統整體的可靠性和效率能顯著地提高。最好用來作出預測的經驗數據是根據垃圾槽內垃圾漸增高度的頻繁的測量得出的。通常，取樣周期小於1分鐘，最好小於15秒(如10秒甚至1秒)。經驗數據被計算機或其他等同的處理設施有效地處理，估計出操作參數的預測值。
在傳統的高度控制排空中，分設在垃圾槽內預定位置上的高度傳感器只是示出垃圾是否已堆積到越過槽內的預定位置，而按照本發明的解決方案，可對垃圾收集系統作出一個更可靠而靈活的控制。
按照本發明的基本程序通常包括預測一個未來時間點，預期垃圾槽內垃圾的高度何時超過一個給定的門檻值，或預測在一給定的未來時間上在該垃圾槽內的垃圾可能達到的高度。最好能預測出排空垃圾槽的最佳時間，使垃圾槽能在「恰好」正確的時刻被排空，既不過早，其時垃圾槽還遠未被充滿，也不太晚，其時垃圾槽有被高超載的危險。
按照本發明一個優先實施例，該預測包括一個以斜率為基礎的程序，用來合適地確定垃圾槽內垃圾的生長率，再根據確定的生長率和對垃圾槽內垃圾高度的實際測量用外插法來估計預測值。但應知道，任何一種合適的技巧如非線性曲線的擬合、自動篩選或等同的技巧都可應用。
上述解決方案即以預測值為基礎的控制對於較大和較複雜的系統被證明為特別有效，其時垃圾槽被劃分成組，排空是在組的基礎上進行，而不是在單個垃圾槽上進行。這樣，真空垃圾收集系統的可供資源便可得到進一步的利用。
在成組操作時，通常須對各組選擇以便一次排空一組。選擇程序根據垃圾收集系統的操作參數的預測值制定。最好，組的選擇程序利用所謂排空條件進行，排空條件須為每一組確定，不管這個組的排空條件是有效的還是沒有預測值的合適子集作為根據。具有有效排空條件的各組可被選擇排空垃圾。為了得到最佳的效能，每一組一般還與一個優先值關聯，在具有有效排空條件的各組中優先值最高的一組被選為排空垃圾。有多種不同的路徑可用來設定「優先值」，例如考慮預測值和垃圾槽超載的後果。
最好，真空垃圾收集的以預測為基礎的控制成為電腦程式產品的軟體被使用，該軟體當裝在計算機內並可操作地與垃圾收集系統連接時可有效控制系統的操作。
附圖的簡要說明在參閱下面結合附圖所作的說明後當可對本發明的目的和優點有很好的了解，在附圖中

圖1為真空垃圾收集系統的略圖；圖2為設有高度傳感器的垃圾槽的略圖；圖3為一略圖，示出垃圾槽內垃圾的高度如何隨時間而變，並示出當預期垃圾的高度超過一個給定的門檻值時如何預測未來時間點；圖4為按照本發明第一優先實施例的以預測為基礎操作真空垃圾收集系統的方法的流程圖5為按照本發明優先實施例的使用計算機的控制系統的略圖；圖6為按照本發明的真空垃圾收集系統的概略的邏輯圖；圖7為按照本發明第二優先實施例的以預測為基礎操作真空垃圾收集系統的方法流程圖。
本發明的實施例的詳細說明在所有附圖中，相同的標號用來表示相應的或相似的元件。
為了避免誤解，應該知道「垃圾」一詞不僅包括傳統上所稱「家庭垃圾」，而且包括廢品處理領域內的所有部分如紙、布、盥洗品、盒殼和有機廢品。
為了清楚地理解本發明，現在參照圖1，總體觀察一個示例性的真空垃圾收集系統。系統概述圖1為一略圖，示出真空垃圾收集系統的一例。作為例子，假定該系統1裝在具有多個建築物的居住區及/或商業區內。每一幢建築物2裝有一個垃圾槽3或等同物。在這具體例子中，垃圾槽為通過建築物垂直延伸的垂直槽，每一槽通常具有幾個插入孔和相應的進入口(未示出)。每一槽備有一個可開啟、關閉的排放閥4，該排放閥最好位在建築物底層。開啟排放閥4便可使垃圾槽3與地下輸送管5連通，積聚在該閥上的垃圾便可排放到輸送管內。關閉排放閥4使可將垃圾槽的下端堵塞，槽和輸送管5便被隔絕。
真空垃圾收集系統通常包括多根輸送管5形成一個地下的輸送管系統，在其內垃圾被空氣吸力輸送到中央垃圾收集站6。所示輸送管系統具有一根主管，其上連接著多根支管。但應知道本發明並不限於這樣，其他形式的輸送管系統也可使用。
系統內的每一根支管在其端頭都有一個進氣閥8。當中央垃圾收集站6的主閥7開啟時，輸送管系統成其適當的部分都被暴露在低於大氣壓的壓力或真空壓力下，而當一根具體支管的進氣閥8開啟時，需要用來輸送積聚在支管內的垃圾便進入到系統內，將垃圾輸送到中央站6。分區閥(未示出)通常用來將輸送管系統內的不同區段互相封閉以確保在個別區段內有足夠的壓力，可進行有效的吸力輸送。
