(57)【要約】  作業現場（２０）における機械（１０）の位置を判定する方法を開示する。該方法は、ライダー部（３２）を用いた機械（１０）に対するライダー測量値からの入力データ（１０２）を判定するステップを含む。該入力データ（１０２）は、ライダー部（３２）と作業現場（２０）における各光反射点との距離に関連付けられている。該方法は、作業現場（２０）内の周知の場所（３５）に位置する第１信号装置（３４）と、機械（１０）上に位置する第２信号装置（３６）の間で無線通信を行うステップを更に含む。該方法は、少なくとも無線通信に基づいて機械（１０）に対する位置データを判定するステップと、位置データおよび入力データ（１０２）に基づいて機械の位置を判定するステップとを更に含む。加えて、該方法を実行するシステム（３０）を開示する。【選択図】図２
2016536613.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作業現場における機械の位置を判定する方法であって、
ライダー部を用いた前記機械に対するライダー測量値からの入力データであって、前記ライダー部と前記作業現場における各光反射点との距離に関連付けられている入力データを判定するステップと、
前記作業現場内の周知の場所に位置する第１信号装置と、前記機械上に位置する第２信号装置の間で無線通信を行うステップと、
少なくとも前記無線通信に基づいて前記機械に対する位置データを判定するステップと、
前記位置データおよび前記入力データに基づいて前記機械の位置を判定するステップとからなることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記位置データおよび前記入力データに基づいて前記機械の位置を判定するステップは、
複数の基準データからなり、それぞれの基準データは前記作業現場において対応する基準位置から捕らえたライダー測量値を示し、またそれぞれの基準位置は、前記位置データが示す位置と近接関係を結んでいる第１比較データを、前記入力データと比較するステップと、
前記比較が所定の条件を満たした場合、前記入力データに対応する基準データに基づいて前記機械の第１位置を識別するステップとを更に含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記比較が前記所定の条件を満たせなかった場合、
前記第１信号装置と前記第２信号装置との後続無線通信に基づいて前記位置データを更新するステップと、
前記更新位置データと、前記入力データ或いは更新入力データとに基づいて前記機械の位置を判定するステップとを更に有することを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記位置データは前記第１信号装置から前記機械までの距離に基づき、前記距離は前記無線通信の特性に関連付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記特性は、前記第１信号装置から前記距離ほど離れた所における前記無線通信の信号の限界信号強度、および、前記第１信号装置から前記距離ほど離れた所における前記無線通信の信号の測定信号強度のうちいずれか一つであることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記特定は、前記無線通信の時間ベース特性であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項７】
前記無線周波数信号通信は、超広帯域無線通信であることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記無線通信は少なくとも一回の往復通信からなり、
前記少なくとも一回の往復通信は、それぞれ、前記第１信号装置と前記第２信号装置のうちいずれか一方に当たる開始装置から第１信号を伝送するステップと、前記第１信号装置と前記第２信号装置のうち他方に当たる応答装置から前記開始装置へ応答信号を伝送するステップとを含み、
前記時間ベース特性は前記無線通信に関連付けられた双方向飛行時間であって、前記位置データは前記双方向飛行時間に基づいて判定されることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
第１信号の伝送、並びに応答信号の伝送は、それぞれ、データの複数回伝送を含み、
前記データには、双方向飛行時間を判定するために、コヒーレント処理を施していることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
カルマンフィルタを用いて、それぞれの往復通信に対して判定した複数の飛行時間から前記位置データを判定するステップを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
動作センサから得た動作情報と、前記無線通信とに基づいて、前記機械に対する前記位置データを判定するステップを含むことを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１２】
前記位置データは判定した複数の飛行時間から判定され、
該位置データは粒子フィルタを用いて得たものであることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記第２信号装置と、前記作業現場内の別の周知の場所に位置する第３信号装置の間で無線通信を行うステップと、
前記第１信号装置と前記第２信号装置との前記無線通信、並びに、前記第２信号装置と前記第３信号装置との前記無線通信に基づいて、前記機械に対する前記位置データを判定するステップとからなることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項１４】
前記入力データを更新するステップと、
複数の基準データからなり、それぞれの基準データは前記作業現場において対応する基準位置から捕らえたライダー測量値を示し、またそれぞれの基準位置は、前記第１位置と近接関係を結んでいる第２比較データを、前記入力データと比較するステップと、
前記比較が所定の条件を満たした場合、前記入力データに対応する基準データに基づいて前記機械の第２位置を識別するステップとを更に含むことを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項１５】
作業現場における機械の位置を判定するシステムであって、
前記機械に付着されており、ライダー測量値を捕らえてライダー部と前記作業現場における各光反射点との距離に関連付けられている入力データを生成するライダー部と、
前記作業現場内の周知の場所に位置する位置決め用の第１信号装置と、前記機械に付着されている第２信号装置とからなり、前記第１信号装置と前記第２信号装置の間で無線通信を行う無線通信システムと、
前記ライダー部および前記無線通信システムと通信を行い、少なくとも前記無線通信に基づいて前記機械に対する位置データを判定し、更に、前記位置データおよび前記入力データに基づいて前記機械の位置を判定する制御システムとからなることを特徴とする、システム。
【請求項１６】
前記位置データおよび前記入力データに基づいた前記機械の位置の判定において、
複数の基準データからなり、それぞれの基準データは前記作業現場において対応する基準位置から捕らえたライダー測量値を示し、またそれぞれの基準位置は、前記位置データが示す位置と近接関係を結んでいる第１比較データを、前記入力データと比較し、
前記比較が所定の条件を満たした場合、前記入力データに対応する基準データに基づいて前記機械の第１位置を識別することを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１７】
前記位置データは前記第１信号装置から前記機械までの距離に基づき、前記距離は前記無線通信の特性に関連付けられていることを特徴とする、請求項１５に記載のシステム。
【請求項１８】
前記無線通信は少なくとも一回の往復通信からなり、
前記少なくとも一回の往復通信は、それぞれ、前記第１信号装置と前記第２信号装置のうちいずれか一方に当たる開始装置から第１信号を伝送するステップと、前記第１信号装置と前記第２信号装置のうち他方に当たる応答装置から前記開始装置へ応答信号を伝送するステップとを含み、
前記特性は前記無線通信に関連付けられた双方向飛行時間であることを特徴とする、請求項１７に記載のシステム。
【請求項１９】
前記第１信号装置および前記第２信号装置は超広帯域無線周波数測距装置であり、前記無線周波数信号通信は超広帯域無線通信であることを特徴とする、請求項１５に記載の方法。
【請求項２０】
作業現場における機械の位置を判定する方法であって、
ライダー部を用いた前記機械に対するライダー測量値からの入力データであって、前記ライダー部と前記作業現場における各光反射点との距離に関連付けられている入力データを判定するステップと、
前記作業現場内の周知の場所に位置する第１信号装置と、前記機械上に位置する第２信号装置の間で超広帯域無線通信を行うステップと、
前記第１信号装置と前記第２信号装置との無線通信、つまり超広帯域無線通信に関連付けられている双方向飛行時間に少なくとも基づき、前記機械に対する位置データを判定するステップと、
前記位置データおよび前記入力データに基づいて前記機械の位置を判定するステップとからなることを特徴とする、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一般的に、移動物体、例えば可動機械に用いられる位置決めシステムに関するものであり、具体的には、地下環境における該移動物体の高精密度位置決めに関する。
【背景技術】
【０００２】
運搬トラック、ドリル、ローダ、コンベヤ、その他の重装備などを含む機械は、通常、様々な地下採掘作業に用いられる。地上の採掘作業とは異って、地下採掘現場ではＧＰＳ（全地球測位システム）信号にアクセスできないので、例えば現場の地形に対する機械の現在位置の情報が望ましい。
【０００３】
一部の地下採掘作業においては、ライダー（光検知および測距。光レーダともいう）位置決めシステムを活用し、作業現場における機械の位置を追跡しても良い。ライダーシステムは、機械近くの周辺環境の一部をスキャンする。スキャンごとに、ライダーは作業現場のスキャン部分の形状を表すデータを捕獲する。作業現場の既知の地図を参照基準として捕獲したデータと比較し、位置決めシステムは捕獲データと相互関係のある参照基準に基づいて機械の位置を推論する。位置決めシステムは、更なるライダースキャンを順次に捕獲し、同じく捕獲したデータを参照基準の地図と比較することで、機械の動きを追跡することもできる。
【０００４】
しかしながら、参照基準と捕獲データの関連付けだけでは、ライダーシステムで機械の位置を判定することが難しい場合もある。例えば、捕獲データが表す形状は、特定位置特有のものではないかも知れない。更に、地図と捕獲データを比較する作業は集中演算を必要とするため、一致する参照基準を探し出すまで時間がかかる。また、作業現場に存在する物体は、恒久的なものではないかも知れず、新しく追加されたものである可能性もある。そのような物体の形状が既存の地図に含まれていなければ、作業現場環境の形状と既存の地図をマッチングしようとするライダーシステムの処理作業は非常に困難なものとなる。これによって、ライダーシステムによる機械の位置追跡が途切れ、機械に搭乗している操作者が手動で機械の位置を特定して位置決めシステムを調整しなければならなくなる。
【０００５】
また、可動機械より移動物体をモニタリングする方が望ましい場合もある。例えば、地下環境では、他の可動装置の位置を判定する方が望ましい。
【０００６】
