CN1196636C - 基于自动预测的真空垃圾收集系统的控制 - Google Patents

Abstract

本发明总的涉及一种真空垃圾收集系统和操作这种系统的方法。按照本发明的总的想法是要在至少一个垃圾槽内对垃圾高度作频繁的测量，并根据多个测量值对真空垃圾收集系统中至少一个操作参数的未来值作出合适的预测。操作参数的预测值随后被用在系统的控制上。一个基本的例子是预测将垃圾槽排空的优化时间，使垃圾槽在“恰好”正确的时间排空，既不太早，也不太晚。由于对操作参数未来值的预测是根据经验数据作出的，而不是使用简单而静止的经验法则，因此整个真空垃圾收集系统的可靠性和效率能显著提高。

Description

基于自动预测的 真空垃圾收集系统的控制

                     本发明的技术领域

本发明总的涉及垃圾管理和废料处理，尤其涉及一种操作真空垃圾收集系统的方法，一种真空垃圾收集系统，一种用来控制这种系统内垃圾排空的控制系统，以及一种用来控制真空垃圾收集系统操作的计算机程序单元。

                        背景

在低于大气压的压力或真空压力下操作垃圾收集系统以便利用空气的吸力来运送垃圾已使用了许多年，被公认为废品处理问题的一个有效、清洁而且方便的解决办法。这种吸取运送垃圾的系统，今后将被简称为真空垃圾收集系统，曾在较小的和中等大小的居住和办公楼区非常出色地运行。但随着真空垃圾收集系统被用于较大的和较密集的居住和办公楼区及/或具有多层高建筑的区域时，对系统的要求会相当地提高。

特别是，当垃圾槽位在高楼内时，投入到槽内的垃圾数量在一短期内可能很大以致积聚在垃圾槽内的垃圾过高，等不到定期来将垃圾槽排空。

缓解这个问题的普通方法是使常用的至少是特定的垃圾槽增加其暂时存储能力。例如我们的国际专利申请WO 98/47788曾公开一种设在垃圾槽内排放阀之上的垃圾限制阀使垃圾槽内的垃圾能在限制阀之上存储。这个装置在多处应用上被证明十分有效的。但由于垃圾槽本身被用作垃圾的存储容积，特别是在高层建筑中，在限制阀之上的槽有在没有轮到下一次排空之前被垃圾充满到第一进入口的危险。

还曾作过不同的尝试，如在瑞典专利申请9900401-2中曾说明可在至少某些垃圾槽内设置所谓扩充的存储容积。该容积通常的形式为一容器，具有比垃圾槽大得多的横截面，位在排放阀之上，允许数量较大的垃圾暂时存储。

另一个通常的方法是较频繁地排空垃圾并收集垃圾，这样来缩短排空周期。但现有的垃圾收集系统的操作控制在这方面还远未优化。

还曾尝试用提高在系统输送管内的真空度来缩短排空和收集的时间，但遗憾的是这种真空度的提高会增加危险性，因为垃圾将被过度压紧，形成栓塞流会使系统的管子堵塞，这种堵塞甚至可使整个分支管线或输送管线封闭。另一个与采用高真空有关的问题是噪声，这个噪声是在排空时造成的空气流通过垃圾槽时产生的。另外，高真空可迫使开启的进入口迅速关闭，这时如有人要抛弃垃圾袋，会挤压甚至伤害人手。

近来为了优化真空垃圾收集系统的效能，曾引入所谓高度控制排空。在高度控制的真空垃圾收集系统内，每一个垃圾槽都分别设有高度传感器用来指出垃圾槽内的垃圾是否已堆积到预定的高度。当垃圾达到预定高度时，高度传感器就将高度指示信号发送控制系统较大的优先。在高度控制下排空时，控制系统赋予具有高度指示的垃圾槽，并且在“先来先服务”的基础上排空这些垃圾槽。这样，该控制系统可能会改变该系统正常使用的在结构上预定的排空次序，而将收集的垃圾导向具有高度指示的垃圾槽。

传统的高度控制排空在较小的系统内某些载荷条件下被证明是有效的，能导致系统效能的提高。但在较大较复杂的系统中，高度控制的排空会得出相反的效果，导致在系统的不同分支之间频繁的跳动，从而无效地使用可用垃圾收集资源。

传统的高度控制排空而且是不灵活的，一旦高度传感器被布置在垃圾槽内，就难于灵活适应预定的高度，以改变真空垃圾收集系统的时间极限，使系统的操作优化。在传统的高度控制排空中使用的预定的高度为了防止垃圾槽在系统内高载荷时过载可能会定得太高，而在系统内低载荷时预定的高度可能太低，不能最佳地利用资源。

“先来先服务”原则的另一个缺点是没有考虑到垃圾槽排空次序所造成的后果。例如，在关键地区内常有垃圾槽会被过载的危险，因为该垃圾不是在排空序列中的首位。

                         相关技术

国际专利申请WO 96/2 22 38公开一种分别收集不同垃圾的站。该站设有多个收集单元，每一收集单元包括多个容器，有一装置用来将不同的垃圾输送到不同的容器，还有设施可用来检测每一容器内与垃圾数量有关的数据。数据检测设施的形式可以是传感器，用来检测容器内垃圾的高度。

                     本发明的综述

本发明的总目的是要提供一种有效而可靠的真空垃圾收集系统以及操作这种系统的改进而灵活的方法。

具体地说，要求使真空垃圾收集系统在可靠性、总效率、动力消耗和其他操作费用等各个项目上优化。就这方面而言，目的是要减少排放阀每天开启的次数，减少总的运送时间，使有效运送和存储能力优化，同时减少可能的操作干扰。

