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JP7172302B2 - Sewage treatment operation status evaluation device and sewage treatment operation status evaluation method - Google Patents
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JP7172302B2 - Sewage treatment operation status evaluation device and sewage treatment operation status evaluation method - Google Patents

Sewage treatment operation status evaluation device and sewage treatment operation status evaluation method Download PDF

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Description

本発明は、汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法に関する。 TECHNICAL FIELD The present invention relates to a sewage treatment operation status evaluation device and a sewage treatment operation status evaluation method.

従来より、例えば下水処理施設などの汚水処理施設において、活性汚泥処理によって汚水を浄化することが、広く行われている。活性汚泥処理においては、汚水を貯留した水処理槽において、汚水を曝気等により空気に晒して好気的な微生物に汚濁物質を分解させ、微生物を増殖させて沈降分離することで、汚水が浄化される。 2. Description of the Related Art Conventionally, purification of sewage by activated sludge treatment has been widely performed in sewage treatment facilities such as sewage treatment facilities. In activated sludge treatment, wastewater is exposed to the air by aeration, etc. in a water treatment tank that stores wastewater, and pollutants are decomposed by aerobic microorganisms. be done.

このような、活性汚泥処理が行われる汚水処理施設においては、一般に、汚水処理が順調に行われている場合と、順調ではなく悪化した状態で行われている場合とでは、水処理槽内に出現し優占化する微生物の種類が異なることが知られている。例えば、活性汚泥の状態が良好な場合には、Vorticella属、Epistylis属、有殻アメーバ類Arcella属、輪虫類Philodina属等が優占化する。他方、活性汚泥の状態が悪化した場合、及び良好な状態から悪い状態への過渡期においては、鞭毛虫類Bodo属、Monas属、Amoeba属、及びArcella属等が出現する。 In sewage treatment facilities where activated sludge treatment is carried out, in general, when sewage treatment is being carried out smoothly and when it is being carried out in a deteriorated state rather than smoothly, It is known that the types of microorganisms that appear and dominate are different. For example, when the state of the activated sludge is good, the genus Vorticella, the genus Epistylis, the amoeba genus Arcella, the rotifer genus Philodina and the like are dominant. On the other hand, when the state of activated sludge deteriorates and in the transitional period from good to bad conditions, flagellates such as Bodo, Monas, Amoeba, and Arcella appear.

したがって、水処理槽中の微生物を識別し、微生物と汚水処理の状態を対応付けることで、汚水処理が順調に実行されているか否かを判定、評価することが可能である。
例えば、水処理槽中の活性汚泥をサンプリングして顕微鏡により観察し、上記のような、汚水処理が順調か否かの評価の基準となり得る微生物の存在を確認することが行われている。しかし、これらの操作は基本的に手作業で行われるため、作業に時間を要する。また、作業員に、微生物を識別するための、高度かつ専門的な知識と、長い作業経験により培われた熟練とを必要とする。
Therefore, by identifying the microorganisms in the water treatment tank and associating the microorganisms with the state of sewage treatment, it is possible to determine and evaluate whether the sewage treatment is being carried out smoothly.
For example, activated sludge in a water treatment tank is sampled and observed under a microscope to confirm the presence of microorganisms that can be used as a criterion for evaluating whether sewage treatment is proceeding smoothly. However, since these operations are basically performed manually, it takes time. In addition, workers are required to have advanced and specialized knowledge and skills cultivated through long work experience to identify microorganisms.

これに対し、特許文献1には、活性汚泥処理プロセスの活性汚泥中に出現する微生物を同定及び計数し、このデータから生物相診断装置によりプロセスの処理状態を判定する、生物相診断支援システムが開示されている。この生物相診断支援システムにおいては、顕微鏡カメラ又は水中カメラで撮影した処理水の画像データを入力部で取り込み、この画像データから画像認識システムがモデルベーストマッチング方式による画像認識処理により微生物を自動的に同定及び計数する。
認識に必要な微生物の画像モデルはデータベースにあらかじめ登録されている。画像認識は、微生物の撮影画像のエッジを抽出し、微生物の形状をエッジ画像の直線と円弧成分で特定し、この形状をデータベースに登録しておき、処理水の撮影画像から得る特徴データと照合することにより微生物を同定する。
On the other hand, Patent Document 1 discloses a biota diagnosis support system that identifies and counts microorganisms that appear in activated sludge in an activated sludge treatment process and determines the treatment state of the process using a biota diagnosis device from this data. disclosed. In this biota diagnosis support system, image data of treated water taken with a microscope camera or an underwater camera is captured by the input unit, and the image recognition system automatically identifies microorganisms from this image data by image recognition processing based on the model-based matching method. Identify and count.
Image models of microorganisms required for recognition are registered in advance in a database. Image recognition involves extracting edges from photographed images of microorganisms, identifying the shape of microorganisms using the straight line and arc components of the edge image, registering this shape in a database, and matching it with feature data obtained from photographed images of treated water. Identify the microorganism by

特開平8-197084号公報JP-A-8-197084

特許文献1のような生物相診断支援システムは、エッジ抽出等の古典的な画像処理技術に基づくものである。すなわち、データベースにあらかじめ登録されている画像モデルを作成するに際し、微生物の特徴を効果的に抽出する必要がある。この特徴を抽出する作業には、画像処理の高度な知識が必要である。
また、生物相診断支援システムによる微生物の同定、識別を可能とするには、微生物の特徴が顕著に表現されるように、意図的に特徴を抽出する必要があり、これには依然として、微生物に関する高度に専門的な知識を必要とする。
また、多くの微生物の画像に対して一つずつ、生物相診断支援システムによる効果的な同定、識別が可能な程度に、各微生物固有の特徴を抽出するのは手間がかかる。
このように、特許文献1のような生物相診断支援システムでは、専門的な知識が必要となり、事前の準備に手間がかかるため、導入が容易ではない。
更に、微生物は動きにより形状が変化するため、微生物を精度よく同定、識別することは、本来難しい問題である。これを、特に上記のような古典的な画像処理技術に基づいた生物相診断支援システムにより精度よく行うのは、例えば使用される撮影画像によっては微生物の特徴が表現されておらず、微生物の識別が容易ではないこともあるために容易ではなく、実際に、現在において実用化されていない。
A biota diagnosis support system such as Patent Document 1 is based on a classical image processing technique such as edge extraction. In other words, it is necessary to effectively extract the characteristics of microorganisms when creating an image model registered in advance in a database. The task of extracting this feature requires advanced knowledge of image processing.
In addition, in order to enable the identification and identification of microorganisms by the biota diagnosis support system, it is necessary to intentionally extract the characteristics of microorganisms so that the characteristics of microorganisms are expressed remarkably. Requires highly specialized knowledge.
In addition, it takes time and effort to extract features unique to each microorganism to the extent that they can be effectively identified and distinguished by the biota diagnosis support system for each image of many microorganisms.
As described above, the biota diagnosis support system as disclosed in Patent Literature 1 requires specialized knowledge and takes time and effort to prepare in advance, so it is not easy to introduce.
Furthermore, since the shape of microorganisms changes due to movement, it is inherently difficult to identify and distinguish microorganisms with high accuracy. The reason why this can be accurately performed by the biota diagnosis support system based on the above-mentioned classical image processing technology is that, for example, the characteristics of microorganisms are not expressed depending on the photographed image used, and it is difficult to identify microorganisms. It is not easy because it is not easy, and in fact, it has not been put into practical use at present.

本発明が解決しようとする課題は、導入が容易で、精度よく微生物を識別することで汚水処理の運転状況を評価することができる、汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法を提供することである。 The problem to be solved by the present invention is to provide a sewage treatment operation status evaluation device and a sewage treatment operation status evaluation method that are easy to introduce and can evaluate the operation status of sewage treatment by accurately identifying microorganisms. It is to be.

本発明は、上記課題を解決するため、以下の手段を採用する。すなわち、本発明は、水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設を対象として、前記水処理槽内に生息する前記微生物を撮像した入力画像を解析して前記微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価装置であって、機械学習器を備え、前記微生物に関する学習画像を含む学習データを前記機械学習器に入力して機械学習を行い、前記微生物の識別に関する識別パラメータを生成する微生物特徴学習部と、前記識別パラメータを用いて、前記入力画像内の前記微生物が属する前記識別区分を計算する微生物識別部と、当該微生物識別部における識別結果を基に前記汚水処理の運転状況を評価する運転状況評価部と、を備えている、汚水処理運転状況評価装置を提供する。 In order to solve the above problems, the present invention employs the following means. That is, the present invention is intended for sewage treatment facilities that purify sewage stored in a water treatment tank with microorganisms, and analyzes an input image obtained by imaging the microorganisms living in the water treatment tank, and analyzes the image of the microorganisms. A sewage treatment operation status evaluation device for calculating whether the device belongs to a classification category and evaluating the operation status of sewage treatment, comprising a machine learning device, and inputting learning data including a learning image related to the microorganism to the machine learning device. a microorganism feature learning unit that performs machine learning to generate an identification parameter related to identification of the microorganism; a microorganism identification unit that calculates the identification category to which the microorganism in the input image belongs using the identification parameter; and an operation condition evaluation unit that evaluates the operation condition of the sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit.

また、本発明は、水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設を対象として、前記水処理槽内に生息する前記微生物を撮像した入力画像を解析して前記微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価方法であって、前記微生物に関する学習画像を含む学習データを機械学習器に入力して機械学習を行い、前記微生物の識別に関する識別パラメータを生成し、前記識別パラメータを用いて、前記入力画像内の前記微生物が属する前記識別区分を計算し、識別結果を基に前記汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価方法を提供する。 Further, the present invention is directed to sewage treatment facilities that purify sewage stored in a water treatment tank with microorganisms, and analyzes an input image obtained by imaging the microorganisms living in the water treatment tank, and determines which microorganisms are present. A sewage treatment operation status evaluation method for calculating whether the microorganism belongs to the identification category and evaluating the sewage treatment operation status, wherein learning data including a learning image related to the microorganism is input to a machine learning device to perform machine learning, generating an identification parameter for identifying the microorganism, using the identification parameter to calculate the identification category to which the microorganism belongs in the input image, and evaluating the operation status of the wastewater treatment based on the identification result; A treatment operating condition evaluation method is provided.

本発明によれば、導入が容易で、精度よく微生物を識別することで汚水処理の運転状況を評価することができる、汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a sewage treatment operation status evaluation device and a sewage treatment operation status evaluation method that are easy to introduce and can evaluate the operation status of sewage treatment by accurately identifying microorganisms. .

本発明の第1実施形態における汚水処理施設のブロック図である。1 is a block diagram of a sewage treatment facility according to a first embodiment of the present invention; FIG. 上記汚水処理施設に設けられた汚水処理運転状況評価装置の、制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control device of the sewage treatment operation status evaluation device provided in the sewage treatment facility. 上記制御装置の学習処理部を実現する、機械学習器のブロック図である。4 is a block diagram of a machine learning device that implements the learning processing section of the control device; FIG. 上記第1実施形態における汚水処理運転状況評価方法の、学習時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of learning of the sewage treatment operation|movement situation evaluation method in the said 1st Embodiment. 上記汚水処理運転状況評価方法の、汚水処理運転状況評価時のフローチャートである。It is a flow chart at the time of sewage treatment operation state evaluation of the sewage treatment operation state evaluation method. 上記第1実施形態の変形例における汚水処理運転状況評価装置の、制御装置の学習処理部を実現する、機械学習器のブロック図である。It is a block diagram of the machine learning device which implement|achieves the learning process part of a control apparatus of the sewage treatment operation|movement condition evaluation apparatus in the modification of the said 1st Embodiment. 本発明の第2実施形態における汚水処理運転状況評価装置の、制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control device of the sewage treatment operating condition evaluation device in the second embodiment of the present invention. 上記第2実施形態における汚水処理運転状況評価装置の、制御装置の学習処理部を実現する、機械学習器のブロック図である。It is a block diagram of the machine learning device which implement|achieves the learning process part of the control apparatus of the sewage treatment operation|movement condition evaluation apparatus in the said 2nd Embodiment. 上記第2実施形態における汚水処理運転状況評価方法の、学習時のフローチャートである。It is a flowchart at the time of learning of the sewage treatment operation|movement situation evaluation method in the said 2nd Embodiment. 上記第1実施形態における汚水処理運転状況評価方法の、汚水処理運転状況評価時のフローチャートである。It is a flow chart at the time of sewage treatment operation situation evaluation of the sewage treatment operation situation evaluation method in the said 1st Embodiment.

以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
本実施形態における汚水処理運転状況評価装置は、水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設を対象として、水処理槽内に生息する微生物を撮像した入力画像を解析して微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価するものであって、機械学習器を備え、微生物に関する学習画像を含む学習データを機械学習器に入力して機械学習を行い、微生物の識別に関する識別パラメータを生成する微生物特徴学習部と、識別パラメータを用いて、入力画像内の微生物が属する識別区分を計算する微生物識別部と、微生物識別部における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する運転状況評価部と、を備えている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The sewage treatment operating status evaluation apparatus in the present embodiment is intended for a sewage treatment facility that purifies sewage stored in a water treatment tank with microorganisms, and analyzes an input image of microorganisms living in the water treatment tank. It calculates which identification category a microorganism belongs to and evaluates the operation status of sewage treatment, is equipped with a machine learning device, and inputs learning data including learning images related to microorganisms to the machine learning device to perform machine learning. a microorganism feature learning unit that generates identification parameters for identifying microorganisms; a microorganism identification unit that calculates identification categories to which microorganisms in an input image belong using the identification parameters; and an operating condition evaluation unit that evaluates the operating condition of the process.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態における汚水処理施設のブロック図である。汚水処理施設1は、水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する。
汚水処理施設1は、最初沈殿池2、生物処理反応槽(水処理槽)3、反応槽計測器4、最終沈殿池5、散気板6、ブロア7、曝気調整バルブ8、返送汚泥ポンプ9、汚泥引抜ポンプ10、汚水処理運転状況評価装置20、及び第1~第5配管L1、L2、L3、L4、L5を備えている。
[First embodiment]
FIG. 1 is a block diagram of a sewage treatment facility in the first embodiment. The sewage treatment facility 1 purifies sewage stored in a water treatment tank using microorganisms.
The sewage treatment facility 1 includes a primary sedimentation tank 2, a biological treatment reaction tank (water treatment tank) 3, a reaction tank measuring instrument 4, a final sedimentation tank 5, an air diffuser plate 6, a blower 7, an aeration control valve 8, and a return sludge pump 9. , a sludge extraction pump 10, a sewage treatment operation status evaluation device 20, and first to fifth pipes L1, L2, L3, L4, and L5.

最初沈殿池2には、有機物を含む汚水が導入される。最初沈殿池2においては、導入された汚水内の小さなゴミや砂等が取り除かれて、大まかな固液分離が行われる。ゴミ等が取り除かれた汚水は、第1配管L1を介して、生物処理反応槽3に送られる。 Wastewater containing organic matter is introduced into the primary sedimentation tank 2 . In the primary sedimentation tank 2, small dust, sand, etc. are removed from the introduced sewage, and rough solid-liquid separation is performed. The sewage from which dust and the like have been removed is sent to the biological treatment reaction tank 3 through the first pipe L1.

生物処理反応槽3では、微生物により汚水が生物処理され、浄化される。浄化の際に、汚水は曝気等により空気に晒されて、好気的な微生物が、有機物を分解するとともに、有機物を資化することに伴って増殖することにより、活性汚泥が形成される。活性汚泥処理された水は、第2配管L2を介して、最終沈殿池5に送られる。
生物処理反応槽3内の下部には、ブロア7から第3配管L3を介して空気が供給される。第3配管L3の、ブロア7と生物処理反応槽3との間には、曝気調整バルブ8が設けられている。曝気調整バルブ8を開閉すると、曝気量が変化し、これにより生物処理反応槽3内の溶存酸素量が調整されて、微生物による生物処理の進行度合いが制御される。生物処理反応槽3の、第3配管L3により空気が供給される部分には、酸素の溶解効率を高めるための散気板6が設けられている。
In the biological treatment reaction tank 3, sewage is biologically treated and purified by microorganisms. At the time of purification, sewage is exposed to the air by aeration or the like, and aerobic microorganisms decompose organic matter and proliferate along with assimilating the organic matter to form activated sludge. The activated sludge treated water is sent to the final sedimentation tank 5 via the second pipe L2.
Air is supplied from the blower 7 to the lower part of the biological treatment reactor 3 through the third pipe L3. An aeration control valve 8 is provided between the blower 7 and the biological treatment reactor 3 of the third pipe L3. Opening and closing the aeration control valve 8 changes the amount of aeration, thereby adjusting the amount of dissolved oxygen in the biological treatment reaction tank 3 and controlling the progress of biological treatment by microorganisms. A part of the biological treatment reactor 3 to which air is supplied by the third pipe L3 is provided with an air diffusion plate 6 for increasing the efficiency of dissolving oxygen.

最終沈殿池5では、生物処理反応槽3から送られた活性汚泥処理された水に含まれる活性汚泥が沈殿されて、汚水が浄化される。最終沈殿池5で活性汚泥が分離された上澄みは、処理水として系外に放流される。
最終沈殿池5で沈殿した汚泥の一部は、返送汚泥ポンプ9により第4配管L4を通じて再び生物処理反応槽3に戻され、活性汚泥処理に再利用される。残りの汚泥は余剰汚泥として汚泥引抜ポンプ10により第5配管L5を通じて排出されて汚泥処理施設等に送られ、水分を除かれた後に焼却処理される。
In the final sedimentation tank 5, the activated sludge contained in the activated sludge-treated water sent from the biological treatment reaction tank 3 is precipitated to purify sewage. The supernatant from which the activated sludge has been separated in the final sedimentation tank 5 is discharged out of the system as treated water.
A part of the sludge settled in the final sedimentation tank 5 is returned to the biological treatment reaction tank 3 through the fourth pipe L4 by the return sludge pump 9 and reused for activated sludge treatment. The remaining sludge is discharged as surplus sludge by the sludge extraction pump 10 through the fifth pipe L5, sent to a sludge treatment facility or the like, and incinerated after water is removed.