本発明が開示する位置決めシステムは、上述した問題を一つ以上克服し、少なくとも緩和するためのものである。
【発明の概要】
【０００７】
一様態において、作業現場における機械の位置を判定する方法を開示する。該方法は、ライダー部を用いた該機械に対するライダー測量値からの入力データを判定するステップを含む。入力データは、ライダー部と作業現場における各光反射点との距離に関連付けられている。該方法は、作業現場内の周知の場所に位置する第１信号装置と、機械上に位置する第２信号装置の間で無線通信を行うステップ、並びに、少なくとも該無線通信に基づいて機械に対する位置データを判定するステップと、位置データおよび入力データに基づいて機械の位置を判定するステップとを更に含む。
【０００８】
他の様態において、作業現場における機械の位置を判定するシステムを開示する。該システムは、前記機械に付着されており、ライダー測量値を捕らえてライダー部と作業現場における各光反射点との距離に関連付けられている入力データを生成するライダー部を含む。該システムは、作業現場内の周知の場所に位置する位置決め用の第１信号装置と、機械に付着されている第２信号装置とかなる無線通信システムを更に含む。該通信システムは、第１信号装置と第２信号装置の間で無線通信を行えるようになっている。該システムは、ライダー部および無線通信システムと通信を行う制御システムを更に含む。該制御システムは、少なくとも無線通信に基づいて機械に対する位置データを判定し、更に、位置データ及び記入力データに基づいて機械の位置を判定する。
【０００９】
他の様態において、作業現場における可動機械、若しくは他の移動物体の位置を判定する方法を開示する。機械または物体は、少なくとも一つのトンネルからなる地下鉱山に位置する。トンネルには、可動機械に鉱石を積み込む、複数の指定積載所がある。該方法は、第１測距装置と第２測距装置との間で超広帯域無線通信を行うステップを含む。第１測距装置は鉱山内の周知の場所に位置し、またトンネル内に作動範囲を有する。該作動範囲に渡って第１測距装置の見通し線が描かれる。該作動範囲は、少なくとも２箇所の指定積載所を通り過ぎながら、トンネルに沿って延在する。第２測距装置は、機械、或いは他の移動物体に関連付けられ、該作動範囲内に位置する。該方法は、測距装置のうちいずれか一方から第１超広帯域無線周波数信号を伝送するステップを更に含む。該方法は、測距装置のうち他方から超広帯域無線周波数応答信号を受信するステップを追加的に含む。また、該方法は、第１超広帯域無線周波数信号の伝送および超広帯域無線周波数応答信号の受信に関連付けられた時間ベース特性を判定するステップを含む。該方法は、該時間ベース特性に基づいて第２測距装置の位置を判定するステップを更に含む。
【００１０】
必要によって、メモリシステムに記憶された地図が表す鉱山に対して該位置を判定しても良い。必要によって、該方法は、第１測距装置がトンネル内において作動範囲を有し、該作動範囲に渡って第１測距装置の見通し線が描かれ、また該作動範囲は、少なくとも２箇所の指定積載所を通り過ぎながら、トンネルに沿って延在する、鉱山内における取付け位置を識別するステップと、該取付け位置に第１測距装置を取り付けるステップとを更に含んでも良い。該方法は、識別した取付け位置を、鉱山の地図に対し、第１測距装置の周知の位置としてメモリシステムにて記憶するステップを更に含んでも良い。一実施形態において、第１測距装置は、トンネルの最端に位置する。必要によって、移動物体はＬＨＤ（積載運搬積卸）採掘機であり、該方法は機械の後部に第２測距装置を取り付けるステップを更に含む。
【００１１】
他の様態において、可動機械、若しくは他の移動物体の位置を判定する別の方法を開示する。機械または他の物体は、少なくとも一つのトンネルからなる地下鉱山に位置する。トンネルには、可動機械に鉱石を積み込む、複数の指定積載所がある。該方法は、第１測距装置と第２測距装置との間で超広帯域無線通信を行うステップを含む。第１測距装置は鉱山内の周知の場所に位置し、またトンネル内に作動範囲を有する。該作動範囲に渡って第１測距装置の見通し線が描かれる。該作動範囲は、少なくとも２箇所の指定積載所を通り過ぎながら、トンネルに沿って延在する。第２測距装置は、移動物体に関連付けられ、該作動範囲内に位置する。該方法は、測距装置のうちいずれか一つから前記通信の第１超広帯域無線周波数信号を伝送するステップを更に含む。該方法は、第１測距装置および第２測距装置のうち他方から前記通信の第１超広帯域無線周波数応答信号を受信するステップを追加的に含む。また、該方法は、第１超広帯域無線周波数信号の伝送および超広帯域無線周波数応答信号の受信に関連付けられた第１時間ベース特性を判定するステップを含む。該方法は、第２測距装置と第３測距装置のうちいずれか一方から第２超広帯域無線周波数信号を伝送するステップを更に含む。第３測距装置は、第１信号装置とは反対側のトンネル最端における、作業現場内の別の周知の場所に位置する。第２測距装置は第１測距装置と第３測距装置の間に位置する。該装置は、第２測距装置と第３測距装置のうち他方から第２超広帯域無線周波数応答信号を受信するステップを更に含む。また、該方法は、第２超広帯域無線周波数信号の伝送および第２超広帯域無線周波数応答信号の受信に関連付けられた第２時間ベース特性を判定するステップを含む。該方法は、第１時間ベース特性および第２時間ベース特性に基づいて第２測距装置の位置を判定するステップを更に含む。
【００１２】
他の様態において、地下鉱山における移動物体、例えば可動機械の位置を判定するシステムを開示する。該鉱山は少なくとも一つのトンネルからなり、トンネルには、可動機械に鉱石を積み込む、複数の指定積載所がある。該システムは、鉱山の地図を表すデータを記憶するメモリシステムを含む。該システムは、鉱山内の周知の場所に位置し、またトンネル内に作動範囲を有する第１測距装置を更に含む。該作動範囲に渡って第１測距装置の見通し線が描かれる。該作動範囲は、少なくとも２箇所の指定積載所を通り過ぎながら、トンネルに沿って延在する。該システムは、移動物体に関連付けられ、該作動範囲内に位置する第２測距装置を更に含む。第１測距装置および第２測距装置は超広帯域無線通信を行い、測距装置のうちいずれか一つからの第１超広帯域無線周波数信号の伝送、並びに測距装置のうち他方からの超広帯域無線周波数応答信号の受信に関連付けられた時間ベース特性を判定する。該システムは、該時間ベース特性に基づき、地図に対する第２測距装置の位置を判定する制御装置を更に含む。
【００１３】
本明細書において、「〜を含む（ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ）」（文法上の変形を全て含む）は、包括的に用いられるものであり、追加特徴／要素／ステップの存在を除外する排他的な用語ではない。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
本発明の実施形態における様々な様態および特徴を添付の図面を参照として下記に説明する。図面は、説明のみをその目的とし、請求項の範囲を制限するためのものではない。
【図１】本発明が開示する機械の例示。
【図２】簡略化した移動物体、例えば図１の機械に用いても良い位置決めシステムの例示。
【図３】図２の位置決めシステムが機械の位置を判定するために用いても良いデータの概念図。
【図４】図２の位置決めシステムが作動できる作業現場。
【図５】本発明が開示する位置決め方法の例示を図示するフローチャート。
【図６】図５の位置決め方法の一部の実行に用いられる相互関係アルゴリズムの例示を図示するフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１は、本発明が開示する位置決めシステムの例示を有する機械１０を図示する。機械１０は、採掘、土木、農業、輸送、その他本分野で周知の産業に関連のある様々な作業を一つ以上遂行する可動機械を具現化したものである。例えば、機械１０は、運搬トラック、ローダ、掘削機、車輪型トラクタ、スクレーパ、その他の類似機械などを含む積載移動機械であっても良い。機械１０は地上作業用であっても、地下作業用であっても良い。例えば、図１は特に、鉱山の積載所に（例えば坑道入口から）入り、積載所から貨物を運搬し、更に貨物を積卸所（例えば鉱物運搬路）に降ろすことができる、地下採掘用の積載運搬積卸（ＬＨＤ）ローダを図示している。機械１０は、手動制御、半自動制御、全自動制御が可能である。機械１０は機械１０を推進する牽引装置を一つ以上含んでいる。実施形態において、機械１０は各ホイール１３の形をした牽引装置４つを備える。機械１０は特に、機械１０の様々な動作を感知する動作センサ１４、動力源１５、方位感知装置１６、１７、並びに、制御装置１８からなる制御システムを更に有する。
【００１６】
機械１０は、二つのホイール１３を含みバケット２５で終わる前部２３、並びに、制御装置１８と、異なる二つのホイール１３と、操作者が搭乗する操縦室２８と、後部２７の二つのホイール１３の後ろ側にある後端２９とを含み、動力源１５を保持している後部２７に機械１０を両分する関節継ぎ手１９を有する。前部２３と後部２７は、関節継ぎ手１９の周りを旋回して機械１０のステアリングをもたらす。方位感知装置１６、１７はそれぞれ、少なくとも機械１０の前部２３の方位の判定に独自的に用いられ得る情報を測定する。例えば、方位感知装置のうちいずれか一方、つまり１６は、機械１０の前部２３、関節継ぎ手１９の前方に位置するデジタルコンパスである。方位感知装置のうち他方、つまり１７は、関節継ぎ手１９の回転角、即ち機械１０の後部２７に対する前部２３の変位状態を示す角または他のパラメータを測定する関節センサである。例示の実施形態において、関節センサは、機械の後部２７上、関節継ぎ手１９に隣接して位置している。
【００１７】
制御装置１８は、動作センサ１４、方位センサ１６および１７、動力源１５、および／または駆動牽引装置１３と通信を行う一方、例えば操作者入力装置および／または動作センサ１４からの様々な入力に応じて動力源１５の動作を調整することで、所望の方式で牽引装置を駆動させて機械１０を推進しても良い。制御装置１８は、例えば機械１０の速度、加速度、および／または回転比率などを示す作動センサ１４からの情報を受信し、該情報に基づいて様々な動作、例えば機械１０が移動した距離や方向を計算しても良い。
【００１８】
制御装置１８は、プロセッサ（図示せず）と、メモリモジュールおよび／または記憶モジュールからなるメモリシステム２１とを含む。必要によって、一つ以上のプロセッサ、メモリモジュールおよび／または記憶モジュールを、単一装置内に共に置いても良い。或いは、一つ以上のプロセッサ、メモリモジュールおよび／または記憶モジュールを、別途に設けても良い。プロセッサは一つ以上の周知の処理装置、例えばマイクロプロセッサを含んでも良い。メモリモジュールは、制御装置１８が機械１０の様々な作業に関連している機能を遂行するために動的に用いる情報を記憶する一つ以上の装置、例えばランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）を含んでも良い。記憶モジュールは、本分野で周知の記憶装置やコンピュータ可読媒体であればいずれを含んでも良い。例えば、記憶モジュールは、磁気、半導体、テープ、光学、着脱型、着脱不可型、揮発性および／または非揮発性記憶装置からなっても良い。記憶モジュールは、プログラム、アルゴリズム、マップ、ルックアップテーブル、および／または作業現場２０における機械１０の位置判定に関連付けられている他の情報を記憶していても良い。記憶モジュールとメモリモジュールの両方の機能は、単一のメモリ／記憶装置により遂行されても良い。
【００１９】
様々な実施形態において、制御装置１８は機械１０の位置判定に用いられる。詳細を下記に説明する。
