JP6025848B2 - 車両の管制制御システム - Google Patents

Description

本発明は車両の管制制御システムに関する。

従来、露天掘り鉱山などにおいて、掘削した鉱石を搬送するダンプトラックなどの複数の車両を、車両同士の干渉を防ぐとともに無人運転で制御するものがある。具体的には、複数の車両の動きを監視する管制局と、管制局と各車両との間とをつなぐ無線通信手段とを設け、各車両と管制局間で情報をやり取りして制御する。

例えば、車両の監視装置として、各車両の現在位置を所定時間間隔、あるいは所定距離移動毎などのタイミングで管制局に送信し、管制局はこれらの車両位置の相互関係から相互の干渉が起きないように、走行の継続、減速、停止などの指示を車両に送信し、近い距離にある車両同士については、車両間で無線通信を行うことで相互の位置情報を交換し、相互に干渉しないように走行するものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、複数の入口点を有する資源を管理するシステム及び方法として、搬送路の交差点や積込、放土などの作業エリアに対してそれらを取り囲む領域を設け、この領域に接近する車両は、領域に接近していることを管制局に通知し、管制局は通知を受けた車両に対してどの車両を優先すべきかを判定し、優先する車両には領域への進入を許可し、他の車両に対しては待ち状態になるように指示をすることで、車両間の干渉を防止するものがある（例えば、特許文献２参照）。

特許第３４２４８３４号公報 米国特許第５８９７５９５号明細書

上述した特許文献１の技術において、無線通信の障害などが発生し、車両の位置情報の送信が不調となると、車両相互の位置関係が把握できなくなり、車両の異常接近が生じる場合がある。このため、車両を停止させる必要が生じる。また、無線通信の障害が特定の領域で起きているときに、車両がその領域内で停止してしまった場合には、復帰が困難になるという課題がある。

また、上述した特許文献２の技術においても、無線通信の障害などが発生し、車両からの所定領域に接近していることの通知が不調となると、車両の異常接近を防止するために車両を停止させる必要が生じる。また、特定の領域で無線通信の障害が起きている場合には、上述した特許文献１の技術と同様の課題が生じる。

本発明は上述の事柄に基づいてなされたもので、その目的は、管制局と車両間の無線通信やその他手段による通信が不確定となった場合であっても、車両同士が干渉することなく車間距離を確保した走行を実現できる無人走行車両の管制制御システムを提供することにある。

上記の目的を達成するために、第１の発明は、複数の車両に搭載された車載制御装置と、前記複数の車両の走行を管理する管制局と、前記管制局に配置され、前記複数の車両の走行路を複数の区間に分割し、前記複数の車両間で相互に重複しない走行可能な区間を走行許可区間として各車両に割り当てる閉塞制御を行う管制制御装置と、前記管制制御装置と前記複数の車両に搭載された車載制御装置間との通信を行う通信手段とを備えた車両の管制制御システムであって、前記各車載制御装置は、前記管制制御装置からの指示情報を受信して自車の行動を決定する自律走行制御手段を備え、前記自律走行制御手段は、走行許可要求開始距離を前記自車の現在速度から停止可能な停止可能距離よりも長い距離として定め、前記自車の進行方向において前記走行許可区間の残りの区間の長さが前記走行許可要求開始距離以下となったときに、次の走行許可が得られるまで、繰り返し走行許可の要求と前記自車の現在位置情報を前記管制制御装置に送信し、前記走行許可区間の残りの区間の長さが前記停止可能距離よりも短く、前記次の走行許可が前記管制制御装置から得られていないときに前記自車が前記走行許可区間にとどまることができるように減速を開始するものとする。

また、第２の発明は、第１の発明において、前記管制制御装置は、前記各車載制御装置から送信された前記各自車の現在位置情報と前記走行許可の要求を受信し、前記次の走行許可区間を演算して前記各車載制御装置に割り当てることを特徴とする。

更に、第３の発明は、第２の発明において、前記各車載制御装置は、前記走行許可要求開始距離を少なくとも自車の停止可能距離と自車の自己位置特定誤差との和以上に定めると共に、走行許可解除距離を少なくとも前記自車の自己位置特定誤差以上に定め、前記管制制御装置は、前記各自車が通過し終わった前記走行許可区間の終端から前記各自車の現在位置までの距離が、前記走行許可解除距離以上となったときに、前記走行許可区間の走行許可を解除することを特徴とする。

また、第４の発明は、第２又は第３の発明において、前記管制制御装置は、前記各自車に与える前記走行許可区間に合流する一の走行路区間がある場合には、前記一の走行路区間を前記各自車に与える走行許可区間に設定し、前記各自車に与える前記走行許可区間に交差する他の走行路区間がある場合には、前記他の走行路区間を前記各自車に与える走行許可区間に設定することを特徴とする。

更に、第５の発明は、第１乃至第４の発明のいずれかにおいて、前記管制制御装置は、前記管制制御装置と前記複数の車載制御装置間との通信状態を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した通信状態を前記管制制御装置の地図データ上に記録する記録手段と、前記地図データに記録した前記通信状態の情報を用いて前記複数の車両の前記走行許可区間を調整する調整手段とを備えたことを特徴とする。

本発明によれば、車両が走行を許可されている区間の終端に近付いた時に、管制局と通信をするだけで走行許可区間の更新を行うので、管制局との通信頻度を少なくし、通信障害による走行停止の頻度を少なくすることができる。この結果、車両同士が干渉することなく車間距離を確保した走行を実現することができる。