本发明另一个目的是要提供一种改进的控制系统，用来控制真空垃圾收集系统垃圾槽内垃圾的排空。

上述这些目的本发明均可达到。

本发明的总的想法是要连续测量在至少一个垃圾槽内垃圾的高度，并根据多次测量的结果合适地预测真空垃圾收集系统的至少一个操作参数的未来值。根据对所说操作参数的预测未来值控制所说真空垃圾收集系统的操作，以实现垃圾的受控排空。当然，随着新的测量的完成，随时要作出新的预测，以合适地更新操作参数的预测未来值。

由于根据经验数据合适地预测操作参数的未来值，而不是使用简单而静止的经验法则，因此真空垃圾收集系统整体的可靠性和效率能显著地提高。最好用来作出预测的经验数据是根据垃圾槽内垃圾渐增高度的频繁的测量得出的。通常，取样周期小于1分钟，最好小于15秒(如10秒甚至1秒)。经验数据被计算机或其他等同的处理设施有效地处理，估计出操作参数的预测值。

在传统的高度控制排空中，分设在垃圾槽内预定位置上的高度传感器只是示出垃圾是否已堆积到越过槽内的预定位置，而按照本发明的解决方案，可对垃圾收集系统作出一个更可靠而灵活的控制。

按照本发明的基本程序通常包括预测一个未来时间点，预期垃圾槽内垃圾的高度何时超过一个给定的门槛值，或预测在一给定的未来时间上在该垃圾槽内的垃圾可能达到的高度。最好能预测出排空垃圾槽的最佳时间，使垃圾槽能在“恰好”正确的时刻被排空，既不过早，其时垃圾槽还远未被充满，也不太晚，其时垃圾槽有被高超载的危险。

按照本发明一个优先实施例，该预测包括一个以斜率为基础的程序，用来合适地确定垃圾槽内垃圾的生长率，再根据确定的生长率和对垃圾槽内垃圾高度的实际测量用外插法来估计预测值。但应知道，任何一种合适的技巧如非线性曲线的拟合、自动筛选或等同的技巧都可应用。

上述解决方案即以预测值为基础的控制对于较大和较复杂的系统被证明为特别有效，其时垃圾槽被划分成组，排空是在组的基础上进行，而不是在单个垃圾槽上进行。这样，真空垃圾收集系统的可供资源便可得到进一步的利用。

在成组操作时，通常须对各组选择以便一次排空一组。选择程序根据垃圾收集系统的操作参数的预测值制定。最好，组的选择程序利用所谓排空条件进行，排空条件须为每一组确定，不管这个组的排空条件是有效的还是没有预测值的合适子集作为根据。具有有效排空条件的各组可被选择排空垃圾。为了得到最佳的效能，每一组一般还与一个优先值关联，在具有有效排空条件的各组中优先值最高的一组被选为排空垃圾。有多种不同的路径可用来设定“优先值”，例如考虑预测值和垃圾槽超载的后果。

最好，真空垃圾收集的以预测为基础的控制成为计算机程序产品的软件被使用，该软件当装在计算机内并可操作地与垃圾收集系统连接时可有效控制系统的操作。

                   附图的简要说明

在参阅下面结合附图所作的说明后当可对本发明的目的和优点有很好的了解，在附图中：

图1为真空垃圾收集系统的略图；

图2为设有高度传感器的垃圾槽的略图；

图3为一略图，示出垃圾槽内垃圾的高度如何随时间而变，并示出当预期垃圾的高度超过一个给定的门槛值时如何预测未来时间点；

图4为按照本发明第一优先实施例的以预测为基础操作真空垃圾收集系统的方法的流程图；

图5为按照本发明优先实施例的使用计算机的控制系统的略图；

图6为按照本发明的真空垃圾收集系统的概略的逻辑图；

图7为按照本发明第二优先实施例的以预测为基础操作真空垃圾收集系统的方法流程图。

                本发明的实施例的详细说明

在所有附图中，相同的标号用来表示相应的或相似的元件。

为了避免误解，应该知道“垃圾”一词不仅包括传统上所称“家庭垃圾”，而且包括废品处理领域内的所有部分如纸、布、盥洗品、盒壳和有机废品。

为了清楚地理解本发明，现在参照图1，总体观察一个示例性的真空垃圾收集系统。

系统概述

图1为一略图，示出真空垃圾收集系统的一例。作为例子，假定该系统1装在具有多个建筑物的居住区及/或商业区内。每一幢建筑物2装有一个垃圾槽3或等同物。在这具体例子中，垃圾槽为通过建筑物垂直延伸的垂直槽，每一槽通常具有几个插入孔和相应的进入口(未示出)。每一槽备有一个可开启、关闭的排放阀4，该排放阀最好位在建筑物底层。开启排放阀4便可使垃圾槽3与地下输送管5连通，积聚在该阀上的垃圾便可排放到输送管内。关闭排放阀4使可将垃圾槽的下端堵塞，槽和输送管5便被隔绝。

真空垃圾收集系统通常包括多根输送管5形成一个地下的输送管系统，在其内垃圾被空气吸力输送到中央垃圾收集站6。所示输送管系统具有一根主管，其上连接着多根支管。但应知道本发明并不限于这样，其他形式的输送管系统也可使用。

系统内的每一根支管在其端头都有一个进气阀8。当中央垃圾收集站6的主阀7开启时，输送管系统成其适当的部分都被暴露在低于大气压的压力或真空压力下，而当一根具体支管的进气阀8开启时，需要用来输送积聚在支管内的垃圾便进入到系统内，将垃圾输送到中央站6。分区阀(未示出)通常用来将输送管系统内的不同区段互相封闭以确保在个别区段内有足够的压力，可进行有效的吸力输送。