【００２０】
図２は、簡略化した機械１０が作業現場２０にて作業を遂行している様を示している。作業現場２０は、機械１０が通過できる車道２２を有する作業現場なら、いずれであっても良いが、実施形態は、ＧＰＳナビゲーションシステムへのアクセスができない作業現場に特化しているものである。本明細書の実施形態において、作業現場２０はＧＰＳナビゲーションシステムへのアクセスができない地下鉱区である。車道２２は側壁２４、例えば地下トンネルの壁に取り囲まれており、車道２２の上方に位置するトンネル天井（図示せず）のような天井を有しても良い。側壁２４以外の物体、例えば他の機械、バーレル、ポール、地形地物、或いは車道および／または上記の追加的物体に対する作業現場２０の様々な場所に位置する障害物などが存在する場合もある。様々な状況において、作業現場２０における機械１０の位置情報を確定する方が好ましい。機械１０は、作業現場２０のナビゲーションにおいて該位置情報を用いても良い。或いは、位置情報を用いて作業現場２０における機械１０や他の機械がどれほど作業を効率的に行っているかに関するデータをモニタリングし集めても良い。
【００２１】
実施形態において、作業現場２０における機械１０の位置を、位置決めシステム３０を用いて判定する。図２に図示されているように、位置決めシステム３０は、特に、制御装置１８、並びに実施形態ではライダー部３２である光学感知装置を含む。しかしながら、他の実施形態において、光学感知装置は、光学電磁放射（つまり赤外線、可視光線または紫外線）を用いて車道２２、側壁２４、天井、或いは作業現場２０に関係のある他の物体に関する光学情報を得る他の装置であっても良い。ライダー部３２は、光信号を用いて、機械１０を取り囲む物体、例えば車道２２、側壁２４、地下トンネルの天井、或いは作業現場２０に関係のある他の物体をスキャンする。ライダー部３２は、機械１０のフレームおよび／または本体、例えば機械１０の前側、裏側、傍側、頂部、および／またはいずれかの場所に位置していても良い。図２の例示においては、複数のライダー部３２が機械１０上に位置している。各ライダー部３２は機械１０の特定の場所、特に前部と各側部に位置している。ライダー部３２は、一つ以上の光源（つまり赤外線、可視光線または紫外線）および／または一つ以上の光感知器を備え、車道２２、側壁２４、天井、或いは作業現場２０に関連付けられ手いる他の物体に関する情報を取得し、周辺環境を測量値する。
【００２２】
光源は、例えばライダー部３２の視界における作業現場２０内の側壁２４および／または他の物体の表面から反射される光を放射するレーザである。回転ミラーにより反射される単一レーザから光を放出し、視界における作業現場の一部をスキャンしても良い。或いは、視界内で異なる角度で進む多重レーザから光を放出し、スキャンせず視界を渡って光を放射しても良い。ライダー部３２における一つ以上の感知器は、反射光を受信し、光受信を示す信号を制御装置１８に送信する。制御装置１８は、表面上の様々な位置点までの距離を算出する。算出距離は、光の放出から光の検知までの経過時間に基づいており、表面までの距離は経過時間の半分に光速をかけて得たものである。しかしながら、経過時間と相関距離は本質的に関係性を有しているので、ここでは、経過時間や算出距離のうち一方は距離データを定義するものとして見なすものとする。他の実施形態において、制御装置１８の少なくとも一部はライダー部３２と一体化している。この場合、ライダー部３２は、ライダー部３２がスキャンしているか、或いは測量値している作業現場の表面における各位置点までの距離、または経過時間を算出する。ライダー部３２は、算出した距離または時間を更に分析するため、制御装置１８の外部素子、或いは他の処理システムへ送信しても良い。
【００２３】
一実施形態において、少なくとも一つのライダー部３２は、制御装置１８が単一装置として取り扱う複数のライダー装置からなる。該実施形態において、二つのライダー装置は背合わせで一体化し、一つのライダー部３２を形成している。各ライダー装置の視界は１８０度であるため、ライダー部３２は３６０度の視界を持つことになる。ライダー部３２は機械１０の頂部、例えば操縦室２８の頂部または上方に取り付けられ、機械１０まわりの３６０度視界に対する距離データを制御装置１８に提供しても良い。該距離データは、基準ベクトル８８に対する個別角に対しての距離または経過時間の形式であっても良い。図２に図示されているように、基準ベクトル８８は、例えば、車道２２に沿った経路９０、言わば車道の中心線に沿い、車道の基準端９１に向かっている接線ベクトルであっても良い。３６０度視界のデータを記録することにより、ライダー部３２は作業現場におけるライダー部の位置の視点から作業現場全体を眺望する距離データを提示できる潜在力を持つことになる。しかしながら、作業現場の地形と該現場におけるライダー部３２の位置によって、作業現場の一部はライダー部３２からは認知できない可能性がある。或いは、ライダー部の視界が３６０度未満であっても、作業現場の一部を確認できなくなる可能性がある。いずれの場合でも、距離データはライダー部３２から認知できる作業現場の一部のみを表すことになる。
【００２４】
図３は、制御装置１８により分析され、ライダー部３２と、該ライダー部３２が取り付けられている機械１０の位置を判定するデータ１００の概念図である。データが記憶されている制御装置１８のメモリシステムから、データ１００を読み出しても良い。しかしながら、多様な実施形態において、少なくともデータ１００の一部は記憶されているデータ、例えば鉱山の地図から動的に生成される。データ１００の他の構成要素は、制御装置１８への他の入力、例えばライダー部３２からの入力から読み出しても良い。データ１００は、ライダー部３２から引き出した距離データを含む。距離データは、視界内の各個別角に対するものであり、基準ベクトル８８または他の基準枠に対する周知の角度オフセットにおけるものである、一連の測距値１０４、つまりＤ（１）〜Ｄ（ｓ）である。図３において、距離データは線形一次元アレイとして表される。他の実施形態において、距離データは円形アレイとして構成される。ライダー部が３６０度視界を有する一実施形態において、入力データは７２０個の測距値１０４と、ライダー部３２の周りで０．５度単位の放射状で距離測定を行って得たデータ構成要素とで構成される。該距離データに基づいて、制御装置１８は、スキャンした作業現場内の物体または部分の形状の推定、算出および／または判定を行っても良い。数学フィルタを採用して、距離データから形状情報をある程度抽出することができる。例えば、距離データを周波数ドメインに転換した後、ハイパスフィルタに通して作業現場の表面に生じた外縁または輪郭の変化を特定しても良い。既存の特徴抽出アルゴリズムを用いて、距離データの他の特性を抽出しても良い。必要によって、距離データを特徴付ける該抽出情報を、生距離値１０４の代わりに、機械１０の位置を判定する制御装置１８に用いられる入力データ１０２として記憶しても良い。ただし、本明細書における実施形態では、入力データ１０２は距離値Ｄ（１）〜Ｄ（ｓ）の線形アレイで構成されていることとする。
【００２５】
メモリシステム２１は、特に、作業現場２０の地図を表すデータを記憶する。地図は、作業現場の座標を繋ぐ線の集合を定義するデータにより、例えば鉱山地図のＤＸＦファイルの形式で表されても良い。地図は、作業現場２０の全体或いは一部、例えば機械１０が作業を行うようになっている、作業現場２０内の少なくとも一つの指定トンネル１１３を表しても良い。地図は、機械１０に割り当てられていない、他のトンネル１１５を表していても良い。作業中に、制御装置１８は、単位基準位置１１８からのライダー測量値をそれぞれ示す基準データ１０９を動的に生成する。基準位置１３４から鉱山地図上の位置点までの基準距離１１１に基づいて理論的ライダー測量値を生成することで、所定の基準位置１３４に対して、ライダー地図ファイルから基準データ１０９を作成することができる。例えば、位置点は、鉱山地図の線に沿い作業現場の壁２４を表す位置点であっても良い。一実施形態において、位置点は基準位置１３４の周りに散布され、基準位置１３４を中心として３６０度の視界を有するライダー測量値を表す。一実施形態において、距離１１１（ここでは理解を容易にするために基準距離値とする）は基準位置１３４の周りに０．５度の間隔を置いて放射状に分布し、７２０個の距離値を提供する。ライダー部３２がそれ以外の間隔を設定する場合、基準距離値の間隔は、ライダー部３２が設定した間隔と一致することになる。
【００２６】
制御装置１８が生成した基準データ１０９は、作業現場データ１０８の一部として図３に図示されている。作業現場データ１０８は、総じてＭ個の基準項目１１０を含むセットで構成される。図３において、各基準項目は、基準識別子１１８、基準位置１３４、該基準位置１３４に対する基準データ１０９、その他のデータ１１６を含んでいる。基準項目１１０の数Ｍは、地図上の位置点の有限分解能によって決められる。各位置点は、基準データ１０９が生成される基準位置１３４に対応する。一実施形態において、作業現場データ１０８に含まれている地図の位置点（これらから基準データ１０９が生成される）は、作業現場２０の有限領域における位置点に限られる。例えば、作業現場データ１０８は機械１０が作業を行う作業現場２０の部分における位置点に限られても良い。例えば、一実施形態において、制御装置１８は、作業現場データ１０８における基準位置１３４を車道２２の長手方向に延在した中心線に沿って伸びており、機械１０がそれに沿って作業を行う経路９０上の基準位置のみに制限するようにプログラムされている。しかしながら、一実施形態においては基準データ１０９を動的に引き出すため、メモリシステム２１に記憶されている作業現場の地図や他のデータから引き出すことができるなら、作業現場データ１０８を制御装置２１のメモリシステム２１に保存せずとも良い。従って、作業現場データ１０８を構成する基準データが全て同時に共存する必要もなくなる。一実施形態において、基準データ１０９は、一度に一つだけが存在する。
【００２７】
他の実施形態においては、作業現場データ１０８に対応する全ての基準データ１０９を、メモリシステム２１に同時に保存しても良い。例えば、作業現場２０における各位置に対してライダースキャンを行い、作業現場データ１０８を引き出しても良い。それぞれのライダースキャンは、可動機械１０、或いは同等の装備や構成を備える可動機械または測量ツールにより予捕獲されても良い。基準データ１０９を構成する基準距離値１１１の各セットを、同様の方法により、入力データ１０２として引き出しても良く、例えば、７２０個の基準距離値で表される、３６０度視界に対するライダー測量値を表しても良い。必要に応じて作業現場データを保存するか動的に生成するかに係らず、便宜のために、作業現場データをデータセットと称するものとする。
【００２８】
