(57)【要約】【課題】作業場の拡大に追従して自律走行するダンプトラックの動的経路を効率よく生成する。【解決手段】作業機械とダンプトラックとを其々管制サーバに無線接続する。作業機械が作業の進行に伴って移動をすると、作業機械から管制サーバに対して作業場内におけるダンプトラックの動的経路を生成するエリア（動的エリア）の更新要求を行う。管制サーバは、作業機械の過去の複数の位置を結ぶ作業機械移動線と更新要求時の作業機械の位置との距離を求める。そして、過去に作業機械がダンプトラックの呼び込み位置として指定したスポット位置と現在の動的エリアをこの距離と同じ距離で作業機械移動線側に移動させて予測スポット位置及び動的エリア候補を算出する。管制サーバは動的エリア候補を新たな動的エリアとして地図情報を更新し、更新後の地図情報を用いてダンプトラックの運行管理を行う。【選択図】図１２
2019200462.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉱山内の作業場で掘削及び積込を行う作業機械と、当該作業場に連結する搬送路を走行して積荷を搬送する少なくとも１つの自律走行ダンプトラックとの其々を、前記自律走行ダンプトラックが走行する動的経路を前記鉱山の地図情報に設定して運行管理を行う管制サーバに無線通信回線を介して通信接続して構成された車両管制システムであって、
前記作業機械は、
前記作業機械の現在位置を算出する作業機側位置算出装置と、
前記無線通信回線に接続する作業機側無線通信装置と、
前記地図情報に設定された動的エリアであって、前記動的経路の生成が許容される範囲である前記動的エリアの更新要求操作、及び前記自律走行ダンプトラックを呼び込むために指定するスポット位置の指定操作を受け付ける作業機側入力装置と、
前記作業機側位置算出装置、前記作業機側無線通信装置、及び前記作業機側入力装置の其々に接続された作業機側コントローラと、を備え、
前記管制サーバは、
前記地図情報を記憶する管制側記憶装置と、
前記無線通信回線に接続する管制側無線通信装置と、
前記管制側記憶装置及び前記管制側無線通信装置の其々に接続された管制側コントローラと、を備え、
前記作業機側コントローラは、
前記スポット位置を示すスポット位置情報を前記管制サーバに送信すると共に、前記作業機側入力装置が前記動的エリアの更新要求操作を受け付けると前記作業機械の現在位置を含む更新要求情報を前記管制サーバに送信し、
前記管制側コントローラは、
前記スポット位置を受信すると前記スポット位置に追従する前記動的経路を地図情報に設定し、
前記作業機械が過去に指定した前記スポット位置及び指定時における前記作業機械の位置を、前記作業機械から複数回分受信して蓄積しておき、
前記更新要求情報を受信すると、蓄積された少なくとも２つ以上の前記作業機械の位置を結ぶ作業機械移動線と、前記更新要求情報に含まれる前記作業機械の現在位置との距離を求め、
蓄積された少なくとも２つ以上の前記スポット位置の其々を、前記距離と同じ距離で前記作業機械移動線に向かって移動させた少なくとも２つ以上の予測スポット位置を算出し、
前記地図情報に設定されている現在の動的エリアを前記距離と同じ距離で前記作業機械移動線に向かって移動させて動的エリア候補を設定し、
前記動的エリア候補を新たな動的エリアとして前記地図情報を書き換え、書き換えられた前記地図情報を用いて前記自律走行ダンプトラックの運行管理を行う、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項２】
請求項１に記載の車両管制システムにおいて、
前記管制側コントローラは、
前記地図情報に前記動的経路の更新頻度よりも更新頻度が低い静的経路を設定し、
前記静的経路は、前記動的エリアの入口点に接続する入口側静的経路と前記動的エリアの出口点に接続する出口側静的経路とを含み、
前記管制側コントローラは、前記動的エリア候補を設定すると、前記動的エリア候補の入口点候補と前記現在の動的エリアの入口点とを結ぶ延長入口側静的経路と、前記動的エリア候補の出口点候補と前記現在の動的エリアの出口点とを結ぶ延長出口側静的経路とを生成し、前記新たな動的エリアと共に前記地図情報を書き換える、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項３】
請求項２に記載の車両管制システムにおいて、
前記管制側コントローラは、
前記入口点候補と前記予測スポット位置の其々とを結ぶ全ての入口側動的経路候補、及び前記予測スポット位置の其々と前記出口点候補とを結ぶ全ての出口側動的経路候補について、前記自律走行ダンプトラックが走行するために必要な走行所要時間を求め、前記作業機械の待ち時間を基準に定められた走行時間閾値以上の走行所要時間を要する前記入口側動的経路候補又は前記出口側動的経路候補が１つ以上ある場合、前記動的エリア候補を前記作業機械移動線の軸方向に沿って複数に分割し、分割された各分割動的エリア候補に含まれる前記予測スポット位置の其々と各分割動的エリア候補の入口点候補とを結ぶ入口側動的経路候補の其々についての走行所要時間、及び前記予測スポット位置の其々と前記分割動的エリア候補の出口点候補とを結ぶ出口側動的経路候補の其々についての走行所要時間を求め、各分割動的エリア候補について算出された全ての走行所要時間が前記走行時間閾値未満であれば、前記複数の分割動的エリア候補を新たな動的エリアとして前記地図情報を書き換える、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項４】
請求項３に記載の車両管制システムにおいて、
前記管制側コントローラは、
前記延長入口側静的経路の上に各分割動的エリアの入口点の其々に向かって走行経路が分岐する入口側分岐点候補を少なくとも１つ以上設定し、各入口側分岐点候補と各分割動的エリアの入口点とを結ぶ分岐経路の其々の走行所要時間を算出し、当該分岐経路の走行所要時間が最小となる点を入口側分岐点として選択し、
前記延長出口側静的経路の上に各分割動的エリアの出口点の其々からの走行経路が合流する出口側合流点候補を少なくとも１つ以上設定し、各出口側合流点候補と各分割動的エリアの出口点との其々を結ぶ走行経路の其々の走行所要時間を算出し、当該走行経路の走行所要時間が最小となる点を出口側合流点として選択する、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項５】
請求項１に記載の車両管制システムにおいて、
前記自律走行ダンプトラックは、
前記自律走行ダンプトラックの現在位置を検出するダンプトラック側位置算出装置と、
前記無線通信回線に接続するダンプトラック側無線通信装置と、
前記自律走行ダンプトラックの走行路面を検出する車載センサと、
前記ダンプトラック側位置算出装置、前記ダンプトラック側無線通信装置、及び前記車載センサの其々に接続されたダンプトラック側コントローラと、を備え、
前記ダンプトラック側コントローラは、
前記車載センサの出力及び前記自律走行ダンプトラックの現在位置を基に、前記自律走行ダンプトラックが実際に走行した走行路面の位置を蓄積して定義した走行可能エリアの位置を取得して前記管制サーバに送信し、
前記管制側コントローラは、
前記地図情報において前記走行可能エリア内に前記動的エリアを設定する、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項６】
請求項１に記載の車両管制システムにおいて、
前記作業機械は、
前記作業機側コントローラに接続された作業機側表示装置を更に備え、
前記管制側コントローラは、
前記動的経路が全て生成された動的エリア候補の位置を示す動的エリア候補情報を前記作業機械に送信し、
前記作業機側コントローラは、
前記動的エリア候補情報が示す動的エリア候補の位置と、当該動的エリア候補を承認する操作を受け付ける承認ボタンと、を含む画面を前記作業機側表示装置に表示し、前記承認ボタンが承認操作を受け付けると、前記動的エリア候補が承認されたことを示す承認情報を前記管制サーバに送信し、
前記管制側コントローラは、
前記承認情報を受信すると、前記地図情報の動的エリアを前記動的エリア候補に書き換える、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項７】
請求項６に記載の車両管制システムにおいて、
前記画面には、前記動的エリア候補を複数の分割動的エリア候補の分割操作を受け付ける分割切替ボタンが更に表示され、
前記作業機側コントローラは、
前記分割切替ボタンが分割操作を受け付けると、前記動的エリア候補を分割させる分割情報を前記管制サーバに送信し、
前記管制側コントローラは、
前記分割情報を受信すると、前記動的エリア候補を前記作業機械移動線の軸方向に沿って複数に分割し、分割された各分割動的エリア候補に含まれる前記予測スポット位置の其々と各分割動的エリア候補の入口点候補とを結ぶ入口側動的経路候補の其々についての走行所要時間、及び前記予測スポット位置の其々と前記分割動的エリア候補の出口点候補とを結ぶ出口側動的経路候補の其々について走行所要時間を求め、各分割動的エリア候補について算出された全ての走行所要時間が、前記作業機械の待ち時間を基準に定められた走行時間閾値未満であれば、前記複数の分割動的エリア候補を示す情報を前記作業機械に送信し、
