(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
走行経路を走行する作業機械の制御システムであって、
作業機械の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段が検出した位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定する判定手段と、
前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサと、
前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定すると、前記非接触センサの検出結果から上方に突出した上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を地図情報として記憶し、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差を超えていると前記判定手段が判定すると、前記非接触センサの検出結果を前記地図情報として記憶しない地図情報記憶手段と、を備える作業機械の制御システム。
【請求項２】
走行経路を走行する作業機械の制御システムであって、
作業機械の位置を検出する位置検出手段と、
前記位置検出手段が検出した位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定する判定手段と、
前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサと、
前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定すると、前記非接触センサの検出結果から上方に突出した上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を地図情報として記憶する地図情報記憶手段と、を備え、
前記地図情報記憶手段は、前記作業機械の停車を検出した場合に、前記地図情報の記憶を休止する作業機械の制御システム。
【請求項３】
前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差を超えていると前記判定手段が判定すると、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定する位置計測手段を備える請求項１又は請求項２に記載の作業機械の制御システム。
【請求項４】
前記位置計測手段は、前記作業機械の停車を検出した場合に、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定することを休止する請求項３に記載の作業機械の制御システム。
【請求項５】
前記位置計測手段は、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定した場合に、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定して、前記走行経路に従って前記位置計測手段が特定した前記作業機械の位置に基づいて前記作業機械を走行させることが適しているか否かを判定する請求項３または４に一項に記載の作業機械の制御システム。
【請求項６】
前記位置計測手段は、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定した場合に、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記走行経路の地図情報とを照合することにより得られた前記作業機械の位置と、前記位置検出手段が検出した位置との距離を検出し、記憶する請求項５に記載の作業機械の制御システム。
【請求項７】
請求項１から請求項６のうちいずれか一項に記載の作業機械の制御システムと、
鉱山に設けられる走行経路を走行する車両本体と、を備える作業機械。
【請求項８】
請求項７に記載の作業機械と、
鉱山に設置される管制施設に配置され、かつ前記作業機械の作業機械の制御システムに鉱山に設けられる走行経路に関する情報を送信する管理装置と、を備える作業機械の管理システム。
【請求項９】
走行経路を走行する作業機械を走行させる作業機械の制御方法であって、
位置検出手段を用いて検出した作業機械の位置に基づいて前記作業機械を前記走行経路に従って走行させるとともに、前記検出した作業機械の位置の誤差が所定の誤差以下であると、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサの検出結果から上方に突出した上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を前記走行経路の地図情報として記憶し、前記検出した位置の誤差が前記所定の誤差を超えていると、前記非接触センサの検出結果を前記地図情報として記憶しない作業機械の制御方法。
【請求項１０】
位置検出手段を用いて検出された位置に基づいて、鉱山に設けられる走行経路に従って走行する作業機械に設置されたコンピュータに、
前記位置検出手段を用いて検出された前記作業機械の位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定するステップと、
前記検出された位置の誤差が前記所定の誤差以下であると判定すると、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサの検出結果から上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を前記走行経路の地図情報として地図情報記憶手段に記憶し、前記検出された位置の誤差が前記所定の誤差を超えていると判定すると、前記非接触センサの検出結果を前記地図情報として前記地図情報記憶手段に記憶しないステップと、を実行させるプログラム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の管理システム、作業機械の制御方法及びプログラムに関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山の採掘現場においては、例えば特許文献１に開示されているような、ダンプトラックなどの作業機械としての鉱山機械が稼働する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２４２５２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
鉱山の走行経路を自律走行する作業機械は、電離層に異常が生じると、全地球航法衛星システムを用いて検出された位置の精度が低下し、稼働が停止されることがある。その結果、鉱山における生産性が低下する可能性がある。【０００５】
本発明は、鉱山における生産性の低下を抑制できる作業機械の制御システム、作業機械、作業機械の管理システム、作業機械の制御方法及びプログラムを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、走行経路を走行する作業機械の制御システムであって、作業機械の位置を検出する位置検出手段と、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定する判定手段と、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサと、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定すると、前記非接触センサの検出結果から上方に突出した上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を地図情報として記憶する地図情報記憶手段と、を備える。【０００７】
前記地図情報記憶手段は、前記作業機械の停車を検出した場合に、前記地図情報の記憶を休止することが好ましい。【０００８】
前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差を超えていると前記判定手段が判定すると、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定する位置計測手段を備えることが好ましい。【０００９】
前記位置計測手段は、前記作業機械の停車を検出した場合に、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定することを休止することが好ましい。【００１０】
前記位置計測手段は、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定した場合に、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記地図情報とを照合することにより前記作業機械の位置を特定して、前記走行経路に従って前記位置計測手段が特定した前記作業機械の位置に基づいて前記作業機械を走行させることが適しているか否かを判定することが好ましい。【００１１】
前記位置計測手段は、前記位置検出手段が検出した位置の誤差が前記所定の誤差以下であると前記判定手段が判定した場合に、前記非接触センサの検出結果と前記地図情報記憶手段が記憶した前記走行経路の地図情報とを照合することにより得られた前記作業機械の位置と、前記位置検出手段が検出した位置との距離を検出し、記憶することが好ましい。【００１２】
本発明は、前記作業機械の制御システムと、鉱山に設けられる走行経路を走行する車両本体と、を備える作業機械である。【００１３】
本発明は、前記作業機械と、鉱山に設置される管制施設に配置され、かつ前記作業機械の作業機械の制御システムに鉱山に設けられる走行経路に関する情報を送信する管理装置と、を備える作業機械の管理システムである。【００１４】
本発明は、走行経路を走行する作業機械を走行させる作業機械の制御方法であって、位置検出手段を用いて検出した作業機械の位置に基づいて前記作業機械を前記走行経路に従って走行させるとともに、前記検出した作業機械の位置の誤差が所定の誤差以下であると、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサの検出結果から上方に突出した上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を前記走行経路の地図情報として記憶する作業機械の制御方法である。【００１５】
本発明は、位置検出手段を用いて検出された位置に基づいて、鉱山に設けられる走行経路に従って走行する作業機械に設置されたコンピュータに、前記位置検出手段を用いて検出された前記作業機械の位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定するステップと、前記検出された位置の誤差が前記所定の誤差以下であると判定すると、前記作業機械の周囲の物体の位置を検出する非接触センサの検出結果から上方突出物に関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物に関する検出結果を前記走行経路の地図情報として地図情報記憶手段に記憶するステップと、を実行させるプログラムである。【００１６】
本発明によると、鉱山における生産性の低下が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】図１は、実施形態１に係る作業機械の管理システムの一例を示す図である。
【図２】図２は、実施形態１に係るダンプトラックの制御ブロック図である。
【図３】図３は、実施形態１に係るダンプトラックのハードウエア構成図である。
【図４】図４は、実施形態１に係るダンプトラックの障害物センサの正面図である。
【図５】図５は、図４に示された障害物センサのレーザーセンサの検出範囲を示す平面図である。
【図６】図６は、図４に示されたダンプトラックの障害物センサのレーザーセンサの検出範囲を示す側面図である。
【図７】図７は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの走行コントローラが位置及び方位を特定する方法を説明する図である。
【図８】図８は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの位置計測コントローラの照合航法演算部が位置及び方位を特定する方法を説明する図である。