基準識別子１１８を用いて各基準項目１１０をインデックスしても良い。例えば、基準識別子１１８は、例えばらダムアクセスメモリにおいて、開始アドレスを表しても良い。対応する基準項目１１０は該開始アドレスからアクセスすることになる。各基準データ１０９に対応する基準位置１３４は、基準枠に対するｘ座標１１２およびｙ座標１１４として記憶されても良い。例えば、ｘ座標は東西軸に沿う位置に、ｙ座標は南北軸に沿う位置に対応しても良い。或いは、座標１１２および１１４のうちいずれか一つが車道２２、例えば車道２２の長手方向に延在する中心線に沿う経路９０上の距離を表しても良い。この場合、作業現場データ１０８は、経路９０の長さに沿って散布されている基準項目１１０で構成されても良い。例えば、基準位置１３４は、通常５０〜２００ｍのトンネルの一部区間、或いは全体に沿って、１メートルずつ間隔を置いて散布されていても良い。各基準データ１０９は、作業現場２０における基準枠に対するライダー測量値の特定の方位を示す。例えば、基準項目１２４に基準距離値ｄ１（１）は、機械の移動経路９０に接線する基準ベクトル８８と整列していても良い。他の基準項目１２６は、基準ベクトルに対する角β（１１６）により相殺する基準枠を有していても良い。例えば、４５度の並進を採用し、３６０度を表す７２０個の要素マトリックスに対して、ベクトル８８が要素ｄ２（１）より要素ｄ２（９１）と整列するようにしても良い。一実施形態においては、作業現場２０における地図上の場所に対して１６個の基準項目１１０を生成した。１６個の基準項目１１０のそれぞれは、基準ベクトル８８、または他の基準枠を中心として２２．５度ずつ間隔を置いている。 基準項目１１０は同じ基準値１１１に対応するが、異なる角度オフセットに対しては、制御装置１８のメモリシステムにおける別途のメモリアドレスに記憶されても良い。或いは、作業現場のある場所に対して、保存した基準データ１０９セット一つから角度可変の基準項目１１０を抽出または推測しても良い。インデックスｎをバイアスし、角度オフセットβに対応する距離値ｄ（ｎ）を読み出すことで、これを成し遂げられる。これによって、制御装置１８にて、異なる角度オフセットβに対応する基準項目を読み出すことができる。
【００２９】
機械１０が作業現場２０内で動き回るにつれ、機械１０は周辺環境にライダースキャンを行って得た入力データ１０２を記録し、それによって機械１０は作業現場における自らの位置を判定することができる。制御装置１８は、入力データ１０２を各基準１１０の基準データ１０９と比較して入力データ１０２を分析し、入力データ１０２と密接な相互関係を結んでいる基準データ１０９を特定する。比較により、制御装置１８は入力データと基準項目１１０間の最適のマッチングを特定する。基準項目１１０がそれぞれ作業現場２０における特定の位置（場所および方位）に対応するため、制御装置１８は、入力データ１０２と相互関係を結んでいる基準データ１０９の、対応する基準位置１３４に基づいて、機械１０の位置を判定する。本明細書における実施形態は、測距値１０４からなる入力データ１０２を用いる。しかしながら、他の実施形態においては、入力データ１０２は、数学関数またはアルゴリズムを測距値１０４に適用して引き出したライダー測量値の特性を定義しても良い。入力データ１０２が測距値１０４から抽出した情報を定義している実施形態においては、基準データ１０９は、入力データ１０２の引き出しに用いたものと同じ数学関数またはアルゴリズムを適用して基準測定値１１１の対応セットから抽出した情報を定義しても良い。この場合、抽出情報は、基準距離値１１１の代わりに基準データ１０９として保存されても良い。
【００３０】
作業中、位置決めシステム３０は、入力データ１０２を比較データと比較して機械１０の位置を判定する。比較データは、作業現場データ１０８により表される区域のサブセットからなる地図上の区域に対する基準データ１０９を表す。従って比較データは、Ｎ個の基準項目１１０、つまりｒｅｆ（１）〜ｒｅｆ（Ｎ）（ここでＮは、作業現場データ１０８の項目Ｍ個未満の数字となる）からなる基準データセットとして見なされることになる。一実施形態において、比較データを構成する基準項目１１０は、必要に応じて、対応の基準位置１３４に基づき動的に生成される。該基準位置１３４もまた、動的に生成されていても良い。よって、Ｎ個の基準項目１１０からなるデータセットの全体を同時にメモリに保存する必要はない。比較データの組成は時おり異なるので、比較データを入力データと比較するたびに、基準項目１１０の組成も異なる。位置決めシステム３０の追跡モードにおいて、比較データは、機械１０の最新判定位置に基づいて動的に引き出した作業現場データ１０８のサブセットに当たる。より具体的に言えば、追跡モード中に、比較データを動的に引き出して、最新判定位置の近くにある作業現場内の位置に関連付けられている基準項目１１０に限定する。しかしながら、位置決めシステムが初起動したとき（或いは位置決めシステムの機械１０に対する位置追跡が途切れたとき）は、比較データを引き出せる基準最初位置が存在しないことになる。更に、入力データ１０２が一つ以上の基準データ１０９とマッチングする場合、位置決めシステム３０は迅速におよび／または正確に最初位置を判定することができなくなる可能性がある。
【００３１】
上記の状況に対して、位置決めシステム３０は、図２および図４に図示されているように、無線通信システム３３を更に含む。位置決めシステム３０は該無線通信システム３３を用いて最初位置を判定する。一度最初位置が決まれば、後続位置から引き出した入力データ１０２を基準データセットと比較して後続位置も判定できるようになる。該基準データセットは、過去の判定位置に基づいて動的に引き出したものである。過去位置は例えば、最新判定位置であっても良い。言い換えれば、無線通信システム３３により判定した最初位置を用いて、位置追跡モード中に位置決めシステム３０に元となる情報を提供することになる。一部の実施形態において、判定した最初位置は、鉱山地図における座標、必要によって方位を含む。該地図は、基準データ１０９を引き出す元となる作業現場の地図であっても良く、作業現場の地図と相互関係を結んでいる他の地図であっても良い。他の実施形態においては、上記の座標や方位に対応する基準項目１１０を特定して該最初位置を推論する。他の実施形態においては、最初位置に近接する特定区域内の基準項目１１０のセットの形式で該最初位置を判定する。
【００３２】
無線通信システム３３は、作業現場２０内の周知の場所に位置する一つ以上の基準信号装置３４および３７、並びに、機械上に位置する移動信号装置３６を含む。一部の実施形態において、基準信号装置３４、３７は二つ、三つ、或いはそれ以上を設けても良い。図２に図示されているように、基準信号装置３４の一台目は、作業現場２０内の対応する周知の場所３５に位置する。第１信号装置３４は、作業現場２０の側壁２４または天井（図示せず）、例えば機械２０が作業を行う指定トンネル１１３の側壁２４または天井に固定されていても良い。第２信号装置３６は機械上に位置する。一部の実施形態において、第２信号装置３６は、機械１０の後部２７に固定される。例えば、一実施形態においては、第２信号装置３６は操縦室２８の頂部に位置し、他の実施形態では、第２信号装置は後部２７の後端２９の頂部に位置する。基準信号装置３４、３７とは異なる第３信号装置３７は、第１信号装置３４とは異なる場所で作業現場に設置されている。例えば、第３信号装置３７は、作業現場２０の側壁２４または天井（図示せず）、例えば機械２０が作業を行う指定トンネル１１３の側壁２４または天井に固定されていても良い。無線通信システム３３は、移動信号装置３６と、基準信号装置３４、３７のうち少なくとも一方との間で無線通信を行う。
【００３３】
位置決めシステム３０は、少なくとも一つの通信チャネルを介して無線通信システム３３、並びに移動信号装置３６と基準信号装置３４、３７のうち一つ以上と通信を行う制御システム３８を含む。一実施形態において、通信チャネルは、基準信号装置３４、３７に対して、有線通信ネットワーク３９、例えばＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワークであっても良く、それを含んでも良い。或いは、若しくは更には、他の通信チャネルを以って、制御システム３８が無線ネットワーク、例えば一つ以上のＷｉＦｉ送受信機４０により無線通信システム３３と通信できるようにする。制御システム３８の少なくとも一部が作業現場に対して固定位置に取り付けられている場合（図２を参照）移動には信号装置３６と、或いは制御装置３８が完全に機械１０上に取り付けられている場合には基準信号装置３４、３７のうち一つ以上と通信を行うために、無線通信を用いることができる。
【００３４】
制御システム３８は、制御装置１８を含んでいても良く、制御装置１８であっても良い。制御システム３８が制御装置１８に当たる実施形態において、メモリシステム２１は、基準データ１０９を引き出せる作業現場の地図の追加情報、または補完情報に当たる地図情報を表す追加データを含んでも良い（ここではライダーマップに当たる）。制御システム３８が制御装置１８を含むが制御装置１８そのものではない実施形態において、制御システム３８は、制御装置１８の処理装置およびメモリシステム２１とは別途の処理装置およびメモリシステムを含んでも良い。この場合、制御システムは、制御装置１８の外部に、必要によってライダーマップを含む作業現場２０の追加地図を表すデータを記憶しても良い。制御システム３８は、無線通信システム３３から無線通信に関するデータを取得する。一部の実施形態において、取得したデータは無線通信の特性に関連付けられた距離を定義する。例えば、該特性は、信号の強度や、一つ以上の通信信号の送信から受信まで経過した時間であっても良い。無線通信に関して取得したデータに基づき、制御システム３８は、作業現場２０における機械１０の位置を示す位置データを判定する。
【００３５】
位置データから、制御システム３８は該位置データに関連付けられている基準データセットを選択する。基準データセットは、位置データに基づいて作業現場データ１０８が表す基準項目１１０のサブセットである。制御システム３８は、基準データセットから、入力データ１０２に対応する基準項目１１０を特定する。続いて、作業現場２０における新しい位置から入力データ１０２を更新すれば、位置決めシステム３０は、最新判定位置に基づいて動的に引き出した基準データセットと入力データ１０２を比較し、機械１０の位置を追跡する。
【００３６】
基準信号装置３４、３７と移動信号装置３６を、同じハードウェアとソフトウェアから構成しても良い。しかしながら、一部の実施形態、特に複数の基準信号装置３４、３７および／または複数の移動信号装置３６を採用するに実施形態においては、基準信号装置３４、３７と移動信号装置３６のそれぞれは、自らに関連付けられた装置識別子、例えば固有のＭＡＣアドレスを有する。他の実施形態において、基準信号装置３４、３７は、異なる装置識別子の他にも差を更に有することで、移動信号装置３６とは異なるハードウェアおよび／またはソフトウェアを備えても良い。
【００３７】
制御システム３８において位置判定に用いられる無線通信３３の実施形態を、下記に詳しく説明する。
【００３８】
無線周波数信号の限界強度に基づく位置判定
一部の実施形態において、基準信号装置３４、３７のうち一方に当たる第１信号装置３４は、移動信号装置３６に当たる第２信号装置で検出可能な無線周波数信号を、第２信号装置が第１信号装置３４伝送範囲内にある場合、伝送する。無線周波数信号を第２信号装置３６に伝送した第１信号装置３４から検出予距離４２ほど離れた場所に第２信号装置３６がある場合、第２信号装置３６は、伝送信号を受信したことを制御装置１８に知らせる。伝送した無線周波数信号が限界強度より大きければ、このような知らせが生じることになる。一実施形態において、限界強度は、第２信号装置３６が伝送信号を検出できる最小信号強度（例えば振幅または信号電力）である。他の実施形態において、限界強度は、第２信号装置が所定のレベルより大きい信号強度を測定する最小強度である。通信システム３３は、検出距離４２が第１信号装置３４に近接できるほどの所定の長さとなり、よって位置決めシステム３０が検出距離に基づいて第２信号装置３６が位置する作業現場２０内の近似距離を推測できるように構成されている。従って、第１信号装置３４および第２信号装置３６は、近接感知システムとして機能する。
【００３９】