前記作業機側コントローラは、
全ての前記分割動的エリア候補を前記画面に表示し、前記承認ボタンが承認操作を受け付けると前記管制サーバに対して分割動的エリア候補を承認する承認情報を送信し、
前記管制側コントローラは、
前記承認情報に応じて前記地図情報の動的エリアを前記分割動的エリア候補に書き換える、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項８】
請求項１に記載の車両管制システムにおいて、
前記作業機械はショベルであり、
前記スポット位置は、前記ショベルが前記自律走行ダンプトラックに対して積込作業を行うために指定する位置である、
ことを特徴とする車両管制システム。
【請求項９】
鉱山内の崖下放土場で稼働する作業機械と、当該崖下放土場に連結する搬送路を走行して積荷を放土する少なくとも１つの自律走行ダンプトラックとの其々を、前記自律走行ダンプトラックが走行する動的経路を前記鉱山の地図情報に設定して運行管理を行う管制サーバに無線通信回線を介して通信接続して構成された車両管制システムであって、
前記作業機械は、
前記作業機械の現在位置を算出する作業機側位置算出装置と、
前記無線通信回線に接続する作業機側無線通信装置と、
前記地図情報に設定された動的エリアであって、前記動的経路の生成が許容される範囲である前記動的エリアの更新要求操作、及び前記自律走行ダンプトラックを呼び込むために指定する放土位置の指定操作を受け付ける作業機側入力装置と、
前記作業機側位置算出装置、前記作業機側無線通信装置、及び前記作業機側入力装置の其々に接続された作業機側コントローラと、を備え、
前記管制サーバは、
前記地図情報を記憶する管制側記憶装置と、
前記無線通信回線に接続する管制側無線通信装置と、
前記管制側記憶装置及び前記管制側無線通信装置の其々に接続された管制側コントローラと、を備え、
前記作業機側コントローラは、
前記放土位置を示す放土位置情報を前記管制サーバに送信すると共に、前記作業機側入力装置が前記動的エリアの更新要求操作を受け付けると前記作業機械の現在位置を含む更新要求情報を前記管制サーバに送信し、
前記自律走行ダンプトラックは、
前記自律走行ダンプトラックの現在位置を検出するダンプトラック側位置算出装置と、
前記無線通信回線に接続するダンプトラック側無線通信装置と、
前記ダンプトラック側位置算出装置及び前記ダンプトラック側無線通信装置の其々に接続されたダンプトラック側コントローラと、を備え、
前記ダンプトラック側コントローラは、
前記自律走行ダンプトラックが崖下放土を行うため停車したスポット位置を前記管制サーバに送信し、
前記管制側コントローラは、
前記自律走行ダンプトラックが過去に崖下放土を行った放土位置及びその時のスポット位置の組を複数回分蓄積し、
前記作業機械から前記放土位置情報を受信すると前記放土位置に合わせて前記自律走行ダンプトラックが停車するスポット位置に追従する前記動的経路を前記地図情報に設定し、
前記作業機械から更新要求情報を受信すると、蓄積された過去の複数の組の其々について、スポット位置及びそのときの放土位置の距離を求め、これらの距離の平均値を崖下放土のエッジ推定移動距離として算出し、
過去のスポット位置を、前記エッジ推定移動距離と同じ距離で前記崖下放土場の境界線側に移動させた少なくとも２つ以上の予測スポット位置を算出し、
前記地図情報に設定されている現在の動的エリアを前記エッジ推定移動距離と同じ距離で前記崖下放土場の境界線側に移動させて動的エリア候補を設定し、
前記動的エリア候補を新たな動的エリアとして前記地図情報を書き換え、書き換えられた前記地図情報を用いて前記自律走行ダンプトラックの運行管理を行う、
ことを特徴とする車両管制システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両管制システムに係り、自律走行車両が走行する作業場における車両管制技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉱山において、積込作業や放土作業を行うために停車する位置（以下「スポット位置」という）に向かってダンプトラックを走行させるための動的経路を生成する技術として、特許文献１には「走行経路上にあって積込点の手前のスイッチバック点を、積込点の位置移動に応じて位置移動する移動地点としてその初期位置情報を指示する。指示されたスイッチバック点の初期位置情報と、積込点の位置情報とに基づいて、積込点とスイッチバック点との相対位置関係の情報を生成する。積込点の位置が移動すると、当該位置移動後の積込点の位置情報と、当該積込点における無人車両の向きの情報と、相対位置関係の情報とに基づいて、当該相対位置関係を維持できる位置に新たなスイッチバック点を設定し、新たなスイッチバック点を経て位置移動後の積込点に至る走行経路を生成する（要約抜粋）」との記載がある。
【０００３】
また、特許文献２には、「両側積込みで無人車両に走行指令を与えるに際して、走行指令が指示されたときの作業機の向き又は位置と、境界線の方向又は位置とを対比して、積込機の作業機が左積込み点側に位置されたか、あるいは右積込み点側に位置されたかを判別する。また、両側積込みで積込み点の位置を設定するに際して、積込み点の位置設定が指示されたときの作業機の向き又は位置と、境界線の方向又は位置とを対比して、積込機の作業機が左積込み点側に位置されたか、あるいは右積込み点側に位置されたかを判別する（要約抜粋）」との記載がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】米国特許第９０３７３３８号明細書
【特許文献２】米国特許第８８４３３１１号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
積込場の掘削が進行すると、切羽が積込場入口よりも奥側に移動し、積込場が拡大する。また、崖下放土を行う放土場も、放土作業が進行すると崖が放土場入口よりも奥側に移動し、放土場が拡大する。積込場や放土場（以下「作業場」という）が拡大すると、作業場の入口・出口のそれぞれからスポット位置までの動的経路が長くなる。積込・放土を行うダンプトラックを入替えるために、通常は、次に積込・放土を行うダンプトラックが、入口からスポット位置までを結ぶ動的経路の手前で待機する。従って、作業場が拡大するにつれて動的経路の距離が長くなり、待機しているダンプトラックがスポット位置に到達するまでに必要な走行時間が長くなる。その結果、搬送効率が低下し、鉱山の作業性の低下につながることが懸念される。
【０００６】
上記特許文献１、２によれば、いずれも切返し位置の設定を工夫し動的経路の探索を容易にすることが可能であるが、作業場の入口・出口位置の更新方法については言及されておらず、作業場の拡大によって発生する上記の問題には対応できない。
【０００７】
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、鉱山内の作業場の拡大に追従してダンプトラックの動的経路を効率よく生成する車両管制システ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】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明は鉱山内の作業場で掘削及び積込を行う作業機械と、当該作業場に連結する搬送路を走行して積荷を搬送する少なくとも１つの自律走行ダンプトラックとの其々を、前記自律走行ダンプトラックが走行する動的経路を前記鉱山の地図情報に設定して運行管理を行う管制サーバに無線通信回線を介して通信接続して構成された車両管制システムであって、前記作業機械は、前記作業機械の現在位置を算出する作業機側位置算出装置と、前記無線通信回線に接続する作業機側無線通信装置と、前記地図情報に設定された動的エリアであって、前記動的経路の生成が許容される範囲である前記動的エリアの更新要求操作、及び前記自律走行ダンプトラックを呼び込むために指定するスポット位置の指定操作を受け付ける作業機側入力装置と、前記作業機側位置算出装置、前記作業機側無線通信装置、及び前記作業機側入力装置の其々に接続された作業機側コントローラと、を備え、前記管制サーバは、前記地図情報を記憶する管制側記憶装置と、前記無線通信回線に接続する管制側無線通信装置と、前記管制側記憶装置及び前記管制側無線通信装置の其々に接続された管制側コントローラと、を備え、前記作業機側コントローラは、前記スポット位置を示すスポット位置情報を前記管制サーバに送信すると共に、前記作業機側入力装置が前記動的エリアの更新要求操作を受け付けると前記作業機械の現在位置を含む更新要求情報を前記管制サーバに送信し、前記管制側コントローラは、前記スポット位置を受信すると前記スポット位置に追従する前記動的経路を地図情報に設定し、前記作業機械が過去に指定した前記スポット位置及び指定時における前記作業機械の位置を、前記作業機械から複数回分受信して蓄積しておき、前記更新要求情報を受信すると、蓄積された少なくとも２つ以上の前記作業機械の位置を結ぶ作業機械移動線と、前記更新要求情報に含まれる前記作業機械の現在位置との距離を求め、蓄積された少なくとも２つ以上の前記スポット位置の其々を、前記距離と同じ距離で前記作業機械移動線に向かって移動させた少なくとも２つ以上の予測スポット位置を算出し、前記地図情報に設定されている現在の動的エリアを前記距離と同じ距離で前記作業機械移動線に向かって移動させて動的エリア候補を設定し、前記動的エリア候補を新たな動的エリアとして前記地図情報を書き換え、書き換えられた前記地図情報を用いて前記自律走行ダンプトラックの運行管理を行う、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