另外，真空垃圾收集系統具有一個控制系統9，可用來有控制地排空系統內的垃圾。更具體點說，控制系統按照可接受的控制技術通過對系統的排放閥、進氣閥、分區閥和主閥的控制，可控制垃圾從垃圾槽內排空到輸送管系統，並將垃圾從輸送管系統的各個不同的支管用吸力輸送到中央收集站。
本發明並不涉及排放閥、進氣閥、分區閥和主閥的具體設計，這些都是行業內眾所周知的事，並且可用真空垃圾收集系統內使用的任何一種傳統的型式。同樣，中央垃圾收集站也可使用任何一種已知的傳統站。但一般地說，一旦垃圾被輸送到中央站，垃圾就在中央站被壓實並被存儲在容器內。
圖2示出以傳統方式裝在建築物2內的垃圾槽3的一例，其上裝有一個可開啟、關閉的排放閥4。排放閥4最好位在建築物的底層，並被用來使垃圾槽3和地下輸送管5可以連通。另外，垃圾槽3具有一個高度指示器系統，該系統在本具體例子中包括一個模擬高度傳感器11，用來測量垃圾槽3內垃圾的高度。形式為超聲傳感器或等同物的模擬高度傳感器通常設在槽壁內或其附近，能產生代表槽3內垃圾高度的信號信息。作為替代模擬高度傳感器，也可使用沿著槽高在底層和第一層樓之間分設的多個高度傳感器(包括機械的和光學的)來提供垃圾槽3內垃圾高度的信息。還可測量槽內垃圾的重量，用這個信息作為對垃圾槽內垃圾高度的量度。
應該知道，通常在垃圾槽內垃圾「高度」和垃圾體積之間有一直接對應關係。重要的是還應知道，就測量「垃圾槽內垃圾高度」而言，「垃圾槽」一詞不僅包括通常使用的標準垃圾槽，而且還包括所有型式的垃圾存儲體積，甚至包括擴大的存儲體積，其形式可以是橫截面比垃圾槽本身大的容器。
高度傳感器11產生的信號信息被直接地或通過分布的控制單元轉送到控制系統，控制系統要對來自垃圾收集系統內各垃圾槽的高度傳感器的信號信息作出反應以進行有控制的垃圾排空。分布的控制單元12也可用來將來自控制系統的控制信號發送給排放閥4。
按照本發明的想法是要在至少一個垃圾槽內對垃圾漸升的高度進行頻繁而連續的測量，並根據所有的高度測量值或其適合的子集合適地預測至少一個操作參數的未來值。
設在相關槽內的高度傳感器給出槽內垃圾高度的連續信息，以給定的取樣頻率加0.1或1Hz(分別相應於10秒和1秒的取樣周期)從這些高度傳感器上讀出垃圾高度，便可建立起良好的預測用的經驗基礎。一般地說，經驗數據然後被計算機或其他等同的處理設施處理便可確定一個或多個預測值。根據經驗數據而不是用簡單而靜止的經驗法則來作出操作參數未來值的相關預測有助於提高真空垃圾收集系統整體的可靠性和效率。
按照本發明，操作參數的預測值當預期垃圾槽內垃圾的高度超過一個給定的門檻值時通常包括一個未來時間點，而當未來時間點被給定時，則包括垃圾槽內垃圾的預期高度。一個基本的例子是預測放空垃圾槽的最佳時間使垃圾槽在「恰好」正確的時間被排空(由於讀出垃圾在槽內的生長率，因此有可能決定排空的正確時間)。通常，與傳統的系統控制相比，這意味著可以減少系統內每天開啟排放閥的總次數，同時並可減少超載的次數。
為了更好地理解，下面在說明以預測為基礎的排空程序時將從簡單的單個垃圾槽開始，以後再說明比較複雜的成組垃圾槽的排空。單個垃圾槽的以預測為基礎的排空圖3為一略圖，示出垃圾槽內的垃圾高度如何隨時間變化，並表示當要預期垃圾的高度超過給定的門檻值時如何預測未來時間點。圖中Y軸線代表垃圾槽內垃圾的高度，由設在槽內的高度傳感器感知，X軸線代表時間。最好高度傳感器被控制系統按固定的間隔如每10秒鐘一次讀出。分散的高度測量值在圖3的曲線中用符號×示出。該曲線一般地示出垃圾高度如何隨時間增長，指出垃圾槽在何時被排空，其時垃圾高度降至零，而在排空後垃圾高度又如何繼續增長。按照本發明的一個優先實施例，這些高度測量值被用來作出預測，其中一個預測如圖3中虛線所示，當預期垃圾高度超過一個預定的門檻值時，從該虛線可預測出一個未來時間點TPRED，這樣垃圾槽便能作出安排在正確的時刻排空。通常每有一個新的試樣就要作一次新的預測，或者至少每隔一個固定時間便要預測一次，使預測值的變化能被連續監控，控制能相應跟上。這一般被稱為自動預測和控制。首先，當預期達到門檻值時，預測值可指出時間上的某一點，而較後的預測考慮到新的測量值又可指出是在時間上另一不同點，這樣隨著垃圾高度接近門檻值，預測將越來越精確，但重要的是要儘快得到一個好的預測為的是要有足夠的時間來採取必要的控制行動。預測技巧一個基本而健全的預測技巧包括根據許多高度測量值計算出垃圾槽內垃圾的生長率，然後用實際高度的測量值和估計的生長率外插法，制出漲高曲線。再將垃圾的某一時間點t的積聚高度改用體積來表示，那麼一般可有下式V(t)=V(tinit)+tinitt(Qi-Qo)dt=tinitt(dV/dt)dt----(1)]]>式中V(t)為垃圾在時間t時的體積，V(tinit)為在時間tinit時的初始體積，Qi為垃圾的流入率，Qo為垃圾的流出率。因此利用在實際時間t測得的體積V(t)和對導數dv/dt的估計，有可能在給定門限體積Vthreshold時作出到達該門限體積的時間TPRED的預測。體積改變速度由流入率Qi和流出率Qo之差給出，並為圖3中曲線的斜率所代表。
