JP2016046727A - 無線システム及び運行管理サーバ - Google Patents
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Abstract
【課題】運搬車両の稼働状況を維持しつつ、鉱山内の各地点の無線通信品質をより現時点に近づけて管理する。【解決手段】鉱山向け無線システムであって、鉱山内にサーバ31と無線中継局41とダンプ20を具備し、該サーバ31は運行管理情報と通信品質情報を具備し、該ダンプ20はGPSと無線端末を具備し、該サーバ31は通信品質情報の更新が必要な更新対象地点を特定する。そしてサーバ31は、更新対象地点を走行する予定のダンプ20を運行管理情報から特定し、ダンプ20が更新対象地点へ到達する時刻を計算し、該時刻該ダンプ20に無線データの送信をさせるための通信トリガ処理を行う。【選択図】図1
Description
本発明は、無線システム及び運行管理サーバに係り、特に鉱山内で走行する複数の運搬車両、及びそれらの運搬車両の運行管理を行う運行管理サーバを接続する無線システムにおける通信品質管理に関する。
鉱山等の所定のエリア内で用いられる無線システムに関する技術を記載した文献として、特許文献1及び特許文献2がある。
特許文献1には、工事現場内に配置されるワークサイトに接続してタスクを実行しデータを受信および/あるいは送信する装置に、所定の従属関係に従った階層位置(階層レベル)を付与し、それぞれの装置と、その装置の階層位置を表すアドレス構造との対応を記録して管理する構成が開示されている。そして通信時には、上記アドレス構造に基づいて装置を選択して通信リンクが確立される。
また特許文献2には、鉱山内を走行するダンプトラックからその稼働情報を収集する情報収集装置が開示されている。この情報収集装置は、無線通信装置を介して所定のタイミングでダンプトラックの位置情報の送信を要求する位置情報要求命令を送信する。位置情報要求命令に対する応答が無線通信装置に受信されたダンプトラックは、自身の稼働情報の通信が終了するまで車載無線通信装置の通信可能範囲に滞在できる場合、情報収集装置は、その無線通信装置が応答を受信したダンプトラックの稼働情報を収集する。
鉱山は掘削や放土によって地形変化が起こりやすく、従って無線伝搬環境が変化しやすいという特徴がある。従って、鉱山内の無線通信環境を各地点で良好に保つには、現在の地形や伝搬環境の変化に即した通信品質情報をより頻回に更新して管理することが求められている。そこで、鉱山内を走行する運搬車両に交じって、通信品質情報を収集するための航測車を走行させることも考えられる。
しかし、鉱山では運搬車両の稼働状況が鉱山の生産性に大きく影響を与えるので、航測車を走行させるために運搬車両の走行速度を下げたり車間距離を開けたりすることは避けたいという要望がある。これらの点、即ち運搬車両の稼働状況の低下を避けつつ、鉱山内の各地点の無線通信品質の現状を把握するという点について、特許文献1、2では何ら考慮されていない。
本発明は上記実情を鑑みてなされたものであり、運搬車両の稼働状況を維持しつつ、鉱山内の各地点の無線通信品質をより現時点に近づけて管理することができる無線システム及び運行管理サーバを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明は、鉱山内を走行する複数の運搬車両、及び各運搬車両の運行を管理する運行管理サーバを、無線通信回線を介して通信接続する無線システムであって、前記各運搬車両は、当該運搬車両の自車両の位置を算出する位置算出装置と、前記運行管理サーバとの間で無線通信を行う制御を行う端末側通信制御部と、を備え、前記運行管理サーバは、前記各運搬車両との間で無線通信を行う制御を行うサーバ側通信制御部と、前記各運搬車両から受信した当該運搬車両の自車両の位置を含む運行管理情報を記録する運行管理情報記録部と、前記鉱山内の各地点を固有に識別する地点識別情報、当該地点における前記無線通信回線への接続状況の良否レベルを示す通信品質指標値、及び当該通信品質指標値を最後に更新した時刻を示す更新時刻、を関連付けた通信品質情報の編集を行う通信品質情報編集部と、前記通信品質情報において、各地点の通信品質指標値が、現時点の通信品質指標値として見做すための条件を充足していない地点を更新対象地点として特定し、当該更新対象地点の通信品質指標値を新たに取得するための通信を発生させる通信トリガ処理を行う更新タイミング監視部と、を備え、前記更新タイミング監視部は、前記運行管理情報を基に前記更新対象地点を走行する予定の運搬車両を対象車両として特定し、当該対象車両が前記更新対象地点に到達する到達予定時刻を計算し、前記通信トリガ処理として、前記到達予定時刻において、前記対象車両に無線データの送信を行わせるため処理を行い、前記対象車両の端末側通信制御部は、前記到達予定時刻に、前記運行管理サーバに対して自車両の位置を含む前記無線データの送信を行い、前記通信品質情報編集部は、受信した前記無線データに基づいて、前記通信品質情報を更新する、ことを特徴とする。
更新タイミング監視部が通信トリガ処理を行うことにより、対象車両が更新対象地点に到達することが予定された時刻に、運行管理サーバに対して自車両の位置を含む無線データの送信を行う。対象車両が予定通りに走行すると、対象車両の自車両位置は更新対象地点とほぼ一致する。この無線データが運行管理サーバに届くと、更新対象地点から無線通信回線に接続できることがわかる。そこで、通信品質情報編集部が、無線データを用いて更新対象地点の通信品質指標値を更新することで、現状の通信品質指標値を通信品質情報に反映させることができる。
また、本発明は上記構成において、前記更新タイミング監視部は、前記更新時刻からの経過時間が、前記通信品質指標値の新旧を判断するための時間閾値未満であること、前記更新対象地点における通信品質指標値のサンプリング回数が、前記通信品質指標値の有効性を保証するために予め定められた規定回数以上あること、及び前記通信品質指標値が欠損していないこと、の少なくとも一つを前記条件として用いる、ことを特徴とする。
経過時間が時間閾値を超える場合、及び通信品質情報の収集回数が通信品質指標値を算出するために予め定められた規定数に足りていない場合は、通信品質指標値が古すぎる、また、通信品質を正確に算出できていない恐れがある。また、通信品質指標値が欠損している場合は、そもそも通信品質を判定することができない。このように通信品質指標値の取得状態が不良な場合に、更新タイミング監視部が通信トリガ信号処理を行うことで取得状態の不良を解消し、現状の通信品質指標値を取得することができる。
また本発明は、上記構成において、前記更新タイミング監視部は、前記通信トリガ処理として、前記到達予定時刻に、前記対象車両に対して、通信品質を測定するための品質測定信号を送信し、前記対象車両の端末側通信制御部は、前記品質測定信号を受信したことを示す品質応答信号を、前記運行管理サーバに返送する、ことを特徴とする。
通信品質指標値を取得するための専用信号である品質測定信号及び品質応答信号を用いることにより、運搬車両と運行管理サーバとの間で通常に用いられる信号と峻別できる。
また本発明は、上記構成において、前記品質測定信号は、当該品質測定信号を固有に識別可能な信号識別情報を含み、前記品質応答信号は、応答対象となる品質測定信号の信号識別情報を含む、ことを特徴とする。
これにより、どの品質測定信号に対する品質応答信号であるかが明確になり、通信が確立したことを判別しやすくなる。
また本発明は、上記構成において、前記運行管理サーバは、前記各運搬車両の其々に対して、前記鉱山内の予め定められた走行路上の部分区間を各運搬車両の走行を許可する走行許可区間として設定する走行許可区間設定部を更に備え、前記各運搬車両は、前記運行管理サーバに対して、新たな走行許可区間の設定付与を要求するための走行許可要求情報を生成する要求情報処理部と、前記運行管理サーバから受信した走行許可区間に従って自律走行するための走行制御部と、を更に備え、前記端末側通信制御部は、自車両に付与された走行許可区間の終端部から、自車両の停止可能距離を考慮して定められた許可要求距離手前にある許可要求地点に到達すると、前記走行許可要求情報を送信し、前記更新タイミング監視部は、前記走行許可区間設定部に対し、前記更新対象地点を出力し、前記走行許可区間設定部は、前記許可要求地点が前記更新対象地点と一致するように、前記走行許可区間を設定する。
これにより、自律走行運搬車両から運行管理サーバから送信される走行許可要求情報を品質測定信号として用いることができ、通信品質指標値を収集するために通信トラフィック量が増加することを抑制できる。
また本発明は、上記構成において、前記運行管理サーバは、前記各運搬車両の其々に対して、前記鉱山内の予め定められた走行路上の部分区間を各運搬車両の走行を許可する走行許可区間として設定する走行許可区間設定部を更に備え、前記更新タイミング監視部は、前記更新対象地点を含む前記走行許可区間が設定されている場合は当該走行許可区間における前記更新対象地点よりも進行方向手前を走行中の運搬車両を前記対象車両として特定し、前記更新対象地点を含む前記走行許可区間が設定されていない場合、及び前記更新対象地点を含む前記走行許可区間が設定されていても、当該走行許可区間内を走行中の運搬車両が前記更新対象地点を通過している場合には、前記更新対象地点よりも手前において最も近い位置に設定された走行許可区間を走行中の運搬車両を、前記対象車両として特定する、ことを特徴とする。