本第1実施形態における汚水処理運転状況評価装置20は、上記のような、生物処理反応槽3に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設1を対象としている。
上記のような汚水処理施設1においては、汚水処理が順調に行われている場合と、順調ではなく悪化した状態で行われている場合とでは、生物処理反応槽3内に出現し優占化する微生物の種類が異なることがある。例えば、活性汚泥の状態が良好な場合には、Vorticella属、Epistylis属、有殻アメーバ類Arcella属、輪虫類Philodina属等が優占化する。他方、活性汚泥の状態が悪化した場合、及び良好な状態から悪い状態への過渡期においては、鞭毛虫類Bodo属、Monas属、Amoeba属、及びArcella属等が出現する。
The sewage treatment operation status evaluation device 20 in the first embodiment is intended for the sewage treatment facility 1 that purifies the sewage stored in the biological treatment reaction tank 3 as described above using microorganisms.
In the sewage treatment facility 1 as described above, when sewage treatment is performed smoothly and when it is performed in a deteriorated state rather than smoothly, it appears in the biological treatment reaction tank 3 and becomes dominant. different types of microorganisms may be used. For example, when the state of the activated sludge is good, the genus Vorticella, the genus Epistylis, the amoeba genus Arcella, the rotifer genus Philodina and the like are dominant. On the other hand, when the state of activated sludge deteriorates and in the transitional period from good to bad conditions, flagellates such as Bodo, Monas, Amoeba, and Arcella appear.

本第1実施形態における汚水処理運転状況評価装置20は、生物処理反応槽3中の微生物を識別し、微生物と汚水処理の状態を対応付けることで、汚水処理が順調に実行されているか否かを判定、評価する。より詳細には、汚水処理運転状況評価装置20は、生物処理反応槽3内に生息する微生物を撮像した入力画像を解析して微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する。
すなわち、汚水処理運転状況評価装置20は、微生物を撮像した入力画像を解析して微生物を識別するものであるため、微生物を、その外観的特徴に依存して識別する。
The sewage treatment operation status evaluation device 20 in the first embodiment identifies microorganisms in the biological treatment reaction tank 3 and associates the microorganisms with the state of sewage treatment to determine whether sewage treatment is being performed smoothly. Judge and evaluate. More specifically, the sewage treatment operation status evaluation device 20 analyzes an input image of microorganisms inhabiting the biological treatment reaction tank 3, calculates which identification category the microorganisms belong to, and evaluates the sewage treatment operation status. Evaluate.
That is, the sewage treatment operation status evaluation device 20 analyzes an input image of microorganisms to identify the microorganisms, and thus identifies the microorganisms depending on their appearance characteristics.

ここで、汚水処理運転状況評価装置20が微生物を識別、分類する識別区分としては、生物分類における一階級、例えば一つの「属」に属する微生物の各々において、これら微生物の形状に同じ特徴を備え、なおかつ活性汚泥に対して共通した、すなわち良好か悪化かのいずれか一方の作用をもたらす場合においては、当該「属」が一つの識別区分に相当するようにしてもよい。
また、例えば、一つの「属」に属する微生物の各々において、これら微生物の形状の備える特徴が複数の種類に大別され、その複数の種類の各々において、属する各微生物が活性汚泥の状況に対して共通した、すなわち良好か悪化かのいずれか一方の作用をもたらす場合においては、大別された種類の各々が、一つの識別区分に相当するようにしてもよい。
あるいは、仮に「属」による分類を跨いで、形状の備える特徴及び活性汚泥に対する作用が共通する微生物が複数存在する場合には、これらをまとめて一つの識別区分としてもよい。
Here, as an identification classification for the sewage treatment operation status evaluation device 20 to identify and classify microorganisms, each microorganism belonging to one class, for example, one "genus" in the biological classification has the same characteristics in the shape of these microorganisms. In addition, when it has a common effect on activated sludge, that is, it has either good or bad effects, the "genus" may correspond to one identification category.
In addition, for example, in each of the microorganisms belonging to one "genus", the characteristics of the shape of these microorganisms are roughly divided into a plurality of types, and in each of the plurality of types, each microorganism belongs to the activated sludge situation. In the case of common, ie, good or bad effects, each of the broadly classified types may correspond to one identification division.
Alternatively, if there are a plurality of microorganisms that have common shape features and actions on activated sludge across the classification by "genus", they may be collectively classified as one identification category.

すなわち、本第1実施形態における汚水処理運転状況評価装置20は、形状に同じ特徴を備え、及び活性汚泥に対する作用が共通している複数の微生物が一つの識別区分に属するように、微生物の種類を複数の識別区分に分割、分類し、汚水処理の運転状況の評価時に、入力画像に撮像されている微生物がどの識別区分に属するかを計算するものである。 That is, the sewage treatment operation status evaluation device 20 in the first embodiment is configured so that a plurality of microorganisms having the same characteristics in shape and having a common action on activated sludge belong to one identification category. is divided and classified into a plurality of identification categories, and when evaluating the operation status of sewage treatment, it is calculated to which identification category the microorganisms captured in the input image belong.

以下、汚水処理運転状況評価装置20の詳細を説明する。汚水処理運転状況評価装置20は、撮像装置21と制御装置22を備えている。 Details of the sewage treatment operation status evaluation device 20 will be described below. The sewage treatment operating condition evaluation device 20 includes an imaging device 21 and a control device 22 .

撮像装置21は、本第1実施形態においては、例えば生物処理反応槽3内に設けられた水中カメラであり、生物処理反応槽3内の活性汚泥を拡大撮影するものである。撮像装置21はこれに限られず、例えば撮像装置21内の活性汚泥を自動的に採取し顕微鏡により拡大して撮像するようなシステムであってもよい。 In the first embodiment, the imaging device 21 is, for example, an underwater camera provided inside the biological treatment reaction tank 3, and takes enlarged images of the activated sludge inside the biological treatment reaction tank 3. The imaging device 21 is not limited to this, and may be a system that automatically collects the activated sludge in the imaging device 21, enlarges it with a microscope, and takes an image, for example.

制御装置22は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。図2は、制御装置22のブロック図である。制御装置22は、微生物撮影部23、画像蓄積部24、微生物特徴学習部25、判定画像取得部26、微生物識別部27、及び運転状況評価部28を備えている。微生物特徴学習部25は、学習画像取得部30、ラベリング部31、学習処理部32、及び学習パラメータ記憶部33を備えている。
これら制御装置22の構成要素のうち、微生物撮影部23、判定画像取得部26、微生物識別部27、運転状況評価部28、学習画像取得部30、ラベリング部31、及び学習処理部32は、例えば上記情報処理装置内のCPUにより実行されるソフトウェア、プログラムであってよい。また、画像蓄積部24及び学習パラメータ記憶部33は、上記情報処理装置内外に設けられた半導体メモリや磁気ディスクなどの記憶装置により実現されていてよい。
The control device 22 is, for example, an information processing device such as a personal computer. FIG. 2 is a block diagram of the controller 22. As shown in FIG. The control device 22 includes a microorganism imaging unit 23 , an image storage unit 24 , a microorganism feature learning unit 25 , a judgment image acquisition unit 26 , a microorganism identification unit 27 and an operating condition evaluation unit 28 . The microbial feature learning unit 25 includes a learning image acquisition unit 30 , a labeling unit 31 , a learning processing unit 32 and a learning parameter storage unit 33 .
Among the components of the control device 22, the microorganism imaging unit 23, the determination image acquisition unit 26, the microorganism identification unit 27, the driving situation evaluation unit 28, the learning image acquisition unit 30, the labeling unit 31, and the learning processing unit 32 are, for example, It may be software or a program executed by the CPU in the information processing apparatus. Also, the image storage unit 24 and the learning parameter storage unit 33 may be realized by a storage device such as a semiconductor memory or a magnetic disk provided inside or outside the information processing apparatus.

後に説明するように、微生物識別部27は、制御装置22に入力された入力画像内の微生物が属する識別区分を計算し、これを基に運転状況評価部28が汚水処理の運転状況を評価する。この、微生物の識別や汚水処理の運転状況の評価を効果的に行うために、特に微生物特徴学習部25は、後に説明するように機械学習器を備えており、微生物に関する学習画像を含む学習データを機械学習器に入力して機械学習を行い、微生物の識別に関する識別パラメータを生成する。
すなわち、制御装置22は大別して、微生物の識別区分の学習と、運転状況の評価の、2通りの動作を行う。説明を簡単にするために、以下ではまず、識別区分の学習時における、制御装置22の各構成要素の説明をした後に、運転状況の評価時での各構成要素の挙動について説明する。
As will be described later, the microorganism identification unit 27 calculates identification categories to which the microorganisms in the input image input to the control device 22 belong, and the operation condition evaluation unit 28 evaluates the operation condition of sewage treatment based on this. . In order to effectively identify the microorganisms and evaluate the operation status of the sewage treatment, the microorganism feature learning unit 25 is equipped with a machine learning device as will be described later. is input to a machine learning machine to perform machine learning to generate identification parameters for identifying microorganisms.
That is, the control device 22 can be roughly divided into two types of operations: learning of identification categories of microorganisms and evaluation of operating conditions. To simplify the explanation, first, each component of the control device 22 during learning of the identification category will be described, and then the behavior of each component during evaluation of the driving situation will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して、生物処理反応槽3内の、あるいは生物処理反応槽3から自動的に採取された、活性汚泥を撮像する。微生物撮影部23は、更に、例えば撮像された画像内から何らかの物体が撮像されている部分を切り出して適切な大きさとなるように拡大し、学習画像として画像蓄積部24へと送信する。
微生物撮影部23は、これら学習画像が、機械学習器の適切な学習に要する枚数となるまで、撮像と画像蓄積部24への送信を実行する。
Microorganism imaging unit 23 controls imaging device 21 to image activated sludge in biological treatment reaction tank 3 or automatically collected from biological treatment reaction tank 3 . Microorganism photographing unit 23 further cuts out, for example, a portion in which some object is photographed from the photographed image, enlarges it to an appropriate size, and transmits it to image storage unit 24 as a learning image.
Microorganism imaging unit 23 performs imaging and transmission to image storage unit 24 until the number of these learning images reaches the number required for proper learning of the machine learning device.

画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の学習画像を蓄積、記憶する。 The image accumulation unit 24 accumulates and stores the plurality of learning images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .

微生物特徴学習部25の学習画像取得部30は、画像蓄積部24から学習画像を取得し、ラベリング部31へ送信する。 The learning image acquisition unit 30 of the microorganism feature learning unit 25 acquires the learning images from the image storage unit 24 and transmits them to the labeling unit 31 .

ラベリング部31は、学習画像取得部30から送信された学習画像を受信する。
ラベリング部31は、図示されない表示装置に学習画像を逐次表示する。作業者は、表示装置に表示される学習画像を閲覧し、それが微生物である場合には、当該微生物に対応する識別区分に相当するラベルを、学習画像に対応付ける。
識別区分のラベルが対応付けられた学習画像は、後に説明する機械学習器の学習データとなる。すなわち、本第1実施形態における機械学習器は、微生物に関する学習画像と、当該学習画像に対応する微生物の識別区分の情報を教師データとして入力して、教師あり学習を行うものである。
ラベリング部31は、学習データを学習処理部32へと送信する。
The labeling unit 31 receives the learning images transmitted from the learning image acquisition unit 30 .
The labeling unit 31 sequentially displays the learning images on a display device (not shown). The operator views the learning image displayed on the display device, and if the image is a microorganism, associates the label corresponding to the identification section corresponding to the microorganism with the learning image.
The learning image associated with the identification segment label becomes learning data for a machine learning device to be described later. That is, the machine learning device in the first embodiment performs supervised learning by inputting, as teacher data, learning images related to microorganisms and information on identification categories of microorganisms corresponding to the learning images.
The labeling unit 31 transmits learning data to the learning processing unit 32 .

学習処理部32は、ラベリング部31から学習データを受信する。
学習処理部32は、図3にブロック図として示されている、機械学習器40を備えている。本第1実施形態における機械学習器40は、畳み込み深層学習を行うものであり、特に畳み込みニューラルネットワーク(Convolutional Neural Network)により実現されている。機械学習器40は、人工知能ソフトウェアの一部であるプログラムモジュールとして利用される、適切な学習パラメータが学習された学習済みモデル40Aを生成するものである。
機械学習器40は、畳み込み処理部41と全結合部42を備えている。畳み込み処理部41は、第1畳み込み層44、第2畳み込み層45、及び第3畳み込み層46を備えている。第1畳み込み層44は、入力層47と出力層48を備えている。
The learning processing unit 32 receives learning data from the labeling unit 31 .
The learning processing unit 32 comprises a machine learner 40, shown as a block diagram in FIG. The machine learning device 40 in the first embodiment performs convolutional deep learning, and is realized particularly by a convolutional neural network. The machine learner 40 generates a trained model 40A trained with appropriate learning parameters, which is used as a program module that is part of artificial intelligence software.
The machine learning device 40 includes a convolution processing section 41 and a full coupling section 42 . The convolution processing unit 41 includes a first convolution layer 44 , a second convolution layer 45 and a third convolution layer 46 . The first convolutional layer 44 comprises an input layer 47 and an output layer 48 .

学習処理部32は、機械学習器40に、学習画像43を入力する。図3においては、学習画像43は、R、G、Bの3つのチャンネル43R、43G、43Bを備えた画像として示されている。
第1畳み込み層44は、図示されない所定の数の第1フィルタを備えている。機械学習器40は、各第1フィルタに対し、これを学習画像43上に位置付け、第1フィルタの学習画像43の各画素の画素値に対して、第1フィルタ内に画素位置に対応して設定された重みを付けて和を計算することで、畳み込みフィルタ処理を実行する。これにより、第1畳み込み層44における1つの画素の画素値が演算される。機械学習器40は、第1フィルタを学習画像43上で所定の解像度刻みで移動させつつ、このような畳み込みフィルタ処理を実行することで複数の画素値を演算し、これを並べて、第1フィルタに対応した1枚の画像を生成する。この画像は、適用された第1フィルタによって第1フィルタに対応した特徴が抽出されたものであるため、第1特徴マップ44mと呼称する。
機械学習器40は、この処理を、全ての第1フィルタに対して実行し、第1フィルタの数に応じた第1特徴マップ44mを生成する。
The learning processing unit 32 inputs the learning image 43 to the machine learning device 40 . In FIG. 3, the training image 43 is shown as an image with three R, G, B channels 43R, 43G, 43B.
The first convolutional layer 44 comprises a predetermined number of first filters, not shown. For each first filter, the machine learning device 40 positions it on the learning image 43, and for each pixel value of each pixel of the learning image 43 of the first filter, finds a pixel position in the first filter corresponding to the pixel position. Convolution filtering is performed by calculating the sum with the set weights. Thereby, the pixel value of one pixel in the first convolutional layer 44 is calculated. The machine learning device 40 calculates a plurality of pixel values by performing such convolution filtering while moving the first filter on the learning image 43 in predetermined resolution increments. generates a single image corresponding to This image is referred to as the first feature map 44m because the feature corresponding to the first filter is extracted by the applied first filter.
The machine learning device 40 executes this process for all first filters to generate first feature maps 44m corresponding to the number of first filters.

第1フィルタは、実際には、学習画像43の画素値の強調や平滑化等を重みとして表現したものである。このような第1フィルタを用いて畳み込みフィルタ処理を実行して生成された第1特徴マップ44mにおいては、エッジ特徴等の画像の濃淡パターンが効果的に抽出されている。また、学習画像43の局所的な領域から第1フィルタを通して特徴を抽出するため、学習画像43内に存在する物体の位置のずれに対して頑健となる。 The first filter actually expresses the enhancement, smoothing, etc. of the pixel values of the learning image 43 as weights. In the first feature map 44m generated by executing the convolution filtering process using such a first filter, the density pattern of the image such as the edge feature is effectively extracted. In addition, since the features are extracted from the local area of the learning image 43 through the first filter, it is robust against displacement of the object existing in the learning image 43 .

第1畳み込み層44においては、畳み込みフィルタ処理の後に、プーリング処理が実行される。より詳細には、各第1特徴マップ44mを例えば2×2の大きさの複数の小領域に区切り、各小領域に対して当該小領域内の画素値の最大値を算出して、1つの画素の画素値とすることで、各第1特徴マップ44mの2×2の小領域の各々を1×1の画素へと変換し、情報を縮約させる。すなわち、本第1実施形態においては、プーリング処理は最大プーリング処理である。プーリング処理は、上記のように、各第1特徴マップ44mの局所領域から最大の画素値を選択するため、画像に特化された適切な特徴のみを残すことが可能であり、以降の処理を効率的に行うことができる。 In the first convolutional layer 44, pooling processing is performed after convolution filtering. More specifically, each first feature map 44m is divided into, for example, a plurality of small regions having a size of 2×2, and the maximum value of the pixel values in each small region is calculated to obtain one By using the pixel values of pixels, each of the 2×2 small regions of each first feature map 44m is converted into 1×1 pixels, thereby reducing the information. That is, in the first embodiment, the pooling process is the maximum pooling process. Since the pooling process selects the maximum pixel value from the local area of each first feature map 44m as described above, it is possible to leave only appropriate features specialized for the image, and subsequent processes can be performed. can be done efficiently.

第1畳み込み層44において生成された、プーリング処理された第1特徴マップ44mは、第2畳み込み層45の入力画像となる。 The pooled first feature map 44m generated in the first convolutional layer 44 becomes the input image of the second convolutional layer 45 .

第2畳み込み層45においては、第1畳み込み層44と同様に、畳み込みフィルタ処理とプーリング処理が順次実行される。
第2畳み込み層45は、第1畳み込み層44と同様に、所定の数の第2フィルタを備えており、これらを用いて畳み込みフィルタ処理を実行し、更にプーリング処理を実行することで、第2フィルタの数に応じた所定の数の、プーリング処理された第2特徴マップ45mを生成する。
In the second convolution layer 45, similarly to the first convolution layer 44, convolution filter processing and pooling processing are sequentially performed.
Like the first convolution layer 44, the second convolution layer 45 includes a predetermined number of second filters. A predetermined number of pooled second feature maps 45m are generated according to the number of filters.