【図９】図９は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのマップ保存用データベースに記憶される地図情報の一部を示す図である。
【図１０】図１０は、図９中のＸＩＶ部を拡大して示す図である。
【図１１】図１１は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのフローチャートの一例である。
【図１２】図１２は、図１１のステップＳＴ４のフローチャートの一例である。
【図１３】図１３は、図１２のステップＳＴ４２のフローチャートの一例である。
【図１４】図１４は、図１１のステップＳＴ６のフローチャートの一例である。
【図１５】図１５は、図１４のステップＳＴ６４のフローチャートの一例である。
【図１６】図１６は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの照合航法演算部が検出した各位置及び方位の予想される検出結果の一例を示す図である。
【図１７】図１７は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのレーザーセンサが現実に検出した検出結果の一例を示す図である。
【図１８】図１８は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの位置計測コントローラの照合航法演算部が最も近い検出結果を算出した状態の一例を示す図である。
【図１９】図１９は、実施形態２に係る作業機械の制御システムのフローチャートの一例である。
【図２０】図２０は、図１９のステップＳＴ７のフローチャートの一例である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しながら説明するが、本発明はこれに限定されない。
【００１９】
実施形態１．
＜作業機械の管理システムの概要＞
図１は、実施形態１に係る作業機械の管理システムの一例を示す図である。
【００２０】
作業機械の管理システム１（以下、管理システムと記す）は、管制施設７に配置された管理装置１０を含み、作業機械の管理を行う。作業機械の管理は、作業機械の運行管理、作業機械の生産性の評価、作業機械のオペレータの操作技術の評価、作業機械の保全、及び作業機械の異常診断の少なくとも一つを含む。
【００２１】
作業機械とは、鉱山における各種作業に用いる機械類の総称である。作業機械は、ボーリング機械、掘削機械、積込機械、運搬機械、破砕機及び作業者が運転する車両の少なくとも一つを含む。掘削機械は、鉱山を掘削可能である。積込機械は、運搬機械に積荷を積み込み可能である。積込機械は、油圧ショベル、電気ショベル、及びホイールローダの少なくとも一つを含む。運搬機械は、鉱山において移動可能な移動体を含み、積荷を運搬可能である。運搬機械は、ダンプトラックを含む。積荷は、採掘により発生した土砂及び鉱石の少なくとも一方を含む。破砕機は、運搬機械から投入された排土を破砕する。
【００２２】
実施形態１においては、管理システム１により、鉱山を走行する作業機械である運搬機械が管理される。実施形態１においては、管理システム１により、作業機械であるダンプトラック２が管理される例について説明する。ダンプトラック２は、鉱山で用いられる鉱山機械でもあり、図１及び図２に示すように、鉱山における積込場ＬＰＡと、排土場ＤＰＡと、積込場ＬＰＡ及び排土場ＤＰＡの少なくとも一方に通じる搬送路ＨＬと搬送路ＨＬ同士が交差する交差点ＩＳとの少なくとも一部において稼働する。少なくとも一つの排土場ＤＰＡは、排土を破砕する破砕機ＣＲが配置されることがある。鉱山は、積込場ＬＰＡの外側、排土場ＤＰＡの外側及び搬送路ＨＬの外側の少なくとも一以上に土が積み上げられて構成された土手ＢＫが設けられる。
【００２３】
ダンプトラック２は、鉱山において移動可能な移動体である。ダンプトラック２は、積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部を走行可能である。ダンプトラック２は、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部を走行して、積込場ＬＰＡと排土場ＤＰＡとの間を移動可能である。即ち、鉱山に設けられるダンプトラック２の走行経路ＲＰは、積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部を含む。鉱山は、走行経路ＲＰの表面から上方に所定高さ以上突出した上方突出物ＶＰが設けられる。実施形態１において、上方突出物ＶＰは、土手ＢＫ、積込場ＬＰＡと排土場ＤＰＡと搬送路ＨＬとの内の少なくとも一つに設置される人工物ＡＦ、及び、積込場ＬＰＡと排土場ＤＰＡと搬送路ＨＬとの内の少なくとも一つに設置される壁ＷＬにより構成されるが、標識や建物などの人工物や岩なども含まれる。これらに限定されない。所定高さは、ダンプトラック２が、自律走行する際に上方突出物ＶＰを乗り越えることが望ましくない高さである。
【００２４】
ダンプトラック２は、積込場ＬＰＡにおいて、積荷を積み込まれる。積込場ＬＰＡは、鉱山において積荷の積込作業が行われる領域（場所）である。積込場ＬＰＡにおいて、ダンプトラック２以外の他の作業機械３である積込機械が、ダンプトラック２に積荷を積み込む。
【００２５】
ダンプトラック２は、排土場ＤＰＡにおいて、積荷を下ろす（排出する）。排土場ＤＰＡは、鉱山において積荷の排出作業が行われる領域（場所）である。ダンプトラック２は、破砕機ＣＲが設けられた排土場ＤＰＡにおいて、破砕機ＣＲ内に積荷である排土を投入する。
【００２６】
実施形態１において、ダンプトラック２は、管理装置１０からの指令信号により走行経路ＲＰを自律走行する、所謂、無人ダンプトラックである。ダンプトラック２は、作業者（運転者）の操作により走行しない。ダンプトラック２が、自律走行するとは、ダンプトラック２が作業者の操作により走行せずに管理装置１０からの指令信号により走行することをいう。
【００２７】
図１において、管理システム１は、管制施設７に配置され、ダンプトラック２の管理を行う管理装置１０と、情報を伝達可能な通信システム９と、ダンプトラック２と、他の作業機械３と、を備えている。
【００２８】
管理装置１０は、鉱山の管制施設７に設置される。管制施設７を、管理施設７と称してもよいし、中央管制室７と称してもよい。管理装置１０を、管制装置（中央管制装置）１０と称してもよいし、中央管制システム１０と称してもよい。管理装置１０は移動しない。なお、管理装置１０が移動可能でもよい。
【００２９】
通信システム９は、管理装置１０とダンプトラック２と他の作業機械３との間において無線通信により情報を伝達する。管理装置１０とダンプトラック２とは、通信システム９を介して双方向に無線通信可能である。管理装置１０と他の作業機械３とは、通信システム９を介して双方向に無線通信可能である。ダンプトラック２と他の作業機械３とは、通信システム９を介して双方向に無線通信可能である。実施形態１において、通信システム９は、管理装置１０とダンプトラック２と他の作業機械３との間において信号（電波）を中継する中継器６を複数有する。
【００３０】
実施形態１において、ダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置が、ＲＴＫ−ＧＮＳＳ（Real  Time  Kinematic  -  Global  Navigation  Satellite  System、ＧＮＳＳは、全地球航法衛星システムをいう）を利用して検出される。全地球航法衛星システムの一例としては、ＧＰＳ（Global  Positioning  System）が挙げられるが、これに限定されない。ＲＴＫ−ＧＮＳＳは、複数の測位衛星５を有する。ＲＴＫ−ＧＮＳＳは、緯度、経度、及び高度を規定する座標系（グローバル座標系）における位置を検出する。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより検出される位置は、緯度、経度、及び高度の座標データを含む。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより、鉱山におけるダンプトラック２の位置及び他の作業機械３の位置が検出される。ＲＴＫ−ＧＮＳＳにより検出される位置は、グローバル座標系において規定される絶対位置である。以下の説明においては、ＲＴＫ−ＧＮＳＳによって検出される位置を適宜、ＧＰＳ位置、と称する。ＧＰＳ位置は、絶対位置であり、緯度、経度、及び高度の座標データ（座標値）である。また、ＲＴＫ−ＧＮＳＳでは、測位衛星５の配置、電離層、対流圏、又は測位衛星５からの情報を受信するアンテナ周辺の地形の影響により測位の状態が変化する。この測位の状態には、例えば、Ｆｉｘ解（精度±１ｃｍから２ｃｍ程度）、Ｆｌｏａｔ解（精度±１０ｃｍから数ｍ程度）、Ｓｉｎｇｌｅ解（精度±数ｍ程度）、非測位（測位計算不能）等がある。
【００３１】
また、管理システム１は、鉱山におけるダンプトラック２及び他の作業機械３の位置を、図１に示す互いに直交するＸ軸方向とＹ軸方向とで規定される座標（以下、Ｘ−Ｙ座標と記す）により管理する。また、管理システム１は、ダンプトラック２及び他の作業機械３の方位を、北を零度とし、東を９０度とし、南を１８０度とし、西を２７０度として管理する。ダンプトラック２及び他の作業機械３の方位は、ダンプトラック２及び他の作業機械３が前方に走行する際に、移動する方向である。なお、実施形態１において、Ｙ軸方向が、北を示しているが、これに限定されない。
【００３２】
＜管理装置＞
次に、管制施設７に配置される管理装置１０について説明する。管理装置１０は、ダンプトラック２の作業機械の制御システム３０に鉱山に設けられる走行経路ＲＰに関する情報を送信するものであり、図１に示すように、コンピュータ１１と、表示装置１６と、入力装置１７と、無線通信装置１８と、ＧＰＳ基地局１９と、を備えている。
【００３３】
コンピュータ１１は、処理装置１２と、記憶装置１３と、入出力部１５とを備えている。表示装置１６、入力装置１７、無線通信装置１８、及びＧＰＳ基地局１９は、入出力部１５を介して、コンピュータ１１と接続される。入出力部１５は、処理装置１２と、表示装置１６、入力装置１７、無線通信装置１８、及びＧＰＳ基地局１９の少なくとも一つとの情報の入出力（インターフェース）に用いられる。
【００３４】
処理装置１２は、ダンプトラック２の管理に関する各種の処理及び他の作業機械３の管理に関する各種の処理を実行する。処理装置１２は、通信システム９を介して取得した、ダンプトラック２の位置に関する情報及び他の作業機械３の位置に関する情報を処理する。処理装置１２は、ダンプトラック２の走行経路ＲＰに関する情報を生成する。
【００３５】
記憶装置１３は、処理装置１２と接続される。記憶装置１３は、ダンプトラック２の管理に関する各種の情報及び他の作業機械３の管理に関する各種の情報を記憶する。記憶装置１３は、ダンプトラック２の位置、及び他の作業機械３の位置を記憶する。記憶装置１３は、処理装置１２に各種の処理を実行させるためのコンピュータプログラムを記憶する。  
【００３６】
表示装置１６は、例えば、液晶ディスプレイのようなフラットパネルディスプレイを含む。表示装置１６は、ダンプトラック２の位置に関する情報及び他の作業機械３の位置に関する情報を表示可能である。
【００３７】
入力装置１７は、キーボード、タッチパネル、及びマウスの少なくとも一つを含む。入力装置１７は、処理装置１２に操作信号を入力可能な操作部として機能する。管制施設７の管理者は、入力装置１７を操作して、処理装置１２に操作信号を入力可能である。
【００３８】
無線通信装置１８は、管制施設７に配置される。無線通信装置１８は、通信システム９の一部である。無線通信装置１８は、入出力部１５を介して、処理装置１２と接続される。無線通信装置１８は、アンテナ１８Ａを有する。無線通信装置１８は、ダンプトラック２及び他の作業機械３の少なくとも一方から送信された情報を受信可能である。無線通信装置１８で受信した情報は、処理装置１２に出力され、記憶装置１３に記憶（登録）される。無線通信装置１８は、ダンプトラック２と他の作業機械３の少なくとも一つに情報を送信可能である。
【００３９】