第１信号装置３４の場所３５は、位置決めシステム３０のメモリ要素、例えば制御装置１８のメモリシステム２１に記憶される。制御装置１８は、第１信号装置３４が伝送した信号を受信したという知らせを第２信号装置３６から受け取る。場所３５と検出距離４２も知られているため、第１信号装置３４が伝送した信号を受信したという第２信号装置３４の知らせは、機械１０の位置を推論できる位置データで構成される。例えば、位置決めシステムは、第２信号装置が検出距離と同じ半径を有し、第１信号装置３４の場所３５を中心とする円形４４により定義される作業現場内の区域に、或いは該区域内にあると推論することができる。該位置データに基づき、制御装置１８は本明細書では基準データの第１セットとして提示される第１比較データ１２８を判定する。基準データの第１セットは、場所３５を関連付けられている基準項目１１０で構成される。一実施形態において、場所３５は、場所３５に関連付けられた一つ以上の基準項目１１０に関して知られても良い。検出距離４２が短ければ短いほど、位置決めシステム３０が場所３５に関連付けて考慮すべき基準項目の数は少なくなる。検出距離４２が作業現場データにおける基準項目１１０に対応する位置の間隔より短い場合、位置決めシステム３０は、場所３５に関連付けるべき基準項目を一つだけ判定しても良い。
【００４０】
位置決めシステム３０は、作業現場２０内の異なる場所に配置した別の基準信号装置、例えば基準信号装置３７を更に含んでも良く、追加の基準信号装置の数量にも制限はない。位置決めシステムは、第１信号装置３４と同様の方式で各信号装置の場所を把握する。同様に、各信号装置３７は、第１信号装置３４と第２信号装置３６の相互作用と同じ原理で第２信号装置３６との間に相互作用を働く。機械１０が位置決めシステム３０に提供すべき最初位置データを求めて作業現場２０内を移動すれば、基準信号装置３４、３７が位置する場所のうちいずれか機械１０が始めて通り過ぎた場所に基づいて最初位置データを得ることになる。
【００４１】
複数の基準信号装置３４、３７を作用する実施形態において、制御装置１８は、第２信号装置３６が基準信号装置３４または３７のうちいずれの方を検出したのかを判定し、検出した基準信号装置３４または３７に関連付けられている作業現場２０内の対応位置を判定する。一実施形態では、それぞれの無線通信にて固有の識別子を符号化する基準信号装置３４、４７を採用し、これを成し遂げている。固有の識別子は、例えば基準信号装置３４、３７のＭＡＣアドレスまたは製造番号であっても良い。第２信号装置または制御装置１８は、ルックアップテーブルを用いて検出した基準信号装置３４、３７に関連付けられている基準項目１１０、または位置を判定しても良い。検出した基準信号装置３４、３７に関連付けられている位置から所定の距離内にある基準位置１３４を特定して、基準項目１１０を判定しても良い。続いて、基準位置１３４に基づき、基準データの第１セットにおける基準データ１０９を、作業現場２０の地図から引き出しても良い。
【００４２】
一部の実施形態において、移動信号装置３６と基準信号装置３４、３７との間に行われる通信の方向は逆転する。該実施形態において、移動信号装置３６は、基準信号装置３４または３７が移動信号装置３６の伝送範囲内、例えば移動信号装置から半径方向距離４８内に存在する場合、一つ以上の基準信号装置３４、３７のうちいずれか一つが検出可能な無線周波数信号を伝送する。伝送範囲は十分に小さくても、例えば３メートル未満であって、機械１０が所定の基準信号装置３４または３７を通り過ぎるとき、基準信号装置３４または３７が第２信号装置からの伝送信号を検出し、制御システム３８に信号受信を知らせる信号を送信できるようにしても良い。複数の基準信号装置を採用する実施形態において、基準信号装置３４または３７は、制御システム３８に対して自らも特定し、制御システム３８が信号を検出した場所を判定できるようにする。判定した場所に基づき、制御システム３８は判定場所に対応する一つ以上の基準項目１１０を判定する。一つ以上の基準項目は、基準信号装置３４または３７の特定から直接判定しても良く、特定した基準信号装置３４または３７の位置を定義する座標、或いは他の位置パラメータの特定を介して判定しても良い。
【００４３】
一実施形態において、基準信号装置３４、３７は受動型ＲＦＩＤタグであり、移動信号装置３６はＲＦＩＤリーダである。移動装置３６は、基準信号装置が移動信号装置に近接したとき、基準信号装置３４または３７に干渉される無線周波数信号を伝送する。該干渉から、移動信号装置は、信号に干渉した基準信号装置３４または３７を特定する。或いは、ＲＦＩＤタグは、移動装置から無線周波数信号を受信し、移動装置に応答信号を伝送して、移動装置が応答信号を伝送した対応の基準信号装置３４または３７を特定できるようにする能動型タグであっても良い。いずれの場合であっても、位置決めシステム３０は、それによって、特定した基準信号装置３４または３７に近接している機械１０の位置を判定することができる。
【００４４】
他の実施形態では、基準信号装置３４、３７がＲＦＩＤリーダであり、移動信号装置３６が受動型ＲＦＩＤタグである。各基準信号装置３４、３７は、移動信号装置３６が基準信号装置３４、３７に近接したとき、移動信号装置３４または３７に干渉される無線周波数信号を伝送する。該干渉から、基準信号装置３４または３７は、移動信号装置３６が信号に干渉したことを特定する。或いは、ＲＦＩＤタグは、基準信号装置３４または３７から無線周波数信号を受信し、基準信号装置３４または３７からに応答信号を伝送して、基準信号装置３４または３７が応答信号において移動装置３６を特定できるようにする能動型タグであっても良い。いずれの場合であっても、位置決めシステム３０は、それによって、移動信号装置３６を特定した基準信号装置３４または３７に近接している機械１０の位置を判定することができる。
【００４５】
無線周波数信号の測定強度に基づく位置判定
一部の実施形態では、伝送信号の閾値に基づいて検出距離を判定するより、伝送信号装置（３６、或いは３４または３７のいずれか一つ）から無線伝送を受信した信号装置（３６、或いは３４または３７のうち他のもの）が検出信号の信号強度を測定する。つまり、受信信号強度インジケータ（ＲＳＳＩ）、例えば信号電力を測定する。一実施形態において、信号通信に関連付けられている機械１０の位置を上記のように、ただし可変検出距離４２に基づいて判定しても良い。言い換えれば、第１比較データ１２８の内容は、判定した検出距離４２に左右される。より具体的には、制御システム３８は、信号通信に採用された基準信号装置３６、３７に関連付けられている、作業現場２０内の位置を判定する。位置決めシステム３０は、基準位置１３４を判定し、判定した検出距離４２に基づいて機械１０の居場所と結び付けられる作業現場２０内の位置に当たる、第１比較データを生成する。例えば、実施形態において、上記のように、潜在的位置は、信号通信に採用された基準信号装置３４または３７の位置から半径方向距離内に存在する全ての位置となる。
【００４６】
他の実施形態において、複数の基準信号装置３４、３７は移動信号装置３６と同時に通信を行っている。各通信の信号強度に基づき、位置決めシステム３０は、作業現場２０における機械１０の所定の位置に対して、複数の基準信号装置３４、３７までの距離を判定できる。各距離は制御システム３８の一つに用いられ、三辺測量法で位置を判定する。三辺測量において、移動信号装置の可能位置は、二つ以上の基準信号装置３４、３７をそれぞれ中心とし、対応する判定半径方向距離ほどの半径をそれぞれ有する、概念円形４４，４６の交差点４７、４９の位置に限られる。基準信号装置が二つある場合、三辺測量は「ニ辺測量（ｂｉｌａｔｅｒａｔｉｏｎ）」となる。本明細書では、二つ以上の円形の交差点に基づいて場所を判定する作業を「三辺測量（ｔｒｉｌａｔｅｒａｔｉｏｎ）」と称するものとする。
【００４７】
移動信号装置３６の最初位置が一つ以上の基準装置３４、３７から半径方向距離ほど離れている（「半径方向距離内にある」とは逆の意味）と判定された実施形態に対して、移動装置３６の位置を、（ｉ）移動装置３６が存在していることが確実である（例えば、トンネル１１５の場所４９ではなく、トンネル１１３の場所４７）トンネル１１３に場所を限定させた地図情報（ｉｉ）動作センサ１４からの運動情報、（ｉｉｉ）統計モデルの一つ以上を用いて更に精度高く判定しても良い。これらについては、下記の経過時間測定に基づく実施形態においてより詳しく説明する。一つ以上の半径方向距離から場所をより精度高く判定する方法に関しても、本発明の実施形態を適用して更に詳細に説明するものとする。
【００４８】
無線通信に関連付けられた時間ベース特性に基づく位置判定
一部の実施形態では、無線通信に関連付けられた時間特性から少なくとも一つの基準信号装置３４、３７までの半径方向距離を判定する。例えば、時間特性は、無線通信の伝送から該無線通信の受信までの経過時間に関連付けられても良い。一実施形態において、経過時間は、（ｉ）基準信号装置３４または３７、或いは（ｉｉ）移動信号装置３６のうちいずれか一方より無線周波数信号が一方向に伝送された時刻と、基準信号装置３４、３７、或いは移動信号装置３６の他方から受信された時刻との差を意味する。伝送信号は、信号が伝送された時刻を示す時間スタンプを含む。従って受信装置は、送信機から受信機まで信号が移動するのにかかる時間を判定できる。移動速度（つまり光速）が知られれば、半径方向距離を判定することができる。しかしながら、伝送装置の内部クロック（時間測定用）は受信装置の内部クロックに比べていくらか時間が進んでいるため、移動時間、更に距離や位置の判定制度が限られてしまう。従って、一実施形態においては、無線同期プロトコルを採用し、内部クロックの同期状態を維持している。
【００４９】
一部の実施形態では、経過時間を判定する代わり、通信システム３３または制御システム３８により、到着の時間差に基づいて機械の位置を判定している。該時間差は、移動信号装置３６と、複数の基準信号装置３４、３７との各信号通信に対する到着時間の差を意味する。例えば、移動信号装置３６から信号が送信されると、基準信号装置３４、３７がそれぞれ受信（つまり到着）時間を記録し、一つ以上の時間差測定値を引き出しても良い。逆に、基準信号装置３４、３７がそれぞれ信号を同時に伝送し、移動信号装置３６で各信号の到着信号を記録しても良い。基準信号装置３４、３７を相互に同期化させ、時間差算出により移動信号装置３６と基準信号装置３４、３７間の非同期状態を解消しても良い。到着時間の時間差に基づき、第２信号装置３６の位置を引き出しても良い。
【００５０】
他の実施形態において、時間特性は、双方向無線通信における往復に関する経過時間に当たる。開始信号に当たる第１無線周波数信号を開始装置から応答受信装置に伝送する。第１信号に受信に際して、応答装置は応答無線周波数信号を開始装置へ送信する。一実施形態において、第１信号は第１信号を伝送した開始装置を特定する識別データを含んでも良い。応答信号も、開始装置を特定する識別データを含んでも良い。それによって、開始装置が応答信号を受け取ったとき、該応答信号が、作業現場における他の潜在開始装置のうちいずれかではなく、問題の開始装置が送信した第１信号に対する応答であることを確認できる。応答装置は、応答装置を特定する応答信号識別データを更に含んでも良い。それによって、作業現場１０に複数の応答装置を有している実施形態において、開始装置は開始信号に対して応答した応答装置がいずれであるかと判定することができる。該情報から、経過時間は第１信号が開始装置から応答装置まで伝播するのにかかる時間に、応答信号が応答装置から開始装置まで伝播するのにかかる時間を出した時間であることが分かる。開始装置および応答装置による処理遅延は一定であり、時間測定値から差し引かれても良く、或いは取り除かれても良い。また、クロック非同期化によるエラーは、伝送時間と受信時間の両方が同じ内部クロック（つまり開始装置のクロック）で計られるため、経過時間算出から排除するものとする。よって経過時間は、無線通信の双方向飛行時間を表すことになる。無線通信に採用された対応の基準信号装置３４、３７までの半径方向距離は、飛行時間の半分に光速をかけたものとして判定することができる。