採用直線外插法，當要預期達到門限體積Vthreshold時，時刻TPRED可由下式給出TPRED=t+Vthreshold-V(t)dV/.dt----(2)]]>當採用上述問題的數值解時，通常必須結合給定的周期確定導數dv/dt的值。圖3中的曲線的斜率通常隨時間而變，必須確定哪一部分的曲線或整個曲線是合適的，應予考慮。為此理由，有一普通使用的技巧，即形成一個明顯的或隱含的窗口。
導數dv/dt的簡單估計方法為在時間窗口內取體積的最新試樣值與體積的第一試樣值之差除以時間窗口的長度。但應知道這是對導數的十分粗糙的估計。
一個比較費事的方法包括在給定的時間窗口內每一個取樣時間對V的導數作出估計，然後根據估計的導數完成加權平均計算。在每一個取樣時間tx上，從高度傳感器讀出體積V(tx)並估計V的導數即dv(tx)/dt。在每一個取樣時間上的導數可這樣估計，取在實際取樣時間tx上的體積V(tx)與在上一個取樣時間tx-1上的體積V(tx-1)之差除以取樣周期TdV(tx)/dtV(tx)-V(tx-1)T----(3)]]>這裡假定跨越tx和tx-1之間取樣周期的導數為常數，接下來按照下式進行加權平均計算 其中W為加權係數。因此可能這樣設定加權係數，使將較大的權加在最新對漲高的測量上，而將較小的權加在時間窗口內較早對漲高的測量上。
通常，在計算平均值時用來測量的時間窗口會隨著新試樣移動，因此這種平均過程有時被稱為移動平均過程。如果要考慮體積的N個連續的原始數據試樣，那麼有(N-1)個估計的導數將被用於平均的計算。因此時間窗口將延伸到(N-1)·T時間單元的周期，其中T為取樣周期。可被使用的實際時間窗口和實際取樣周期高度取決於具體用途，必須逐個逐個地決定。時間窗口的長度通常必須適應垃圾收集系統的平均周期。當這個周期為5-10分鐘時，舉個例子，合適的時間窗口可在2-3分鐘的範圍內。
幾何移動平均算法是一種有趣的平均技巧，它有這樣的性質，即將加權係數λ給予最新的估計值，而對所有以前的估計值，加權係數則按幾何級數遞減。初始加權λ常被稱為所謂遺忘因數，它決定用如何快的速率使加權遞減，從而決定實際上被算法記住的估計值的數目。例如，如果我們需要某一個數目K的最新估計值在幾何移動平均的總的組成中佔到一定的百分比P，那麼應採用下面的遺忘因數。(P,K)=1-e1n(100-P)K----(5)]]>當然，有多種可替代的路徑來設定加權係數，也有多種可替代的平均技巧。
如要進一步了解微分和積分的數值方法，可參閱R.H.E Frands所著化學工程中的建模和模擬45-80頁(Wiley-Interscience，1972年版)。處理快速的流動變化在某些情況下，特別是在轉變到高載荷期間或者在生長率可能急劇變化的階段的開始，最好用一導數的預先設定值來開始，以後再根據實時的高度測量來調整這個值。這樣，以預測為基礎的控制對急劇變化的生長率反應緩慢的危險便可減少或消除。預先設定值例如可根據經驗或統計的測量值來確定。
垃圾收集系統在操作時，導數一般在一天間就會有很多變化，流動的變化可能是快速的、雜亂的，導致導數不穩定。將計算出的導數估計值篩選，我們可以將那些快而雜亂和短暫的流動變化束縛住，這樣就可減少控制系統由於響應這種流動變化而過分起作用的危險。但仍舊需要有一個靈敏度足夠的控制系統來響應垃圾輸入流的顯著變化。上面所說的採用平均值是篩選的一種形式，這種形式在大多數用途上能得出滿意的結果。還可能使用數碼篩選器如相當於時間平均計算的一階篩選器，或較先進的高階篩選器。
在一天內對垃圾流動的變化作較徹底的分析可提供信息使不同載荷周期的篩選器或平均效能優化。根據許多天垃圾高度的統計測量，考慮垃圾輸入流的動態，可以定出在一個平常天內的多個具有不同特性的輸入流周期。這樣，一般地用來預測的模型和具體地對導函數的估計就能靈活地適應輸入流的性質，例如可以根據一天內的周期調整篩選器的特性，為篩選器的各項參數設定不同的值。還可能在以後的操作中繼續收集統計資料使統計及時、周期和相應的篩選器參數適應新的情況。