これにより、自律走行運搬車両の場合は、走行許可区間と運搬車両の現在位置とを参照するだけで対象車両を特定することができる。これにより、例えば全運搬車両の到達予想時刻を演算して対象車両を特定する場合に比べて、演算負荷を下げることができる。
また本発明は、上記構成において、前記更新タイミング監視部は、前記各運搬車両の前記到達予定時刻を算出し、それらの到達予定時刻の内、最も早い到達予定時刻を示す運搬車両を前記対象車両として特定する、ことを特徴とする。
これにより、自律走行運搬車両又はオペレータが搭乗して操舵する有人運搬車両を問わず、稼働中の運搬車両を用いて更新対象地点の通信品質指標値を取得することができる。さらに、更新対象地点に最も早く到達する運搬車両を対象車両とすることにより、更新対象地点の通信品質状態の現状把握をより早いタイミングで行うことできる。
また本発明は、上記構成において、前記更新タイミング監視部は、下式(1)により前記到達予定時刻を算出する、
t=t0+(P1−P0)÷V0・・・(1)
但しt:更新対象地点に到達する時刻
t0:現在時刻
P0:対象車両の現在位置
P1:更新対象地点の位置
V0:対象車両の走行速度
ことを特徴とする。
t=t0+(P1−P0)÷V0・・・(1)
但しt:更新対象地点に到達する時刻
t0:現在時刻
P0:対象車両の現在位置
P1:更新対象地点の位置
V0:対象車両の走行速度
ことを特徴とする。
これにより、対象車両の現在位置及び時刻を考慮して、精度よく更新対象地点の到達予定時刻を算出でき、更新対象地点において通信品質を収集するための無線データの送受信が実行され、更新対象地点の通信品質情報を更新することができる。
また本発明は、上記構成において、前記運行管理情報は、前記運搬車両の其々を固有に識別する車両識別情報、各運搬車両の現在位置、当該現在位置の更新時刻、当該運搬車両の走行速度、走行向き、及び当該運搬車両に設定された区間情報を含み、前記更新タイミング監視部は、前記運行管理情報を参照して前記対象車両が前記更新対象地点に到達する時刻を算出する、ことを特徴とする。
これにより、運行管理情報は式(1)に必要な値を含むので、更新タイミング監視部は、運行管理情報を参照するだけで対象車両が更新対象地点に到達する時刻を算出することができる。従って、式(1)を用いた到達時刻の算出に好適である。
また本発明は、鉱山内を走行する複数の運搬車両の其々と無線通信回線を介して通信接続された運行管理サーバであって、前記運搬車両の其々との間で無線通信を行う制御を行うサーバ側通信制御部と、前記運搬車両の其々から受信した当該運搬車両の自車両の位置を含む運行管理情報を記録する運行管理情報記録部と、前記鉱山内の各地点を固有に識別する地点識別情報、当該地点における前記無線通信回線への接続状況の良否レベルを示す通信品質指標値、及び通信品質指標値を最後に更新した時刻を示す更新時刻、を関連付けた通信品質情報の編集を行う通信品質情報編集部と、前記通信品質情報において、各地点の通信品質指標値が、現時点の通信品質指標値として見做すための条件を充足していない地点を更新対象地点として特定し、当該更新対象地点の通信品質指標値を新たに取得するための通信を発生させる通信トリガ処理を行う更新タイミング監視部と、を備え、前記更新タイミング監視部は、前記運行管理情報を基に前記更新対象地点を走行する予定の運搬車両を対象車両として特定し、当該対象車両が前記更新対象地点に到達する到達予定時刻を計算し、前記通信トリガ処理として、当該到達予定時刻において、前記対象車両に無線データの送信を行わせるため処理を行い、前記サーバ側通信制御部は、前記到達予定時刻に、前記対象車両から自車両の位置を含む無線データを受信し、前記通信品質情報編集部は、受信した前記無線データに基づいて、前記通信品質情報を更新する、ことを特徴とする。
更新タイミング監視部が通信トリガ処理を行うことにより、対象車両が更新対象地点に到達することが予定された時刻に、運行管理サーバに対して自車両の位置を含む無線データの送信を行う。対象車両が予定通りに走行すると、対象車両の自車両位置は更新対象地点とほぼ一致する。この無線データが運行管理サーバに届くと、更新対象地点から無線通信回線に接続できることがわかる。そこで、通信品質情報編集部が、無線データを用いて更新対象地点の通信品質指標値を更新することで、現状の通信品質指標値を通信品質情報に反映させることができる。
本発明は上記構成において、前記通信品質情報に基づいて各地点における通信品質指標値の更新時刻を示す更新タイミング画像、各地点における通信品質指標値を示す通信品質画像、及び前記複数の運搬車両が走行する走行路に前記更新対象地点を重畳表示した地図画像、の少なくとも一つを生成し、表示する表示部を更に備える、ことを特徴とする。
これにより、更新タイミング画像、通信品質画像、及び地図画像を視認することで、ユーザが通信品質の取得状態、通信品質の良否、また、更新対象地点の位置を視認しやすくなり、必要な対策を講じやすくなる。
本発明は上記構成において、前記複数の運搬車両の其々に対して、前記鉱山内の予め定められた走行路上の部分区間を各運搬車両の走行を許可する走行許可区間として設定する走行許可区間設定部と、前記複数の運搬車両が走行する走行路に前記更新対象地点、及び前記走行許可区間を重畳表示した地図画像を生成し、表示する表示部と、前記表示された走行許可区間の設定又は前記走行許可区間の長さを変更する操作を受け付ける入力部と、を備え、前記走行許可区間設定部は、前記操作に従って前記走行許可区間の設定及び前記走行許可区間の長さを変更の少なくとも一つを行う、ことを特徴とする。
これにより、ユーザが走行許可区間と更新対象地点とを視認し、更新対象地点で通信が発生するように走行許可区間を設定または長さを変更することができる。
運搬車両の稼働状況を維持しつつ、鉱山内の各地点の無線通信品質をより現時点に近づけて管理することができる無線システム及び運行管理サーバを提供することができる。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。
以下の実施の形態においては、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明する。以下の実施の形態において、要素の数等(個数、数値、量、範囲等を含む)に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。なお、以下の実施の形態において、その構成要素(処理ステップ等も含む)は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須ではない。
また、以下の実施の形態における各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路その他のハードウェアとして実現しても良い。また、後述する各構成、機能、処理部、処理手段等は、コンピュータ上で実行されるプログラムとして実現しても良い。すなわち、ソフトウェアとして実現しても良い。各構成、機能、処理部、処理手段等を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、メモリやハードディスク、SSD(Solid State Drive)等の記憶装置、ICカード、SDカード、DVD等の記憶媒体に格納することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の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また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、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
<第一実施形態>
[システム構成]
第一実施形態は、鉱山においてショベルやホイールローダ等の積込機が積み込んだ土砂や鉱石を搬送する運搬車両と、積込機及び運搬車両の位置や走行状態を管制する管制センタとを無線通信ネットワークで接続した車両走行システムに係り、特に無線通信の品質情報を、稼働中の運搬車両が収集する点に特徴がある。以下、本発明の第一実施形態に係る車両走行システムについて、図面を参照しながら説明する。
[システム構成]
第一実施形態は、鉱山においてショベルやホイールローダ等の積込機が積み込んだ土砂や鉱石を搬送する運搬車両と、積込機及び運搬車両の位置や走行状態を管制する管制センタとを無線通信ネットワークで接続した車両走行システムに係り、特に無線通信の品質情報を、稼働中の運搬車両が収集する点に特徴がある。以下、本発明の第一実施形態に係る車両走行システムについて、図面を参照しながら説明する。
