异常检测方法以及高炉操作方法 |
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| 申请号 | CN201480041242.3 | 申请日 | 2014-06-18 | 公开(公告)号 | CN105392904B | 公开(公告)日 | 2017-06-13 |
| 申请人 | 杰富意钢铁株式会社; | 发明人 | 津田和吕; 平田丈英; 山平尚史; 阿部秀和; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及 异常检测 方法以及 高炉 操作方法。异常检测装置(10)包括设置在高炉(1)的多个 风 口(11)附近的风口 照相机 (31)以及 图像处理 装置(7)。图像处理装置(7)的代表 亮度 矢量收集部(773)按照预先由风口照相机(31)同时拍摄的风口图像的每一个基于各 像素 的亮度值来决定代表亮度，并以时间序列收集代表亮度矢量。指标提取部(775)进行以时间序列收集的代表亮度矢量的主成分分析，并提取主成分矢量。另外，代表亮度矢量收集部(773)从作业时由风口照相机(31)同时拍摄的风口图像收集代表亮度矢量。异常检测处理部(777)计算从收集的代表亮度矢量向主成分矢量方向引出的垂线的长度作为评价值，并通过将评价值与规定的 阈值 相比较来检测高炉(1)的异常。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种异常检测方法，是从由设置在高炉的多个风口附近的照相机拍摄的风口图像检测上述高炉的异常的异常检测方法，其特征在于，包括： |
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| 说明书全文 | 异常检测方法以及高炉操作方法技术领域背景技术[0002] 作为用于实现稳定的高炉操作的判断基准之一，例举经由高炉的风口观察的高炉内回旋区部的亮度信息。该亮度信息包括炉热的高低、粉煤的燃烧度、未熔融矿石(non-melted iron ore)的落下信息这种高炉的操作上重要的信息。通过操作人员1日数次左右观察观察窗而进行的功能检查(sensory inspection)来实施经由风口的亮度信息的观察。另外，近年来，在风口附近设置照相机，在监视室内对由该照相机拍摄的图像(风口图像)进行监视显示来集中监视的情况也增加(例如参照专利文献1)。 [0003] 此处，在高炉的周方向上设置多个风口。在直接观察观察窗的情况下以及在监视室中集中监视的情况下中的任意的情况下，操作人员通过注视高炉周方向的多个风口的每个风口的亮度信息的偏差(高炉周方向上的亮度信息的偏差(deviation of the brightness))，而直观上检测各风口附近的异常的产生。 [0004] 另一方面，专利文献2中公开了如下的技术：在高炉周方向的多个风口中的3个位置以上安装照相机、亮度计，并基于通过计算来自各位置的上方的未熔融矿石的落下次数所检测到的落下频率，来调整从炉顶投入的矿石和焦炭的比率。 [0005] 另外，专利文献3中作为代替操作人员的功能检查的技术，而公开了对利用放射温度照相机所得到的风口图像内的温度分布进行图像处理，并求出粉煤的燃烧性的手法。在该专利文献3的技术中，将利用放射温度照相机所得到的风口内温度分布分割为多个区域，关于各区域，通过对单位温度的面积比、黑部(粉煤未燃烧带)面积比等进行数值化，从而将粉煤的燃烧性进行指标化。 [0006] 专利文献1:日本特开2004－183956号公报 [0007] 专利文献2:日本特开平5－186811号公报 [0008] 专利文献3:日本特开平5－256705号公报 [0009] 然而，上述的专利文献2的技术是为了在高炉全体全都检测未熔融矿石的落下次数这个目的而利用拍摄多个风口附近的风口图像，并不是检测操作人员为了检测高炉的异常而注视的上述高炉周方向上的亮度信息的偏差。 [0010] 另外，在风口附近，除了专利文献3所公开的那样的能够数值化为单位温度的面积比等的异常以外，也可能产生未假定的(unanticipated)各种状况。加上，在以面积比为指标的方法中，存在不能够检测如因拍摄的风口图像内的位置移动而在风口图像中出现的异常(例如后述的PCI流动方向异常)等那样面积比本身没有较大地变动的风口图像内的亮度信息的变化这个问题。 发明内容[0011] 本发明是为了解决上述那样的课题而提出的，其目的在于提供一种能够自动地检测高炉周方向上的亮度信息的偏差的异常检测方法以及高炉操作方法。