上記発明によれば、鉱山における掘削・放土作業の進行に伴う作業場の拡大に追従してダンプトラックの動的経路を効率よく生成する車両管制システムを提供することができる。なお、上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】車両管制システムの概略構成図
【図２】ダンプトラックの外観図
【図３】第１実施形態における車両管制システムのハードウェア構成図
【図４】車両管制システムの機能ブロック図
【図５】動的経路生成の一例を示す説明図
【図６】入口側動的経路を生成処理の流れを示すフローチャート
【図７】出口側動的経路を生成処理の流れを示すフローチャート
【図８】管制サーバが積込場における動的経路の生成及び削除を管理する処理の流れを示すフローチャート
【図９Ａ】ダンプトラックが走行可能エリアを取得しながら走行する様子を示す図
【図９Ｂ】取得された走行可能エリアを示す図
【図１０】走行可能エリア取得の処理の流れを示すフローチャート
【図１１Ａ】ベンチ推定移動距離を取得する様子を示す図
【図１１Ｂ】ベンチ推定移動距離に基づいて動的エリア及び静的経路を更新する様子を示す図
【図１２】積込場における動的エリア及び静的経路の更新処理の流れを示すフローチャート
【図１３】動的エリアを分割して更新する様子を示す説明図
【図１４】動的エリアの分割処理の流れを示すフローチャート
【図１５Ａ】動的エリアの分割を実行しない場合のプレビュー画面を示す図
【図１５Ｂ】動的エリアの分割を実行する場合のプレビュー画面を示す図
【図１６】第２実施形態に係る車両管制システムのハードウェア構成図
【図１７Ａ】放土位置が移動した距離を取得する様子を示す図
【図１７Ｂ】取得した距離に基づいて動的エリア及び静的経路を更新する様子を示す図
【図１８】放土場における動的エリア及び静的経路の更新処理の流れを示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態を図面にいて詳細に説明する。なお、実施形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一又は関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、以下の実施形態では、特に必要なとき以外は同一又は同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１２】
＜第１実施形態＞
図１は、車両管制システム１の概略構成図である。図１に示す車両管制システム１は、鉱山で掘削及び積込作業を行うショベル１０と、積荷を搬送する少なくとも１台以上の鉱山用の自律走行ダンプトラック（以下「ダンプトラック」と略記する）２０と、ダンプトラック２０の運行管理を行う管制センタ３０に設置された管制サーバ３１とを、無線通信回線４０を介して互いに通信接続して構成される。
【００１３】
鉱山には、ショベル１０が掘削及び積込作業を行う積込場６１と、崖下放土場６２と、積込場及び崖下放土場６２を連結する搬送路６０とが設置されている。搬送路６０は、ダンプトラック２０が同じ走行経路を繰り返し走行するため、予め高速で走行の容易な経路を設定するのが良い。一方で、積込場６１や崖下放土場６２では、スポット位置１４０２（図１１Ａ参照；積込、放土時の停車位置）が高頻度に変化するので、スポット位置１４０２の変化に追従して積込場６１や崖下放土場６２の入口からスポット位置１４０２への経路、またスポット位置１４０２から出口への経路を必要時にその都度生成するのが良い。本明細書では、更新頻度の違いから、搬送路６０の経路は静的経路、積込場６１や崖下放土場６２の経路は動的経路と呼ぶ。崖下放土場６２ではドーザ９０が稼働しており、ドーザ９０も管制サーバ３１に接続される。ショベル１０は掘削及び積込を行う作業機械に相当する。
【００１４】
ショベル１０及びダンプトラック２０の其々は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ  Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ  Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ  Ｓｙｓｔｅｍ）の測位電波を受信して自車両の位置を取得するＧＮＳＳセンサからなる第１位置算出装置１２０、及び第３位置算出装置２２０（図３参照）を備える。各位置算出装置は、ＧＮＳＳセンサに慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ  Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ  Ｕｎｉｔ）を組み合わせてもよい。またＧＮＳＳセンサに代えて地上に設置された基地局からの電波を用いて、ショベル１０とダンプトラック２０とに共通する座標系で各位置を特定できるシステムを用いてもよい。
【００１５】
ショベル１０は、左右のクローラからなる下部走行体１１と、その上に旋回自在に搭載された上部旋回体１２と、上部旋回体１２に搭載された運転室１３と、俯仰可能に取り付けられた多関節のフロント作業機械１７とを備える。フロント作業機械１７は、上部旋回体１２に一端が取り付けられたブーム１４と、ブーム１４の先端に回動可能に取り付けられたアーム１５と、アーム１５の先端に回動可能に取り付けられたアタッチメント（本実施形態ではバケット１６を用いる）とを備える。
【００１６】
更にショベル１０は、ダンプトラック２０が停止するスポット位置１４０２、及び積込時のショベル１０の位置を示す積込位置１４０１（図１１Ａ参照）を管制サーバ３１に送信する第１コントローラ１００を搭載する。
【００１７】
上記積込位置１４０１は、ショベル１０に搭載された第１位置算出装置１２０が算出したショベル１０の基準部位の位置であり、例えば上部旋回体１２の代表点（回転中心点）である。これに対し、上記スポット位置１４０２とは、ショベル１０がダンプトラック２０を呼び込むために指定した位置であり、本実施形態では積込点にバケット１６を移動して指定した位置を、スポット位置１４０２（図１１Ａ参照）として用いる。バケット１６の上部旋回体１２に対する位置は、フロント作業機械１７の姿勢、即ちブーム角、アーム角、バケット角によって変わる。よって、ショベル１０の積込位置が不変であっても、スポット位置１４０２は変わることがある。
【００１８】
積込位置１４０１（図１１Ａ参照）は第１位置算出装置１２０が算出したＧＮＳＳ座標系で表される。スポット位置１４０２は、フロント作業機械１７の姿勢を基に上部旋回体１２に対するバケット１６の相対位置に、ブーム１４の基端（上部旋回体１２との連結点）から基準部位までの位置と積込位置１４０１とを加算することにより、ＧＮＳＳ座標系で表された位置情報として定義される。
【００１９】
管制サーバ３１は、無線通信回線４０に接続するためのアンテナ３２に接続され、ショベル１０及びダンプトラック２０の其々と通信する。
【００２０】
図２は、ダンプトラック２０の外観図である。図２に示すように、ダンプトラック２０は、本体を形成する車体フレーム（ｖｅｈｉｃｌｅ  ｆｒａｍｅ）２１と、左前輪２２Ｌ、右前輪２２Ｒ、左後輪２３Ｌ及び右後輪と、車体フレーム２１の後方部分に設けられたヒンジピンを回動中心として上下方向に回動可能な荷台（ｖｅｓｓｅｌ）２４と、車体フレーム２１の前部に搭載されたキャブ２５と、無線通信回線４０に接続するためのアンテナ２６と、ＧＮＳＳアンテナ２７と、路肩や路面を検出する左ライダー２８Ｌ，右ライダー２８Ｒと、管制サーバ３１からの指示に従ってダンプトラック２０を自律走行させる第３コントローラ２００とを備える。図２において、左ライダー２８Ｌ，右ライダー２８Ｒの各スキャン範囲は左スキャン面２８１Ｌ及び右スキャン面２８１Ｒで示す。
【００２１】
図３は第１実施形態における車両管制システム１のハードウェア構成図である。ショベル１０は、第１コントローラ１００と、第１コントローラ１００に其々接続された第１車体駆動装置１１０、第１位置算出装置１２０、第１姿勢センサ１３０、第１無線通信装置１４０、第１表示装置１６０、及び第１入力装置１７０を備える。第１コントローラ１００、第１位置算出装置１２０、第１無線通信装置１４０、第１表示装置１６０及び第１入力装置１７０の其々は、鉱山内の作業場で掘削及び積込を行う作業機械に搭載される作業機側コントローラ、作業機側位置算出装置、作業機側無線通信装置、作業機側表示装置、及び作業機側入力装置の其々に相当する。