まず、図1に基づいて第一実施形態に係る車両走行システムの概略構成について説明する。図1は、第一実施形態に係る車両走行システムの概略構成を示す図である。図1に示す車両走行システム1は、鉱山などの採石場で、土砂や鉱石の積込作業を行うショベル10−1、10−2と、土砂や鉱石等の積荷を搬送する運搬車両(以下「ダンプ」という)20−1、20−2と、採石場の近傍若しくは遠隔の管制センタ30に設置された運行管理サーバ31と、を含む。ダンプ20−1、20−2の構成は同じであるので、以下ではダンプ20−1、20−2を区別することなく総称する場合はダンプ20と記載する。またショベル10−1、10−2の構成も同じであるので、以下ではショベル10−1、10−2を区別することなく総称する場合はショベル10と記載する。
各ダンプ20は、鉱山内であらかじめ設定された走行路60に沿って、ショベル10及び図示しない放土場の間を往復し、積荷を搬送する。本実施形態ではダンプ20は、オペレータが搭乗することなく自律走行する無人ダンプを例に挙げて説明する。
ショベル10、ダンプ20、及び運行管理サーバ31は、無線通信回線40を介して互いに無線通信接続される。この無線通信接続を円滑に行うために、鉱山内には、複数の無線基地局41−1、41−2、41−3が設置される。そしてこれらの基地局を経由して、無線通信の電波が送受信される。電波は、各基地局41−1、41−2、41−3から距離が離れるに従って減衰する。図1の符号42−1、42−2、42−3は、各基地局41−1、41−2、41−3と各ダンプ20とが電波の送受信ができる範囲(以下「通信エリア」という)を示す。各基地局41−1、41−2、41−3は、通信エリア42−1、42−2、42−3が互いに重なるように設置されることで、走行路60上であればどの地点からも無線通信回線40に接続できるようにすることが好ましい。図1では、通話エリアを円形に図示しているが、実際には、地形の影響を受けて円形にはならないこともある。無線基地局41−1、41−2、41−3の構成は同じであるので、以下では無線基地局41−1、41−2、41−3を区別することなく総称する場合は無線基地局41と記載する。
ショベル10及びダンプ20は、全地球航法衛星システム(GNSS:Global Navigation System)の少なくとも3つの航法衛星50−1、50−2、50−3から測位電波を受信して自車両の位置を取得するための位置算出装置(図1では図示を省略する)を備える。GNSSとして、例えばGPS(Global Positioning System)、GLONASS(Global Navigation Satellite System)、GALILEOを用いてもよい。
ショベル10は、超大型の油圧ショベルであって、ショベル10における見通しの良い場所、例えば運転室の上部に、無線通信回線に接続するためのアンテナ18が設置されている。
ダンプ20は、本体を形成するフレーム21と、前輪22及び後輪23と、フレーム21の後方部分に設けられたヒンジピン(図示せず)を回動中心として上下方向に回動可能な荷台24と、この荷台24を上下方向に回動させる左右一対のホイストシリンダ(図示せず)と、を含む。また、ダンプ20は、見通しの良い場所、例えば、ダンプ20の上面前方に、無線通信回線40に接続するためのアンテナ25が設置される。また、ダンプ20は、無線通信回線40を介して運行管理サーバ31と通信し、ダンプ20の自律走行制御を行う車載端末装置26を備える。
運行管理サーバ31は有線通信回線33(図2参照)を介してアンテナ32と接続され、無線通信回線40を介して無線基地局41−1、41−2、41−3と接続され、ショベル10、及びダンプ20の其々と通信する。
次に図2を参照して、図1の運行管理サーバ31及び車載端末装置26のハードウェア構成について説明する。図2は、運行管理サーバ及び車載端末装置のハードウェア構成図である。
図2に示すように、運行管理サーバ31は、サーバ側制御装置311、サーバ側入力装置312、サーバ側表示装置313、サーバ側通信装置314、通信バス315、マスタ地図情報データベース(以下データベースを「DB」と略記する)316、通信品質情報DB317、及び運行管理情報DB318を含んで構成される。
サーバ側制御装置311は、運行管理サーバ31の各構成要素の動作を制御するものであり、CPU(Central Processing Unit)等の演算・制御装置、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)、HDD(Hard Disk Drive)等の記憶装置を含むハードウェアと、サーバ側制御装置311により実行されるソフトウェアとを含んで構成される。これらのハードウェアが本発明に係る通信品質管理プログラムや、ダンプ20の自律走行制御を実行するための自律走行プログラムなどのソフトウェアを実行することにより、運行管理サーバ31の各機能が実現される。
サーバ側入力装置312は、マウス、キーボードなどの入力装置により構成され、オペレータからの入力操作を受け付けるインターフェースとして機能する。
サーバ側表示装置313は、液晶モニタ等により構成され、オペレータに対して情報を表示して提供するインターフェースとして機能する。
サーバ側通信装置314は、Wi‐Fi(Wireless Fidelity)やIEEE(Institute of Electrical and Electronics Engineers)の規格に適合した無線通信装置を用いてもよい。
通信バス315は、各構成要素を互いに電気的に接続する。
マスタ地図情報DB316は、地図情報を固定的に記憶可能な記憶装置、例えばHDDを用いて構成される。地図情報は、走行路60上の各地点(以下「ノード」という)と、隣接するノードを連結するサブリンクとにより定義される。地図情報は、鉱山の地形情報や、各ノードの絶対座標(測位電波を基に算出される3次元実座標)を含んでもよい。各ノード、及びサブリンクには、そのノードを固有に識別する位置識別情報(以下「ノードID」、「リンクID」という)が付与される。
通信品質情報DB317は、通信品質情報を固定的に記憶可能な記憶装置、例えばHDDを用いて構成される。通信品質情報は、走行路60を走行するダンプ20が収集した通通信情報を基に算出された地図情報に含まれる各位置の通信品質を示すもので、走行路60上の各地点におけるダンプ20−1及び運行管理サーバ31間の接続状況の良否レベルを示す通信品質指標値を、ノードIDと対応付けて記憶する。ここでいう「通信品質指標値」とは、運行管理サーバ31及びダンプ20−1間の無線通信接続の確立のしやすさを示す通信品質情報であり、例えば、各ノードにおける無線接続に使用される電波強度を示す受信電力値や、運行管理サーバ31とダンプ20−1との間の無線通信接続の成功率である。なお、「成功率」は、通信接続のエラー率と言い換えてもよい。この場合、後述する閾値判定の不等号の向きは成功率を用いた場合とは逆向きになる。
運行管理情報DB318は、運行管理情報を固定的に記憶可能な記憶装置、例えばHDDを用いて構成される。運行管理情報は、各ダンプの現在位置、走行速度などのダンプの運行情報を記憶する。
上記の各データベースは、マスタ地図情報、通信品質情報、運行管理情報を記憶する記憶部だけを備え、サーバ側制御装置311がそれらのデータベースの更新・検索処理を行ってもよいし、各データベースに上記記憶部の情報の更新・検索処理を行うエンジンを搭載したものでもよい。後述する各種データベースについても同様である。
ダンプ20に搭載される車載端末装置26は、端末側制御装置261、端末側入力装置262、端末側表示装置263、端末側通信装置264、通信バス265、端末側地図情報DB266、走行制御装置267、外界センサ装置268、及び位置算出装置269を含んで構成される。
端末側制御装置261は、車載端末装置26の各構成要素の動作を制御するものであり、CPU等の演算・制御装置、ROMやRAM、HDD等の記憶装置を含むハードウェアと、車載端末装置26により実行されるソフトウェアとを含んで構成される。これらのハードウェアがソフトウェアを実行することにより、車載端末装置26の各機能が実現される。
端末側入力装置262は、タッチパネルや各種スイッチなどの入力装置により構成され、オペレータからの入力操作を受け付けるインターフェースとして機能する。
端末側表示装置263は、液晶モニタ等により構成され、オペレータに対して情報を表示して提供するインターフェースとして機能する。
端末側通信装置264は、Wi‐FiやIEEEの規格に適合した汎用の無線通信装置を用いてもよい。
通信バス265は、各構成要素を互いに電気的に接続する。
端末側地図情報DB266は、HDDなど固定的に記憶する記憶装置を用いて構成され、マスタ地図情報DB316に格納された地図情報と同じ地図情報を格納する。
走行制御装置267は、ダンプ20の加速装置、制動装置、及びステアリング装置等、ダンプ20の走行に関わる駆動装置(以下「走行駆動装置」という)に対し、加減速量、制動量、ステアリング角度を伝達するための制御装置である。
外界センサ装置268は、ミリ波レーダや前方カメラなど、ダンプ20の走行方向(進行方向)前方の障害物を検知するためのセンサであり、その種類は問わない。外界センサ装置268の検知結果は、端末側制御装置261に出力され、通常時は走行経路から離脱しないように走行位置の監視や加減速に用いられ、緊急時には緊急回避行動に必要な制動動作に用いられる。
位置算出装置269は、航法衛星50−1、50−2、50−3(図1参照)からの測位電波を基に自車両の現在位置を算出する。