本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の構成を示す構成概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する車両であるダンプトラックを示す斜視図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を適用する鉱山現場における搬送路の一例を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の基本的な動作を説明する図であって、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘが管制局２の管制制御装置２Ｘに対して目的地を要求する状態を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の基本的な動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘがダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに目的地と経路を発信する状態を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の基本的な動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘが走行許可区間を設定してダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに送信する状態を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の動作を説明する図であって、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘが管制局２の管制制御装置２Ｘに対して走行許可区間要求と位置情報を送信する状態を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘがダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに走行許可区間設定を発信する状態を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘが走行許可区間を解除してダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに送信する状態を示す概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態による交差点における走行許可区間の設定の一例を説明する概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態による交差点における走行許可区間の設定の他の例を説明する概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する自律走行制御手段の処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の処理内容を示すフローチャート図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態における走行許可要求開始距離と走行許可解除距離とを説明する概念図である。 本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態における通信状態の記録に応じた走行許可区間の調整を説明する概念図である。

以下、車両としては無人で走行する鉱山用ダンプトラックを例にして本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。図１は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の構成を示す構成概念図である。
図１において、１は車両に相当するダンプトラック、２は管制局、３はダンプトラックと管制局間で情報伝達を行う無線通信手段をそれぞれ示している。ダンプトラック１は、複数台存在していてそれぞれが管制局２と無線通信を行うが、その構成は同じであるので、１台のダンプトラック１のみを示している。本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態は、管制局２に配置した管制制御装置２Ｘとトラック１に配置した車載制御装置１Ｘとを備えている。

管制局２に配置した管制制御装置２Ｘは、ダンプトラック１の目的地とそこへ至る経路を決定する配車管理手段４と、ダンプトラック１が相互に干渉しないように制御する交通管制手段５と、ダンプトラック１が走行する鉱山現場の走行路の情報を格納する地図データ６と、ダンプトラック１の状態表示やダンプトラック１へのマニュアル指示を入力するためのユーザインタフェース７と、これら構成要素間の通信とダンプトラック１の車載制御装置１Ｘとの無線通信を行うためのサーバ８とを備えている。

配車管理手段４と交通管制手段５とは、鉱山現場の監視事務所に配置されたコンピュータなどのソフトウエアとして構成され、地図データ６はコンピュータ上に格納されたデータとして構成されても良い。ユーザインタフェース７はコンピュータの表示装置や入力装置として、サーバ８は、これらの構成要素間の通信を行う装置として構成されるものであっても良い。

ダンプトラック１に配置した車載制御装置１Ｘは、管制局２からの指示やセンサなどの情報に応じてダンプトラック１の行動を決定する自律走行制御手段９と、自律走行制御手段９の指示を受けてダンプトラック１の加減速やステアリングを制御する車両制御装置１０と、ダンプトラック１が走行する鉱山現場の走行路の情報を格納する地図データ１２とを備えている。

自律走行制御手段９は、ダンプトラック１に搭載されたコンピュータまたはマイクロプロセッサ上のソフトウエアとして構成され、地図データ１２はコンピュータまたはマイクロプロセッサ上に格納されたデータとして構成されるものであっても良い。

次に、ダンプトラック１について図２を用いて説明する。図２は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する車両であるダンプトラックを示す斜視図である。

図２において、ダンプトラック１は、ダンプトラックの自己位置を特定するために、ＧＰＳ（Global Positioning System）衛星からの信号を受信するためのＧＰＳ用のアンテナ３０と、ダンプトラック１が走行する道路の路肩位置を検出するためのレーザーのレーダセンサ３１，３２と、ダンプトラック１の走行方向前方の障害物を検出するためのミリ波のレーダセンサ３３とを備えている。

ダンプトラック１の自己位置を特定する手段としては、必ずしもＧＰＳ衛星である必要はなく、例えば地上に設置された基地局からの電波を用いて位置を特定するシステムによるものであってもよい。この場合、アンテナ３０はＧＰＳ用ではなく、基地局からの電波用のアンテナとなる。

また、道路の路肩を検出する手段としては、必ずしもレーザーのレーダセンサ３１，３２である必要はなく、カメラを用いて画像処理により路肩を検出するものであってもよい。この場合、レーダセンサ３１，３２に代わるものは車体側方を見おろすように設置されたカメラとなる。さらに、前方の障害物を検出する手段としては、必ずしもミリ波のレーダセンサ３３である必要はなく、ステレオカメラにより検出するものであってもよい。この場合、レーダセンサ３３は前方に向けられた複数のステレオカメラとなる。また、その取り付け位置は図２に示す位置よりもさらに上方にあって見おろすように設置したものであってもよい。

次に、ダンプトラック１が走行する露天掘り鉱山現場における搬送路について図３を用いて説明する。図３は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を適用する鉱山現場における搬送路の一例を示す概念図である。

図３において、露天掘り鉱山現場には、ショベルなどにより表土や鉱石を掘削し、この表土や鉱石をダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃに積み込む掘削現場２０と、掘削現場２０から運び込まれた表土を放土して、層状あるいは放射状に展開する一の放土場２１と、掘削現場２０から運び込まれた鉱石を破砕処理するクラッシャなどが設置されていて、破砕された鉱石はベルトコンベアなどにより貨車による積み出し場あるいは処理設備などに搬送される他の放土場２２と、掘削現場２０で表土や鉱石を積込み、これらを一の放土場２１や他の放土場２２に搬送するダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃが走行する搬送路２３とを備えている。