ＧＰＳ基地局１９は、管制施設７に配置される。ＧＰＳ基地局１９は、複数の測位衛星５からの情報を受信するアンテナ１９Ａと、アンテナ１９Ａに接続された送受信装置１９Ｂと、を少なくとも備える。送受信装置１９Ｂは、アンテナ１９Ａを介して測位衛星５からの情報を受信する受信機と、アンテナ１９Ｃを介してダンプトラック２に情報を送信する送信機と、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）のようなマイクロプロセッサを有する演算処理装置と、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）又はＲＡＭ（Random  Access  Memory）のようなメモリを有する記憶装置と、を少なくとも備える。送受信装置１９Ｂは、アンテナ１９Ａが受信した情報からＧＰＳ基地局１９のＧＰＳ位置を検出するとともに、ダンプトラック２のＧＰＳ位置を補正するための補正観測情報を生成する。ＧＰＳ基地局１９は、送受信装置１９Ｂがアンテナ１９Ｃを通して、ダンプトラック２及び他の作業機械３に補正観測情報を送信する。
【００４０】
コンピュータ１１は、通信用の入出力部１５と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、ＣＰＵにより情報が登録される不揮発性メモリとを少なくとも備える。
【００４１】
処理装置１２の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み込んでＲＡＭの作業領域で実行することにより実現される。記憶装置１３の機能は、ＲＯＭが制御プログラムを記憶することと、ＣＰＵにより情報が不揮発性メモリに登録されることにより実現される。不揮発性メモリは、フラッシュメモリ及びハードディスクドライブの少なくとも一つを含み、データベースを実現する。また、複数の処理回路が、連携して、処理装置１２、及び記憶装置１３の機能を実現してもよい。
【００４２】
＜他の作業機械＞
次に、他の作業機械３について説明する。実施形態１において、他の作業機械３は、ダンプトラック２以外の作業機械であり、作業者の操作により駆動する。他の作業機械３は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）を含みかつ作業内容に関する各種の処理を実行する処理装置と、ＧＰＳ位置を検出するＧＰＳ受信器と、管制施設７の無線通信装置１８と情報を送受信する無線通信装置と、を少なくとも備える。他の作業機械３は、所定時間毎にＧＰＳ位置を無線通信装置が管制施設７の無線通信装置１８に送信する。
【００４３】
＜ダンプトラック＞
次に、ダンプトラック２について説明する。図２は、実施形態１に係るダンプトラックの制御ブロック図である。図３は、実施形態１に係るダンプトラックのハードウエア構成図である。図４は、実施形態１に係るダンプトラックの障害物センサの正面図である。図５は、図４に示された障害物センサのレーザーセンサの検出範囲を示す平面図である。図６は、図４に示されたダンプトラックの障害物センサのレーザーセンサの検出範囲を示す側面図である。
【００４４】
図３に示すように、ダンプトラック２は、車両本体２１と、ベッセル２２と、車輪２３と、障害物センサ２４と、作業機械の制御システム３０と、を備える。
【００４５】
車両本体２１は、走行経路ＲＰを走行するものである。車両本体２１には、ディーゼルエンジンのような内燃機関２Ｅと、内燃機関２Ｅにより作動する発電機２Ｇと、発電機２Ｇで発生した電力により作動する電動機２３Ｍと、が配置される。電動機２３Ｍにより、車輪２３のうち後輪２３Ｒが駆動される。なお、内燃機関２Ｅの動力が、トルクコンバータを含むトランスミッションを介して後輪２３Ｒに伝達されてもよい。また、車両本体２１は、車輪２３のうち前輪２３Ｆを操舵する操舵装置２Ｓを備える。ベッセル２２は、積込機械により積荷が積み込まれ、排出作業において持ち上げられて積荷を排出する。
【００４６】
障害物センサ２４は、図４に示すように、車両本体２１の前部の下部に配置される。障害物センサ２４は、車両本体２１の前方の障害物を非接触で検出する。実施形態１において、障害物センサ２４は、図４に示すように、非接触センサである複数のレーダー２４Ａと、非接触センサであるレーザーセンサ２４Ｂと、を備える。レーダー２４Ａは、ダンプトラック２の周囲の物体の位置を検出するものであり、電波を発射して、その電波を障害物に照射し、障害物により反射された電波を受信する。これにより、レーダー２４Ａは、レーダー２４Ａに対する障害物の方向及び距離を検出可能である。実施形態１において、レーダー２４Ａは、車両本体２１の左右方向に間隔をあけて三つ設けられているが、これに限定されない。
【００４７】
レーザーセンサ２４Ｂは、ダンプトラック２の周囲の物体の位置を検出するものであり、レーザー光線を発射して、そのレーザー光線を物体である障害物に照射し、障害物により反射されたレーザー光線を受信する。これにより、レーザーセンサ２４Ｂは、レーザーセンサ２４Ｂに対する障害物の方向及び距離を検出可能である。レーザーセンサ２４Ｂは、レーザー光線を発射し、反射されたレーザー光線を受信するために、レーザーセンサ２４Ｂの分解能は、レーダー２４Ａの分解能よりも高分解能である。実施形態１において、レーザーセンサ２４Ｂは、図４に示すように、車両本体２１の左右方向に間隔をあけて二つ設けられているが、これに限定されない。
【００４８】
レーザーセンサ２４Ｂは、上下方向の方位が異なる四本のレーザー光線を発射しながらレーザー光線を左右に揺動させるとともに障害物により反射されたレーザー光線を受信する。実施形態１において、二つのレーザーセンサ２４Ｂは、図５に示すように、車両本体２１の平面視において、左右方向の中央でレーザー光線の照射範囲ＩＡＨが重なり、かつ各々左右にレーザー光線を揺動させるが、これに限定されない。また、実施形態１において、レーザーセンサ２４Ｂは、図６に示すように、車両本体２１の側面視において、車両本体２１から水平方向よりも下方側に傾斜した方向を中心とする照射範囲ＩＡＶ内にレーザー光線を照射するが、これに限定されない。
【００４９】
また、レーダー２４Ａ及びレーザーセンサ２４Ｂは、作業機械の制御システム３０の第２通信線３７に接続される。また、レーザーセンサ２４Ｂは、作業機械の制御システム３０の位置計測コントローラ３３に接続される。
【００５０】
＜作業機械の制御システム＞
次に、作業機械の制御システムを説明する。図７は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの走行コントローラが位置及び方位を特定する方法を説明する図である。図８は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの位置計測コントローラの照合航法演算部が位置及び方位を特定する方法を説明する図である。図９は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのマップ保存用データベースに記憶される地図情報の一部を示す図である。図１０は、図９中のＸＩＶ部を拡大して示す図である。
【００５１】
作業機械の制御システム３０は、ダンプトラック２に設置されて、ダンプトラック２を走行経路ＲＰに従って自律走行させるシステムである。作業機械の制御システム３０は、図３に示すように、ジャイロセンサ２６と、速度センサ２７と、ＧＰＳ受信器３１と、走行経路作成装置３２と、位置計測コントローラ３３と、走行コントローラ２０と、レーザーセンサ２４Ｂと、無線通信装置３４と、マップ保存用データベース３６を少なくとも備える。この他に、作業機械の制御システム３０は、第１通信線３５と、第２通信線３７と、安全コントローラ４０とを備える。
【００５２】
図３に示されるように、走行コントローラ２０、走行経路作成装置３２、位置計測コントローラ３３、マップ保存用データベース３６及び安全コントローラ４０は、第１通信線３５に接続される。これらは、第１通信線３５を介して互いに通信して情報を送受信する。走行コントローラ２０及び安全コントローラ４０は、第２通信線３７にも接続される。これらは、第２通信線３７を介して互いに通信して情報を送受信する。実施形態１において、第１通信線３５及び第２通信線３７を用いた通信の規格は、ＩＳＯ１１８９８及びＩＳＯ１１５１９として標準化されたＣＡＮ（Controller  Area  Network）であるが、これに限定されない。
【００５３】
ジャイロセンサ２６は、ダンプトラック２の方位（方位変化量）を検出する。ジャイロセンサ２６は、走行コントローラ２０と接続される。ジャイロセンサ２６は、検出結果である検出信号を走行コントローラ２０に出力する。走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６の検出信号に基づいて、ダンプトラック２の方位（方位変化量）を求めることができる。
【００５４】
速度センサ２７は、ダンプトラック２の走行速度を検出する。実施形態１において、速度センサ２７は、車輪２３の回転速度を検出して、ダンプトラック２の速度（走行速度）を検出する。速度センサ２７は、走行コントローラ２０と接続される。速度センサ２７は、検出結果である検出信号を走行コントローラ２０に出力する。走行コントローラ２０は、速度センサ２７の検出信号と、走行コントローラ２０に内蔵されているタイマーからの時間情報とに基づいて、ダンプトラック２の移動距離を求めることができる。
【００５５】
ＧＰＳ受信器３１は、ＧＰＳを用いてダンプトラック２の位置であるＧＰＳ位置を検出する位置検出手段である。ＧＰＳ受信器３１は、測位衛星５からの情報を受信するアンテナ３１Ａと、ＧＰＳ基地局１９からの補正観測情報を受信するアンテナ３１Ｂと、が少なくとも接続される。アンテナ３１Ａは、測位衛星５から受信した情報に基づく信号をＧＰＳ受信器３１に出力し、アンテナ３１Ｂは、受信した補正観測情報に基づく信号をＧＰＳ受信器３１に出力する。ＧＰＳ受信器３１は、測位衛星５からの情報と、ＧＰＳ基地局１９からの補正観測情報と、を用いて、アンテナ３１Ａの位置（ＧＰＳ位置）を検出する。具体的には、ＧＰＳ受信器３１は、測位衛星５からの情報と、ＧＰＳ基地局１９からの補正観測情報と、を比較して、任意の測位衛星５までの距離を求め、更に、測位衛星５からの電波の位相を調べて、アンテナ３１Ａの位置（ＧＰＳ位置）を検出する。実施形態１において、ＧＰＳ受信器３１は、ＲＴＫ（Real  Time  Kinematic）−ＧＮＳＳを用いるが、これに限定されない。
【００５６】
ＧＰＳ受信器３１は、アンテナ３１Ａの位置（ＧＰＳ位置）を検出することによって、ダンプトラック２の位置（ＧＰＳ位置）を検出する。また、ＧＰＳ受信器３１は、アンテナ３１Ａの位置を検出する過程において、アンテナ３１Ａが情報を受信した測位衛星５の数などに基づいて、検出したＧＰＳ位置の精度を示すＦｉｘ解、Ｆｌｏａｔ解、又はＳｉｎｇｌｅ解を検出する。ＧＰＳ受信器３１は、ＧＰＳ位置を測位計算不能である場合に、非測位である信号を出力する。実施形態１において、Ｆｉｘ解のＧＰＳ位置の精度は、ダンプトラック２が自律走行を行うことができる精度であり、Ｆｌｏａｔ解、Ｓｉｎｇｌｅ解のＧＰＳ位置の精度は、ダンプトラック２が自律走行を行うことができない精度であるが、これらに限定されない。このように、ＧＰＳ受信器３１は、検出したＧＰＳ位置の精度を示すＦｉｘ解、Ｆｌｏａｔ解、又はＳｉｎｇｌｅ解を検出し、測位計算不能である場合に非測位である信号を走行経路作成装置３２を介して走行コントローラ２０及び位置計測コントローラ３３に出力する。
【００５７】
走行経路作成装置３２は、図２に示すように、管理装置１０の処理装置１２が生成した走行経路ＲＰに関する情報を記憶する経路位置記憶手段である経路位置記憶部３２Ａを備える。走行経路作成装置３２は、アンテナ３４Ａが接続された無線通信装置３４と接続している。無線通信装置３４は、管理装置１０及び自車両以外の作業機械４の少なくとも一つから送信された情報（指令信号を含む）を受信可能である。なお、自車両以外の作業機械４は、作業機械の制御システム３０が設置されたダンプトラック２以外の作業機械４であり、ボーリング機械、掘削機械、積込機械、運搬機械、及び作業者が運転する車両を含む。即ち、自車両以外の作業機械４は、自車両以外のダンプトラック２を含む。
【００５８】
無線通信装置３４は、管制施設７の無線通信装置１８が送信した走行経路ＲＰ及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を受信して、走行経路作成装置３２及び位置計測コントローラ３３に出力する。なお、走行経路ＲＰに関する情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報は、Ｘ−Ｙ座標で示されている。走行経路作成装置３２は、無線通信装置３４から走行経路ＲＰ及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を受信すると、経路位置記憶部３２Ａに記憶する。走行経路作成装置３２は、無線通信装置３４から走行経路ＲＰ及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を受信すると、自車両であるダンプトラック２の位置及び方位を無線通信装置３４を通して、管制施設７の無線通信装置１８に送信する。また、走行経路作成装置３２は、第１通信線３５に接続している。