第3畳み込み層46においても、畳み込みフィルタ処理とプーリング処理が順次実行される。
第3畳み込み層46も、所定の数の第3フィルタを備えており、これらを用いて畳み込みフィルタ処理を実行し、更にプーリング処理を実行することで、第3フィルタの数に応じた所定の数の、プーリング処理された第3特徴マップ46mを生成する。
各第1、第2、及び第3フィルタの重みは、機械学習により調整される。
プーリング処理された第3特徴マップ46mの画素値情報は、入力層47への入力となる。
Also in the third convolution layer 46, the convolution filtering process and the pooling process are sequentially executed.
The third convolution layer 46 also has a predetermined number of third filters, and performs convolution filtering using these filters, and further performs pooling processing to obtain a predetermined number of filters according to the number of the third filters. , to generate a pooled third feature map 46m.
The weights of each first, second and third filter are adjusted by machine learning.
The pooled pixel value information of the third feature map 46 m is input to the input layer 47 .

入力層47は、所定の数の入力ノード47nを備えている。各入力ノード47nは、プーリング処理された第3特徴マップ46mの全ての画素値と結合しており、層間に結合荷重を備えている。入力層47においては、この結合荷重に基づいて、プーリング処理された第3特徴マップ46mの各画素値情報に対して重み付け和を演算し、その結果にReLU(Rectified Liner Unit)等の出力関数を適用した値が、各入力ノード47nに格納される。 The input layer 47 has a predetermined number of input nodes 47n. Each input node 47n is connected to all pixel values of the pooled third feature map 46m and has a connection weight between layers. In the input layer 47, based on this connection weight, a weighted sum is calculated for each pixel value information of the pooled third feature map 46m, and an output function such as ReLU (Rectified Liner Unit) is applied to the result. The applied value is stored in each input node 47n.

本第1実施形態における機械学習器40は、入力された画像内の微生物が複数の識別区分のいずれに属しているかを学習し、機械学習により適切な学習パラメータが学習された学習済みモデル40Aは多クラス分類を行うものである。このため、微生物の識別区分の数をN個とすると、出力層48は、N個の出力ノード48nを備えた構成となっている。この値Nは、例えば、汚水処理運転状況評価装置20が設置される汚水処理施設1において、1年間のうちに出現する可能性がある微生物の総種類を対象として設定され得る。
各出力ノード48nは、入力層47の全ての入力ノード47nと結合しており、層間に結合荷重を備えている。出力層48においては、この結合荷重に基づいて、入力ノード47nに対して重み付け和を演算し、その結果に出力関数を適用した値が、出力ノード48nに格納される。
The machine learning device 40 in the first embodiment learns to which of a plurality of classification categories the microorganisms in the input image belong, and the trained model 40A in which appropriate learning parameters have been learned by machine learning is It performs multi-class classification. Therefore, if the number of identification divisions of microorganisms is N, the output layer 48 is configured to have N output nodes 48n. This value N can be set, for example, for all types of microorganisms that are likely to appear within one year in the sewage treatment plant 1 in which the sewage treatment operational status evaluation device 20 is installed.
Each output node 48n is coupled to all input nodes 47n of the input layer 47 with a connection weight between the layers. In the output layer 48, a weighted sum is calculated for the input node 47n based on this connection weight, and a value obtained by applying the output function to the result is stored in the output node 48n.

機械学習器40においては、第1畳み込み層44に入力された学習画像43が、上記のような畳み込み処理部41と全結合部42において処理され、出力ノード48nに処理結果が格納される。
本第1実施形態においては、入力された画像内の微生物が属する識別区分に対応する出力ノード48nの値が所定の第1判定値、例えば1に近く、他の出力ノード48nの値が所定の第2判定値、例えば0に近い値となるように、設計されている。
In the machine learning device 40, the learning image 43 input to the first convolution layer 44 is processed by the convolution processing unit 41 and the full connection unit 42 as described above, and the processing result is stored in the output node 48n.
In the first embodiment, the value of the output node 48n corresponding to the identification section to which the microorganisms in the input image belong is a predetermined first judgment value, for example close to 1, and the value of the other output node 48n is a predetermined value. It is designed to be a second judgment value, for example, a value close to zero.

この場合には、機械学習器40に入力された学習画像43に対応するラベル、すなわち微生物が属する識別区分の情報が、当該学習画像43を用いて機械学習器40に学習させる際の正解値として使用される。より詳細には、学習画像43内の微生物が属する識別区分に対応する出力ノード48nが第1判定値を、他の出力ノード48nが第2判定値を、それぞれ本来出力すべきであるものとし、これらの値と実際に機械学習器40から出力された値との2乗誤差を、コスト関数とする。
その上で、このコスト関数を小さくするように、誤差逆伝搬法等により、畳み込み処理部41の各フィルタの重みの値、全結合部42の各結合荷重の値等を調整することで、機械学習器40が機械学習される。
学習処理部32は、機械学習が終了した時点における、これらの、畳み込み処理部41の各フィルタの重みの値、全結合部42の各結合荷重の値等を、学習パラメータとして学習パラメータ記憶部33へ送信する。
In this case, the label corresponding to the learning image 43 input to the machine learning device 40, that is, the information of the identification division to which the microorganism belongs, is used as the correct value when the machine learning device 40 learns using the learning image 43. used. More specifically, the output node 48n corresponding to the identification section to which the microorganism in the learning image 43 belongs should originally output the first determination value, and the other output nodes 48n should output the second determination value. A squared error between these values and the values actually output from the machine learning device 40 is used as a cost function.
Then, by adjusting the weight value of each filter of the convolution processing unit 41, the value of each connection weight of the all-connection unit 42, etc. by the error back propagation method or the like so as to reduce this cost function, the machine The learner 40 is machine-learned.
The learning processing unit 32 stores the weight value of each filter of the convolution processing unit 41, the value of each connection weight of the all-connection unit 42, and the like at the time when the machine learning is completed as learning parameters in the learning parameter storage unit 33. Send to

学習パラメータ記憶部33は、学習処理部32から学習パラメータを受信して、蓄積、記憶する。 The learning parameter storage unit 33 receives learning parameters from the learning processing unit 32 and accumulates and stores them.

上記のように、機械学習器40は、微生物の特徴を学習パラメータに反映させて学習済みモデル40Aを生成することにより機械学習を実行する。学習処理部32に記憶されたこの学習パラメータは、次に説明する運転状況の評価において、微生物の識別に関する識別パラメータとして使用される。より詳細には、運転状況の評価においては、学習処理部32により生成された、学習パラメータを備えた学習済みモデル40Aが例えばCPU上でプログラムとして実行されることで、評価対象の画像内の微生物が属する識別区分を特定する。
このように、微生物特徴学習部25は、学習データを機械学習器40に入力して機械学習を行い、微生物の識別に関する識別パラメータを生成する。
As described above, the machine learning device 40 performs machine learning by reflecting the characteristics of microorganisms in the learning parameters and generating the trained model 40A. The learning parameters stored in the learning processing unit 32 are used as identification parameters for identification of microorganisms in the evaluation of driving conditions, which will be described below. More specifically, in the evaluation of the driving situation, the learned model 40A having the learning parameters generated by the learning processing unit 32 is executed as a program on the CPU, for example, so that the microorganisms in the image to be evaluated Identify the identification category to which the belongs.
In this way, the microorganism feature learning unit 25 inputs learning data to the machine learning device 40 to perform machine learning and generate identification parameters for identifying microorganisms.

次に、制御装置22における、運転状況の評価時での各構成要素の挙動について説明する。 Next, the behavior of each component at the time of evaluation of the driving situation in the control device 22 will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して、生物処理反応槽3内の、あるいは生物処理反応槽3から自動的に採取された、活性汚泥を撮像して微生物の画像を生成し、入力画像として画像蓄積部24へと送信する。
微生物撮影部23は、これら入力画像が、運転状況の評価に要する枚数となるまで、撮像と画像蓄積部24への送信を実行する。
The microorganism imaging unit 23 controls the imaging device 21 to image the activated sludge in the biological treatment reaction tank 3 or automatically collected from the biological treatment reaction tank 3 to generate an image of microorganisms, and input It is transmitted to the image storage unit 24 as an image.
Microorganism imaging unit 23 performs imaging and transmission to image storage unit 24 until the number of input images reaches the number required for evaluating the driving situation.

画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の入力画像を蓄積、記憶する。 The image accumulation unit 24 accumulates and stores a plurality of input images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .

判定画像取得部26は、画像蓄積部24から入力画像を取得し、微生物識別部27へ送信する。 The determination image acquisition unit 26 acquires the input image from the image storage unit 24 and transmits it to the microorganism identification unit 27 .

微生物識別部27は、判定画像取得部26から送信された入力画像を受信する。
微生物識別部27は、更に、学習パラメータ記憶部33から学習パラメータ、すなわち微生物の識別に関する識別パラメータを取得する。
微生物識別部27は、識別パラメータを用いて、入力画像内の微生物が属する識別区分を計算する。より詳細には、微生物識別部27は、畳み込み処理部41の各フィルタの重みの値、全結合部42の各結合荷重の値等が上記のように学習済みの値とされた機械学習器40、すなわち学習済みモデル40Aを例えばCPU上でプログラムとして実行し、入力画像を入力することで、識別区分を計算する。
The microorganism identification section 27 receives the input image transmitted from the determination image acquisition section 26 .
The microorganism identifying unit 27 further acquires learning parameters from the learning parameter storage unit 33, that is, identification parameters relating to identification of microorganisms.
The microorganism identification unit 27 uses the identification parameters to calculate the identification category to which the microorganisms in the input image belong. More specifically, the microorganism identification unit 27 uses the machine learning unit 40 in which the values of the weights of the filters of the convolution processing unit 41, the values of the connection weights of the all-connection unit 42, and the like are learned values as described above. That is, the learned model 40A is executed as a program on a CPU, for example, and an input image is input to calculate the identification segment.

すなわち、図3に示されるように、入力画像49が学習済みモデル40Aの第1畳み込み層44に入力されると、第1畳み込み層44は畳み込みフィルタ処理及びプーリング処理を順次実行する。続いて、第2及び第3畳み込み層45、46が畳み込みフィルタ処理及びプーリング処理をそれぞれ実行して、プーリング処理された第3特徴マップ46mを生成する。
更に、このプーリング処理された第3特徴マップ46mを入力として、全結合部42において重み付け和を演算する処理を実行し、最終的に各出力ノード48nに処理結果が格納される。
That is, as shown in FIG. 3, when the input image 49 is input to the first convolution layer 44 of the trained model 40A, the first convolution layer 44 sequentially performs convolution filtering and pooling. Subsequently, the second and third convolution layers 45, 46 perform convolution filtering and pooling, respectively, to generate a third pooled feature map 46m.
Furthermore, the pooled third feature map 46m is used as an input, and the weighted sum calculation is executed in the all-connector 42, and finally the processing result is stored in each output node 48n.

各出力ノード48nにおいては、既に説明したように、入力された画像内の微生物が属する識別区分に対応する出力ノード48nの値が所定の第1判定値、例えば1に近く、他の出力ノード48nの値が所定の第2判定値、例えば0に近い値となるように、設計されている。したがって、例えば最も第1判定値に近い出力ノード48nに対応する識別区分が、入力された入力画像49内の微生物が属するものであると識別、特定される。
このように、微生物識別部27は、学習済みモデル40Aに対して入力画像49を入力して、入力画像49内の微生物が属する識別区分を計算する。
微生物識別部27は、全ての入力画像49に対して微生物に対応する識別区分を計算し、計算された全ての識別区分を運転状況評価部28へ送信する。
For each output node 48n, as already explained, the value of the output node 48n corresponding to the identification section to which the microorganism in the input image belongs is close to the predetermined first judgment value, for example 1, and the other output node 48n is designed to be a predetermined second judgment value, for example, a value close to zero. Therefore, for example, the identification section corresponding to the output node 48n closest to the first determination value is identified and specified as belonging to the microorganism in the input image 49 that has been input.
In this way, the microorganism identification unit 27 inputs the input image 49 to the trained model 40A, and calculates identification categories to which microorganisms in the input image 49 belong.
The microorganism identification unit 27 calculates identification categories corresponding to microorganisms for all input images 49 and transmits all calculated identification categories to the driving situation evaluation unit 28 .

運転状況評価部28は、微生物識別部27から、計算された全ての識別区分を受信する。
運転状況評価部28は、微生物識別部27における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する。より詳細には、受信した全ての識別区分を統計し、例えばVorticella属、Epistylis属、有殻アメーバ類Arcella属、輪虫類Philodina属等の活性汚泥の状態が良好な場合に優占化する微生物に対応する識別区分の割合が所定の第1閾値以上である場合には、運転状況が良好であると評価する。また、例えば鞭毛虫類Bodo属、Monas属およびAmoeba属等の活性汚泥の状態が悪化した場合、及び良好な状態から悪い状態への過渡期において出現する微生物、例えばArcella属等に対応する識別区分の割合が所定の第2閾値以上である場合には、運転状況が悪化していると評価する。
このように、運転状況評価部28は、複数の入力画像49に対して微生物識別部27によって計算された識別区分ごとの微生物の比率すなわち微生物の出現率を基に、汚水処理の運転状況を評価する。
The operating condition evaluation unit 28 receives all calculated identification categories from the microorganism identification unit 27 .
The operation status evaluation unit 28 evaluates the operation status of sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit 27 . More specifically, all the received identification divisions are statistically analyzed, for example, microorganisms that dominate when the state of activated sludge is good, such as the genus Vorticella, the genus Epistylis, the amoeba genus Arcella, and the rotifer Philodina genus is equal to or greater than a predetermined first threshold value, the driving condition is evaluated as good. In addition, for example, when the state of activated sludge such as flagellate genus Bodo, Monas and Amoeba is deteriorated, and when the state of activated sludge is deteriorated, and microorganisms that appear in the transitional period from good to bad conditions, identification categories corresponding to microorganisms such as the genus Arcella is equal to or greater than a predetermined second threshold value, it is evaluated that the driving condition is deteriorating.
In this way, the operation status evaluation unit 28 evaluates the operation status of sewage treatment based on the ratio of microorganisms for each identification category calculated by the microorganism identification unit 27 for a plurality of input images 49, that is, the appearance rate of microorganisms. do.

次に、図1~図3、及び図4、図5を用いて、上記の汚水処理運転状況評価装置20によって運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価方法を説明する。図4は、汚水処理運転状況評価方法の、学習時のフローチャートである。図5は、汚水処理運転状況評価方法の、汚水処理運転状況評価時のフローチャートである。
本汚水処理運転状況評価方法は、水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設1を対象として、水処理槽内に生息する微生物を撮像した入力画像を解析して微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価するものであって、微生物に関する学習画像を含む学習データを機械学習器40に入力して機械学習を行い、微生物の識別に関する識別パラメータを生成し、識別パラメータを用いて、入力画像内の微生物が属する識別区分を計算し、識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する。
まず、図4を用いて、識別区分の学習時における動作を説明する。
Next, referring to FIGS. 1 to 3, 4, and 5, a sewage treatment operation status evaluation method for evaluating the operation status using the sewage treatment operation status evaluation device 20 will be described. FIG. 4 is a flow chart of the sewage treatment operation status evaluation method during learning. FIG. 5 is a flowchart of the sewage treatment operation status evaluation method of the sewage treatment operation status evaluation method.
This sewage treatment operation status evaluation method is intended for a sewage treatment facility 1 that purifies sewage stored in a water treatment tank with microorganisms. It calculates to which identification category it belongs and evaluates the operation status of sewage treatment. Learning data including learning images related to microorganisms is input to a machine learning device 40 to perform machine learning, and identification related to microorganism identification. A parameter is generated, the identification parameter is used to calculate the identification section to which the microorganisms in the input image belong, and the operation status of the sewage treatment is evaluated based on the identification result.
First, with reference to FIG. 4, the operation during learning of the identification segment will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して、活性汚泥を撮像する(ステップS1)。微生物撮影部23は、更に、例えば撮像された画像内から何らかの物体が撮像されている部分を切り出して適切な大きさとなるように拡大し、学習画像として画像蓄積部24へと送信する。
画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の学習画像を蓄積、記憶する。
Microorganism imaging unit 23 controls imaging device 21 to image activated sludge (step S1). Microorganism photographing unit 23 further cuts out, for example, a portion in which some object is photographed from the photographed image, enlarges it to an appropriate size, and transmits it to image storage unit 24 as a learning image.
The image accumulation unit 24 accumulates and stores the plurality of learning images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .

微生物特徴学習部25の学習画像取得部30は、画像蓄積部24から学習画像を取得し、ラベリング部31へ送信する。
ラベリング部31は、学習画像取得部30から送信された学習画像を受信する。
ラベリング部31は、図示されない表示装置に学習画像を逐次表示する。作業者は、表示装置に表示される学習画像を閲覧し、それが微生物である場合には、当該微生物に対応する識別区分に相当するラベルを、学習画像に対応付ける(ステップS3)。
ラベリング部31は、学習データを学習処理部32へと送信する。
The learning image acquisition unit 30 of the microorganism feature learning unit 25 acquires the learning images from the image storage unit 24 and transmits them to the labeling unit 31 .
The labeling unit 31 receives the learning images transmitted from the learning image acquisition unit 30 .
The labeling unit 31 sequentially displays the learning images on a display device (not shown). The operator browses the learning image displayed on the display device, and if it is a microorganism, associates the label corresponding to the identification section corresponding to the microorganism with the learning image (step S3).
The labeling unit 31 transmits learning data to the learning processing unit 32 .