另外，真空垃圾收集系统具有一个控制系统9，可用来有控制地排空系统内的垃圾。更具体点说，控制系统按照可接受的控制技术通过对系统的排放阀、进气阀、分区阀和主阀的控制，可控制垃圾从垃圾槽内排空到输送管系统，并将垃圾从输送管系统的各个不同的支管用吸力输送到中央收集站。

本发明并不涉及排放阀、进气阀、分区阀和主阀的具体设计，这些都是行业内众所周知的事，并且可用真空垃圾收集系统内使用的任何一种传统的型式。同样，中央垃圾收集站也可使用任何一种已知的传统站。但一般地说，一旦垃圾被输送到中央站，垃圾就在中央站被压实并被存储在容器内。

图2示出以传统方式装在建筑物2内的垃圾槽3的一例，其上装有一个可开启、关闭的排放阀4。排放阀4最好位在建筑物的底层，并被用来使垃圾槽3和地下输送管5可以连通。另外，垃圾槽3具有一个高度指示器系统，该系统在本具体例子中包括一个模拟高度传感器11，用来测量垃圾槽3内垃圾的高度。形式为超声传感器或等同物的模拟高度传感器通常设在槽壁内或其附近，能产生代表槽3内垃圾高度的信号信息。作为替代模拟高度传感器，也可使用沿着槽高在底层和第一层楼之间分设的多个高度传感器(包括机械的和光学的)来提供垃圾槽3内垃圾高度的信息。还可测量槽内垃圾的重量，用这个信息作为对垃圾槽内垃圾高度的量度。

应该知道，通常在垃圾槽内垃圾“高度”和垃圾体积之间有一直接对应关系。重要的是还应知道，就测量“垃圾槽内垃圾高度”而言，“垃圾槽”一词不仅包括通常使用的标准垃圾槽，而且还包括所有型式的垃圾存储体积，甚至包括扩大的存储体积，其形式可以是横截面比垃圾槽本身大的容器。

模拟高度传感器11产生的信号信息被直接地或通过分布的控制单元转送到控制系统，控制系统要对来自垃圾收集系统内各垃圾槽的高度传感器的信号信息作出反应以进行有控制的垃圾排空。分布的控制单元1 2也可用来将来自控制系统的控制信号发送给排放阀4。

按照本发明的想法是要在至少一个垃圾槽内对垃圾渐升的高度进行频繁而连续的测量，并根据所有的高度测量值或其适合的子集合适地预测至少一个操作参数的未来值。

设在相关垃圾槽内的模拟高度传感器11给出槽内垃圾高度的连续信息，以给定的取样频率加0.1或1Hz(分别相应于10秒和1秒的取样周期)从这些高度传感器上读出垃圾高度，便可建立起良好的预测用的经验基础。一般地说，经验数据然后被计算机或其他等同的处理设施处理便可确定一个或多个预测值。根据经验数据而不是用简单而静止的经验法则来作出操作参数未来值的相关预测有助于提高真空垃圾收集系统整体的可靠性和效率。

按照本发明，操作参数的预测值当预期垃圾槽内垃圾的高度超过一个给定的门槛值时通常包括一个未来时间点，而当未来时间点被给定时，则包括垃圾槽内垃圾的预期高度。一个基本的例子是预测放空垃圾槽的最佳时间使垃圾槽在“恰好”正确的时间被排空(由于读出垃圾在槽内的生长率，因此有可能决定排空的正确时间)。通常，与传统的系统控制相比，这意味着可以减少系统内每天开启排放阀的总次数，同时并可减少超载的次数。

为了更好地理解，下面在说明以预测为基础的排空程序时将从简单的单个垃圾槽开始，以后再说明比较复杂的成组垃圾槽的排空。

单个垃圾槽的以预测为基础的排空

图3为一略图，示出垃圾槽内的垃圾高度如何随时间变化，并表示当要预期垃圾的高度超过给定的门槛值时如何预测未来时间点。图中Y轴线代表垃圾槽内垃圾的高度，由设在槽内的高度传感器感知，X轴线代表时间。最好高度传感器被控制系统按固定的间隔如每10秒钟一次读出。分散的高度测量值在图3的曲线中用符号×示出。该曲线一般地示出垃圾高度如何随时间增长，指出垃圾槽在何时被排空，其时垃圾高度降至零，而在排空后垃圾高度又如何继续增长。按照本发明的一个优先实施例，这些高度测量值被用来作出预测，其中一个预测如图3中虚线所示，当预期垃圾高度超过一个预定的门槛值时，从该虚线可预测出一个未来时间点TPRED，这样垃圾槽便能作出安排在正确的时刻排空。通常每有一个新的试样就要作一次新的预测，或者至少每隔一个固定时间便要预测一次，使预测值的变化能被连续监控，控制能相应跟上。这一般被称为自动预测和控制。首先，当预期达到门槛值时，预测值可指出时间上的某一点，而较后的预测考虑到新的测量值又可指出是在时间上另一不同点，这样随着垃圾高度接近门槛值，预测将越来越精确，但重要的是要尽快得到一个好的预测为的是要有足够的时间来采取必要的控制行动。

预测技巧

一个基本而健全的预测技巧包括根据许多高度测量值计算出垃圾槽内垃圾的生长率，然后用实际高度的测量值和估计的生长率外插法，制出涨高曲线。再将垃圾的某一时间点t的积聚高度改用体积来表示，那么一般可有下式：

$V\left(t\right)=V\left(t_{\mathrm{init}}\right)+\underset{t_{\mathrm{init}}}{\overset{t}{\∫}}(Q_i-Q_o)\mathrm{dt}=\underset{t_{\mathrm{init}}}{\overset{t}{\∫}}(\mathrm{dV}/\mathrm{dt})\mathrm{dt}---\left(1\right)$

