JP6446345B2 - 作業機械の地図作成装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、作業機械の稼働及び走行に用いる地図作成装置および方法に関する。

本技術分野の背景技術として、特許文献１は、「計測対象地形までの距離を計測するための視覚カメラ手段と、車両の３次元絶対位置を検出する絶対位置検出手段とを車両に搭載すると共に、前記視覚カメラ手段の撮像データに基づいて前記計測対象地形の車体座標系における３次元位置情報を求める地形座標計測手段と、前記絶対位置検出手段の検出データを用いて前記地形座標計測手段によって求めた計測対象地形の車体座標系における３次元位置情報を絶対座標系における３次元位置情報に変換する座標変換手段と、前記撮像手段によって計測対象地形を撮像するための複数の異なる車両位置を車両に対して指令する撮像位置指令手段と、この撮像位置指令手段によって指令された複数の異なる車両位置における前記視覚カメラ手段の撮像データに基づく前記座標変換手段の変換データを合成処理して計測対象地形の地形形状情報を作成する地形形状情報作成手段と、を具える（要約抜粋）」構成を開示している。

米国特許第６２０１８８３号明細書

鉱山には、ショベルなどの積込機から鉱石、土砂からなる積荷を積み込む積込場、ダンプトラックが放土する放土場、及び積込場と放土場とを連結する搬送路が設けられている。この搬送路や積込場及び放土場を運転手が搭乗することなくダンプトラック（運搬車両）を自律走行させる自律走行システムでは、ダンプトラックが搬送路、放土場、及び積込場（以下、放土場及び積込場を総称して「作業場」という）の地図情報及び自車両の位置を参照しながら、自車両に設定された目標軌道に沿って走行する。上記地図情報は、搬送路や作業場の地形を基に作成されるので、例えばショベルの掘削作業により実際の地形が変化すると、その都度地形の変化を計測することが望ましい。ここで、地形を計測するために航測車を定期的に走行させることも考えられるが、この場合、実際には地形変化が少ないにも関わらず定期的な走行をしてしまったり、反対に地形が大きいにも関わらず計測タイミングに達しておらず、地図と実際の地形の乖離が大きくなってしまったりすることがある。上記文献は、地図を地形の変化に追従させることについては、考慮されていない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、鉱山用作業機械が参照する地図の地形変化に対する追従性を向上させる技術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、本発明は鉱山の地形を予め計測した基準計測データに基づき、前記鉱山で稼働する作業機械の稼働領域を規定するための地図情報を作成し、前記作業機械が稼働中に前記鉱山の地形を計測して生成した稼働中計測データ、及び前記基準計測データの比較結果に基づいて、前記地図情報が示す鉱山の地形に対する実際の鉱山の地形の変化を検出し、前記地形変化が検出された場合に、その地形変化が検出された地点の地形を新たに計測する計測機械の移動経路を作成し、前記計測機械が前記移動経路に沿って移動しながら生成した新たな計測データに基づいて、前記地図情報の更新を行うことを特徴とする。

本発明によれば、鉱山用作業機械が参照する地図の地形変化に対する追従性を向上させる技術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。

鉱山の全体配置を示す図 第一実施形態における地図作成システムの構成図 地図作成システムの処理の流れを示すフローチャート 新規地図作成処理の流れを示すフローチャート ステップ４０１から４０４までの処理によって生成された地形情報の一例を示す図であって、（ａ）はステップ４０２の処理によって得られた点群データ、（ｂ）はステップ４０３の処理によって得られた地形情報、（ｃ）は稼働中計測データを基に構成された点群データの一例を示す。 ステップ４０９で生成された地図情報の一例を示す図であって、（ａ）は積込場２の地図を拡大した図、（ｂ）は鉱山全体の地図を示す。 地形変化の検出処理の流れを示すフローチャート 飛行経路生成処理の流れを示すフローチャート 飛行経路作成部において用いられる各データの関係を示した図 地図情報更新部の処理手順を示すフローチャート 第二実施形態における地図作成システムの構成図 計測用走行経路作成部の処理手順を示すフローチャート 走行経路生成のための経由地点の設定方法を説明した図であって、（ａ）は通常走行経路を示し、（ｂ）は計測用走行経路を示す。 第二実施形態に係る地図情報更新部の処理手順を示すフローチャート

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、領域等を含む）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等の記憶部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＞
第一実施形態は、無人航空機(Unmanned Aerial Vehicle :ＵＡＶ)を適切なタイミングで飛行させて地形を示す計測データを収集し、鉱山用作業機械の地図情報を更新する実施形態である。ここでいう計測データとは、地形を計測する計測センサから出力されたデータであって、そのままでは鉱山用作業機械が参照できないデータである。本実施形態では、計測データは、ＵＡＶが上空から地表面を走査して各地表面の計測点の高度ｈを計測した出力値とする。

また鉱山用作業機械として、オペレータの運転操作によらず自律走行ダンプトラック（以下「ダンプトラック」と略記する）を例に挙げる。ダンプトラックが参照する地図情報は、各地点の位置を示すノードと隣接するノードを連結するリンクとにより構成される。