次に図3を参照して、図1の運行管理サーバ31及び車載端末装置26の機能構成について説明する。図3は、第一実施形態に係る運行管理サーバ及び車載端末装置の主な機能を示す機能ブロック図である。
図3に示すように、運行管理サーバ31のサーバ側制御装置311は、走行許可区間設定部311a、通信品質情報編集部311b、更新タイミング監視部311c、サーバ側通信制御部311d、入力制御部311e、及び表示制御部311fを備える。
走行許可区間設定部311aは、マスタ地図情報DB316の地図情報と、運行管理情報DB318とを参照し、各ダンプ20からの要求に応じて、走行路60上におけるダンプ20の現在位置よりも前方の地点に前方境界点を設定して、それよりも後ろに後方境界点を設定する。そして、前方境界点及び後方境界点の間の走行路60の部分区間を、要求を出したダンプ20に対して走行を許可する走行許可区間として設定する。
前方境界点から、ダンプ20の停止可能距離を考慮して定められた許可要求距離手前の地点を許可要求地点といい、その間の区間を許可要求区間という。また、許可要求区間内のうち、前方境界点に近い地点に停止地点を設定する停止地点は、前方境界点を基準とし、ダンプ20に対して走行許可区間が付与できない場合に、前方境界点を超えることなく停止可能な距離、離れた地点に設けられる。
通信品質情報編集部311bは、通信品質情報DB317に格納された通信品質情報の編集(更新)を行う。通信品質指標値は無線通信回線への接続状況の良否レベルを示す値であり、通信成功回数、通信成功確率、また各地点における受信電波強度を用いてもよい。通信品質情報編集部311bは、通信品質指標値として、各地点の通信状況を示すローデータを基に演算処理を行った値、例えば通信成功率や、受信電波強度の平均値、最頻値、中央値等の統計値を用いる場合には、これらの算出処理を行い、その結果と更新した時刻を通信品質情報に上書きする。各地点の通信状況を示すローデータのうち、最新のものをそのまま用いる態様では、通信品質情報編集部311bは、通信品質情報の上書き処理だけを行う。
更新タイミング監視部311cは、通信品質情報において、各地点の通信品質指標値が、現時点の通信品質指標値として見做すための条件を充足していない地点を更新対象地点として特定し、当該更新対象地点の通信品質指標値を新たに取得するための通信を発生させる通信トリガ処理を行う。より詳しくは、更新タイミング監視部311cは運行管理情報を基に更新対象地点を走行する予定の運搬車両を対象車両として特定し、対象車両が更新対象地点に到達する到達予定時刻を計算する。そして、通信トリガ処理として、到達予定時刻において、前記対象車両に無線データの送信を行わせるため処理を行う。第一実施形態では通信トリガ信号処理として、後述する品質測定信号の送信を行う。
更新タイミング監視部311cによる対象車両の特定例として、例えば、各ダンプ20が更新対象地点に到達予定時刻を下式(1)により算出し、到達予定時刻が最も早いダンプ20を対象車両として特定してもよい。式(1)に適用する各値は、運行管理情報に予め格納しておき、更新タイミング監視311cが参照できるように構成される。
t=t0+(P1−P0)÷V0・・・(1)
但しt:更新対象地点に到達する時刻
t0:現在時刻
P0:対象車両の現在位置
P1:更新対象地点の位置
V0:対象車両の走行速度
t=t0+(P1−P0)÷V0・・・(1)
但しt:更新対象地点に到達する時刻
t0:現在時刻
P0:対象車両の現在位置
P1:更新対象地点の位置
V0:対象車両の走行速度
また、本実施形態では、更新タイミング監視部311cは、更新時刻からの経過時間が、通信品質指標値の新旧を判断するための時間閾値未満であることを用いるが、条件はこれに限定されず、更新対象地点における通信品質標値のサンプリング回数が、通信品質指標値の有効性を保証するために予め定められた規定回数以上あること、及び通信品質指標値が欠損していないこと、の少なくとも一つ、又は適宜組み合わせて用いてもよい。
サーバ側通信制御部311dは、各ダンプ20との間で無線通信を行う制御を行う。より具体的には、各ダンプ20から走行許可要求情報を受信するとともに、設定された走行許可区間を示す走行許可応答情報及び走行許可区間が設定できないことを示す不許可応答情報の送信、及び品質測定信号の送信及びそれに対する品質応答信号の受信の制御を行う。
入力制御部311eは、ユーザがサーバ側入力装置312に対して行った操作を受け付ける。例えば、ユーザがサーバ側入力装置312を用いて運行管理情報DB318に格納された運行管理情報に対する編集操作を行うことで、ユーザが運行管理情報の入力・編集を行うことができる。なお、入力制御部311e及びサーバ側入力装置312をまとめて入力部ともいう。
表示制御部311fは、サーバ側表示装置313に表示する画像の生成、及び表示制御処理を行う。なお、表示制御部311f及びサーバ側表示装置313をまとめて表示部ともいう。
次に車載端末装置26について説明する。車載端末装置26の端末側制御装置261は、走行制御部261a、端末側通信制御部261b、及び要求情報処理部261cを備える。
走行制御部261aは、位置算出装置269から取得した自車両の現在位置、端末側地図情報DB266の地図情報、及び走行許可応答情報に含まれる走行許可区間に従って、自律走行させるための制御を走行制御装置267に対して行う。また、走行制御部261aは、外界センサ装置268の検知結果に基づいて前方障害物の有無を判定し、障害物との干渉、衝突の回避動作の有無も判定し、必要があれば制動動作のための制御を行う。
端末側通信制御部261bは、運行管理サーバ31との間で無線通信を行う制御を行う。より具体的には、次の走行許可区間を要求するための走行許可要求情報を送信する。また運行管理サーバ31が走行許可要求情報に応じて設定した走行許可区間を示す走行許可応答情報を受信する。また、端末側通信制御部261bは、運行管理サーバ31から品質測定信号受信すると、受信したことを示す品質応答信号を返送する。
要求情報処理部261cは、運行管理サーバ31に対して、新たな走行許可区間の設定付与を要求するための走行許可要求情報を生成する。また、各ダンプ20の走行開始にあたり、目的地が設定されていない場合には、目的地の設定を要求するための目的地要求情報を生成する。
次に図4及び図5を参照して、運行管理サーバ及自律走行ダンプ間で送受信される情報のフォーマットについて説明する。図4は、走行許可要求情報及び走行許可応答情報の各フォーマットの構成を示す図であって、(a)は、走行許可要求情報フォーマットを示し、(b)は、走行許可応答情報フォーマットを示す。図5は、品質測定信号及び品質応答信号のフォーマットの構成を示す図であって、(a)は、品質測定信号のフォーマットを示し、(b)は、品質応答信号のフォーマットを示す。
図4の(a)に示すように、走行許可要求情報フォーマット400は、大きくはヘッダ401及びダンプ情報402を含んで構成される。ヘッダ401は、データの種別を識別するためのデータ種別識別情報401aと、そのデータ種別においてシーケンシャルに割り当てられたデータ番号401bとを含む。データ種別識別情報401a及びデータ番号401bを組み合わせることで、走行許可要求情報を固有に識別可能となる。走行許可要求情報フォーマット400では、データ種別識別情報401aとして、このデータが走行許可要求情報であることを示す情報(例えばビット列)を含む。
ダンプ情報402は、許可要求情報を送信したダンプを固有に識別するダンプID402a、位置算出装置269が算出した自車両の現在位置を示すダンプ現在位置情報402b、及び走行速度やタイヤ空気圧等ダンプの状態を示す状態情報402cを含む。ダンプIDは、車両識別情報に相当する。
図4の(b)に示すように、走行許可応答情報フォーマット410もヘッダ411及び走行許可区間情報412を含んで構成される。ヘッダ411は、走行許可要求情報フォーマット400と同様、データ種別識別情報411a及びデータ番号411bを含むとともに、あて先となるダンプID411cを含む。データ種別識別情報411aは、例えば走行許可応答情報であることを示すビット列であり、データ番号411bは、ダンプID411cから送信された走行許可応答情報に含まれるデータ番号401bと同じ番号を含む。これにより、どのダンプから送られたどの走行許可要求情報に対する応答情報であるかを判別でき、無線通信回線40を通じて運行管理サーバ31からブロードキャスト送信された場合であっても、各ダンプ20が、自車両が発行した走行許可要求情報に対応する応答情報であるかを識別することができる。
走行許可区間情報412は、新たに設定された走行許可区間の前方境界点座標412a、後方境界点座標412b、及び制限速度412cを含む。前方境界点は、走行許可区間の進行方向前方に位置する終端部に相当する。
運行管理サーバ31からダンプ20に対して送信され品質測定信号のフォーマット500は、図5の(a)に示すように、ヘッダ501及びあて先情報502を含んで構成される。ヘッダ501は、データ種別識別情報501a(例えば品質測定信号であることを示すビット列)と、そのデータ種別においてシーケンシャルに割り当てられたデータ番号501bとを含む。あて先情報502は、品質測定信号の送信先となるダンプID502aが含まれる。データ番号501bは品質測定信号を固有に識別する信号識別情報に相当する。