式中V(t)为垃圾在时间t时的体积，V(t_init)为在时间t_init时的初始体积，Q_i为垃圾的流入率，Q_o为垃圾的流出率。因此利用在实际时间t测得的体积V(t)和对导数dv/dt的估计，有可能在给定门限体积V_threshold时作出到达该门限体积的时间T_PRED的预测。体积改变速度由流入率Q_i和流出率Q_o之差给出，并为图3中曲线的斜率所代表。

采用直线外插法，当要预期达到门限体积V_threshold时，时刻T_PRED可由下式给出：

$T_{\mathrm{PRED}}=t+\frac{V_{\mathrm{threshold}}-V\left(t\right)}{\mathrm{dV}/\mathrm{dt}}---\left(2\right)$

当采用上述问题的数值解时，通常必须结合给定的周期确定导数dv/dt的值。图3中的曲线的斜率通常随时间而变，必须确定哪一部分的曲线或整个曲线是合适的，应予考虑。为此理由，有一普通使用的技巧，即形成一个明显的或隐含的窗口。

导数dv/dt的简单估计方法为在时间窗口内取体积的最新试样值与体积的第一试样值之差除以时间窗口的长度。但应知道这是对导数的十分粗糙的估计。

一个比较费事的方法包括在给定的时间窗口内每一个取样时间对V的导数作出估计，然后根据估计的导数完成加权平均计算。在每一个取样时间t_x上，从高度传感器读出体积V(t_x)并估计V的导数即dv(t_x)/dt。在每一个取样时间上的导数可这样估计，取在实际取样时间t_x上的体积V(t_x)与在上一个取样时间t_x-1上的体积V(t_x-1)之差除以取样周期T：

$\mathrm{dV}\left(t_x\right)/\mathrm{dt}\≈\frac{V\left(t_x\right)-V\left(t_{x-1}\right)}{T}---\left(3\right)$

这里假定跨越t_x和t_x-1之间取样周期的导数为常数，接下来按照下式进行加权平均计算：

$\stackrel{\‾}{\mathrm{dV}/\mathrm{dt}}=$

$=\frac{W_x\·\frac{V\left(t_x\right)-V\left(t_{x-1}\right)}{T}+W_{x-1}\·\frac{V\left(t_{x-1}\right)-V\left(t_{x-2}\right)}{T}+...+w_{x-(N-2)}\·\frac{V\left(t_{x-(N-2)}\right)-V\left(t_{x-(N-1)}\right)}{T}}{N-1}---------\left(4\right)$

其中W为加权系数。因此可能这样设定加权系数，使将较大的权加在最新对涨高的测量上，而将较小的权加在时间窗口内较早对涨高的测量上。

通常，在计算平均值时用来测量的时间窗口会随着新试样移动，因此这种平均过程有时被称为移动平均过程。如果要考虑体积的N个连续的原始数据试样，那么有(N-1)个估计的导数将被用于平均的计算。因此时间窗口将延伸到(N-1)·T时间单元的周期，其中T为取样周期。可被使用的实际时间窗口和实际取样周期高度取决于具体用途，必须逐个逐个地决定。时间窗口的长度通常必须适应垃圾收集系统的平均周期。当这个周期为5-10分钟时，举个例子，合适的时间窗口可在2-3分钟的范围内。

几何移动平均算法是一种有趣的平均技巧，它有这样的性质，即将加权系数λ给予最新的估计值，而对所有以前的估计值，加权系数则按几何级数递减。初始加权λ常被称为所谓遗忘因数，它决定用如何快的速率使加权递减，从而决定实际上被算法记住的估计值的数目。例如，如果我们需要某一个数目K的最新估计值在几何移动平均的总的组成中占到一定的百分比P，那么应采用下面的遗忘因数。

$\mathrm{\λ}(P,K)=1-e^{\frac{\ln (100-P)}{K}}----------\left(5\right)$

当然，有多种可替代的路径来设定加权系数，也有多种可替代的平均技巧。

如要进一步了解微分和积分的数值方法，可参阅R.H.E Frands所著：化学工程中的建模和模拟45-80页(Wiley-Interscience，1972年版)。

处理快速的流动变化

在某些情况下，特别是在转变到高载荷期间或者在生长率可能急剧变化的阶段的开始，最好用一导数的预先设定值来开始，以后再根据实时的高度测量来调整这个值。这样，以预测为基础的控制对急剧变化的生长率反应缓慢的危险便可减少或消除。预先设定值例如可根据经验或统计的测量值来确定。

垃圾收集系统在操作时，导数一般在一天间就会有很多变化，流动的变化可能是快速的、杂乱的，导致导数不稳定。将计算出的导数估计值筛选，我们可以将那些快而杂乱和短暂的流动变化束缚住，这样就可减少控制系统由于响应这种流动变化而过分起作用的危险。但仍旧需要有一个灵敏度足够的控制系统来响应垃圾输入流的显著变化。上面所说的采用平均值是筛选的一种形式，这种形式在大多数用途上能得出满意的结果。还可能使用数码筛选器如相当于时间平均计算的一阶筛选器，或较先进的高阶筛选器。

在一天内对垃圾流动的变化作较彻底的分析可提供信息使不同载荷周期的筛选器或平均效能优化。根据许多天垃圾高度的统计测量，考虑垃圾输入流的动态，可以定出在一个平常天内的多个具有不同特性的输入流周期。这样，一般地用来预测的模型和具体地对导函数的估计就能灵活地适应输入流的性质，例如可以根据一天内的周期调整筛选器的特性，为筛选器的各项参数设定不同的值。还可能在以后的操作中继续收集统计资料使统计及时、周期和相应的筛选器参数适应新的情况。