另外，本发明的另一目的在于提供一种能够精度良好地检测风口附近所产生的与正常时不同的状况的异常检测方法以及高炉操作方法。 [0012] 为了解决上述的课题，实现目的，本发明的第1方式所涉及的异常检测方法是从由设置在高炉的多个风口附近的照相机拍摄的风口图像检测上述高炉的异常的异常检测方法，其特征在于，包括收集步骤，针对预先由上述照相机同时拍摄的风口图像的每一个基于各像素的亮度值决定的代表亮度，并以时间序列收集根据上述代表亮度而规定的代表亮度矢量；提取步骤，进行以上述时间序列收集的代表亮度矢量的主成分分析(principal component analysis)，并提取主成分矢量；计算步骤，从作业时由上述照相机拍摄的风口图像收集上述代表亮度矢量，并计算从上述代表亮度矢量向上述主成分矢量方向引出的垂线的长度作为评价值；以及异常检测步骤，通过将上述评价值与规定的阈值(threshold)相比较来检测上述高炉的异常。 [0013] 为了解决上述的课题，实现目的，本发明的第2方式所涉及的异常检测方法是从由设置在高炉的风口附近的照相机拍摄的风口图像检测上述高炉的异常的异常检测方法，其特征在于，包括：收集步骤，将预先由上述照相机拍摄的风口图像区域分割为多个区域，针对上述区域的每一个基于各像素的亮度值来决定代表亮度，并以时间序列收集根据上述代表亮度而规定的代表亮度矢量；提取步骤，进行以上述时间序列收集的代表亮度矢量的主成分分析，并提取主成分矢量；计算步骤，从作业时由上述照相机拍摄的风口图像收集上述代表亮度矢量，并计算从上述代表亮度矢量向上述主成分矢量方向引出的垂线的长度作为评价值；以及异常检测步骤，通过将上述评价值与规定的阈值相比较来检测上述高炉的异常。 [0015] 图1是表示应用异常检测装置的高炉的示意结构例子的示意图。 [0016] 图2是表示第1实施方式的异常检测装置的结构例子的示意图。 [0017] 图3是表示风口图像的一个例子的示意图。 [0018] 图4是表示风口图像的亮度值的时间序列变化的一个例子的图。 [0019] 图5是表示八维空间中的时间序列的代表亮度矢量的分布例的图。 [0020] 图6是说明主成分方向以及从主成分脱离方向的图。 [0021] 图7是说明评价值的计算的说明图。 [0022] 图8是说明使用了评价值的异常判定的图。 [0023] 图9是表示指标提取处理的处理顺序的流程图。 [0024] 图10是表示异常检测处理的处理顺序的流程图。 [0025] 图11是表示第2实施方式的异常检测装置的结构例子地方示意图。 [0026] 图12是表示风口图像的区域分割例子的图。 [0027] 图13是表示风口图像的其它区域分割例子的图。 [0028] 图14是表示从正常时的风口图像得到的每个区域的亮度值的时间序列变化的一个例子的图。 [0029] 图15是表示熔渣升高(elevation of the molten slag)时的每个区域的亮度值变化的一个例子的图。 [0030] 图16是表示喷枪破损时的每个区域的亮度值变化的一个例子的图。 [0031] 图17是表示PCI流动方向异常时的每个区域的亮度值变化的一个例子的图。 [0032] 图18是表示十六维空间中的时间序列的代表亮度矢量的分布例子的图。 [0033] 图19是说明主成分方向以及偏离主成分的程度的图。 [0034] 图20是说明评价值的计算的说明图。 [0035] 图21是说明使用了评价值的异常判定的图。 [0036] 图22是表示指标提取处理的处理顺序的流程图。 [0037] 图23是表示异常检测处理的处理顺序的流程图。 具体实施方式[0038] 以下，参照附图，对用于实施本发明的异常检测方法以及高炉操作方法的方式进行说明。此外，本发明并不被该实施方式所限定。另外，在附图的记载中，同一部分附加同一附图标记。 [0039] 图1是表示应用本实施方式的异常检测装置10(参照图2以及图11)的高炉1的示意结构例子的示意图。如图1所示，高炉1是从炉顶装入铁矿石21和焦炭23，并将在炉底所得到的生铁(铁水)25与熔渣27分离且排出到的炉外的高炉，从设置在炉下部的风口11吹入热风，将焦炭23作为热源对铁矿石21进行还原、溶解来得到铁水25。熔渣27与铁水25相比比重较小，所以在铁水25的上层分离。 [0040] 在该高炉1中，在风口11连接用于吹送热风的送风管13的一端。在送风管13的中途贯通送风管13而设置喷枪(lance)15，通过该喷枪15在热风中投入粉煤(箭头Y11)。在送风管13内吹送的热风(箭头Y13)与粉煤一起从风口11被导入高炉1的内部，主要在被称为风口11的热风吹送方向前方的回旋区17的燃烧空间中有助于燃烧。 [0041] 在与送风管13的风口11对置的另一端侧设置有风口观察单元3。该风口观察单元3是设置用于经由风口11对操作中的高炉1的状况具体而言，送风管13内的样子、高炉1内的样子(炉况)进行拍摄的风口照相机(照相机)31、用于通过目视观察高炉1的状况的观察窗33、以及用于使图1中点划线所示的光路分支为风口照相机31侧和观察窗33侧的半透半反镜35并进行单元化的机构。 [0042] 此处，在高炉1的周方向上排列多个风口11，风口观察单元3被设置在一端与这些多个风口11连接的送风管13的另一端侧的全部或者一部分，各个风口照相机31构成异常检测装置10。 [0043] [第1实施方式] [0044] 首先，对第1实施方式的异常检测装置10的异常检测处理进行说明。图2是表示本实施方式的异常检测装置10的结构例子的示意图，一并示出在高炉1的周方向上排列的风口11、和作为风口观察单元3而设置的风口照相机31的位置关系。在本实施方式中，如图2所示，在沿着高炉1的周方向大致等间隔所选择的8个风口11设置风口照相机31(31－1～31－8)。各风口照相机31随时将拍摄到高炉1的状况的风口图像的图像数据输出给后述的图像获取装置5。此外，风口照相机31至少设置在多个风口11即可，可以适当地设定设置于哪个风口11、其数量。 [0045] 而且，异常检测装置10包括如上述设置在多个(例如8个)的风口11的多个风口照相机31、图像获取装置5、和图像处理装置7。图像获取装置5以及图像处理装置7使用工作站、个人计算机等通用计算机来实现。 [0046] 图像获取装置5随时获取高炉1的操作中由各风口照相机31连续地拍摄的风口图像(动画)的图像数据并转发给图像处理装置7。 [0047] 图像处理装置7包括输入部71、显示部73、记录部75、以及处理部77，作为主要的功能部。 [0048] 输入部71是用于输入高炉1的异常检测等所需的信息，并将与操作输入对应的输入信号输出给处理部77。该输入部71通过键盘、鼠标、触摸面板、各种开关等输入装置来实现。显示部73用于进行例如由各风口照相机31拍摄的风口图像的监视显示、高炉1的异常报告等，基于从处理部77输入的显示信号来显示各种画面。该显示部73通过LCD、EL显示器、CRT显示器等显示装置来实现。 [0049] 记录部75通过可更新记录的闪存、内置或者以数据通信端子连接的硬盘、存储卡等信息记录介质以及其读写装置等来实现，能够适当地采用与用途对应的记录装置来使用。在该记录部75中，预先记录用于使图像处理装置7进行动作、实现该图像处理装置7具备的各种功能的程序、该程序的执行中所使用的数据等，或者处理的每次暂时记录。 [0050] 处理部77由CPU等实现，基于从输入部71输入的输入信号、记录于记录部75中的程序、数据等，进行向构成图像处理装置7的各部的指示、数据的转发等来控制图像处理装置7的动作。该处理部77包括代表亮度矢量收集部773、指标提取部775、和异常检测处理部777，进行对风口图像进行图像处理来监视高炉1的状况，并检测高炉1的异常的处理。 [0051] 接下来，对异常检测装置10进行的高炉1的异常检测的原理进行说明。图3是表示风口图像的一个例子的示意图。如图3所示，风口图像中，风口11近前的喷枪15、从喷枪15投入的粉煤29与风口11内部的燃烧的高炉1内的样子一起被拍摄成烟状。这样的风口图像的亮度信息如上述，例如包括炉热的高低、粉煤的燃烧度、未熔融矿石的落下信息这种高炉1的操作上重要的信息，在高炉1的状况为正常时，在各风口照相机31－1～31－8中拍摄相同的风口图像，另一方面若产生与正常时不同的状况(本说明书中，称为“异常”。)，则在拍摄到产生的异常的风口图像中亮度值降低或者上升。 [0052] 图4是表示从多个风口11的风口图像获得的亮度值的时间序列变化的一个例子的图。图4中示出从4张风口图像得到的亮度值变化L11、L13、L15、L17。 [0053] 正常时的风口图像的亮度值变化表示与伴随着时间推移而产生的通常的炉热变化(正常炉况变化)对应的规则性。例如如图4中虚线包围所示的期间T11那样，各风口图像的亮度值虽然其值有大有小但描绘相同的轨迹而变化。即，在高炉1内的温度处于上升趋势的期间T111中，亮度值在全部的风口图像中逐渐上升，在维持高炉1内的温度的期间T113中，亮度值变化变得平坦，在高炉1内的温度处于下降趋势的期间T115中，亮度值逐渐下降。 [0054] 与此相对，如图4中由点划线包围所示的期间T13那样，若在高炉1的一部分产生因异常的产生所带来的炉况变化(异常炉况变化)，则拍摄到该异常炉况变化的风口图像的亮度值变化L15的方向一部分从其它的风口图像的亮度值变化L11、L13、L17描绘的正常炉况变化的方向偏离。