以確定生長率為基礎的預測是一種基本的和健全的技術，具有許多優點。但應知道本發明並不限於這種技術，預測可用任何一種可替代的技術來完成，例如，預測可用以多項式為基礎的外插法或其他非線性曲線的擬合來完成。另外還可用自動篩選來預測，其時自動篩選器的與時間有關的係數用最小二乘(LMS)法或等同物來控制。
總結上面論述的主要方面，可參閱圖4，該圖為按照本發明第一優先實施例的、以預測為基礎操作真空垃圾收集系統的方法的一個簡單而概略的流程圖。在一個或多個垃圾槽內的垃圾高度被設在槽內的高度傳感器測量出來，高度信息通常按給定的取樣頻率由控制系統讀出。在步驟21，垃圾的實際高度被控制系統在例行的取樣時刻讀出。其次，在步驟22，使用給定的時間窗口確定垃圾的生長率。在步驟23，確定的生長率和在步驟21和讀出的垃圾高度在外插程序中被使用，從而作出當預期垃圾高度超過給定的門檻值時對一個未來時間點的預測。這個時間預測，通常用安全裕度略加調整，隨後在步驟24被控制系統用來確定在何時將該垃圾槽列入排空序列，其時應當考慮在排空序列內其他垃圾槽的垃圾排空時間和收集時間。根據預測控制排空程序從實用觀點看，最好能確定使垃圾槽在存儲容積比較裝滿同時又可避免超裝的情況下排空。有多種方法可以做到這一點，下面舉一個例子簡要地說明按照本發明的一個較優的實施例如何使用預測值來控制垃圾收集系統。
在這具體例子中，有兩個獨立的所謂排空條件須在例行的決策點上查核以確定是否將該垃圾槽列入排空序列。假定決策是在時間tx上作出，其時垃圾槽內的垃圾體積為Vx，那麼第一排空條件是
第一排空條件可被看作是一個安全的解決方案，該方案可保證該垃圾槽在預測時間到達之前的一定時間被列入到排空序列內。如果常數K1取一高值使這個一定時間縮短，那麼就要冒超裝的危險。反之如果K1取一低值，那麼安全裕度可增加。例如K1可被設定為0.9。
第二排空條件可被用來確定該垃圾槽是否值得被排空，或者換句話說，考慮到垃圾的高度和生長率，該垃圾槽是否應被接受排空。
其中MTBE(平均排空時間間隔)是為該垃圾槽確定的，它是以前的排空周期的加權平均值，並且時間都是從一個共同的零點起算，該零點被限定為垃圾槽最近一次排空的時間。例如K2可被設定為0.6。這意謂如果體積Vx達到最大許可體積Vmax的60％，那麼第二排空條件的第一部分就可被滿足。排空條件的第二部分是根據與該垃圾槽的可能的排空周期MTBE比較而定的。如果相對於MTBE的估計值，生長率較慢，那麼該垃圾槽就不被認為值得排空，排空條件的第二部將不能被滿足。在另一方面，如果生長率較快，該垃圾槽可被認為值得排空。如果第二排空條件的第一部分已被滿足，那麼可以變換K3的值，設定不同的時間條件來滿足第二排空條件的第二部分，例如K3可被設定為1.5。
如果以後的預測指出早先的預測不準確，該垃圾槽可在較晚的時間排空，那麼該垃圾槽可從當時的排空序列中撤出。
在計算中使用安全裕度應很好地組織以便進行良好的控制從而得到比較明確的結果。
上述依次排列的步驟可由計算機執行程序元素如函數、程序或等同物來完成。這些程序元素可寫成功能程式語言、目標定向程式語言或任何其他合適的程式語言。最好使用目標定向程式語言如Java或C++。
垃圾收集系統最好由使用計算機的控制系統來控制，其功能為監控並控制垃圾收集系統。控制系統概述圖5為按照本發明一個優先實施例的使用計算機的控制系統的略圖。控制系統基本上具有一個計算機或處理器系統，其內有一個或多個電腦程式被執行以完成監控和控制垃圾收集系統的動能。計算機為基礎的控制系統包括一個CPU(中央處理器)31或等同物、一個主存儲器32、一個傳統的信號界面33、和一個傳統的用戶界面34。主存儲器32有一電腦程式36用的程序存儲35和一數據用的數據存儲37。控制系統通過傳統的連通環節被連接到垃圾收集系統的其他構件上，並且利用信號界面33來接收從垃圾收集系統來的信號信息並將控制信號發送給垃圾收集系統的排放閥、進氣閥、分區閥和主閥。具體地說，信號界面33被用來從垃圾收集系統內的一個或多個高度傳感器接收高度的信息，這個高度信息然後被在計算機系統上運行的電腦程式36處理，以預測為基礎的控制例如上面結合圖3和4所說明的那樣，從而被執行，生成合適的控制信號，這些信號被分別發送到相關的排放閥、進氣閥和主閥以執行垃圾的有控制的排空和收集。成組垃圾槽的以預測為基礎的排空以預測為基礎的控制曾被證明對較大和較複雜的真空垃圾收集系統特別有效，其時垃圾槽被劃分成組並以組為基礎排空而不是根據單一垃圾槽的垃圾高度來排空。一般地說，排放閥、從而相應的垃圾槽都被劃分成組，而有控制地排空垃圾是在組的基礎上開啟排放閥來完成的。這時從同一組的垃圾槽來的垃圾被聚合併集體輸送到中央站。這樣，在各不同支管之間經常跳動的問題可大為減少，而在真空垃圾收集系統內可供資源的利用可顯著改善。另外在有控制地排空系統內的垃圾時可考慮垃圾對整個組的總流入和全組的總容量。