以确定生长率为基础的预测是一种基本的和健全的技术，具有许多优点。但应知道本发明并不限于这种技术，预测可用任何一种可替代的技术来完成，例如，预测可用以多项式为基础的外插法或其他非线性曲线的拟合来完成。另外还可用自动筛选来预测，其时自动筛选器的与时间有关的系数用最小二乘(LMS)法或等同物来控制。

总结上面论述的主要方面，可参阅图4，该图为按照本发明第一优先实施例的、以预测为基础操作真空垃圾收集系统的方法的一个简单而概略的流程图。在一个或多个垃圾槽内的垃圾高度被设在槽内的高度传感器测量出来，高度信息通常按给定的取样频率由控制系统读出。在步骤21，垃圾的实际高度被控制系统在例行的取样时刻读出。其次，在步骤22，使用给定的时间窗口确定垃圾的生长率。在步骤23，确定的生长率和在步骤21和读出的垃圾高度在外插程序中被使用，从而作出当预期垃圾高度超过给定的门槛值时对一个未来时间点的预测。这个时间预测，通常用安全裕度略加调整，随后在步骤24被控制系统用来确定在何时将该垃圾槽列入排空序列，其时应当考虑在排空序列内其他垃圾槽的垃圾排空时间和收集时间。

根据预测控制排空程序

从实用观点看，最好能确定使垃圾槽在存储容积比较装满同时又可避免超装的情况下排空。有多种方法可以做到这一点，下面举一个例子简要地说明按照本发明的一个较优的实施例如何使用预测值来控制垃圾收集系统。

在这具体例子中，有两个独立的所谓排空条件须在例行的决策点上查核以确定是否将该垃圾槽列入排空序列。假定决策是在时间t_x上作出，其时垃圾槽内的垃圾体积为V_x，那么第一排空条件是：

如果tx＞K1·TPRED，那么第一排空条件被满足就可转到第二排空条件                   (5)

第一排空条件可被看作是一个安全的解决方案，该方案可保证该垃圾槽在预测时间到达之前的一定时间被列入到排空序列内。如果常数K₁取一高值使这个一定时间缩短，那么就要冒超装的危险。反之如果K₁取一低值，那么安全裕度可增加。例如K₁可被设定为0.9。

第二排空条件可被用来确定该垃圾槽是否值得被排空，或者换句话说，考虑到垃圾的高度和生长率，该垃圾槽是否应被接受排空。

如果(Vx/Vmax)＞K2并且(TPRED-tx)＜K3·MTBE那么排空条件2被满足                        (6)

其中MTBE(平均排空时间间隔)是为该垃圾槽确定的，它是以前的排空周期的加权平均值，并且时间都是从一个共同的零点起算，该零点被限定为垃圾槽最近一次排空的时间。例如K₂可被设定为0.6。这意谓如果体积V_x达到最大许可体积V_max的60％，那么第二排空条件的第一部分就可被满足。排空条件的第二部分是根据与该垃圾槽的可能的排空周期MTBE比较而定的。如果相对于MTBE的估计值，生长率较慢，那么该垃圾槽就不被认为值得排空，排空条件的第二部将不能被满足。在另一方面，如果生长率较快，该垃圾槽可被认为值得排空。如果第二排空条件的第一部分已被满足，那么可以变换K₃的值，设定不同的时间条件来满足第二排空条件的第二部分，例如K₃可被设定为1.5。

如果以后的预测指出早先的预测不准确，该垃圾槽可在较晚的时间排空，那么该垃圾槽可从当时的排空序列中撤出。

在计算中使用安全裕度应很好地组织以便进行良好的控制从而得到比较明确的结果。

上述依次排列的步骤可由计算机执行程序元素如函数、程序或等同物来完成。这些程序元素可写成功能编程语言、目标定向编程语言或任何其他合适的编程语言。最好使用目标定向编程语言如Java或C++。

垃圾收集系统最好由使用计算机的控制系统来控制，其功能为监控并控制垃圾收集系统。

控制系统概述

图5为按照本发明一个优先实施例的使用计算机的控制系统的略图。控制系统基本上具有一个计算机或处理器系统，其内有一个或多个计算机程序被执行以完成监控和控制垃圾收集系统的功能。计算机为基础的控制系统包括一个CPU(中央处理器)31或等同物、一个主存储器32、一个传统的信号界面33、和一个传统的用户界面34。主存储器32有一计算机程序36用的程序存储35和一数据用的数据存储37。控制系统通过传统的连通环节被连接到垃圾收集系统的其他构件上，并且利用信号界面33来接收从垃圾收集系统来的信号信息并将控制信号发送给垃圾收集系统的排放阀、进气阀、分区阀和主阀。具体地说，信号界面33被用来从垃圾收集系统内的一个或多个高度传感器接收高度的信息，这个高度信息然后被在计算机系统上运行的计算机程序36处理，以预测为基础的控制例如上面结合图3和4所说明的那样，从而被执行，生成合适的控制信号，这些信号被分别发送到相关的排放阀、进气阀和主阀以执行垃圾的有控制的排空和收集。

成组垃圾槽的以预测为基础的排空

以预测为基础的控制曾被证明对较大和较复杂的真空垃圾收集系统特别有效，其时垃圾槽被划分成组并以组为基础排空而不是根据单一垃圾槽的垃圾高度来排空。一般地说，排放阀、从而相应的垃圾槽都被划分成组，而有控制地排空垃圾是在组的基础上开启排放阀来完成的。这时从同一组的垃圾槽来的垃圾被聚合并集体输送到中央站。这样，在各不同支管之间经常跳动的问题可大为减少，而在真空垃圾收集系统内可供资源的利用可显著改善。另外在有控制地排空系统内的垃圾时可考虑垃圾对整个组的总流入和全组的总容量。

