(57)【要約】  機械（１０）の位置判定を行う測位システム（３０）及び方法を開示する。本システムは、機械の位置において、作業現場（２０）の一部に関連付けられて判定形状データを生成する光感知装置（３２）を備えてもよい。本システムはさらに、無線周波数信号を送信し、応答信号を受信する第１信号装置を備えてもよい。本システムはさらに、送信された無線周波数信号を受信し、応答信号を送信する第２信号装置を備えてもよい。システムは、光感知装置と、第１信号装置及び第２信号装置の少なくとも一方と通信するコントローラ（１８）を備えてもよい。コントローラは、無線周波数信号及び応答信号に基づき、機械の近似位置（４０）を判定し、判定形状データに対応する参照形状データを識別し、近似位置と参照形状データとに基づき、位置を判定する。
2015534640.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業現場（２０）における機械（１０）の位置の判定を行うシステム（３０）であって、
前記機械の位置において、前記作業現場の一部に関連付けられた判定形状データを生成する光感知装置（３２）と、
無線周波数信号を送信し、応答信号を受信する第１信号装置と、
送信された前記無線周波数信号を受信し、前記無線周波数信号の受信に応じて、前記応答信号を送信する第２信号装置と、
前記光感知装置と通信、及び前記第１信号装置及び前記第２信号装置の少なくとも一方と通信するコントローラ（１８）と、を備え、前記コントローラは、
前記無線周波数信号及び前記応答信号に基づき、前記機械の近似位置（４０）を判定し、
前記判定形状データに対応する少なくとも１つの参照形状データを識別し、
前記近似位置と、前記少なくとも１つの参照形状データに関連付けられた前記作業現場における位置とに基づき、前記機械の位置を判定するシステム。
【請求項２】
前記光感知装置は、レーザー発光を行い、前記作業現場の一部によって反射された前記レーザー発光を検出するライダーユニットである請求項１に記載のシステム。
【請求項３】
前記第１信号装置は、ＲＦＩＤタグ装置であり、前記無線周波数信号には、前記ＲＦＩＤタグ装置に関連付けられた特有の識別情報が含まれ、前記第２信号装置はＲＦＩＤ読取装置であり、前記応答信号には、前記ＲＦＩＤ読取装置に関連付けられた特有の識別情報が含まれる請求項１に記載のシステム。
【請求項４】
前記機械の近似位置の判定には、前記第１信号装置による前記無線周波数信号の送信から前記応答信号の受信までの経過時間に基づく、距離の算出が含まれる請求項１に記載のシステム。
【請求項５】
作業現場（２０）における機械（１０）の位置の判定を行うシステム（３）であって、
１つ又は複数の無線周波数信号を送信し、１つ又は複数の応答信号を受信する第１信号装置と、
送信された前記１つ又は複数の無線周波数信号を受信し、前記１つ又は複数の無線周波数信号の受信に応じて、前記１つ又は複数の応答信号を送信する第２信号装置とを備え、
前記第１信号装置は、前記機械上の一方において、前記作業現場内の固定位置に配置され、前記第２信号装置は、前記機械上の他方において、前記作業現場内の前記固定位置に配置され、
前記システムはさらに、前記機械の動きを検出する動きセンサ（１５）と、コントローラ（１８）と、を備え、前記コントローラは、
以下の手順によって、閉ループで、複数の第１パーティクル（３８）セット及び第２パーティクルセットを生成し、以下の手順とは、
（ａ）各々のパーティクルが前記作業現場内の位置及び配向（４４）と関連付けられた、前記第１パーティクルセットの生成と、
（ｂ）検出された前記機械の前記動きに基づく、前記第１パーティクルセットの各パーティクルの前記位置及び前記配向の更新と、
（ｃ）前記各パーティクルの前記位置及び前記配向が前記機械の前記位置及び配向（４２）と合致する確率を示す重みの、前記第１パーティクルセットの各パーティクルへの割当であって、前記確率は、前記１つ又は複数の無線周波数信号の送信から前記１つ又は複数の応答信号の受信までの経過時間に基づいて判定される、割当と、
（ｄ）割り当てられた前記重みに基づく、前記第２パーティクルセットの生成と、を含み、
前記コントローラはさらに、前記複数の第２パーティクルセットのうちの１つに基づき、前記機械の前記位置を判定するシステム。
【請求項６】
前記重みの各パーティクルへの割当には、
前記第１信号装置に対する前記機械の位置を示す実測ベクトルの生成であって、前記第１信号装置は、前記固定位置に配置され、前記第１信号装置に対する前記機械の前記位置は、前記１つ又は複数の無線周波数信号の送信から前記１つ又は複数の応答信号の受信までの経過時間に基づいて算出された距離によって判定される、生成と、
前記重みの各パーティクルへの割当には、前記第１信号装置に対する、現在のパーティクルセットの各パーティクルの位置を示す推定測定ベクトルの生成と、
前記実測ベクトルと前記推定測定ベクトルとの間の差に基づく、各パーティクルへの前記重みの割当と、が含まれる請求項５に記載のシステム。
【請求項７】
割り当てられた前記重みを利用した前記第２パーティクルセットの生成には、前記第１パーティクルセットからのパーティクルの再生が含まれ、前記第１セットのパーティクルは、割り当てられた前記重みに比例して、１回以上再生される請求項５に記載のシステム。
【請求項８】
前記少なくとも１つの第１信号装置は、ＲＦＩＤタグ装置であり、前記無線周波数信号は、前記ＲＦＩＤタグ装置に関連付けられた特有の識別情報を含み、前記第２信号装置は、ＲＦＩＤ読取装置であり、前記応答信号は、前記ＲＦＩＤ読取装置に関連付けられた特有の識別情報を含む請求項５に記載のシステム。
【請求項９】
前記第１信号装置は、前記作業現場内の固定場所に配置され、前記第２信号装置は、前記機械上に配置されて、前記コントローラと通信する請求項５に記載のシステム。
【請求項１０】
前記第１信号装置は、前記第１信号装置と前記第２信号装置との間の距離を判定し、
前記第２信号装置は、判定された前記第１信号装置からの距離を検索し、判定された前記距離を前記コントローラへと送信する請求項９に記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、測位システム全般に係り、特に地下環境において高精度で位置判定を行う、携帯用装置のための測位システムに係る。
【背景技術】
【０００２】
地下採掘の適用例において、種々のタスクを実施するため、例えば、運搬トラック、ドリル、ローダー、コンベヤー、及びその他の重機等の機械が、通常、使用される。地上採掘の適用例とは異なり、地下の採掘現場はＧＰＳ（全地球測位システム）信号へのアクセスがないが、例えば現場の地理に対する機械の現在位置を知ることができれば望ましい。
【０００３】
地下採掘の適用例によっては、光検出測距離（ライダー）測位システムを使用して、作業現場に対する機械の位置を判定することもある。ライダーシステムでは、機械付近の作業現場の一部の形状を識別するため、周辺環境を走査する。走査された形状は、その後、作業現場の既知のマップと比較され、測位システムが、マップ上の位置と走査された形状との間の相関に基づいて機械の位置を推測する。
【０００４】
しかしながら、適用例によっては、ライダーシステムが形状の識別のみに基づいて機械の位置判定を行うのが困難であることもある。例えば、ライダーシステムは特定の位置に特有でない形状を検出することもあり、機械の大まかな位置に関する追加の情報の無い限り、走査された形状のみに基づいて機械の特定の位置を推定することができないこともある。また、作業現場には、永続的な位置を有さない、又は、新たに追加された対象物が存在することもある。このような対象物は、その形状が既存のマップに含まれない場合、ライダーシステムの試そうとしている作業現場環境の形状と既存のマップとの照合作業を複雑にすることもある。
【０００５】
本開示の測位システムは、前述の問題及び／又はその他の従来の問題のうちの１つ又は複数を克服することを目指すものである。
【発明の概要】
【０００６】