搬送路２３には、走行路２４が設定されており、ダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃは走行路２４に沿って走行する。走行路２４は、搬送路２３上に例えば上り下りそれぞれ１車線ずつ構成され、一般の道路などと同じように例えば右側通行などの規則に従って運航管理される。

掘削現場２０において、表土を掘削している場合、例えばダンプトラック１ａは掘削現場２０と一の放土場２１との間を往復し、鉱石を掘削している場合は、掘削現場２０と他の放土場２２との間を往復する。このため、複数のダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃがそれぞれ異なる積荷を搬送している場合は、ダンプトラック同士が交差点２６などにおいて干渉する恐れがある。また、同一の走行路上を同じ方向に走行している場合でもダンプトラック毎の走行速度の相違により干渉する恐れがある。

更に、実際の鉱山現場では、掘削現場２０や放土場２１，２２の数はさらに多くなり、それらを結ぶ搬送路２３も複雑に交差しあうので、ダンプトラック同士の干渉の恐れが大きくなる。そこで、これらのダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃが干渉しないように管制局２により制御する必要がある。

走行路２４は、地図上で設定された座標値として与えられ、ダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃは、ＧＰＳにより特定した自己位置と走行路２４の座標値を比較しながら加減速やステアリングを制御することにより、走行路２４に沿って無人で走行する。また、走行路２４上には走行路２４の区間の境界を示すノード２５が設けられている。走行路２４とノード２５の情報は、管制局２の管制制御装置２Ｘの地図データ６とダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃの車載制御装置１Ｘの地図データ１２と同一の情報が、それぞれ格納されている。ここで、１つの区間とは、少なくとも１つのノード２５と他のノード２５との間をいうが、その長さは限定されるものではない。

管制局２の管制制御装置２Ｘは、ノード２５間として規定される走行区間毎に走行許可の付与／解除を行い、その情報をダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃの車載制御装置１Ｘに通知することによりダンプトラック同士の干渉を避けるように走行を制御する。

次に、本実施の形態における管制制御システムの基本動作について図４Ａ〜Ｃを用いて説明する。図４Ａは本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の基本的な動作を説明する図であって、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘが管制局２の管制制御装置２Ｘに対して目的地を要求する状態を示す概念図、図４Ｂは本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の基本的な動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘがダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに目的地と経路を発信する状態を示す概念図、図４Ｃは本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態の基本的な動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘが走行許可区間を設定してダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに送信する状態を示す概念図である。図４Ａ〜Ｃにおいて、図１乃至図３に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図４Ａ〜Ｃは、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘと管制局２の管制制御装置２Ｘとの通信と、走行路２４と走行許可区間４２の設定について示している。
まず、図４Ａにおいて、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘは管制局２の管制制御装置２Ｘに対して目的地を要求するメッセージを送信する。これは、図３のダンプトラック１が掘削現場２０で表土や鉱石を積み込み完了した状態、あるいは放土場２１や２２において放土し終わった状態において、図１に示すダンプトラック１の車載制御装置１Ｘの自律走行制御手段９が、現在のダンプトラック１の状況を判断して無線通信手段３を介して発信するものである。このメッセージは、管制局２の管制制御装置２Ｘのサーバ８で受信され、配車管理手段４に伝えられる。

図１において、管制制御装置２Ｘの配車管理手段４は、他のダンプトラック１の状況などを考慮して、目的地を要求してきたダンプトラック１の目的地とそこへ至る経路を決定し、それをダンプトラック１の車載制御装置１Ｘへ伝達するようにサーバ８に指示する。サーバ８は、無線通信手段３を介してダンプトラック１の車載制御装置１Ｘへ目的地４０とそこへ至る経路４１を発信する。図４Ｂには、発信された経路４１と目的地４０との一例が示されている。

次に、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘは、図１に示す自律走行制御手段９の処理により、走行許可区間を要求するメッセージを管制局２の管制制御装置２Ｘに送信する。このメッセージは、管制局２の管制制御装置２Ｘのサーバ８で受信され、交通管制手段５に伝えられる。交通管制手段５は、後述する処理内容に基づいて走行許可区間４２を設定し、それをサーバ８を介してダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに発信する。図４Ｃには、発信された走行許可区間４２と経路４１と目的地４０との一例が示されている。ダンプトラック１は、走行許可区間４２を受信して初めて走行を開始することができる。

本実施の形態において、走行路２４のどの区間がどのダンプトラック１に対して走行許可を与えられているかは、管制局２の管制制御装置２Ｘの地図データ６に記録することで管理し、交通管制手段５はその情報を参照しつつダンプトラック１からの走行許可要求に対する走行許可区間４２の設定を行う。一方、ダンプトラック１側では、管制局２の管制制御装置２Ｘから受信した走行許可区間４２をダンプトラック１の車載制御装置１Ｘの地図データ１２に記録することで、どこまで走行することができるかを判断する。

なお、走行許可の設定状況の記録は、走行路２４の区間のＩＤで対応が取れる形として管制局２側については管制制御装置２Ｘの交通管制手段５内に、ダンプトラック１側については車載制御装置１Ｘの自律走行制御手段９内に持つものとして、地図データ６や地図データ１２に記録するものでなくても良い。