学習処理部32は、ラベリング部31から学習データを受信する。
学習処理部32は、機械学習器40に、学習画像43を入力する。機械学習器40においては、入力された学習画像43が、畳み込み処理部41と全結合部42において処理され、出力ノード48nに処理結果が格納される。
この処理結果に対し、コスト関数を小さくするように、誤差逆伝搬法等により、畳み込み処理部41の各フィルタの重みの値、全結合部42の各結合荷重の値等を調整することで、機械学習器40を機械学習する(ステップS5)。
学習処理部32は、機械学習が終了した時点における、これらの、畳み込み処理部41の各フィルタの重みの値、全結合部42の各結合荷重の値等を、学習パラメータとして学習パラメータ記憶部33へ送信する。
The learning processing unit 32 receives learning data from the labeling unit 31 .
The learning processing unit 32 inputs the learning image 43 to the machine learning device 40 . In the machine learning device 40, the input learning image 43 is processed in the convolution processing section 41 and the full connection section 42, and the processing result is stored in the output node 48n.
By adjusting the weight value of each filter of the convolution processing unit 41, the value of each connection weight of the total coupling unit 42, etc. by the error back propagation method or the like so as to reduce the cost function for this processing result, Machine learning is performed by the machine learning device 40 (step S5).
The learning processing unit 32 stores the weight value of each filter of the convolution processing unit 41, the value of each connection weight of the all-connection unit 42, and the like at the time when the machine learning is completed as learning parameters in the learning parameter storage unit 33. Send to

学習パラメータ記憶部33は、学習処理部32から学習パラメータを受信して、蓄積、記憶する(ステップS7)。 The learning parameter storage unit 33 receives the learning parameters from the learning processing unit 32, and accumulates and stores them (step S7).

次に、図5を用いて、運転状況の評価時における動作を説明する。 Next, with reference to FIG. 5, the operation during evaluation of the driving situation will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して、活性汚泥を撮像して微生物の画像を生成し、入力画像として画像蓄積部24へと送信する。
画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の入力画像を蓄積、記憶する。
判定画像取得部26は、画像蓄積部24から入力画像49を取得し、微生物識別部27へ送信する(ステップS11)。
Microorganism imaging unit 23 controls imaging device 21 to image activated sludge to generate an image of microorganisms, and transmits the generated image to image storage unit 24 as an input image.
The image accumulation unit 24 accumulates and stores a plurality of input images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .
The determination image acquisition unit 26 acquires the input image 49 from the image storage unit 24 and transmits it to the microorganism identification unit 27 (step S11).

微生物識別部27は、判定画像取得部26から送信された入力画像49を受信する。
微生物識別部27は、更に、学習パラメータ記憶部33から学習パラメータ、すなわち微生物の識別に関する識別パラメータを取得する。
微生物識別部27は、識別パラメータを用いて、入力画像49内の微生物が属する識別区分を計算する(ステップS13)。より詳細には、微生物識別部27は、畳み込み処理部41の各フィルタの重みの値、全結合部42の各結合荷重の値等が上記のように学習済みの値とされた機械学習器40、すなわち学習済みモデル40Aを例えばCPU上でプログラムとして実行し、入力画像49を入力することで、識別区分を計算する。
微生物識別部27は、全ての入力画像49に対して微生物に対応する識別区分を計算し、計算された全ての識別区分を運転状況評価部28へ送信する。
The microorganism identification section 27 receives the input image 49 transmitted from the judgment image acquisition section 26 .
The microorganism identifying unit 27 further acquires learning parameters from the learning parameter storage unit 33, that is, identification parameters relating to identification of microorganisms.
The microorganism identification unit 27 uses the identification parameters to calculate identification categories to which the microorganisms in the input image 49 belong (step S13). More specifically, the microorganism identification unit 27 uses the machine learning unit 40 in which the values of the weights of the filters of the convolution processing unit 41, the values of the connection weights of the all-connection unit 42, and the like are learned values as described above. That is, the learned model 40A is executed as a program on a CPU, for example, and the input image 49 is input to calculate the identification segment.
The microorganism identification unit 27 calculates identification categories corresponding to microorganisms for all input images 49 and transmits all calculated identification categories to the driving situation evaluation unit 28 .

運転状況評価部28は、微生物識別部27から、計算された全ての識別区分を受信する。
運転状況評価部28は、微生物識別部27における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する(ステップS15)。
The operating condition evaluation unit 28 receives all calculated identification categories from the microorganism identification unit 27 .
The operation status evaluation unit 28 evaluates the operation status of sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit 27 (step S15).

次に、上記の汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法の効果について説明する。 Next, the effects of the sewage treatment operating condition evaluation device and the sewage treatment operation condition evaluation method will be described.

本第1実施形態における汚水処理運転状況評価装置20は、生物処理反応槽(水処理槽)3に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設1を対象として、生物処理反応槽3内に生息する微生物を撮像した入力画像49を解析して微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価装置20であって、機械学習器40を備え、微生物に関する学習画像43を含む学習データを機械学習器40に入力して機械学習を行い、微生物の識別に関する識別パラメータを生成する微生物特徴学習部25と、識別パラメータを用いて、入力画像49内の微生物が属する識別区分を計算する微生物識別部27と、微生物識別部27における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する運転状況評価部28と、を備えている。
上記のような構成によれば、微生物特徴学習部25は、微生物に関する学習画像43を含む学習データを機械学習器40に入力して機械学習を行うため、画像中の微生物の特徴を効果的に抽出して、これを反映した識別パラメータを、自動的に生成可能である。このため、汚水処理運転状況評価装置20を導入するに際し、画像処理の高度な知識が特に求められない。
また、微生物固有の特徴が顕著に表現されるように、作業員が意図的に特徴を抽出する必要がないため、微生物に関する高度に専門的な知識も、特に求められない。本第1実施形態においては、作業者の、微生物にラベルを対応付ける作業が必要ではあるが、微生物の特徴抽出に必要とされるほどの、特に高度な知識は求められない。
したがって、汚水処理運転状況評価装置20の導入が容易である。
また、識別パラメータの精度は、機械学習器40に入力する学習データを多く用意することにより、容易に向上させることができる。
更に、微生物識別部27が、微生物が属する識別区分を計算するに際し、上記のように生成された識別パラメータを用いている。この識別パラメータは、機械学習器40によって微生物の外観を抽象化した特徴が反映されたものである。このため、微生物が属する識別区分を計算するに際し、微生物の撮像された角度、大きさ、色合い、天候や時刻に依存した明度などにより受ける影響等を抑制可能である。
したがって、微生物の属する識別区分の計算精度を、すなわち汚水処理の運転状況の評価の精度を、高めることが可能である。
The sewage treatment operation status evaluation device 20 in the first embodiment is targeted for the sewage treatment facility 1 that purifies the sewage stored in the biological treatment reaction tank (water treatment tank) 3 with microorganisms. A sewage treatment operation status evaluation device 20 that analyzes an input image 49 that captures microorganisms inhabiting a sewage treatment system, calculates which identification category the microorganisms belong to, and evaluates the operation status of sewage treatment, and is a machine learning device 40 A microorganism feature learning unit 25 that inputs learning data including a learning image 43 related to microorganisms to a machine learning device 40 to perform machine learning and generates identification parameters for identifying microorganisms, and an input image using the identification parameters A microorganism identification unit 27 that calculates identification categories to which microorganisms in 49 belong, and an operation status evaluation unit 28 that evaluates the operation status of sewage treatment based on the identification results of the microorganism identification unit 27 are provided.
According to the above configuration, the microorganism feature learning unit 25 performs machine learning by inputting learning data including the learning image 43 related to microorganisms to the machine learning device 40, so that the feature of microorganisms in the image can be effectively recognized. It is possible to extract and automatically generate identification parameters that reflect this. For this reason, when introducing the sewage treatment operating condition evaluation device 20, advanced knowledge of image processing is not particularly required.
In addition, since it is not necessary for the operator to intentionally extract the features so that the unique features of the microorganisms can be conspicuously expressed, highly specialized knowledge of the microorganisms is not particularly required. In the first embodiment, the operator is required to associate labels with microorganisms, but does not require particularly advanced knowledge required for extracting characteristics of microorganisms.
Therefore, introduction of the sewage treatment operating condition evaluation device 20 is easy.
Also, the accuracy of the identification parameter can be easily improved by preparing a large amount of learning data to be input to the machine learning device 40 .
Furthermore, the microorganism identification unit 27 uses the identification parameter generated as described above when calculating the identification category to which the microorganism belongs. This identification parameter reflects the features of the appearance of microorganisms abstracted by the machine learning device 40 . Therefore, when calculating the identification category to which the microorganism belongs, it is possible to suppress the influence of the imaged angle, size, color, and brightness depending on the weather and time of the microorganism.
Therefore, it is possible to improve the calculation accuracy of the identification category to which microorganisms belong, that is, the accuracy of evaluation of the operation status of sewage treatment.

また、機械学習器40は、畳み込み深層学習を行うものである。特に、本第1実施形態においては、機械学習器40は、畳み込みニューラルネットワークにより実現されている。
上記のような構成によれば、汚水処理運転状況評価装置20を適切に実現可能である。
Further, the machine learning device 40 performs convolutional deep learning. Particularly, in the first embodiment, the machine learning device 40 is implemented by a convolutional neural network.
According to the configuration as described above, the sewage treatment operation status evaluation device 20 can be properly implemented.

また、機械学習器40は、学習画像43に加えて、学習画像43に対応する微生物の識別区分の情報を教師データとして入力して微生物の特徴を学習パラメータに反映させて学習済みモデル40Aを生成することにより機械学習を実行し、識別パラメータは学習パラメータである。
更に、微生物識別部27は、学習済みモデル40Aに対して入力画像49を入力して、入力画像49内の微生物が属する識別区分を計算する。
例えば従来の、古典的な画像処理技術に基づいたシステムにおいては、システムへの入力となる撮像画像の明度や画質等は、汚水処理施設1の環境に大きく依存する。このため、運転状況の評価に際し、画像処理における様々なパラメータを、撮像環境に応じて適切に調整しなければならない場合がある。
これに対し、上記のような構成によれば、機械学習器40は機械学習を実行して学習済みモデル40Aを生成し、微生物識別部27は学習パラメータすなわち識別パラメータが反映された学習済みモデル40Aに対して入力画像49を入力して、入力画像49内の微生物が属する識別区分を計算する。すなわち、運転状況の評価において使用される入力画像49は、微生物の特徴が反映された学習済みモデル40Aによって処理されることで効率的に特徴が抽出されるため、撮像環境の影響を低減することができる。したがって、汚水処理運転状況評価装置20の運用が容易となる。
In addition to the learning image 43, the machine learning device 40 inputs information on the classification of microorganisms corresponding to the learning image 43 as teacher data, reflects the characteristics of the microorganisms in the learning parameters, and generates a trained model 40A. and the discriminating parameter is the learning parameter.
Furthermore, the microorganism identification unit 27 inputs the input image 49 to the learned model 40A and calculates identification categories to which microorganisms in the input image 49 belong.
For example, in a conventional system based on a classical image processing technique, the brightness, image quality, etc. of a captured image that is input to the system greatly depends on the environment of the sewage treatment facility 1 . Therefore, when evaluating the driving situation, it may be necessary to appropriately adjust various parameters in image processing according to the imaging environment.
On the other hand, according to the configuration as described above, the machine learning device 40 executes machine learning to generate the learned model 40A, and the microorganism identification unit 27 has the learned model 40A in which the learning parameter, that is, the identification parameter is reflected. input image 49 to calculate the identification section to which the microorganism in the input image 49 belongs. That is, the input image 49 used in the evaluation of the driving situation is processed by the learned model 40A that reflects the characteristics of the microorganisms, so that the characteristics are efficiently extracted, so that the influence of the imaging environment can be reduced. can be done. Therefore, operation of the sewage treatment operating condition evaluation device 20 is facilitated.

また、機械学習器40は、学習画像43内の微生物が複数の識別区分のいずれに属しているかを学習する。
上記のような構成によれば、1つの機械学習器40のみにより微生物が属する識別区分を計算可能であるため、汚水処理運転状況評価装置20内に設ける機械学習器40の数が低減可能である。すなわち、機械学習する対象となる機械学習器40の数が低減するため、汚水処理運転状況評価装置20の導入が容易である。
In addition, the machine learning device 40 learns to which of a plurality of identification categories the microorganisms in the learning image 43 belong.
According to the configuration as described above, it is possible to calculate the identification category to which microorganisms belong using only one machine learning device 40, so the number of machine learning devices 40 provided in the sewage treatment operation status evaluation device 20 can be reduced. . That is, since the number of machine learning devices 40 to be machine-learned is reduced, introduction of the sewage treatment operating condition evaluation device 20 is easy.

また、運転状況評価部28は、複数の入力画像49に対して微生物識別部27によって計算された識別区分ごとの微生物の出現率を基に、汚水処理の運転状況を評価する。
上記のような構成によれば、汚水処理の運転状況を高い精度で評価することができる。
The operation status evaluation unit 28 also evaluates the operation status of sewage treatment based on the appearance rate of microorganisms for each identification category calculated by the microorganism identification unit 27 for the plurality of input images 49 .
According to the configuration as described above, it is possible to evaluate the operation status of sewage treatment with high accuracy.

特に、上記のような汚水処理運転状況評価装置20は、微生物の種類が多い場合に有効である。微生物の種類が多くなると、類似した微生物であっても運転状況への影響が異なるものがある可能性があるため、例えば従来の、古典的な画像処理技術に基づいたシステムにおいては、微生物を誤って識別した結果、運転状況を誤って評価する可能性がある。また、従来のシステムにおいては微生物の種類に応じて作業員が特徴を抽出しなければならないため、導入に際して要する手間が微生物の種類に比例して増大する。
これに対し、汚水処理運転状況評価装置20においては、微生物の種類が増大した場合においても、機械学習器40が微生物の特徴を正確にとらえて識別区分ごとに識別、計算するように学習するため運転状況の誤評価を抑制でき、かつ、学習データを作成すれば特徴の抽出自体は自動でなされるため導入コストの増加も微細である。このように、汚水処理運転状況評価装置20に関して既に説明した上記の効果の各々は、従来のシステムに比べると、微生物の種類が多い場合により顕著となり得る。
In particular, the sewage treatment operation status evaluation device 20 as described above is effective when there are many types of microorganisms. As the number of types of microorganisms increases, even similar microorganisms may have different effects on operating conditions. This may result in an erroneous assessment of the driving situation. In addition, in the conventional system, workers must extract features according to the type of microorganism, so the labor required for introduction increases in proportion to the type of microorganism.
On the other hand, in the sewage treatment operation status evaluation device 20, even when the number of types of microorganisms increases, the machine learning device 40 learns to accurately identify the characteristics of microorganisms and to identify and calculate for each identification category. It is possible to suppress erroneous evaluation of the driving situation, and since the feature extraction itself is automatically performed once the learning data is created, the increase in introduction cost is minimal. In this way, each of the effects already described with respect to the sewage treatment operational status evaluation device 20 can be more pronounced when there are many types of microorganisms compared to conventional systems.

[第1実施形態の変形例]
次に、図6を用いて、上記第1実施形態として示した汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法の変形例を説明する。図6は、本変形例における汚水処理運転状況評価装置の学習処理部が備える、機械学習器50のブロック図である。本変形例における汚水処理運転状況評価装置は、上記第1実施形態の汚水処理運転状況評価装置20とは、機械学習器50の構成が異なっている。
[Modification of First Embodiment]
Next, with reference to FIG. 6, a modification of the sewage treatment operating condition evaluation device and the sewage treatment operation condition evaluation method shown as the first embodiment will be described. FIG. 6 is a block diagram of the machine learning device 50 included in the learning processing unit of the sewage treatment operation status evaluation device in this modified example. The sewage treatment operating condition evaluation device in this modification differs from the sewage treatment operation condition evaluation device 20 of the first embodiment in the configuration of the machine learning device 50 .

上記第1実施形態においては、学習処理部32は、微生物の識別区分の数をN個とした場合にNクラス分類を学習する機械学習器40を1つだけ備えていた。本変形例における学習処理部が備える機械学習器50は、N個の機械学習器50-1~50-Nを備えている。
機械学習器50-1~50-Nの各々は、微生物の識別区分の各々に対応しており、入力された画像内の微生物が対応する識別区分に属しているか否かを学習する。すなわち、本変形例における、機械学習により適切な学習パラメータが学習された各学習済みモデルは、2クラス分類を行うものである。
In the first embodiment, the learning processing unit 32 has only one machine learning device 40 that learns N class classification when the number of classification categories of microorganisms is N. The machine learning device 50 included in the learning processing unit in this modification includes N machine learning devices 50-1 to 50-N.
Each of the machine learning units 50-1 to 50-N corresponds to each identification division of microorganisms, and learns whether or not the microorganism in the input image belongs to the corresponding identification division. That is, each trained model in which appropriate learning parameters have been learned by machine learning in this modified example performs two-class classification.

より詳細には、機械学習器50-1~50-Nの各々の出力層58は、2つの出力ノード58a、58bを備えている。機械学習器50-1~50-Nの各々は、入力された画像中に対応する識別区分の微生物が無い場合に一方の出力ノード58aの値が所定の第1判定値、例えば1に近く、他方の出力ノード58bの値が所定の第2判定値、例えば0に近い値となるように、なおかつ、微生物が有る場合に出力ノード58aの値が第2判定値に近く、出力ノード58bの値が第1判定値に近い値となるように、設計されている。
このような機械学習器50-1~50-Nの各々に対し、微生物に関する学習画像と、当該機械学習器に対応する識別区分に学習画像内の微生物が属しているか否かの情報を教師データとして入力して、教師あり学習が行われる。
学習パラメータ記憶部はこのように機械学習された、複数の機械学習器50-1~50-Nの各々の、畳み込み処理部51の各フィルタの重みの値、全結合部52の各結合荷重の値等を、学習パラメータとして蓄積、記憶する。
More specifically, the output layer 58 of each of the machine learners 50-1 to 50-N has two output nodes 58a, 58b. Each of machine learning devices 50-1 to 50-N determines that the value of one output node 58a is close to a predetermined first judgment value, for example, 1, when there is no microorganism in the corresponding identification section in the input image, so that the value of the other output node 58b becomes a predetermined second judgment value, for example, a value close to 0, and when the microorganisms are present, the value of the output node 58a is close to the second judgment value and the value of the output node 58b is designed to be close to the first judgment value.
For each of the machine learning devices 50-1 to 50-N, training images related to microorganisms and information as to whether or not the microorganisms in the learning images belong to the identification section corresponding to the machine learning device are provided as teacher data. , and supervised learning is performed.
The learning parameter storage unit stores the weight values of the filters of the convolution processing unit 51 and the connection weights of the total coupling unit 52 of each of the plurality of machine learners 50-1 to 50-N, which are machine-learned in this way. Values and the like are accumulated and stored as learning parameters.