一様態によると、本開示は、作業現場における機械の位置判定を行うシステムを開示する。前記システムは、前記機械の位置において、前記作業現場の一部に関連付けられた判定形状データを生成する光感知装置を備えてもよい。前記システムはさらに、無線周波数信号を送信し、応答信号を受信する第１信号装置と、送信された前記無線周波数信号を受信し、前記無線周波数信号の受信に応じて、前記応答信号を送信する第２信号装置と、を備えてもよい。前記システムはさらに、前記光感知装置と通信、および前記第１信号装置及び前記第２信号装置の少なくとも一方と通信するコントローラを備えてもよい。前記コントローラは、前記無線周波数信号及び前記応答信号に基づき、前記機械の近似位置を判定してもよい。前記コントローラはさらに、前記判定形状データに対応する少なくとも１つの参照形状データを識別してもよい。前記コントローラはさらに、前記近似位置と、前記少なくとも１つの参照形状データに関連付けられた前記作業現場における位置とに基づき、前記機械の位置を判定してもよい。
【０００７】
他の様態によると、本開示は、作業現場における機械の位置を判定する方法に係る。前記方法は、前記作業現場の一部に関連付けられた判定形状データを生成するステップを備えてもよい。前記方法は、無線周波数信号を送信するステップと、前記無線周波数信号を受信するステップと、前記無線信号の受信に応じて、応答信号を送信するステップとを備えてもよい。前記方法は、前記応答時間と、前記無線周波数信号及び前記応答信号に関連付けられた経過時間とに基づき、前記機械の近似位置を判定するステップを備えてもよい。前記方法は、前記判定状データに対応する少なくとも１つの参照形状データを識別するステップを備えてもよい。前記方法はさらに、前記近似位置と、前記少なくとも１つの参照形状データに関連付けられた前記作業現場における位置とに基づき、前記機械の前記位置を判定するステップを備えてもよい。
【０００８】
さらに他の様態によると、本開示は、作業現場における機械の位置判定を行うシステムに係る。前記システムは、１つ又は複数の無線周波数信号を送信し、１つ又は複数の応答信号を受信する第１信号装置を備えてもよい。前記システムは、送信された前記１つ又は複数の無線周波数信号を受信し、前記１つ又は複数の無線周波数信号の受信に応じて、前記１つ又は複数の応答信号を送信する第２信号装置を備えてもよい。前記第１信号装置は、前記機械上の一方において、前記作業現場内の固定位置に配置され、前記第２信号装置は、前記機械上の他方において、前記作業現場内の固定位置に配置されてもよい。前記システムはさらに、前記機械の動きを検出する動きセンサを備えてもよい。前記システムはさらに、コントローラを備えてもよく、前記コントローラは、閉ループで、複数の第１パーティクルセット及び第２パーティクルセットを生成してもよい。前記コントローラは、各々のパーティクルが前記作業現場内の位置及び配向と関連付けられた、前記第１パーティクルセットを生成してもよい。前記コントローラは、検出された前記機械の前記動きに基づき、前記第１パーティクルセットの各パーティクルの前記位置及び前記配向を更新してもよい。前記コントローラは、前記各パーティクルの前記位置及び前記配向が前記機械の前記位置及び配向と合致する確率を示す重みを、前記第１パーティクルセットの各パーティクルに割り当ててもよく、前記確率は、前記１つ又は複数の無線周波数信号の送信から前記１つ又は複数の応答信号の受信までの経過時間に基づいて判定される。前記コントローラは、割り当てられた前記重みに基づき、前記第２パーティクルセットを生成してもよい。前記コントローラは、前記複数の第２パーティクルセットのうちの１つに基づき、前記機械の前記位置を判定してもよい。
【０００９】
他の様態によると、本開示は、作業現場における機械の位置判定を行う方法に係る。前記方法は、１つ又は複数の無線周波数信号を送信するステップを備えてもよい。前記方法はさらに、前記１つ又は複数の無線周波数信号を受信するステップと、前記１つ又は複数の無線周波数信号の受信に応じて、１つ又は複数の応答信号を送信するステップとを備えてもよい。前記方法は、前記１つ又は複数の応答信号を受信するステップを備えてもよい。前記方法は、閉ループで、複数の第１パーティクルセット及び第２パーティクルセットを生成するステップを備えてもよい。前記方法は、各パーティクルが前記作業現場内の位置及び配向に関連付けられた、第１パーティクルセットを生成するステップを備えてもよい。前記方法は、検出された前記機械の前記動きに基づき、前記第１パーティクルセットの各パーティクルの前記位置及び前記配向を更新するステップを備えてもよい。前記方法は、前記各パーティクルの前記位置及び前記配向が前記機械の前記位置及び配向と合致する確率を示す重みを、前記第１パーティクルセットの各パーティクルに割り当てるステップを備えてもよく、前記確率は、前記１つ又は複数の無線周波数信号の送信から前記１つ又は複数の応答信号の受信までの経過時間に基づいて判定される。前記方法は、割り当てられた前記重みに基づき、前記第２パーティクルセットを生成するステップを備えてもよい。前記方法は、前記複数の第２パーティクルセットのうちの１つに基づき、前記機械の前記位置を判定するステップを備えてもよい。
【００１０】
さらに他の実施形態によると、本開示は、作業現場における荷積〜運搬〜ダンプローダーに係る。前記ローダーは、電源システムと、前記電源システムによって駆動され、前記荷積〜運搬〜ダンプローダーを移動させる１つ又は複数の牽引装置と、前記荷積〜運搬〜ダンプローダーの位置判定を行う測位システムとを備えてもよい。前記測位システムは、第１信号装置と、第２信号装置と、動きセンサと、コントローラとを備えてもよい。前記コントローラは、閉ループで、複数の第１パーティクルセットと第２パーティクルセットとを生成してもよい。前記コントローラは、各パーティクルが前記作業現場内の位置と配向とに関連付けられた第１パーティクルセットを生成してもよい。前記コントローラは、検出された前記荷積〜運搬〜ダンプローダーの動きに基づき、前記第１パーティクルセットの各パーティクルの前記位置及び前記配向を更新してもよい。前記コントローラは、前記各パーティクルの前記位置及び前記配向が前記機械の前記位置及び配向と合致する確率を示す重みを、前記第１パーティクルセットの各パーティクルに割り当ててもよく、前記確率は、前記第１信号装置による前記１つ又は複数の無線周波数信号の送信から前記第２信号装置による前記１つ又は複数の応答信号の受信までの経過時間に基づいて判定される。前記コントローラは、割り当てられた前記重みを利用して、前記第２パーティクルセットを生成してもよい。前記コントローラは、前記複数の第２パーティクルセットのうちの１つに基づき、前記荷積〜運搬〜ダンプローダーの前記位置を判定してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本開示の一例としての機械の絵図である。
【図２】図１の機械とともに使用されてもよい、一例としての測位システムの絵図である。
【図３】図１の機械とともに使用されてもよい、他の一例としての測位システムの絵図である。
【図４】図１の機械とともに使用されてもよい、さらに他の一例としての測位システムの絵図である。
【図５】本開示の一例としての測位方法を示すフローチャートである。
【図６】本開示の他の一例としての測位方法を示すフローチャートである。
【図７】本開示のさらに他の一例としての測位方法を示すフローチャートである。
【図８】図７の一例としての方法に関連の絵図である。
【図９】図７の一例としての方法に関連の他の絵図である。
【図１０】図７の一例としての方法に関連のさらに他の絵図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１は、本開示の一例としての測位システムを備えた機械１０を示す。機械１０は、鉱業、建設、農業、交通、又は従来既知のその他の産業と関連付けられた１つ又は複数の動作を実施する携帯用機械として具体化される。例えば、機械１０は、運搬トラック、ローダー、掘削機、ホイールトラクタ、スクレーパー、又はその他類似の機械等の荷重移動機械であってもよい。機械１０は、地上で使用されてもよく、又は、地下で使用されてもよい。例えば、図１は、採鉱の荷重現場にアクセスし、荷重現場から荷重を運搬し、ダンプ現場で荷重を放出するのに使用される、地下採鉱のための荷積〜運搬〜ダンプ（ＬＨＤ）ローダーを示している。機械１０は、手動で制御されてもよく、半自動で制御されてもよく、又は完全自動で制御されてもよい。機械１０は中でも、機械１０を推進させる１つ又は複数の牽引装置１４と、機械１０の種々の動きを感知する動きセンサ１５と、電源１６と、コントローラ１８とを備えてもよい。コントローラ１８は、動きセンサ１５及び電源１６と通信してもよく、且つ／又は、牽引装置１４を駆動してもよく、所望の方法で牽引装置１４を駆動し、機械１０を推進させるための、例えばオペレータ入力装置及び／又は動きセンサ１５からの種々の入力に応じて、電源１６の動作を規制してもよい。コントローラ１８はさらに、例えば、機械１０の速度、加速度、及び／又は回転率を示す情報を動きセンサ１５から受信してもよく、このような情報に基づき、機械１０の横断する距離及び方向等、種々の動きを演算してもよい。種々の実施形態において、コントローラ１８はさらに、以下に詳細に述べるとおり、機械１０の位置を判定する際に利用されてもよい。