【００２２】
第１車体駆動装置１１０は、下部走行体１１を構成するクローラや、ブーム１４、アーム１５、バケット１６を俯仰、回転駆動させる油圧駆動装置（油圧シリンダや油圧ポンプ）を含む。
【００２３】
第１姿勢センサ１３０は、ブーム１４、アーム１５及びバケット１６の各角度を検出する角度センサである。なお、第１姿勢センサ１３０は、これらに代えて、バケット１６のＧＮＳＳ位置を直接的に取得するバケットＧＮＳＳ位置センサでもよいし、地面に固定設置されて光や超音波を用いてバケット１６の地表高さ位置や上部旋回体１２に対する相対位置を検出するものでもよい。
【００２４】
管制サーバ３１は、第２コントローラ３１０と、第２コントローラ３１０に其々接続された第２無線通信装置３４０、第２記憶装置３５０、第２表示装置３６０、及び第２入力装置３７０を含んで構成される。第２コントローラ３１０、第２無線通信装置３４０、第２記憶装置３５０、第２表示装置３６０、及び第２入力装置３７０の其々は、管制側コントローラ、管制側無線通信装置、管制側記憶装置の其々に相当する。
【００２５】
ダンプトラック２０は、第３コントローラ２００と、第３コントローラ２００に其々接続された走行駆動装置２１０、第３位置算出装置２２０、車載センサ２３０、第３無線通信装置２４０、及び第３記憶装置２５０を含んで構成される。第３コントローラ２００、第３位置算出装置２２０、第３無線通信装置２４０、及び第３記憶装置２５０の其々は、ダンプトラック側コントローラ、ダンプトラック側位置算出装置、ダンプトラック側無線通信装置の其々に相当する。
【００２６】
走行駆動装置２１０は、制動装置、操舵モータ、及び走行モータを含む。
【００２７】
車載センサ２３０は、ダンプトラック２０の走行路面を検出するセンサである。本実施形態では左ライダー２８Ｌ及び右ライダー２８Ｒを用いるが、これらに代えてカメラやミリ波レーダセンサを用いてもよい。
【００２８】
第１コントローラ１００、第２コントローラ３１０及び第３コントローラ２００の其々は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ  Ｄｉｓｋ  Ｄｒｉｖｅ）を含み、これらがバスを介して接続されたコンピュータにより構成される。
【００２９】
第１無線通信装置１４０、第２無線通信装置３４０、及び第３無線通信装置２４０の其々は、無線通信回線４０に接続されるＷｉ−Ｆｉ機器等により構成される。
【００３０】
第３記憶装置２５０、及び第２記憶装置３５０の其々は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体、例えばＨＤＤにより構成され、搬送路６０、積込場６１、崖下放土場６２の地図情報（境界情報を含む）が記憶される。
【００３１】
第１表示装置１６０、及び第２表示装置３６０の其々は、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ  Ｃｒｙｓｔａｌ  Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成される。
【００３２】
第１入力装置１７０、及び第２入力装置３７０の其々は、例えばマウス、キーボードやＬＣＤに積層されたタッチパネルや、ハードボタン（例えばショベル１０の操作レバーに備えられ、スポット位置１４０２（図１１Ａ参照）を指定するボタン）を用いて構成される。
【００３３】
図４は、車両管制システム１の機能ブロック図である。
【００３４】
第１コントローラ１００は、第１走行指令部１０１、第１姿勢指令部１０２、第１地図情報管理部１０３、及び積込位置取得部１０４を含む。
【００３５】
ショベル１０のオペレータが左右の操作レバー等からなる第１入力装置１７０を操作すると、その操作量に従って第１走行指令部１０１や第１姿勢指令部１０２が第１車体駆動装置１１０に対して走行、旋回等の制御信号を出力する。
【００３６】
第３コントローラ２００は、自律走行制御部２０１及び走行可能エリア取得部２０２を含む。自律走行制御部２０１は、管制サーバ３１から第３無線通信装置２４０を介して走行経路やスポット位置１４０２を含む管制指令を受信すると、第３地図情報記憶部２５１に記憶された地図情報と第３位置算出装置２２０が算出した現在位置を基に、管制指令に従ってダンプトラック２０を走行させるための制御信号を走行駆動装置２１０に対して出力する。
【００３７】
第３記憶装置２５０は搬送路６０、積込場６１、及び崖下放土場６２の地図情報を格納した第３地図情報記憶部２５１を含む。
【００３８】
第２コントローラ３１０は、管制制御部３１１、第２地図情報管理部３１２、動的経路生成部３１３、スポット範囲設定部３１４、及び走行可能エリア設定部３１５を含む。
【００３９】
第２記憶装置３５０は、第２地図情報記憶部３５１、走行可能エリア記憶部３５２、及び管制制御情報記憶部３５３を含む。第２地図情報記憶部３５１に記憶される地図情報は第３地図情報記憶部２５１に格納されるものと同じである。
【００４０】
これら各機能構成部は、各コントローラを構成するコンピュータがソフトウェアを実行することにより協働して構成される。また、各機能構成部を実現する回路により構成されてもよい。各機能構成部の詳細説明は、動作フローに沿って後述する。
【００４１】
次に、図５から図７を参照して、動的経路生成部３１３が、スポット位置情報と動的エリア情報（動的エリアの入口点及び出口点を含む）とに基づき、動的経路を生成する処理の動作手順を説明する。ここでいう「動的エリア」とは、作業場内の内、動的経路の生成が許容されたエリアである。
【００４２】
図５は、動的経路生成の一例を示す説明図である。
【００４３】
ケース１は、スポット位置８０４が入口点８０２から見て左側にあり、左側に切返し点８０６を設定できる場合の入口側経路を示す。
【００４４】
ケース２は、スポット位置８０４が入口点８０２から見て右側にあり、右側に切返し点８０６を設定できる場合の入口側経路を示す。
【００４５】
ケース３は、スポット位置８０４が入口点８０２から見て左側にあり、左側に切返し点８０６を設定できず、右側に設定した場合の入口側経路を示す。
【００４６】
ケース４は、出口点８０８とスポット位置８０４とを結ぶ出口側動的経路を表す図である。
【００４７】
図６は入口側動的経路を生成処理の流れを示すフローチャートである。図７は出口側の動的経路を生成する処理の流れである。本実施形態においては以下に説明する流れで動的経路を生成する処理としたが、これに限らず、例えば動的エリア内に仮定したポテンシャル場に基づいて動的経路を生成する方法や、評価関数に基づいた解析的な最適化により各部分のパラメータを決定して動的経路を生成する方法などを用いても良い。
【００４８】
まず、入口側動的経路を生成する処理の流れを、図５及び図６を用いて説明する。
【００４９】
入口側動的経路の生成においては、まず入口側静的経路８０１、入口点８０２、スポット位置８０４、スポット位置角度が与えられている前提で、スポット位置８０４を通る直線（スポット直線とする）８０５が与えられているものとする。その上で、動的経路生成部３１３は、生成される動的経路の一部となる円弧１、円弧２、接線１を仮定し、円弧１の半径と円弧２の半径、及び接線１の傾きをパラメータとして変化させて順次入口側動的経路候補を探索・保存し、最終的に走行所要時間の最も短いものを入口側経路として採用する。以下、図６の各ステップ順に沿って説明する。
【００５０】
まず、動的経路生成部３１３は、パラメータとして円弧１の半径、円弧２の半径、接線の傾きを決定する（Ｓ９０１）。これは予め設定した探索範囲の中で、初めに探索するものとして決定されていたものを取得する。
【００５１】
次に、動的経路生成部３１３は、円弧１をスポット位置８０４に対して左右どちら側に設定するかを決定する（Ｓ９０２）。
【００５２】
次に、動的経路生成部３１３は、スポット直線８０５に接し、スポット位置８０４を通るように、円弧１の中心位置を決定し（Ｓ９０３）、スポット位置８０４と入口点８０２の間を通り円弧１に接するように接線１の位置を決定し（Ｓ９０４）、接線１と入口側静的経路延長線８０３の両方に接するように円弧２の中心位置を決定する（Ｓ９０５）。この時点における接線１の円弧１、円弧２に対する位置関係に基づいて、接線１上で切返し点８０６を決定する（Ｓ９０６）。例えば、スポット位置８０４から円弧１と接線１の接点へ向かうベクトルと、円弧１と接線１の接点から接線１と円弧２の接点に向かうベクトルを算出し、両ベクトルの内積が負であれば、円弧１と接線１の接点に切返し点８０６を設定し、内積が正であれば、接線１と円弧２の接点に切返し点８０６を設定する。そして、動的経路生成部３１３は、切返し点８０６の位置と、入口側静的経路延長線８０３、円弧２、接線１、円弧１の各部分とを用いて、入口点８０２からスポット位置８０４までの連続で最短の経路を、座標点列として生成する（Ｓ９０７）。