【００５１】
一実施形態において、信号通信は、無指向性通信の代わりに指向性通信を採用しており、それによって半径方向距離は、半径に定義される円形上の任意の点ではなく、作業現場内の特定の場所に対応することになる。
【００５２】
他の実施形態において、機械１０が位置し、円形４４または４６に沿う特定の場所を、作業現場の地形に関する知識から判定しても良い。例えば、メモリに記憶されている作業現場の地図に基づき、制御システム３８は、機械１０の位置として有りえない円形４４または４６上の場所を排除しても良い。排除した位置は、例えば、作業現場における壁上の場所である。制御システム３８は上述したどおり、例えば機械１０に割り当てられたため、機械１０の存在が確実であるトンネル１１３内にある円形４４または４６上の場所を可能場所として限定することができる。
【００５３】
作業現場の地形に関する知識を活用する代わりに、或いはそれに加えて、上述した三辺測量法に位置判定に導入しても良い。ただしこの場合、基準信号装置３４、３７をそれぞれ中心とする円形４４、４６の半径は、対応の経過時間、例えば双方向飛行時間判定に基づくことになる。
【００５４】
一部の実施形態において、作業現場の地形情報および／または三辺測量法を用いる代わりに、或いはそれに加えて、カルマンフィルタなどの統計モデルを採用して位置判定の制度を高めても良い。カルマンフィルタは、反復法を用いて位置を判定する。より具体的には、カルマンフィルタは、一件以上の過去の位置判定に関する知識を用いて、ある時点ｔにおける最も可能性の高い位置を判定し、当たりである可能性に基づいて時点ｔにおける全ての可能位置に重みを付ける。一つ以上の基準信号装置３４、３７のそれぞれまでの一つ以上の半径方向距離により可能位置を特定しても良い。例えば、統計モデルは時点ｔ−１における位置（或いは可能位置）と、機械１０の最大速度または機械１０の速度変化量を知っていても良い。これらの知識によって、統計モデルは、ｔ−１における過去位置または可能位置に対する距離および／または方向配置に基づいて、その時点の可能位置に重み、更にランクを付けることができる。例えば、時点ｔにおける可能位置として、時点ｔ−１の位置または可能位置から第１距離より遠く離れている位置には、時点ｔ−１の位置または可能位置から第２距離より近い位置より低いランクが与えられる。
【００５５】
機械１０が作業現場を動き回る間、カルマンフィルタを用いて全体位置判定の精度を高める代わりに、或いはそれに加えて、カルマンフィルタを用いて位置判定に用いられる各距離測定の精度を高めても良い。例えば、通信システム３３は機械１０が作業現場内のほぼ同じ位置に止まる間、往復通信を繰り返して伝送し、飛行時間を数度測定しても良い。これは、多重反射または低ＳＮ比が招き得る雑音のレベルのため、地下環境ではかなり有用な手段と言える。この場合、カルマンフィルタは、統計的異常値に当たる測定値は無視するか低い重みをつけ、更に過去の測定値を統計的に一致する測定値には高い重みをつけることで、距離測定を改善することができる。よって、一実施形態において、第１カルマンフィルタを飛行時間または関連距離の判定に用いて、第２カルメンフィルタを作業現場内の位置判定に用いても良い。
【００５６】
一部の実施形態において、作業現場の地形情報および／または三辺測量法を用いる代わりに、或いはそれに加えて、一つ以上の動作センサ１４からの運動情報、および／または方位センサ１６および／または１７からの方位情報に基づいて位置判定を行う。一実施形態において、速度ベクトルまたは速度を、動作センサ１４から判定する。例えば、動作センサ１４は、速度を測定することができる走行距離計であっても良い。速度と、例えばデジタルコンパス１６が提供する方位情報とに基づき、速度ベクトルを引き出しても良い。上述のＬＨＤローダに対して、デジタルコンパス１６は機械１０の前部２３の方位情報のみを提供し、機械１０の後部２７については、前部２３の方位と、前部２３に対する後部２７の回転を測定する関節センサ１７の結果とに基づいて引き出すことになる。続いて、速度ベクトルまたは速度を用い、過去の判定位置や、過去の無線通信から引き出した可能位置セット（例えば経過時間）に基づき、今後位置、或いは位置の今後セットを予測することができる。更新した無線通信から引き出した可能位置の新規セットとの相互関係性に基づき、予測位置セットの範囲を絞ることができる。縮小した位置セットにおけるパラメータを、速度や速さに基づき新規予測値に更新する。予測位置のうち一つのみが残るまで、或いは位置セットが許容レベルの位置精度を持てる範囲まで絞られるまで、該プロセスを繰り返して行っても良い。
【００５７】
動作センサに基づく位置判定は、粒子フィルタなどの統計モデルに基づく位置シミュレーションを含んでも良い。粒子フィルタシミュレーションは、一つ以上の仮想粒子を作業現場２０の地図に取り入れる（ｐｏｐｕｌａｔｉｎｇ）ステップを含んでも良い。各粒子は、機械の可能位置および／または可能方位を表す。例えば、ｘ軸に対するｘ座標と、ｙ軸に対するｙ座標により該位置を表しても良い。各粒子の方位は、例えば正のｘ軸に対する回転角、或いはｘ値およびｙ値で特徴付けられる二次元単位ベクトルにより表しても良い。シミュレーション中、位置決めシステム３０は、制御システム３８の記憶モジュール（例えば制御装置１８のメモリシステム２１）に記憶されている地図に粒子をランダムに取り入れる。各粒子は、ランダムに生成した最初位置と方位を有する。粒子のそれぞれの位置および／または方位に、基準信号装置３４、３７に対する経過時間測定から引き出した位置データから得た情報に基づき更新を行い、該更新は、位置決めシステム３０が更新粒子の空間的収束により機械１０の正確な位置を判定できるまで繰り返すものとする。
【００５８】
時間ベース特性に基づく上記の実施形態において、開始装置および応答装置は、無線周波数測距（ＲＦＲ）装置である。一実施形態において、開始装置は能動型（受動型ではない）ＲＦＩＤタグであり、応答装置はＲＦＩＤリーダであっても良い。逆に、開始創始がＲＦＩＤリーダであり、応答装置が能動型ＲＦＩＤタグであっても良い。もしくは、開始装置および応答装置は、同じハードウェアを有する無線周波数測距（ＲＦＲ）装置であるが、制御システム３８が選択的に命令を下し、選択されたＲＦＲ装置からの無線周波数をＲＦＲシステムにおける他のＲＦＲ装置一つ以上に対して起動させるように構成されていても良い。
【００５９】
位置判定の精度は様々な方法で改善しても良い。一実施形態において、ＲＦＲ装置は、超広帯域（ＵＷＢ）無線通信に基づいて各装置間の距離を判定するＵＷＢ無線周波数装置である。一部の実施形態において、ＵＷＢ無線周波数信号はギガヘルツの帯域を有する。例えば、一実施形態において、周波数の範囲は３．１〜５．３ＧＨｚ、中心周波数は４．３ＧＨｚであっても良く、よって帯域は約２ＧＨｚとなる。無線周波数信号の伝送は、パルス波形列からなっても良い。パルス波形は、一部の実施形態では、２ギガヘルツ以上の範囲に拡散されている周波数成分を有する短パルスである。一実施形態において、周波数拡散の中心周波数は約４ＧＨｚ、例えば４．３ＧＨｚとなる。無線伝送の移動距離と飛行時間とを関連付ける算出では、伝送経路が直線であると仮定する。しかしながら、地下鉱山では無線伝送がトンネル壁を形成する岩盤に反射されるため、送信機と受信機の間には複数の伝送経路が出来上がってしまう。経路が複数となれば信号を複数回、バラバラの時点で受信することになり、直線経路での時間を判定し難くなる。しかしながら、直線経路の信号が一番早く到着するはずであり、受信信号の前縁、つまり最初に受信したパルスから判定することができる。ＵＢＷ無線周波数を用いると、波形の高帯域高周波数成分により測定の分解能を改善することもできるが、信号の短波形により、逆の結果にもなり得る。一実施形態では、受信機に達する直接伝送経路を確立し、適正な強度で信号を受信し精度高く検出できるために、送受信ＲＦＲ装置を互いの見通し線上に配置している。
【００６０】
ＵＢＷ実施形態を含むがそれに限られる訳ではない一部の実施形態において、無線周波数信号を伝送し、コヒーレント信号処理をほどこす。コヒーレント信号処理は、コヒーレント方式で無線周波数信号を繰り返して伝送し、複数回の反復通信を介して同ビットのデータが伝送されるようにするものである。これによって、信号伝送の振幅は所定のＳＮ比に対して減少する。振幅が減少すると、伝送の信号電力は、一部の場合において、無線通信が確実に最大許容電磁放射レベルの範囲内に入れるに当たり役立つ。これによって、位置決めシステム３０は所要の電磁環境両立性（ＥＭＣ）標準を満せるようになる。一方、低ＳＮ比は、同じ電力レベルにおいて、測距装置の最大通信距離を引き伸ばすことができる。よって、一部の実施形態において、移動信号装置３６および基準信号装置３４、３７は、コヒーレント信号処理を用いて飛行時間測定値を判定する。更に、一部の実施形態では、ＵＷＢ無線周波数測距装置を信号装置３４、３６，３７として用いてコヒーレント信号処理を成し遂げるが、この場合の飛行時間測定は、双方（往復）飛行時間測定である。一実施形態において、ＵＷＢコヒーレント処理無線周波数測距装置は、ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ（ＴＤＣ  Ａｑｕｓｉｔｉｏｎ  Ｈｏｌｄｉｎｇｓ、Ｉｎｃ．）社のＰｕｌｓＯＮ４１０（Ｐ４１０）測距無線装置である。一実施形態において、ＵＷＢコヒーレント処理無線周波数測距装置はＰ４１２測距無線装置であり、また他の実施形態において、ＵＷＢコヒーレント処理無線周波数測距装置はＰ４４２測距無線装置である。これらの装置もまた、ＴｉｍｅＤｏｍａｉｎ社で製造したものである。
【００６１】
コヒーレント処理を含む双方向飛行時間測定の実施形態において、開始装置から応答装置に送信される第１信号において、データパケットを一定の間隔（つまりデューティサイクル）を置いて複数回伝送しても良い。該データパケットは、データが伝送された第１時刻を示す時間スタンプと、開始装置を特定する識別子（例えば開始装置のＭＡＣアドレス）とを含む。応答装置は伝送を受け取り、該信号が応答装置に始めて到着した時刻を特定する。応答装置はデータパケットが伝送されるデューティサイクルを知っている。よって、応答装置はパケットを関連付けて各パケット内の対応ビットを積分し、ＳＮ比を改善することができる。応答装置は、時間スタンプと、記録した到着時刻とに基づいて一方向飛行時間を判定する。続いて、応答装置は同じ反復伝送法を用いて開始装置に応答信号を送信する。ただし応答データパケットでは、応答信号の伝送時刻、算出した一方向飛行時間、開始装置の識別子、応答装置に関連付けられた識別子（例えば応答装置のＭＡＣアドレス）を符号化する。開始装置は応答信号を受け取り、各データパケットからのデータを関連付けてＳＮ比を改善する。開始装置は、応答信号を始めて受信した時刻を記録し、応答信号に対する飛行時間を判定する。開始装置は、第１信号の飛行時間と応答信号の飛行時間を合わせ、双方向飛行時間を引き出す。
【００６２】
産業上の利用可能性