现在参阅图6，该图为真空垃圾收集系统的概略的逻辑图，其中排放阀已被划分成组。该图包括中央垃圾收集站RCS、形式为管网的输送管系统、排放阀DV和垃圾槽RCH、区分阀SE1-SE2和进气阀AV1-AV8。

如图6所示，排放阀被划分成组G1-G5。但应知道图6中的划分只是一个例子，其他划分同样可行。这些组一般根据真空垃圾收集系统收集系统的结构和对系统的具体要求规定。

这些组通常由系统管理人员在一专门的分组限定单上构成。在该分组限定单上，管理人员限定哪一个进气阀和哪一个排放阀应属于哪一组，如表I即其一例。

表I

在上面表I给出的例子中可见下列各组被形成：

-  所有在AV1上的DV属于G1组。

-  所有在AV2上的DV属于G2组。

-  所有在AV3上的DV属于G3组。

-  所有在AV4-6上的DV属于G4组。

-  所有在AV7-8上的DV属于G5组。

按照本发明的第二优先实施例，控制系统根据设在系统中多个垃圾槽内的高度传感器提供的代表垃圾高度的信号信息作出预测，并根据预测值选择哪个组可在一次一起排空。选择机构通常需要应用组的排空条件，预定的排空条件适用于每一个组。可将适用于单一垃圾槽的排空条件例如上面表达式(5)和(6)所给出的那样结合起来作为整个组的排空条件。例如如果在同一组内的预定数目的单个垃圾槽都能满足排空条件，那么这个组可被认为满足排空条件。

或者，作为变通的做法，每一组的排空条件可根据组内多个垃圾槽来制定，这些垃圾槽按照预测可望在这一次或可能在以后的排空周期内装满。在这种情况下，通常只要一个单独垃圾槽可望装满就足够将全组列入排空日程。还可能考虑一个组内的总体存储容量使当多个相邻垃圾槽中的一个将要装满时，用户能够简单地转到另一个邻近的垃圾槽。在那种情况下，排空条件通常包括多于一个的垃圾槽。排空条件通常可由系统管理人员制定。

为了更好了解本发明的这个方面，可参阅图7，这是一个按照本发明第二优先实施例的以预测为基础的操作垃圾收集系统的方法的概略流程图。本发明当然并不限于图7的实施例，该图只是一个例子说明如何应用本发明的想法。

该方法最好被制成软件使用，将这软件装在计算机上运行可使计算机完成在图7的流程图中限定的步骤、功能和动作。

如上所述，在多个垃圾槽内的垃圾高度由设在槽内的各该高度传感器测量而得知，由此产生的高度信息通常由控制系统以给定的取样频率读出。按照规定的决策时间间隔，控制系统逐一检查各组，确定是否可将哪一组列入排空序列。

在这取样时刻，控制系统在步骤41将被检查组内每一个垃圾槽内的垃圾实际高度读出。

在步骤42，根据多个以前的高度测量值确定每一个垃圾槽内的生长率，例如以前结合图3说明过的那样。

在步骤43，为被检查组内的每一个垃圾槽，使用确定的生长率和垃圾的实际高度进行一次外插程序，从而对在给定的一个时间未来点上垃圾可能达到的高度作出预测。最好给定的未来时间点就是该垃圾槽下一次排空的预期时间。在两个接续排空之间的时间间隔通常被称为排空周期，它可以一个垃圾槽变化到另一个垃圾槽，还可以在一天内变化。下一次排空的预期时间通常根据真空垃圾收集系统内所有的或一部分垃圾槽在不同载荷周期的周期的平均值估计而得，采用平均值的5-10％作为安全裕度。

在应用时如果不同垃圾槽的排空周期显著不同，那么可为每一个垃圾槽确定一个单独的平均周期，办法是连续记录相关垃圾槽的排空周期，然后计算其新的平均值。

在步骤44，将被检查组内的每一个垃圾槽在下一次排空时的高度与最大许可的门槛值比较，并考虑被检查组的具体排空条件，然后决定是否要将该组列入排空序列。

如果在下一次排空时预测会装满的垃圾槽的数目小于排空条件给出的数目，那么该程序继续进行到下一组，如同步骤45所示。实际上，这一情况意味着原来被检查组的垃圾槽还有宽裕的容积可为下一个周期积聚垃圾。

在另一方面，如果在下一次排空的预测会装满的垃圾槽的数目大于排空条件给出的数目，那么应将该组列入排空序列，如同步骤46所示。一旦该组到达排空序列的首位，该组就会立即被排空，这时控制系统会将适当的控制信号发给主阀、相关的进气阀和排放阀使排放阀开启并收集来自该组的垃圾。

在排空序列内的组如果在以后进行的预测指出可以等待到下一个周期排空，那么就应从排空序列中撤走。

曾被证明为有效的另外一个做法是将每一组用一优先值关联起来，根据优先值考虑从该组排空垃圾的重要性。每一组的优先值可由系统主管根据例如该组的垃圾槽内的存储容量、测定的或假定的流入该组的垃圾、超载荷的敏感性或可提供的服务等等来确定。为了保证所有组最后都被装满，控制系统可增加每一个未被选出组的优先值，使它们随着时间的进展具有有效的排空条件。

但在设定优先值时最好首先考虑生长率和超载的后果这两项。例如如果对一个垃圾槽在给定的时间未来点预测的体积超过最大许可的体积很多，那么就可给予一个较高的优先值；而若预测的体积只是稍稍超过最大许可的体积，那么就可给予一个较低的优先值。在后一种情况，如果超载的后果很严重，也可给予一个较高的优先值。

当使用排空条件时，组的选择可遵循如下的原则。如果优先的作用不能发挥，那么具有有效排空条件的组应按结构次序列入排空垃圾的日程。如果优先值能起作用，那么在所有具有有效排空条件的组中具有最高优先值的组应为首选。如果几个组具有相同的优先值，那么可按预定的各组的次序来进行。