次に、本実施の形態における走行許可区間の設定の詳細について図５Ａ〜Ｃを用いて説明する。図５Ａは本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の動作を説明する図であって、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘが管制局２の管制制御装置２Ｘに対して走行許可区間要求と位置情報を送信する状態を示す概念図、図５Ｂは本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘがダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに走行許可区間設定を発信する状態を示す概念図、図５Ｃは本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の動作を説明する図であって、管制局２の管制制御装置２Ｘが走行許可区間を解除してダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに送信する状態を示す概念図である。図５Ａ〜Ｃにおいて、図１乃至図４Ｃに示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図５Ａ〜Ｃは、ダンプトラック１ａ，１ｂの車載制御装置１Ｘと管制局２の管制制御装置２Ｘとの通信と、走行路２４と走行許可区間４２ａ，４２ｂの設定について示している。
図５Ａ〜Ｃにおいて、１ａ，１ｂはそれぞれ矢印の方向に走行中のダンプトラックを、４２ａ，４２ｂはそれぞれのダンプトラック１ａ，１ｂに許可されている走行許可区間を示している。４３は、ダンプトラック１ａの現在位置から走行許可区間４２ａの終端までの走行路２４に沿った距離を示す走行許可残存距離を、４４は走行許可要求開始距離をそれぞれ示す。

走行許可要求開始距離４４は、ダンプトラック１ａ，１ｂが停止可能な距離よりも長い距離であり、例えば停止可能距離Ｌｓｔに所定のオフセット距離Ｌｏｆｆを加えたものであり、次式で定まる。
４４＝Ｌｓｔ＋Ｌｏｆｆ
停止可能距離Ｌｓｔは次式で定まる。
Ｌｓｔ＝ｍｖ^２／２ｆ
ここで、ｍはダンプトラック１ａ，１ｂの積荷を含めた質量、ｖはダンプトラック１ａ，１ｂの現在の速度、ｆはダンプトラック１ａ，１ｂの制動力、所定のオフセット距離Ｌｏｆｆは、例えば無線通信にかかる時間や無線通信の障害の発生度合いなどを考慮して設定する値をそれぞれ示している。ダンプトラック１ａ，１ｂの速度としては、ダンプトラック１ａ，１ｂの現在速度を車輪の回転数などから測定したものであってもよく、また、ダンプトラック１ａ，１ｂの現在の走行位置に対して地図データ１２上に設定されている最大許容速度などを用いるものでもよい。

なお、走行許可要求開始距離４４は、車両であるダンプトラック１ａ，１ｂの車載制御装置１Ｘ側で定めることがあるが、管制局２の管制制御装置２Ｘ側で定めることもできる。通信途絶の可能性を考慮すると、車両側の車載制御装置１Ｘで定めることが望ましい。

まず、図５Ａにおいて、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘは、走行許可区間４２ａを走行して、走行許可残存距離４３が走行許可要求開始距離４４以下となったときに、管制局２の管制制御装置２Ｘに対して走行許可を要求するメッセージを送信する。このメッセージには、ダンプトラック１ａの現在位置情報も含まれている。

管制局２の管制制御装置２Ｘは、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘから走行許可要求を受けると、送られてきた位置情報を用いてダンプトラック１ａの存在する走行区間を特定する。そして、ダンプトラック１ａの進行方向に対してダンプトラックの存在する区間の終端から予め決められた長さである走行許可付与長さ以上となる区間について走行許可を与える。但し、他の車両に許可が与えられている区間がある場合には、その手前までについて走行許可を与える。

図５Ｂを用いて具体的に説明する。図５Ａ〜Ｃにおいて、ダンプトラック１ａが存在する区間を４５として、ダンプトラック１ｂが存在する区間を４８とした場合、ダンプトラック１ａとダンプトラック１ｂとの間には区間４６と４７とがあり、ダンプトラック１ｂの前方には、区間４９がある。図５Ｂにおいて、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘには、区間４５の終端から走行許可付与長さである５０の長さ以上となる区間４６〜４９に走行許可区間が与えられるはずである。

しかし、区間４８と４９は、ダンプトラック１ｂにすでに走行許可区間４２ｂが与えられているので削除され、区間４６と４７とに走行許可が与えられる。区間４６については、既に走行許可が与えられているので、区間４７が新たな走行許可区間としてダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘに与えられる。

走行許可を与えられた区間は、ダンプトラック１ａ，１ｂがその区間を通過した後に、ダンプトラック１ａ，１ｂの位置から区間の終端までの距離が走行許可解除距離以上となったときに解除される。

図５Ｃを用いて具体的に説明する。図５Ｃにおいて、ダンプトラック１ｂは、図５Ｂのときの区間４８から区間４９へ移動している。また、５１はダンプトラック１ｂと区間終端までの距離を、５２は予め定められた走行許可解除距離をそれぞれ示している。ここで、ダンプトラック１ｂの車載制御装置１Ｘに走行許可が与えられていた区間４８は、ダンプトラック１ｂと区間終端までの距離５１が走行許可解除距離５２以上となった段階で走行許可が解除される。この結果、後続のダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘへの走行許可割り当てが可能になる。