品質測定信号を受信したダンプ20は、受信確認として品質応答信号を運行管理サーバ31に対して送信する。品質応答信号のフォーマット510は、図5の(b)に示すように、ヘッダ511及び品質応答信号を送信したダンプに関するダンプ情報512を含んで構成される。ヘッダ511は、データ種別識別情報511a(例えば品質応答信号であることを示すビット列)と、受信した品質測定信号に含まれるデータ番号511bとを含む。ダンプ情報512は、品質測定信号の送信元のダンプID512aと、そのダンプ20に搭載された位置算出装置269が算出した自車両の現在位置を示すダンプ現在位置情報512bとを含む。更に、通信品質指標値としてダンプ20の受信電波強度を用いる場合、品質応答信号のフォーマット510は、電波強度に対応する受信電力値512cを含む。
次に、図6を参照して通信品質情報DB317に格納される通信品質情報のテーブル構成について説明する。図6は、通信品質情報テーブルの構成を示す図である。
図6に示すように、通信品質情報テーブル600は、「通信位置」レコード601、「通信成功回数」レコード602、「受信電力値」レコード603、及び「更新時刻」レコード604を含む。図6では、通信品質指標値として、通信成功回数及び受信電力値を用いているが、どちらか一つでもよいし、これらとは異なる値を通信品質指標値として用いてもよい。
「通信位置」レコード601は、マスタ地図情報DB316に格納された地図情報に含まれる各地点を固有に識別する地点識別情報が格納される。地点識別情報として、本実施形態では座標を用いる。この座標は、走行路60上の各地点の他、積込場で走行路を動的生成する場合には走行路がショベル10の移動に伴って変わることから、積込場内の各地点の座標が含まれる。走行路60を走行中にダンプ20からダンプ現在位置情報、走行許可要求情報、及び品質応答信号を受信した場合には、通信品質情報編集部311bは、これら受信した情報に含まれる現在位置に相当する通信品質指標値、及び更新時刻を更新する。
「通信品質指標値」レコード602は、ダンプ20から、現在位置情報又は走行許可要求情報を受信すると1カウントアップする。また品質応答信号が受信できた場合は、品質測定信号及び品質応答信号の通信が成功したことを示すので、2カウントアップする。なお、同一の通信位置に対して2カウントアップが、これは、走行許可要求情報及び走行許可応答情報の送受信に要する時間は短時間(ミリ秒単位)であるので、この間のダンプ20の移動は無視(同一地点にいるもの)したためである。
「受信電力値」レコード603は、基地局からの電波強度で示すことができる。
通信品質指標値して、下式(2)により算出した通信成功率を用いてもよい。
E={(Σ_est)/(Σ_req)}×100・・・(2)
但し、
Σ_est:運行管理サーバ31及びダンプ20−1の間で無線通信接続が確立した全回数(通信成功回数に相当する)
Σ_req:運行管理サーバ31又はダンプ20−1から無線通信接続を要求した全回数
E:通信成功率
E={(Σ_est)/(Σ_req)}×100・・・(2)
但し、
Σ_est:運行管理サーバ31及びダンプ20−1の間で無線通信接続が確立した全回数(通信成功回数に相当する)
Σ_req:運行管理サーバ31又はダンプ20−1から無線通信接続を要求した全回数
E:通信成功率
式(2)のうち、運行管理サーバ31又はダンプ20から無線通信接続を要求した全回数(Σ_req)は、実際には正確な値を得にくいことがある。例えばダンプ20から送信した走行許可要求情報がどの無線基地局にも届かない場合には、無線基地局41及び運行管理サーバ31は、無線通信接続が要求されたという情報を得られない。
その場合、各無線基地局41、運行管理サーバ31、及び各ダンプ20の送信記録をそれぞれがログ情報に書き込んでおき、所定のタイミングでログ情報を運行管理サーバ31に集約し、送信イベントと受信イベントとを突き合わせて、送信イベントおよび受信イベントが揃っている通信、即ち通信セッションが確立したイベント数を、送信イベント数及び受信イベント数の合算値(これらには、送信イベントだけが発生しこれに対応する受信イベントがないものが含まれる。)で除算して通信成功確率を算出してもよい。
図7に、サーバが管理する運行管理情報のテーブル例を示す。運行管理情報700は、「ダンプID」レコード701、走行許可区間の「前方境界点座標」レコード702、「後方境界点座標」レコード703、「走行速度」レコード704、「走行向き」レコード705、「現在位置」レコード706、及び「現在位置受信時刻」レコード707を含む。
「前方境界点座標」レコード702及び「後方境界点座標」レコード703は、各ダンプに対して付与された走行許可区間を示す情報である。
「走行速度」レコード704は、その走行許可区間において各ダンプ20に設定されている走行速度を示している。
「走行向き」レコード705は、走行中の区間内で、前後どちらの方向に走行しているかを示す。
「現在位置」レコード706は、各ダンプ20から定期的に通知される位置情報が格納される。
「現在位置受信時刻」レコード707は、現在位置情報をサーバが受信した時刻が格納される。運行管理サーバ31は自律走行のためにこれらの情報を用いるが、通信品質情報の更新処理にも応用することで、品質情報の管理をより適正に行うことができる。
次に図8を参照して自律走行の処理動作について説明する。図8は、走行許可区間の設定処理を示す図であって、(a)は走行許可区間nを走行中の状態を示し、(b)は、許可要求地点に到達した状態を示し、(c)は、次の前方境界点の設定状態を示す。
図8の(a)に示すように、走行路60は、ノード61及びサブリンク62を含んで定義される。図8の(a)は、7つのノード61及び隣接するノード間を連結する6つのサブリンク62を含む走行許可区間nを示す。走行許可区間nは、この直前の走行許可区間n−1(図示を省略)を走行中にダンプ20が走行許可要求情報を送信し、これに応じて運行管理サーバ31から送信された走行許可応答情報に含まれる許可区間情報(図4の(b)符号412参照)により定義されたものである。
図8では、走行許可区間nの後方境界点はBP_bn、前方境界点はBP_fnで示す。許可要求区間は、前方境界点BP_fnを基準とし、これを含んで4つ後方のノードまでと定義する。なお、許可要求区間の定め方はこれに限定されず、後方境界点を基準として定めてもよい。また、許可要求区間のうち、最も後方に位置するノードは、ダンプ20が許可要求情報の送信を開始する地点であり、以下、許可要求地点(図ではRPと図示)という。
図8の(b)に示すように、ダンプ20−1は、許可要求地点RPに到達すると、最寄りの無線基地局41から無線通信回線40を介して運行管理サーバ31に対し、次の走行許可運行管理情報を要求するための情報(許可要求情報)の送信を行う。
前方境界点BP_fnから一つ後のノードは、停止地点ST_nである。ダンプ20は許可要求地点RPから走行許可要求情報を送信し始め、停止地点ST_nに到達して際に走行許可応答情報を受信できない場合は、停止する。これにより、前方境界点BP_fnを超えることなく停止し、前方車両との干渉を防ぐ。
運行管理サーバ31は、走行許可要求情報を受信すると、図8の(c)に示す解放区間の設定処理を行う。解放区間とは、運行管理サーバ31が前回の走行許可要求に応じて走行許可区間として設定した区間を、他のダンプに対して走行許可が行えるように解放した区間である。運行管理サーバ31は、ダンプ20が許可要求情報を送信したノードから所定距離以後を解放区間として設定する。
次に運行管理サーバ31は、新たな走行許可区間を設定する。運行管理サーバ31は、新しい走行許可区間n+1の後方境界点BP_bn+1を解放区間のうちの最前端ノードに設定する。また、走行許可区間として設定できる最大距離のノード(但し前方車両が存在する場合は、その車両の後ろに設定された解放区間の最前端)を前方境界点BP_fn+1と設定する。このように、走行許可区間設定部311aは前方境界点BP_fn+1から後方境界点BP_bn+1までの走行路60の部分区間を走行許可区間n+1として設定する。以上の処理を繰り返すことにより、ダンプ20は走行許可が与えられていない区間へ進入することができないので、他のダンプとの衝突を未然に防ぐことができる。
次に図9乃至図12を参照して、本実施形態に係る無線システムの動作の流れについて説明する。図9は、運行管理サーバとダンプとの間の通信例及びその時の更新タイミンググラフ例を示す。図10は、無線システム内における通信順序のうち、目的地設定要求情報送信から走行許可区間応答情報の受信までの動作を示すシーケンス図である。図11は、無線システム内における通信順序のうち、自律走行を開始してからの動作を示すシーケンス図である。図12は、更新タイミング監視処理の流れを示すフローチャートである。
図9において、(x,y)は走行路60上の地点を示すが、ノードに一致する場合だけでなく、サブリンク上の地点や、積込場内の任意の地点を示す場合もある。
ダンプ20は、図9で説明したように、走行許可区間の終盤にさしかかり、許可要求地点(x1,y1)に到達すると、走行許可要求情報を運行管理サーバ31へ送信する。運行管理サーバ31が走行許可要求情報に応答して、走行許可応答情報を送信し、ダンプ20が受信する。従って、走行許可に関係する通信が発生するタイミングは、走行許可区間の長さとダンプの走行状態によってランダムに変化する。