また本実施形態では後述するように、計測データから鉱山の地形を示す地形情報を生成し、これを基に地形の変化の有無を検出する。従って、地形情報は計測データを加工したデータとして説明するが、計測データそのものを地形情報として用いてもよい。即ち、地形の変化の有無が検出できれば、計測データそのものを地形情報として用いてもよい。この場合、地形情報を比較することは、計測データ間の比較と同義である。

まず、図１を参照して鉱山の概要を説明する。図１は、鉱山の全体配置を示す図である。図１に示すように鉱山１は、積込場２、放土場３、駐機場４とこれらを結ぶ搬送路５を含んで構成される。積込場２は、積込機２０１がダンプトラック１５０へ鉱物や表土層を積み込む作業を行う場所である。積込機２０１の一例としてショベルがあり、積込機２０１が掘削作業とダンプトラック１５０への積込作業とを行う。放土場３は、ダンプトラック１５０が表層土や鉱物を積下ろす場所である。駐機場４は、オペレータの交代やダンプトラック１５０の駐車を行う場所である。ダンプトラック１５０は、積込場２で積込機２０１を使って採掘された表層土や鉱物を積込み、搬送路５を通って表層土や鉱物を搬送し、放土場３では表層土や鉱物を放土する。

駐機場４の敷地内には、オペレータがダンプトラック１５０の管制を行う管制センタ２０２が設けられる。管制センタ２０２には、ダンプトラック１５０に無線通信回線を介して通信接続された管制サーバ１１０が設置される。ダンプトラック１５０は、管制サーバ１１０からの制御情報に基づいて地図情報を参照しながら自律走行する。

積込場２、放土場３、及び駐機場４には、それぞれ境界２１、３１、４１が存在し、積込機２０１は境界２１の付近で作業を行う。境界は例えば盛土や崖によって区別される。またダンプトラック１５０は境界２１、３１、４１の内部で作業を行う。そのため、ダンプトラック１５０の安定走行や効率的な走行のためには境界の位置情報が正確に把握できることが望ましい。

そこで、第一実施形態では、ダンプトラック１５０が通常稼働中に、鉱山１内のある基準時点（現時点でもよいし、過去のある時点でもよい）における地形を計測して稼働中計測データを生成し、管制サーバ１１０（地図作成装置に相当する）がこれを基に地形の変化が検出する。そして、地形の変化を検出するとＵＡＶ１３０を飛行させ、地形の変化点を計測して新たな計測データを生成し、これを基に地図情報を更新する。従ってＵＡＶ１３０は計測機械に相当する。なお、上記「通常稼働」とは、ダンプトラック１５０が積荷を放土場３に向けて搬送したり空荷になって積込場２へ戻り積込機２０１が指定する積込位置に停車したりする、所謂ダンプトラック１５０の鉱山１内における本来の稼働状況を意味し、第二実施形態で説明する移動機械としてのダンプトラック１５０の走行状況と区別するための用語である。

次に図２を参照して、図１に示す鉱山の地図を作成するための地図作成システムの構成について説明する。図２は、第一実施形態における地図作成システムの構成図である。

図２に示す地図作成システム１００は、管制サーバ１１０、ＵＡＶ１３０、及びダンプトラック１５０を含んで構成される。管制サーバ１１０は、ＵＡＶ１３０及びダンプトラック１５０のそれぞれと、無線通信を介して情報の送受信を行う。

管制サーバ１１０は、計測データ記憶部１１１、位置情報記憶部１１２、地図情報記憶部１１３、地形情報記憶部１１４、地形情報作成部１１５、地図情報作成部１１６、管制制御部１１７、地形変化検出部１１８、飛行経路作成部１１９、地図情報更新部１２０、及び通信部１２１を含む。

計測データ記憶部１１１は、鉱山の地形を計測した基準計測データであって、ダンプトラック１５０の地図情報を作成する際に用いた計測データを記憶する。また、ダンプトラック１５０が通常稼働中に鉱山１の地形を計測して生成した稼働中計測データや、ＵＡＶ１３０が地形の変化点を計測して生成した新たな計測データを記憶してもよい。

位置情報記憶部１１２は、ＵＡＶ１３０やダンプトラック１５０から受信した位置情報を記憶する。

地図情報記憶部１１３は、基準計測データを基に作成された地図情報であって、現在ダンプトラック１５０が参照しているものと同じ地図情報を記憶する。

地形情報作成部１１５は、基準計測データ、稼働中計測データ、及び新たな計測データの其々に基づいて、鉱山の境界の形状及び位置を含む地形情報を作成する。作成された地形情報は、地形情報記憶部１１４に記憶される。

地図情報作成部１１６は、鉱山の地形を計測した基準計測データから生成した地形情報に基づき、鉱山で稼働する作業機械（ダンプトラック１５０の他、積込機２０１を含んでもよい）が参照できる地図であって、作業機械の稼働領域を規定するための地図情報を作成する。

管制制御部１１７は、地図情報記憶部１１３に記憶された地図情報を参照し、鉱山１内を走行するダンプトラック１５０が互いに干渉しないように管制制御する。一例として、各ダンプトラック１５０が積荷の搬送作業中に走行する通常走行経路を設定し、その通常走行経路上に自車両のみの走行を許可し、他車両の進入は不許可とする走行許可区間を設定してもよい。この場合他車両に対しては自車両の走行許可区間は閉塞区間として機能する。