【００５３】
次に、動的経路生成部３１３は、座標点列の各点について、前後の点との位置関係から、ダンプトラック２０が走行した場合の各点における姿勢を推定し、その時の車両位置範囲を計算する（Ｓ９０８）。つまり、車両位置の代表点である後輪車軸中心点を対象点上の位置とし、前後の点を含めた３点に外接する円の接線の方向を姿勢角と仮定して、ダンプトラック２０の長さと幅を用いて、車両位置範囲を計算する。
【００５４】
動的経路生成部３１３は、計算した全ての点における車両位置範囲が動的エリア内であると判定すると（Ｓ９０９／Ｙｅｓ）、座標点列を構成する各点の曲率から速度を算出し、走行所要時間を計算した上で、入口側動的経路候補として一時保存する（Ｓ９１０）。
【００５５】
各点の速度は曲率に応じて、走行時の遠心力による横加速度によってダンプトラック２０が横転しない速度を、理論計算式によって求める。そして、各点において次の点までの距離と速度に基づき走行所要時間を求めることが可能なため、これを積算することで、生成した入口側動的経路候補全体の走行所要時間を算出することができる。
【００５６】
動的経路生成部３１３は、いずれかの車両位置範囲が動的エリア外であると判定すると（Ｓ９０９／Ｎｏ）、生成した座標点列は入口側動的経路候補として保存せず、次のステップに進む。
【００５７】
動的経路生成部３１３は、探索において変更可能なパラメータが残っていると判定すると（Ｓ９１１／Ｙｅｓ）、円弧１の半径、円弧２の半径、接線１の傾き、円弧１のスポット位置１４０２に対する位置関係等を変更し（Ｓ９１２）、ステップＳ９０３に戻る。一方、動的経路生成部３１３は変更可能なパラメータが残っていないと判定すると（Ｓ９１１／Ｎｏ）、次のステップに進む。
【００５８】
動的経路生成部３１３が探索した結果、入口側動的経路候補がある場合（Ｓ９１３／Ｙｅｓ）、動的経路生成部３１３は入口側動的経路候補の中から走行所要時間が最短のものを選択し、入口側動的経路として確定し（Ｓ９１４）、出口側動的経路の生成処理に進む（Ｓ９１６）。
【００５９】
動的経路生成部３１３が探索した結果、入口側動的経路候補がひとつも無い場合（Ｓ９１３／Ｎｏ）、動的経路生成部３１３は入口側動的経路生成不可と判定する。
【００６０】
図５において、ケース３はケース１よりも入口点８０２から見て左側の動的エリア形状が狭いため、切返し点８０６を向かって右側に生成したケースである。各パラメータを変更して探索を行い、走行所要時間が最短となる入口側動的経路を選択するため、動的エリアの範囲内で生成可能な、最適な入口側動的経路を生成することができる。
【００６１】
次に、出口側動的経路を生成する処理の流れを、図５のケース４と図７を用いて説明する。図７は、出口側動的経路を生成処理の流れを示すフローチャートである。出口側動的経路の生成も、入口側動的経路の生成手順と大部分が同様であり、同様の部分については説明を省略する。概要としては、まずスポット位置８０４、スポット直線８０５、出口点８０８、出口側静的経路８０９が与えられているものとする。その上で、動的経路生成部３１３は、生成される出口側動的経路の一部となる円弧３、円弧４、接線２を仮定し、円弧３の半径と円弧４の半径、及び接線２の傾きをパラメータとして変化させて順次出口側動的経路候補を探索、車両位置範囲が動的エリア内のものを候補として保存し、最終的に走行所要時間の最も短いものを出口側動的経路として採用する。以下、図７の各ステップ順に沿って説明する。
【００６２】
まずステップＳ１００１からＳ１００５までは、入口側動的経路生成におけるステップＳ９０１からＳ９０５において、円弧１、円弧２、接線１をそれぞれ円弧３、円弧４、接線２としたものと同様である。出口側動的経路では切返し点は不要であるため、入口側動的経路生成におけるステップＳ９０６に対応するステップは存在しない。次に、動的経路生成部３１３は、円弧３、接線２、円弧４、出口側静的経路延長線８１０の各部分を用いて、スポット位置８０４から出口点８０８までの連続で最短の経路を、座標点列として生成する（Ｓ１００７）。
【００６３】
そして動的経路生成部３１３は、座標点列内の全ての点における車両位置範囲が動的エリア内であると判定すると（Ｓ１００９／Ｙｅｓ）、走行所要時間を計算して出口側動的経路候補として一時保存する（Ｓ１０１０）。
【００６４】
そして、ステップＳ１０１１からＳ１０１５までも、入口側動的経路生成におけるステップＳ９１１からＳ９１５までの処理と同様であり、動的経路生成部３１３は、円弧３の半径、円弧４の半径、接線２の傾きなどをパラメータ変更して出口側動的経路を探索し、候補として保存された座標点列の中で、走行所要時間が最短のものを出口側動的経路として確定する。
【００６５】
以上が、入口側と出口側のそれぞれにおける動的経路生成の処理の流れである。このような処理を行うことで、動的経路上の各点においてダンプトラック２０が動的エリア外にはみ出ることのないように安全を確保しつつ、動的経路の走行所要時間を最短とするように動的経路を探索することができる。なお、本実施形態においては動的経路を構成する部分として円弧と直線のみを用いたが、操舵緩和曲線として、曲率の変化率が連続となるクロソイド曲線を直線と円弧の間に挟むように動的経路を構成しても良い。そのようにすれば、ダンプトラック２０の経路追従性を向上させることができる。
【００６６】
図８は、管制サーバ３１が積込場６１における動的経路の生成及び削除を管理する処理の流れを示すフローチャートである。
【００６７】
まず、ショベル１０のオペレータが、ショベル１０のバケット１６をスポット位置１４０２に移動させ、第１入力装置１７０を用いてスポット位置８０４の設定操作を行う。積込位置取得部１０４は、設定操作が行われた時のバケット１６のＧＮＳＳ位置を、第１姿勢センサ１３０からの出力と第１位置算出装置１２０からのショベル１０のＧＮＳＳ位置を基に算出する。このバケット１６のＧＮＳＳ位置が、スポット位置８０４に相当する。積込位置取得部１０４は、第１無線通信装置１４０を介してスポット位置８０４と、ショベル１０のＧＮＳＳ位置（積込位置に相当する）とを管制サーバ３１に送信する。この送信処理は、管制サーバ３１に対する動的経路の生成要求処理に相当する（Ｓ１１０１）。
【００６８】
第２地図情報管理部３１２が、既存の動的経路が存在しないと判定すると（Ｓ１１０２／Ｎｏ）、ステップＳ１１０６に進む。
【００６９】
第２地図情報管理部３１２が、既存の動的経路は存在すると判定すると（Ｓ１１０２／Ｙｅｓ）、管制制御部３１１は、当該動的経路を走行中のダンプトラック２０が存在するかを判定する（Ｓ１１０３）。管制制御部３１１は動的経路上にダンプトラック２０が存在すると判定すると（Ｓ１１０３／Ｙｅｓ）、次のダンプトラック２０のスポット位置８０４への呼び込みを中止し、動的経路上にダンプトラック２０がいなくなるまで後行のダンプトラック２０を待機させる（Ｓ１１０４）。
【００７０】
管制制御部３１１は既存の動的経路上にダンプトラック２０が存在しないと判定すると（Ｓ１１０３／Ｎｏ）、ステップＳ１１０５に進む。
【００７１】
管制制御部３１１は先行ダンプトラックから現在位置情報を取得する。そして管制制御部３１１は、該現在位置情報を基に先行ダンプトラックが既存の動的経路から離脱したと判定すると、第２地図情報管理部３１２は、既存のスポット位置８０４と動的経路とを第２地図情報記憶部３５１から削除する（Ｓ１１０５）。
【００７２】
そして、管制サーバ３１はショベルオペレータが動的経路生成を要求した時点で積込位置取得部１０４から送信されたスポット位置８０４を用いて、動的経路生成部３１３が前述した処理の流れで動的経路を生成する（Ｓ１１０６）。動的経路生成が成功したら、第２地図情報管理部３１２は、第２地図情報記憶部３５１に当該動的経路の情報を書き込むと共に、各ダンプトラック２０に対して当該動的経路の情報を送信する（Ｓ１１０７）。
【００７３】
各ダンプトラック２０では動的経路の情報を受信すると、第３記憶装置２５０の第３地図情報記憶部２５１において、既存の動的経路情報を削除し、受信した動的経路情報を書き込む。
【００７４】
このような処理を実行することで、ショベルオペレータが新しい積込位置においてスポット位置１４０２を設定した際に、以前のスポット位置１４０２と動的経路を即座に削除するため、第２記憶装置３５０及び第３記憶装置２５０の使用領域を低減することができる。
【００７５】
次に、図９Ａ、図９Ｂ、及び図１０を参照して、走行可能エリア１２０４を取得する処理の流れを説明する。図９Ａはダンプトラック２０が走行可能エリア１２０４を取得しながら走行する様子を示す図、図９Ｂは取得された走行可能エリア１２０４を示す図である。図１０は、走行可能エリア取得の処理の流れを示すフローチャートである。
【００７６】