【００５９】
走行コントローラ２０は、ＣＰＵ（Central  Processing  Unit）と、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、不揮発性メモリと、を少なくとも備えるコンピュータである。走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置及び位置計測コントローラ３３が検出したダンプトラック２の位置を受信する。走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置、又は位置計測コントローラ３３の照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置に基づいて、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を自律走行させる制御手段である。
【００６０】
走行コントローラ２０には、ダンプトラック２の位置以外にジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）を示す検出信号及び速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度を示す検出信号が入力する。実施形態１において、走行コントローラ２０には、ダンプトラック２の方位（方位変化量）を示す検出信号及び速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度を示す検出信号が、Ｔ１毎に入力する。また、走行コントローラ２０は、無線通信装置３４、走行経路作成装置３２及び第１通信線３５を介して、ＧＰＳ受信器３１と接続している。走行コントローラ２０には、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置を示す検出信号が入力する。実施形態１において、ＧＰＳ位置を示す検出信号が、走行コントローラ２０にＴ１よりも長いＴ２毎に入力する。
【００６１】
走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置、速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度、及びジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）に基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。実施形態１において、走行コントローラ２０は、図７に示すように、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置、速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度、及びジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）をカルマンフィルタＫＦ（Kalman  Filter）により統合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。具体的には、走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１からＧＰＳ位置が入力した時点のＧＰＳ位置及びジャイロセンサ２６の検出結果である方位を基に、タイマーからの時間情報により速度センサ２７の検出結果である走行速度を積分して、位置及び方位を特定する。走行コントローラ２０は、位置及び方位の検出前、検出中、検出後のいずれかにおいてＧＰＳ位置をＸ−Ｙ座標の位置に変換する。
【００６２】
走行コントローラ２０は、ダンプトラック２の位置が走行経路情報に含まれる走行経路ＲＰの位置と重なる、即ち、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２のアクセル、図示しない制動装置及び操舵装置２Ｓの少なくとも１つを制御する。このような制御により、走行コントローラ２０は、ダンプトラック２を走行経路ＲＰに沿って走行させる。走行コントローラ２０の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み込んでＲＡＭの作業領域で実行することにより実現される。また、複数の処理回路が、連携して、走行コントローラ２０の機能を実現してもよい。
【００６３】
位置計測コントローラ３３は、図２に示すように、判定部３３Ａと、照合航法演算部３３Ｂと、グリッドマップ作成部３３Ｃと、を備える。位置計測コントローラ３３は、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行する際に、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるダンプトラック２のＧＰＳ位置及びレーザーセンサ２４Ｂの検出結果から上方突出物ＶＰ（実施形態１において、主に土手ＢＫ）の位置を検出し、検出した上方突出物ＶＰの位置を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶させるものである。位置計測コントローラ３３は、第１通信線３５に接続している。位置計測コントローラ３３には、第１通信線３５及び走行コントローラ２０を介してジャイロセンサ２６の検出結果であるダンプトラック２の方位（方位変化量）を示す検出信号及び速度センサ２７の検出結果であるダンプトラック２の走行速度を示す検出信号が入力する。
【００６４】
また、位置計測コントローラ３３は、無線通信装置３４、走行経路作成装置３２及び第１通信線３５を介して、ＧＰＳ受信器３１と接続している。位置計測コントローラ３３には、ＧＰＳ受信器３１の検出結果であるＧＰＳ位置を示す検出信号が入力する。
【００６５】
判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定する判定手段である。実施形態１において、判定部３３Ａは、ＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であるか否かを判定し、ＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であると、検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の精度が高精度でありかつＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定する。判定部３３Ａは、ＧＰＳ位置の解がＦｌｏａｔ解である場合、Ｓｉｎｇｌｅ解である場合、又はＧＰＳ位置が非測位である場合に、検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の精度が低精度でありかつＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差を超えていると判定する。なお、所定の誤差は、ダンプトラック２が、後述する推測航法により走行経路ＲＰに従って自律走行することができるＧＰＳ位置の誤差（精度）である。実施形態１において、ＧＰＳ受信器３１がＧＰＳ位置及び解の検出を行うが、解の検出を他の機器（例えば、判定部３３Ａ）が行ってもよい。
【００６６】
グリッドマップ作成部３３Ｃは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定部３３Ａが判定すると、ジャイロセンサ２６の検出結果、速度センサ２７の検出結果、及びレーザーセンサ２４Ｂの検出結果に基づいて、積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬの少なくとも一以上に設けられた上方突出物ＶＰ（実施形態１において、主に、土手ＢＫ）の位置を検出し、上方突出物ＶＰの位置に関する情報を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶する。具体的には、グリッドマップ作成部３３Ｃは、走行コントローラ２０が検出したダンプトラック２の位置及び方位と、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果とを統合し、統合した情報から上方突出物ＶＰ以外の検出結果を削除して、上方突出物ＶＰの位置を検出する。また、グリッドマップ作成部３３Ｃがマップ保存用データベース３６に保存する地図情報ＭＩは、図９及び図１０に示すように、平面視において、鉱山を所定サイズの四角形（矩形又は正方形）で区切ったグリッドＧＲのＸ−Ｙ座標の位置と、各グリッドＧＲに上方突出物ＶＰが存在するか否かを示すものである。地図情報ＭＩの各グリッドＧＲは、上方突出物ＶＰが存在するか否か、即ち、０か１かの情報を含んでいる。実施形態１では、図９及び図１０に示すように、地図情報ＭＩの各グリッドＧＲは、上方突出物ＶＰがあると１として図中に黒四角で示し、上方突出物ＶＰがないと０として図中に白四角で示すが、これらに限定されない。
【００６７】
マップ保存用データベース３６は、上方突出物ＶＰの位置に関する情報を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとして記憶する地図情報記憶手段であり、第１の走行制御用ＣＡＮ３５に接続している。マップ保存用データベース３６は、ＲＡＭ（Random  Access  Memory）、ＲＯＭ（Read  Only  Memory）、フラッシュメモリ、及びハードディスクドライブの少なくとも一つにより構成される。マップ保存用データベース３６は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定部３３Ａが判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果から走行経路ＲＰの表面から上方に突出した上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物ＶＰに関する検出結果を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとして記憶するものである。マップ保存用データベース３６は、グリッドマップ作成部３３Ｃが検出した検出結果を、グリッドマップ作成部３３Ｃが検出する度に地図情報ＭＩとして記憶する。実施形態１において、マップ保存用データベース３６に記憶される地図情報ＭＩは、グリッドマップ作成部３３Ｃが検出する度に上書きされるが、これに限定されない。
【００６８】
照合航法演算部３３Ｂは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差を超えていると判定部３３Ａが判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果、及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。照合航法演算部３３Ｂは、図８に示すように、ジャイロセンサ２６の検出結果、速度センサ２７の検出結果、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果、及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩをパーティクルフィルタＰＦ（Particle  Filter）により統合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。実施形態１において、照合航法演算部３３Ｂは、Ｔ１よりも長くかつＴ２よりも短いＴ３毎に位置及び方位を特定し、走行コントローラ２０に出力する。実施形態１において、走行コントローラ２０には、Ｔ３毎に照合航法演算部３３Ｂが検出した位置及び方位が入力する。このように、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差を超えていると判定部３３Ａが判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとを照合することにより、ダンプトラック２の位置を特定する位置計測手段である。