現在參閱圖6，該圖為真空垃圾收集系統的概略的邏輯圖，其中排放閥已被劃分成組。該圖包括中央垃圾收集站RCS、形式為管網的輸送管系統、排放閥DV和垃圾槽RCH、區分閥SE1-SE2和進氣閥AV1-AV8。
如圖6所示，排放閥被劃分成組G1-G5。但應知道圖6中的劃分只是一個例子，其他劃分同樣可行。這些組一般根據真空垃圾收集系統收集系統的結構和對系統的具體要求規定。
這些組通常由系統管理人員在一專門的分組限定單上構成。在該分組限定單上，管理人員限定哪一個進氣閥和哪一個排放閥應屬於哪一組，如表I即其一例。表I 在上面表I給出的例子中可見下列各組被形成- 所有在AV1上的DV屬於G1組。- 所有在AV2上的DV屬於G2組。- 所有在AV3上的DV屬於G3組。- 所有在AV4-6上的DV屬於G4組。- 所有在AV7-8上的DV屬於G5組。
按照本發明的第二優先實施例，控制系統根據設在系統中多個垃圾槽內的高度傳感器提供的代表垃圾高度的信號信息作出預測，並根據預測值選擇哪個組可在一次一起排空。選擇機構通常需要應用組的排空條件，預定的排空條件適用於每一個組。可將適用於單一垃圾槽的排空條件例如上面表達式(5)和(6)所給出的那樣結合起來作為整個組的排空條件。例如如果在同一組內的預定數目的單個垃圾槽都能滿足排空條件，那麼這個組可被認為滿足排空條件。
或者，作為變通的做法，每一組的排空條件可根據組內多個垃圾槽來制定，這些垃圾槽按照預測可望在這一次或可能在以後的排空周期內裝滿。在這種情況下，通常只要一個單獨垃圾槽可望裝滿就足夠將全組列入排空日程。還可能考慮一個組內的總體存儲容量使當多個相鄰垃圾槽中的一個將要裝滿時，用戶能夠簡單地轉到另一個鄰近的垃圾槽。在那種情況下，排空條件通常包括多於一個的垃圾槽。排空條件通常可由系統管理人員制定。
為了更好了解本發明的這個方面，可參閱圖7，這是一個按照本發明第二優先實施例的以預測為基礎的操作垃圾收集系統的方法的概略流程圖。本發明當然並不限於圖7的實施例，該圖只是一個例子說明如何應用本發明的想法。
該方法最好被製成軟體使用，將這軟體裝在計算機上運行可使計算機完成在圖7的流程圖中限定的步驟、功能和動作。
如上所述，在多個垃圾槽內的垃圾高度由設在槽內的各該高度傳感器測量而得知，由此產生的高度信息通常由控制系統以給定的取樣頻率讀出。按照規定的決策時間間隔，控制系統逐一檢查各組，確定是否可將哪一組列入排空序列。
在這取樣時刻，控制系統在步驟41將被檢查組內每一個垃圾槽內的垃圾實際高度讀出。
在步驟42，根據多個以前的高度測量值確定每一個垃圾槽內的生長率，例如以前結合圖3說明過的那樣。
在步驟43，為被檢查組內的每一個垃圾槽，使用確定的生長率和垃圾的實際高度進行一次外插程序，從而對在給定的一個時間未來點上垃圾可能達到的高度作出預測。最好給定的未來時間點就是該垃圾槽下一次排空的預期時間。在兩個接續排空之間的時間間隔通常被稱為排空周期，它可以一個垃圾槽變化到另一個垃圾槽，還可以在一天內變化。下一次排空的預期時間通常根據真空垃圾收集系統內所有的或一部分垃圾槽在不同載荷周期的周期的平均值估計而得，採用平均值的5-10％作為安全裕度。
在應用時如果不同垃圾槽的排空周期顯著不同，那麼可為每一個垃圾槽確定一個單獨的平均周期，辦法是連續記錄相關垃圾槽的排空周期，然後計算其新的平均值。
在步驟44，將被檢查組內的每一個垃圾槽在下一次排空時的高度與最大許可的門檻值比較，並考慮被檢查組的具體排空條件，然後決定是否要將該組列入排空序列。
如果在下一次排空時預測會裝滿的垃圾槽的數目小於排空條件給出的數目，那麼程度可繼續到下一組進行，如同步驟45所示。實際上，這一情況意味著原來被檢查組的垃圾槽還有寬裕的容積可為下一個周期積聚垃圾。