【００１３】
図２は、作業現場２０にてタスクを実施する機械１０を示す。作業現場２０は、機械１０が横断できる車道２２を備えた、採掘現場又はその他の作業現場であってもよい。いくつかの実施形態において、作業現場２０が例えば地下の採掘現場である場合、作業現場２０はＧＰＳナビゲーションシステムへのアクセスを持たないこともある。車道２２は、例えば地下トンネルの壁部等の側壁２４によって境界がつけられてもよく、車道２２の上方に配されたトンネル天井等の天井を有してもよい。いくつかの適用例において、他の機械、バレル、ポール、地質学的特徴、及び車道に対して作業現場２０の種々の位置に配された、側壁２４以外の障害物等、及び／又は、前述の追加の対象物が存在することもある。種々の実施形態において、作業現場２０における機械１０の位置情報を確定することが望ましいこともある。いくつかの実施形態において、位置情報は、機械１０が作業現場２０をナビゲートする際に使用されてもよい。他の実施形態において、位置情報は、作業現場２０における機械１０及びその他の機械が種々のタスクをいかに効率的に実施するかに係るデータを監視及び収集するのに使用されてもよい。
【００１４】
一例としての実施形態において、作業現場２０における機械１０の位置は、測位システム３０を利用して判定されてもよい。図２に示すとおり、測位システム３０は中でも、コントローラ１８、光感知装置３２、読取装置３４、及び／又は、タグ装置３６を備えてもよい。コントローラ１８は、プロセッサ、メモリモジュール、及び／又は記憶モジュール（図示せず）を備えてもよい。いくつかの実施形態において、プロセッサ、メモリモジュール、及び／又は記憶モジュールのうちの１つ又は複数は、ともに単一の装置に含まれてもよい。他の実施形態において、プロセッサ、メモリモジュール、及び／又は記憶モジュールのうちの１つ又は複数は、個々に設けられてもよい。プロセッサには、マイクロプロセッサ等、１つ又は複数の既知の処理装置が含まれてもよい。メモリモジュールには、機械１０の種々の動作に関連の機能を実施するためにコントローラ１８によって動的に使用される情報を記憶した、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）等の１つ又は複数の装置が含まれてもよい。記憶モジュールには、従来既知のいかなる種別の記憶装置又はコンピュータ可読媒体が含まれてもよい。例えば、記憶モジュールは、磁気記憶装置、半導体記憶装置、テープ記憶装置、光記憶装置、脱着式記憶装置、非脱着式記憶装置、揮発性記憶装置、及び／又は不揮発性記憶装置から成ってもよい。記憶モジュールは、作業現場２０における機械１０の位置判定に関連付けられたプログラム、アルゴリズム、マップ、ルックアップテーブル、及び／又はその他の情報を記憶してもよい。
【００１５】
光感知装置３２は、光信号を使用して、車道２２、側壁２４、地下トンネルの天井、及び／又は作業現場２０と関連付けられたその他の対象物等の機械１０の周辺の対象物を走査するために利用されてもよい。光感知装置３２は、機械１０の前方、後方、側方、及び／又はその他の場所等、機械１０のフレーム及び／又は本体部に配置されてもよい。２つ以上の光感知装置３２が機械１０に配置されてもよく、各光感知装置３２は、機械１０の特有の位置に配置されてもよい。例えば、個別の光感知装置３２は、機械１０の前方、後方、及び各側方に配置されてもよい。種々の実施形態において、一例としての光感知装置３２は、レーザー等の１つ又は複数の光源及び／又は１つ又は複数の検出器を備えたライダーユニットであってもよい。他の実施形態において、一例としての光感知装置３２は、車道２２、側壁２４、天井、及び／又は作業現場２０に関連付けられた他の対象物の関連情報を取得するために光電磁波放射を利用する、従来既知の他の装置であってもよい。光感知装置３２がライダーユニットからなる一例としての実施形態において、レーザーは、例えば、側壁２４の表面及び／又は作業現場２０の他の対象物の表面に反射される光を放出してもよい。ライダーユニットの検出器は、反射光を受光してもよく、受光した光を示す信号をコントローラ１８に送信してもよい。そしてコントローラ１８は、光感知装置３２からのデータに基づき、対象物の表面上の種々の点への距離を算出してもよい。例えば、このようなデータには、発光から光が検出されるまでの経過時間が含まれてもよい。コントローラ１８は、算出された距離に基づき、対象物の形状を推定、算出、及び／又は判定してもよい。本開示において、光感知部３２からのデータに基づいて判定された対象物の形状を「判定形状データ」と称する。
【００１６】
いくつかの実施形態において、測位システム３０は、コントローラ１８の記憶モジュールに記憶された作業現場２０のマップを備えてもよい。このような実施形態において、コントローラ１８は、判定形状データを、作業現場２０のマップ上の各特有の位置における、記憶された、且つ／又は、既知の形状と比較してもよい。本開示において、作業現場２０のマップ上における、記憶された、且つ／又は、既知の形状を「参照形状データ」と称する。一例としての実施形態において、コントローラ１８は、判定形状データによって示される長さ、幅、高さ、寸法、角度、配向、及び／又はその他の情報を、各参照形状データに関連付けられて記憶された情報と比較してもよい。コントローラ１８は、判定形状データと参照形状データとの間で最もよく照合するものを識別してもよい。各参照形状データは作業現場２０の特有の位置に対応するため、コントローラ１８は、この対応位置に基づいて機械１０の位置判定を行ってもよい。
【００１７】
種々の実施形態において、例えば、作業現場２０の種々の位置に類似の特徴が含まれている場合、又は、作業現場２０が繰り返しのレイアウトからなる場合、コントローラ１８は、判定形状データと参照形状データとの間に特有の合致を見出すことが困難となることもある。このような実施形態において、コントローラ１８は、確実性及び／又は高い精度を持って機械１０の位置判定を行うことができないこともある。例えば、図２に示すとおり、領域Ｉ及び領域ＩＩの側壁２４は、各々、略類似の形状を有していることもある。機械１０は領域Ｉの付近に在り、光感知装置３２で領域Ｉの側壁２４を走査してもよい。しかしながら、この走査に応じてコントローラ１８によって取得された判定形状データは、領域Ｉ及び領域ＩＩに配置された側壁の表面形状に対応する２つの異なる参照形状データにほぼ合致することもある。このような状況において、コントローラ１８は、機械１０が領域Ｉの位置に在るのか、若しくは、領域ＩＩの位置に在るのかを確定できないこともある。従って、このような実施形態においては、機械１０の位置判定を行う際に、光感知装置３２に加えて読取装置３４及びタグ装置３６を利用してもよい。
【００１８】
読取装置３４及び／又はタグ装置３６は、信号を生成、送信、及び／又は受信する装置であってもよい。いくつかの実施形態において、読取装置３４及び／又はタグ装置３６によって生成、送信、及び／又は受信された信号は、無線周波数信号であってもよい。例えば、読取装置３４は、ＲＦＩＤ（無線周波数識別）リーダーであってもよく、タグ装置３６は、アクティブＲＦＩＤタグであってもよく、このアクティブＲＦＩＤタグは（パッシブタグとは反対に）まず信号を受信することなく、アクティブに信号を生成してもよい。読取装置３４及びタグ装置３６は双方ともに、無線周波数信号を送信する送信機、無線周波数信号を受信する受信機、及び／又は、無線周波数の送受信を行う送受信機を備えてもよい。いくつかの実施形態において、タグ装置３６は、機械１０上に載置されてもよく、読取装置３４は、例えば作業現場２０の地下トンネルの側壁２４及び天井に接する位置、又は、その内部等、作業現場２０の任意の地点に載置されてもよい。いくつかの実施形態において、機械１０に２つ以上のタグ装置３６が配されてもよく、各タグ装置３６は、機械１０上の特有の位置に配置されてもよい。例えば、個々のタグ装置３６は、機械１０の前方及び後方に配置されてもよい。いくつかの実施形態において、２つ以上の読取装置３４が、作業現場２０の種々の地点に載置されてもよい。いくつかの実施形態において、読取装置３４及びタグ装置３６は、１つ又は複数の読取装置３４が機械１０に取り付けられ、１つ又は複数のタグ装置３６が作業現場２０の種々の地点に取り付けられるように入替えられてもよい。