【００６９】
また、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１又は照合航法演算部３３Ｂが検出した自車両であるダンプトラック２の位置及び方位に関する情報を無線通信装置３４を介して、管制施設７の無線通信装置１８に送信する。
【００７０】
さらに、位置計測コントローラ３３は、図２に示すように、観測点座標変換部３８と、観測点利用可能判断部３９とを備える。観測点座標変換部３８は、レーザーセンサ２４Ｂからの方向及び距離で規定された座標で示されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標に変換する。観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果の位置は、Ｘ軸方向とＹ軸方向とに加え、これらの直交する高さ方向（Ｚ軸方向）により規定されている。観測点利用可能判断部３９には、経路位置記憶部３２Ａから自車両以外の作業機械４の位置に関する情報が入力される。観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から各種のノイズ、地表から所定高さ以下の検出結果、及び自車両以外の作業機械４を検出したと予想される検出結果を除去する。観測点利用可能判断部３９は、ノイズを除去したレーザーセンサ２４Ｂの検出結果を、グリッドＧＲの検出結果に合成する。観測点利用可能判断部３９は、合成した検出結果をグリッドマップ作成部３３Ｃと、照合航法演算部３３Ｂとの双方に出力する。
【００７１】
位置計測コントローラ３３は、通信用の入出力部と、制御プログラムを実行するＣＰＵ（Central  Processing  unit）と、制御プログラムを記憶するＲＯＭ（Read  Only  Memory）と、ＣＰＵの作業領域として使用されるＲＡＭ（Random  Access  Memory）と、ＣＰＵにより情報が登録される不揮発性メモリとを少なくとも備えるコンピュータである。
【００７２】
位置計測コントローラ３３は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭにより実現される。判定部３３Ａ、照合航法演算部３３Ｂ、グリッドマップ作成部３３Ｃ、観測点座標変換部３８、及び観測点利用可能判断部３９の機能は、ＣＰＵがＲＯＭに記憶された制御プログラムを読み込んでＲＡＭの作業領域で実行することにより実現される。不揮発性メモリは、フラッシュメモリ及びハードディスクドライブの少なくとも一つを含む。また、複数の処理回路が、連携して、判定部３３Ａ、照合航法演算部３３Ｂ、グリッドマップ作成部３３Ｃ、観測点座標変換部３８、及び観測点利用可能判断部３９の機能を実現してもよい。
【００７３】
安全コントローラ４０は、レーダー２４Ａ及びレーザーセンサ２４Ｂの検出信号に基づいて、ダンプトラック２と障害物との相対位置を求める。安全コントローラ４０は、障害物との相対位置を用いて、アクセル、図示しない制動装置及び操舵装置２Ｓの少なくとも１つを制御するための指令を生成し、走行コントローラ２０に出力する。走行コントローラ２０は、安全コントローラ４０から取得した指令に基づいてダンプトラック２を制御して、ダンプトラック２が障害物に衝突することを回避する。
【００７４】
また、走行コントローラ２０は、ＧＰＳ位置の解がＦｌｏａｔ解である場合、Ｓｉｎｇｌｅ解である場合、又はＧＰＳ位置が非測位であることが所定時間経過し、照合航法演算部３３Ｂがマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとの推定精度及び信頼度が所定値及び所定の信頼度よりも低いレーザーセンサ２４Ｂの検出結果しか得られない場合に、車両本体２１を停車させる図示しない制動装置を制御するための指令を出力する。
【００７５】
＜作業機械の制御方法＞
次に、実施形態１に係る作業機械の制御方法、即ち作業機械の制御システム３０の動作の一例について説明する。図１１は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのフローチャートの一例である。図１２は、図１１のステップＳＴ４のフローチャートの一例である。図１３は、図１２のステップＳＴ４２のフローチャートの一例である。図１４は、図１１のステップＳＴ６のフローチャートの一例である。図１５は、図１４のステップＳＴ６４のフローチャートの一例である。図１６は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの照合航法演算部が検出した各位置及び方位の予想される検出結果の一例を示す図である。図１７は、実施形態１に係る作業機械の制御システムのレーザーセンサが現実に検出した検出結果の一例を示す図である。図１８は、実施形態１に係る作業機械の制御システムの位置計測コントローラの照合航法演算部が最も近い検出結果を算出した状態の一例を示す図である。
【００７６】
作業機械の制御方法は、作業機械の制御システム３０が、ダンプトラック２を走行経路ＲＰに従って自律走行させる方法である。作業機械の制御方法において、処理装置１２は、無線通信装置１８を介して、ダンプトラック２の走行経路作成装置３２及び位置計測コントローラ３３に指令信号を送信する。指令信号は、ダンプトラック２の走行条件に関する情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を含む。走行条件に関する情報は、処理装置１２で生成された走行経路ＲＰに関する情報、及びダンプトラック２の走行速度に関する情報を含む。
【００７７】
走行経路作成装置３２は、通信システム９を介して送信された処理装置１２からの指令信号のうち走行経路ＲＰに関する情報及び自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を経路位置記憶部３２Ａに記憶する。位置計測コントローラ３３は、走行経路作成装置３２が走行経路ＲＰに関する情報を含む処理装置１２からの指令信号を受信すると、無線通信装置３４を介して、自車両であるダンプトラック２の位置及び方位に関する情報を処理装置１２に送信する。走行コントローラ２０は、処理装置１２からの指令信号に基づいて、ダンプトラック２のアクセル、図示しない制動装置及び操舵装置２Ｓを制御して、ダンプトラック２の走行を制御する。
【００７８】
作業機械の制御システム３０の走行コントローラ２０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置に基づいて、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を推測航法により走行させるステップＳＴ１を実行する。実施形態１において、走行コントローラ２０は、管理装置１０の処理装置１２により生成された走行経路ＲＰに関する情報、及び処理装置１２で設定された走行速度（目標走行速度）を含む走行条件に従って、ダンプトラック２を積込場ＬＰＡ、排土場ＤＰＡ、搬送路ＨＬ、及び交差点ＩＳの少なくとも一部で走行させる。推測航法とは、既知の位置からの方位（方位変化量）と移動距離とに基づいて、対象物（ダンプトラック２）の現在位置を推測する航法をいう。ダンプトラック２の方位（方位変化量）は、ダンプトラック２に配置されたジャイロセンサ２６を用いて検出される。ダンプトラック２の移動距離は、ダンプトラック２に配置された速度センサ２７を用いて検出される。ジャイロセンサ２６の検出信号及び速度センサ２７の検出信号は、ダンプトラック２の走行コントローラ２０に出力される。
【００７９】
走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６からの検出信号に基づいて、既知の起点からのダンプトラック２の方位（方位変化量）を求めることができる。走行コントローラ２０は、速度センサ２７からの検出信号に基づいて、既知の起点からのダンプトラック２の移動距離を求めることができる。走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６からの検出信号及び速度センサ２７からの検出信号に基づいて、ダンプトラック２が生成された走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２の走行に関する制御量を生成する。制御量は、アクセル信号、制動信号、及び操舵信号を含む。走行コントローラ２０は、操舵信号、アクセル信号及び制動信号に基づいて、ダンプトラック２の走行（操作）を制御する。
【００８０】
次に、推測航法により求められた推測位置がＲＴＫ−ＧＮＳＳ又は照合航法演算部３３Ｂを使って補正されつつダンプトラック２が走行する例について説明する。ダンプトラック２の走行距離が長くなると、ジャイロセンサ２６及び速度センサ２７の一方又は両方の検出誤差の蓄積により、推測された位置（推測位置）と実際の位置との間に誤差が生じる可能性がある。その結果、ダンプトラック２は、処理装置１２によって生成された走行経路ＲＰから外れて走行してしまう可能性がある。実施形態１において、走行コントローラ２０は、推測航法により導出（推測）されたダンプトラック２の位置（推測位置）を、ＧＰＳ受信器３１により検出されたＧＰＳ位置又は照合航法演算部３３Ｂが検出した位置を使って補正しつつ、ダンプトラック２を走行させる。走行コントローラ２０は、ジャイロセンサ２６からの検出信号と、速度センサ２７からの検出信号と、ＧＰＳ受信器３１からのＧＰＳ位置又は照合航法演算部３３Ｂが検出した位置とに基づいて、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２の位置を補正する補正量を含む、ダンプトラック２の走行に関する制御量を算出する。走行コントローラ２０は、ダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、算出した補正量及び制御量に基づいて、ダンプトラック２の走行（操作）を制御する。
【００８１】
次に、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であるか否かを判定するステップＳＴ２を実行する。即ち、ステップＳＴ２において、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の精度が高精度であるか否かを判定する。具体的には、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であるか否かを判定する。位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解であると判定する、即ち、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定する（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）と、速度センサ２７の検出信号に基づいてダンプトラック２の走行速度が零であるか否か、即ち、ダンプトラック２が停車しているか否かを判定する（ステップＳＴ３）。
【００８２】
位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零ではないと判定、即ち、ダンプトラック２が停車していないと判定する（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）と、グリッドマップ作成部３３Ｃが、地図情報ＭＩを作成する（ステップＳＴ４）。即ち、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物ＶＰに関する検出結果を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとしてマップ保存データベース３６に記憶するステップＳＴ４を実行する。具体的には、まず、観測点座標変換部３８は、レーザーセンサ２４Ｂから方向及び距離で規定された座標で示されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標で示された座標の位置に変換する（ステップＳＴ４１）。
【００８３】