在另一方面，如果在下一次排空的預測會裝滿的垃圾槽的數目大於排空條件給出的數目，那麼應將該組列入排空序列，如同步驟46所示。一旦該組到達排空序列的首位，該組就會立即被排空，這時控制系統會將適當的控制信號發給主閥、相關的進氣閥和排放閥使排放閥開啟並收集來自該組的垃圾。
在排空序列內的組如果在以後進行的預測指出可以等待到下一個周期排空，那麼就應從排空序列中撤走。
曾被證明為有效的另外一個做法是將每一組用一優先值關聯起來，根據優先值考慮從該組排空垃圾的重要性。每一組的優先值可由系統主管根據例如該組的垃圾槽內的存儲容量、測定的或假定的流入該組的垃圾、超載荷的敏感性或可提供的服務等等來確定。為了保證所有組最後都被裝滿，控制系統可增加每一個未被選出組的優先值，使它們隨著時間的進展具有有效的排空條件。
但在設定優先值時最好首先考慮生長率和超載的後果這兩項。例如如果對一個垃圾槽在給定的時間未來點預測的體積超過最大許可的體積很多，那麼就可給予一個較高的優先值；而若預測的體積只是稍稍超過最大許可的體積，那麼就可給予一個較低的優先值。在後一種情況，如果超載的後果很嚴重，也可給予一個較高的優先值。
當使用排空條件時，組的選擇可遵循如下的原則。如果優先的作用不能發揮，那麼具有有效排空條件的組應按結構次序列入排空垃圾的日程。如果優先值能起作用，那麼在所有具有有效排空條件的組中具有最高優先值的組應為首選。如果幾個組具有相同的優先值，那麼可按預定的各組的次序來進行。
在當選組內的各個排放閥最好按預定的結構次序逐一開啟，這個技巧可與根據高度的預測排空結合使用。但應知道在一選好的組內沒有必要開啟所有的排放閥。
還應知道控制系統可在不同模式下操作。當按照假定的一天的處理方式和體積而允許有不同模式存在時主管人員可用時間表來安排。這種時間表的一例在下面表II中示出。表II
注P為紙，R為家庭垃圾在這具體例子中，使用三種操作模式，其中低載負模式和高載負兩種模式為與載荷周期有關的載荷模式，而第三種模式稱為結構模式包括按預定結構次序排空垃圾槽，並不考慮載荷情況。可以看出，該系統在該目的不同時間內以低載模式和高載模式運轉。在上述表II中概述的例子中，在高載模式期間，應用以預測為基礎的控制是有利的，儘管不能防止該預測技術在該整天內被採用。然後應注意，在每天結束時，包含垃圾的最終結構收集通常是有利的。在結構模式中，該控制系統以預定的次序一一通過這些組。例如，在一天結束時當關閉該系統時，該組可不能操作，而所有的槽和輸送管道按結構和預定的次序排空。在該例中，在2300完成自該系統內的所有垃圾槽和管道的垃圾最終結構收集。此後，在夜間，該系統停止工作並關閉。
自然，為使性能最佳或使該系統適於改變後的積聚模式，可方便地改變時間程序。
出於管理考慮，也可使這些組與不同的碎屑，如家庭垃圾和紙相關連。
關於成組操作的進一步資料，我們在這裡參考引用了我們在瑞典的專利申請9902719-5。
按照本發明的真空垃圾收集系統每一垃圾槽能處理較多的垃圾並能有較多的垃圾槽連接到系統上。這使該系統特別適宜用於具有高層建築的區域，可將多個建築物連接到同一系統上，還可用於較大的空港垃圾收集系統。應該知道本發明雖然習慣用於複雜的高載荷用途，但也可用於各種ARCS(自動垃圾收集系統)上。
按照本發明的技術，雖然主要打算以有組織的方式從多個垃圾槽有控制地排放垃圾，但應強調本發明也可應用於特定的個別的承受高載荷的垃圾槽。
上述實施例只是起到舉例說明的作用，並不能以此來限制本發明。進一步的修改、變化和改進但仍保留本發明的基本原理的仍應屬於本發明的範圍內。
權利要求
1.一種操作真空垃圾收集系統的方法，其特徵為，所說方法包括下列步驟在配置於真空垃圾收集系統中的至少一個垃圾槽內完成垃圾高度的連續測量；根據若干所說連續測量對所說真空垃圾收集系統的至少一個操作參數合適地預測其未來值；在所說真空垃圾收集系統的控制中使用所說操作參數的所說預測值。
2.權利要求1的方法，其特徵為，在所說連續測量之間的周期小於1分鐘，最好小於15秒，並且所說預測步驟包括以計算機為基礎的對高度連續測量的處理，以合適地預測所說操作參數的未來值。
3.權利要求1或2的方法，其特徵為，所說操作參數的預示值代表一個未來時間點，預示何時垃圾槽內垃圾的高度在一給定的未來時間點上超過一個給定的垃圾門檻值或可能的高度。
4.權利要求1的方法，其特徵為，所說方法還包括下列步驟根據許多天對垃圾高度的統計測量，在一天內定出多個具有不同特性的垃圾輸入流周期；根據該輸入流周期使模型適用於預測所說未來值。