【００１９】
いくつかの実施形態において、タグ装置３６は、無線周波数信号を生成及び送信し、読取装置３４は、タグ装置３６によって生成された無線周波数信号を受信してもよい。読取装置３４は、無線周波数信号の受信に応じて、応答信号を生成及び送信してもよく、タグ装置３６は、応答信号を受信してもよい。そして測位システム３０は、タグ装置３６による無線周波数信号の送信からタグ装置３６による応答信号の受信までの経過時間に基づき、読取装置３４とタグ装置３６との間の距離を判定してもよい。いくつかの実施形態において、タグ装置３６は、例えば、タグ装置３６内に配置され、且つ／又は、タグ装置３６に関連付けられたプロセッサを使用して、距離を算出してもよい。いくつかの実施形態において、タグ装置３６は、例えば、タグ装置３６内に配置され、且つ／又は、タグ装置３６に関連付けられたメモリ内に、算出された距離を記憶してもよい。例えば図２に示すとおり、測位システム３０のコントローラ１８のプロセッサ及び記憶モジュールは、読取装置３４とタグ装置３６との間の距離を算出し、記憶してもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１８は、記憶されたこれらの距離を使用して、機械１０の位置判定を行ってもよい。以下、図５及び図６を参照して、読取装置３４及びタグ装置３６を利用して作業現場２０における機械１０の位置判定を行う実施形態を詳細に説明する。
【００２０】
いくつかの実施形態において、測位システム３０が複数の読取装置３４を備える場合、タグ装置３６は無線周波数信号を送信してもよく、複数の読取装置３４のうちの１つ又は複数は、無線周波数信号を受信する範囲内にあってもよく、順に応答信号を送信してもよい。タグ装置３６からの無線周波数信号と各読取装置３４からの応答信号とには、どのタグ装置３６から無線周波数信号が発信されているのか、且つ、どの読取信号３４から応答信号が発信されているのかを一意に識別する情報が含まれてもよい。従って、タグ装置３６は複数の応答信号を受信し、複数の距離を算出してもよく、この複数の距離は各々、応答信号を送信した複数の読取装置３４から特定の読取装置３４までに対応している。いくつかの実施形態において、コントローラ１８は、この複数の距離のうちの１つ又は複数を算出及び／又は記憶してもよい。さらに他の実施形態において、タグ装置３６は、この算出された距離のうちの１つ又は複数を記憶してもよい。
【００２１】
他の実施形態において、読取装置３４及びタグ装置３６の役割は、読取装置３４が無線周波数信号を生成及び送信し、タグ装置３６が無線周波数信号を受信して応答信号を送信し、読取装置３４が応答信号を受信するという具合に切り替えられてもよい。タグ装置３６と読取装置３４との間の距離は、読取装置３４による無線周波数信号の送信から応答信号の受信までの経過時間に基づいて判定されてもよい。いくつかの実施形態において、読取装置３４は、１つ又は複数の距離を算出及び記憶してもよい。他の実施形態において、読取装置３４に関連付けられたプロセッサ及び記憶装置が、１つ又は複数の距離を算出及び記憶してもよい。
【００２２】
本開示の目的のため、読取装置３４及びタグ装置３６は入替えられてもよい。この柔軟性を反映するため、読取装置３４及びタグ装置３６はさらに、本開示全体を通じて「第１信号装置」及び「第２信号装置」と称するが、これは必ずしも、各々読取装置３４及びタグ装置３６に対応していなくてよい。つまり、第１信号装置が読取装置３４であり、第２信号装置がタグ装置３６であってもよく、若しくは、第１信号装置がタグ装置３６であり、第２信号装置が読み取り装置３４であってもよい。一例としての実施形態において、第１信号装置からの開始信号は、第２信号装置によって受信されてもよい。第２信号装置は、第１信号装置からの開始信号の受信に応じて、応答信号を生成してもよい。開始信号を生成した第１信号装置は、２つの装置間の距離を判定すべく、応答信号を受信してもよい。種々の実施形態において、第１信号装置が機械１０上に配置され、第２信号装置が作業現場２０内の固定地点に配置されてもよい。他の実施形態において、第１信号装置が作業現場２０内の固定地点に配置され、第２信号装置が機械１０上に配置されてもよい。
【００２３】
例えば、タグ装置３６は、アクティブRFIDタグであってもよく、読取装置３４はRFIDリーダーであってもよい。複数のタグ装置３６は、作業現場２０の種々の固定位置に搭載されてもよく、読取装置３４は、機械１０に取り付けられてもよい。タグ装置３６は、例えば、無線周波数信号を読取装置３４に送信し、読取装置３４から応答信号を受信し、無線周波数信号の送信から応答信号の受信までの経過時間を測定することにより、距離測定を開始してもよい。いくつかの実施形態において、タグ装置３６は、作業現場２０における１つ又は複数の機械１０に取り付けられたすべての読取装置３４により、同時に、距離測定を開始してもよい。いくつかの実施形態において、機械１０に搭載された読取装置３４は、随時、タグ装置３６からの距離測定値を検索することができる。種々の実施形態において、読取装置３４は、その後、以下に図５、図６、及び図７を参照して検討する位置判定方法を実施するために、検索した距離測定値をコントローラ１８に送信してもよい。
【００２４】
他の一例としての実施形態において、タグ装置３６は、作業現場２０の種々の固定位置に搭載されたアクティブＲＦＩＤタグであってもよく、読取装置３４は機械１０に取り付けられてもよいが、読取装置３４は、例えば、タグ装置３６へ無線周波数信号を送信し、タグ装置３６から応答信号を受信することによって距離測定を開始し、距離判定を行ってもよく、無線周波数信号の送信間の経過時間を測定してもよい。いくつかの実施形態において、読取装置３４は、その後、以下に検討する位置判定方法を実施するため、コントローラ１８に経過時間の測定値を送信してもよい。
【００２５】
さらに他の一例としての実施形態において、タグ装置３６は、機械１０に取り付けられたアクティブＲＦＩＤタグであってもよく、読取装置３４は、図２、３、４、８、９、及び１０に示すような、作業現場２０における種々の固定位置に搭載されたＲＦＩＤリーダー３４であってもよい。タグ装置３６は、例えば、無線周波数信号を読取装置３４に送信し、読取装置３４から応答信号を受信し、無線周波数信号の送信から応答信号の受信までの経過時間を測定することにより、距離測定を開始してもよい。いくつかの実施形態において、タグ装置３６は、その後、以下に検討する位置判定方法を実施するため、コントローラ１８に経過時間の測定値を送信してもよい。
【００２６】
図２に示す実施形態において、測位システム３０は、複数の読取装置３４を備える。タグ装置３６は、複数の読取装置３４の各々から応答信号を受信し、各読取装置３４に対応する受信応答信号に基づき、各読取装置３４までの距離を判定してもよい。そしてコントローラ１８は、従来既知のプロセスにより、機械１０が配置されている可能性のある作業現場２０内の位置を狭めるため、複数の読取装置３４までの距離を使用してもよい。このようなプロセスには、例えば、三辺測量が含まれてもよい。三辺測量のプロセスでは、関心対象と２つ以上の固定地点との間の既知の距離を、各固定地点に関連付けられた円の半径として使用する。円の交差する位置を、関心対象の位置として利用してもよい。いくつかの実施形態において、測定距離にはノイズ又は誤差があるため、三辺測量によって判定した位置を近似位置４０としてもよい。例えば、このような誤差は、タグ３６及び／又は読取装置３４内の電気的ノイズ、及び／又は、タグ装置３６及び／又は読取装置３４の無線周波数信号に対する、無線周波数範囲内で信号を発信する他の装置による干渉によって引き起こされることもある。またこのような誤差は、作業現場２０内の対象物による、無線周波数信号の反射及び／又は吸収によって引き起こされることもある。図２に示すとおり、近似位置４０は、機械１０の具体的位置とは対照的に、機械１０が存在し得る位置の範囲であってもよい。測位システム３０は、光感知装置３２によって取得された判定形状と併せて近似位置４０を利用することにより、機械１０の具体的位置を判定してもよい。例えば、図２に示すとおり、測定システム３０は、機械１０上のタグ装置３６と作業現場２０における読取装置３４との間の距離に基づき、領域Ｉの近傍に近似位置４０を判定してもよい。従って測位システム３０は、光ユニット３２によって取得した判定形状が領域Ｉ及び領域ＩＩの双方の側壁２４の形状と合致していても、作業現場２０において領域ＩＩでなく、領域Ｉの近傍に機械１０が在るようだと判定してもよい。一例としての実施形態において、測位システム３０は、読取装置３４及びタグ装置３６を使用して近似位置４０が一旦判定されると、光ユニット３２からの判定形状データを使用して、領域Ｉの近似位置４０のどこに機械１０が在るかを具体的にピンポイントで特定してもよい。