まず、図９Ａに示すように、ダンプトラック２０は走行中に、左ライダー２８Ｌ，右ライダー２８Ｒによって、車体の左右斜め下方向で前後に広がる左スキャン面２８１Ｌ及び右スキャン面２８１Ｒに交差する物体までの距離を検出し、これを基に障害物や路面の凹凸を常に検出している。ダンプトラック２０が動的経路に沿って動的エリア８０７の入口点８０２からスポット位置８０４まで切返し点８０６を経由して走行し、またスポット位置８０４から出口点８０８まで走行するまでの間に、入口点８０２と出口点８０８が互いに逆向きに平行になっているならば、路面に投影した左スキャン面２８１Ｌ及び右スキャン面２８１Ｒは動的経路を走行する間にほぼ１８０度回転することになる。
【００７７】
この過程で蓄積した３次元の地形座標情報を用いて、図９Ｂに示すように、ダンプトラック２０が実際に走行して検出した点群１２０３とその境界を示すポリゴンデータを生成し、このポリゴンデータからなる走行可能エリア１２０４を推定することができる。この処理は、例えばポイントクラウドデータのクラスタリング手法などを用いて、ほぼ同一面上に存在するデータを分類し、その境界をポリゴンデータとして抽出すればよい。
【００７８】
走行可能エリア１２０４の取得の処理の流れを、図１０のステップに沿って説明する。まず、左ライダー２８Ｌ、及び右ライダー２８Ｒと第３位置算出装置２２０の情報により、走行可能エリア取得部２０２は、周囲の地形の各点の３次元データを蓄積する（Ｓ１３０１）。
【００７９】
次に、走行可能エリア取得部２０２は、当該蓄積データから、ダンプトラック２０のタイヤ接地高さの路面を推定する（Ｓ１３０２）。より具体的には走行可能エリア取得部２０２は、左ライダー２８Ｌからのデータを基に左前輪２２Ｌの接地高さ、右ライダー２８Ｒからのデータを基に右前輪２２Ｒの接地高さの路面（推定面）を推定する。そして、走行可能エリア取得部２０２は、推定面からの距離が小さい位置にあるデータの境界位置をポリゴンデータとして抽出し走行可能エリア情報として管制サーバ３１に送信する（Ｓ１３０３）。走行可能エリア取得部２０２は、左ライダー２８Ｌ及び右ライダー２８Ｒからの出力を、第３位置算出装置２２０から得たダンプトラック２０の現在位置を基にライダー座標系からＧＮＳＳ座標系に変換した後、管制サーバ３１に送信する。
【００８０】
最後に、第２地図情報管理部３１２は、走行可能エリア記憶部３５２の情報とダンプトラック２０から受信した走行可能エリア情報を照らし合わせ、差分があれば走行可能エリア記憶部３５２に記憶されている走行可能エリア情報を更新する（Ｓ１３０４）。
【００８１】
このような走行可能エリア１２０４の取得の流れを実行することで、搬送路６０や積込場６１、崖下放土場６２をダンプトラック２０が次々と走行する中で、走行可能エリア情報を常に最新の情報に保つことができる。また、走行可能エリア情報は後述の動的エリア更新に使用され、走行可能エリア１２０４内に動的エリア８０７を設定し、更にその動的エリア内に車両位置範囲を考慮してダンプトラック２０がはみ出ないように動的経路を生成するため、結果としてダンプトラック２０が走行可能エリア１２０４からはみ出ることなく、安全な動的経路を用いて走行することが可能となる。
【００８２】
以下では、図１１Ａから図１５を参照して、積込場６１の掘削が進行した場合に動的エリア８０７及び静的経路を更新する手順を説明する。
【００８３】
まず、図１１Ａ、図１１Ｂ、図１２を参照して手順を説明する。図１１Ａは、ベンチ推定移動距離１４０５を取得する様子、図１１Ｂは、ベンチ推定移動距離１４０５に基づいて動的エリア８０７及び静的経路を更新する様子、をそれぞれ説明する図である。図１２は、積込場における動的エリア８０７及び静的経路の更新処理の流れを示すフローチャートである。
【００８４】
図１１Ａにおいて、初期設定では入口点８０２、出口点８０８とする動的エリア８０７が設定されている。また現在の動的エリア８０７に対してショベル１０が指定したスポット位置１４０２、及び各スポット位置指定時のショベル１０の位置である積込位置１４０１が図示されており、これらの情報はショベル１０の積込位置取得部１０４によって取得されて管制サーバ３１に送信され、第２地図情報記憶部３５１に蓄積される。第２地図情報記憶部３５１には、ショベル１０が過去に指定したスポット位置及びその時の積込位置を複数回分受信して得られた過去データが蓄積される。ベンチの掘削が進行し、動的エリア８０７を設定した時点を基準として走行可能エリア１２０４がベンチ推定移動距離１４０５だけ奥側に長くなっているとする。
【００８５】
上記の状態を前提とし、図１２のステップに沿って、第２地図情報管理部３１２において、動的エリア８０７及び静的経路を更新する処理の流れを説明する。
【００８６】
まず、ショベル１０が次のベンチでの積込位置に移動した後、ショベルオペレータが動的エリア８０７と静的経路の更新を管制サーバ３１に対して要求するためボタン（第１入力装置１７０）を操作する。この操作が更新要求操作に相当する。第１入力装置１７０は、要求操作を受け付けると、管制サーバ３１に対して更新要求情報を送信する（Ｓ１５０１）。
【００８７】
管制サーバ３１は、更新要求情報を受信すると、スポット範囲設定部３１４は蓄積されたショベル積込位置情報を線形近似し、ショベル移動直線１４０３（図１１Ａ参照）を算出する（Ｓ１５０２）。この時、ショベル移動直線１４０３の傾きを他のセンサ情報を使用して補正してもよい。例えば、走行可能エリア１２０４を用いて実際のベンチ形状に平行となるように補正してもよい。ショベル移動直線１４０３は作業機械移動線に相当する。この形状は直線としたが曲線でもよい。
【００８８】
次に、スポット範囲設定部３１４は更新要求時のショベル位置１４０４をショベル１０の第１位置算出装置１２０から取得し、ショベル移動直線１４０３からの距離を、ベンチ推定移動距離１４０５として算出する（Ｓ１５０３）。
【００８９】
次に、図１１Ｂに示すように、スポット範囲設定部３１４は蓄積した各スポット位置１４０２を、ベンチ推定移動距離１４０５と同じ距離だけ、ショベル移動直線１４０３に垂直な方向に平行移動し、動的エリア更新後の予測スポット位置１４１０として算出する（Ｓ１５０４）。予測スポット位置１４１０は、蓄積されたスポット位置１４０２を全て使用しなくてもよい。例えばスポット位置の近似直線上に代表点を数点抽出するようにして算出してもよく、あるいは平行移動したスポット位置を間引いて予測スポット位置１４１０としてもよい。
【００９０】
次に、動的経路生成部３１３はベンチ推定移動距離１４０５と走行可能エリア１２０４に基づき、更新後の動的エリア候補１４１１を算出する（Ｓ１５０５）。具体的な処理の例としては、動的エリア８０７の入口点８０２と出口点８０８が存在する側の直線（動的エリア入口側直線）１４１２を、ショベル移動直線１４０３と垂直な向きにベンチ推定移動距離１４０５だけ平行移動し、当該直線と走行可能エリア１２０４によって囲まれる領域を動的エリア候補１４１１として算出する。
【００９１】
次に、動的経路生成部３１３は算出した動的エリア候補１４１１における動的エリア入口側直線１４１２’において、入口点候補１４０６及び出口点候補１４０７を決定し、既存の入口点８０２及び出口点８０８の其々からの延長入口側静的経路候補１４０８、延長出口側静的経路候補１４０９を生成する（Ｓ１５０６）。動的経路生成部３１３は、入口点候補１４０６及び出口点候補１４０７の位置を、予測スポット位置１４１０の中央の点を基準に、ダンプトラック２０の車幅を考慮した対向車線間隔を踏まえて左右に設置し、既存の入口側静的経路８０１と出口側静的経路８０９から曲率が連続となるように延長入口側静的経路候補１４０８、延長出口側静的経路候補１４０９を生成する。入口点候補１４０６及び出口点候補１４０７における経路角度は動的エリア入口側直線１４１２’と垂直になるように設定してもよい。
【００９２】
動的経路生成部３１３は、全ての予測スポット位置１４１０に対して入口側動的経路及び出口側動的経路が動的エリア候補１４１１内に生成可能であるかを仮に確認し、同時に各入口側動的経路及び出口側動的経路の走行所要時間を算出する（Ｓ１５０７）。
【００９３】
動的経路生成部３１３は予測スポット位置１４１０の其々について入口側動的経路及び出口側動的経路が生成できないと判定すると（Ｓ１５０８／Ｎｏ）、動的エリア候補１４１１を入口側に拡大し（Ｓ１５０９）、ステップＳ１５０６に戻る。動的経路生成部３１３は、例えばベンチ推定移動距離１４０５の所定割合だけ、ステップＳ１５０５で移動した方向と反対方向に動的エリア候補１４１１を拡大する。
【００９４】
動的経路生成部３１３は全ての予測スポット位置１４１０の其々について入口側動的経路及び出口側動的経路が生成可能であると判定すると（Ｓ１５０８／Ｙｅｓ）、全ての入口側動的経路及び出口側動的経路の走行所要時間を所定の走行時間閾値と比較する。走行時間閾値は、ショベル１０が積込みをせずにダンプトラック２０の入替えを待つのに許容できる時間を基準に予め決定する。
【００９５】
動的経路生成部３１３は一つ以上の入口側動的経路及び出口側動的経路の走行所要時間が走行時間閾値以上であると判定すると（Ｓ１５１０／Ｙｅｓ）、後述する動的エリアの分割処理を実行する（Ｓ１５１１）。
【００９６】