5.權利要求1的方法，其特徵為，所說預測步驟包括下列步驟根據多個所說連續測量值確定垃圾槽內垃圾的生長率；根據對垃圾槽內垃圾實際垃圾高度的測量和所確定的生長率採用外插法推算，以估計所說預測值；當完成新的測量時重複確定生長率和完成外插法的步驟，以便能夠進行自動預測。
6.權利要求1的方法，其特徵為，所說確定生長率的步驟包括利用一個合適的垃圾高度測量子集的時間窗口計算對生長率的平均值。
7.以上權利要求中任一項的方法，其特徵為，所說操作參數的預示值代表一個未來時間點，預示何時垃圾槽內的垃圾高度超過一給定的門檻值，而所說採用所說預測值的步驟包括將所說預測值與下一次排空垃圾槽的預期時間的估計比較的步驟，以決定是否將該垃圾槽列入排空序列。
8.權利要求1-6中任一項的方法，其特徵為，所說操作參數的所說預測值代表在垃圾槽下一次排空的預期時間的垃圾槽內垃圾的可能高度，而所說採用預測值步驟包括將所說預測值和給定的門檻值比較的步驟，以決定是否將該垃圾槽列入排空行列。
9.權利要求7或8的方法，其特徵為，所說下一次排空垃圾槽的預期時間是根據真空垃圾收集系統內多個垃圾槽的平均排空周期估算出來的。
10.權利要求1的方法，其中垃圾經各自的排放閥從一些垃圾槽排空到輸送管系統內，開啟垃圾槽的排放閥便可使垃圾槽與輸送管系統連通，其特徵為，所說方法還包括下列步驟為了控制垃圾的排空，將排放閥分割成組；從多個組中選出一個組，使該組一次排空所有垃圾，開啟在所選組內的排放閥，所說選擇根據這些組的排空條件進行，以便可選擇具有有效排空條件的一些組來排空垃圾；根據所說操作參數的預測值，就每一組排放閥確定該組的排空條件是否有效。
11.權利要求10的方法，其特徵為，所說方法還包括使每一組與一優先值關聯的步驟，在具有效排空條件的一些組中具有最高優先值的組被選擇來排空垃圾。
12.權利要求11的方法，其特徵為，組的優先值根據所說操作參數的預測值和不排空該組的垃圾槽的後果來確定的。
13.一種真空垃圾收集系統包括一個垃圾收集站，一個用來將垃圾輸送到收集站的輸送管系統，多個通過各自的排放閥連接到輸送管系統的垃圾槽，開啟垃圾槽的排放閥便可使垃圾槽和輸送管系統連通，其特徵為，所說系統還具有在至少一個所說垃圾槽內完成垃圾高度連續測量的設施；根據多個所說連續測量值對所說真空垃圾收集系統的至少一個操作參數的未來值作出合適預測的設施；用來控制所說真空垃圾收集系統的操作並在該系統操作的控制中用來應答所說操作參數的預測值的設施。
14.權利要求13的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說連續測量之間的周期小於1分鐘，最好小於15秒，並且所說預測設施包括以計算機為基礎的對連續的高度測量值進行處理的設施，以合適地預測所說操作參數的未來值。
15.權利要求13或14的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說操作參數的預測值表示一個估計，預示何時垃圾槽內的垃圾高度超過一個給定高度，並且所說控制設施包括根據所說估計確定何時該槽列入排空行列的設施。
16.權利要求13的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說預測設施包括根據多個所說連續測量值來確定垃圾槽內垃圾生長率的設施；根據對垃圾槽內垃圾實際高度的測量和所確定的生長率進行外插法的措施，以估計所說預測值。
17.權利要求13-16中任一項的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說操作參數的預測值代表一個未來時間點，預示何時垃圾槽內的垃圾高度超過一個給定的門檻值，而所說控制設施包括用來將所說預測值與下一次排空垃圾槽的預計時間的估計比較的設施，以決定是否將該垃圾槽列入排空行列。
18.權利要求13-16中任一項的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說操作參數的所說預測值代表在下一次排空預期時間的垃圾槽內垃圾的可能高度，而所說控制設施包括將所說預測值與給定的門檻值比較的設施，以決定是否將該垃圾槽列入排空行列。