観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出す（ステップＳＴ４２）。観測点利用可能判断部３９は、上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出す際には、まず、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果の各種のノイズを除去する（ステップＳＴ４２１）。具体的には、観測点利用可能判断部３９は、ノイズとして、反射強度の低い検出結果、レーザー光線が透明物体を通過したと思われる検出結果、レーザー光線が埃を検出したと思われる検出結果、地面によりレーザー光線が反射されたと思われる検出結果、及びレーザー光線が地面上の土の塊を検出したと思われる検出結果を、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から除去する。
【００８４】
観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から距離が所定の最大距離以上の検出結果、及び距離が所定の最少距離以下の検出結果を除去する（ステップＳＴ４２２）。実施形態１において、所定の最大距離は、太陽光によるノイズを除去するために必要な距離であり、所定の最少距離は、レーザーセンサ２４Ｂから近距離で起こる濃い埃のノイズを除去するための距離である。
【００８５】
観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から地表から所定高さ以下の検出結果を除去する（ステップＳＴ４２３）。実施形態１において、観測点利用可能判断部３９は、前記所定高さ以下の検出結果を除去するが、これに限定されない。観測点利用可能判断部３９は、経路位置記憶部３２Ａに記憶された自車両以外の作業機械４の位置に関する情報を参照して、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から自車両以外の作業機械４を検出したと予想される検出結果を除去する（ステップＳＴ４２４）。このように、観測点利用可能判断部３９は、検出結果から各種のノイズなどを除去することで、検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出すこととなる。ステップＳＴ４２４の処理により、処理前のレーザーセンサ２４Ｂの検出結果が５〜６分の１程度に削減することができる。
【００８６】
観測点利用可能判断部３９は、各種のノイズなどが除去された検出結果を、Ｘ−Ｙ座標で位置が示されかつ所定サイズのグリッドＧＲで構成される検出結果に合成する。観測点利用可能判断部３９は、合成した検出結果をグリッドマップ作成部３３Ｃと、照合航法演算部３３Ｂとの双方に出力する。位置計測コントローラ３３のグリッドマップ作成部３３Ｃは、観測点利用可能判断部３９が合成した検出結果である上方突出物ＶＰの位置を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶する（ステップＳＴ４３）。このように、位置計測コントローラ３３のＲＯＭは、コンピュータである位置計測コントローラ３３にステップＳＴ２とステップＳＴ４とを実行させるプログラムを記憶している。また、作業機械の制御方法は、ステップＳＴ１〜ステップＳＴ４を実行することで、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出して、抜き出した上方突出物ＶＰに関する検出結果を走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとして記憶する。
【００８７】
位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零であると判定、即ち、ダンプトラック２が停車していると判定する（ステップＳＴ３：Ｎｏ）と、ステップＳＴ１に戻る。判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零であると（ステップＳＴ３：Ｎｏ）と、ステップＳＴ１に戻ることにより、マップ保存用データベース３６は、速度センサ２７が、ダンプトラック２の停車をした場合に、走行経路ＲＰの地図情報ＭＩの記憶を休止する。走行速度が零であるダンプトラック２の停車中の場合、自車両以外の作業機械４の稼働などにより発生する埃などにより、地図情報ＭＩにノイズが混入して、地図情報ＭＩの精度が低下するかもしれないためである。
【００８８】
また、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではないと判定する、即ち、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差を超えていると判定する（ステップＳＴ２：Ｎｏ）と、速度センサ２７の検出信号に基づいてダンプトラック２の走行速度が零であるか否か、即ち、ダンプトラック２が停車しているか否かを判定する（ステップＳＴ５）。
【００８９】
位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零ではないと判定、即ち、ダンプトラック２が停車していないと判定する（ステップＳＴ５：Ｙｅｓ）と、照合航法演算部３３Ｂが、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定して、走行コントローラ２０が走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を走行させる（ステップＳＴ６）。即ち、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差を超えていると判定部３３Ａが判定すると、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６が記憶した地図情報ＭＩとを照合することにより、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。そして、走行コントローラ２０は、位置計測コントローラ３３の照合航法演算部３３Ｂが検出した位置に基づいて、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を走行させる。
【００９０】
具体的には、観測点座標変換部３８は、レーザーセンサ２４Ｂから方向及び距離で規定された座標で示されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標の位置に変換する（ステップＳＴ６１）。観測点利用可能判断部３９は、観測点座標変換部３８により座標が変換された検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出す（ステップＳＴ６２）。なお、ステップＳＴ６１は、ステップＳＴ４１と同じ処理であり、ステップＳＴ６２は、ステップＳＴ４２と同じ処理であるので、詳細な説明を省略する。
【００９１】
照合航法演算部３３Ｂは、観測点利用可能判断部３９によりノイズが除去された検出結果をアイソレーションフィルタ（Isolation  Filter）に通して、検出結果を間引きする（ステップＳＴ６３）。具体的には、照合航法演算部３３Ｂは、観測点利用可能判断部３９によりノイズが除去された検出結果のうち互いに所定距離以上離れた検出結果のみ残し、他の検出結果を除去する。ステップＳＴ６３の処理により、処理前のレーザーセンサ２４Ｂの検出結果を５〜６分の１程度に削減することができる。
【００９２】
照合航法演算部３３Ｂは、ジャイロセンサ２６の検出結果、速度センサ２７の検出結果、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果、及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩをパーティクルフィルタＰＦにより統合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する（ステップＳＴ６４）。具体的には、照合航法演算部３３Ｂは、ジャイロセンサ２６の検出結果である方位及び速度センサ２７の検出結果である走行速度を基に、ある時点でダンプトラック２が存在すると予想される範囲内の複数の位置及び方位を算出する（ステップＳＴ６４１）。
【００９３】
照合航法演算部３３Ｂは、図１６に示すように、マップ保存用データベース３６に保存された地図情報ＭＩに基づいて、予想される各位置及び方位にダンプトラック２が位置する場合にレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果を推定する。照合航法演算部３３Ｂは、図１６に一例を示す各位置及び方位においてレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果ＤＲ１と、図１７に示すレーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果ＤＲ２とを照合して、各位置及び方位においてレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果ＤＲ１のレーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果ＤＲ２に対する尤度を算出する。照合航法演算部３３Ｂは、各位置及び方位の尤度を正規化する（ステップＳＴ６４２）。
【００９４】
照合航法演算部３３Ｂは、各位置及び方位においてレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果ＤＲ１の尤度と各位置とから最終推定値を算出し、図１８に示すようにレーザーセンサ２４Ｂが検出すると予想される検出結果ＤＲ１がレーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果ＤＲ２に最も似る位置及び方位を算出する。照合航法演算部３３Ｂは、最も似る位置及び方位をダンプトラック２の位置及び方位として検出する。照合航法演算部３３Ｂは、最も似る位置及び方位を算出した際に、最も似る位置及び方位の推定精度、信頼度も算出する（ステップＳＴ６４３）。図１６及び図１８は、上方突出物ＶＰが存在するグリッドＧＲを密な平行斜線で示し、図１７は、上方突出物ＶＰの検出結果を粗な平行斜線で示している。なお、図１８は、レーザーセンサ２４Ｂが現実に検出した検出結果ＤＲ２が、予想される検出結果ＤＲ１の一部分である例を示しているが、これに限定されない。
【００９５】
照合航法演算部３３Ｂは、検出したダンプトラック２の位置及び方位に各種の診断を施す（ステップＳＴ６４４）。具体的には、照合航法演算部３３Ｂは、検出したダンプトラック２の位置及び方位が、レーザーセンサ２４Ｂが故障中に検出された検出結果から検出されたもの、ジャイロセンサ２６が故障中に検出された検出結果から検出されたもの、所定数よりも少ないレーザーセンサ２４Ｂの検出結果から検出されたもの、信頼度が所定の信頼度よりも低い、尤度が所定値よりも低い、推定精度が所定値よりも低い、推測航法により位置及び方位とのズレが所定値よりも大きい、又は問題がある地図情報ＭＩを用いて検出されたものに該当すると、検出したダンプトラック２の位置及び方位を破棄し、再度、ある時点でダンプトラック２が存在すると予想される範囲内の複数の位置及び方位を算出する（ステップＳＴ６４５）。算出した複数の位置及び方位は、ステップＳＴ６を次に実行される際に、ステップＳＴ６４１において算出される複数の位置及び方位として用いられる。
【００９６】
また、照合航法演算部３３Ｂは、検出したダンプトラック２の位置及び方位が、レーザーセンサ２４Ｂが故障中に検出された検出結果から検出されたもの、ジャイロセンサ２６が故障中に検出された検出結果から検出されたもの、所定数よりも少ないレーザーセンサ２４Ｂの検出結果から検出されたもの、信頼度が所定の信頼度よりも低い、尤度が所定値よりも低い、推定精度が所定値よりも低い、推測航法による位置及び方位とのズレが所定値よりも大きい、及び、問題がある地図情報ＭＩを用いて検出されたものの全てに該当しないと、検出した位置及び方位を用いて推測航法（ステップＳＴ１）を実行し、位置計測コントローラ３３がダンプトラック２が走行経路ＲＰに従って走行するように、ダンプトラック２の走行（操作）を制御する。
【００９７】