またダンプは、現在自車が走行している位置を、定期的に運行管理サーバへ通知する通信を行う。図9では座標(x4,y4)、(x6,y6)、(x9,y9)で現在位置情報を運行管理サーバ31に対して送信する。座標(x4,y4)、(x6,y6)、(x9,y9)は等間隔ではないが、これはダンプ20の速度の違いにより現在位置情報の送信時間間隔が一定でも、走行速度の違いにより送信地点間隔が一定にはならないためである。この現在位置通知の通信や走行許可要求情報及び走行許可応答情報の通信は、互いに独立したタイミングで発生する。
また鉱山全体では複数台のダンプ20が走行するが、各ダンプ20は通信タイミングの同期等を取る必要はなく、各ダンプ20が独立したタイミングでこれらの通信を行う。以上に説明した内容で通信が行われると、エリア全体では通信が頻繁に発生する箇所と、通信があまり発生しない箇所に分かれることがある。このような場合、通信品質情報の更新頻度に偏りが生じることとなる。この更新頻度の偏りを図9の更新タイミンググラフG1(以下「グラフG1」と略記する。)を参照して説明する。
グラフG1は、各地点における通信品質指標値の更新事項を示すものであり、更新タイミング画像に相当する。グラフG1は、説明の便宜のため、各座標の通信品質情報の更新時刻を示すサンプリング点をスプライン曲線で補完したグラフであるが、サンプリング点の点列だけで更新頻度の偏りを示すことができる。表示制御部311fが、この図9のグラフG1やサンプリング点の点列をサーバ側表示装置313の画面に表示し、ユーザに対して更新頻度を通知するように構成してもよい。但し更新頻度と通信品質情報とは別のものであり、ユーザが更新頻度を見ただけでは通信品質の良否を判定することができない。
図9のグラフG1は、各地点における最後に通信してからの経過時間を示すグラフである。座標(x7、y7)、(x8、y8)の経過時間Tpは、経過時間の許容時間を示す時間閾値Tthを超える。従って、座標(x7、y7)、(x8、y8)の通信品質情報は古く、現状の通信品質を必ずしも反映しているとは限らない。特に鉱山では、ショベル10の掘削作業の進捗によって地形が変化し、電波状況が変化する。そのため、通信品質を最後に更新してからの経過時間を所定の範囲(時間閾値Tth)内に収めて、できるだけ現在の状況を反映した通信品質状態(電波状態)を把握することで、電波状況が悪い地点を特定し、それを改善することが必要である。これにより、自律走行ダンプが通信エラーにより停止することを防ぎ、鉱山の生産性の向上に資することできる。そこで、本実施形態では、通信品質情報が古くなって現状とは異なっている可能性がある品質情報のエリアの発生を監視することを目的とする。
次に図10及び図11を参照して本実施形態に係る各通信ノード装置の処理動作順序を説明する。
図10の処理を開始する際、ダンプ20は停止状態、無線基地局41及び運行管理サーバ31の主電源がONになっているものとする。
各ダンプ20は、次の目的地が設定されていない状態では走行できない。そこで、要求情報処理部261cは、走行制御部261aが走行許可区間情報を有していない状態、例えば積込場又は放土場で停止中である場合、目的地を要求するための目的地要求情報を運行管理サーバ31に対して送信する(S1001)。
このとき、目的地要求情報は、ダンプ20から最も近い無線基地局41が受信する。無線基地局41は、目的地要求情報の受信記録を受信した日時とともにログ情報に書き込む。ログ情報への書き込みは、各無線基地局41にイベント(データの受信、送信)が発生する度に行われる。
目的地要求情報は、無線基地局41から運行管理サーバ31へと中継される(S1002)。
サーバ側通信制御部311cは、目的地要求情報を受信し、通信品質情報編集部311bに出力する(S1003)。通信品質情報編集部311bは通信品質情報テーブルの更新が行われる(S1004)。具体的には、目的地要求情報に含まれる現在位置情報に対応するの「通信位置」レコード601の「通信成功回数」レコード602の値を1インクリメントする。また「受信電力値」603の、及び「更新時刻」604の各値を更新する。
またサーバ側通信制御部311cは、目的地要求情報を受信し、走行許可区間設定部311aに出力する(S1005)。走行許可区間設定部311aは、ダンプ20−1の現在位置情報及びマスタ地図情報DB316の地図情報を参照し、目的地を決定し、その内容を示す目的地応答情報を生成する(S1006)。更に、走行許可区間設定部311aは、運行管理情報にダンプ20−1の目的地を記録する(S1007)。本実施形態では、走行許可区間設定部311aが目的地の設定を行ったが、走行許可区間設定部311aとは異なる、目的地の設定だけを行うモジュール(配車管理部)を設けてもよい。
走行許可区間設定部311aは、サーバ側通信制御部311dに目的地応答情報を出力する(S1008)。
サーバ側通信制御部311dは、無線基地局41を介して目的地応答情報をダンプ20に返信する(S1009、1010)。
要求情報処理部261cは、目的地応答情報を受信すると、走行許可区間の設定を要求するための走行許可区間要求情報(現在位置情報を含む)を運行管理サーバ31に対して送信する(S1011)。
走行許可区間要求情報は、無線基地局41から運行管理サーバ31へと中継される(S1012)。
サーバ側通信制御部311cは、走行許可区間要求情報を通信品質情報編集部311bに出力し(S1013)、通信品質情報編集部311bが通信品質情報テーブルを更新する(S1014)。このときの更新内容はステップS1004と同様である。
サーバ側通信制御部311cは、走行許可区間要求情報を通信品質情報編集部311bに出力し(S1015)、走行許可区間設定部311aが、ダンプ20の現在位置情報及びマスタ地図情報DB316の地図情報を参照し、走行許可区間を設定し(S1016)、その内容を示す走行許可応答情報を生成するとともに、運行管理情報DB318の運行管理情報にダンプ20に対して設定した走行許可運行管理情報を記録する(S1017)。
走行許可区間設定部311aは、サーバ側通信制御部311dに走行許可応答情報を出力する(S1018)。
サーバ側通信制御部311dは、無線基地局41を介して走行許可応答情報をダンプ20−1に返信する(S1019、S1020)。
ダンプ20−1の端末側通信制御部261は、走行許可応答情報を受信し、走行制御部261aに出力する。走行制御部261aは、設定された走行許可区間に沿って自律走行するように、走行制御装置267に対する制御を行う。これにより、ダンプ20−1が自律走行を開始する(S1121;図21参照)。
ダンプ20は、自律走行中に定期的に位置算出装置269が算出した自車両の現在位置情報を運行管理サーバ31に対して送信する(S1122)。無線基地局41は、ダンプ20の現在位置情報を受信し、運行管理サーバ31に中継する(S1123)。
サーバ側通信制御部311dは、現在位置情報を通信品質情報編集部311bに出力し(S1124)、通信品質情報テーブルが更新される(S1125)。
また、サーバ側通信制御部311dは、現在位置情報を走行許可区間設定部311aに出力し(S1126)、運行管理情報が更新される(S1127)。
上記ダンプ20の運行管理処理とは独立して、無線基地局41は、定期的にログ情報を運行管理サーバ31に送信する(S1130)。サーバ側通信制御部311dはログ情報を受信し、通信品質情報編集部311bに出力する(S1131)。
通信品質情報編集部311bは、受信したログ情報を基に通信品質情報テーブル(図6参照)を更新する(S1132)。各通信ノード(ダンプ20、無線基地局41の其々)は、独自にログを収集し、各通信ノードから運行管理サーバ31にログを送信してもよい。各通信ノードは、相互に独立したタイミングでこのログを送信してもよい。この場合、通信品質情報編集部311bは、ログの通信日時が最新のものだけを選択して、通信品質情報テーブルを更新する。
図11では、説明の便宜のため、ステップS1120の後にログ情報の送信、及びこれによる通信品質情報の更新処理を記載したにすぎず、ステップS1130〜S1133の処理は、走行許可区間の設定処理とは独立した、任意のタイミングで実行される。
更新タイミング監視部311cは、走行許可区間の設定処理及びログ収集・更新処理とは独立したタイミングで、通信品質情報を参照し、更新タイミング監視処理を行う(S1140)。この詳細は後述する。
ステップS1140の処理の結果、更新対象地点を特定した場合は、更新タイミング監視部311cは、対象車両となるダンプを特定し、品質測定信号を送信する(S1141、S1142、S1143)。品質測定信号を受信したダンプは、運行管理サーバ31に対して品質応答信号を送信する(S1144、S1145)。
サーバ側通信制御部311dは、現在位置情報を通信品質情報編集部311bに出力し(S1146)、通信品質情報テーブルが更新される(S1147)。
図11では、説明の便宜上、1回の更新タイミング監視処理のみを記載したが、更新タイミング監視部311cは、更新タイミング監視処理を継続して実行してもよいし、所定の時間間隔を空けて実行してもよい。以下、図12を参照して、ステップS1140の更新タイミング監視処理の流れについて説明する。図12は、更新タイミング監視処理の流れを示すフローチャートである。