在当选组内的各个排放阀最好按预定的结构次序逐一开启，这个技巧可与根据高度的预测排空结合使用。但应知道在一选好的组内没有必要开启所有的排放阀。

还应知道控制系统可在不同模式下操作。当按照假定的一天的处理方式和体积而允许有不同模式存在时主管人员可用时间表来安排。这种时间表的一例在下面表II中示出。

表II

开始	停止	模式	优先	天	部分
						07.0010.0017.0023.00	10.0017.0023.00	高载荷模式低载荷模式高载荷模式结构模式	-不能能-	整天整天整天整天	全部RRR

注：P为纸，R为家庭垃圾

在这具体例子中，使用三种操作模式，其中低载负模式和高载负两种模式为与载荷周期有关的载荷模式，而第三种模式称为结构模式包括按预定结构次序排空垃圾槽，并不考虑载荷情况。可以看出，该系统在该目的不同时间内以低载模式和高载模式运转。在上述表II中概述的例子中，在高载模式期间，应用以预测为基础的控制是有利的，尽管不能防止该预测技术在该整天内被采用。然后应注意，在每天结束时，包含垃圾的最终结构收集通常是有利的。在结构模式中，该控制系统以预定的次序一一通过这些组。例如，在一天结束时当关闭该系统时，该组可不能操作，而所有的槽和输送管道按结构和预定的次序排空。在该例中，在23:00完成自该系统内的所有垃圾槽和管道的垃圾最终结构收集。此后，在夜间，该系统停止工作并关闭。

自然，为使性能最佳或使该系统适于改变后的积聚模式，可方便地改变时间程序。

出于管理考虑，也可使这些组与不同的碎屑，如家庭垃圾和纸相关连。

关于成组操作的进一步资料，我们在这里参考引用了我们在瑞典的专利申请9902719-5。

按照本发明的真空垃圾收集系统每一垃圾槽能处理较多的垃圾并能有较多的垃圾槽连接到系统上。这使该系统特别适宜用于具有高层建筑的区域，可将多个建筑物连接到同一系统上，还可用于较大的空港垃圾收集系统。应该知道本发明虽然习惯用于复杂的高载荷用途，但也可用于各种ARCS(自动垃圾收集系统)上。

按照本发明的技术，虽然主要打算以有组织的方式从多个垃圾槽有控制地排放垃圾，但应强调本发明也可应用于特定的个别的承受高载荷的垃圾槽。

上述实施例只是起到举例说明的作用，并不能以此来限制本发明。进一步的修改、变化和改进但仍保留本发明的基本原理的仍应属于本发明的范围内。

Claims (30)

1.一种操作真空垃圾收集系统的方法，其特征为，所说方法包括下列步骤：

在配置于真空垃圾收集系统中的至少一个垃圾槽内完成垃圾高度的连续测量；

根据若干所说连续测量对所说真空垃圾收集系统的至少一个操作参数合适地预测一未来值；

根据对所说操作参数的预测未来值控制所说真空垃圾收集系统的操作，以实现垃圾的受控排空。

2.权利要求1的方法，其特征为，在所说连续测量之间的周期小于1分钟，并且所说合适地预测至少一个操作参数的一未来值的步骤包括以计算机为基础的对高度连续测量的处理，以合适地预测所说操作参数的未来值。

3.权利要求1的方法，其特征为，在所说连续测量之间的周期小于15秒。

4.权利要求1或2的方法，其特征为，所说操作参数的所说预示未来值代表一个未来时间点，预示何时垃圾槽内垃圾的高度在一给定的未来时间点上超过一个给定的垃圾门槛值或可能的高度。

5.权利要求1的方法，其特征为，所说方法还包括下列步骤：

根据许多天对垃圾高度的统计测量，在一天内定出多个具有不同特性的垃圾输入流周期；

根据该输入流周期使所采用的对导函数的估计适用于预测所说未来值。

6.权利要求1的方法，其特征为，所说预测步骤包括下列步骤：

根据多个所说连续测量值确定垃圾槽内垃圾的生长率；

根据对垃圾槽内实际垃圾高度的测量和所确定的生长率采用外插法推算，以估计所说预测未来值；

当完成新的测量时重复确定生长率和完成外插法的步骤，以便能够进行自动预测。

7.权利要求1的方法，其特征为，所说确定生长率的步骤包括利用一个合适的垃圾高度测量子集的时间窗口计算对生长率的平均值。

8.权利要求1的方法，其特征为，所说操作参数的预示未来值代表一个未来时间点，预示何时垃圾槽内的垃圾高度超过一给定的门槛值，而所说控制所说真空垃圾收集系统操作的步骤包括将所说预测未来值与下一次排空垃圾槽的预期时间的估计作比较的步骤，以决定是否将该垃圾槽列入排空序列。

9.权利要求1的方法，其特征为，所说操作参数的预测未来值代表在垃圾槽下一次排空的预期时间的垃圾槽内垃圾的可能高度，而所说控制所说真空垃圾收集系统操作的步骤包括将所说预测未来值和给定的门槛值作比较的步骤，以决定是否将该垃圾槽列入排空序列。

10.权利要求8或9的方法，其特征为，所说下一次排空垃圾槽的预期时间是根据真空垃圾收集系统内多个垃圾槽的平均排空周期估算出来的。

11.权利要求1的方法，其中垃圾经各自的排放阀从一些垃圾槽排空到输送管系统内，开启垃圾槽的排放阀便可使垃圾槽与输送管系统连通，其特征为，所说方法还包括下列步骤：

为了控制垃圾的排空，将排放阀分割成组；

从多个组中选出一个组，使该组一次排空所有垃圾，开启在所选组内的排放阀，其中所说选择该组的步骤是根据这些组的排空条件进行的，以便可选择具有有效排空条件的一些组来排空垃圾；

