JP2017117328A - 鉱山機械運行管理システム - Google Patents

Abstract

【課題】鉱山の生産効率の向上に配慮した車両の運行管理技術を提供する。【解決手段】鉱山内を走行する複数の鉱山機械20-1、20-2のそれぞれが交差点に到着する予定時刻を比較して、これら複数の鉱山機械が鉢合わせるかを推定する鉢合わせ推定部315と、各鉱山機械20-1、20-2に対して鉱山の生産性の向上への寄与率に基づいて優先度を判定してする優先順位判定部316と、優先度が高い鉱山機械が交差点を通過し終える時刻である高優先機械通過時刻よりも後の時刻に、優先度が低い鉱山機械が交差点よりも手前の地点に到着するように定めた回避到着時刻を設定する回避到着時刻設定部317と、を備え、優先度が低い鉱山機械を回避到着時刻に交差点によりも手前の地点に到着させるための運行管理情報を優先度が低い鉱山機械に対して送信する。【選択図】 図２

Description

本発明は、鉱山機械運行管理システムに関し、特に交差点における運行管理技術に関する。

複数の車両の交差点における運行管理技術の一例として、特許文献１には「交差点に進入する車両に対して優先度を設定し、この設定された優先度に応じて交差点を通過するように交差点に進入する車両の速度を制御する交差点交通管制システムにおいて、当該交差点を含む所定領域内に進入した進入車両が複数台存在するとき、交差点に到達するまでに要する時間長が短い車両から順に当該交差点を通過するように、進入車両の走行速度を制御する。所定領域内に優先道路から進入した車両Ａと非優先道路から進入した車両Ｂとが存在する場合、車両Ａを車両Ｂよりも先に当該交差点を通過させる。但し、車両Ｂが交差点を通過するまでに要する時間長が、車両Ａが交差点に到達するまでに要する時間長よりも短い場合、及び、車両Ｂが既に交差点に到達している場合には、車両Ｂを車両Ａよりも先に交差点を通過させる（要約抜粋）」構成が開示されている。

また特許文献２には、「車両用信号機が設置されていない道路交差点に配設され、交差点交通を管制する交差点管制システムが、交差点から所定の距離範囲内に進入した車両を検出する車両検出装置と、交差点を通過する車両に搭載された車両減速制御装置とを含み、進入が検出された各車両から位置情報及び車両状態情報を取得し、各車両の交錯可能性を判定し、交錯可能性を有する各車両に対して、位置情報及び車両状態情報に基づいて優先度を設定し、交錯可能性を有する車両が優先度の高い順に交差点を通過するように車両減速制御装置に減速制御を実行させる。交錯可能性を有する車両のいずれかの車両から減速制御ができない車両状態であることを示す車両状態情報が取得されたときには、当該車両の優先度を最も高く設定する（要約抜粋）」構成が開示されている。

さらに特許文献３には、「車両において制動制御を行う車両制御装置が、自車両前方交差点において自車両と交錯可能性を有する他車両（交錯車両）が検出されたときに、該交差点の通過に関して自車両及び該他車両に優先度を設定し、自車両が該他車両に対して非優先の場合（優先度が相対的に低い場合）、該他車両が上記交差点を通過してから自車両が該交差点を通過するように自車両の制動制御を実行する（要約抜粋）」構成が開示されている。

特開２００７−２９３３８８号公報 特開２００７−１４１１４５号公報 米国特許第８０９９２３２号明細書

特許文献１、２、３に記載の技術では、交差点エリアに複数台の車両が進入することではじめて優先度の選択、非優先車両の速度制御が実施される。そのため、交差点エリアの設定の仕方によっては、非優先車両の減速が急激になったり、停車後の待ち時間が長くなったりする恐れがある。そのため、上記先行技術を鉱山機械、特に大型の鉱山用ダンプトラックの運行制御に適用とした場合に、急激な制動動作や停車から再発進を繰り返すことによる燃費の低下や車体に高負荷がかかることによるメンテナンスコストの上昇を引き起こし、鉱山機械の稼働コストが上昇して、鉱山の生産効率の低下を招く。