次に、本実施の形態における交差点における走行許可区間の設定の詳細について図６及び図７を用いて説明する。図６は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態による交差点における走行許可区間の設定の一例を説明する概念図、図７は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態による交差点における走行許可区間の設定の他の例を説明する概念図である。図６及び図７において、図１乃至図５Ｃに示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図６は、ダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃの車載制御装置１Ｘと、走行路２４と走行許可区間４２ａ，４２ｂ，４２ｃの設定について示している。ここで、ダンプトラック１ｂの走行路２４は、ダンプトラック１ａの走行路２４と区間５４のノード５３で合流し、ダンプトラック１ｃの走行路２４と区間５５で交差している。

ダンプトラック１ｂの車載制御装置１Ｘに対して走行許可区間４２ｂが与えられていて、この走行許可区間４２ｂの走行路２４に合流する走行路２４がある場合、この走行路２４の区間もダンプトラック１ｂの走行許可区間として割り当てる。図６においては、区間５４がノード５３においてダンプトラック１ｂの走行路と合流しているので、区間５４に対してもダンプトラック１ｂの走行許可を与える。これにより、ダンプトラック１ｂが交差点２６を走行中には、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘへの走行許可が区間５４に与えられないので、ダンプトラック１ａが交差点２６に進入してダンプトラック１ｂと干渉することを防止できる。

また、ダンプトラック１ｂの車載制御装置１Ｘに対して走行許可区間４２ｂが与えられていて、この走行許可区間４２ｂの走行路２４と交差する走行路２４がある場合、この走行路２４の区間もダンプトラック１ｂの走行許可区間として割り当てる。図６においては、区間５５がダンプトラック１ｂの走行路２４と交差しているので、区間５５に対してもダンプトラック１ｂの走行許可を与える。これにより、ダンプトラック１ｂが交差点２６を走行中には、ダンプトラック１ｃの車載制御装置１Ｘへの走行許可が区間５５に与えられないので、ダンプトラック１ｃが交差点２６に進入してダンプトラック１ｂと干渉することを防止できる。

図７は、ダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃの車載制御装置１Ｘと、走行路２４と走行許可区間４２ａ，４２ｂ，４２ｃの設定について示している。ここで、ダンプトラック１ｃの走行路２４は、区間５８のノード５７で分岐し、ダンプトラック１ｂの走行路２４と区間５６で交差している。

ダンプトラック１ｃの車載制御装置１Ｘに対して走行許可区間４２ｃが与えられていて、この走行許可区間４２ｃの走行路２４と交差する走行路２４の区間５６がある場合、この走行路２４の区間５６もダンプトラック１ｃの走行許可区間として割り当てる。しかし、区間５６への走行許可は交差により副次的に与えられたものなので、ノード５３で合流する走行路２４の区間５４があったとしても、その区間５４への走行許可は与えない。これにより、ダンプトラック１ａは、ダンプトラック１ｃが交差点２６を走行中でも交差点２６を走行することができる。また、ダンプトラック１ｃの走行路２４とノード５７で接続する走行路２４の区間５８は、合流ではなく分岐の方向での接続なので、区間５８への走行許可は与えられない。

上述した交差点２６で副次的に設定される走行許可区間５４，５５，５６などは、実際にダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃが走行するために設定されるものではなく、干渉の恐れのある他のダンプトラックの進入を防止するものなので、管制局２側の管制制御装置２Ｘの地図データ６上には設定されるが、ダンプトラック１ａ，１ｂ，１ｃの車載制御装置１Ｘには、走行許可区間としては通知する必要はない。

次に、本実施の形態における通信途絶への対応について図５Ａ〜Ｃを用いて説明する。鉱山現場において搬送路などは露天掘りピットの壁面に沿って設けられるため、ピット壁面に遮られて無線通信が一時的に途絶えることがある。また、鉱山現場では、トランシーバーによる無線電波など多様な無線信号が飛び交っているため電波干渉により、一時的に通信が途絶えることも考えられる。

図５Ａにおいて、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘの走行許可残存距離４３が走行許可要求開始距離４４以下となったときに、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘは管制局２の管制制御装置２Ｘに対して走行許可を要求するメッセージを送信するが、通信途絶などによりこのメッセージが管制局２の管制制御装置２Ｘに伝達されなかった場合、あるいは管制局２の管制制御装置２Ｘからの走行許可メッセージがダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘに伝達されなかった場合は、引き続き走行許可残存距離４３が走行許可要求開始距離４４以下であるため、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘは走行を継続しながら走行許可要求のメッセージを繰り返し送信する。

走行許可残存距離４３が停止可能距離Ｌｓｔ以下となる前に管制局２の管制制御装置２Ｘから走行許可のメッセージを得ることができれば、ダンプトラック１ａは減速することなく引き続き走行許可された区間を走行し続けられる。また、走行許可残存距離４３が停止可能距離Ｌｓｔ以下となっても管制局２の管制制御装置２Ｘからの走行許可メッセージを得られなければ、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘは現在の走行許可区間４２ａ内で停止するように減速を始める。そして、この間も繰り返し走行許可要求のメッセージを送信する。

ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘが最初に走行許可要求のメッセージを発信してから停止するまでの間にダンプトラック１ａは少なくとも走行許可要求開始距離４４と同程度の距離を移動するので、この間に走行路周囲のピット壁面による通信障害の度合いや、他の無線電波による干渉の度合いが変化する。このため、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘが停止するまでの間に次の走行許可を得られる可能性が高くなり、無線の通信途絶がある状況下でもダンプトラック１ａの停止する頻度を減少することができる。

