(57)【要約】本発明は、1つ以上の遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信システムに関する。このシステムは、少なくとも1つの高高度通信装置を含み、鉱業資産のための制御メッセージを通信するための高高度プラットフォームを含む。低高度プラットフォームは、少なくとも1つの低高度通信装置を含み、鉱業資産のための制御メッセージを通信するのに適している。好ましくは、高高度プラットフォームは、長期的な通信プラットフォームであり、これに対して、低高度プラットフォームは、より迅速に配備され、柔軟に再構成することができる短期的な通信プラットフォームである。【選択図】図1a
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
1つ以上の遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信システムであって、
少なくとも1つの高高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための高高度プラットフォームと、
少なくとも1つの低高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための配備可能な低高度プラットフォームとを含む無線通信システム。
【請求項２】
前記高高度プラットフォームは長期的なプラットフォームであり、前記低高度プラットフォームは短期的なプラットフォームである、請求項1に記載のシステム。
【請求項３】
前記高高度プラットフォームは、前記低高度プラットフォームよりも広い通信カバレッジ、より狭い通信帯域幅、またはより高い通信レイテンシをもたらす、請求項1または請求項2に記載のシステム。
【請求項４】
前記高高度通信装置は、バルーンまたは擬似衛星を含む、請求項1〜3のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項５】
前記高高度プラットフォームが、前記低高度プラットフォーム、衛星プラットフォーム、および地上プラットフォームと直接通信する、請求項1〜4のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項６】
前記低高度通信装置は、無人航空機（UAV）または自律地上車両を含む、請求項1〜5のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項７】
前記UAVは、数百メートルから数キロメートルの間で動作する、請求項6に記載のシステム。
【請求項８】
前記UAVはドローンを含む、請求項6または請求項7に記載のシステム。
【請求項９】
前記UAVは、見通し（LOS）通信を提供する、請求項6〜9のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項１０】
前記低高度プラットフォームは、前記高高度プラットフォームおよび／または地上プラットフォームと直接通信する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項１１】
前記高高度プラットフォームの上方に位置し、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための少なくとも1つの衛星を含む衛星プラットフォームをさらに含む、請求項1〜10のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項１２】
前記衛星プラットフォームは、前記高高度プラットフォームおよび／または地上プラットフォームと直接通信する、請求項11に記載のシステム。
【請求項１３】
地上プラットフォームをさらに含む、請求項1〜12のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項１４】
前記地上プラットフォームは前記鉱業資産を含む、請求項13に記載のシステム。
【請求項１５】
前記地上プラットフォームは、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信する移動式地上車両を含む、請求項13または請求項14に記載のシステム。
【請求項１６】
前記地上車両は、無人自律地上車両（UGV）を含む、請求項15に記載のシステム。
【請求項１７】
前記地上車両は、トレーラ搭載型通信ステーションを含む、請求項15または請求項16に記載のシステム。
【請求項１８】
前記地上プラットフォームは、前記低高度プラットフォーム、前記高高度プラットフォーム、および／または衛星プラットフォームと直接通信する、請求項13〜17のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項１９】
前記プラットフォームの各々は、制御メッセージを直接的または間接的に前記鉱業資産に無線で通信する、請求項1〜18のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項２０】
2つのプラットフォーム間の任意の単一通信リンクが中断しても通信が中断されず、制御メッセージは、依然としていずれかのプラットフォーム間で中継され得る、請求項19に記載のシステム。