動的経路生成部３１３は全ての入口側動的経路及び出口側動的経路の走行所要時間が走行時間閾値よりも小さいと判定すると、動的経路生成部３１３は第２地図情報管理部３１２に動的エリア候補、延長入口側静的経路候補、及び延長出口側静的経路候補を示す情報を出力する。第２地図情報管理部３１２は、動的エリア候補１４１１、延長入口側静的経路候補１４０８、及び延長出口側静的経路候補１４０９を示す動的エリア候補情報をステップＳ１５０１で更新要求をしたショベル１０に対して送信する。当該ショベル１０の第１コントローラ１００は、第１無線通信装置１４０を介して動的エリア候補情報を受信し、第１表示装置１６０にプレビュー表示する（Ｓ１５１２）。
【００９７】
プレビュー表示の詳細は図１５において後述する。ショベル１０のオペレータがプレビュー表示を視認し、第１入力装置１７０を用いて承認操作を行うと（Ｓ１５１３／Ｙｅｓ）、第１コントローラ１００は、管制サーバ３１に対して承認情報を送信する。第２地図情報管理部３１２は、承認情報に応じて動的エリア候補１４１１、延長入口側静的経路候補１４０８、延長出口側静的経路候補１４０９を用いて第２地図情報記憶部３５１の情報を更新する（Ｓ１５１４）。そして、第２コントローラ３１０はこれまで蓄積された積込位置１４０１やスポット位置１４０２を消去する（Ｓ１５１５）。更に第２地図情報管理部３１２は、更新した地図情報を全てのダンプトラック２０に対してブロードキャスト配信する。
【００９８】
ショベル１０のオペレータがプレビュー画面の承認操作をしない場合（Ｓ１５１３／Ｎｏ）、第２コントローラ３１０は応答情報を送信してから所定の時間が経過して承認情報を受信できない。よって第２コントローラ３１０はタイムアウトと判定して地図の更新処理は実行せず終了する。
【００９９】
上記において、延長入口側静的経路１４０８及び延長出口側静的経路１４０９を更新することは、搬送路６０に設定された静的経路を、更新された新たな動的エリア８０７の入口点８０２及び出口点８０８の其々までに延長することと同義である。以下では延長入口側静的経路１４０８及び延長出口側静的経路１４０９を更新することを静的経路の更新と言い換えて説明する。
【０１００】
動的エリア８０７及び静的経路を更新しても、ステップＳ１５１０において走行所要時間が走行時間閾値よりも大きくなる入口側動的経路候補又は出口側動的経路候補が生成される場合、予測スポット位置１４１０が横に大きく広がっていることが原因として挙げられる。つまり、前述の処理では動的エリア８０７を奥行き方向に短くすることはできるが、横方向に広がっている場合は入口点８０２及び出口点８０８から予測スポット位置１４１０までの動的経路も横方向に長くなり、走行所要時間を短くすることができない。この問題に対し、動的エリア８０７を後述するショベル移動直線１４０３の軸方向に沿って複数に分割することで走行所要時間を低減する方法を、図１３と図１４を用いて説明する。図１３は、動的エリア８０７を分割して更新する様子を示す説明図であり、図１４は、動的エリア８０７の分割処理の流れを示すフローチャートである。
【０１０１】
以下、図１４のステップに沿って処理を順に説明する。まず、動的経路生成部３１３は、図１３に示す予測スポット位置１４１０を２つに分割する（Ｓ１７０１）。本実施形態では第１スポット位置集合１４１０−１、第２スポット位置集合１４１０−２に二等分としたが、予測スポット位置１４１０の範囲によってはそれ以上の組合せに分割してもよい。
【０１０２】
そして、動的経路生成部３１３は、第１スポット位置集合１４１０−１、第２スポット位置集合１４１０−２のそれぞれを内包する第１分割動的エリア候補１４１１−１、第２分割動的エリア候補１４１１−２を設定する（Ｓ１７０２）。動的経路生成部３１３は、例えばショベル移動直線１４０３に垂直な分割基準線を既存の動的エリア候補１４１１に対して設定し、その分割基準線を挟んで第１分割動的エリア候補１４１１−１、第２分割動的エリア候補１４１１−２に分割する。特に分割基準線付近では、その位置にダンプトラック２０が停止した場合の車両範囲を第１分割動的エリア候補１４１１−１、第２分割動的エリア候補１４１１−２の其々が包含するように、第１分割動的エリア候補１４１１−１、第２分割動的エリア候補１４１１−２を一部重複させて設定してもよい。
【０１０３】
動的経路生成部３１３は、第１分割動的エリア候補１４１１−１、第２分割動的エリア候補１４１１−２の其々における第１入口点候補１４０６−１、第２入口点候補１４０６−２、及び第１出口点候補１４０７−１、第２出口点候補１４０７−２を算出する（Ｓ１７０３）。これは前述のステップＳ１５０６と同様に、第１スポット位置集合１４１０−１、第２スポット位置集合１４１０−２の其々の中央に位置する予測スポット位置を基準に、ダンプトラック２０の車幅を考慮した対向車線間隔を踏まえて左右に配置する。
【０１０４】
動的経路生成部３１３は、第１入口点候補１４０６−１、第２入口点候補１４０６−２、と第１出口点候補１４０７−１、第２出口点候補１４０７−２が算出されたら、第１分割動的エリア候補１４１１−１、第２分割動的エリア候補１４１１−２に含まれる各予測スポット位置１４１０について入口側動的経路及び出口側動的経路（以下「動的経路」と総称する）が生成可能であるかを確認し、同時に各動的経路の走行所要時間を算出する（Ｓ１７０４）。
【０１０５】
動的経路生成部３１３は、全ての予測スポット位置１４１０に対する動的経路が生成できないと判定すると（Ｓ１７０５／Ｎｏ）、動的エリア候補１４１１は分割不可と判定して（Ｓ１７１３）、処理を終了する。
【０１０６】
動的経路生成部３１３は、全ての動的経路が生成可能であると判定すると（Ｓ１７０５／Ｙｅｓ）、以降の静的経路分岐点探索処理に進む。
【０１０７】
まず、動的経路生成部３１３は、動的エリア候補１４１１の分割前の入口点候補１４０６及び出口点候補１４０７を基準に所定距離内を探索範囲として設定し、探索範囲内において、入口側静的経路の分岐点である入口側分岐点候補１６０１、及び出口側静的経路の分岐点である出口側合流点候補１６０２を取得する（Ｓ１７０６）。
【０１０８】
次に、動的経路生成部３１３は、入口側分岐点候補１６０１と第１入口点（本例では第１入口点候補１４０６−１であった点に相当する）及び第２入口点（同様に第２入口点候補１４０６−２に相当）の其々とを滑らかに接続する経路の座標点列を計算する。また動的経路生成部３１３は、出口側合流点候補１６０２と第１出口点（同様には第１出口点候補１４０７−１に相当）及び第２出口点（同様に第２出口点候補１４０７−２に相当）の其々とを滑らかに接続する経路の座標点列（分岐経路に相当する）を計算する（Ｓ１７０７）。この経路の計算は、例えば動的経路の出口側動的経路を算出する方法と同様の方法で実現できる。
【０１０９】
そして、動的経路生成部３１３は、座標点列に含まれる各点において、前後の点との位置関係から、各点における車両位置範囲（ダンプトラック２０をタイヤ接地面に投影した範囲）を計算する（Ｓ１７０８）。
【０１１０】
動的経路生成部３１３は、全ての車両位置範囲が走行可能エリア１２０４の内側に収まっていると判定すると（Ｓ１７０９／Ｙｅｓ）、探索範囲終了点（第１入口点又は第２入口点、第１出口点又は第２出口点の其々から最も遠い点）から、各入口点又は出口点までの走行所要時間を計算し、入口側分岐点候補又は出口側合流点候補として一時保存する。
【０１１１】
動的経路生成部３１３は、少なくとも一つ以上の車両位置範囲が走行可能エリア１２０４からはみ出ていると判定すると（Ｓ１７０９／Ｎｏ）、候補には含めずスキップする。
【０１１２】
動的経路生成部３１３が探索範囲において入口側分岐点候補又は出口側合流点候補がまだ取得できる場合（Ｓ１７１１／Ｎｏ）、ステップＳ１７０６に戻る。
【０１１３】
動的経路生成部３１３が全ての分岐点候補についての探索処理を終了すると（Ｓ１７１１／Ｙｅｓ）、入口側分岐点候補、及び出口側合流点候補の中で走行所要時間が最小のものを選択する（Ｓ１７１２）。
【０１１４】
このような処理を行うことで、動的エリア候補１４１１を分割して各動的経路の走行所要時間を低減し、ダンプトラック２０の入替え時間を低減することができる。
【０１１５】
また動的エリア候補１４１１を分割して複数の入口点８０２及び出口点８０８が形成される場合に、静的経路の分岐点、合流点から各入口点、各出口点までの走行所要時間が最短となるように分岐点、合流点を設定できるので、ダンプトラック２０が走行所要時間を減らし、ショベル１０の待機時間を短縮でき、ひいては鉱山の生産性の向上に役立つ。
【０１１６】
また、動的エリア８０７はダンプトラック２０が取得した走行可能エリア１２０４内に設定されるので、動的エリア８０７内に生成される動的経路は、ダンプトラック２０が物理的に走行可能で安全なものとなる。
【０１１７】
次に、図１５Ａ、図１５Ｂを参照して、ショベルオペレータへの動的エリア候補１４１１及び静的経路更新のプレビュー表示を行う画面について説明する。図１５Ａは動的エリア候補１４１１の分割を実行しない場合のプレビュー画面、図１５Ｂは動的エリア候補１４１１の分割を実行する場合のプレビュー画面である。
【０１１８】