走行許可要求開始距離４４は、停止可能距離Ｌｓｔに所定のオフセット距離Ｌｏｆｆを加えたものとしたが、オフセット距離Ｌｏｆｆを長くとれば、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘが減速する前に次の走行許可区間を得られる確率が高くなるので、無線通信の途絶頻度などに応じてオフセット距離Ｌｏｆｆの長さを調整することにより、ダンプトラック１ａが減速することなく走行する確率を高くすることができる。

本実施の形態においては、交差点２６などで、走行許可によって複数のダンプトラックが同時に交差点２６に進入することがないように排他的に管理しているので、いずれかのダンプトラックとの通信が途絶したとしても、走行許可が与えられている範囲内で走行する限り、相互に干渉する恐れはない。そして、走行許可が与えられている範囲内を移動している中で、次の走行許可が得られれば、個々のダンプトラックは引き続き走行を継続することが可能となる。

次に、本実施の形態における管制局とダンプトラックにおける制御処理について図８及び図９を用いて説明する。図８は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する自律走行制御手段の処理内容を示すフローチャート図、図９は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態を構成する交通管制手段の処理内容を示すフローチャート図である。図８及び図９において、図１乃至図７に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

図８はダンプトラック１に載置されている車載制御装置１Ｘの自律走行制御手段９における処理フローを示している。
自律走行制御手段９は、ダンプトラック１の現在位置と地図データ１２上に設定されている現在の走行許可区間４２から走行許可残存距離４３を計算し、走行許可残存距離４３が走行許可要求開始距離４４以下か否かを判断する（ステップＳ１）。走行許可残存距離４３が走行許可要求開始距離４４以下であれば、（ステップＳ２）へ進み、それ以外であれば、（ステップＳ３）へ進む。

自律走行制御手段９は、管制局２の管制制御装置２Ｘへ走行許可要求と現在位置の情報とを送信する（ステップＳ２）。

自律走行制御手段９は、管制局２の管制制御装置２Ｘから走行許可を受信したか否かを判断する（ステップＳ３）。走行許可を受信した場合は（ステップＳ４）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ５）へ進む。

管制局２の管制制御装置２Ｘから走行許可を受信した自律走行制御手段９は、地図データ１２上に走行許可区間を設定する（ステップＳ４）。

自律走行制御手段９は、走行許可残存距離４３が停止可能距離Ｌｓｔ以下か否かを判断する（ステップＳ５）。走行許可残存距離４３が停止可能距離Ｌｓｔ以下の場合は（ステップＳ６）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ７）へ進む。

走行許可残存距離４３が停止可能距離Ｌｓｔ以下の場合に自律走行制御手段９は、ダンプトラック１が走行許可区間４２内で停止できるように減速を開始する（ステップＳ６）。

自律走行制御手段９は、ダンプトラック１の現在位置から既に通過した走行許可区間の終端までの距離５１が走行許可解除距離５２以上か否かを判断する（ステップＳ７）。ダンプトラック１の現在位置から既に通過した走行許可区間の終端までの距離５１が走行許可解除距離５２以上の場合は（ステップＳ８）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１）へ進む。

既に通過した走行許可区間の終端までの距離５１が走行許可解除距離５２以上の場合に自律走行制御手段９は、通過した区間の走行許可を地図データ１２上で解除する（ステップＳ８）。自律走行制御手段９は、（ステップＳ８）の処理終了後、（ステップＳ１）へ進み、上述した処理を繰り返す。

図９は管制局２に配置されている管制制御装置２Ｘの交通管制手段５における処理フローを示している。
交通管制手段５は、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘから走行許可要求があったか否かを判断する（ステップＳ１０）。ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘから走行許可要求があった場合は（ステップＳ１１）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１０）へ戻る。

ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘから走行許可要求があった場合の交通管制手段５は、受信したダンプトラック１の車載制御装置１Ｘの現在位置と地図データ６情報とを用いて、ダンプトラック１の進行方向に対してダンプトラック１の存在する区間の終端から走行許可付与長さ５０以上となる区間について、あるいは他のダンプトラックに許可が与えられている区間がある場合はその手前までについて走行許可を地図データ６上で設定する（ステップＳ１１）。

交通管制手段５は、与えるべき走行許可区間があるか否かを判断する（ステップＳ１２）。具体的には、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘが現在走行する走行区間２４のすぐ隣の区間が他のダンプトラックに許可されているなどして、走行許可を与えるべき区間がない場合に該当するか否かを判断する。与えるべき走行許可区間がある場合は（ステップＳ１３）へ進み、それ以外の場合は（ステップＳ１０）へ戻る。

与えるべき走行許可区間がある場合の交通管制手段５は、その走行許可区間４２を地図データ６に設定すると同時にダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに走行を許可する区間のメッセージを送信する（ステップＳ１３）。

交通管制手段５は、走行許可を与える区間に合流する区間がある場合、その区間を同一のダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに対する走行許可区間４２として地図データ６上に設定する（ステップＳ１４）。

交通管制手段５は、走行許可を与える区間と交差する区間がある場合、その区間を同一のダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに対する走行許可区間４２として地図データ６上に設定する（ステップＳ１５）。