更新タイミング監視部311cは、運行管理サーバ31が起動後(S1201)、通信品質情報のチェックを開始する(S1202)。チェック時間を記録しておき、前回のチェックから一定時間が経過していれば(S1203/Yes)、更新が必要な地点(座標)の検索を開始する(S1204)。前回のチェックから一定時間が経過していなければ(S1203/No)、次のチェックまで待機する。
更新が必要な地点(座標)例として、まず通信品質情報が未取得(欠損)している地点を検索する。欠損座標が存在する場合は(S1205/Yes)、その地点を通信品質情報の更新対象として特定する(S1207)。
更新が必要な地点(座標)の他例として、前回の更新から一定時間が経過、すなわち前回の更新からの経過時間が時間閾値Tpthを超えている地点(S1205/No、S1206/Yes)も通信品質情報の更新対象として特定する(S1207)。
更新が必要な地点がない場合(S1206/No)、ステップS1204へ戻り、更新が必要な地点の検索を継続する。
更新が必要な地点がある場合、更新タイミング監視部311cは、運行管理情報DB318の運行管理情報を基に、特定した座標へ最も早く到達するダンプ(対象車両に相当)を検索する(S1208)。
そして特定した更新対象地点の座標(x7、y7)に最も早く到達するダンプの到達予定時刻を計算する(S1208)。
運行管理サーバ31は、到達予定時刻になると特定したダンプに品質測定信号を送信する(S1210)。この品質測定信号の送信が、第一実施形態に係る通信トリガ処理に相当する。その後ステップS1201へ戻り、この一連の処理を繰り返す。更新タイミング監視処理によって、品質情報の更新が必要なエリアに向けて通信を行うことができるため、全体の品質情報をもれなく管理することが可能となる。なお、厳密には到達予定時刻に品質測定信号を運行管理サーバ31から送信し、これをダンプ20が受信して品質応答信号を送信すると、ステップS1210で算出した到達予定時刻と、品質応答信号を送信する時刻との間にタイムラグが生じる。しかし、このタイムラグは、通信上のタイムラグ及びダンプ20の車載端末装置26での処理時間に起因するもので数ミリ秒〜数秒単位に収まり、その間の更新対象地点からダンプ20の実際の位置までの位置ずれ量は、更新対象地点で品質応答信号が送信されたと見做せる程度である。そこで、本実施形態では、到達予定時刻に品質測定信号を送信すると、ダンプ20の厳密な位置が更新対象地点からずれていたとしても、更新対象地点から品質応答信号を得たと見做して処理を行う。または更新タイミング監視部311cは、タイムラグが生じることを見越して、到達予定時刻よりもタイムラグ分早く品質測定信号を送信するように構成してもよい。
図13を参照して、本実施形態の画面表示例について説明する。図13は、第一実施形態に係る画面表示例を示す図である。図13の例では、サーバ側表示装置313の画面1301に、ダンプ20が走行する走行路に更新対象地点を重畳表示した地図画像1302、更新タイミング画像1303、及び通信品質画像1304が表示される。地図画像1302は、走行許可区間を更に重畳表示してもよい。この場合、地図画像1302は、表示制御部311fが、マスタ地図情報DB316の地図情報を読み出し、これに運行管理情報DB318の運行管理情報に規定された走行許可区間を重畳表示して生成し、サーバ側表示装置313に出力する。また、各画像1303、1304は、表示制御部311fが、通信品質情報DB317の品質情報を読み出し、更新タイミンググラフ(G1)、及び通信品質グラフ(G2)を生成し、サーバ側表示装置313に出力する。通信品質グラフG2は、各地点における通信品質指標値を示すもので通信品質画像に相当する。
図13は、ダンプ20−2に付与された走行許可区間81−2に、品質情報を更新する対象となる座標(x7、y7)、(x8、y8)が含まれている。表示制御部311fは、座標(x7、y7)、(x8、y8)に対応する位置を、更新対象とならない座標とは異なる表示態様で表示する。また、表示制御部311fは、地図画像1302に更新する対象となる座標(x7、y7)、(x8、y8)の付近にある無線基地局41−1も表示する。
画像1303において座標(x7、y7)、(x8、y8)が前回の更新から時間閾値Tth経過していることが示される。そこで、品質測定信号の送受信がされると、画像1303、1308において座標(x7、y7)、(x8、y8)の経過時間、及び品質が、測定前の白い○印から測定後の黒い○印へと変化する。通信品質グラフ(G2)の品質閾値Qthは通信品質の良否を決定するための通信品質の値である。座標(x7、y7)、(x8、y8)の通信品質が品質測定信号の送受信の前後で下方修正され品質閾値Qthを下回って表示されることにより、ユーザはこの地点は通信品質が劣化していたことを把握できる。これにより、ユーザは、例えば無線基地局41−1の移動の要否を判断し、通信品質を向上させるための手段を講じることができる。
以上に説明した一連の処理によって、運行管理サーバ31は、鉱山エリアにおいて、通信品質情報が未取得、又情報が古いといった状態を生じさせずに、エリア全体の通信品質情報が最新の状態となるよう管理することができる。同時に、この管理のために、別途測定車などを使って測定する手間が不要であることから、鉱山の操業に影響を与えることなく、通信品質情報の状態を良好に管理することが可能となる。
<第二実施形態>
第二実施形態は、更新対象地点を走行許可区間設定部311aに出力して、更新対象地点が許可要求地点と一致するように走行許可区間の設定処理を行う。この場合、更新対象地点を走行許可鵜間設定部311aに出力することが通信トリガ処理に相当する。以下、図14、15を参照して第二実施形態について説明する。図14は、第二実施形態に係る運行管理サーバ及び車載端末装置の主な機能を示す機能ブロック図である。図15は、第二実施形態に係る画面表示例である。
第二実施形態は、更新対象地点を走行許可区間設定部311aに出力して、更新対象地点が許可要求地点と一致するように走行許可区間の設定処理を行う。この場合、更新対象地点を走行許可鵜間設定部311aに出力することが通信トリガ処理に相当する。以下、図14、15を参照して第二実施形態について説明する。図14は、第二実施形態に係る運行管理サーバ及び車載端末装置の主な機能を示す機能ブロック図である。図15は、第二実施形態に係る画面表示例である。
図14に示すように、更新タイミング監視部311cが通信品質を測定する必要がある座標(更新対象地点)を特定すると、走行許可区間設定部311aに対してその座標を出力する。走行許可区間設定部311aは、当該座標が許可要求地点となるように、走行許可区間を設定、又は変更し、走行許可応答情報として送信する。
また、ユーザが手動で当該座標が許可要求地点となるように、走行許可区間を設定、又は変更してもよい。例えば図15に示すように、走行許可区間を示す地図画像1302において、更新対象地点が含まれる走行許可区間の前方境界点を、更新対象地点が許可要求地点となるようにマウスカーソル1501を用いて変更してもよい。ユーザがサーバ側入力装置312を用いて前方境界点の位置変更操作、及び実行ボタン1502の操作を行うと、入力制御部311eが操作内容を走行許可区間設定部311aに出力する。そして、操作内容に従って、走行許可区間設定部311aは運行管理情報DB318の運行管理情報を更新する。
本実施形態によれば、品質測定信号を用いることなく、通信品質の収集が行えるので、品質測定信号の送受信による無線通信回線の通信量を削減し、通信負荷を下げることができる。
上記した各実施形態は、本発明を説明するための例示であり、本発明の範囲を上記実施形態に限定する趣旨ではない。当業者は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、他の様々な態様で本発明を実施することできる。
例えば、更新タイミング監視部は、上記実施形態では前回の更新時からの経過時間と時間閾値との比較により、通信品質の収集状態が悪化したか(古くなったか)否かを判定したが、更新状態の悪化を判定するための条件として、その地点における通信品質指標値を算出するためのサンプル数が規定数を充足するかを用いてもよい。例えば、通信品質指標値として通信成功率(通信成功回数/全通信回数)を用いる場合に、全通信回数に相当する母数のサンプル数が規定数に至らない地点を更新対象地点としてもよい。
また、通信品質指標値として受信電力値の最新値ではなく、受信電力値の平均値、最頻値、又は中央値が、電波強度の強弱を判定するための電力閾値以上であるかを上記条件としてもよい。この場合も、平均値、最頻値、又は中央値を算出するためのサンプル数が規定値を充足しているかを、更新状態の悪化を判定するための条件として用いてもよい。
また対象車両の特定に際して、更新タイミング監視部は、各ダンプの到達予定時刻を算出することなく、更新対象地点を含む走行許可区間が設定されている場合は当該走行許可区間における更新対象地点よりも進行方向手前を走行中のダンプを対象車両として特定してもよい。また、更新対象地点を含む走行許可区間が設定されていない場合、及び更新対象地点を含む走行許可区間が設定されていても、当該走行許可区間内を走行中のダンプが更新対象地点を通過している場合には、更新対象地点よりも手前において最も近い位置に設定された走行許可区間を走行中の他のダンプを対象車両として特定してもよい。