19.權利要求17或18的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說系統還包括根據真空垃圾收集系統內多個垃圾槽的平均排空周期來估計下一次排空垃圾槽的預計時間的設施。
20.權利要求13的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說控制設施具有為了控制垃圾的排空，規定排放閥組的設施；從多個組中選出一個組使該組一次排空所有垃圾的設施，開啟在所選組內的一個或多個排放閥，所說選擇根據組的排空條件進行，使具有有效排空條件的一些組可被選出以便排空垃圾；根據所說操作參數的預測值，就每一組排放閥確定該組的排空條件是否有效的設施。
21.權利要求20的真空垃圾收集系統，其特徵為，所說控制設施還包括使每一組與優先值關聯的設施，在具有效排空條件的一些組中具有最高優先值的組將被所說選擇設施選出來排空垃圾。
22.權利要求21的真空垃圾收集系統，其特徵為，組的優先值是根據所說操作參數的預測值和不排空該組垃圾槽的後果來確定的。
23.一種控制系統，用來在真空垃圾收集系統中控制垃圾從多個垃圾槽通過各自的排放閥排空到輸送管系統內，開啟垃圾槽的排放閥便可使垃圾槽和輸送管系統連通，其特徵為，所說控制系統包括根據所說垃圾槽內垃圾高度的多個連續測量值對所說真空垃圾收集系統的操作參數的未來值作出預測的設施；用來規定排放閥組的設施；根據所說預測值從多個組中選出一個組使該組一次排空的設施；用來將控制信號發送給所選出組內的一個或多個排放閥以開啟這些排放閥，從而完成根據預測控制的垃圾的排空。
24.權利要求23的控制系統，其特徵為，所說選擇設施根據一些組的排空條件操作，並根據所說預測值的子集可操作來就每一組排放閥確定該組的排空條件是否有效，可選擇具有有效排空條件的一些組來排空垃圾。
25.權利要求24的控制系統，其特徵為，所說選擇設施還包括使每一組與一優先值關聯的設施，具有效排空條件的一些組中具有最高優先值的組將被選出來排空垃圾。
26.權利要求25的控制系統，其特徵為，一個組的優權值根據所說預測值的子集和該組的垃圾槽如不排空會造成什麼後果來確定。
27.權利要求23的控制系統，其特徵為，所說連續測量之間的周期小於1分鐘，最好小於15秒，並且所說預測設施包括以計算機為基礎的處理連續高度測量值的設施，使能對所說操作參數的未來值進行合適的預測。
28.一種電腦程式單元，當在計算機上運行時用來控制真空垃圾收集系統的操作，其特徵為，所說電腦程式單元包括根據配置在真空垃圾收集系統中的至少一個垃圾槽內垃圾高度的連續測量值來使計算機對所說真空垃圾收集系統的至少一個操作參數的未來值作出合適預測的程序設施；根據所說操作參數的預測值來使計算機控制所說真空垃圾收集系統的至少一部分的程序設施。
29.權利要求28的電腦程式單元，其特徵為，所說操作參數的預測值代表一個估計值，預示何時垃圾槽內的垃圾高度超過一個給定的高度，並且所說程序控制設施包括用來根據所說估計值確定何時將垃圾槽列入排空行列的設施。
30.權利要求28或29的電腦程式單元，其特徵為，所說連續測量之間的周期小於1分鐘，最好小於15秒，並且所說用來使計算機完成合適預測的程序設施還包括用來使計算機根據所說測量值合適地確定的生長率，並根據所說合適地確定的生長率估計所說未來值的程序設施。
31.權利要求28的電腦程式單元，其特徵為，所說電腦程式單元還包括用來使計算機採用該模型來預測所說未來值以使一天內不同特性輸入流的周期的預測最佳化的程序措施。
32.權利要求28-31中任一項的電腦程式單元，其特徵為，所說電腦程式單元由計算機可讀媒體支持。
全文摘要
本發明總的涉及一種真空垃圾收集系統和操作這種系統的方法。按照本發明的總的想法是要在至少一個垃圾槽內對垃圾高度作頻繁的測量,並根據多個測量值對真空垃圾收集系統中至少一個操作參數的未來值作出合適的預測。操作參數的預測值隨後被用在系統的控制上。一個基本的例子是預測將垃圾槽排空的優化時間,使垃圾槽在「恰好」正確的時間排空,既不太早,也不太晚。由於對操作參數未來值的預測是根據經驗數據作出的,而不是使用簡單而靜止的經驗法則,因此整個真空垃圾收集系統的可靠性和效率能顯著提高。
文檔編號G01F23/00GK1361744SQ0081040
公開日2002年7月31日 申請日期2000年6月22日 優先權日1999年7月16日
發明者P·塞德博裡, H·海登, V·揚克維克斯, K·諾萊紐斯 申請人:森特拉爾薩格有限公司