位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零であると判定、即ち、ダンプトラック２が停車していると判定する（ステップＳＴ５：Ｎｏ）と、ステップＳＴ１に戻る。判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零であると（ステップＳＴ５：Ｎｏ）と、ステップＳＴ１に戻ることにより、位置計測コントローラ３３は、速度センサ２７が、ダンプトラック２の停車を検出した場合に、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６が記憶した走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとを照合することによりダンプトラック２の位置及び方位を特定することを休止する。走行速度が零であるダンプトラック２の停車中の場合、自車両以外の作業機械４の稼働などにより発生する埃などによりレーザーセンサ２４Ｂの検出結果にノイズが混入してしまい、照合航法演算部３３Ｂの位置計測の精度が低下するかもしれないためである。また、走行速度が零であるダンプトラック２の停車中の場合、ダンプトラック２の位置が変化しないからでもある。
【００９８】
実施形態１において、作業機械の制御システム３０、作業機械の制御方法及び位置計測コントローラ３３に記憶されたプログラムは、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解である時に、ＧＰＳ位置等を用いて走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を走行させながら、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果に基づいて、上方突出物ＶＰの位置で構成される地図情報ＭＩを作成し、マップ保存用データベース３６に記憶する。その結果、地図情報ＭＩの精度が向上し、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、精度が向上した地図情報ＭＩ及びレーザーセンサ２４Ｂの検出結果に基づいて自車両の位置及び方位を特定することにより走行経路ＲＰに従って走行でき、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【００９９】
また、作業機械の制御システム３０は、ダンプトラック２の停車している間において地図情報ＭＩの記憶を休止するので、マップ保存用データベース３６が記憶する地図情報ＭＩにノイズが含まれることを抑制することができる。その結果、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ノイズの少ない地図情報ＭＩに基づいて自車両の位置及び方位を特定できるので、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１００】
実施形態１に係る作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではない時に、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果と、マップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとを照合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。その結果、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、レーダー２４Ａよりも高分解能なレーザーセンサ２４Ｂの検出結果と、地図情報ＭＩを用いて自車両の位置及び方位を特定できるので、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１０１】
また、作業機械の制御システム３０は、ダンプトラック２の停車している間においてレーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとを照合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定することを休止する。その結果、作業機械の制御システム３０は、停車中に不必要にダンプトラック４の位置及び方位が更新されてしまうことを抑制できる。
【０１０２】
また、実施形態１において、ダンプトラック２及び管理システム１は、前述した作業機械の制御システム３０を備えるので、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解である時に、上方突出物ＶＰの位置で構成される地図情報ＭＩをマップ保存用データベース３６に記憶するので、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、地図情報ＭＩを用いて自車両の位置及び方位を特定できるので、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１０３】
また、作業機械の制御システム３０は、地図情報ＭＩの各グリッドＧＲが上方突出物ＶＰが存在するか否か即ち０か１かを示す情報により構成されているので、地図情報ＭＩ全体の情報量を抑制することができる。その結果、作業機械の制御システム３０は、ダンプトラック２に設置される位置計測コントローラ３３の限られた処理能力によってもリアルタイムでダンプトラック２の位置を特定することができ、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１０４】
作業機械の制御システム３０は、観測点利用可能判断部３９がレーザーセンサ２４Ｂの検出結果から反射強度の低い検出結果、レーザー光線が透明物体を通過したと思われる検出結果、レーザー光線が埃を検出したと思われる検出結果、地面によりレーザー光線が反射されたと思われる検出結果及びレーザー光線が地面上の土の塊を検出したと思われる検出結果をノイズとして除去する。作業機械の制御システム３０は、観測点利用可能判断部３９がレーザーセンサ２４Ｂの検出結果から、最大距離以上の検出結果、最少距離以下の検出結果、所定高さ以下の検出結果、及び自車両以外の作業機械４を検出したと予想される検出結果を除去する。その結果、作業機械の制御システム３０は、マップ保存用データベース３６に記憶する地図情報ＭＩ内の上方突出物ＶＰ以外の情報を抑制でき、ダンプトラック２に設置されるマップ保存用データベース３６に記憶する情報量を抑制できるとともに、照合航法演算部３３Ｂが、ノイズの少ない地図情報ＭＩに基づいて自車両の位置及び方位を特定できるので、正確にダンプトラック２の位置を特定することができる。
【０１０５】
また、作業機械の制御システム３０は、照合航法演算部３３Ｂが各種のノイズを除去されたレーザーセンサ２４Ｂの検出結果をアイソレーションフィルタに通して更に検出結果を削減する。その結果、作業機械の制御システム３０は、ダンプトラック２に設置される位置計測コントローラ３３の限られた処理能力によってもリアルタイムでダンプトラック２の位置を特定することができ、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１０６】
作業機械の制御システム３０は、照合航法演算部３３ＢがパーティクルフィルタＰＦにより検出されたダンプトラック２の位置及び方位に各種の診断を行うので、ダンプトラック２の位置及び方位を誤検出することを抑制することができる。その結果、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１０７】
また、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解である時に、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果に基づいて、構成される地図情報ＭＩを作成し、記憶する。作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではない時に、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果と、マップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとを照合して、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する。このように、作業機械の制御システム３０は、各ダンプトラック２が地図情報ＭＩを作成し、ＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差を超えている時に、各ダンプトラック２が自ら作成した地図情報ＭＩを用いて走行する。その結果、作業機械の制御システム３０は、地図情報ＭＩの各グリッドＧＲを上方突出物ＶＰが存在するか否か即ち０か１かを示す情報により構成しても、各ダンプトラック２の固体差によりダンプトラック２間でレーザーセンサ２４Ｂの検出結果に違いが生じても、自ら作成した地図情報ＭＩを用いて、自車両の位置を精度よく検出できるので、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１０８】
実施形態２．
＜作業機械の制御方法＞
次に、実施形態２に係る作業機械の制御方法、即ち作業機械の制御システム３０の動作の一例について説明する。図１９は、実施形態２に係る作業機械の制御システムのフローチャートの一例である。図２０は、図１９のステップＳＴ７のフローチャートの一例である。なお、図１９及び図２０において、実施形態１と同一部分には、同一符号を付して説明を省略する。実施形態２の作業機械の制御システム３０は、実施形態１の作業機械の制御システム３０と構成が等しい。
【０１０９】
実施形態２に係る作業機械の制御方法は、位置計測コントローラ３３の判定部３３Ａがダンプトラック２の走行速度が零ではないと判定、即ち、ダンプトラック２が停車していないと判定する（ステップＳＴ３：Ｙｅｓ）と、グリッドマップ作成部３３Ｃが、地図情報ＭＩを作成する（ステップＳＴ４）とともに、照合航法演算部３３Ｂが、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいてダンプトラック２の位置及び方位を特定し、検出した位置及び方位の精度を確認する（ステップＳＴ７）。
【０１１０】
具体的には、実施形態１と同様に、観測点座標変換部３８がレーザーセンサ２４Ｂの検出結果の位置を、Ｘ−Ｙ座標の位置に変換する。観測点利用可能判断部３９が、座標が変換された検出結果から上方突出物ＶＰに関する検出結果を抜き出すとともに、Ｘ−Ｙ座標で位置が示されかつ複数のグリッドＧＲで構成される検出結果に合成する。グリッドマップ作成部３３Ｃが合成した検出結果を地図情報ＭＩとしてマップ保存用データベース３６に記憶する。照合航法演算部３３Ｂが、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定する（ステップＳＴ７１）。
【０１１１】
位置計測コントローラ３３は、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置が高精度であるか否かを判定する（ステップＳＴ７２）。具体的には、判定部３３Ａが、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置をＸ−Ｙ座標の位置に変換し、位置計測コントローラ３３は、判定部３３ＡがＧＰＳ位置をＸ−Ｙ座標の位置に変換した位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置との距離（差分距離）を検出する。位置計測コントローラ３３は、判定部３３ＡがＸ−Ｙ座標の位置に変換した位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出した位置との距離が所定距離以下であると、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置が高精度であると判定する。位置計測コントローラ３３は、判定部３３ＡがＸ−Ｙ座標の位置に変換した位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出した位置との距離が所定距離を超えると、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置が高精度ではないと判定する。なお、所定距離は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではない場合に、ダンプトラック２の自律走行を可能とする距離である。