微生物識別部は、判定画像取得部から受信した入力画像の各々を、機械学習器50-1~50-Nの各々に対応する全ての学習済みモデルに入力し、各学習済みモデルによる、対応する識別区分に属する微生物の有無の判定結果を集計することで、入力画像内の微生物が属する識別区分を計算する。 The microorganism identification unit inputs each of the input images received from the determination image acquisition unit to all the learned models corresponding to each of the machine learning devices 50-1 to 50-N, and the corresponding By aggregating the determination results of the presence or absence of microorganisms belonging to the identification section, the identification section to which the microorganism in the input image belongs is calculated.

本変形例が、既に説明した第1実施形態と同様な効果を奏することは言うまでもない。
特に、本変形例においては、微生物の識別区分ごとに、対応する機械学習器50-1~50-Nを備え、機械学習器50-1~50-Nの各々は、学習画像内の微生物が対応する識別区分に属しているか否かを学習する。
上記のような構成によれば、機械学習器50-1~50-Nの各々が、対応する識別区分に特化して機械学習されるため、微生物の識別区分をより正確に計算することができる。
また、例えば複数の微生物が撮像された画像が入力画像として入力されてしまった場合において、上記第1実施形態の汚水処理運転状況評価装置20では、学習済みモデル40Aが微生物の属する識別区分の判断をしあぐねた結果、これら複数の微生物の属する識別区分の各々に対応する複数の出力ノード48nが、例えば第1判定値と第2判定値の中間の値を出力するような事態が生じ得る。これに対し、本変形例の構成では、各学習済みモデルは対応する識別区分に属する微生物のみを検出するように動作するため、複数の微生物が撮像されている入力画像に対しては、各識別区分に対応する学習済みモデル50-1~50-Nの出力ノード58bが第1判定値に近い値を出力する。したがって、入力画像内に複数の微生物が撮像されているような場合であっても、各微生物に対応する識別区分を正確に計算、特定することができる。
It goes without saying that this modified example has the same effect as the already described first embodiment.
In particular, in this modification, machine learning devices 50-1 to 50-N are provided corresponding to each classification of microorganisms, and each of the machine learning devices 50-1 to 50-N determines whether the microorganism in the learning image is It learns whether it belongs to the corresponding identification category.
According to the configuration as described above, each of the machine learners 50-1 to 50-N is machine-learned specifically for the corresponding identification classification, so that the identification classification of microorganisms can be calculated more accurately. .
Further, for example, when an image in which a plurality of microorganisms are captured is input as an input image, in the sewage treatment operation status evaluation device 20 of the first embodiment, the learned model 40A determines the classification classification to which the microorganisms belong. As a result of hesitation, a situation may arise in which a plurality of output nodes 48n corresponding to each of the identification divisions to which these plurality of microorganisms belong output intermediate values, for example, between the first judgment value and the second judgment value. On the other hand, in the configuration of this modified example, each trained model operates to detect only microorganisms belonging to the corresponding classification division. The output nodes 58b of the trained models 50-1 to 50-N corresponding to the segment output values close to the first judgment value. Therefore, even when a plurality of microorganisms are imaged in the input image, it is possible to accurately calculate and identify the identification section corresponding to each microorganism.

[第2実施形態]
次に、第2実施形態における汚水処理運転状況評価装置60を説明する。本第2実施形態においては、上記第1実施形態と共通する構成については図中に同じ符号を付して説明を省略する。
汚水処理運転状況評価装置60は、第1実施形態における汚水処理運転状況評価装置20と同様に、図1を用いて説明した汚水処理施設1に用いられている。
汚水処理運転状況評価装置60は、撮像装置21と制御装置62を備えている。
撮像装置21は第1実施形態と同様なものである。
[Second embodiment]
Next, the sewage treatment operating condition evaluation device 60 in the second embodiment will be described. In the second embodiment, the same reference numerals as in the first embodiment are used in the drawing, and the description thereof is omitted.
The sewage treatment operating condition evaluation device 60 is used in the sewage treatment plant 1 described with reference to FIG. 1, like the sewage treatment operation condition evaluation device 20 in the first embodiment.
The sewage treatment operating condition evaluation device 60 includes an imaging device 21 and a control device 62 .
The imaging device 21 is similar to that of the first embodiment.

制御装置62は、例えばパーソナルコンピュータ等の情報処理装置である。図7は、制御装置62のブロック図である。制御装置62は、微生物撮影部23、画像蓄積部24、微生物特徴学習部65、判定画像取得部26、特徴量抽出部68、特徴量蓄積部69、判定特徴量取得部70、微生物識別部71、及び運転状況評価部28を備えている。微生物特徴学習部65は、機械学習部66とクラスタリング部67を備えている。機械学習部66は、学習画像取得部30、学習処理部81、及び学習パラメータ記憶部82を備えている。クラスタリング部67は、学習特徴量取得部83、クラスタリング実行部84、クラスタリングパラメータ記憶部85、結果提示部86、及び対応付け記憶部88を備えている。
これら制御装置22の構成要素のうち、微生物撮影部23、判定画像取得部26、特徴量抽出部68、判定特徴量取得部70、微生物識別部71、運転状況評価部28、学習画像取得部30、学習処理部81、学習特徴量取得部83、クラスタリング実行部84、及び結果提示部86は、例えば上記情報処理装置内のCPUにより実行されるソフトウェア、プログラムであってよい。また、画像蓄積部24、特徴量蓄積部69、学習パラメータ記憶部82、クラスタリングパラメータ記憶部85、及び対応付け記憶部88は、上記情報処理装置内外に設けられた半導体メモリや磁気ディスクなどの記憶装置により実現されていてよい。
The control device 62 is, for example, an information processing device such as a personal computer. FIG. 7 is a block diagram of the controller 62. As shown in FIG. The control device 62 includes a microorganism imaging unit 23, an image storage unit 24, a microorganism feature learning unit 65, a determination image acquisition unit 26, a feature extraction unit 68, a feature storage unit 69, a determination feature acquisition unit 70, and a microorganism identification unit 71. , and a driving situation evaluation unit 28 . The microorganism feature learning section 65 includes a machine learning section 66 and a clustering section 67 . The machine learning unit 66 includes a learning image acquisition unit 30 , a learning processing unit 81 and a learning parameter storage unit 82 . The clustering unit 67 includes a learned feature quantity acquisition unit 83 , a clustering execution unit 84 , a clustering parameter storage unit 85 , a result presentation unit 86 and an association storage unit 88 .
Among the components of the control device 22, the microorganism imaging unit 23, the determination image acquisition unit 26, the feature amount extraction unit 68, the determination feature amount acquisition unit 70, the microorganism identification unit 71, the driving situation evaluation unit 28, and the learning image acquisition unit 30 , the learning processing unit 81, the learning feature amount acquisition unit 83, the clustering execution unit 84, and the result presentation unit 86 may be software or programs executed by the CPU in the information processing apparatus, for example. Further, the image storage unit 24, the feature amount storage unit 69, the learning parameter storage unit 82, the clustering parameter storage unit 85, and the association storage unit 88 are stored in semiconductor memories, magnetic disks, etc. provided inside or outside the information processing apparatus. It may be realized by an apparatus.

第1実施形態と同様に、制御装置62は大別して、微生物の識別区分の学習と、運転状況の評価の、2通りの動作を行う。説明を簡単にするために、以下ではまず、識別区分の学習時における、制御装置62の各構成要素の説明をした後に、運転状況の評価時での各構成要素の挙動について説明する。 As in the first embodiment, the control device 62 can be broadly classified into two types of operations: learning of identification categories of microorganisms and evaluation of driving conditions. To simplify the explanation, first, each component of the control device 62 during learning of the identification category will be described, and then the behavior of each component during evaluation of the driving situation will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して、活性汚泥を撮像する。微生物撮影部23は、更に、例えば撮像された画像内から何らかの物体が撮像されている部分を切り出して適切な大きさとなるように拡大し、学習画像として画像蓄積部24へと送信する。
微生物撮影部23は、これら学習画像が、機械学習器の適切な学習に要する枚数となるまで、撮像と画像蓄積部24への送信を実行する。
Microorganism imaging unit 23 controls imaging device 21 to image activated sludge. Microorganism photographing unit 23 further cuts out, for example, a portion in which some object is photographed from the photographed image, enlarges it to an appropriate size, and transmits it to image storage unit 24 as a learning image.
Microorganism imaging unit 23 performs imaging and transmission to image storage unit 24 until the number of these learning images reaches the number required for proper learning of the machine learning device.

画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の学習画像を蓄積、記憶する。 The image accumulation unit 24 accumulates and stores the plurality of learning images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .

微生物特徴学習部65の、機械学習部66の学習画像取得部30は、画像蓄積部24から学習画像を取得し、これを学習データとして学習処理部81へ送信する。
学習画像取得部30は、後に説明する特徴量抽出部68へも、学習画像を送信する。
The learning image acquisition section 30 of the machine learning section 66 of the microorganism feature learning section 65 acquires the learning image from the image storage section 24 and transmits it to the learning processing section 81 as learning data.
The learning image acquisition unit 30 also transmits the learning image to the feature amount extraction unit 68, which will be described later.

学習処理部81は、学習画像取得部30から学習データを受信する。
学習処理部81は、図8にブロック図として示されている、機械学習器90を備えている。本第2実施形態における機械学習器90は、畳み込み深層学習を行うものであり、特に畳み込みオートエンコーダ(Convolutional Autoencoder)により実現されている。機械学習器90は、人工知能ソフトウェアの一部であるプログラムモジュールとして利用される、適切な学習パラメータが学習された学習済みモデルを生成するものである。
機械学習器90は、畳み込み処理部91、全結合層92、及び逆畳み込み処理部93を備えている。畳み込み処理部91は、第1~第3畳み込み層91a、91b、91cを備えている。全結合層92は、第1~第3全結合層92a、92b、92cを備えている。逆畳み込み処理部93は、第1~第3逆畳み込み層93a、93b、93cを備えている。
The learning processing unit 81 receives learning data from the learning image acquisition unit 30 .
The learning processing unit 81 includes a machine learning device 90, which is shown as a block diagram in FIG. The machine learning device 90 in the second embodiment performs convolutional deep learning, and is particularly realized by a convolutional autoencoder. The machine learner 90 is used as a program module that is part of the artificial intelligence software to generate a trained model trained with appropriate learning parameters.
The machine learning device 90 includes a convolution processing section 91 , a fully connected layer 92 and a deconvolution processing section 93 . The convolution processing unit 91 includes first to third convolution layers 91a, 91b, and 91c. The all-bonded layer 92 includes first to third fully-bonded layers 92a, 92b, and 92c. The deconvolution processing unit 93 includes first to third deconvolution layers 93a, 93b, and 93c.

学習処理部81は、機械学習器90に、学習画像43を入力する。畳み込み処理部91の第1~第3畳み込み層91a、91b、91cは、第1実施形態における畳み込み処理部41と同様な処理により、全結合層92への入力となる特徴マップ91mを生成する。
第3畳み込み層91cは、全結合層92の、所定の数のノード92lを備えた第1全結合層92aに接続されている。特徴マップ91mの値は、第1実施形態と同様に、第1全結合層92aの各ノード92lへと格納される。
The learning processing unit 81 inputs the learning image 43 to the machine learning device 90 . The first to third convolution layers 91a, 91b, and 91c of the convolution processing unit 91 generate a feature map 91m to be input to the fully connected layer 92 by the same processing as the convolution processing unit 41 in the first embodiment.
The third convolutional layer 91c is connected to the first fully connected layer 92a of the fully connected layer 92 with a predetermined number of nodes 92l. The values of the feature map 91m are stored in each node 92l of the first fully connected layer 92a, as in the first embodiment.

第2全結合層92bも、第1全結合層92aと同様に、所定の数のノード92mを備えている。第2全結合層92bのノード92mの数は、第1全結合層92aのノード92lの数よりも少なくなっている。第2全結合層92bの各ノード92mは、第1全結合層92aの全てのノード92lと結合しており、層間に結合荷重を備えている。第2全結合層92bにおいては、この結合荷重に基づいて、第1全結合層92aのノード92lに対して重み付け和を演算し、その結果に出力関数を適用した値が、第2全結合層92bの各ノード92mに格納される。 The second fully-connected layer 92b also has a predetermined number of nodes 92m, like the first fully-connected layer 92a. The number of nodes 92m in the second fully connected layer 92b is less than the number of nodes 92l in the first fully connected layer 92a. Each node 92m of the second fully connected layer 92b is connected to all nodes 92l of the first fully connected layer 92a, providing a connection weight between the layers. In the second fully connected layer 92b, based on this connection weight, a weighted sum is calculated for the node 92l of the first fully connected layer 92a, and the value obtained by applying the output function to the result is the second fully connected layer stored in each node 92m of 92b.

第3全結合層92cは、第1全結合層92aと同じ数のノード92nを備えている。第3全結合層92cの各ノード92nは、第2全結合層92bの全てのノード92mと結合しており、層間に結合荷重を備えている。第3全結合層92cにおいては、この結合荷重に基づいて、第2全結合層92bのノード92mに対して重み付け和を演算し、その結果に出力関数を適用した値が、第3全結合層92cの各ノード92nに格納される。 The third fully connected layer 92c has the same number of nodes 92n as the first fully connected layer 92a. Each node 92n of the third fully-connected layer 92c is connected to all nodes 92m of the second fully-connected layer 92b, providing a connection weight between the layers. In the third fully connected layer 92c, based on this connection weight, a weighted sum is calculated for the node 92m of the second fully connected layer 92b. stored in each node 92n of 92c.

第3全結合層92cの各ノード92nの値は、逆畳み込み処理部93へと入力される。逆畳み込み処理部93においては、畳み込み処理部91と対称的な処理が実行される。すなわち、学習画像43は畳み込み処理部91により全結合層92に至るまでに低次元に圧縮されたが、逆畳み込み処理部93においては、低次元に圧縮された状態から復元されるように動作する。より詳細には、第3畳み込み層91cと略対称的な処理を行う第1逆畳み込み層93a、第2畳み込み層91bと略対称的な処理を行う第2逆畳み込み層93b、及び第1畳み込み層91aと略対称的な処理を行う第3逆畳み込み層93cを順に経ることで、学習画像43と同じ解像度を備える画像94が生成される。
機械学習器90においては、この生成された画像94が、学習画像43を再現した再現画像94となるように、機械学習が行われる。すなわち、本第2実施形態における機械学習器90は、微生物に関する学習画像43のみを学習データとして、特に作業員によるラベルの対応付け作業により生じる情報を必要とせずに、学習を行うものである。
The value of each node 92n of the third fully connected layer 92c is input to the deconvolution processing section 93. FIG. In the deconvolution processing unit 93, processing symmetrical to that of the convolution processing unit 91 is executed. That is, the learning image 43 was compressed to a low dimension by the convolution processing unit 91 until reaching the fully connected layer 92, but in the deconvolution processing unit 93, it is restored from the low-dimensional compressed state. . More specifically, a first deconvolution layer 93a that performs processing substantially symmetrical with the third convolution layer 91c, a second deconvolution layer 93b that performs processing substantially symmetrical with the second convolution layer 91b, and the first convolution layer An image 94 having the same resolution as the learning image 43 is generated by sequentially passing through a third deconvolution layer 93c that performs processing substantially symmetrical to that of 91a.
The machine learning device 90 performs machine learning such that the generated image 94 becomes a reproduced image 94 that reproduces the learning image 43 . That is, the machine learning device 90 in the second embodiment uses only the learning images 43 related to microorganisms as learning data, and performs learning without particularly requiring information generated by the worker's label association work.

機械学習器90の学習は、上記第1実施形態と同様に、微生物の属する識別区分の計算の際に用いる学習済みモデルを生成するために実行されるものであるが、第1実施形態とは異なり、機械学習器90の学習において設定された全てのパラメータが、学習済みモデルとして使用されるわけではない。
既に説明したように、機械学習器90は畳み込みオートエンコーダであり、学習画像43は畳み込み処理部91において低次元に圧縮されて全結合層92の第1全結合層92aに入力され、更に第2全結合層92bにおいて最大限に圧縮された後に、再現画像94へと復元される。すなわち、第2全結合層92bは、入力された画像の備える特徴が最も圧縮された状態となる部分であり、ノード92mの値は、画像内の微生物の特徴を抽象的に凝縮した特徴量として扱うことができる。
The learning of the machine learning device 90 is performed in order to generate a trained model used for calculation of the identification division to which microorganisms belong, as in the first embodiment. Differently, not all parameters set in the learning of the machine learner 90 are used as the trained model.
As already explained, the machine learning device 90 is a convolutional autoencoder, and the learning image 43 is compressed to a low dimension in the convolution processing unit 91 and input to the first fully connected layer 92a of the fully connected layer 92, and further to the second fully connected layer 92a. After being maximally compressed in fully connected layer 92b, it is decompressed into reproduced image 94. FIG. That is, the second fully connected layer 92b is a portion in which the features of the input image are most compressed, and the value of the node 92m is a feature amount that abstractly condenses the features of microorganisms in the image. can handle.