交通管制手段５は、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘの現在位置から既に通過した走行許可区間の終端までの距離が走行許可解除距離５２以上であれば、通過した区間の走行許可を地図データ６上で解除する（ステップＳ１６）。交通管制手段５は、（ステップＳ１６）の処理終了後、（ステップＳ１０）へ進み、上述した処理を繰り返す。

次に、本実施の形態におけるダンプトラックの自己位置推定誤差への対応について図１０を用いて説明する。図１０は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態における走行許可要求開始距離と走行許可解除距離とを説明する概念図である。図１０において、図１乃至図９に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘの自己位置はＧＰＳなどを用いて推定するが、ＧＰＳにより特定した位置情報には誤差が含まれている。また、露天掘りピットの壁面に設けられた搬送路２３においては、ＧＰＳ信号が受信できない場所も存在する。このような場所では、ＧＰＳによる位置特定ができないので、ジャイロや車輪回転数などから、位置を補間推定することになる。このため、自己位置推定の誤差がさらに大きくなってしまう可能性がある。

このように、自己位置推定の誤差が大きくなると、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘが走行許可を与えられている区間内を走行しているつもりであっても、実際には許可区間外にまではみ出して走行する恐れが生じる。このような誤差による不具合を防止するために、走行許可区間要求開始距離４４と走行許可解除距離５２を以下のように設定する。

図１０は、ダンプトラック１ａ，１ｂの車載制御装置１Ｘと、走行路２４と走行許可区間４２ａ，４２ｂの設定と、走行許可区間要求開始距離４４と、走行許可解除距離５２とについて示している。図１０において、ダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘの位置をその車両前方端６０で表わし、想定される自己位置推定誤差を円６１で表わしている。このように規定することで、実際の車両先端の位置は円６１の範囲内に分布すると想定することができる。

まず、走行許可要求開始距離４４を、無線通信の障害の発生度合いなどを考慮して設定する第１のオフセット距離（Ｌｏｆｆ１）４４ａと、ダンプトラック１ａの停止可能距離（Ｌｓｔ）４４ｂと、円６１の半径より大きな第２のオフセット距離（Ｌｏｆｆ２）４４ｃとの和に設定する。

次に、ダンプトラック１ａの目標停止位置を、走行許可区間４２ａの終端から第２のオフセット距離（Ｌｏｆｆ２）４４ｃだけ手前の位置に設定する。このように設定することで、自己位置推定値に誤差があったとしてもダンプトラック１ａの車載制御装置１Ｘが走行許可区間４２ａ内からはみ出すことを防止できる。

同様に、ダンプトラック１ｂの車載制御装置１Ｘの位置をその車両前方端６２で表わし、想定される自己位置推定誤差を円６３で表わしている。このように規定することで、実際の車両後端の位置は円６３の範囲内に分布すると想定することができる。

ここで、走行許可解除距離５２をダンプトラック１ｂの車体長さ５２ａと、円６３の半径より大きな第２のオフセット距離５２ｂとの和に設定する。このように設定することで、自己位置推定値に誤差があった場合に、走行許可区間４２ｂの一番手前の区間の走行許可を解除しても、ダンプトラック１ｂの車載制御装置１Ｘが走行許可区間４２ｂ内からはみ出すことを防止できる。

以上の構成により、ダンプトラック１ａ，１ｂの車載制御装置１Ｘの自己位置推定結果に誤差がある場合についてもダンプトラック１ａ，１ｂが走行許可区間４２ａ，４２ｂ内に収まるようにすることができる。この結果、ダンプトラック同士の干渉を防止できる。

なお、ダンプトラック１ａ，１ｂの車載制御装置１Ｘの自己位置推定結果の車幅方向の誤差については、図２に示すレーザーレーダセンサ３１，３２で走行路の路肩を検出することにより補正するものとする。

次に、本実施の形態における無線通信の障害に対して更に安定的にダンプトラックを走行させるための構成について図１１を用いて説明する。図１１は本発明の車両の管制制御システムの一実施の形態における通信状態の記録に応じた走行許可区間の調整を説明する概念図である。図１１において、図１乃至図１０に示す符号と同符号のものは同一部分であるので、その詳細な説明は省略する。

上述したように、鉱山現場において搬送路２３などは露天掘りピットの壁面に沿って設けられるため、ピット壁面に遮られて無線通信が一時的に途絶えることがある。このような通信途絶は、地形の影響によるものであるため、その発生場所は特定の場所に限られることが多い。そこで、自律走行ダンプトラックによる操業を開始する前に、無線の通信状態を測定する車両を走行させ、無線の通信状態が悪い場所を記録しておき、通信状態が悪い場所で無線通信の必要性が発生しないように走行許可区間４２の設定を調整することで、通信障害の発生を低減することができる。

図１１は、走行路２４と、ピット壁面などの陰になって無線の通信状態が悪い場所７０と、それぞれのノード７１〜７８を示している。図１１において、無線の通信状態が悪い場所７０に含まれるノード７２，７３，７４については、管制局２の管制制御装置２Ｘの地図データ６上の該当ノードに対して無線通信の状態が悪かったことを記録しておく。

管制制御装置２Ｘの交通管制手段５は、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに走行許可区間４２を与える際に、無線通信状態が悪かったノード７２，７３，７４のいずれかが走行許可区間４２の終端とならないように、また、ノード７４から進行方向に対して走行許可要求開始距離４４より短い距離にあるノード７５，７６，７７のいずれかが走行許可区間４２の終端とならないように、走行許可区間４２を設定する。