【０１１２】
位置計測コントローラ３３は、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置が高精度であると判定する（ステップＳＴ７２：Ｙｅｓ）と、レーザーセンサ２４Ｂが検出した検出結果の数が充分であるか否かを判定する（ステップＳＴ７３）。具体的には、位置計測コントローラ３３は、レーザーセンサ２４Ｂが検出した検出結果の数が所定数以上であると、充分であると判定し、所定数未満であると、不充分であると判定する。なお、所定数は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではない場合に、ダンプトラック２の自律走行を可能とする数である。
【０１１３】
位置計測コントローラ３３は、レーザーセンサ２４Ｂが検出した検出結果の数が充分であると判定する（ステップＳＴ７３：Ｙｅｓ）と、観測点利用可能判断部３９が検出したレーザーセンサ２４Ｂの検出結果と、マップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとが一致しているか否かを判定する（ステップＳＴ７４）。具体的には、位置計測コントローラ３３は、レーザーセンサ２４Ｂが検出した検出結果と、マップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとを正規化相関を用いてパターンマッチングを行い、相関値が所定値以上であると一致していると判定し、相関値が所定値未満であると一致していないと判定する。なお、所定値は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の解がＦｉｘ解ではない場合に、ダンプトラック２の自律走行を可能とする値である。
【０１１４】
位置計測コントローラ３３は、観測点利用可能判断部３９が検出したレーザーセンサ２４Ｂの検出結果と、マップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとが一致していると判定する（ステップＳＴ７４：Ｙｅｓ）と、判定部３３ＡがＧＰＳ位置をＸ−Ｙ座標の位置に変換した位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置との距離を不揮発性メモリ３３５に記憶する（ステップＳＴ７５）。ステップＳＴ７５において、位置計測コントローラ３３は、判定部３３ＡがＧＰＳ位置をＸ−Ｙ座標の位置に変換した位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置との距離の平均距離を常に検出し、この平均距離を不揮発性メモリ３３５に記憶する。位置計測コントローラ３３は、ステップＳＴ６において、照合航法演算部３３Ｂが、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定して、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を走行させる際に、検出したダンプトラック２の位置及び方位を平均距離により補正する。
【０１１５】
位置計測コントローラ３３は、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置が高精度ではないと判定した場合（ステップＳＴ７２：Ｎｏ）、レーザーセンサ２４Ｂが検出した検出結果の数が充分ではないと判定した場合（ステップＳＴ７３：Ｎｏ）、又は観測点利用可能判断部３９が検出したレーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩとが一致していないと判定した場合（ステップＳＴ７４：Ｎｏ）に、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置及び方位が自律走行に適していないと判定し、その旨を無線通信装置３４を介して管制施設７の無線通信装置１８に送信する。管制施設７は、ダンプトラック２の位置及び方位が自律走行に適していない旨を受信すると、記憶装置１３に記憶する（ステップＳＴ７６）。
【０１１６】
実施形態２の位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したダンプトラック２のＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定する（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）と、グリッドマップ作成部３３Ｃが、地図情報ＭＩを作成する（ステップＳＴ４）とともに、照合航法演算部３３Ｂが、ダンプトラック２の位置及び方位を特定し、検出した位置及び方位の精度を確認する（ステップＳＴ７）。こうすることにより、位置計測コントローラ３３は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定部３３Ａが判定した場合に、レーザーセンサの検出結果とマップ保存用データベース３６が記憶した地図情報ＭＩとを照合することによりダンプトラック２の位置及び方位を特定して、走行経路ＲＰに従って位置計測コントローラ３３が特定したダンプトラック２の位置に基づいてダンプトラック２を走行させることが適しているか否かを判定する。
【０１１７】
また、実施形態２の位置計測コントローラ３３は、ステップＳＴ７５において、差分距離を記憶することにより、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定部３３Ａが判定した場合に、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果とマップ保存用データベース３６が記憶した走行経路ＲＰの地図情報ＭＩとを照合することにより得られたダンプトラック２の位置及び方位と、判定部３３Ａが検出した位置及び方位との差（差分距離）を検出し、記憶する。
【０１１８】
実施形態２において、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置等に基づいて判定部３３Ａが検出したダンプトラック２の位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置との距離（差分距離）を検出して、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置及び方位が自律走行を可能とするか否かを判定する。このため、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下で自律走行している間に、照合航法演算部３３Ｂが検出する位置の精度を確認することができる。その結果、作業機械の制御システム３０は、実施形態１の効果に加え、照合航法演算部３３Ｂが検出する位置及び方位が自律走行を可能としない場所に、レーザーセンサ２４Ｂが検出可能なランドマークを設置すること、及び、自律走行を可能としない場所を位置検出を行いながら複数回走行させること等の対処を作業者に促すことができ、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１１９】
作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置等に基づいて判定部３３Ａが検出したダンプトラック２の位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置との距離（差分距離）の平均距離を検出して記憶する。作業機械の制御システム３０は、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果及びマップ保存用データベース３６に記憶された地図情報ＭＩに基づいて、ダンプトラック２の位置及び方位を特定して、走行経路ＲＰに従ってダンプトラック２を走行させる際に、検出したダンプトラック２の位置及び方位を平均距離により補正する。その結果、作業機械の制御システム３０は、レーザーセンサ２４Ｂの取付誤差などにより判定部３３Ａが検出したダンプトラック２の位置と、照合航法演算部３３Ｂが検出したダンプトラック２の位置とがずれても、ＧＰＳにより位置及び方位を特定することができない状況であっても、ダンプトラック２の走行、即ち、鉱山の操業を継続して行うことができる。
【０１２０】
また、実施形態２において、作業機械の制御システム３０は、ＧＰＳ受信器３１が検出したＧＰＳ位置の誤差が所定の誤差以下であると判定する（ステップＳＴ２：Ｙｅｓ）と、グリッドマップ作成部３３Ｃが、地図情報ＭＩを作成している間の少なくとも一部において、照合航法演算部３３Ｂが、ステップＳＴ７のように、ダンプトラック２の位置、方位及び差分距離を検出し、検出した位置及び方位の精度を確認し、差分距離を記憶してもよい。
【０１２１】
実施形態１及び実施形態２において、ナビゲーションシステム３０は、レーザーセンサ２４Ｂの検出結果をもちいて地図情報ＭＩの作成、ダンプトラック２の位置及び方位を特定した。本発明において、ナビゲーションシステム３０は、非接触センサであるレーダー２４Ａの検出結果をもちいて地図情報ＭＩの作成、ダンプトラック２の位置及び方位を特定してもよい。また、本発明において、ナビゲーションシステム３０は、非接触センサであるダンプトラック２に複数設けられたＣＣＤ（Charge-Coupled  Device）カメラの検出結果をもちいて地図情報ＭＩの作成、ダンプトラック２の位置及び方位を特定してもよい。
【０１２２】
上述した各実施形態の構成要件は、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のもの、いわゆる均等の範囲のものを含む。また、上述した各実施形態の構成要件は、適宜組み合わせることができる。また、一部の構成要素を用いない場合もある。
【０１２３】
なお、上述の実施形態では鉱山にて用いられる鉱山機械を例に説明したが、それに限られず、地下鉱山で用いられる作業機械や、地上の作業現場で用いられる作業機械に適用してもよい。作業機械は、鉱山機械を含むものである。
【０１２４】
また、上述の実施形態ではＧＰＳ受信器３１を用いて鉱山機械の位置を検出していたが、それに限られず、周知の「位置検出手段」に基づいて鉱山機械の位置を検出できるようにしてもよい。特に、地下鉱山ではＧＰＳを検出できないため、例えば、既存の位置検出装置であるＩＭＥＳ（Indoor  Messaging  System）、疑似衛星（スードライト）、ＲＦＩＤ（Radio  Frequency  IDentifier）、ビーコン、測量器、無線ＬＡＮ、ＵＷＢ（Ultra  Wide  Band）、ＳＬＡＭ（Simultaneous  Localization  and  Mapping）、ランドマーク（走行経路の傍らに設けた目印）を使用した作業機械の自己位置推定等を用いてもよい。これらの位置検出装置を、地上の鉱山における鉱山機械または地上の作業現場で用いられる作業機械に用いてもよい。
【０１２５】
また、「作業機械の制御システム」として、上述の実施形態では地上の鉱山におけるダンプトラックの制御システムを例に説明したが、それに限られず、地上の鉱山における他の鉱山機械、地下鉱山に用いられる作業機械又は地上の作業現場で用いられる作業機械（油圧ショベル、ブルドーザ、ホイールローダ等）であって、「位置検出装置」、「非接触センサ」および「位置演算部」を備える作業機械の制御システムも含んでいる。
【符号の説明】
【０１２６】
１  管理システム
２  ダンプトラック（作業機械）
７  管制施設
１０  管理装置
２０  走行コントローラ（制御手段）
２１  車両本体
２４Ａ  レーダー（非接触センサ）
２４Ｂ  レーザーセンサ（非接触センサ）
２７  速度センサ
３０  作業機械の制御システム
３１  ＧＰＳ受信器（位置検出手段）
３２Ａ  経路位置記憶部（経路位置記憶手段）
３３  位置計測コントローラ（位置計測手段）
３３Ａ  判定部（判定手段）
ＲＰ  走行経路
ＶＰ  上方突出物
ＢＫ  土手
ＭＩ  地図情報
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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