【請求項２１】
前記プラットフォームは階層化されている、請求項1〜20のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項２２】
前記高高度プラットフォームは、衛星プラットフォームの下方に位置する、請求項21に記載のシステム。
【請求項２３】
前記衛星プラットフォームは、前記熱圏に位置するか、または前記熱圏を超えて位置する、請求項22に記載のシステム。
【請求項２４】
前記衛星プラットフォームは、前記高高度プラットフォームよりも長い時間にわたって定位置にある、請求項22または請求項23に記載のシステム。
【請求項２５】
前記高高度プラットフォームは、前記低高度プラットフォームよりも長い時間にわたって定位置にある、請求項1〜24のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項２６】
前記高高度プラットフォームは、高度数キロメートルを超えているか、または外側対流圏または成層圏と交わる、請求項1〜25のいずれか1項に記載のシステム。
【請求項２７】
1つ以上の遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信方法であって、
少なくとも1つの高高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための高高度プラットフォームを提供することと、
少なくとも1つの低高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための低高度プラットフォームを配備することとを含む方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本明細書中のいずれかの先行技術への言及は、先行技術が共通の一般知識の一部を形成することの承認または任意の形態の提案ではなく、またはそのようなものとして見なされるべきではない。
【０００３】
掘削機やトラックなどの自動化された鉱業資産は、固定通信インフラストラクチャがないかまたは限られた遠隔地で掘削作業を行うために使用される。
【０００４】
移動式地上無線通信システムは、基地局からの制御メッセージを通信し、遠隔の鉱業資産を制御するために使用される。再配置可能なトレーラ搭載型無線通信ステーションは、基地局と資産との間の通信を維持するために必要に応じて移動される。しかしながら、鉱床のトポロジおよび関連する資産位置の動的性質は、しばしば望ましくない結果として通信黒点（通信不能領域;communication black spots）をもたらす。さらに、通信ステーションの再配置はまた、運転手にとって安全上のリスクをもたらす。
【０００５】
遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための改良された無線通信システムが必要とされている。
【発明の概要】
【０００６】
本発明の一態様によれば、1つ以上の遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信システムが提供され、本システムは、
少なくとも1つの高高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための高高度プラットフォームと、
少なくとも1つの低高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための配備可能な低高度プラットフォームとを含む。
【０００７】
低高度通信装置は、無人航空機（UAV: unmanned aerial vehicle）または自律地上車両を含むことができる。高高度プラットフォームは長期的なプラットフォームとすることができる。有利なことに、長期的な高高度プラットフォームは、広い通信カバレッジとより長い耐久性を提供することができる。低高度プラットフォームは、短期的なプラットフォームとすることができる。これとは対照的に、短期的な低高度プラットフォームは、局所的な地域での高いまたは予期せぬ通信需要に対応するように、迅速に配備し、柔軟に再構成することができる。低高度プラットフォームが再充電を必要とする場合、幾分柔軟性のない高高度プラットフォームは、黒点(black spots)も、地上通信局の再配置の必要性もなしに、資産との通信が維持されることを保証する。
【０００８】
カバレッジとプラットフォーム性能との間には、トレードオフが存在する可能性がある。さらに詳しく述べると、プラットフォームが高いほど、より大きな通信カバレッジをもたらすことができる。しかしながら、プラットフォームが高いほど、より狭い通信帯域幅と、より高い通信レイテンシ（遅延）をもたらす可能性がある。好ましくは、プラットフォームのうちのより高いものは、プラットフォームのうちの低いものよりも大きい通信カバレッジ、より狭い通信帯域幅、またはより高い通信レイテンシをもたらす。
【０００９】
高高度通信装置は、バルーンまたは擬似衛星を含むことができる。高高度プラットフォームは、低高度プラットフォーム、衛星プラットフォーム、および地上プラットフォームと直接通信することができる。