地形変化検出部１１８は、稼働中計測データ及び基準計測データの其々から生成した地形情報を比較した結果に基づいて、地図情報が示す鉱山の地形に対する実際の鉱山の地形の変化を検出する。

飛行経路作成部１１９は、地形変化が検出された場合に、その地形変化が検出された地点の地形を新たに計測するために、ＵＡＶ１３０を飛行させる飛行経路を作成する。従って、飛行経路作成部１１９は、移動経路作成部に相当する。飛行経路作成部１１９は、変化地点だけでなく、稼働中計測データには含まれていない鉱山の部分領域を計測できるように飛行経路を作成してもよい。更に、飛行経路作成部１１９は、変化点だけでなく、変化点を含む積込場や作業場の全体領域（鉱山の部分領域に相当する）、又はダンプトラック１５０の走行領域（作業機械の稼働領域に相当する）について、新たな計測データを収集するための飛行経路を作成してもよい。

地図情報更新部１２０は、計測機械が移動経路に沿って移動しながら生成した新たな計測データに基づいて、地図情報の更新を行う。

通信部１２１は、ＵＡＶ１３０及びダンプトラック１５０との間で無線通信を介してデータの送受信を行う。

ＵＡＶ１３０は、計測データ記憶部１３１、位置情報記憶部１３２、通信部１３３、測位部１３４、制御部１３５、計測部１３６、及びデータ収集部１３７を含む。

ＵＡＶ１３０において、測位部１３４は、例えばＧＰＳ(Global Positioning System)や慣性計測センサにより鉱山における自身の位置や姿勢を特定するための装置である。測位部１３４によって特定された位置情報は、データ収集部１３７によって、所定時間間隔毎に位置情報記憶部１３２に保存される。位置情報は例えば取得時間、及び位置情報（緯度、経度、高度）のレコード情報を関連付けた情報である。通信部１３３は、保存された位置情報を所定の時間間隔で管制サーバ１１０に送信する。あるいは飛行終了後にまとめて転送してもよい。

制御部１３５はＵＡＶ１３０を手動あるいは自動運転により制御するための装置であり、後述する飛行経路に基づいて飛行するようにＵＡＶ１３０の飛行制御を行う。

計測部１３６は、ＵＡＶ１３０が飛行しながら実際の地形を計測し、計測データを出力する。計測データの例として、空中から連続的に撮影された画像データ、あるいはレーザレーダを地表面に照射し、その反射波を受信したデータがある。取得された計測データは、計測データ記憶部１３１に所定時間間隔毎に位置情報と同期して保存される。通信部１３３は、保存された計測データを所定の時間間隔で管制サーバ１１０に送信する。あるいは飛行終了後にまとめて転送してもよい。

ダンプトラック１５０は、計測データ記憶部１５１、位置情報記憶部１５２、地図情報記憶部１５３、通信部１５４、測位部１５５、制御部１５６、計測装置１５７、及びデータ収集部１５８を含む。

地図情報記憶部１５３は、搬送路５上の走行経路を示す地図情報や、積込場２及び放土場３の地図情報を記憶する。この地図情報は、管制サーバ１１０の地図情報記憶部１１３に記憶された地図情報と同じである。

測位部１５５は、例えばＧＰＳや慣性計測センサにより鉱山における自車の位置や姿勢を特定するための装置である。測位部１５５によって特定された位置情報は、データ収集部１５８によって、所定時間間隔毎に位置情報記憶部１５２に保存される。位置情報は例えば取得時間、位置情報（緯度、経度、高度）のレコード情報として保存される。

通信部１５４は、保存された位置情報を所定の時間間隔で管制サーバ１１０に送信する。あるいは走行終了後にまとめて転送してもよい。

制御部１５６は、地図情報記憶部１５３に記憶された地図情報及び測位部１５５が特定した自車の位置情報を参照し、管制サーバ１１０における管制制御部１１７からの指示に従ってダンプトラック１５０の自律走行させるための制御を行う装置である。

計測装置１５７は、稼働中計測データ、地形情報作成あるいは障害物を検知するための計測データを取得するための装置である。計測データの例として、画像センサによって取得された画像データ、あるいはレーザレーダのデータがある。取得された計測データは、所定時間間隔毎に位置情報と同期して計測データ記憶部１５１に保存される。

通信部１５４は計測データ１２２を所定の時間間隔で管制サーバ１１０に送信される。あるいは走行終了後にまとめて転送してもよい。

図３に本実施形態に係る地図作成システムの処理の概要を説明する。図３は、本実施形態に係る地図作成システムの処理の流れを示すフローチャートである。

地図作成システム１００は、地図情報作成部１１６が新規の地図情報を作成し（Ｓ３０１）、地形変化検出部１１８は、ダンプトラック１５０が走行中に収集した稼働中計測データを用いて、Ｓ３０１の地図情報（これはダンプトラック１５０が自律走行する際に参照している地図情報に相当する）を基準としたときの実際の地形変化、換言すると地図情報と実際の地形との乖離（変化量）を検出する（Ｓ３０２）。地形の変化量がダンプトラック１５０を自律走行させる際に無視できない程度の場合、飛行経路作成部１１９が地図を更新するために必要な新たな計測データをＵＡＶ１３０に取得させるために飛行経路を生成し（Ｓ３０３）、ＵＡＶ１３０が生成された飛行経路に沿って飛行しながら収集した新たな計測データを用いて地図情報更新部１２０が地図更新処理を行う（Ｓ３０４）。その後、ステップ３０２へ戻り、地図作成システム１００が起動中は地形の変化の検出及び更新処理を繰り返す。