【００２７】
図３及び図４の一例としての作業現場２０に示すとおり、追加の例としての実施形態において、測位システム３０は、コントローラ１８、読取装置３４、及びタグ装置３６を備えてもよく、光感知装置３２は省略されてもよい。図３及び図４において、機械１０は、作業現場２０の車道２２上に示されており、矢印４２で示される方向を向いて配向されている。作業現場２０はさらに、種々の位置において複数の読取装置３４を備えて示されている。図３及び図４の実施形態において、測位システム３０は、機械１０に取り付けられた１つ又は複数のタグ装置３６と、作業現場２０の種々の地点に取り付けられた１つ又は複数の読取装置３４との間の距離Ａ、Ｂ、Ｃを判定してもよい。図３には３つの読取装置３４及び３つの距離Ａ、Ｂ、Ｃが示されているが、種々の実施形態において、４つ以上又は３つ未満の読取装置３４が備えられてもよく、測位システム３０は、４つ以上又は３つ未満の距離を判定してもよい。測位システム３０は、これらの距離Ａ、Ｂ、Ｃに基づいて機械１０の位置判定を行ってもよい。しかしながら、前述のとおり、いくつかの実施形態によっては、読取装置３４、タグ装置３６、又は作業現場の環境によって誤差又はノイズが導入されるため、距離判定の精度が制限されてしまうこともある。測位システム３０は、精度の制限により、機械１０が存在し得る近似位置４０のみを判定できるようにしてもよい。
【００２８】
また、いくつかの実施形態において、読取装置３４、タグ装置３６、及び機械１０の位置は、読取装置３４と、機械１０に備えられたタグ装置３６との間の距離Ａ、Ｂ、Ｃに基づき、測位システム３０が複数の近似位置４０を判定してもよいような位置であってもよい。例えば、測位システム３０が作業現場２０の２つの異なる位置に取り付けられた２つの読取装置３４を備えており、タグ装置３６を備えた機械１０が、既知の幾何学的原則に応じて、双方の読取装置から等距離に在る場合、作業現場２０内において機械が存在し得る場所は少なくとも２つある。従って、測位システム３０は、距離情報に対応する特有の近似位置４０を判定できないこともある。このような実施形態においては、機械１０の位置判定をより精密に行うことが望ましいこともある。
【００２９】
従って、このような実施形態において、測位システム３０は、作業現場２０における機械１０の具体的位置を判定するために、反復プロセスにおいて、読取装置３４及びタグ装置３６からの情報を利用してシミュレーションを実施してもよい。このようなシミュレーションには、例えば、パーティクルフィルタ推定技術及び／又は従来既知のその他のシミュレーション技術が含まれてもよい。以下、図７を参照して詳細に説明するとおり、このようなシミュレーションには、記憶された作業現場２０のマップに１つ又は複数のパーティクル３８を投入することが含まれてもよい。図３、４、８、９、及び１０に示すとおり、一例としてのパーティクル３８は、機械について可能性のある位置及び／又は配向を示す仮想インジケータからなってもよい。例えば、このような位置インジケータは、ｘ軸に関連付けられたｘ座標と、ｙ軸に関連付けられたｙ座標とからなってもよい。一例としてのｘ軸及びｙ軸を図３及び図４に示す。またこのような配向インジケータは、例えば、正のｘ軸に対する回転角度、又は、ｘ値及びｙ値によって特徴付けられる２次元単位ベクトルからなってもよい。図３及び図４において、矢印４４は、パーティクル３８の配向を視覚的に表現している。以下、詳細に説明するとおり、このようなシミュレーションが行われる間、位置システム３０は、コントローラ１８の記憶モジュールに記憶されているマップにパーティクル３８をランダムに投入してよく、各パーティクル３８は、ランダムに生成された初期位置及び配向４４を有する。そしてパーティクル３８の各位置及び／又は配向４４は、測位システム３０により、更新されたパーティクル３８の空間的収束によって示された機械１０の具体的位置を判定することができるようになるまで、読取装置３４及びタグ装置３６からの情報に基づいて更新されてもよい。いくつかの実施形態において、このように判定された機械１０の位置は、読取装置３４とタグ装置３６との間の距離の単一の測定値のみに基づいて判定された位置に比して、より精密であり、且つ／又は、具体的である。
【００３０】
図５、６、及び７は、本開示の種々の測位システム３０を使用する一例としての方法に関連付けられたフローチャートであり、これらの一例としての方法は各々、本開示の概念をより説明するため、以下において検討するものとする。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本開示の測位システム３０は、位置判定が望まれるあらゆる携帯用機械に適用できてもよい。本開示の測位システム３０は、特に、機械１０がＧＰＳナビゲーションシステムへのアクセスを有さない、図２、３、及び４に示す一例としての作業現場２０等の地下採掘の適用例に適用できてもよい。
【００３２】
図２に示す一例としての測位システム３０及び図５に示す一例としてのフローチャートを参照すると、機械１０の位置判定を行う一例としての方法において、測位システム３０は、光感知ユニット３２により、車道２２、側壁２４、又は作業現場２０に関連付けられた他の部分又は対象物の走査を開始してもよく、車道２２、側壁２４、又は作業現場２０のその他の部分に関連付けられた判定形状データを生成してもよい（ステップ：５１０）。いくつかの実施形態において、判定形状データは、例えば、作業現場２０の側壁２４等の対象物の輪郭、長さ、幅、高さ、角度、配向、及び／又は、その他の形状を示す情報を含んでもよい。いくつかの実施形態において、判定形状データは、ベクトル形式、ビットマップ形式、又は従来既知のその他の形式であってもよい。いくつかの実施形態において、判定形状データは、従来既知の、例えば、質感、複雑さ、及び／又は滑らかさ等、上に列挙した以外の作業現場２０における対象物の物理的特徴を示すデータも含み得る。
【００３３】
前述のとおり、作業現場２０が多数の位置において類似の形状、幾何学性、及び／又はその他の物理的属性を有する表面を含んでいる実施形態において、判定形状データが提供する情報は、機械１０の具体的位置を判定するのに十分でないこともある。従ってステップ５１５において、測位システム３０は、タグ装置３６等の少なくとも１つの第１信号装置と、読取装置３４等の少なくとも１つの第２信号装置とを使用して機械１０の近似位置４０を判定してもよい。いくつかの実施形態において、近似位置４０は、第１信号装置と第２信号装置との間の距離を判定することによって判定されてもよい。
【００３４】