図４は、複数の平行トンネル１１３、１１５を有する鉱山の作業現場２０における位置決めシステム３０の配置を示す。各トンネル１１３、１１５の第１端に、本明細書に記載の基準信号装置に当たる第１信号装置３４が設けられている。移動装置、つまり第２信号装置３６を有する機械１０は、トンネル１１３と、作業現場におけるトンネル１１３からの分岐点、例えば鉱石を積載する指定積載所５０（例えば坑道入口）や、鉱石を降ろす少なくとも一ヶ所の指定積卸所５２（例えば鉱物運搬路）などを割り当てられている。別の機械１１は、鉱山における他のトンネル１１５で作業を行うが、必要によって機械１０のようにトンネル１１３で作業を行っても良い（ただし図示せず）。機械１１は、機械１０と同じ構成要素を有し、機械１０のように、ＬＨＤローダであっても良い。機械１１は対応の移動装置、つまり第２装置３６を備える。移動装置３６は、製造番号、ＭＡＣアドレス、その他の固有識別子など、それぞれの移動装置３６を特定できるものを有するため、機械１０上の移動装置３６とは明確に区別することができる。トンネル１１３、１１５において、第１端とは逆の第２端には、本明細書に記載の基準信号装置に当たる第３信号装置３７が設けられている。
【００６３】
基準信号装置３４、３７はそれぞれ、トンネル内に作動範囲を有する。該作動範囲に渡って基準信号装置３４、３７の見通し線が描かれる。該作動範囲は、少なくとも２箇所の指定積載所５０を通り過ぎる。図４の実施形態において、作動範囲は、対応のトンネル１１３、１１５の少なくとも半分まで延在し、必要によって、トンネル１１３、１１５の全長に渡り延在する。基準信号装置３４、３７はそれぞれ、対応のトンネル１１３または１１５と、各トンネル１１３、１１５を繋ぐ交差路１１９との交差点に位置しており、よって作動範囲も交差路１１９の一部となる。この場合、基準信号装置３４、３７は可動機械１０および１１が、常に少なくとも一つ、一実施形態では二つの基準信号装置３４、３７の見通し線上に位置するように設けられている。一実施形態において、基準信号装置３４、３７は、対応するトンネルの長手方向の中心線上に位置する。トンネル１１３、１１５が相対的に狭いため、信号装置３６はトンネルの端いずれかに位置する信号装置３４、３７とだいたい同一線上に位置することになる。これによって位置判定は一次元の判定に縮小され、二辺測量法により精密な長手位置判定が可能となる。
【００６４】
Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワーク３９は、制御システム３８を基準信号装置３４、３７のそれぞれと連結し、対応の基準信号装置３４、３７と近接して位置するＷｉＦｉ送受信機に当る無線ネットワーク送受信機４０とも連結する。無線ネットワーク送受信機４０は、必要によって対応のトンネル１１３、１１５と交差路１１９との交差点に位置する。しかしながら、図４に図示の実施形態において、無線送受信機４０は、とにかく対応のトンネル１１３または１１５の内部である、交差点に隣接した場所に位置し、基準信号装置に対して同じ基準（ｃｒｉｔｅｒｉａ）を満たす見通し線を有して、移動信号装置３６が常に少なくとも一台の無線送受信機４０の視界に入っているようにする。Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）ネットワーク３９は各基準信号装置に、或いは各基準信号装置の隣にＥｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）スイッチ（図示せず）を備え、それによって基準信号装置、必要によってＷｉＦｉ送受信機をデイジーチェイン式で繋ぐ。一実施形態において、各Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）スイッチは対応の基準信号装置３４、３７に含まれている。ＷｉＦｉ送受信機を用いて、各可動機械１０、１１上のＷｉＦｉ送受信機（図示せず）に対して作動データの送信および／または受信を行っても良い。作動データは、例えば、可動機械１０、１１上のＷｉＦｉ送受信機と通信で繋がるユーザインターフェースモジュール（図示せず）を介して、可動機械の操縦者が入力または読出を行う情報を含んでいても良い。
【００６５】
作業現場２０における機械１０、１１の各位置を、本命最初に記載の方法やシステムに応じる無線通信に基づいて判定しても良い。ただし、特に図４の位置決めシステム３０の配置に相応する一実施形態において、基準信号装置３４、３７は上述した特性を有し作動するＵＷＢ無線周波数測距装置である。図４に図示の配列において、位置決めシステム３０は相応の精度で機械１０、１１の位置を決めるので、一部の応用では、ライダー入力データ１０２に基づく追加の位置決めは要らなくなる。この場合、位置決めシステム３０はライダー部３２を必要とせず、むしろ上述したとおり、無線通信に基づき機械１０、１１の位置決めを繰り返して行うことで機械１０、１１の位置を追跡することになる。さらに一部の実施形態において、機械１０、１１を追跡する代わり、若しくはそれに加え、位置決めシステムおよび方法を移動信号装置３６が付着されている他の物体の追跡を用いても良い。この場合、第１測距装置３４は鉱山の周知のバン所に位置し、トンネル内に作動範囲を有する。該作動範囲に渡ってトンネル１１３内に第１測距装置３４の見通し線が描かれる。該作動範囲は、トンネル１１３に沿い、少なくとも２箇所の指定積載所を通り過ぎる。第２測距装置３６は機械または他の移動物体に関連付けられており、作動範囲内に存在する。少なくとも２箇所の指定積載所を通り過ぎて延在する見通し線は、位置決めシステムが２箇所の指定場所のいずれか、或いは指定場所間の機械や物体が存在する位置を判定するのに十分な分解能でトンネルに沿った位置を正確に判定できるようにする。更に、そのような一実施形態において、位置決めは、上述したとおり双方向飛行時間に基づいて行われる。
【００６６】
しかしながら、本明細書に記載の実施形態において、位置決めシステム３０が無線通信に基づいて一度位置を判定すると、位置決めシステム３０はこの位置データを用い、機械１０、１１それぞれに対するライダー部３２からの入力データ１０２に基づいて機械１０および／または機械１１を追跡する。本明細書における実施形態は、基準信号装置３４、３７がＵＷＢ無線周波数測距装置である全ての実施形態を含む（ただしそれに限られるわけではない）。
【００６７】
図５は、制御システム３８で行われ、機械の最初の位置である第１位置と、それ以降の位置を判定する位置判定プロセス２００を図示する。第１位置は位置決めシステム３０に情報を提供し、位置が完全に知られていない場合、若しくは位置決めシステム３０による機械の位置追跡が途切れてしまった場合に、位置決めシステム３０を支援する。プロセス２００によると、パラメータｉｄ＿ｒｅｆは、最も最近に特定した基準項目１１０を記憶する。しかしながら、位置決めシステム３０が初期化されると、基準項目１１０がまだ一つも特定されていないため、ｉｄ＿ｒｅｆはＮＵＬＬに設定される。ステップ２０２にて、位置決めシステム３０は機械の現在位置からライダー測量値に関連付けられた入力データ１０２を判定する。基準項目が特定されていないので、ステップ２０４では、位置決めシステム３０に情報を提供する最初位置を判定するプロセスへ直行する。
【００６８】
最初位置を判定するために、ステップ２０５で、制御装置３８は無線通信システム３３に命令を出し、一つ以上の無線通信を行わせる。例えば、一実施形態において、該命令を一つ以上の基準信号装置３４、３７に与え、それぞれが移動信号装置３６と通信を行うようにする。無線通信に基づき、制御システム３８は、ステップ２０６で、位置データ、例えば作業現場２０に対する機械１０の位置を判定する。位置決めデータは無線通信中の機械１０の位置を示す。位置データは機械１０の場所と、必要によって方位を示しても良い。位置データは、特定された基準項目（例えば基準項目１１０）であっても良く、作業現場２０に機械１０の位置に正確に、或いは大体対応する関連位置を有する項目であっても良い。或いは、該位置データは、座標、および／または地理的な基準枠に対して機械１０の位置を正確に、或いは大体特定する他の位置基準であっても良い。
【００６９】
ステップ２０７にて、制御システム３８は、入力データ１０２を基準データの第１セットと比較する。基準データの第１セットは、位置データに関連付けられている基準項目１１０で構成される。基準データの第１セットは、制御システム３８により判定され、作業現場データ１０８のサブセットを表す。一部の実施形態において、サブセットは位置データに対応するか、或いは位置データにより定義される作業現場内の位置に対して一定の近接距離を有する対応の位置を有する基準項目１１０のみを含むようになっている。例えば、一実施形態において、基準項目１１０の第１セットは、位置データに関連付けられた位置から一定の半径距離内、例えば１０メートル内になる位置に対応する基準項目１１０のみに限られている。他の実施形態において、一定の近接距離は、位置データに対応する作業現場内の位置に対して非対称の区域であっても良い。例えば、機械の移動方向に関する知識に基づき、制御装置３８は基準データの第１セットが位置データに対応する位置の一側に関する基準項目１１０のみを含むように制限しても良い。これは例えば、位置データが位置を相対的に正確に特定した状況、つまり特定の一つ、或いは少数のみの位置データに対応する基準項目１１０のうちを特定できるほどの精度を有していた状況や、位置データが特定した基準項目１１０で構成されている状況に適用される。一部の実施形態において、サブセットは、位置データが定義する作業現場の区域内の位置に対応する基準項目１１０を全て含むようになる。これは例えば、位置データが機械１０の位置を大体にしか特定できない状況に適用される。
【００７０】
ステップ２０８にて、入力データ１０２と基準データの第１セットとの比較が所定の条件を満たせば、プロセスは入力データ１０２と一致する基準項目１１０を特定してステップ２１０に進む。所定の条件とは、入力データ１０２と一致する基準項目１１０が少なくとも一つある場合を指す。入力データ１０２と最も相互関係を結んでいる基準項目１１０（若しくは、該基準項目１１０に関連付けられている基準識別子１１８または基準位置１３４）を位置識別子１３２、つまりｉｄ＿ｒｅｆに記憶させる。よって位置決めシステム３０は、機械１０が特定した基準位置１３４に位置していることを知るようになる。機械が新しい位置へ移動するか、漸増的にいくつかの時間が経過した後、新規のライダー測量値から入力データ１０２を更新する。プロセス２００はステップ２０２に戻り、新規入力データ１０２を判定する。ステップ２０４にて、位置決めシステムは基準項目が特定されているか否か（つまり位置が判定されているか否か）を再検討する。
【００７１】
基準項目が特定されていれば、プロセス２００はステップ２０４にて該入力データを第１比較データ１２８とは異なる第２比較データ１３０と比較する。第２比較データ１３０は、本明細書において、ｉｄ＿ｒｅｆに記憶された過去の特定済み基準項目１１０に対応する位置から位置を追跡することを目的とする、基準データの第２セットとして例示される。ステップ２１４にて、基準データの第２セットとの比較を選択する。このために、ステップ２０４にて得された基準項目の基準位置１３４と近接関係を有している基準位置１３４を選択する。各基準データ１０９を引き出して集合的に記憶し、入力データと比較できる基準データの第２セットを完成させても良い。或いは、第２セットに関連付けられている各基準データ１０９を生成し、入力データを比較し、削除した後、第２データセットにおける次の基準データ１０９に対して生成・比較・削除を行っても良い。従って、基準データの第２セットの判定および生成は、入力データ１０２と基準データの第２セットとの比較と同時に行われても良い。ある場合において、基準データの第２セットは、作業現場データ１０８のサブセットを表す。サブセットはｉｄ＿ｒｅｆにより識別される、最新の特定済み基準項目に基づいて判定される。より具体的には、該サブセットは、最新の特定済み基準項目ｉｄ＿ｒｅｆの位置に対して所定の近接距離内にある対応位置を有する基準項目１１０のみを含む。例えば、一実施形態において、基準項目１１０の第２セットは、特定した基準項目ｉｄ＿ｒｅｆに対応する位置から半径距離１０メートル内にある位置に対応すると判定された基準項目のみに限られている。他の実施形態において、所定の近接距離は、特定した基準項目ｉｄ＿ｒｅｆに対応する作業現場内の位置に対して非対称の区域であっても良い。例えば、機械の移動方向に関する知識に基づき、制御装置３８は基準データの第１セットが、特定した基準項目ｉｄ＿ｒｅｆに対応する位置の一側に関する基準項目１１０のみを含むように制限しても良い。ステップ２１６にて、更新した入力データ１０２を基準データの第２セットと比較し、更新した入力データと一致する基準項目１１０を特定する。