（新規地図作成処理）
図４を参照して新規地図作成処理について説明する。図４は、新規地図作成処理の流れを示すフローチャートである。

地形情報作成部１１５は、ＵＡＶ１３０あるいはダンプトラック１５０によって収集された鉱山全体の基準計測データ及びそれに同期した位置情報（Ｓ４０１）を読み込む。

地形情報作成部１１５は、計測データを基に点群データを作成する（Ｓ４０２）。点群データとは、地形を表現した、３次元空間座標の点の集合データである。点群データは、たとえばStructure from Motionと呼ばれる、複数の連続した画像データから物体の３次元形状を復元する既知の手法を用いて作成することが可能である。あるいはレーザレーダのデータからであれば、レーダの反射情報によって取得された物体までの距離情報から、ＵＡＶ１３０あるいはダンプトラック１５０の位置と姿勢情報に基づいて座標変換することによって作成することが可能である。なお、計測データの集合がそのまま点群データである場合もあるし、計測データの欠損部分を補間したり、３次元空間座標を新たに定義して計測データから定義後の３次元空間座標の点群データに再構成したりする場合も含む。

地形情報作成部１１５は、領域認識処理を行う（Ｓ４０３）。これはステップ４０２において作成された点群データを、積込場２あるいは放土場３といった作業場領域と、盛土や崖によって区切られた境界２１、３１とに区別するための処理である。領域認識処理は、例えば領域拡張法(Region Growing)と呼ばれる、隣接した点群の類似性を判定して領域を決定する既知の手法を用いて実現可能である。点群の類似性として、例えば点の輝度情報や法線ベクトルが考えられる。

地形情報作成部１１５は、たとえば各点群データに作業場領域なのかあるいは境界なのか、境界に隣接する作業場領域なのかを示す属性情報を付与した情報を、領域認識処理結果として出力する。この領域認識処理結果には、境界の位置及び形状が含まれるので、領域認識処理結果は地形情報に相当する（Ｓ４０４）。

図５は、ステップ４０１から４０４までの処理によって生成された地形情報の一例を示す図であって、（ａ）はステップ４０２の処理によって得られた点群データ、（ｂ）はステップ４０３の処理によって得られた地形情報、（ｃ）は稼働中計測データを基に構成された点群データの一例を示す。

図５（ａ）では空間を等間隔で区切った格子(ボクセル)５０１によって表現し、点群が存在する空間には、各格子(ボクセル)には少なくともひとつの点群データが存在する。図５（ｂ）は、ステップ４０３の処理によって得られた、点群データ５０１を積込場２の領域５０２と境界２１の領域５０３とに分割した後の地形情報５０４を示す。

一方、ダンプトラック１５０によって取得されたデータによっても地形情報作成が可能であり、地形情報作成部１１５はダンプトラックから取得した計測データ（稼働中計測データ）および位置情報を用いて地形情報５０７を作成する機能も有する。処理の手順もＵＡＶ１３０によって取得されたデータを用いた場合と同等である。違いは、取得された点群データがカバーする領域の大きさの違いである。ＵＡＶ１３０が飛行する領域は、積込場や放土場といった作業場領域全域をカバーすることが可能である。従って取得されたデータによって作成され地形情報５０４は、ダンプトラック１５０が作業あるいは走行する領域全域をカバーすることが可能である。

一方ダンプトラック１５０が走行する経路は、管制制御部１１７によって指示された、作業場入口から積込機２０１までの経路５０５、および積込機２０１から作業場出口までの経路５０６である。この経路は積込機２０１の位置が同じである限り同じ経路であるので、限られた検知領域を有する計測装置１５７で計測された稼働中計測データを用いて作成された地形情報は、作業場領域全域をカバーすることができない。そのため、図５（ｃ）に示したように限られた領域をカバーする地形情報５０７となる。また放土場や搬送路を走行する場合も同様である。

地図情報作成部１１６は、地形情報作成部１１５によって作成された、作業場領域全域をカバーする地形情報（図５（ｂ）参照）を読み込み、作業場境界を抽出する処理を行う（Ｓ４０５）。この処理は具体的には、入力データである地形情報５０４に格納された作業場の領域５０２のうち、盛土や崖によって区切られた境界の領域５０３と隣接する点群データを抽出することによって実現可能である。

地図情報作成部１１６は、ノード情報を生成する（Ｓ４０６）。具体的には、作業場のノード情報を生成する場合は、ステップ４０２において抽出された点群データがノード情報となる。あるいは所定の間隔で間引いてもよい。一方搬送路のノード情報を生成する場合は、抽出された点群データを道路の中心方向に所定の間隔だけ移動させることによって生成することができる。このようにして生成されたノード情報に、各ノードを識別するIＩＤを付与することにより、最終的なノード情報を生成する。