更に、上記先行技術は、優先度の決定に際し車両の位置関係や道路そのものの優先度で決定する。しかし、鉱山の場合、生産効率の向上が重要であるので、車両の位置関係や道路の優先度を基に車両の優先度を決定すると、鉱石のように鉱山の生産物を搭載したダンプトラックを非優先車両として停車させてしまい、生産物の搬送時間の長時間化、ひいては鉱山の生産性の低下を招く。このように、上記先行技術を鉱山内の運行管理技術に適用すると生産性の低下が懸念されるので、鉱山の事情に合った車両の運行管理技術が望まれている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、鉱山の生産効率の向上に配慮した車両の運行管理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、鉱山内を走行する複数の鉱山機械のそれぞれと、各鉱山機械の運行管理処理を実行する管制制御装置と、を無線通信回線を介して接続した鉱山機械運行管理システムにおいて、前記各鉱山機械は、自機の位置情報を算出する位置取得部と、前記管制制御装置に対して前記自機の位置情報を送信し、前記管制制御装置から運行管理情報を受信する車両側通信装置と、を備え、前記管制制御装置は、前記各鉱山機械から位置情報を受信し、各鉱山機械に対して前記運行管理情報を送信する管制側通信装置と、前記各鉱山機械の走行経路を規定した経路データを記憶する経路データ記憶部と、前記各鉱山機械の位置情報及び当該鉱山機械の経路データを用いて、当該鉱山機械の走行経路上にある交差点に当該鉱山機械が到着する予定時刻を算出し、前記複数の鉱山機械のそれぞれが前記交差点に到着する予定時刻を比較して、これら複数の鉱山機械の衝突又はニアミスが発生するかを推定する衝突推定部と、前記衝突推定部が、前記複数の鉱山機械の衝突又はニアミスが発生すると推定した場合に、各鉱山機械に対して、前記鉱山の生産性の向上への寄与率に基づいて優先度を判定し、前記複数の鉱山機械のうち前記交差点への進入に関する優先度を決定する優先順位判定部と、前記優先順位判定部により優先度が高いと判定された鉱山機械が前記交差点を通過し終える時刻である高優先機械通過時刻よりも後の時刻に、前記優先順位判定部により優先度が低いと判定された鉱山機械が前記交差点よりも手前の地点に到着するように定めた回避到着時刻を設定する回避到着時刻設定部と、を備え、前記管制側通信装置は、前記優先度が低いと判定された鉱山機械を前記回避到着時刻に前記交差点によりも手前の地点に到着させるための前記運行管理情報を、前記優先度が低いと判定された鉱山機械に対して送信する、ことを特徴とする。

本発明によれば、鉱山の生産効率の向上に配慮した車両の運行管理技術を提供することができる。前述した以外の課題、構成および効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。

本実施形態に係る鉱山機械運行管理システムの概略説明図 鉱山機械運行管理システムの機能ブロック図 経路データの概要を示す図 自車位置リンクの算出の様子を示す図 優先順位判定部の構成を示す図 優先順位判定部が優先度判定を行う際に参照する優先度点数データを示す図 交差点付近における複数車両の位置関係例を示す図 図７の例において車両Ａ、車両Ｂの位置の推移を示す図 衝突防止処理の流れを示すフローチャート 交差点を含むセグメントの走行許可がもらえない場合の車両Ａの速度変化ともらえた場合の速度変化を示す図 他の実施形態に係る鉱山機械運行管理システムの機能ブロック図

以下、図面等を用いて、本発明の実施形態について説明する。本実施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ものは、同一の符号を付け、その繰り返しの説明は省略する場合がある。

まず図１乃至図６を参照して本実施形態に係る鉱山機械運行管理システムの概略について説明する。図１は、本実施形態に係る鉱山機械運行管理システムの概略説明図である。図２は、鉱山機械運行管理システム１の機能ブロック図である。図３は、経路データの概要を示す図である。図４は、自車位置リンクの算出の様子を示す図である。図５は、優先順位判定部の構成を示す図である。図６は、優先順位判定部が優先度判定を行う際に参照する優先度点数データを示す図である。

図１に示すように、鉱山内には、鉱物や表土を採掘し搬送車両に積載する積込機械１０が稼働する積込場６１、搬送車両が積荷を放土する放土場６２、及び駐機場６３が搬送路６０により互いに連結されて設置される。そして搬送路６０上を、搬送車両や作業機械が走行する。鉱山内を走行する鉱山機械の一例として、鉱物や表土などの砕石物を運搬する無人搬送車両２０−１と、ドライバーの運転操作により走行する有人搬送車両２０−２と、グレーダ、ドーザ、散水車、ライトビークルなどの有人補助作業車両７０とがある。以下では鉱山機械として上記各鉱山車両を用いるので、鉱山機械を鉱山車両、または単に車両と記載する場合がある。