并且，如图4中由双点划线包围所示的期间T15那样，若在高炉1的全体产生异常而异常炉况变化扩大，则各风口图像的亮度值变化L11、L13、L15、L17的方向整体上从正常炉况变化的方向偏离，分别表示一个个的变化趋势。 [0055] 作为以上那样的亮度值的时间序列变化中出现的异常的种类，除了特定的风口11或者全部的风口11中的炉热变化、粉煤燃烧度的异常、未熔融矿石的落下之外，还考虑各种情况。例如例举送风管13内喷枪15折断的情况(喷枪破损时)。若喷枪15折断而从风口照相机31的视野偏离等，则拍摄至此被喷枪15遮挡的风口11内部的样子，所以与正常时的风口图像相比较，图像内的高亮度区域增大。另外，作为其它的异常，存在高炉1内的熔融物高度(即熔渣27的上表面高度)超过操作上安全的液位而上升的情况(熔渣升高时)。熔融物高度的上升成为使风口11熔损的等操作故障的原因。若熔融物高度达到风口照相机31的视野，则风口图像拍摄到熔渣27上升起来的样子，所以图像内的低亮度区域增大。另外，作为其它的异常，存在从喷枪15投入的粉煤的飞散方向发生变化的情况(PCI流动方向异常时)。在这样的情况下，图像内的亮度值的高低在变化的前后发生变动。 [0056] 在本实施方式中，着眼于从各风口图像获得的如前述那样的亮度值的时间序列变化，预先提取指标(指标提取处理)。为此，首先，将针对操作中所拍摄的8张风口图像的每个所决定的代表亮度作为拍摄到相应的风口图像的风口照相机31－1～31－8的代表亮度，并作为下式(1)所示的一组矢量信息(代表亮度矢量)V(t)进行收集。 [0057] [数1] [0058] [0059] 此处，作为代表亮度，例如能够使用相应的风口图像内的各像素的亮度值的最大值(最大亮度)、最小值(最低亮度)、平均值(平均亮度)、中间值(中间亮度)等。将哪个值作为代表亮度根据想要检测的异常的种类来选择最合适的即可。 [0060] 如以上那样收集的代表亮度矢量V(t)能够通过N维空间(N为风口照相机31的数量；在本实施方式中为八维空间)内的1点来表示。图5是表示八维空间中的时间序列的代表亮度矢量V(t)的分布例子的图。若收集充分的数量的代表亮度矢量V(t)，则从正常时的风口图像收集到的表示代表亮度矢量V(t)的八维空间内的点P1分布为在代表亮度矢量V(t)的主要的主成分的方向，即，亮度值的正常炉况变化的方向上分散的椭圆体状。 [0061] 图6是说明主成分方向A以及从主成分的偏离程度的图。表示代表亮度矢量V(t)的点中的正常时的点P21如上述，分布为在代表亮度矢量V(t1)的主成分方向(椭圆体的长轴方向)A上分散的椭圆体状。例如在正常操作的范围内产生图5所示那样的亮度变化的情况下，表示代表亮度矢量V(t2)的点P23同样存在于椭圆体状分布内。与此相对，异常时，由于代表亮度的一个或者多个从正常炉况变化的方向偏离而向假定外侧向变化，所以从与主成分方向A正交的主成分偏离的成分(以下，称为“偏离成分”。)增加。因此，如图4的期间T13那样在高炉1的一部分中产生异常炉况变化时的表示代表亮度矢量V(t3)的点P25从椭圆体状的分布内向其假定外变化的方向偏离(箭头Y23)。 [0062] 因此，在指标提取处理中，对如上述那样收集的充分的数量的代表亮度矢量V(t)进行主成分分析，并提取从主成分方向A偏离的程度作为指标。 [0063] 在异常检测时，随时从以同样的要领在操作中拍摄的风口图像收集代表亮度矢量V(t)，并对评价值进行阈值处理来检测高炉1的异常(异常检测处理)。图7是说明评价值的计算的说明图，图8是说明使用了评价值的异常判定的图。 [0064] 例如图7所示，重新收集作业时由点P3表示的代表亮度矢量V(t4)。使用收集到的t代表亮度矢量V(t4)与主成分矢量A(长度1的单位矢量)的内积A·V(t4)并通过√[{V(t4)}2－{At·V(t4)}2]来计算评价值。该评价值是从代表亮度矢量V(t4)向主成分矢量A方向引出的垂线的长度，表示代表亮度矢量V(t4)从主成分方向偏离的程度，偏离程度越增加(向假定外侧向的变化越大)，评价值越大。 [0065] 而且，在使用了评价值的异常判定中，评价值即从主成分偏离的成分的比例如图8中附加阴影所示，根据是属于根据作为－α以上α以下的阈值范围而预先决定的正常范围还是属于作为阈值范围外的异常范围来判定异常。例如如由八维空间内的点P41表示的代表亮度矢量V(t5)那样评价值为阈值范围内的情况下，将高炉1的状况判定为正常。另一方面，在如由点P43表示的代表亮度矢量V(t6)那样评价值为阈值范围外的情况下，将高炉1的状况判定为异常。 [0066] 接下来，对异常检测装置10进行的具体的处理顺序进行说明。图9是表示图像处理装置7进行的指标提取处理的处理顺序的流程图。另外，图10是表示图像处理装置7进行的异常检测处理的处理顺序的流程图。异常检测装置10通过图像处理装置7预先按照图9的处理顺序进行指标提取处理后，图像处理装置7按照图10的处理顺序进行异常检测处理，从而实施异常检测方法以及高炉操作方法。 [0067] 即，在指标提取处理中，如图9所示，代表亮度矢量收集部773首先，预先从自图像获取装置5转发的8张风口图像例如按照规定的时间间隔等定时收集代表亮度矢量V(t)(步骤S11；收集步骤)。具体而言，代表亮度矢量收集部773在相应的定时对由各风口照相机31拍摄的8张风口图像的每个基于各像素的亮度值来决定代表亮度，并获得根据决定的8张风口图像的每个的代表亮度而规定的上述式(1)所示的代表亮度矢量V(t)。而且，代表亮度矢量收集部773通过进行规定期间的上述代表亮度矢量V(t)的收集，来以时间序列收集一系列的多个代表亮度矢量V(t)。 [0068] 在紧接着的步骤S13中，指标提取部775对如以上那样过去的作业时所收集到的一系列的代表亮度矢量V(t)进行主成分分析，并提取主成分矢量A(提取步骤)。而且，指标提取部775将提取出的主成分矢量A保存于记录部75(步骤S15)。 [0069] 另外，在如以上那样进行指标提取处理后的作业时，例如在按照规定的时间间隔执行图10所示的异常检测处理。在该异常检测处理中，首先，进行步骤S21～步骤S23的处理作为计算步骤。即，代表亮度矢量收集部773首先通过与图9的步骤S11同样的顺序，在相应的定时从自图像获取装置5转发的8张风口图像收集代表亮度矢量V(t)(步骤S21)。之后，异常检测处理部777从记录部75读出主成分矢量A，并通过步骤S21中收集的代表亮度矢量V(t)与读出的主成分矢量A的内积At·V(t)计算√[{V(t)}2－{At·V(t)}2]作为评价值(步骤S23)。 [0070] 接着，进行步骤S25～步骤S27的处理作为异常检测步骤。即，异常检测处理部777对步骤S23中所计算出的评价值进行阈值处理(步骤S25)，并按照下式(2)判定评价值是否是规定的阈值范围外(步骤S27)。 [0071] [数2] [0072] [0073] 而且，异常检测处理部777进行在评价值为阈值范围外的情况下(步骤S27：是)，判定为高炉1产生异常，并在显示部73警告显示该情况的处理(步骤S29)。此外，此处的处理只要至少将高炉1产生异常报告给操作人员即可，可以为通过扬声器等输出装置输出警告音来报告异常的产生的构成。另外，根据在步骤S29中是否判定为高炉1产生异常来控制高炉1的操作条件，并进行针对产生的异常的应对。 [0074] 如以上说明那样，进行针对在本实施方式中，将由各风口照相机31－1～31－8同时拍摄的每个风口图像的8个代表亮度作为一组的代表亮度矢量V(t)的主成分分析，并提取主成分矢量A作为指标。而且，计算通过作业时收集的代表亮度矢量V(t)与主成分矢量A的内积等所计算的从主成分偏离的程度作为评价值，来检测异常的产生。 [0075] 据此，在由高炉1周方向的多个风口11附近的风口照相机31－1～31－8拍摄到的风口图像的一部分或者全部中，其亮度值向与正常炉况变化的方向不同的假定外侧向不均匀地变化的情况下，能够作为操作中的高炉1中产生与正常时的高炉1的状况不同的状况(异常)而进行检测。因此，能够自动地检测以往通过操作人员观察观察窗33来目视各风口11的附近或者在监视室中集中监视各风口11附近的风口图像而直观地检测到的高炉1周方向上的亮度信息的偏差。 [0076] [第2实施方式] [0077] 接下来，对第2实施方式的异常检测装置10的异常检测处理进行说明。图11是表示本实施方式的异常检测装置10的结构例子的示意图。异常检测装置10包括在高炉1的周方向上排列多个的风口11中的任意一个中作为风口观察单元3而设置的风口照相机31、图像获取装置5、和图像处理装置7。图像获取装置5以及图像处理装置7使用工作站、个人计算机等通用计算机来实现。此外，将风口照相机31设置于哪个风口11可适当地设定。 [0078] 风口照相机31随时将拍摄到高炉1的状况的风口图像的图像数据输出给图像获取装置5。图像获取装置5随时获取高炉1的操作中由风口照相机31连续地拍摄的风口图像(动画)的图像数据，并转发给图像处理装置7。 [0079] 图像处理装置7包括输入部71、显示部73、记录部75、和处理部77作为主要的功能部。 [0080] 输入部71用于输入高炉1的异常检测等所需的信息，将与操作输入对应的输入信号输出给处理部77。该输入部71通过键盘、鼠标、触摸面板、各种开关等输入装置来实现。显示部73用于进行例如由风口照相机31拍摄的风口图像的监视器显示、高炉1的异常报告等，基于从处理部77输入的显示信号来显示各种画面。该显示部73通过LCD、EL显示器、CRT显示器等显示装置来实现。 [0081] 记录部75通过可更新记录的闪存，内置或者以数据通信端子连接的硬盘、存储卡等信息记录介质以及其读写装置等来实现，能够适当地采用与用途对应的记录装置来使用。在该记录部75中，预先记录用于使图像处理装置7进行动作，实现该图像处理装置7具备的各种功能的程序、该程序的执行中所使用的数据等，或者处理的每次暂时记录。 [0082] 处理部77由CPU等实现，基于从输入部71输入的输入信号、记录于记录部75的程序、数据等，进行对构成图像处理装置7的各部的指示、数据的转发等来控制图像处理装置7的动作。该处理部77包括区域分割部771、代表亮度矢量收集部773、指标提取部775、和异常检测处理部777，进行对风口图像进行图像处理来监视高炉1的状况，并检测高炉1的异常的处理。 [0083] 接下来，对异常检测装置10进行的高炉1的异常检测的原理进行说明。风口图像中，风口11近前的喷枪15、从喷枪15投入的粉煤与风口11内部的燃烧的高炉1内的样子一起被拍摄成烟状。这样的风口图像的亮度信息如上述包括例如炉热的高低、粉煤的燃烧度、未熔融矿石的落下信息这种高炉1的操作上重要的信息，若高炉1中产生例如炉热变化、粉煤燃烧度的异常、未熔融矿石的落下这种与正常时不同的状况(本说明书中，称为“异常”。)，则在异常产生的前后，风口图像内的亮度值部分地降低或者上升。 [0084] 在本实施方式中，着眼于从风口图像获得的亮度值的部分的变化，预先提取指标(指标提取处理)。为此，首先，将操作中拍摄到的风口图像分割为多个区域。图12以及图13是表示风口图像的区域分割例的图，示意性地示出风口图像拍摄到的风口11、喷枪15、粉煤29等。图12中，将风口图像分割成大致正方形的16个区域A1。另一方面，在图13中，将风口图像分割成上下方向上宽度较窄的长方形的(横长的)16个区域A2。 [0085] 此处，若着眼于高炉1内所产生的未熔融矿石的落下，则落下的未熔融矿石从风口图像的上方出现并向下方移动。因此，以时间序列来看，该情况下的部分的亮度值的变化从风口图像的上方朝向下方发生。在本实施方式中，由于从区域分割成的每个区域的亮度值变化检测异常，所以如前述那样以时间序列观察时的风口图像内的亮度值的部分的变化有方向性的情况下，通过使其方向的分割宽度变窄来实现异常的检测精度的提高。因此，在想要检测未熔融矿石的落下的情况下，进行图13所示那样的上下方向上分割宽度较窄的区域分割较好。反之，对于左右方向，通过设为较宽的分割宽度，能够抑制噪声所引起的异常的误检测。 [0086] 但是，区域分割的区域的形状并不限于图12、图13所示的形状，各个区域的尺寸也可以适当地设定。此外，以下，将风口图像区域分割为图12所示的16的区域A1，适当地将16的区域A1表记为A1－1、2、3、…、16。 [0087] 图14是表示从正常时的风口图像得到的每个区域的亮度值的时间序列变化的一个例子的图。图14中示出从8个区域得到8个亮度值变化。如图14所示，风口图像内，例如拍摄风口11内部的较亮的区域所获得的高亮度部L21、拍摄风口11近前侧的送风管13内、烟状的粉煤等的中亮度部L23、低亮度部L25混合，但如果是正常时，则任意一个区域的亮度值变化L21、L23、L25都分别保持大体同程度的亮度值等级，并且描绘与伴随着时间推移而产生的通常的炉况变化(正常炉况变化)对应的轨迹。 [0088] 与此相对，若在设置有风口照相机31的风口11附近产生因异常的产生所引起的炉况变化(异常炉况变化)，则拍摄到该异常炉况变化的特定的区域的亮度值变化的方向一部分从亮度值等级为同程度的其它区域的亮度值变化描绘的正常炉况变化的方向偏离。 [0089] 作为这样的亮度值的时间序列变化出现的异常的种类，除了上述的炉热变化、粉煤燃烧度的异常、未熔融矿石的落下之外，还考虑各种情况。例如存在高炉1内的熔融物高度(即熔渣27的上表面高度)超过操作上安全的液位而上升的情况(熔渣升高时)。熔融物高度的上升成为使风口11熔损等操作故障的原因。图15是表示熔渣升高时的每个区域的亮度值变化的一个例子的图。若熔融物高度达到风口照相机31的视野，则风口图像拍摄到熔渣27上升起来的样子，所以在拍摄到该情况的区域中，与正常时相比较，亮度值例如变低。