地図情報作成部１１６は、リンク情報を生成する（Ｓ４０７）。リンク情報とは、２つのノード情報間の接続情報である。リンク情報は、空間的に隣接する２つのノードを接続することにより生成される。また、ある閾値内に近接する２つのノードは同一のノードとみなす処理を行うことによって、交差点等分岐のある道路構造をリンクの接続関係によって表現することができる。

地図情報作成部１１６は、ノード情報（Ｓ４０６）及びリンク情報（Ｓ４０７）を含む地図情報を出力して（Ｓ４０８）、処理を終了する。

図６は、ステップ４０８で生成された地図情報の一例を示す図であって、（ａ）は積込場２の地図を拡大した図、（ｂ）は鉱山全体の地図を示す。

図６（ａ）に示すように、地図情報作成部１１６は、積込場２内の地図は、積込場内の領域５０２のうち境界の領域５０３の内側に沿って並ぶノード及びリンクを選択し、地図情報６０１を生成する。

同様に地図情報作成部１１６は、放土場３、駐機場４の各境界の内側にあるノード及びリンクからなる地図情報６０２、６０３を作成する。また、搬送路５上のノード及びリンクからなる地図情報６０４を生成する。生成された地図情報６０１、６０２、６０３及び６０４は、新規の地図情報として管制サーバ１１０における地図情報記憶部１１３、およびダンプトラック１５０の地図情報記憶部１５３に記憶される。

（地形変化の検出処理）
図７を参照して地形変化の検出処理について説明する。図７は、地形変化の検出処理の流れを示すフローチャートである。

地形情報作成部１１５は、ダンプトラック１５０が稼働中に収集した稼働中計測データを読み込む（Ｓ７０１）。

地形情報作成部１１５は稼働中計測データを基に地形情報を生成する（Ｓ７０２）。このときの地形情報は、ダンプトラック１５０が走行した領域の地形情報のみを含み、作業場全体を含まないので、以下部分地形情報（図５（ｃ）の符号５０７参照）という。

地形変化検出部１１８は、作業場全体の地形情報（以下「全体地形情報」という。図５（ｂ）の符号５０４参照）と部分地形情報５０７とを比較する（Ｓ７０３）。各地形情報は基準計測データ又は稼働中計測データを基に生成されるので、地形情報の比較することは、基準計測データ又は稼働中計測データを比較することと同じ意味を有するが、計測データは各計測点の計測値から定義されるのに対し、地形情報はそれらを３次元実座標上に定義しなおしたデータ（正規化したデータ）であるので比較をする上ではより容易である。

地形変化検出部１１８は、例えば全体の地形情報５０４における境界の領域５０３の近傍付近に存在する点群データの属性と、部分地形情報５０７における同じ位置に存在する点群データの属性とを比較し、属性が変化した点の数をカウントすることによって変化量の有無（大小）を検出してもよい。

地形変化検出部１１８は、地形の変化量が所定の閾値（地形変化があると判定するために設定された閾値であり、その値はダンプトラックの車体の大きさや操舵角、ショベルの旋回範囲等を適宜用いて定めてもよい。）以上であるか否かを判定する（Ｓ７０４）。本例ではステップ７０３において計算した属性が変化した点の数が所定の閾値以上であるかを判定する。肯定の場合（Ｓ７０４／Ｙｅｓ）、地形変化検出部１１８は、飛行経路作成部１１９に地形が変化した旨を通知し、飛行経路生成処理（Ｓ３０３）に進む。否定の場合（Ｓ７０４／Ｎｏ）、地形変化検出部１１８は、ステップ７０１へ戻り、稼働中計測データの取得、送信を待機する。

飛行経路作成部１１９は、地図情報の更新のために必要な地形情報を取得するためにＵＡＶ１３０の飛行経路を作成する処理（飛行経路生成処理）を行う。以下図８及び図９を参照して、飛行経路生成処理について説明する。図８は、飛行経路生成処理の流れを示すフローチャートである。図９は、飛行経路作成部１１９において用いられる各データの関係を示した図である。

まず、飛行経路作成部１１９は、更新対象となっている地図情報を読み込む（Ｓ８０１）。

更に飛行経路作成部１１９は、ステップ７０３において地形変化検出部１１８が検出した地形の変化を示した点の位置情報（以下「地形変化点情報」という）を読み込む（Ｓ８０２）。

飛行経路作成部１１９は、飛行領域を生成する（Ｓ８０３）。具体的には、地図情報において地形変化点を包含する矩形情報を生成し、その矩形情報を飛行領域とすることによって実現可能である。

次いで飛行経路作成部１１９は、その矩形情報をカバーする飛行経路を生成する（Ｓ８０４）。

通信部１２１はＵＡＶ１３０に対し生成された飛行経路を送信し（Ｓ８０５）、ＵＡＶ１３０の通信部１３３が受信する。

図９は、地図情報９０１、地形変化検出部１１８において検出された地形変化点情報９０２、飛行領域９０３、飛行経路９０４を示す。

ＵＡＶ１３０は作成された飛行経路９０４に基づいて飛行することで、ダンプトラック１５０が変化を検出した後の地形情報を作成するための新たな計測データ及び位置情報を収集することができる。