図１５Ａに示すプレビュー画面は、ショベル１０の第１表示装置１６０に表示される。プレビュー画面には現在の動的エリア１４１１ｃと静的経路に重畳して、更新する場合の動的エリア候補１４１１と延長入口側静的経路候補１４０８及び延長出口側静的経路候補１４０９が表示される。また、画面の一部に走行所要時間情報１８０１が表示され、静的経路情報として基準点Ｐ，Ｑからそれぞれ更新後の入口点Ｐ’、出口点Ｑ’までの合計所要時間（例：５４．７秒）、及び予測スポット位置における動的経路の最大走行所要時間、すなわち最大ダンプトラック入替え時間（例：１０９．１秒）が表示される。更に、画面下部には現在のプレビュー画面の更新を承認する承認ボタン１８０２及び更新を取りやめる取消ボタン１８０３、そして動的エリア候補１４１１の分割が可能な場合には分割時の情報をプレビュー表示する画面に切り替える分割切替ボタン１８０４が表示され、タッチパネルからの入力によってこれらのボタンを操作することができる。
【０１１９】
分割切替ボタン１８０４を押す（分割操作に相当）と、管制サーバ３１に対する分割処理の要求を示す分割情報が送信され、図１５Ｂのプレビュー画面に切り替わる。図１５Ａのプレビュー画面との違いは、走行所要時間情報１８０１の静的経路情報に、基準点Ｐ，Ｑから、分割したそれぞれの入口点Ｐ１’、Ｐ２’、出口点Ｑ１’、Ｑ２’までの合計所要時間（例：５６．２秒、５６．４秒）、及び最大ダンプトラック入替え時間（例：６４．４秒）が表示されることである。
【０１２０】
このように、走行所要時間情報１８０１を表示することによって、分割した場合の走行所要時間の低減度合いをショベル１０のオペレータが定量的に把握することができる。
【０１２１】
本実施形態によれば、車両管制システム１はショベル１０によって取得されたスポット範囲とダンプトラック２０によって取得された走行可能エリア１２０４に基づいて地図情報を書き換えるので、今後のスポット位置１４０２の変化に合わせて積込場６１の入口点と出口点を適切な位置に移動するように地図情報を更新することができる。その結果、積込場６１の掘削が進行し、ベンチが入口側からみて奥側方向に移動することによる地形変化に追従して、動的エリア及び静的経路を更新することができる。
【０１２２】
また、スポット範囲が横に広がっている場合には動的エリア候補１４１１の分割を実行し、合わせて静的経路を走行所要時間が最短となるように分岐して決定することで、静的経路の走行所要時間増大によるデメリットを最低限にし、ダンプトラック２０の入替え時間、すなわちショベル積込待ち時間を低減して、生産効率向上に貢献することができる。
【０１２３】
＜第２実施形態＞
第２実施形態は、崖下放土場６２に本発明を適用した実施形態である。以下、第１実施形態と構成・動作の重複する部分については説明を省略し、異なる部分についてのみ説明する。
【０１２４】
図１６は、第２実施形態に係る車両管制システム１ａのハードウェア構成図である。車両管制システム１ａは、第１実施形態のショベル１０に代わり、ドーザ９０が管制サーバ３１に接続される。ドーザ９０は崖下放土場で駆動する作業機械に相当する。
【０１２５】
ドーザ９０に搭載される第４コントローラ９００は、制御指示に従ってドーザ９０を走行駆動及び姿勢駆動するための第４車体駆動装置９１０、第４位置算出装置９２０、第４姿勢センサ９３０、第４無線通信装置９４０、第４表示装置９６０、第４入力装置９７０の其々を接続して構成される。第４コントローラ９００、第４位置算出装置９２０、第４姿勢センサ９３０、第４無線通信装置９４０、及び第４入力装置９７０の其々は、崖下放土場で駆動する作業機械に搭載される作業機側コントローラ、作業機側位置算出装置、作業機側無線通信装置、作業機側入力装置の其々に相当する。
【０１２６】
第４コントローラ９００は、第４走行指令部９０１、第４姿勢指令部９０２、第４地図情報管理部９０３、及び放土位置算出部９０４を備える。
【０１２７】
放土位置算出部９０４は、第４位置算出装置９２０からドーザ９０のＧＮＳＳ位置を取得し、第４姿勢センサ９３０からブレードを含むフロント作業機械の姿勢情報を取得し、フロント作業機先端のＧＮＳＳ位置を算出する。ドーザ９０のオペレータは、ブレードを崖下放土の放土位置２００２に合わせて第４入力装置９７０で指定することにより、次の放土作業でダンプトラック２０が停車するスポット位置２００１を指定する。
【０１２８】
図１７Ａ、図１７Ｂ、図１８を参照して、崖下放土場６２が拡大した場合に、動的エリア及び静的経路を更新する手順を説明する。図１７Ａは放土位置が移動した距離を取得する様子を示す図である。図１７Ｂは取得した距離に基づいて動的エリア及び静的経路を更新する様子を示す図である。図１８は、放土場における処理の流れを示したフローチャートである。
【０１２９】
図１７Ａにおいて、現在使用されている動的エリア８０７に対して、崖下放土が進行したことにより走行可能エリア１２０４が入口点８０２、出口点８０８に対して奥側に長くなっている。また現在の動的エリア８０７に対してドーザ９０が指定したスポット位置２００１、及び各スポット位置２００１からダンプトラック２０が放土エッジ（崖下放土場６２の境界線）に向かって後退し、各スポット位置２００１とこのスポット位置２００１に停車して実際に停止・放土を行った放土位置２００２の間の距離２００５が図示されている。管制サーバ３１のスポット範囲設定部３１４は、第２地図情報記憶部３５１に過去の放土作業が行われた際のスポット位置２００１及び放土位置２００２の組を複数回分蓄積されている。
【０１３０】
上記の状態を前提とし、図１８のステップに沿って、崖下放土場６２における動的エリア及び静的経路を更新する処理の流れを説明する。この処理は基本的に図１２で説明した積込場における動的エリア及び静的経路を更新する処理の流れと同様である。異なる点として、積込場６１はベンチがほぼ直線の列で順に掘削されて拡大していくのに対し、崖下放土場６２では、放射状に近い形状で拡大していく傾向がある。このため、第１実施形態におけるベンチ推定移動距離の算出とは異なる処理を実施している。
【０１３１】
まず、ドーザオペレータが第４入力装置９７０から動的エリアと静的経路の更新を要求する（Ｓ２１０１）。またドーザオペレータから放土位置２００２の指定操作を第４入力装置９７０が受け付けると、放土位置を示す情報（放土位置情報）が逐次管制サーバ３１に送信される。
【０１３２】
スポット範囲設定部３１４は蓄積されたスポット位置２００１と放土位置２００２に基づき、各点の組合せの距離２００５をそれぞれ算出し、その平均値をエッジ推定移動距離２００６として算出する（Ｓ２１０３）。
【０１３３】
次に、図１７Ｂに示すように、スポット範囲設定部３１４は蓄積した各放土位置２００２を、そのまま動的エリア更新後の予測スポット位置２０１０とする（Ｓ２１０４）。
【０１３４】
そして、スポット範囲設定部３１４はエッジ推定移動距離２００６と走行可能エリア１２０４に基づき、更新後の動的エリア候補１４１１を算出する（Ｓ２１０５）。具体的な処理の例としては、動的エリア入口側直線１４１２を、動的エリア入口側直線１４１２に対して垂直方向にエッジ推定移動距離２００６だけ移動し、当該直線と走行可能エリア１２０４によって囲まれる領域を動的エリア候補１４１１として算出する。
【０１３５】
以降のステップＳ２１０６からＳ２１１５の説明は、第１実施形態で説明した積込場６１に関する更新処理におけるステップＳ１５０６からＳ１５１５と同様である。
【０１３６】
本実施形態によれば、崖下放土場６２においても、ダンプトラック２０の実際の放土位置を参照してエリアの拡大距離を推定することにより、崖下放土場６２の地形変化に追従して動的エリア及び静的経路を更新することが可能である。これによって崖下放土場６２においても、動的経路が長くなって生産効率が悪化することを防止することができる。
【０１３７】
上記実施形態は本発明を限定するものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲の様々な変更態様は本発明に含まれる。例えば、本実施形態では、車両管制システム１をショベル１０又はドーザ９０と、管制サーバ３１と、ダンプトラック２０とを無線通信回線４０を介して接続して構成したが、管制サーバ３１の第２コントローラ３１０の機能を第１コントローラ１００に搭載し、ショベル１０とダンプトラック２０とを通信接続して車両管制システム１を構成してもよい。
【符号の説明】
【０１３８】
１、１ａ      ：車両管制システム
１０          ：ショベル
２０          ：ダンプトラック
３１          ：管制サーバ
３２          ：アンテナ
４０          ：無線通信回線
６０          ：搬送路
６１          ：積込場
６２          ：放土場
９０          ：ドーザ
【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９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８】
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