根据所说操作参数的预测未来值，就每一组排放阀确定该组的排空条件是否有效。

12.权利要求11的方法，其特征为，所说方法还包括使每一组与一优先值关联的步骤，在具有效排空条件的一些组中具有最高优先值的组被选择来排空垃圾。

13.权利要求12的方法，其特征为，一组的优先值根据所说操作参数的预测未来值和不排空该组的垃圾槽的后果来确定的。

14.一种真空垃圾收集系统包括：一个垃圾收集站，一个用来将垃圾输送到收集站的输送管系统，多个通过各自的排放阀连接到输送管系统的垃圾槽，开启垃圾槽的排放阀便可使垃圾槽和输送管系统连通，其特征为，所说系统还具有：

在至少一个所说垃圾槽内完成垃圾高度连续测量的设施；

根据多个所说连续测量值对所说真空垃圾收集系统的至少一个操作参数的未来值合适地进行预测的设施；

用来控制所说真空垃圾收集系统的操作并在该系统操作的控制中用来应答所说操作参数的预测未来值的设施。

15.权利要求14的真空垃圾收集系统，其特征为，所说连续测量之间的周期小于1分钟，并且所说用于合适地预测至少一个操作参数未来值的设施包括以计算机为基础的对连续的高度测量值进行处理的设施，以合适地预测所说操作参数的未来值。

16.权利要求15的真空垃圾收集系统，其特征为，所说连续测量之间的周期小于15秒。

17.权利要求14或15的真空垃圾收集系统，其特征为，所说操作参数的预测未来值表示一个估计，预示何时垃圾槽内的垃圾高度超过一个给定高度，并且所说用于控制所说真空垃圾收集系统操作的设施包括根据所说估计确定何时该槽列入排空序列的设施。

18.权利要求14的真空垃圾收集系统，其特征为，所说用于合适地预测的设施包括：

根据多个所说连续测量值来确定垃圾槽内垃圾生长率的设施；

根据对垃圾槽内垃圾实际高度的测量和所确定的生长率进行外插法的措施，以估计所说预测未来值。

19.权利要求14的真空垃圾收集系统，其特征为，所说操作参数的预测未来值代表一个未来时间点，预示何时垃圾槽内的垃圾高度超过一个给定的门槛值，而所说用于控制所说真空垃圾收集系统操作的设施包括用来将所说预测值与下一次排空垃圾槽的预计时间的估计作比较的设施，以决定是否将该垃圾槽列入排空序列。

20.权利要求14的真空垃圾收集系统，其特征为，所说操作参数的所说预测未来值代表在下一次排空垃圾槽的预期时间的垃圾槽内垃圾的可能高度，而所说用于控制所说真空垃圾收集系统操作的设施包括将所说预测值与给定的门槛值作比较的设施，以决定是否将该垃圾槽列入排空序列。

21.权利要求19或20的真空垃圾收集系统，其特征为，所说系统还包括根据真空垃圾收集系统内多个垃圾槽的平均排空周期来估计下一次排空垃圾槽的预计时间的设施。

22.权利要求14的真空垃圾收集系统，其特征为，所说用于控制所说真空垃圾收集系统的设施具有：

为了控制垃圾的排空，用于限定排放阀组的设施；

从多个组中选出一个组使该组一次排空所有垃圾的设施，开启在所选一组内的一个或多个排放阀，其中所说用于选择这些组的设施根据这些组的排空条件工作，使具有有效排空条件的一些组可被选出以便排空垃圾；

根据所说操作参数的预测未来值，就每一组排放阀确定该组的排空条件是否有效的设施。

23.权利要求22的真空垃圾收集系统，其特征为，所说用于控制所说真空垃圾收集系统操作的设施还包括使每一组与优先值关联的设施，在具有效排空条件的一些组中具有最高优先值的组将被所说选择设施选出来排空垃圾。

24.权利要求23的真空垃圾收集系统，其特征为，一组的优先值是根据所说操作参数的预测未来值和不排空该组垃圾槽的后果来确定的。

25.一种控制系统，用来在真空垃圾收集系统中控制垃圾从多个垃圾槽通过各自的排放阀排空到输送管系统内，开启垃圾槽的排放阀便可使垃圾槽和输送管系统连通，其特征为，所说控制系统包括：

根据所说垃圾槽内垃圾高度的多个连续测量值对所说真空垃圾收集系统的操作参数的未来值作出预测的设施；

用来规定排放阀组的设施；

根据所说预测未来值从多个组中一次选出一个组的设施；

用来将控制信号发送给所选出组内的一个或多个排放阀以开启这些排放阀，从而完成根据预测控制的垃圾的排空。

26.权利要求25的控制系统，其特征为，所说用于选择这些组的设施根据一些组的排空条件操作，并根据所说预测值的子集可操作来就每一组排放阀确定该组的排空条件是否有效，可选择具有有效排空条件的一些组来排空垃圾。

27.权利要求26的控制系统，其特征为，所说用于选择这些组的设施还包括使每一组与一优先值关联的设施，具有有效排空条件的一些组中具有最高优先值的组被选出来排空垃圾。

28.权利要求27的控制系统，其特征为，一个组的优选值根据所说预测未来值的子集和该组的垃圾槽不排空的后果来确定。

29.权利要求25的控制系统，其特征为，所说连续测量之间的周期小于1分钟，并且所说用于预测操作参数未来值的设施包括以计算机为基础的处理连续高度测量值的设施，使能对所说操作参数的未来值进行合适的预测。

30.权利要求29的控制系统，其特征为，所说连续测量之间的周期小于15秒。

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