【００１０】
UAVは、数百メートル〜数キロメートルの間で動作させることができる。UAVはドローンを含むことができる。UAVは、見通し（LOS: line of sight）通信を提供することができる。低高度プラットフォームは、高高度プラットフォームおよび／または地上プラットフォームと直接通信することができる。
【００１１】
システムは、高高度プラットフォームの上方に位置し、鉱業資産の制御メッセージを通信するための少なくとも1つの衛星を含む衛星プラットフォームをさらに含むことができる。衛星プラットフォームは、高高度プラットフォームおよび／または地上プラットフォームと直接通信することができる。
【００１２】
システムは、地上プラットフォームをさらに含むことができる。地上プラットフォームは、鉱業資産を含むことができる。地上プラットフォームは、移動式地上車両を含むことができ、鉱業資産のための制御メッセージを通信するための移動式地上車両を含むことができる。地上車両は、無人自律地上車両（UGV）を含むことができる。地上車両は、トレーラ搭載型通信ステーションを含むことができる。地上プラットフォームは、低高度プラットフォーム、高高度プラットフォーム、および／または衛星プラットフォームと直接通信することができる。
【００１３】
プラットフォームの各々は、制御メッセージを直接的または間接的に鉱業資産に無線で通信することができる。好ましくは、2つのプラットフォーム間の任意の単一通信リンクが中断しても通信が中断されず、制御メッセージはいずれかのプラットフォーム間で依然として中継されることができる。さらに、各プラットフォームは、データを取り込むことができる。
【００１４】
プラットフォームは、階層化されていてもよい。高高度プラットフォームは、衛星プラットフォームの下方に位置することができる。衛星プラットフォームは、熱圏に配置されていてもよいし、熱圏を超えて配置されてもよい。高高度プラットフォームは、高度数キロメートルを超えるか、または外側対流圏または成層圏と交わることができる。衛星プラットフォームは、長期的な高高度プラットフォームよりも長い間、定位置にいることができる。高高度プラットフォームは、低高度プラットフォームよりも長い間、定位置にいることができる。
【００１５】
本発明の他の一態様によれば、1つ以上の遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信方法が提供され、本方法は、
少なくとも1つの高高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための高高度プラットフォームを提供することと、
少なくとも1つの低高度通信装置を含み、前記鉱業資産のための制御メッセージを通信するための低高度プラットフォームを配備することとを含む。
【００１６】
本明細書に記載される構成のいずれも、本発明の範囲内で本明細書に記載される他の構成のうちの任意の1つ以上との任意の組み合わせの中で組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
本発明の好ましい構成、実施形態、および変形形態は、当業者が本発明を実施するのに十分な情報を提供する以下の発明を実施するための形態から明らかにすることができる。発明を実施するための形態は、本発明の前述の発明の概要の範囲を決して限定するものではない。発明を実施するための形態は、以下の図面を参照する。
【図１ａ】本発明の一実施形態に係る遠隔で自動化された鉱業資産を制御するための無線通信システムの概略図である。
【図１ｂ】図1aの通信システムの階層化された通信プラットフォームを示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の一実施形態によれば、遠隔で自動化された鉱業資産102を制御するための無線通信システム100が提供される。鉱業資産は、掘削材料のための102の掘削機と、掘削された材料を輸送するためのトラックとを含む。
【００１９】
システム100は、少なくとも1つの高高度通信装置106を含む長期的な（例えば、数時間〜数週間の）高高度プラットフォーム104を含む。高高度通信装置は、典型的には、バルーンまたは擬似衛星を含む。高高度プラットフォーム104は、高度数キロメートルを超える外側対流圏または成層圏にあり、鉱業資産102を制御するための制御メッセージを通信するのに適している。
【００２０】
システム100は、少なくとも1つの低高度無人航空機（UAV）110を含む配備可能な短期的な（例えば、数分から数時間の）低高度プラットフォーム108をさらに含む。UAV 110は、典型的には、高度数百メートル〜数キロメートルの間の高高度プラットフォーム104の下方で動作するドローンである。UAV 110は、見通し（LOS）通信を提供し、鉱業資産102を制御するための制御メッセージを通信するのに適している。
【００２１】
有利なことに、長期的な高高度プラットフォーム104は、広い通信カバレッジとより長い耐久性を提供する。これとは対照的に、短期的な低高度プラットフォーム108は、迅速に配備され、局所的な地域での高いまたは予期しない通信需要に対応するように柔軟に再構成され得る。低高度プラットフォーム108が再充電を必要とする場合、幾分柔軟性のない高高度プラットフォーム104は、黒点(black spots)も、地上通信局の再配置の必要性もなしに、資産102との通信が維持されることを保証する。