【００７２】
ステップ２０８にて、入力データ１０２と基準データの第１セットまたは第２セットとの比較が、いずれの方であれ、所定の条件を満たせない場合もあり得る。基準データセットにおける基準項目がいずれも入力データ１０２と一致しなければ、上記の状況が生じる訳である。この場合、ｉｄ＿ｒｅｆはＮＵＬＬに設定される。従って、プロセス２００を次に繰り返すとき、位置決めシステムはステップ２０５に再び進んで別の無線通信を行い、位置決めシステム３０への情報再提供、或いは最初の情報提供の再試行を試みる。情報再提供は、位置決めシステムが機械の位置追跡に失敗したときに必要となる。最初の情報提供の再試行は、最初位置を判定できなかった場合、例えば入力データ１０２を生成するライダースキャンが移動物体、或いは一時的に位置する物体が捕らえることなどにより、過去の入力データが作業現場を表せていない場合などに必要となる。
【００７３】
形状マッチングアルゴリズム、パターンマッチングアルゴリズム、画像認識ソフトウェア、その他の周知の方法を複数用いて、入力データ１０２を基準データセット（例えば第１比較データまたは第２比較データ）と関連付け、マッチングを特定しても良い。例示の実施形態として、図６は制御装置１８で実行し、入力データ１０２をＮ個の基準項目ｒｅｆ（ｎ）で構成されているか、或いはそれに対応する基準データセットと比較するアルゴリズム２５０を図示している。比較により、入力データが基準データセットに関連付けられている基準項目１１０と一致するか否かを判定する。一つ以上の基準項目１１０が入力データ１０２と一致すれば、制御装置は一番近い最良のマッチングを特定する。新規入力データが判定されると、アルゴリズム２５０はステップ２５２から始まる。ステップ２５４で、プロセス２００に記載されていたように、基準データセットが、特定の基準位置１３４を定義する第１比較データ１２８または第２比較データ１３０から構成され、従って基準データセットが特定の基準項目１１０を表すことを判定する。ステップ２５６にて、アルゴリズム２５０はインデックスｎを１に設定することで初期化され、第１基準項目ｒｅｆ（１）を基準データセットにインデックスする。また、位置識別子ｉｄ＿ｒｅｆをＮＵＬＬに設定し、入力データ１０２とマッチングする基準項目１１０が未だ特定されていないことを示す。次に、基準データ１０９を生成して基準項目１１０と関連付けられている基準位置１３４からのライダースキャンを示すデータを表し、入力データ１０２とインデックスした基準項目１１０の基準データ１０９との相互関係をステップ２５８で評価する。一実施形態では、距離データから抽出した特性より、距離データそのものに対して直接評価を働く。つまり、入力データは測定距離値１０４で構成され、各基準データ１０９は基準距離値１１１で構成される。評価には、入力データ１０２とインデックスした基準項目１１０の基準データ１０９との差を表すエラーの算出が含まれる。入力データ１０２と基準データ１０９のデータセットにおける対応構成要素間の差の絶対値を合計し、基準データセットにおけるインデックス済みのｎ番目の基準項目１１０に対してエラー（ん）を判定する。これは次の式で算出することができる。
【００７４】
【数１】
2016536613.tif 000003
【００７５】
ここにおいて、ｎは基準データセットにおけるｎ番目の基準項目、ｅｒｒｏｒ（ｎ）は入力データと比較したｎ番目の基準項目におけるエラー、Ｄ（ｉ）は入力データ、ｄｎ（ｉ）はｎ番目の基準項目に対する基準データ、ｉは入力データと基準データのそれぞれにおけるｉ番目の距離値、Ｓは入力データと基準データのそれぞれにおける距離値の数である。
【００７６】
しかしながら、一部の実施形態において、入力データと基準データは広範囲の距離値を含むことになる。例えば、ライダー部３２が３６０度の視界を有する実施形態では、一部の距離値は、トンネルの隣接壁２４に対応してほぼ１〜２メートル程度であるに対して、他の距離値はトンネル１１３の長手端に対応してほぼ１００メートルであっても良い。このような場合、上記の式による算出におけるエラーから、所定の範囲、例えば０〜５メートルの範囲外であるＤ（ｉ）−ｄｎ（ｉ）の値が除外されることになる。その代わりに、或いはそれに加え、Ｄ（ｉ）およびｄｎ（ｉ）の距離値は基準方向に対して所定の分散度を有する角に対応する値にのみ限られても良い。
【００７７】
次に、ステップ２６０にて、評価した相互関係ｅｒｒｏｒ（ｎ）を閾値を比較する。図６に図示の閾値は閾値（ｎ，ｉｄ＿ｒｅｆ）となっているが、これは、該閾値が基準データセットにおける各基準項目１１０に応じて（例えばインデックスｎによりインデックスされた基準識別子１１８に応じて）変化するためである。例えば、基準項目の独自性に応じ、各基準項目に対して異なる閾値を選んでも良い。その代わりに、或いはそれに加え、閾値は基準項目１１０が既に特定されているか否かに応じて変化しても良い。例えば、位置決めシステム１１０が位置情報提供モードであれば（つまりｉｄ＿ｒｅｆがＮＵＬＬならば）第１閾値を選択し、位置決めシステム３０が位置追跡モードであれば（つまりｉｄ＿ｒｅｆがＮＵＬＬでなければ）第２閾値を選択しても良い。
【００７８】
その代わりに、或いはそれに加え、インデックスｎおよび／またはｉｄ＿ｒｅｆに応じる各基準項目に対するエラー算出に、異なる重み付け係数を適用しても良い。位置決めシステム３０のインストール中に重み付け係数および／または閾値を決める。一実施形態において、閾値と重み付け係数は常数である。
【００７９】
エラーと閾値の比較テストをステップ２６２に示した。具体的には、エラーが閾値未満であれば、基準項目１１０は相互関係を有すると判定され、マッチングとして見なされる。逆の場合、基準項目１１０はマッチングではないと判定される。基準項目１１０がマッチングではない場合、制御装置１８は基準データセットに他の基準項目１１０があるか否かをチェックし、ステップ２６３に進む。他の項目があれば（つまりｎがＮ未満なら）インデックスｎはｎ＋１に増加し、基準データセットにおける次の基準項目１１０の基準位置１３４をインデックスする。一部の実施形態では、過去にインデックスした基準位置から座標、所定の距離と方向を算出することで、次の基準項目を動的に算出する。いずれの場合であっても、次の基準項目１１０に対する基準データ１０９を作業現場の地図から生成し（基準データ１０９がメモリシステム２１に記憶されていない場合）、続いて、該基準データ１０９に対して評価ステップ２５８と比較ステップ２６０を繰り返す。ステップ２６２にてエラーが閾値未満であれば、マッチングの相互関係を有すると判定され、制御装置１８はステップ２６４に進む。ステップ２６４にて、制御装置１８は過去にマッチングを見つけているか否かをチェックする。マッチングが発見されていなければ（例えばｉｄ＿ｒｅｆ＝ＮＵＬＬ）、インデックスした基準項目を既に特定された最良のマッチングとして識別する。制御装置１８はステップ２６６にてインデックスした基準項目またはインデックスｎをｉｄ＿ｒｅｆに記憶し、ｅｒｒｏｒ（ｎ）をレジスタｂｅｓｔ＿ｅｒｒｏｒに記憶する。続いて、制御装置１８はステップ２６３にて、ｎがＮ未満であるか否かをチェックし、基準データセットに他の基準項目１１０があるか否かを確認する。一実施形態において、Ｎはｉｄ＿ｒｅｆに記憶されている基準位置１３４からの最大距離、例えば１０メートルを表すか、それに対応する。こうやって、基準データのセットは過去に特定した基準位置と近接距離にあるものに限られる。他の基準項目もある場合、ステップ２７０にてインデックスｎを増分させ、基準データセットにおける次の基準項目１１０に対して評価ステップ２５８と比較ステップ２６０を繰り返す。しかしながら、このとき、ｉｄ＿ｒｅｆはＮＵＬＬではないので、他のマッチングが見つけられると、エラーのｅｒｒｏｒ（ｎ）をステップ２７２にてｂｅｓｔ＿ｅｒｒｏｒに記憶された値と比較する。ｅｒｒｏｒ（ｎ）がｂｅｓｔ＿ｅｒｒｏｒ未満であれば、この基準項目は最後に特定した基準項目よりも入力データはより密接な相互関係を結んでいることになる。従って、ステップ２７４にてｒｅｆ（ｎ）またはそのインデックスｎをｉｄ＿ｒｅｆに記憶し、ｅｒｒｏｒ（ｎ）をｂｅｓｔ＿ｅｒｒｏｒに記憶する。基準データセットに他の基準項目がなくなると、アルゴリズムはステップ２７６にて終了する。ｉｄ＿ｒｅｆとして識別される最もマッチングする基準項目に応じて機械１０の位置を特定することができる。或いは、ｉｄ＿ｒｅｆがＮＵＬＬである場合、制御装置３０は、この入力データ１０２に対する位置が不明であると特定する。新規の入力データ２５２に対してアルゴリズム２５０を再度行っても良い。
【００８０】
作業現場２０が複数の場所に類似に特性を含んでいるか、反復するレイアウトで構成される状況において、ライダー基盤の位置決めシステムにとって、現在の機械位置を表す入力データ１０２と作業現場のライダーマップに対応する基準データとの間で固有のマッチングを見つけ出すことが難しくなることがある。中でも、位置決めシステムに対して最初位置を判定するステップが特に難しくなる。例えば、制御装置１８が作業現場データ１０８を用いた場合、位置決めシステム３０は、確実性および／または高精度や高効率をもって機械１０の位置を判定することができなくなる。例えば、図４に図示されているように、各坑道入口５０に隣接するトンネル１１３内の作業現場は、ほぼ同じ地形を有する。機械１０が坑道入口５０のうちいずれかにあれば、その位置から得たライダーデータは他の坑道入口５０から得たデータと区別することができず、少なくともほぼ区別できないため、位置決めシステムは機械１０の固有位置を判定することができない。なお、そのような位置決めシステムは、マッチングアルゴリズムそのものの限界により、最良のマッチングとして間違った場所を特定することさえある。また、マッチングアルゴリズムは独特の地形を有する作業現場の場所を特定するには最適ではないかも知れない。更に、基準データが作業現場全体に対するライダーマップに対応すれば、処理システムに求められる演算量が膨大になりすぎることもある。
【００８１】
しかしながら、プロセス２００およびアルゴリズム２５０を用いる処理システム３０は、入力データ１０２に対する最初のマッチングを判定するために用いられる基準位置の数を減少させることができる。無線通信から引き出した位置デーアに基づいてデータセットの数を減らす。データセットの数が減少すれば、マッチングアルゴリズムは最初のマッチングの判定において効率および／または信頼性を高めることができる。
【００８２】
本明細書の範囲は、本文または図面に言及されている個別の特性二つ以上の組み合わせを取り替えた代案のものにまで及ぶ。該組み合わせは全て、本開示の代案に当たる様態の範疇に収まる。
【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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【国際調査報告】
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