（地図情報更新処理）
地図情報更新部１２０において、新たな計測データに基づいて地図情報を更新する処理（地図情報更新処理）を行う。図１０は、地図情報更新部１２０の処理手順を示すフローチャートである。

地図情報更新部１２０は、管制サーバ１１０の地図情報記憶部１１３に現在記憶されている地図情報を読み込む（Ｓ１００１）。

更に地図情報更新部１２０は、管制サーバ１１０の地形情報記憶部１１４に現在記憶されている地形情報を読み込む（Ｓ１００２）。この地形情報１０７は鉱山あるいは作業場全体の地形情報であって、ステップ１００１で読み込んだ地図情報の基となった地形情報である。この地形情報に代えて、基準計測データを読み込んでもよい。

地形情報作成部１１５は、ＵＡＶ１３０が生成した新たな計測データ及び位置情報に基づいて新たな地形情報を作成し、地図情報更新部１２０に出力する。こうして、地図情報更新部１２０は新たな地形情報を取得する（Ｓ１００３）。

地図情報更新部１２０は、現在の境界付近の地形情報（基準計測データに由来）、及び境界付近の新たな地形情報（新たな計測データに由来）を比較して、境界が変化した地点を検出する（Ｓ１００４）。

地図情報更新部１２０は、地形情報が変化した地点の地図情報を、新たな地家形状情報を基に作成する。そして、現在の地図情報における変化した地点に相当する部分の地図情報を、新たに作成した地図情報に置き換え、更新後の地図情報を地図情報記憶部１１３に上書き（更新）記録する（Ｓ１００５）。

通信部１２１は、更新された地図情報をダンプトラック１５０に送信する（Ｓ１００６）。以後、ダンプトラック１５０は、更新された地図情報を参照して自律走行する。

本実施形態では、走行中のダンプトラックが収集した計測データを基に地形情報を作成し、現在の地形情報に対する変化量が閾値以上の場合に、その領域を含むＵＡＶの飛行経路を生成して新たな計測データを収集する。そして新たな計測データを用いて地形情報及び地図情報を更新する。これにより、ダンプトラックが随時走行中に収集した計測データを基に地図情報の更新タイミングを判定するので、地形の変化をよりタイミングで把握し、地図を更新することができる。そのため、地形変化に対する地図の追従性を向上させることができる。また、新たな計測データの収集はＵＡＶを用いることにより、鉱山の作業機械の稼働を止めたり変更させたりすることなく地図の更新が行える。また、ＵＡＶは、地図の更新が必要なときにだけ飛行させることができ、無駄に新たな計測データを収集しなくてもよい。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、第一実施形態におけるＵＡＶ１３０の飛行に代わり、ダンプトラック１５０の経路を変更することによって新たな地形情報を取得するものである。従って、本実施形態ではダンプトラック１５０が計測機械として機能する。

図１１を参照して第二実施形態のシステム構成を説明する。図１１は、第二実施形態におけるシステム構成図である。図１１に示すように、第二実施形態に係る管制サーバ１１０が第一実施形態の管制サーバ１１０と異なる点は、管制サーバ１１０における飛行経路作成部１１９の代わりに、計測用走行経路作成部１１０１を備えたことにある。従って計測用走行経路作成部１１０１は、移動経路作成部に相当する。

そしてＵＡＶ１３０を用いた飛行経路生成処理（Ｓ３０３）に替えて、計測用走行経路生成処理（Ｓ１２００）を実行する。通常、管制制御部１１７は、運搬効率を優先して無駄を最小限にしたダンプトラック１５０の走行経路（以下「通常走行経路」という）を設定する。これに対し、計測用走行経路作成部１１０１は、地形の変化を計測することを優先して、通常走行経路とは異なるアルゴリズムで計測用走行経路を生成する。例えば計測用走行経路作成部１１０１は、計測機械としてのダンプトラック１５０が、新たな計測データを計測するために経由する経由地点を設定する。この経由地点は通常走行経路から外れた地点でもよい。

次に図１２及び図１３を参照して計測用走行経路作成部１１０１によるダンプトラック１５０の計測用走行経路生成処理について説明する。図１２は計測用走行経路作成部１１０１の処理手順を示すフローチャートである。図１３は走行経路生成のための経由地点の設定方法を説明した図であって、（ａ）は通常走行経路を示し、（ｂ）は計測用走行経路を示す。

図１２に示すように、計測用走行経路作成部１１０１は、管制サーバ１１０の地図情報記憶部１１３に記憶された現在の地図情報を読み込む（Ｓ１２０１）。

更に計測用走行経路作成部１１０１は、管制制御部１１７から現在設定されている通常走行経路を示す情報を読み込む（Ｓ１２０２）。

計測用走行経路作成部１１０１は、計測用走行経路の生成に用いる経由地点を設定する（Ｓ１２０３）。そして、その経由地点を通過するように通常走行経路を変更して計測用走行経路を生成し管制制御部１１７に通知する（Ｓ１２０４）。管制制御部１１７は、計測用走行経路に沿って走行するよう、ダンプトラック１５０の管制制御を行う。