结果如图15所示，相应的区域的亮度值变化L211、L213的方向一部分从其它的同等级的亮度值变化L21描绘的正常炉况变化的方向偏离，急剧地下降。 [0090] 另外，作为其它的异常，例举送风管13内喷枪15折断的情况(喷枪破损时)。图16是表示喷枪破损时的每个区域的亮度值变化的一个例子的图。若例如喷枪15折断，拍摄折断的喷枪15的风口图像内的位置移动，则在某区域中，由于拍摄至此被喷枪15遮挡的风口11内部的样子，所以亮度值变高，另一方面，在其它的区域中，由于风口11内部的样子被遮挡，所以亮度值变低。结果如图16所示，拍摄到这些的区域的亮度值变化L231、L251一部分从其变化的方向为其它的同等级的亮度值变化L23描绘的正常炉况变化的方向偏离，急剧地下降，或一部分从其它的同等级的亮度值变化L25描绘的正常炉况变化的方向偏离，急剧地上升。 [0091] 另外，作为其它的异常，存在从喷枪15投入的粉煤的飞散方向发生变化的情况(PCI流动方向异常时)。图17是表示PCI流动方向异常时的每个区域的亮度值变化的一个例子的图。即使在该PCI流动方向异常时，由于风口11内部的观察方法发生变化，所以亮度值的高低在特定的区域中变动。例如图17所示，在因粉煤的飞散方向变化而拍摄风口11内部的样子的区域中，其亮度值变化L233的方向一部分从其它的同等级的亮度值变化L23描绘的正常炉况变化的方向偏离，急剧地上升。反之，在风口11内部的样子被遮挡的区域中，其亮度值变化L215的方向一部分从其它的同等级的亮度值变化L21描绘的正常炉况变化的方向偏离，急剧地下降。 [0092] 因此，在指标提取处理中，将针对每个区域所决定的代表亮度作为相应的区域A1－1、2、3、…、16的代表亮度，作为下式(3)所示的一组的矢量信息(代表亮度矢量)V(t)进行收集。 [0093] [数3] [0094] [0095] 此处，作为代表亮度，例如能够使用相应的风口图像内的各像素的亮度值的最大值(最大亮度)、最小值(最低亮度)、平均值(平均亮度)、中间值(中间亮度)等。将哪个值作为代表亮度根据需要检测的异常的种类来选择最合适的即可。 [0096] 如以上那样收集的代表亮度矢量V(t)能够通过N维空间(N为区域的分割数；在本实施方式中为十六维空间)内的1点来表示。图18是表示十六维空间中的时间序列的代表亮度矢量V(t)的分布例的图。若收集充分的数量的代表亮度矢量V(t)，则从正常时的风口图像收集的表示代表亮度矢量V(t)的十六维空间内的点P1分布为在代表亮度矢量V(t)的主要的主成分的方向，即，亮度值的正常炉况变化的方向上分散的椭圆体状。 [0097] 图19是说明主成分方向A以及从主成分偏离的程度的图。表示代表亮度矢量V(t)的点中的正常时的点P21如上述，分布为在代表亮度矢量V(t1)的主成分方向(椭圆体的长轴方向)A上分散的椭圆体状。例如正常操作的范围内产生图14所示那样的亮度变化的情况下，表示代表亮度矢量V(t2)的点P23同样存在于椭圆体状分布内。与此相对，异常时，由于代表亮度的一个或者多个从正常炉况变化的方向偏离而向假定外侧向变化，所以从与主成分方向A正交的主成分偏离的成分(以下，称为“偏离成分”。)增加。因此，表示风口图像拍摄的风口11附近的一部分产生异常炉况变化时的代表亮度矢量V(t3)的点P25从椭圆体状的分布内向其假定外变化的方向偏离(箭头Y23)。 [0098] 因此，在指标提取处理中，如上述那样对收集的充分的数量的代表亮度矢量V(t)进行主成分分析，并提取从主成分方向A偏离的程度作为指标。 [0099] 在异常检测时，随时从以同样的要领在操作中拍摄的风口图像收集代表亮度矢量V(t)，并对评价值进行阈值处理来检测高炉1的异常(异常检测处理)。图20是说明评价值的计算的说明图，图21是说明使用了评价值的异常判定的图。 [0100] 例如图20所示，重新收集作业时由点P3表示的代表亮度矢量V(t4)。使用收集到的t代表亮度矢量V(t4)与主成分矢量A(长度1的单位矢量)的内积A·V(t4)并通过√[{V(t4)}2－{At·V(t4)}2]来计算评价值。该评价值是从代表亮度矢量V(t4)向主成分矢量A方向引出垂线的长度，表示代表亮度矢量V(t4)从主成分方向偏离的程度，偏离程度越增加(向假定外侧向的变化越大)，评价值越大。 [0101] 而且，在使用了评价值的异常判定中，评价值即从主成分偏离的成分的比例如图21中附加阴影所示根据是属于作为－α以上α以下的阈值范围而预先决定的正常范围还是属于作为阈值范围外的异常范围来判定异常。例如，如由十六维空间内的点P41表示的代表亮度矢量V(t5)那样评价值为阈值范围内的情况下，将高炉1的状况判定为正常。