【００２２】
システム100は、最上の衛星プラットフォーム112をさらに含む。長期的な高高度プラットフォーム104は、衛星プラットフォーム112の実質的に下方に配置され、衛星プラットフォーム112は、次いで、熱圏に、または熱圏を超えて配置される。恒久的な（例えば、数年〜数十年の）衛星プラットフォーム112は、高高度プラットフォーム104の上方に配置された少なくとも1つの低軌道（LEO）衛星または静止（GEO）衛星114を含む。衛星プラットフォーム112は、鉱業資産102のための制御メッセージを通信するのに適している。
【００２３】
システム100は、陸上車両のための最下地上プラットフォーム116をさらに含む。具体的には、一時的な地上プラットフォーム116は、相互に通信することができる鉱業資産102と、トレーラ搭載型無線通信ステーションを備えた移動地上車両118とを含む。地上車両118は、自動化された鉱業資産102と同じ環境で動作する有人車両よりもはるかに安全な無人地上車両（UGV）を含む。地上プラットフォーム116は、鉱業資産102の制御メッセージを通信するのに適している。
【００２４】
階層化された配備可能なプラットフォーム104、108、112、116の各々は、基地局からの直接的または間接的に制御メッセージを鉱業資産102に無線で通信することができる。2つのプラットフォーム間の任意の単一通信リンク120〜128が中断しても通信が中断されず、制御メッセージはプラットフォーム104、108、112、116のいずれかの間で依然として中継されることができる。さらに、各プラットフォーム104、108、112、116は、鉱床環境に関するデータを取り込み、送信することができる。
特に、システムの帯域幅、レイテンシ、および可用性の要件を設定する、異なる体積臨界および時間臨界(volumes and time criticalities)となる可能性のある様々なデータパターンを取り込むことができる。
【００２５】
資産102を含む地上プラットフォーム116は、低高度プラットフォーム108、高高度プラットフォーム104、および衛星プラットフォーム112とそれぞれの通信リンク120、122、124を介して直接通信することができる。衛星プラットフォーム112は、高高度プラットフォーム104および地上プラットフォーム116とそれぞれの通信リンク126、124を介して直接通信することができる。高高度プラットフォーム104は、低高度プラットフォーム108、衛星プラットフォーム112、および地上プラットフォーム116とそれぞれの通信リンク128、126、122を介して直接通信することができる。低高度プラットフォーム108は、高高度プラットフォーム104および地上プラットフォーム116とそれぞれの通信リンク128、120を介して直接通信することができる。
【００２６】
カバレッジとプラットフォーム性能の間にはトレードオフがある。さらに詳述すると、プラットフォームが高くなると通信カバレッジが拡大する。したがって、地上プラットフォーム116から衛星プラットフォーム112までのカバレッジは増加する。しかしながら、より高いプラットフォームはまた、より狭い通信帯域幅およびより高い通信レイテンシまたは遅延をもたらす。したがって、衛星プラットフォーム112から地上プラットフォーム116までの帯域幅は増加する。さらに、通信レイテンシは、衛星プラットフォーム112から地上プラットフォーム116へと減少する。プラットフォームのうちの高い方が、プラットフォームのうちの低い方よりも通信カバレッジが大きく、通信帯域幅が狭く、通信レイテンシが高いということになる。
【００２７】
当業者であれば、本発明の範囲から逸脱することなく多くの実施形態および変形形態を行うことができることを理解するであろう。
【００２８】
法令に従って、本発明は、構造的または組織的構成に多かれ少なかれ特化した言語で記載されている。本明細書に記載された手段は、本発明を実施する好ましい形態を含むので、本発明は図示または記載された特定の構成に限定されないことを理解すべきである。
【００２９】
本明細書を通して、「一実施形態」または「実施形態」は、その実施形態に関連して説明される特定の構成、構造、または特性が、本発明の少なくとも1つの実施形態に含まれることを意味する。したがって、本明細書を通して様々な場所で「一実施形態では」または「実施形態では」という表現の記載は、必ずしもすべてが同じ実施形態を指しているわけではない。さらに、特定の構成、構造、または特性は、1つまたは複数の組み合わせで任意の適切な方法で組み合わせてもよい。
【図１ａ】
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【図１ｂ】
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【国際調査報告】
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