本第2実施形態は、概念的には、畳み込みオートエンコーダのこの特性を利用し、学習が終了した機械学習器90に対して学習画像43の各々を入力して各学習画像43に対応する第2全結合層92bの各ノード92mの値を特徴量として保存する。この状態で、運転状況の評価に際し入力された画像に対して学習済みモデルを実行して当該画像に対する第2全結合層92bの各ノード92mの値すなわち特徴量を導出し、これを事前に保存された学習画像43の特徴量と比較することで、入力画像中の微生物の識別区分を計算するものである。
このため、本第2実施形態においては、図8において二点鎖線で囲われた、第1畳み込み層91aから第2全結合層92bまでの部分が学習済みモデル95に相当する。したがって、この部分にける各パラメータの値、すなわち畳み込み処理部91の各フィルタの重みの値、全結合層92の第2全結合層92bまでの各結合荷重の値等が、本第2実施形態における学習パラメータとなる。
学習処理部81は、機械学習が終了した時点における上記学習パラメータを学習パラメータ記憶部82へ送信する。
Conceptually, the second embodiment utilizes this characteristic of the convolutional autoencoder, inputs each of the learning images 43 to the machine learning device 90 that has completed learning, and performs the 2 Store the value of each node 92m of the fully connected layer 92b as a feature amount. In this state, the learned model is executed for the input image when evaluating the driving situation to derive the value of each node 92m of the second fully connected layer 92b for the image, that is, the feature quantity, which is stored in advance. By comparing with the feature amount of the learning image 43 obtained, the identification section of the microorganism in the input image is calculated.
Therefore, in the second embodiment, the portion from the first convolutional layer 91a to the second fully connected layer 92b surrounded by the chain double-dashed line in FIG. 8 corresponds to the trained model 95. Therefore, the value of each parameter in this portion, that is, the value of the weight of each filter in the convolution processing unit 91, the value of each connection weight up to the second fully connected layer 92b of the fully connected layer 92, etc. becomes a learning parameter in
The learning processing unit 81 transmits the learning parameters to the learning parameter storage unit 82 when the machine learning is completed.

このように、微生物特徴学習部65の機械学習部66は、微生物に関する学習画像43を学習データとして機械学習器90に入力して機械学習を行う。また、機械学習器90は、学習データを入力して微生物の特徴を学習パラメータに反映させて学習済みモデル95を生成することにより機械学習を実行する。 In this way, the machine learning unit 66 of the microorganism feature learning unit 65 inputs the learning images 43 related to microorganisms to the machine learning device 90 as learning data to perform machine learning. In addition, the machine learning device 90 executes machine learning by inputting learning data and reflecting the characteristics of microorganisms in learning parameters to generate a trained model 95 .

学習パラメータ記憶部82は、学習処理部81から学習パラメータを受信して、蓄積、記憶する。 The learning parameter storage unit 82 receives learning parameters from the learning processing unit 81, and accumulates and stores them.

特徴量抽出部68は、学習画像取得部30から、各学習画像43を受信する。
また、特徴量抽出部68は、学習パラメータ記憶部82から学習パラメータを取得する。
特徴量抽出部68は、学習パラメータ、すなわち畳み込み処理部91の各フィルタの重みの値、全結合層92の第2全結合層92bまでの各結合荷重の値等が上記のように学習済みの値とされた学習済みモデル95を例えばCPU上でプログラムとして実行し、第2全結合層92bの各ノード92mの値、すなわち各学習画像43に対応する特徴量を計算する。
このように、特徴量抽出部68は、学習済みモデル95に対して再度学習画像43を入力して、学習画像43内の微生物の特徴を特徴量として抽出する。
特徴量抽出部68は、各学習画像43に対して、学習画像43と計算した特徴量の組み合わせを、特徴量蓄積部69へ送信する。
The feature quantity extraction unit 68 receives each learning image 43 from the learning image acquisition unit 30 .
Also, the feature amount extraction unit 68 acquires learning parameters from the learning parameter storage unit 82 .
The feature quantity extraction unit 68 extracts the learned parameters, that is, the values of the weights of the filters of the convolution processing unit 91, the values of the connection weights up to the second fully connected layer 92b of the fully connected layer 92, and the like as described above. The learned model 95, which has been converted to a value, is executed as a program, for example, on a CPU to calculate the value of each node 92m of the second fully connected layer 92b, that is, the feature amount corresponding to each learning image 43. FIG.
In this way, the feature amount extraction unit 68 inputs the learning image 43 again to the trained model 95 and extracts the feature of the microorganism in the learning image 43 as a feature amount.
The feature amount extraction unit 68 transmits the combination of the learning image 43 and the calculated feature amount for each learning image 43 to the feature amount accumulation unit 69 .

特徴量蓄積部69は、特徴量抽出部68から学習画像43と特徴量の組み合わせを受信して、蓄積、記憶する。
特徴量蓄積部69に記憶された学習画像43と特徴量の組み合わせは、次に説明するクラスタリング部67において使用される。クラスタリング部67は、学習画像43の各々に対応する複数の特徴量を、教師なしクラスタリングによって、各識別区分に対応する複数の集合に分割する。
The feature amount accumulation unit 69 receives the combination of the learning image 43 and the feature amount from the feature amount extraction unit 68, and accumulates and stores them.
Combinations of the learning images 43 and feature amounts stored in the feature amount accumulation unit 69 are used in the clustering unit 67 described below. The clustering unit 67 divides a plurality of feature quantities corresponding to each of the learning images 43 into a plurality of sets corresponding to each identification section by unsupervised clustering.

微生物特徴学習部65の、クラスタリング部67の学習特徴量取得部83は、特徴量蓄積部69から、全ての、学習画像43と特徴量の組み合わせを取得し、クラスタリング実行部84へ送信する。 The learning feature amount acquisition unit 83 of the clustering unit 67 of the microorganism feature learning unit 65 acquires all combinations of learning images 43 and feature amounts from the feature amount storage unit 69 and transmits them to the clustering execution unit 84 .

クラスタリング実行部84は、学習特徴量取得部83から全ての学習画像43と特徴量の組み合わせを受信する。
クラスタリング実行部84は、全ての特徴量に対して、クラスタリングを実行する。クラスタリング手法としては、混合正規分布などの統計モデルを仮定した手法や、SVM(Support Vector Machine)などの機械学習手法等が適用可能である。
クラスタリングの結果として、各特徴量が複数の集合に分類され、各特徴量には、対応する集合に紐づけられたクラスタIDが付与される。
クラスタリング実行部84は、クラスタリング部における分類の結果として設定されたクラスタリングパラメータと、全ての、学習画像43と特徴量及びクラスタIDの組み合わせを、クラスタリングパラメータ記憶部85に送信する。
The clustering execution unit 84 receives all combinations of learning images 43 and feature quantities from the learning feature quantity acquisition unit 83 .
The clustering execution unit 84 executes clustering on all feature quantities. As a clustering method, a method assuming a statistical model such as mixed normal distribution, a machine learning method such as SVM (Support Vector Machine), or the like can be applied.
As a result of clustering, each feature amount is classified into a plurality of sets, and each feature amount is assigned a cluster ID associated with the corresponding set.
The clustering execution unit 84 transmits to the clustering parameter storage unit 85 the clustering parameters set as the result of the classification by the clustering unit, and all combinations of the learning images 43, feature amounts, and cluster IDs.

クラスタリングパラメータ記憶部85は、クラスタリング実行部84からクラスタリングパラメータと、全ての、学習画像43と特徴量及びクラスタIDの組み合わせを受信して、蓄積、記憶する。 The clustering parameter storage unit 85 receives clustering parameters from the clustering execution unit 84 and all combinations of learning images 43, feature amounts, and cluster IDs, and accumulates and stores them.

結果提示部86は、クラスタリングパラメータ記憶部85から、学習画像43と特徴量及びクラスタIDの組み合わせを取得する。
結果提示部86は、取得した情報を基に、各集合を代表する学習画像43とこれに対応するクラスタIDを、図示されない表示装置等により、作業者に提示する。
上記において、各集合を代表する学習画像43としては、例えば混合正規分布を仮定したクラスタリングの場合においては、各混合成分の(平均、分散)に最も近いパラメータを有する画像が、SVMによる分類の場合においては、パラメータ空間上でクラス境界面から最も遠い場所に位置する画像が、それぞれ考えられる。
これを基に、作業者は、図示されない入力装置等により、各クラスタIDに対して対応する微生物の識別区分、例えば種類を表すラベルを付与する。
結果提示部86は、クラスタIDと付与されたラベルの、全ての組み合わせを、対応付け記憶部88へ送信する。
The result presenting unit 86 acquires the combination of the learning image 43 , the feature amount, and the cluster ID from the clustering parameter storage unit 85 .
Based on the acquired information, the result presenting unit 86 presents the learning image 43 representing each set and the corresponding cluster ID to the operator using a display device or the like (not shown).
In the above, as the learning image 43 representing each set, for example, in the case of clustering assuming a mixture normal distribution, the image having the parameter closest to (mean, variance) of each mixture component is the image having the parameter closest to (mean, variance) of each mixture component in the case of classification by SVM , the image located furthest from the class boundary plane in the parameter space is considered.
Based on this, the operator uses an input device or the like (not shown) to give each cluster ID a label indicating the identification classification of the corresponding microorganism, for example, the type.
The result presenting unit 86 transmits all combinations of cluster IDs and assigned labels to the correspondence storage unit 88 .

対応付け記憶部88は、結果提示部86から、クラスタIDとラベルの全ての組み合わせを受信して、蓄積、記憶する。 The association storage unit 88 receives all combinations of cluster IDs and labels from the result presentation unit 86, and accumulates and stores them.

次に、制御装置62における、運転状況の評価時での各構成要素の挙動について説明する。 Next, the behavior of each component during evaluation of the driving situation in the control device 62 will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して微生物の画像を生成し、入力画像として画像蓄積部24へと送信する。
微生物撮影部23は、これら入力画像が、運転状況の評価に要する枚数となるまで、撮像と画像蓄積部24への送信を実行する。
Microorganism imaging unit 23 controls imaging device 21 to generate an image of microorganisms, and transmits the generated image to image storage unit 24 as an input image.
Microorganism imaging unit 23 performs imaging and transmission to image storage unit 24 until the number of input images reaches the number required for evaluating the driving situation.

画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の入力画像を蓄積、記憶する。 The image accumulation unit 24 accumulates and stores a plurality of input images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .

判定画像取得部26は、画像蓄積部24から入力画像を取得し、特徴量抽出部68へ送信する。 The determination image acquisition section 26 acquires the input image from the image storage section 24 and transmits it to the feature quantity extraction section 68 .

特徴量抽出部68は、判定画像取得部26から送信された入力画像を受信する。
また、特徴量抽出部68は、学習パラメータ記憶部82から学習パラメータを取得する。
特徴量抽出部68は、学習パラメータが反映された学習済みモデル95を例えばCPU上でプログラムとして実行し、第2全結合層92bの各ノード92mの値である、入力画像49に対応する特徴量を計算する。すなわち、特徴量抽出部68は、学習済みモデル95に対して入力画像49を入力して、入力画像49内の微生物の特徴を特徴量として抽出する。
特徴量抽出部68は、各入力画像49に対して、特徴量を特徴量蓄積部69へ送信する。
The feature quantity extraction unit 68 receives the input image transmitted from the judgment image acquisition unit 26 .
Also, the feature amount extraction unit 68 acquires learning parameters from the learning parameter storage unit 82 .
The feature amount extraction unit 68 executes the learned model 95 in which the learning parameters are reflected as a program on, for example, a CPU, and extracts the feature amount corresponding to the input image 49, which is the value of each node 92m of the second fully connected layer 92b. to calculate That is, the feature quantity extraction unit 68 inputs the input image 49 to the trained model 95 and extracts the features of the microorganisms in the input image 49 as feature quantities.
The feature quantity extraction unit 68 transmits the feature quantity for each input image 49 to the feature quantity accumulation unit 69 .

特徴量蓄積部69は、特徴量抽出部68から各入力画像49に対応する特徴量を受信して、蓄積、記憶する。 The feature amount accumulation unit 69 receives the feature amount corresponding to each input image 49 from the feature amount extraction unit 68, and accumulates and stores the feature amount.

判定特徴量取得部70は、特徴量蓄積部69から各入力画像49に対応する特徴量を取得し、微生物識別部71へ送信する。 The determination feature quantity acquisition unit 70 acquires the feature quantity corresponding to each input image 49 from the feature quantity accumulation unit 69 and transmits the feature quantity to the microorganism identification unit 71 .

微生物識別部71は、判定特徴量取得部70から送信された全ての特徴量を受信する。
微生物識別部71は、クラスタリングパラメータ記憶部85から、クラスタリング部における分類の結果として設定されたクラスタリングパラメータを取得する。
微生物識別部71は、更に、対応付け記憶部88から、クラスタIDとラベルの全ての組み合わせを取得する。
微生物識別部71は、クラスタリングパラメータを使用し、入力画像49から生成された各特徴量に対するクラスタIDを算出する。微生物識別部71は、特徴量毎に、このクラスタIDに対応するラベル、すなわち微生物が属する識別区分を計算する。
このように、微生物識別部71は、クラスタリングパラメータを基に、入力画像49内の微生物の特徴量が、複数の集合のいずれに該当するかを計算することにより、微生物が属する識別区分を計算する。
The microorganism identification unit 71 receives all the feature values transmitted from the determination feature value acquisition unit 70 .
Microorganism identification unit 71 acquires clustering parameters set as a result of classification in the clustering unit from clustering parameter storage unit 85 .
The microorganism identification unit 71 further acquires all combinations of cluster IDs and labels from the correspondence storage unit 88 .
The microorganism identification unit 71 uses clustering parameters to calculate a cluster ID for each feature quantity generated from the input image 49 . The microorganism identification unit 71 calculates the label corresponding to this cluster ID, that is, the identification category to which the microorganism belongs, for each feature amount.
In this way, the microorganism identification unit 71 calculates the identification category to which the microorganism belongs by calculating to which of a plurality of groups the feature amount of the microorganism in the input image 49 corresponds based on the clustering parameter. .

上記のように、本第2実施形態においては、微生物識別部71は、微生物特徴学習部65によって生成されてクラスタリングパラメータ記憶部85に記憶されたクラスタリングパラメータを、微生物の識別に関する識別パラメータとして用いて、入力画像49内の微生物が属する識別区分を計算する。
既に説明したように、本第2実施形態における識別パラメータ、すなわちクラスタリングパラメータは、学習済みの機械学習器90における学習パラメータを基にして生成された各学習画像の特徴量をクラスタリングすることにより生成されている。
As described above, in the second embodiment, the microorganism identifying unit 71 uses the clustering parameters generated by the microorganism feature learning unit 65 and stored in the clustering parameter storage unit 85 as identification parameters for identifying microorganisms. , to compute the discriminative section to which the microorganisms in the input image 49 belong.
As already explained, the identification parameter, that is, the clustering parameter in the second embodiment is generated by clustering the feature amount of each learning image generated based on the learning parameter in the machine learning device 90 that has already been trained. ing.

微生物識別部71は、運転状況評価部28に、計算された全ての識別区分を運転状況評価部28へ送信する。 The microorganism identification unit 71 transmits all the calculated identification categories to the driving condition evaluation unit 28 .

運転状況評価部28は、微生物識別部71から、計算された全ての識別区分を受信する。
運転状況評価部28は、微生物識別部71における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する。より詳細には、受信した全ての識別区分を統計し、例えばVorticella属、Epistylis属、有殻アメーバ類Arcella属、輪虫類Philodina属等の活性汚泥の状態が良好な場合に優占化する微生物に対応する識別区分の割合が所定の第1閾値以上である場合には、運転状況が良好であると評価する。また、例えば鞭毛虫類Bodo属、Monas属およびAmoeba属等の活性汚泥の状態が悪化した場合、及び良好な状態から悪い状態への過渡期において出現する微生物、例えばArcella属等に対応する識別区分の割合が所定の第2閾値以上である場合には、運転状況が悪化していると評価する。
このように、運転状況評価部28は、複数の入力画像49に対して微生物識別部71によって計算された識別区分ごとの微生物の比率すなわち微生物の出現率を基に、汚水処理の運転状況を評価する。
The driving condition evaluation unit 28 receives all calculated identification categories from the microorganism identification unit 71 .
The operation status evaluation unit 28 evaluates the operation status of sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit 71 . More specifically, all the received identification divisions are statistically analyzed, for example, microorganisms that dominate when the state of activated sludge is good, such as the genus Vorticella, the genus Epistylis, the amoeba genus Arcella, and the rotifer Philodina genus is equal to or greater than a predetermined first threshold value, the driving condition is evaluated as good. In addition, for example, when the state of activated sludge such as flagellate genus Bodo, Monas and Amoeba is deteriorated, and when the state of activated sludge is deteriorated, and microorganisms that appear in the transitional period from good to bad conditions, identification categories corresponding to microorganisms such as the genus Arcella is equal to or greater than a predetermined second threshold value, it is evaluated that the driving condition is deteriorating.
In this way, the operation status evaluation unit 28 evaluates the operation status of sewage treatment based on the ratio of microorganisms for each identification category calculated by the microorganism identification unit 71 for a plurality of input images 49, that is, the appearance rate of microorganisms. do.

次に、図1、図7、図8、及び図9、図10を用いて、上記の汚水処理運転状況評価装置60によって運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価方法を説明する。図9は、汚水処理運転状況評価方法の、学習時のフローチャートである。図10は、汚水処理運転状況評価方法の、汚水処理運転状況評価時のフローチャートである。
まず、図9を用いて、識別区分の学習時における動作を説明する。
Next, referring to FIGS. 1, 7, 8, 9, and 10, a sewage treatment operation status evaluation method for evaluating the operation status by the sewage treatment operation status evaluation device 60 will be described. FIG. 9 is a flow chart of the sewage treatment operation status evaluation method during learning. FIG. 10 is a flow chart of the sewage treatment operation status evaluation method at the time of sewage treatment operation status evaluation.
First, with reference to FIG. 9, the operation during learning of the identification segment will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して、活性汚泥を撮像する(ステップS21)。微生物撮影部23は、更に、例えば撮像された画像内から何らかの物体が撮像されている部分を切り出して適切な大きさとなるように拡大し、学習画像として画像蓄積部24へと送信する。
画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の学習画像を蓄積、記憶する。
The microorganism imaging unit 23 controls the imaging device 21 to image the activated sludge (step S21). Microorganism photographing unit 23 further cuts out, for example, a portion in which some object is photographed from the photographed image, enlarges it to an appropriate size, and transmits it to image storage unit 24 as a learning image.
The image accumulation unit 24 accumulates and stores the plurality of learning images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .

微生物特徴学習部65の、機械学習部66の学習画像取得部30は、画像蓄積部24から学習画像を取得し、これを学習データとして学習処理部81へ送信する。
学習画像取得部30は、特徴量抽出部68へも、学習画像を送信する。
The learning image acquisition section 30 of the machine learning section 66 of the microorganism feature learning section 65 acquires the learning image from the image storage section 24 and transmits it to the learning processing section 81 as learning data.
The learning image acquisition unit 30 also transmits the learning images to the feature amount extraction unit 68 .

学習処理部81は、学習画像取得部30から学習データを受信する。
学習処理部81は、機械学習器90に、学習画像43を入力し、機械学習器90を機械学習する。
学習処理部81は、機械学習が終了した時点における学習パラメータを学習パラメータ記憶部82へ送信する。
The learning processing unit 81 receives learning data from the learning image acquisition unit 30 .
The learning processing unit 81 inputs the learning image 43 to the machine learning device 90 and causes the machine learning device 90 to perform machine learning.
The learning processing unit 81 transmits the learning parameters to the learning parameter storage unit 82 when the machine learning is completed.

学習パラメータ記憶部82は、学習処理部81から学習パラメータを受信して、蓄積、記憶する。 The learning parameter storage unit 82 receives learning parameters from the learning processing unit 81, and accumulates and stores them.

特徴量抽出部68は、学習画像取得部30から、各学習画像43を受信する。
また、特徴量抽出部68は、学習パラメータ記憶部82から学習パラメータを取得する。
特徴量抽出部68は、学習パラメータ、すなわち畳み込み処理部91の各フィルタの重みの値、全結合層92の第2全結合層92bまでの各結合荷重の値等が上記のように学習済みの値とされた学習済みモデル95を例えばCPU上でプログラムとして実行し、第2全結合層92bの各ノード92mの値、すなわち各学習画像43に対応する特徴量を計算する。
このように、特徴量抽出部68は、学習済みモデル95に対して学習画像43を入力して、学習画像43内の微生物の特徴を特徴量として抽出する(ステップS23)。
特徴量抽出部68は、各学習画像43に対して、学習画像43と計算した特徴量の組み合わせを、特徴量蓄積部69へ送信する。
The feature quantity extraction unit 68 receives each learning image 43 from the learning image acquisition unit 30 .
Also, the feature amount extraction unit 68 acquires learning parameters from the learning parameter storage unit 82 .
The feature quantity extraction unit 68 extracts the learned parameters, that is, the values of the weights of the filters of the convolution processing unit 91, the values of the connection weights up to the second fully connected layer 92b of the fully connected layer 92, and the like as described above. The learned model 95, which has been converted to a value, is executed as a program, for example, on a CPU to calculate the value of each node 92m of the second fully connected layer 92b, that is, the feature amount corresponding to each learning image 43. FIG.
In this way, the feature amount extraction unit 68 inputs the learning image 43 to the trained model 95 and extracts the feature of the microorganism in the learning image 43 as a feature amount (step S23).
The feature amount extraction unit 68 transmits the combination of the learning image 43 and the calculated feature amount for each learning image 43 to the feature amount accumulation unit 69 .

特徴量蓄積部69は、特徴量抽出部68から学習画像43と特徴量の組み合わせを受信して、蓄積、記憶する。 The feature amount accumulation unit 69 receives the combination of the learning image 43 and the feature amount from the feature amount extraction unit 68, and accumulates and stores them.

微生物特徴学習部65の、クラスタリング部67の学習特徴量取得部83は、特徴量蓄積部69から、全ての、学習画像43と特徴量の組み合わせを取得し、クラスタリング実行部84へ送信する。 The learning feature amount acquisition unit 83 of the clustering unit 67 of the microorganism feature learning unit 65 acquires all combinations of learning images 43 and feature amounts from the feature amount storage unit 69 and transmits them to the clustering execution unit 84 .

クラスタリング実行部84は、学習特徴量取得部83から全ての学習画像43と特徴量の組み合わせを受信する。
クラスタリング実行部84は、全ての特徴量に対して、クラスタリングを実行する(ステップS25)。
クラスタリングの結果として、各特徴量が複数の集合に分類され、各特徴量には、対応する集合に紐づけられたクラスタIDが付与される。
クラスタリング実行部84は、クラスタリング部における分類の結果として設定されたクラスタリングパラメータと、全ての、学習画像43と特徴量及びクラスタIDの組み合わせを、クラスタリングパラメータ記憶部85に送信する。
The clustering execution unit 84 receives all combinations of learning images 43 and feature quantities from the learning feature quantity acquisition unit 83 .
The clustering execution unit 84 executes clustering for all feature amounts (step S25).
As a result of clustering, each feature amount is classified into a plurality of sets, and each feature amount is assigned a cluster ID associated with the corresponding set.
The clustering execution unit 84 transmits to the clustering parameter storage unit 85 the clustering parameters set as the result of the classification by the clustering unit, and all combinations of the learning images 43, feature amounts, and cluster IDs.

クラスタリングパラメータ記憶部85は、クラスタリング実行部84からクラスタリングパラメータと、全ての、学習画像43と特徴量及びクラスタIDの組み合わせを受信して、蓄積、記憶する(ステップS27)。 The clustering parameter storage unit 85 receives clustering parameters from the clustering execution unit 84 and all combinations of learning images 43, feature amounts, and cluster IDs, and accumulates and stores them (step S27).

結果提示部86は、クラスタリングパラメータ記憶部85から、学習画像43と特徴量及びクラスタIDの組み合わせを取得する。
結果提示部86は、取得した情報を基に、各集合を代表する学習画像43とこれに対応するクラスタIDを、図示されない表示装置等により、作業者に提示する。
作業者は、図示されない入力装置等により、各クラスタIDに対して対応する微生物の識別区分、例えば種類を表すラベルを付与する(ステップS29)。
結果提示部86は、クラスタIDと付与されたラベルの、全ての組み合わせを、対応付け記憶部88へ送信する。
The result presenting unit 86 acquires the combination of the learning image 43 , the feature amount, and the cluster ID from the clustering parameter storage unit 85 .
Based on the acquired information, the result presenting unit 86 presents the learning image 43 representing each set and the corresponding cluster ID to the operator using a display device or the like (not shown).
The operator uses an input device or the like (not shown) to give each cluster ID a label indicating the identification classification of the corresponding microorganism, for example, the type (step S29).
The result presenting unit 86 transmits all combinations of cluster IDs and assigned labels to the correspondence storage unit 88 .

対応付け記憶部88は、結果提示部86から、クラスタIDとラベルの全ての組み合わせを受信して、蓄積、記憶する。 The association storage unit 88 receives all combinations of cluster IDs and labels from the result presentation unit 86, and accumulates and stores them.

次に、図10を用いて、運転状況の評価時における動作を説明する。 Next, with reference to FIG. 10, the operation during evaluation of the driving situation will be described.

微生物撮影部23は、撮像装置21を制御して微生物の画像を生成し、入力画像として画像蓄積部24へと送信する。
画像蓄積部24は、微生物撮影部23から送信された複数枚の入力画像を蓄積、記憶する。
判定画像取得部26は、画像蓄積部24から入力画像を取得し、特徴量抽出部68へ送信する。
Microorganism imaging unit 23 controls imaging device 21 to generate an image of microorganisms, and transmits the generated image to image storage unit 24 as an input image.
The image accumulation unit 24 accumulates and stores a plurality of input images transmitted from the microorganism imaging unit 23 .
The determination image acquisition section 26 acquires the input image from the image storage section 24 and transmits it to the feature quantity extraction section 68 .

特徴量抽出部68は、判定画像取得部26から送信された入力画像を受信する。
また、特徴量抽出部68は、学習パラメータ記憶部82から学習パラメータを取得する。
特徴量抽出部68は、学習パラメータが反映された学習済みモデル95を例えばCPU上でプログラムとして実行し、第2全結合層92bの各ノード92mの値である、入力画像49に対応する特徴量を計算する。すなわち、特徴量抽出部68は、学習済みモデル95に対して入力画像49を入力して、入力画像49内の微生物の特徴を特徴量として抽出する(ステップS31)。
特徴量抽出部68は、各入力画像49に対して、特徴量を特徴量蓄積部69へ送信する。
The feature quantity extraction unit 68 receives the input image transmitted from the judgment image acquisition unit 26 .
Also, the feature amount extraction unit 68 acquires learning parameters from the learning parameter storage unit 82 .
The feature amount extraction unit 68 executes the learned model 95 in which the learning parameters are reflected as a program on, for example, a CPU, and extracts the feature amount corresponding to the input image 49, which is the value of each node 92m of the second fully connected layer 92b. to calculate That is, the feature quantity extraction unit 68 inputs the input image 49 to the trained model 95 and extracts the features of microorganisms in the input image 49 as feature quantities (step S31).
The feature quantity extraction unit 68 transmits the feature quantity for each input image 49 to the feature quantity accumulation unit 69 .

特徴量蓄積部69は、特徴量抽出部68から各入力画像49に対応する特徴量を受信して、蓄積、記憶する。
判定特徴量取得部70は、特徴量蓄積部69から各入力画像49に対応する特徴量を取得し、微生物識別部71へ送信する。
The feature amount accumulation unit 69 receives the feature amount corresponding to each input image 49 from the feature amount extraction unit 68, and accumulates and stores the feature amount.
The determination feature quantity acquisition unit 70 acquires the feature quantity corresponding to each input image 49 from the feature quantity accumulation unit 69 and transmits the feature quantity to the microorganism identification unit 71 .

微生物識別部71は、判定特徴量取得部70から送信された全ての特徴量を受信する。
微生物識別部71は、クラスタリングパラメータ記憶部85から、クラスタリング部における分類の結果として設定されたクラスタリングパラメータを取得する。
微生物識別部71は、更に、対応付け記憶部88から、クラスタIDとラベルの全ての組み合わせを取得する。
微生物識別部71は、クラスタリングパラメータを使用し、入力画像49から生成された各特徴量に対するクラスタIDを算出する。微生物識別部71は、特徴量毎に、このクラスタIDに対応するラベル、すなわち微生物が属する識別区分を計算する(ステップS33)。
微生物識別部71は、運転状況評価部28に、計算された全ての識別区分を運転状況評価部28へ送信する。
The microorganism identification unit 71 receives all the feature values transmitted from the determination feature value acquisition unit 70 .
Microorganism identification unit 71 acquires clustering parameters set as a result of classification in the clustering unit from clustering parameter storage unit 85 .
The microorganism identification unit 71 further acquires all combinations of cluster IDs and labels from the correspondence storage unit 88 .
The microorganism identification unit 71 uses clustering parameters to calculate a cluster ID for each feature quantity generated from the input image 49 . The microorganism identification unit 71 calculates the label corresponding to this cluster ID, that is, the identification category to which the microorganism belongs for each feature amount (step S33).
The microorganism identification unit 71 transmits all the calculated identification categories to the driving condition evaluation unit 28 .

運転状況評価部28は、微生物識別部71から、計算された全ての識別区分を受信する。
運転状況評価部28は、微生物識別部71における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する(ステップS35)。
The driving condition evaluation unit 28 receives all calculated identification categories from the microorganism identification unit 71 .
The operation status evaluation unit 28 evaluates the operation status of sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit 71 (step S35).

次に、上記の汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法の効果について説明する。 Next, the effects of the sewage treatment operating condition evaluation device and the sewage treatment operation condition evaluation method will be described.

本第2実施形態における汚水処理運転状況評価装置60は、生物処理反応槽(水処理槽)3に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設1を対象として、水処理槽内に生息する微生物を撮像した入力画像49を解析して微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価装置60であって、機械学習器90を備え、微生物に関する学習画像43を含む学習データを機械学習器90に入力して機械学習を行い、微生物の識別に関する識別パラメータを生成する微生物特徴学習部65と、識別パラメータを用いて、入力画像43内の微生物が属する識別区分を計算する微生物識別部71と、微生物識別部71における識別結果を基に汚水処理の運転状況を評価する運転状況評価部28と、を備えている。
上記のような構成によれば、微生物特徴学習部65は、微生物に関する学習画像43を含む学習データを機械学習器90に入力して機械学習を行うため、画像中の微生物の特徴を効果的に抽出して、これを反映した識別パラメータを、自動的に生成可能である。このため、汚水処理運転状況評価装置60を導入するに際し、画像処理の高度な知識が特に求められない。
また、微生物固有の特徴が顕著に表現されるように、作業員が意図的に特徴を抽出する必要がないため、微生物に関する高度に専門的な知識も、特に求められない。本第2実施形態においては、作業者の、クラスタリングにより分類された各集合に対しラベルを対応付ける作業が必要ではあるが、微生物の特徴抽出に必要とされるほどの、特に高度な知識は求められない。
したがって、汚水処理運転状況評価装置60の導入が容易である。
また、識別パラメータの精度は、機械学習器90に入力する学習データを多く用意することにより、容易に向上させることができる。例えば、本第2実施形態においては、学習データを多く用意することにより機械学習器90の学習パラメータの精度が向上し、これが学習済みモデル95により出力される学習画像43の特徴量の精度と、クラスタリングパラメータすなわち識別パラメータの精度に影響する。したがって、微生物の属する識別区分の計算精度を、すなわち汚水処理の運転状況の評価の精度を、高めることが可能である。
The sewage treatment operation status evaluation device 60 in the second embodiment is intended for a sewage treatment facility 1 that purifies sewage stored in a biological treatment reaction tank (water treatment tank) 3 with microorganisms. A sewage treatment operating status evaluation device 60 for analyzing an input image 49 of captured microorganisms, calculating which identification category the microorganisms belong to, and evaluating the operating status of sewage treatment, comprising a machine learning device 90 , a microbial feature learning unit 65 that inputs learning data including a learning image 43 related to microorganisms to a machine learning device 90 to perform machine learning and generates identification parameters for identifying microorganisms; and an operation condition evaluation unit 28 for evaluating the operation condition of sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit 71 .
According to the above configuration, the microorganism feature learning unit 65 performs machine learning by inputting learning data including the learning image 43 related to microorganisms to the machine learning device 90, so that the features of microorganisms in the image can be effectively recognized. It is possible to extract and automatically generate identification parameters that reflect this. For this reason, when introducing the sewage treatment operating condition evaluation device 60, advanced knowledge of image processing is not particularly required.
In addition, since it is not necessary for the operator to intentionally extract the features so that the unique features of the microorganisms can be conspicuously expressed, highly specialized knowledge of the microorganisms is not particularly required. In the second embodiment, it is necessary for the operator to associate a label with each set classified by clustering, but particularly advanced knowledge required for extracting the characteristics of microorganisms is required. do not have.
Therefore, introduction of the sewage treatment operating condition evaluation device 60 is easy.
Also, the accuracy of the identification parameters can be easily improved by preparing a large amount of learning data to be input to the machine learning device 90 . For example, in the second embodiment, by preparing a large amount of learning data, the accuracy of the learning parameters of the machine learning device 90 is improved, and this increases the accuracy of the feature amount of the learning image 43 output by the trained model 95, It affects the accuracy of the clustering parameters or identification parameters. Therefore, it is possible to improve the calculation accuracy of the identification category to which microorganisms belong, that is, the accuracy of evaluation of the operation status of sewage treatment.

また、機械学習器90は、畳み込み深層学習を行うものである。
上記のような構成によれば、汚水処理運転状況評価装置60を適切に実現可能である。
Further, the machine learning device 90 performs convolutional deep learning.
According to the configuration as described above, the sewage treatment operation status evaluation device 60 can be properly realized.

また、機械学習器90は、学習データを入力して微生物の特徴を学習パラメータに反映させて学習済みモデル95を生成することにより機械学習を実行する。
また、学習済みモデル95に対して学習画像43及び入力画像49を入力して、学習画像43及び入力画像49内の微生物の特徴を特徴量として抽出する、特徴量抽出部68を備えている。
また、微生物特徴学習部65は、複数の学習画像43の各々に対応する複数の特徴量をクラスタリングにより複数の集合に分類するクラスタリング部67を備え、複数の集合の各々は、識別区分に対応し、識別パラメータは、クラスタリング部67における分類の結果として設定されたクラスタリングパラメータである。
また、微生物識別部71は、クラスタリングパラメータを基に、入力画像43内の微生物の特徴量が、複数の集合のいずれに該当するかを計算することにより、微生物が属する識別区分を計算する。
上記のような構成によれば、運転状況の評価において使用される入力画像49は、微生物の特徴が反映された学習済みモデル95によって処理されることで効率的に特徴が抽出されるため、撮像環境の影響を低減することができる。したがって、汚水処理運転状況評価装置20の運用が容易となる。
また、学習画像43の特徴量を集積してクラスタリングにより複数の集合に分類したうえで、入力画像49の特徴量がどの集合に該当するかを計算することで識別区分を計算するため、精度の高い識別が可能となる。
In addition, the machine learning device 90 executes machine learning by inputting learning data and reflecting the characteristics of microorganisms in learning parameters to generate a trained model 95 .
It also has a feature quantity extraction unit 68 that inputs the learning image 43 and the input image 49 to the trained model 95 and extracts the features of the microorganisms in the learning image 43 and the input image 49 as feature quantities.
Further, the microorganism feature learning unit 65 includes a clustering unit 67 that classifies a plurality of feature amounts corresponding to each of the plurality of learning images 43 into a plurality of sets by clustering, and each of the plurality of sets corresponds to the identification division. , the identification parameter is a clustering parameter set as a result of classification in the clustering unit 67 .
Based on the clustering parameters, the microorganism identification unit 71 also calculates the identification category to which the microorganism belongs by calculating to which of a plurality of sets the feature amount of the microorganism in the input image 43 belongs.
According to the configuration as described above, the input image 49 used in the evaluation of the driving situation is processed by the learned model 95 in which the characteristics of microorganisms are reflected, so that the characteristics are efficiently extracted. Environmental impact can be reduced. Therefore, operation of the sewage treatment operating condition evaluation device 20 is facilitated.
In addition, the feature amount of the learning image 43 is accumulated and classified into a plurality of sets by clustering, and then the identification section is calculated by calculating which set the feature amount of the input image 49 corresponds to, thereby increasing the accuracy. High identification becomes possible.