また、上記では運搬車両を用いて説明したが、運搬車両は、自律走行運搬車両に限定されず、オペレータが搭乗して運転する所謂有人ダンプが無線通信を行う際の無線システムにも本発明は適用できる。
1 車両走行システム(無線システム)
10、10−1、10−2 ショベル
20、20−1、20−2 ダンプ
31 運行管理サーバ
40 無線通信回線
41−1、41−2、41−3 無線基地局
60 走行路
10、10−1、10−2 ショベル
20、20−1、20−2 ダンプ
31 運行管理サーバ
40 無線通信回線
41−1、41−2、41−3 無線基地局
60 走行路
Claims (12)
- 鉱山内を走行する複数の運搬車両、及び各運搬車両の運行を管理する運行管理サーバを、無線通信回線を介して通信接続する無線システムであって、
前記各運搬車両は、
当該運搬車両の自車両の位置を算出する位置算出装置と、
前記運行管理サーバとの間で無線通信を行う制御を行う端末側通信制御部と、
を備え、
前記運行管理サーバは、
前記各運搬車両との間で無線通信を行う制御を行うサーバ側通信制御部と、
前記各運搬車両から受信した当該運搬車両の自車両の位置を含む運行管理情報を記録する運行管理情報記録部と、
前記鉱山内の各地点を固有に識別する地点識別情報、当該地点における前記無線通信回線への接続状況の良否レベルを示す通信品質指標値、及び当該通信品質指標値を最後に更新した時刻を示す更新時刻、を関連付けた通信品質情報の編集を行う通信品質情報編集部と、
前記通信品質情報において、各地点の通信品質指標値が、現時点の通信品質指標値として見做すための条件を充足していない地点を更新対象地点として特定し、当該更新対象地点の通信品質指標値を新たに取得するための通信を発生させる通信トリガ処理を行う更新タイミング監視部と、を備え、
前記更新タイミング監視部は、前記運行管理情報を基に前記更新対象地点を走行する予定の運搬車両を対象車両として特定し、当該対象車両が前記更新対象地点に到達する到達予定時刻を計算し、前記通信トリガ処理として、前記到達予定時刻において、前記対象車両に無線データの送信を行わせるため処理を行い、
前記対象車両の端末側通信制御部は、前記到達予定時刻に、前記運行管理サーバに対して自車両の位置を含む前記無線データの送信を行い、
前記通信品質情報編集部は、受信した前記無線データに基づいて、前記通信品質情報を更新する、
ことを特徴とする無線システム。 - 前記更新タイミング監視部は、前記更新時刻からの経過時間が、前記通信品質指標値の新旧を判断するための時間閾値未満であること、前記更新対象地点における通信品質指標値のサンプリング回数が、前記通信品質指標値の有効性を保証するために予め定められた規定回数以上あること、及び前記通信品質指標値が欠損していないこと、の少なくとも一つを前記条件として用いる、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線システム。 - 前記更新タイミング監視部は、前記通信トリガ処理として、前記到達予定時刻に、前記対象車両に対して、通信品質を測定するための品質測定信号を送信し、
前記対象車両の端末側通信制御部は、前記品質測定信号を受信したことを示す品質応答信号を、前記運行管理サーバに返送する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線システム。 - 前記品質測定信号は、当該品質測定信号を固有に識別可能な信号識別情報を含み、前記品質応答信号は、応答対象となる品質測定信号の信号識別情報を含む、
ことを特徴とする請求項3に記載の無線システム。 - 前記運行管理サーバは、前記各運搬車両の其々に対して、前記鉱山内の予め定められた走行路上の部分区間を各運搬車両の走行を許可する走行許可区間として設定する走行許可区間設定部を更に備え、
前記各運搬車両は、前記運行管理サーバに対して、新たな走行許可区間の設定付与を要求するための走行許可要求情報を生成する要求情報処理部と、
前記運行管理サーバから受信した走行許可区間に従って自律走行するための走行制御部と、を更に備え、
前記端末側通信制御部は、自車両に付与された走行許可区間の終端部から、自車両の停止可能距離を考慮して定められた許可要求距離手前にある許可要求地点に到達すると、前記走行許可要求情報を送信し、
前記更新タイミング監視部は、前記走行許可区間設定部に対し、前記更新対象地点を出力し、
前記走行許可区間設定部は、前記許可要求地点が前記更新対象地点と一致するように、前記走行許可区間を設定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線システム。 - 前記運行管理サーバは、前記各運搬車両の其々に対して、前記鉱山内の予め定められた走行路上の部分区間を各運搬車両の走行を許可する走行許可区間として設定する走行許可区間設定部を更に備え、
前記更新タイミング監視部は、前記更新対象地点を含む前記走行許可区間が設定されている場合は当該走行許可区間における前記更新対象地点よりも進行方向手前を走行中の運搬車両を前記対象車両として特定し、前記更新対象地点を含む前記走行許可区間が設定されていない場合、及び前記更新対象地点を含む前記走行許可区間が設定されていても、当該走行許可区間内を走行中の運搬車両が前記更新対象地点を通過している場合には、前記更新対象地点よりも手前において最も近い位置に設定された走行許可区間を走行中の運搬車両を、前記対象車両として特定する、
ことを特徴とする請求項1記載の無線システム。 - 前記更新タイミング監視部は、前記各運搬車両の前記到達予定時刻を算出し、それらの到達予定時刻の内、最も早い到達予定時刻を示す運搬車両を前記対象車両として特定する、
ことを特徴とする請求項1に記載の無線システム。 - 前記更新タイミング監視部は、下式(1)により前記到達予定時刻を算出する、
t=t0+(P1−P0)÷V0・・・(1)
但しt:更新対象地点に到達する時刻
t0:現在時刻
P0:対象車両の現在位置
P1:更新対象地点の位置
V0:対象車両の走行速度
ことを特徴とする請求項7に記載の無線システム。 - 前記運行管理情報は、前記運搬車両の其々を固有に識別する車両識別情報、各運搬車両の現在位置、当該現在位置の更新時刻、当該運搬車両の走行速度、走行向き、及び当該運搬車両に付与された走行許可区間を示す情報を含み、
前記更新タイミング監視部は、前記運行管理情報を参照して前記到達予定時刻を算出する、
ことを特徴とする請求項8に記載の無線システム。 - 鉱山内を走行する複数の運搬車両の其々と無線通信回線を介して通信接続された運行管理サーバであって、
前記運搬車両の其々との間で無線通信を行う制御を行うサーバ側通信制御部と、
前記運搬車両の其々から受信した当該運搬車両の自車両の位置を含む運行管理情報を記録する運行管理情報記録部と、
前記鉱山内の各地点を固有に識別する地点識別情報、当該地点における前記無線通信回線への接続状況の良否レベルを示す通信品質指標値、及び通信品質指標値を最後に更新した時刻を示す更新時刻、を関連付けた通信品質情報の編集を行う通信品質情報編集部と、
前記通信品質情報において、各地点の通信品質指標値が、現時点の通信品質指標値として見做すための条件を充足していない地点を更新対象地点として特定し、当該更新対象地点の通信品質指標値を新たに取得するための通信を発生させる通信トリガ処理を行う更新タイミング監視部と、を備え、
前記更新タイミング監視部は、前記運行管理情報を基に前記更新対象地点を走行する予定の運搬車両を対象車両として特定し、当該対象車両が前記更新対象地点に到達する到達予定時刻を計算し、前記通信トリガ処理として、当該到達予定時刻において、前記対象車両に無線データの送信を行わせるため処理を行い、
前記サーバ側通信制御部は、前記到達予定時刻に、前記対象車両から自車両の位置を含む無線データを受信し、
前記通信品質情報編集部は、受信した前記無線データに基づいて、前記通信品質情報を更新する、
ことを特徴とする運行管理サーバ。 - 前記通信品質情報に基づいて各地点における通信品質指標値の更新時刻を示す更新タイミング画像、各地点における通信品質指標値を示す通信品質画像、及び前記複数の運搬車両が走行する走行路に前記更新対象地点を重畳表示した地図画像、の少なくとも一つを生成し、表示する表示部を更に備える、
ことを特徴とする請求項10に記載の運行管理サーバ。 - 前記複数の運搬車両の其々に対して、前記鉱山内の予め定められた走行路上の部分区間を各運搬車両の走行を許可する走行許可区間として設定する走行許可区間設定部と、
前記複数の運搬車両が走行する走行路に前記更新対象地点、及び前記走行許可区間を重畳表示した地図画像を生成し、表示する表示部と、
前記表示された走行許可区間の設定又は前記走行許可区間の長さを変更する操作を受け付ける入力部と、を備え、
前記走行許可区間設定部は、前記操作に従って前記走行許可区間の設定及び前記走行許可区間の長さを変更の少なくとも一つを行う、
ことを特徴とする請求項10に記載の運行管理サーバ。
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