図６は、ステップ５１５において機械１０の近似位置４０を判定するのに使用されてもよい、第１信号装置と第２信号装置との間の距離を判定する一例としての方法を示すフローチャートである。図６に示す一例としての方法において、測位システム３０は、少なくとも１つの読取装置３４と、少なくとも１つのタグ装置３６とを使用してもよく、前述のとおり、いずれかの装置が第１信号装置又は第２信号装置である。図６に示すとおり、ステップ６５０において、タグ装置３６等の第１信号装置は、無線周波数信号を生成及び送信してもよい。いくつかの実施形態において、第１信号装置は、所定の規則的間隔で無線周波数信号を送信してもよい。一例としての実施形態において、このような間隔は、１秒未満であってもよく、又は１秒超であってもよい。無線周波数信号は、作業現場２０を横断してもよく、ステップ６５５において、読取装置３４等の第２信号装置によって受信されてもよい。ステップ６６０において、第２信号装置は、応答信号を生成及び送信することにより、無線周波数信号の受信に応答してもよい。いくつかの実施形態において、応答信号には、例えば、各第２信号装置に特有の識別情報又は座標情報が含まれてもよい。応答信号は、作業現場２０を横断してもよく、ステップ６５５において、無線周波数信号を送信した第１信号装置によって受信されてもよい。ステップ６７０において、測位システム３０は、第１信号装置による無線周波数信号の送信から、第１信号装置による応答信号の受信までの経過時間を判定してもよい。他の実施形態において、測位システム３０は、応答信号の送信から応答信号の受信までの経過時間等、他の経過時間を判定してもよい。ステップ６７５において、測位システム３０は、判定された経過時間と、例えば光の速度程度の既知の無線信号伝播速度とに基づき、第１信号装置と第２信号装置との間の距離を判定してもよい。例えば、測位システム３０は、応答信号の送信から受信までの経過時間で既知の伝播速度を乗算することにより、このような距離を判定してもよい。この距離は、例えば、読取装置３４の備えられた作業現場２０の位置と、タグ装置３６の備えられた機械１０の位置との間の距離に対応してもよい。
【００３５】
測位システム３０はさらに、図６に示す方法に従って、タグ装置３６の位置と、２つ以上の読取装置３４の位置との間の距離を判定してもよい。このような実施形態において、測位システム３０は、例えば、三辺測量プロセスにより、判定された複数の距離に基づき、機械１０の位置を判定してもよい。しかしながら、距離の測定値における誤差、ノイズ、及び／又はその他の精度に関する制約のため、判定された位置は近似位置４０とされてもよい。測位システム３０は、作業現場２０のマップデータにおける判定形状データの照合検索に集中するため、近似位置４０を使用してもよい。測位システム３０は、近似位置４０に検索を集中することにより、図５のステップ５２０及び５２５を参照して検討したとおり、機械１０の具体的位置を判定してもよい。
【００３６】
引き続き図５を参照すると、ステップ５２０において、測位システム３０は、ステップ５１０で生成された判定形状データと、作業現場２０と関連付けられた参照形状データとの合致を見出すよう試みてもよい。いくつかの実施形態において、測位システム３０は、合致を見出すため、作業現場２０に関連付けられたすべての参照形状データのセットから、参照形状データのサブセットを検索してもよい。例えば、測位システム３０は、ステップ５１５にて判定された近似位置４０である側壁２４の一部に対応する参照形状データのサブセットを検索してもよい。測位システム３０は、近似位置４０と関連付けられた参照形状データのサブセットから、ステップ５１０で生成された判定形状データと、参照形状データとの間の合致を識別してもよい。種々の実施形態において、この照合は、任意に数の形状合致アルゴリズム、画像認識ソフトウェア、及びその他の従来既知の方法を利用することによってなされてもよい。ステップ５２５において、測位システム３０は、合致している参照形状データの位置に対応する、機械１０の具体的位置を判定してもよい。
【００３７】
前述のとおり、機械１０の位置を判定する追加の一例としての実施形態には、光感知ユニット３２の使用が含まれていなくてもよい。このような一例としての実施形態において、測位システム３０は、作業現場２０における機械１０の具体的位置を判定するために、反復プロセスにおいて、例えば、タグ装置３６等の第１信号装置と、読取装置３４等の第２信号装置からの情報を利用したシミュレーションを実施することにより、機械１０の位置判定を行ってもよい。図７は、図３及び図４に示す一例としての測位システム３０によって使用されてもよい、機械１０の具体的位置を判定する一例としての方法を示したフローチャートである。
【００３８】
図７の実施形態において、機械１０は、図３及び４に示すとおり、光感知ユニット３２を備えていない測位システム３０を採用してもよい。ステップ７１０において、測位システム３０は、図３に示すとおり、作業現場２０のマップにパーティクル３８をランダムに投入してもよい。このようなパーティクル３８は、作業現場２０における機械１０の推定位置及び配向に関連付けられてもよい。測位システム３０が、ステップ７１０において、まず作業現場２０のマップにパーティクル３８をランダムに投入する際、各パーティクル３８の位置及び配向は双方ともに、ランダムに割り当てられてもよい。いくつかの実施形態において、ステップ７１０では、演算リソース及び／又は所望の収束等、従来既知の種々の要素に応じて、任意の数のパーティクル３８が生成されてもよい。例えば、いくつかの実施形態において、数千オーダーの数のパーティクル３８が適切とされてもよい。種々の実施形態において、パーティクル３８の数が減るほど、測位システム３０からの演算リソースは少なくて済むが、測位システム３０は、パーティクルの数が多いほど、シミュレーションが解に収束するまで、より少ない反復で機械１０の位置を判定することができる。
【００３９】
いくつかの実施形態において、測位システム３０が図７に示す方法を実施する際、機械１０が同一の位置及び／又は配向４２を維持しないこともあり、代わりに、作業現場２０内を移動することもある。このような実施形態において、測位システム３０は、機械１０の動きを考慮してもよい。例えば、機械１０は、前後に移動してもよく、左又は右に回転してもよく、且つ／又は、その他の既知の方法で位置を変更してもよく、ステップ７１２において、測位システム３０は、動きセンサ１５を使用して機械１０のこのような動きを検出してもよい。ステップ７１５において、測位システム３０は、検出された機械１０の動きに基づき、動きを反映させるために、パーティクル３８の位置及び／又は配向４４を更新してもよい。例えば、機械１０が一歩前進すると、すべてのパーティクル３８の現在位置は、ステップ７１５にて、マップ上を一歩分、前進してもよい。一例としての実施形態において、動きセンサ１５の精度における制限を反映させるため、ステップ７１５において、シミュレーションされた変化量をさらに導入してもよい。例えば、動きセンサ１５からの角度動作の測定値が５度以内の精度を有することが既知であり、機械１０が２０度回転する場合、パーティクル３８もまた、平均２０度回転する。しかしながら、センサ精度の変動を考慮すると、例えば２５度以上回転するパーティクル３８もあれば、僅かに１５度以下しか回転しないパーティクル３８が存在することもある。これらの変動の分布は、従来既知の統計的方法によって判定してもよい。例えば、特定の角度回転したパーティクル３８のパーセンテージを、２０度を中心としたガウス分布によって設定してもよい。
【００４０】
いくつかの実施形態において、ステップ７１５において、測位システム３０がパーティクル３８の位置及び配向を一旦更新すると、測位システム３０は、各パーティクル３８について更新された位置及び配向４４が機械１０の位置及び配向４２とどの程度まで近づいているかを示す、各パーティクル３８に関連付けられた確率を判定してもよい。例えば、いくつかの実施形態において、測位システム３０は、図７のステップ７１７、７２０、７２１、７２３、７２４、及び７２５のうちの１つ又は複数を実施することにより、各パーティクル３８に対するこのような確率を判定してもよい。
【００４１】
ステップ７１７において、測位システム３０は、機械１０上のタグ装置３６等の第１信号装置と、作業現場２０の種々の地点に配置された読取装置３４等の１つ又は複数の第２信号装置との間の距離を判定してもよい。この距離は、図６に示すステップを参照して前述したものと類似の方法により、判定されてもよい。例えば、測位システム３０は、タグ装置３６による無線周波数信号の発生からタグ装置３６による応答信号の受信までの経過時間に基づき、経過時間で無線周波数信号の伝播速度を乗算することにより、距離を算出してもよい。
【００４２】
