[发明专利]基于火焰图像颜色特征提取的城市固废焚烧过程燃烧工况识别方法

说明书

本发明涉及基于火焰图像颜色特征提取的城市固废焚烧过程燃烧工况识别方法。国内城市固体废物(MSW)的组分复杂，领域专家通常依据经验观测火焰视频图像识别焚烧炉燃烧状态进而调整MSW焚烧(MSWI)过程操作参数，难以维持稳定的运行工况。首先，对焚烧火焰图像进行去雾和去噪预处理，提高图像清晰度；接着，将图像转换到适合视觉系统识别的HSV空间后采用滑窗分块提取颜色矩特征，采用主成分分析(PCA)提取潜在特征以消除高维颜色矩特征间的共线性；最后，以提取的相互独立的潜在特征为输入，采用最小二乘支持向量机(LSSVM)算法构建燃烧工况识别模型。基于国内某厂的实际焚烧图像仿真验证了所提方法的有效性。

技术领域

本发明属于城市固体废物焚烧领域。

背景技术

城市固体废物(MSW)的产生数量随工业化、城市化的发展以及人民生活水平的日益提高已达到8％的全球年增长率^[1][2]。MSW焚烧(MSWI)发电技术因其减量效果好、处理速度快和能源利用高等优点已经逐渐成为我国解决“垃圾围城”问题的主要方式^[3]。

MSWI过程的固废焚烧状态与焚烧装置和蒸汽发电装置的安全运行、全流程的运行优化化控制、污染物生成量及排放量密切相关。目前，发展中国家的MSWI仍然存在许多亟待解决的问题^[4]，其中最为突出的问题是污染物排放不达标^[5][6]，其与燃烧过程的运行状态不稳定密切相关。我国MSW的成分特殊、热值波动大，国外引进成套设备难以自动运行，多由领域专家摸索经验后手动控制运行，易造成炉膛内结焦、积灰、腐蚀等问题，甚至引起炉膛爆炸^[7]。因此，MSWI过程的优化运行需要准确识别焚烧状态和及时调整操作参数，以确保焚烧的充分性，提高运行的经济性和环保性。国内某MSWI发电厂的工艺流程如图1所示。

由图1可知，我国MSWI过程对焚烧状态的识别主要依靠领域专家观测焚烧炉内的火焰视频图像，凭经验识别焚烧状态进而调整操作参数，存在随意性和差异性，难以维持MSWI过程运行在最佳燃烧工况。因此，非常有必要研究基于机器视觉的MSWI燃烧工况识别技术。

目前，识别MSWI过程的燃烧工况主要依据固废焚烧图像中火焰燃烬线分布的不同位置进行，机器视觉在MSWI火焰状态识别中的研究还不够成熟。针对复杂多变的MSWI环境，如何构造可靠、鲁棒的焚烧工况识别模型还是一个开放性难题。MSWI过程工况识别存在诸多难点，如焚烧过程中炉膛内固废灰烬的影响、图像传输中的噪声干扰等因素导致火焰边缘模糊，MSW成分及其热值的大范围波动性、燃烧区域划分的特定性等因素需要依据焚烧对象特性提取特征。此外，如何构建分类器模型对非典型工况进行准确识别也是需要深入的问题。

针对焚烧图像预处理，文献^[8]提出的基于暗通道先验的去雾算法有效提高了图像能见度；文献^[9]通过对比实验，验证了中值滤波算法能够有效抑制图像传输噪声；文献^[10]指出，中值滤波算法能够有效去除脉冲噪声和保留图像边缘；但上述预处理算法在MSWI过程火焰图像中的应用还未见报道。