このように走行許可区間４２を設定することで、ダンプトラック１の車載制御装置１Ｘからの走行許可の要求や管制局２の管制制御装置２Ｘからの走行許可の設定に関する無線通信を、通信状態の悪い区間で発生させないようにすることができる。この結果、無線通信の障害がある鉱山現場においても、ダンプトラック１を停止する頻度を減少させることができて、連続的に走行可能な管制制御システムを提供できる。

上記の構成において、通信状態の測定／記録方法としては、（１）無人走行するダンプトラック１の車載制御装置１Ｘに無線の通信状態を測定する手段を搭載し、有人で走行路２４を走行させながら無線の通信状態を測定する。（２）ダンプトラック１が特定した自己位置に近い車載制御装置１Ｘの地図データ１２上のノードに通信状態を記録する。（３）この記録を管制局２の管制制御装置２Ｘの地図データ６に転送するものでもよい。

また、上記無線の通信状態の記録を、自律走行ダンプトラックによる操業中も常時実施するようにして、常時アップデートされる通信状態の記録に基いて管制制御装置２Ｘの交通管制手段５が走行許可区間４２の設定を調整するものであってもよい。

なお、本実施の形態においては、搬送路２３上での管制制御について説明したが、これに限るものではない。例えば、同様の処理を掘削現場２０や放土場２１，２２のエリア内において実施すれば、これらエリア内でのダンプトラック同士の干渉を防止する管制制御システムを提供することができる。

１ 車両（ダンプトラック）
１Ｘ 車載制御装置
２ 管制局
２Ｘ 管制制御装置
３ 無線通信手段
４ 配車管理手段
５ 交通管制手段
６ 地図データ
７ ユーザインタフェース
８ サーバ
９ 自律走行制御手段
１０ 車両制御装置
１１ 車載センサ
１２ 地図データ
２０ 掘削現場
２１ 一の放土場
２２ 他の放土場
２３ 搬送路
２４ 走行路
２５ ノード
２６ 交差点
４０ 目的地
４１ 経路
４２ 走行許可区間
４３ 走行許可残存距離
４４ 走行許可要求開始距離
５０ 走行許可付与長さ
５１ 車両と区間終端までの距離
５２ 走行許可解除距離

Claims (5)

1. 複数の車両に搭載された車載制御装置と、前記複数の車両の走行を管理する管制局と、前記管制局に配置され、前記複数の車両の走行路を複数の区間に分割し、前記複数の車両間で相互に重複しない走行可能な区間を走行許可区間として各車両に割り当てる閉塞制御を行う管制制御装置と、前記管制制御装置と前記複数の車両に搭載された車載制御装置間との通信を行う通信手段とを備えた車両の管制制御システムであって、
   前記各車載制御装置は、前記管制制御装置からの指示情報を受信して自車の行動を決定する自律走行制御手段を備え、
   前記自律走行制御手段は、走行許可要求開始距離を前記自車の現在速度から停止可能な停止可能距離よりも長い距離として定め、前記自車の進行方向において前記走行許可区間の残りの区間の長さが前記走行許可要求開始距離以下となったときに、次の走行許可が得られるまで、繰り返し走行許可の要求と前記自車の現在位置情報を前記管制制御装置に送信し、
   前記走行許可区間の残りの区間の長さが前記停止可能距離よりも短く、前記次の走行許可が前記管制制御装置から得られていないときに前記自車が前記走行許可区間にとどまることができるように減速を開始する
   ことを特徴とする車両の管制制御システム。
2. 請求項１に記載の車両の管制制御システムにおいて、
   前記管制制御装置は、前記各車載制御装置から送信された前記各自車の現在位置情報と前記走行許可の要求を受信し、
   前記次の走行許可区間を演算して前記各車載制御装置に割り当てる
   ことを特徴とする車両の管制制御システム。
3. 請求項２に記載の車両の管制制御システムにおいて、
   前記各車載制御装置は、前記走行許可要求開始距離を少なくとも自車の停止可能距離と自車の自己位置特定誤差との和以上に定めると共に、走行許可解除距離を少なくとも前記自車の自己位置特定誤差以上に定め、
   前記管制制御装置は、前記各自車が通過し終わった前記走行許可区間の終端から前記各自車の現在位置までの距離が、前記走行許可解除距離以上となったときに、前記走行許可区間の走行許可を解除する
   ことを特徴とする車両の管制制御システム。
4. 請求項２又は３に記載の車両の管制制御システムにおいて、
   前記管制制御装置は、前記各自車に与える前記走行許可区間に合流する一の走行路区間がある場合には、前記一の走行路区間を前記各自車に与える走行許可区間に設定し、前記各自車に与える前記走行許可区間に交差する他の走行路区間がある場合には、前記他の走行路区間を前記各自車に与える走行許可区間に設定する
   ことを特徴とする車両の管制制御システム。
5. 請求項１乃至４のいずれか１項に記載の車両の管制制御システムにおいて、
   前記管制制御装置は、前記管制制御装置と前記複数の車載制御装置間との通信状態を測定する測定手段と、前記測定手段で測定した通信状態を前記管制制御装置の地図データ上に記録する記録手段と、前記地図データに記録した前記通信状態の情報を用いて前記複数の車両の前記走行許可区間を調整する調整手段とを備えた
   ことを特徴とする車両の管制制御システム。

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