ステップ７２０において、測位システム３０は、１つ又は複数判定された、機械１０に配された第１信号装置から作業現場２０の種々の地点に配置された１つ又は複数の第２信号装置までの距離に基づき、実測ベクトルを生成してもよい。このような実測ベクトルは、作業現場２０の種々の地点に配置された読取装置３４等の第２信号装置に対する、作業現場２０における機械１０の実際の位置に基づいてもよい。実測ベクトルには、機械１０から各読取装置３４までの距離及び方向に関する情報が含まれてもよい。図８は、タグ装置３６から各読取装置３４A、３４B、及び３４Cに延びる実測ベクトルＡ、Ｂ、Ｃの絵図である。実測ベクトルＡ、Ｂ、Ｃは、各々、機械１０から各読取装置３４までの距離と、機械１０から各読取装置３４までの方向を表している。他の一例としての実施形態において、実測ベクトルＡ、Ｂ、Ｃは、単一及び／又は複合の実測ベクトルＰを総称することができる。このような一例としてのベクトルＰを図８に示している。図８はさらに、配向４２を有する機械１０を示している。またパーティクル３８が機械１０との関連で示してあり、配向４４を有する。
【００４３】
種々の実施形態において、測位システム３０はさらに、パーティクル３８に関連付けられた推定位置から、実測ベクトルＰの生成に使用したのと同一の読取装置（３４A、３４B、３４C）までの距離に基づき、推定測定ベクトルＤ、Ｅ、Ｆを判定してもよい。図９は、パーティクル３８から各読取装置３４A、３４B、及び３４Cまで延びる推定測定ベクトルＤ、Ｅ、Ｆの絵図である。推定測定ベクトルＤ、Ｅ、Ｆは各々、パーティクル３８から各読取装置３４までの距離と、パーティクル３８から各読取装置３４までの方向とを表している。他の一例としての実施形態において、推定測定ベクトルＤ、Ｅ、Ｆは、単一及び／又は複合の推定測定ベクトルＱを総称することができる。このような一例としてのベクトルＱを図８に示している。図９は、図８に示したものと同一の位置、及び、読取装置３４に対する同一の配向４４を有するパーティクル３８を示しているという点で、図８に対応している。しかしながら、図面を分かりやすくするため、図９では機械１０を省略している。推定測定ベクトルＱは、各読取装置３４A、３４B、及び３４Cに対するパーティクル３８の推定位置及び配向４４を示している。いくつかの実施形態において、測位システム３０は、ステップ７２１にて、推定測定ベクトルＱを判定するため、パーティクル３８の推定位置と、ステップ７２０で実測ベクトルＰを生成するために使用した同一の読取装置３４のセットの位置との距離を判定してもよい。例えば、測位システム３０は、各読取装置３４A、３４B、３４Cの既知の位置とパーティクル３８の推定位置との間の差を計算することにより、各距離を判定してもよい。
【００４４】
図８及び９に示すとおり、一例としての実施形態において、実測ベクトルＰ及び推定測定ベクトルＱは、機械１０及びパーティクル３８の位置及び配向の差により、互いに合致しないこともある。従って、ステップ７２４において、測位システム３０は、実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差を判定してもよい。図８及び図９に示す一例としての実施形態において、測位システム３０は、単一の参照フレームにおいて、２つの測定ベクトルＰ及びＱの一方又は双方を互いに対して転換及び回転することにより、実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差を判定してもよい。例えば、ステップ７２４において、実測ベクトルＰは、図８の測定ベクトルＰ’に示すように、パーティクル３８を中心とするように転換されてもよい。さらに図８において、パーティクル３８を中心とする測定ベクトルＰ’はまた、パーティクル３８の配向４４と機械１０の配向４２との間の回転量の差に対応するだけ、パーティクル３８の配向４４に対して回転される。転換及び／又は回転された測定ベクトルＰ’は、各々、実測ベクトルＰの成分Ａ、Ｂ、及びＣに対応する成分Ａ’、Ｂ’、及びＣ’を含む。一例として、パーティクル３８が機械１０に対して時計周りに１５度の方向に配向されている場合、転換及び／又は回転された測定ベクトルＰ’もまた、実測ベクトルＰに対して反時計周りに１５度回転されてもよい。測位システム３０は、実測ベクトルＰを一旦転換及び／又は回転すると、転換及び／又は回転した測定ベクトルＰ’を推定測定ベクトルＱと比較してもよく、これらはともに図９に示してある。例えば、測位システム３０は、転換及び／又は回転された測定ベクトルＰ’と推定測定ベクトルＱとの間のベクトルの差を判定してもよい。例えば、このようなベクトルの差は、各成分Ａ’及びＡ、Ｂ’及びＢ、Ｃ’及びＣのベクトルの差を個々に算出することによって算出されてもよい。ベクトルの差は、Ａ’等の一方のベクトルの各要素と、Ａ等の他方のベクトルの対応する要素との差をとることによって算出されてもよい。いくつかの実施形態において、測位システム３０はさらに、機械１０の実測ベクトルＰとパーティクル３８の推定測定ベクトルＱとの間の差を判定するため、ベクトルＰ’とＱとの間のベクトルの差の大きさを算出してもよい。ステップ７２４において、測位システム３０は、例えば、測位システム３０によって作業現場２０のマップに投入された各パーティクル３８の測定ベクトルＰ’とＱとの差を判定することにより、実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差を判定してもよい。
【００４５】
ステップ７２５において、測位システム３０は、この差に基づき、各パーティクル３８に重みを割り当ててもよい。例えば、特定のパーティクル３８に対する実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差が他のパーティクル３８より小さい場合、これは、特定のパーティクル３８の位置及び配向が機械１０の位置及び配向を精密に推定したものである確率がより高いことを示している。特定のパーティクル３８に対する実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差が他のパーティクル３８より大きい場合、これは、特定のパーティクル３８の位置及び配向が機械１０の位置及び配向を精密に推定したものである確率がより低くなることを示している。したがって、いくつかの実施形態において、ステップ７２５では、測位システム３０は、構成可能な範囲の重みから、他のパーティクル３８に対応する実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとのベクトルの差に比して実測ベクトルＰとのベクトルの差が小さい対応推定測定ベクトルＱを有するパーティクル３８に、より高い確率を示す大きな重みを割り当ててもよい。測位システム３０は、他のパーティクル３８に対応する実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとのベクトルの差に比して実測ベクトルＰとのベクトルの差が大きい対応推定測定ベクトルＱを有するパーティクル３８に、より低い確率を示す小さな重みを割り当ててよい。
【００４６】
例えば、図８及び図９を参照すると、ステップ７２５において、測位システム３０は、ステップ７２４において判定された実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差に基づき、特別な重みをパーティクル３８に割り当ててもよい。一方、図１０は、機械１０の位置及び配向４２により合致する位置及び配向４４を有する異なるパーティクル３８を示している。このような実施形態において、測位システム３０は、図１０における実測ベクトルＰと推定測定ベクトルＱとの間の差がより小さいため、図８及び図９に示すパーティクル３８に割り当てた重みより比較的大きな重みを図１０のパーティクル３８に割り当ててもよい。他の実施形態において、従来既知の他の方法を使用して各パーティクル３８への重みを判定することが考えられる。
【００４７】