ステップ１２０３において、計測用走行経路作成部１１０１は、経由地点が通常走行経路上にあるかを確認し、もしあれば管制制御部１１７に通知してダンプトラック１５０を通常走行経路に沿って走行させながら新たな計測データを収集させてもよい。

また、ステップ１２０３において、計測用走行経路作成部１１０１は、経由地点の設定のみを行い、ステップ１２０４において管制制御部１１７に通知してもよい。この場合、管制制御部１１７が、経由地点を通過するように通常走行経路を変更して計測用走行経路を作成してもよい。

図１３（ａ）に示すように、ダンプトラック１５０ｆが積込場２内を積込機２０１に向かって走行していると仮定する。搬送路５から積込機２０１に向かう往路の通常走行経路４０５を走行する際、ダンプトラック１５０ｆに搭載された計測装置１５７の検知領域１３０１ｆが積込場２の境界を表す地図情報６０１に対応する実地点を超えているので、積込機２０１に向かう際には計測装置１５７によって境界の変化を検知できるとする。なお、図１３を参照した説明において、実３次元空間における点は上記「実地点」といい、地図情報上の点は単に「点」と記載する。

一方、積込機２０１から搬送路５に向かう復路の通常走行経路４０６を走行する際には、ダンプトラック１５０ｈに搭載された計測装置１５７の検知領域１３０１ｈが境界に到達しておらず、搬送路５に戻る際には境界の変化を検知できないとする。

そこで、復路を走行中も、ダンプトラック１５０ｈに搭載された計測装置１５７の検知領域１３０１ｈが境界の変化を検知できるように、復路での経由地を設定する。そして、復路の通常走行経路４０６が経由地を通過するように変更して計測用走行経路を生成する。

計側用走行経路生成方法の一例を図１３（ｂ）を参照して説明する。計測用走行経路作成部１１０１は、復路の通常走行経路４０６上において、積込機２０１から所定の距離だけ離れた点１３０３を決定する。そしてその点を通り復路の通常走行経路４０６と直交する直線１３０４を決定する。そしてその直線１３０４上に存在し、かつ所定の距離（計測装置１５７の検知領域が境界線上の実地点を含む距離）だけ離れた点１３０５を経由地点として設定する。

あるいは、積込機２０１から所定の距離だけ離れた境界の地図情報６０１上に点１３０６を決定する。そしてその点を通り復路の通常走行経路４０６と直交する直線１３０７を求める。そしてその直線１３０７上に存在し、かつ計測装置１５７の検知領域を考慮して点１３０６から所定の距離（計測装置１５７の検知領域が境界線上の実地点を含む距離）だけ離れた点１３０８を経由地点として設定する。また点１３０６は後述する地図情報更新部１２０から通知されるものとしてもよい。

地図情報更新部１２０は、計測用走行経路を走行したダンプトラック１５０が収集した新たな計測データを基に、地図情報を更新する。

図１４は第二実施形態に係る地図情報更新部１２０の処理手順を示すフローチャートである。第一実施形態と同一の処理を行うステップについては、同一の符号を付して重複説明を省略する。

第二実施形態では、新規地図作成処理（Ｓ３０１）において、ＵＡＶの計測データに代わり航測車両のＧＰＳ情報（位置情報）を用いた走行軌跡情報を生成し、地図情報作成部１１６がこの走行軌跡情報を用いて新規地図を作成してもよい。これにより、ＵＡＶを用いることなく、新規地図が作成できる。こうしてできた新規地図に対して、図１４の処理ステップに沿って地図更新処理を実行する。

通信部１２１はダンプトラック１５０から新たな計測データを受信し、地形情報作成部１１５がそれに基づき地形情報を生成する（Ｓ１４０１）。この地形情報は、ＵＡＶが収集した新たな計測データに基づく地形情報よりも狭い領域のものである。そこで、以下ではダンプトラックが収集した新たな計測データに基づく地形情報を部分地形情報という。

地図情報更新部１２０は、複数のダンプトラック１５０、あるいは同一ダンプトラック１５０が異なる時間帯に取得した部分地形情報をひとつの地形情報に統合する（Ｓ１４０２）。

地図情報更新部１２０は、統合された地形情報が読み込み済の地図情報の境界をすべてカバーしているか否かを判定する（Ｓ１４０３）。そしてすべてカバーしていると判定すると（Ｓ１４０３／Ｙｅｓ）、ステップ１００４移行の処理に進む。これ以降は、第一実施形態における処理内容と同一である。

一方、地図情報更新部１２０が、すべてカバーしていないと判定すると（Ｓ１４０３／Ｎｏ）、新たな経由地点を設定するように計測用走行経路作成部１１０１に通知して（Ｓ１４０４）、再度、計測用走行経路生成処理（Ｓ１２００）に戻る。その際、境界のどの位置が欠損しているかを地図情報及び地形情報を比較することによって特定し、その位置も合わせて通知する。

計測用走行経路作成部１１０１は、再度の計測用走行経路生成処理（Ｓ１２００）において、欠損している境界の計測データが収集できるように経由地点を設定する。

本実施形態によれば、稼働中のダンプトラックの走行経路を変更して新たな計測データを収集するので、第一実施形態とは異なりＵＡＶが不要になり、システムの構成要素を減らすことができる。