また、機械学習器90は、畳み込みオートエンコーダにより実現されている。
上記のような構成によれば、機械学習器90の学習済みモデル95に画像が入力されると、適切に圧縮された特徴量として出力されるため、特徴量を集積してクラスタリング処理を実行する際に扱うデータ量が少なくなる。このため、クラスタリング処理が容易となる。
Also, the machine learning device 90 is realized by a convolutional autoencoder.
According to the configuration as described above, when an image is input to the trained model 95 of the machine learning device 90, it is output as an appropriately compressed feature amount, so the feature amount is accumulated and clustering processing is performed. The amount of data to be handled is reduced. This facilitates clustering processing.

また、運転状況評価部28は、複数の入力画像49に対して微生物識別部71によって計算された識別区分ごとの微生物の出現率を基に、汚水処理の運転状況を評価する。
上記のような構成によれば、汚水処理の運転状況を高い精度で評価することができる。
The operation status evaluation unit 28 also evaluates the operation status of sewage treatment based on the appearance rate of microorganisms for each identification category calculated by the microorganism identification unit 71 for the plurality of input images 49 .
According to the configuration as described above, it is possible to evaluate the operation status of sewage treatment with high accuracy.

汚水処理運転状況評価装置60においては、第1実施形態と同様に、微生物の種類が増大した場合においても、機械学習器90が微生物の特徴を正確にとらえるように学習するため運転状況の誤評価を抑制でき、かつ、学習データを作成すれば特徴の抽出自体は自動でなされるため導入コストの増加も微細である。このように、汚水処理運転状況評価装置60に関して既に説明した上記の効果の各々は、従来のシステムに比べると、微生物の種類が多い場合により顕著となり得る。 In the sewage treatment operation status evaluation device 60, as in the first embodiment, even if the number of types of microorganisms increases, the machine learning device 90 learns to accurately capture the characteristics of microorganisms, so that erroneous evaluation of the operation status is prevented. can be suppressed, and since the feature extraction itself is automatically performed by creating learning data, the increase in introduction cost is minimal. Thus, each of the effects already described with respect to the sewage treatment operational status evaluation device 60 can be more pronounced when there are many types of microorganisms compared to conventional systems.

なお、本発明の汚水処理運転状況評価装置及び汚水処理運転状況評価方法は、図面を参照して説明した上述の各実施形態及び変形例に限定されるものではなく、その技術的範囲において他の様々な変形例が考えられる。 It should be noted that the sewage treatment operation status evaluation apparatus and the sewage treatment operation status evaluation method of the present invention are not limited to the above-described embodiments and modifications described with reference to the drawings, and other Various modifications are conceivable.

例えば、機械学習器40、50、90の構成は、上記各実施形態及び変形例において説明したものに限られないのは、言うまでもない。例えば、機械学習器40において、より多くの畳み込み層を設ける、限定された畳み込み層においてのみプーリング処理を実行する、入力層47と出力層48の間に1または複数の中間層を設ける等、多くの変形例が想定されるが、入力される画像内の微生物の特徴が抽出できるような設定が可能であれば、どのような構成を備えていてもよい。機械学習器50、90においても同様である。 For example, it goes without saying that the configurations of the machine learning devices 40, 50, and 90 are not limited to those described in the above embodiments and modifications. For example, in the machine learning device 40, many convolutional layers are provided, pooling is performed only in limited convolutional layers, one or more intermediate layers are provided between the input layer 47 and the output layer 48, and so on. However, any configuration may be employed as long as it can be set to extract features of microorganisms in an input image. The same applies to the machine learning devices 50 and 90 as well.

また、制御装置22、62は、一つの情報処理装置として実現されているように説明したが、各々の構成要素が複数の情報処理装置に分割されて搭載され、これらが互いに連携して動作してもよいのは、言うまでもない。例えば、制御装置22、62において、学習を行う部分と、運転状況の評価を行う部分とが、それぞれ対応する2つの情報処理装置に分けられた構成であってもよい。 In addition, although the controllers 22 and 62 have been described as being realized as one information processing device, each component is divided into a plurality of information processing devices and installed, and these operate in cooperation with each other. It goes without saying that For example, in the control devices 22 and 62, the part for learning and the part for evaluating driving conditions may be divided into two corresponding information processing devices.

また、運転状況評価部28は、運転状況が良好か悪化した状態かの評価を行うように説明したが、微生物の出現率を基に、より多くの、例えば5つの段階に細分化された評価を行うように実現されていてもよい。
あるいは、運転状況評価部28による評価は、運転状況が良い、悪いという評価軸に基づくものではなく、互いに優劣関係のない複数の状況に分類するようにしてもよい。
In addition, the driving condition evaluation unit 28 was explained to evaluate whether the driving condition is good or bad, but based on the appearance rate of microorganisms, the evaluation can be subdivided into more stages, for example, five stages. may be implemented to perform
Alternatively, the evaluation by the driving condition evaluation unit 28 may be classified into a plurality of conditions that are not superior or inferior to each other, instead of being based on the evaluation axis of good or bad driving conditions.

これ以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記各実施形態及び変形例で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更したりすることが可能である。 In addition to this, it is possible to select the configurations mentioned in each of the above-described embodiments and modified examples, or to change them to other configurations as appropriate without departing from the gist of the present invention.

1 汚水処理施設
3 生物処理反応槽(水処理槽)
20、60 汚水処理運転状況評価装置
21 撮像装置
22、62 制御装置
23 微生物撮影部
24 画像蓄積部
25、65 微生物特徴学習部
26 判定画像取得部
27、71 微生物識別部
28 運転状況評価部
30 学習画像取得部
31 ラベリング部
32、81 学習処理部
33、82 学習パラメータ記憶部
40、50、50-1~50-N、90 機械学習器
40A、95 学習済みモデル
43 学習画像
49 入力画像
66 機械学習部
67 クラスタリング部
68 特徴量抽出部
69 特徴量蓄積部
70 判定特徴量取得部
83 学習特徴量取得部
84 クラスタリング実行部
85 クラスタリングパラメータ記憶部
86 結果提示部
88 対応付け記憶部
94 再現画像
1 Sewage treatment facility 3 Biological treatment reaction tank (water treatment tank)
20, 60 Sewage treatment operation status evaluation device 21 Imaging device 22, 62 Control device 23 Microorganism imaging unit 24 Image storage unit 25, 65 Microorganism feature learning unit 26 Determination image acquisition unit 27, 71 Microorganism identification unit 28 Operation condition evaluation unit 30 Learning Image acquisition unit 31 Labeling units 32, 81 Learning processing units 33, 82 Learning parameter storage units 40, 50, 50-1 to 50-N, 90 Machine learning devices 40A, 95 Trained model 43 Learning image 49 Input image 66 Machine learning Unit 67 Clustering unit 68 Feature amount extraction unit 69 Feature amount accumulation unit 70 Determined feature amount acquisition unit 83 Learning feature amount acquisition unit 84 Clustering execution unit 85 Clustering parameter storage unit 86 Result presentation unit 88 Correspondence storage unit 94 Reproduced image

Claims (6)

水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設を対象として、前記水処理槽内に生息する前記微生物を撮像した入力画像を解析して前記微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価装置であって、
前記識別区分ごとに、対応する複数の機械学習器を備え、前記微生物に関する学習画像を含む学習データを前記複数の機械学習器の各々に入力して、前記学習画像内の前記微生物が対応する前記識別区分に属しているか否かを機械学習させ、前記微生物の識別に関する学習パラメータを生成して、前記識別区分ごとに複数の学習済みモデルを生成する微生物特徴学習部と、
前記入力画像を、前記複数の学習済みモデルの各々に入力して、対応する前記識別区分に属する前記微生物の有無を判定させ、判定結果を集計することで、前記入力画像内の前記微生物が属する前記識別区分を計算する微生物識別部と、
当該微生物識別部における識別結果を基に前記汚水処理の運転状況を評価する運転状況評価部と、
を備えている、汚水処理運転状況評価装置。
Targeting a sewage treatment facility that purifies sewage stored in a water treatment tank with microorganisms, an input image obtained by imaging the microorganisms living in the water treatment tank is analyzed to determine which identification category the microorganisms belong to. A sewage treatment performance evaluation device for calculating and evaluating sewage treatment performance, comprising:
A plurality of machine learning devices corresponding to each of the identification divisions is provided, learning data including learning images related to the microorganisms is input to each of the plurality of machine learning devices, and the microorganisms in the learning images correspond to the a microorganism feature learning unit that performs machine learning on whether or not the microorganism belongs to an identification division, generates learning parameters related to identification of the microorganism, and generates a plurality of trained models for each identification division;
The input image is input to each of the plurality of trained models, the presence or absence of the microorganism belonging to the corresponding identification section is determined, and the determination results are aggregated to determine the microorganism belonging to the input image. a microorganism identification unit that calculates the identification category;
an operation status evaluation unit that evaluates the operation status of the sewage treatment based on the identification result of the microorganism identification unit;
A sewage treatment operation status evaluation device.
前記複数の機械学習器の各々は、畳み込み深層学習を行うものである、請求項1に記載の汚水処理運転状況評価装置。 2. The sewage treatment operation status evaluation device according to claim 1, wherein each of said plurality of machine learners performs convolutional deep learning. 前記複数の機械学習器の各々は、前記学習画像に加えて、当該機械学習器に対応する前記識別区分に当該学習画像内の微生物が属しているか否かの情報を教師データとして入力することにより機械学習を実行する、請求項1または2に記載の汚水処理運転状況評価装置。 Each of the plurality of machine learning devices inputs, in addition to the learning image, information as to whether or not the microorganism in the learning image belongs to the identification section corresponding to the machine learning device as teacher data. 3. The sewage treatment operation status evaluation device according to claim 1 or 2, which performs machine learning. 前記複数の学習済みモデルの各々は、前記入力画像内の微生物が対応する前記識別区分に属しているか否かの2クラス分類を行う、請求項1から3のいずれか一項に記載の汚水処理運転状況評価装置。 The sewage treatment according to any one of claims 1 to 3, wherein each of the plurality of trained models performs two-class classification of whether or not microorganisms in the input image belong to the corresponding identification division. Driving condition evaluation device. 前記運転状況評価部は、複数の前記入力画像に対して前記微生物識別部によって計算された前記識別区分ごとの前記微生物の出現率を基に、前記汚水処理の運転状況を評価する、請求項1から4のいずれか一項に記載の汚水処理運転状況評価装置。 2. The operation status evaluation unit evaluates the operation status of the sewage treatment based on the appearance rate of the microorganisms for each of the identification categories calculated by the microorganism identification unit for the plurality of input images. 5. The sewage treatment operation status evaluation device according to any one of 4 from to 4. 水処理槽に貯留された汚水を微生物により浄化処理する汚水処理施設を対象として、前記水処理槽内に生息する前記微生物を撮像した入力画像を解析して前記微生物がどの識別区分に属するかを計算し、汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価方法であって、
前記微生物に関する学習画像を含む学習データを、前記識別区分ごとに対応して設けられた複数の機械学習器の各々に入力して、前記学習画像内の前記微生物が対応する前記識別区分に属しているか否かを機械学習させ、前記微生物の識別に関する学習パラメータを生成して、前記識別区分ごとに複数の学習済みモデルを生成し、
前記入力画像を、前記複数の学習済みモデルの各々に入力して、対応する前記識別区分に属する前記微生物の有無を判定させ、判定結果を集計することで、前記入力画像内の前記微生物が属する前記識別区分を計算し、
識別結果を基に前記汚水処理の運転状況を評価する、汚水処理運転状況評価方法。
Targeting a sewage treatment facility that purifies sewage stored in a water treatment tank with microorganisms, an input image obtained by imaging the microorganisms living in the water treatment tank is analyzed to determine which identification category the microorganisms belong to. A wastewater treatment operating condition evaluation method for calculating and evaluating a wastewater treatment operating condition, comprising:
Learning data including learning images about the microorganisms are input to each of a plurality of machine learning devices provided corresponding to the identification divisions, and the microorganisms in the learning images belong to the corresponding identification divisions. machine learning whether or not there is, generating learning parameters related to the identification of the microorganisms, generating a plurality of trained models for each of the identification categories,
The input image is input to each of the plurality of trained models, the presence or absence of the microorganism belonging to the corresponding identification section is determined, and the determination results are aggregated to determine the microorganism belonging to the input image. calculating the identification class;
A sewage treatment operation status evaluation method for evaluating the sewage treatment operation status based on the identification result.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025028572A1 (en) 2023-08-02 2025-02-06 住友化学株式会社 Computer program, information processing method, and information processing device

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111401582B (en) * 2020-03-12 2020-11-10 中交疏浚技术装备国家工程研究中心有限公司 Abnormity identification method and monitoring platform for domestic sewage treatment facility
CN111397659A (en) * 2020-04-01 2020-07-10 江苏国盛华清环保科技有限公司 Intelligent environment management system suitable for operation of sewage treatment plant of cigarette factory
CN111994977A (en) * 2020-09-08 2020-11-27 广东生太修复科技有限公司 Cultivation sewage treatment method and related device
JP7571690B2 (en) * 2020-09-10 2024-10-23 Jfeエンジニアリング株式会社 Method and device for evaluating the operating state of a sewage treatment plant and method and device for controlling operating conditions
JP7494669B2 (en) * 2020-09-10 2024-06-04 Jfeエンジニアリング株式会社 Method and device for predicting parameter values of wastewater treatment simulator, and method and device for controlling sewage treatment plant
JP7494668B2 (en) * 2020-09-10 2024-06-04 Jfeエンジニアリング株式会社 Method and apparatus for predicting treated water quality at a sewage treatment plant
CN112200011B (en) * 2020-09-15 2023-08-18 深圳市水务科技有限公司 Aeration tank state detection method, system, electronic equipment and storage medium
CN112101454A (en) * 2020-09-15 2020-12-18 成都明控科技有限公司 A kind of sewage aeration analysis method
JP7567371B2 (en) * 2020-10-30 2024-10-16 セイコーエプソン株式会社 Method for performing class classification processing using machine learning model, information processing device, and computer program
JP7684655B2 (en) * 2021-11-10 2025-05-28 Jfeエンジニアリング株式会社 Method and device for predicting treated water quality at sewage treatment facilities, and method and device for predicting operating conditions
JP7807311B2 (en) * 2022-04-28 2026-01-27 株式会社日立製作所 Systems and methods for assisting in wastewater treatment
WO2023248348A1 (en) * 2022-06-21 2023-12-28 中国電力株式会社 Barnacle larvae detection device and drug concentration management system
CN116813113A (en) * 2022-11-29 2023-09-29 慧之安信息技术股份有限公司 Sewage treatment method based on machine learning
CN117035514B (en) * 2023-08-08 2024-04-12 上海东振环保工程技术有限公司 Comprehensive sewage treatment management and control system based on cloud platform
CN117383768B (en) * 2023-12-08 2024-03-12 中国林业科学研究院林产化学工业研究所 Sewage circulation treatment control system and method
CN118135412B (en) * 2024-01-15 2024-10-01 广东省科学院广州地理研究所 A remote sensing identification method for black and odorous water bodies in rural areas
CN119059584B (en) * 2024-08-26 2025-03-25 宙持环保湖北有限公司 Intelligent sewage treatment method and equipment
CN120339675B (en) * 2025-03-03 2026-03-17 沈阳化工大学 A method for identifying and detecting abnormal sludge conditions in wastewater treatment

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3114022B2 (en) 1991-04-24 2000-12-04 株式会社日立製作所 Microorganism monitoring device and method
CN101477630A (en) 2009-02-17 2009-07-08 吴俊� System and method for intelligent water treatment micro-organism machine vision identification
JP2011229413A (en) 2010-04-23 2011-11-17 Nagoya Univ Cell evaluation device, incubator, program, and culture method
JP2015230303A (en) 2014-06-06 2015-12-21 林正祥 Waste water diagnosis system, waste water diagnosis device, and waste water diagnosis data processing method
JP2018018313A (en) 2016-07-28 2018-02-01 国立大学法人信州大学 Image discrimination device and image discrimination method
WO2018083984A1 (en) 2016-11-02 2018-05-11 ソニー株式会社 Information processing device, information processing method and information processing system
JP2018134051A (en) 2017-02-23 2018-08-30 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 Information processing device, information processing method and information processing program

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08197084A (en) * 1995-01-26 1996-08-06 Meidensha Corp Biological phase diagnosis support system
KR101883350B1 (en) * 2016-11-22 2018-08-02 (주) 테크로스 Apparatus and method for analyzing microorganism

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3114022B2 (en) 1991-04-24 2000-12-04 株式会社日立製作所 Microorganism monitoring device and method
CN101477630A (en) 2009-02-17 2009-07-08 吴俊� System and method for intelligent water treatment micro-organism machine vision identification
JP2011229413A (en) 2010-04-23 2011-11-17 Nagoya Univ Cell evaluation device, incubator, program, and culture method
JP2015230303A (en) 2014-06-06 2015-12-21 林正祥 Waste water diagnosis system, waste water diagnosis device, and waste water diagnosis data processing method
JP2018018313A (en) 2016-07-28 2018-02-01 国立大学法人信州大学 Image discrimination device and image discrimination method
WO2018083984A1 (en) 2016-11-02 2018-05-11 ソニー株式会社 Information processing device, information processing method and information processing system
JP2018134051A (en) 2017-02-23 2018-08-30 大学共同利用機関法人情報・システム研究機構 Information processing device, information processing method and information processing program

Non-Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Applied Sciences,2017年07月,Vol.460,P.1-25
Preprint submitted to Journal of LATEX Templates,2017年11月11日,P.1-36
図説 微生物による水質管理,株式会社 産業用水調査会,2007年11月14日,P.71~87

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2025028572A1 (en) 2023-08-02 2025-02-06 住友化学株式会社 Computer program, information processing method, and information processing device

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