図７のステップ７３０において、測位システム３０は、パーティクル３８の新たなセットをマップに再投入してもよい。種々の実施形態において、このマップには、前回のパーティクル３８のセットの一部又は全部を再生又は保持することによって再投入を行ってもよい。いくつかの実施形態において、どのパーティクル３８を保持するか、及び、何個のパーティクルを保持するかはランダムに選択されるが、選択される確率は、ステップ７２５で各パーティクル３８に割り当てた重みに比例してもよい。さらに、特定のパーティクル３８の再利用率は、いくつかの実施形態において、そのパーティクル３８に割り当てられた重みに比例してもよい。大きな重みを有するパーティクル３８は、重みに比例して、複数回、ランダムに選択されてもよい。小さな重みを有するパーティクル３８は、より少ない回数、ランダムに選択されるか、若しくは全く選択されなくてもよい。このような実施形態において、測位システム３０は、前回のセットからのパーティクル３８を新たなセットにおいて１回又は複数回再利用して、パーティクル３８の前回のセットを再度サンプリングしてもよい。例えば、前回のパーティクル３８のセットは、１００個のパーティクルを含んでもよく、各パーティクル３８にはステップ７２５で重みが割り当てられる。測位システム３０は、大きな重みを有するパーティクル３８を選択する可能性が高くなるように、前回のパーティクル３８のセットからパーティクル３８をランダムに選択することにより、次のパーティクル３８のセットにおいて第１パーティクル３８を生成してもよい。このように、異なるパーティクル３８を選択する確率を増したランダムな選択は、従来既知の種々の方法で具体化されてもよい。例えば、測位システム３０がランダム選択プロセスを開始するのに先立って、測位システム３０が、選択対象のパーティクル３８の代表プールを生成してもよい。代表プールには、前回のセットのパーティクル３８すべてを含んでもよいが、各パーティクル３８への重みに比例して、パーティクル３８の一部又はすべての倍数分を含んでもよい。このような例では、パーティクル３８の代表プールにおいて、より大きな重みを有するパーティクル３８が、より小さな重みを有するパーティクル３８に比して多くの回数、代表となってもよい。したがって、測位システム３０は、パーティクル３８の代表プールからランダムに選択を行う際、代表プールにおいてより小さなパーセンテージを占めるパーティクル３８に比して、代表プールにおいてより大きなパーセンテージを占めるパーティクル３８を多く選択してもよい。そして測位システム３０は、例えば、同一の各パーティクルセットから再びランダムに選択を行うことにより、次のパーティクル３８のセットにおいて、他のすべてのパーティクル３８の生成を継続するようにしてもよい。パーティクル３８の重み情報を組み込んだ、パーティクル３８の代表を選ぶための他のいかなるモードが使用されてもよい。
【００４８】
ステップ７３０の結果として、次のパーティクル３８のセットには、機械１０と同一位置である可能性のより高い位置の周辺に群がったパーティクル３８と、機械１０の配向４２と同一である可能性のより高い配向４４を有するパーティクル３８がより多く含まれてもよい。そして測位システム３０は、新たなパーティクル３８のセットを使用して、ステップ７１５〜７３０を繰り返してもよい。測位システム３０は、閉ループで、ステップ７１５〜７３０を繰り返し継続てもよい。種々の実施形態において、複数回の反復を行った後、パーティクル３８の大部分は、図４に示すとおり、機械１０の実際の位置の付近に位置づけられてもよい。パーティクル３８の大部分はさらに、機械１０の配向４２（図示せず）に近い配向４４を有してもよい。図４において、機械１０は、反復の発生している間に移動したものとして示されており、測位システム３０によって実施される一例としての方法が動的な状況において発生してもよいことが示されている。このような状況において、パーティクル３８は、機械１０をより精密に推定すべく更新されてもよく、さらに、移動中の機械１０の位置及び配向４２の変化を反映すべく更新されてもよい。最終的に、パーティクル３８は、機械１０が持続的に移動しているとしても、機械１０の位置及び配向４２上に収束されてもよい。
【００４９】
ステップ７３５において、各反復の終了後、測位システム３０は、終了条件が満たされたか否かを判定してもよい。ステップ７３５におけるこのような判定には、例えば、パーティクル３８の量的拡散が閾値を上回るか、又は、下回ることを確認するか、若しくは、反復が所定回数実施されたか否かを判定することが含まれてもよい。一例としての実施形態において、量的拡散は、標準偏差、統計的範囲、及び／又は従来既知のその他の基準等、パーティクル３８の位置及び／又は配向の値における変動を示す値であってもよい。終了条件が満たされない場合（ステップ７３５で「ＮＯ」）、測位システム３０は、ステップ７１５に戻り、ステップ７１５〜７３０の実施を継続してもよい。終了条件が満たされた場合（ステップ７３５で「ＹＥＳ」）、測位システム３０は、ステップ７４０にて、機械１０の位置を算出及び／又は判定してもよい。例えば、測位システム３０は、機械１０の具体的位置の最適な推定値を生成するため、パーティクル３８の位置の平均をとってもよい。従来既知のその他の計算を使用して、機械１０の具体的位置の最適な推定値を判定することも考えられる。いくつかの実施形態において、測位システム３０はさらに、推定の精度を判定するために、パーティクル３８の位置及び／又は配向４４の量的拡散を判定してもよい。例えば、パーティクルの位置が緩やかに拡散している場合、パーティクルが高度に集中している場合に比して、推定精度における確実性は低くなる。例えば、任意の２つのパーティクル間の最長距離が、７５メートル等の構成可能な閾値を下回る場合、測位システム３０は、推定値の精度が高いものと判断してもよい。このような例において、閾値は、他の適切な値に設定されてもよい。種々の実施形態において、測位システム３０は、継続的リアルタイム追跡システムであってもよく、従ってステップ７３５にて終了条件が満たされ、機械１０の位置が判定された後であっても、機械１０が動き続ける限り、パーティクル３８は継続して更新されてもよい。すなわち、測位システム３０は、機械１０が動き続ける間、機械１０の位置を精密に、且つ、更新しながら判定し続けるために、機械１０の位置判定が終了した後であっても、ステップ７１５〜７３０を実施し続けてもよい。
【００５０】
種々の実施形態において、機械１０とタグ装置３６等の第１信号装置は、任意のタイミングで、作業現場２０における読取装置３４等のすべての第２信号装置のサブセットと通信を行うことのできる物理的範囲内にあってもよい。図６に示す方法には、第１信号装置との通信を行うことができる物理的範囲内に存在する、作業現場２０のすべての第２信号装置のサブセットが含まれてもよい。図７に示す方法が反復して実施される際、機械１０は、当初は通信範囲内にあった一部の読取装置３４がもはや範囲から出てしまい、範囲内になかった読取装置３４が範囲内に入ってくるように移動することもある。種々の実施形態において、各反復を調整することにより、現在通信範囲内にある一部／全部の第２信号装置から受信した信号を使用することができる。
【００５１】
いくつの利点が本開示の測位システムの実施形態に関連付けられてもよい。例えば、機械１０の位置判定はライダーに依存していないため、作業現場２０において光線信号の光源を妨害する土壌及びその他の人工物が機械１０の位置判定を妨げることがないようにしてもよい。ライダーがなくても、無線周波数信号を利用して、機械１０の高精度の位置判定を行うことができるようにしてもよい。
【００５２】
当業者にとって、本開示の測位システム３０には種々の修正及び変更が加えられることは明らかであろう。例えば、いくつかの実施形態において、第１信号装置及び第２信号装置の数は、位置判定の精度の具体的レベルに応じて最適化されてもよいと考えられる。他の実施形態において、第１信号装置及び第２信号装置の数は、測位システム内の構成要素の数の最小化及び簡素化を目的として最適化されてもよい。いくつかの実施形態において、コントローラ１８は、機械１０以外の任意の場所に配置されてもよく、若しくは、複数のコントローラ１８が種々の位置に配置されてもよい。例えば、コントローラ１８は、作業現場２０に関連付けられたコンピュータシステムの一部であってもよく、あるいは遠隔システムの一部であってもよい。いくつかの実施形態において、測位システムの任意の構成要素が、測位システムの他の構成要素と有線又は無線で通信を行ってもよい。当業者は、本開示の測位システムの明細書を考慮し、実践を行うことにより、本方法及び本システムの他の実施形態も明らかとなるであろう。明細書及び実施例は例示のみを目的としており、真の範囲は、以下の請求書及びその同等物によって示される。
【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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【国際調査報告】
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