另一方面，如由点P43表示的代表亮度矢量V(t6)那样评价值为阈值范围外的情况下，将高炉1的状况判定为异常。 [0102] 接下来，对异常检测装置10进行的具体的处理顺序进行说明。图22是表示图像处理装置7进行的指标提取处理的处理顺序的流程图。另外，图23是表示图像处理装置7进行的异常检测处理的处理顺序的流程图。异常检测装置10通过图像处理装置7预先按照图22的处理顺序进行指标提取处理后，图像处理装置7按照图23的处理顺序进行异常检测处理来实施异常检测方法以及高炉操作方法。 [0103] 即，在指标提取处理中，首先，从预先自图像获取装置5转发的风口图像例如按照规定的时间间隔等定时收集代表亮度矢量V(t)(步骤S31；收集步骤)。具体而言，区域分割部771首先将在相应的定时由风口照相机31拍摄的风口图像区域分割为多个(在本实施方式中为16)区域。接着，代表亮度矢量收集部773针对每个区域基于各像素的亮度值来决定代表亮度，并获得由决定的每个区域的代表亮度规定的上述式子(3)所示的代表亮度矢量V(t)。而且，区域分割部771以及代表亮度矢量收集部773通过进行规定期间的上述代表亮度矢量V(t)的收集，来以时间序列收集一系列的多个代表亮度矢量V(t)。 [0104] 在紧接着的步骤S33中，指标提取部775如以上那样对在过去的作业时收集到的一系列的代表亮度矢量V(t)进行主成分分析，并提取主成分矢量A(提取步骤)。而且，指标提取部775将提取的主成分矢量A保存于记录部75保存(步骤S35)。 [0105] 另外，如以上那样进行指标提取处理后的作业时，例如按照规定的时间间隔执行图23所示的异常检测处理。在该异常检测处理中，首先，进行步骤S41～步骤S43的处理作为计算步骤。即，通过与图22的步骤S31同样的顺序，区域分割部771将在相应的定时从图像获取装置5转发的风口图像区域分割为多个区域，代表亮度矢量收集部773从各区域收集代表亮度矢量V(t)(步骤S41)。之后，异常检测处理部777从记录部75读出主成分矢量A，并通过步骤S41中收集的代表亮度矢量V(t)与读出的主成分矢量A的内积At·V(t)计算√[{V(t)2 t 2 } －{A·V(t)}]作为评价值(步骤S43)。 [0106] 接着，进行步骤S45～步骤S47的处理作为异常检测步骤。即，异常检测处理部777对步骤S43中计算出的评价值进行阈值处理(步骤S45)，并按照下式(4)判定评价值是否是规定的阈值范围外(步骤S47)。 [0107] [数4] [0108] [0109] 而且，异常检测处理部777进行在评价值为阈值范围外的情况下(步骤S47：是)，判定为高炉1产生异常，并在显示部73对该情况进行警告显示的处理(步骤S49)。此外，此处的处理只要至少能够将高炉1产生异常报告给操作人员即可，可以为通过扬声器等输出装置输出警告音来报告异常的产生的构成。另外，根据步骤S49中是否判定为高炉1产生异常来控制高炉1的操作条件，并进行对产生的异常的应对。 [0110] 如以上说明那样，在本实施方式中，收集对由风口照相机31拍摄的风口图像进行区域分割而将每个区域的代表亮度作为一组的代表亮度矢量V(t)。而且，进行针对收集的代表亮度矢量V(t)的主成分分析，并提取主成分矢量A作为指标。之后，计算从通过作业时收集的代表亮度矢量V(t)与主成分矢量A的内积等所计算的主成分偏离的程度作为评价值，检测异常的产生。 [0111] 据此，在针对每个区域考虑由高炉1的风口11附近的风口照相机31拍摄的风口图像内的亮度值，且其亮度值一部分向与正常炉况变化的方向不同的假定外侧向不均匀地变化的情况下，能够在操作中的高炉1中，作为在设置有风口照相机31的风口11附近产生与正常时的高炉1的状况不同的状况(异常)进行检测。因此，能够精度良好地检测风口11附近所产生的与正常时不同的状况。 [0112] 工业上的利用可能性 [0113] 本发明能够应用于从由设置在高炉的风口附近的照相机拍摄的风口图像检测高炉的异常的处理。 [0114] 附图标记的说明：1…高炉；11…风口；13…送风管；15…喷枪；17…回旋区；21…铁矿石；23…焦炭；25…铁水；27…熔渣；10…异常检测装置；3…风口观察单元；31(31－1～31－8)…风口照相机；5…图像获取装置；7…图像处理装置；71…输入部；73…显示部；75…记录部；77…处理部；771…区域分割部；773…代表亮度矢量收集部；775…指标提取部； 777…异常检测处理部。 |
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