上記各実施形態は、本発明を限定する趣旨ではなく、様々な変形例も本発明に含まれる。例えば上記実施形態では、積込場の更新についての例を説明したが、放土場や搬送路の更新についても同様の方法が適用できる。また、ダンプトラック１５０は一部あるいはすべての車両を有人ダンプトラックに置き換えてもよい。また無人航空機は人間が操作してもよいし、飛行経路に基づいて自律飛行してもよい。

また上記では、移動機械（ＵＡＶ、ダンプトラック）が収集したデータを計測データと称し、計測データを基に作成した各地点の属性を示すデータを地形情報と称し、計測データと地形情報とを分けて説明したが、計測データ及び地形情報は両者とも作業機械（ダンプトラック）の稼働領域を規定する際に作業機械が参照する地図情報を生成するために用いられるデータであるので、これらをまとめてＲＡＷデータと称してもよい。この場合のＲＡＷデータとは、地図情報を生成するために用いられるデータであって、そのままのデータ形式では作業機械が参照できないデータ形式により生成されたものであり、地図情報と対比して用いられる用語である。そして本発明及び各実施形態の説明において、計測データ及び地形情報をＲＡＷデータに置き換えても（計測データから地形情報を生成する場合はＲＡＷデータを地形が把握できるＲＡＷデータに加工すると読み替える）、同様の構成及び効果を得ることができる。

１００：地図作成システム、１１０：管制サーバ、１３０:無人航空機、１５０：ダンプトラック

Claims (9)

1. 鉱山の地形を予め計測した基準計測データに基づき、前記鉱山で稼働する作業機械の稼
   働領域を規定するための地図情報を作成する地図情報作成部と、
   前記作業機械が稼働中に前記鉱山の地形を計測して生成した稼働中計測データ、及び前
   記基準計測データの比較結果に基づいて、前記地図情報が示す鉱山の地形に対する実際の
   鉱山の地形の変化を検出する地形変化検出部と、
   前記地形変化が検出された場合に、その地形変化が検出された地点の地形を新たに計測
   する計測機械の移動経路を作成する移動経路作成部と、
   前記計測機械が前記移動経路に沿って移動しながら生成した新たな計測データに基づい
   て、前記地図情報の更新を行う地図情報更新部と、
   を備えたことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
2. 請求項１に記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記移動経路作成部は、前記稼働中計測データと、前記地図情報又は前記基準計測デー
   タとを比較し、前記稼働中計測データには含まれていない前記鉱山の部分領域の地形を前
   記計測機械に計測させるための移動経路を作成する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
3. 請求項１に記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記計測機械は無人飛行機であって、
   前記移動経路作成部は、前記移動経路として前記無人飛行機の飛行経路を作成する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
4. 請求項３に記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記移動経路作成部は、前記鉱山における前記地図情報が変化した地点を含む前記鉱山
   内の部分領域、又は前記作業機械の稼働領域について、前記新たな計測データを収集する
   ための前記飛行経路を作成する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
5. 請求項１に記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記作業機械は、実地形を計測する計測装置を搭載した積荷を運搬する運搬車両であっ
   て、
   前記地形変化検出部が地形の変化を検出すると前記運搬車両は前記計測機械として用い
   られ、
   前記移動経路作成部は、前記計測機械としての前記運搬車両が、新たな計測データを計
   測するために経由する経由地点を設定する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
6. 請求項５記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記鉱山には、掘削場を含む作業場が設置され、
   前記地形変化検出部が前記作業場の境界の地形に変化があったことを検出した場合、
   前記移動経路作成部は、走行中の前記運搬車両が前記計測装置で計測した場合の検知領
   域が、前記地図情報における前記地形の変化が検出された作業場の境界に対応する実地点
   を含むように前記経由地点を設定する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
7. 請求項６記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記移動経路作成部は、前記運搬車両が積荷の搬送作業中に走行する通常走行経路を基
   準とし、前記経由地点を通過するように前記通常走行経路を変更した計測用走行経路を生
   成する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
8. 請求項１に記載の作業機械の地図作成装置であって、
   前記基準計測データ及び前記稼働中計測データの其々に基づいて、前記鉱山の境界の形
   状及び位置を含む地形情報を作成する地形情報作成部を更に備え、
   前記地形変化検出部は、前記基準計測データから生成した地形情報及び前記稼働中計測
   データから生成した地形情報の変化量が、地形変化があると判定するために設定された閾
   値以上の場合に、前記稼働中計測データが示す境界の地形に変化があると判定する、
   ことを特徴とする作業機械の地図作成装置。
9. 鉱山の全体の地形を予め計測した基準計測データ、及び前記鉱山内で稼働する作業機械
   が稼働中に前記鉱山の地形を計測して生成した稼働中計測データを比較し、その比較結果
   に基づいて、地図情報が示す鉱山の地形に対する実際の鉱山の地形の変化を検出するステップと、
   地形の変化が検出された地点を再度計測して、新たな計測データを収集する計測機械の
   移動経路を作成するステップと、
   前記基準計測データに基づき作成された前記作業機械の稼働領域を規定するための地図
   情報を、前記新たな計測データを用いて更新するステップと、
   を含むことを特徴とする作業機械の地図作成方法。