鉱山内には管制局３０が設置される。管制局３０には、各鉱山機械７０−１、７０−２、７０の運行管理処理を実行する管制制御装置３１が設置される。本実施形態に係る鉱山機械運行管理システム１は、管制制御装置３１と各鉱山機械２０−１、２０−２、７０とが、無線局３２、４１−１、４１−２、４１−３を含む無線通信回線４０を介して接続されて構成される。

搬送路６０には、複数の道路が交差する交差点がある。ここでいう交差点には、十字路の交差点６５ａ、及び複数の道路の合流点６５ｂを含む。鉱山機械運行管理システム１は、交差点での交通管制をする点に特徴の一つがある。

図２に示すように、管制局３０は、鉱山内の各車両のデータ通信を可能とする管制側通信装置５０及び管制制御装置３１を備えている。管制制御装置３１は、鉱山内の搬送路６０や積込場６１、放土場６２、駐機場６３などの位置関係や接続関係を示した経路データを保管する経路データ記憶部３１１と、各車両の目的地とそこまでの経路を決定する経路生成部３１２と、各車両の走行を許可する区間を設定する走行許可区間設定部３１３と、鉱山内に存在する作業機械や車両の位置や速度、作業状態、目的地、車両仕様などの状態を取得可能な車両状態取得部３１４と、鉱山内の交差点での衝突又はニアミスが発生するかを推定する衝突推定部３１５と、車両状態取得部３１４が取得した各車両の状態を元に車両の優先順位を決定する優先順位判定部３１６と、推定される衝突又はニアミスを回避するために、交差点に到着すべき時間を決定しその時間を各車両に通知する回避到着時刻設定部３１７とを少なくとも備えている。上記「衝突」とは、複数の鉱山機械が実際に接触した状態であり、「ニアミス」とは複数の鉱山機械間の距離が接近しすぎていると判定するための距離閾値以下となった状態を意味する。この距離閾値は、鉱山機械の走行速度やブレーキ性能、路面の勾配、制動距離等に応じて衝突防止の判定処理の対象となる鉱山機械の種類に応じて適宜動的に決定してもよいし、予め定めた距離閾値を静的に用いてもよい。以下の説明において、説明の便宜のため「衝突」の用語にニアミスを含むことがある。以下では、説明の便宜のため、管制制御装置３１は、鉱山車両の交通管制を行うものとして説明するが、ドーザやグレーダなどの作業機械も鉱山車両と同様に管制制御装置３１による交通管制の対象としてもよい。

経路データ記憶部３１１は、鉱山内のすべての経路データを保管するデータベースであり、必要に応じて、必要な場所のデータを取り出すことができるように構成されている。経路データは、図３に示すように、鉱山内の１地点を固有に識別するノード２２と、隣接するノードを連結するリンク２１との列によって構成される。各リンク２１は、そのリンク部分における先端ノード２２Ａおよび終端ノード２２Ｂの座標値、目標速度、道幅、勾配、曲率、道なり距離などのデータを備えている。また、経路データは、複数または単一のリンク２１を備えたセグメント１５を構成している。つまり、経路データは複数のセグメント１５により構成される。下記で述べる走行許可はこのセグメント１５単位で構成される。

経路生成部３１２は、掘削計画や鉱山内全体の作業状態などに基づいて、無人搬送車両２０−１、有人搬送車両２０−２、有人補助作業車両７０、積込機械１０など、各車両・機械の目的地とそこまでの経路を生成する処理を実行する。経路生成部３１２は、車両状態取得部３１４から取得した経路処理の対象となる車両の現在位置、及び経路データ記憶部３１１から取得した目的地及び経路データに基づいて、対象となる車両の経路を生成する。

走行許可区間設定部３１３は、走行許可区間の設定処理の対象車両に対して生成された経路の部分区間を、当該対象車両のみの走行を許可した区間（以下「走行許可区間」という）として設定する処理を実行する。設定された走行許可区間は、管制側通信装置５０から無線通信回線を介して対象車両に送信される。

鉱山内では多数の車両が走行しているため各車両が干渉することを回避する必要がある。そこで、走行許可区間設定部３１３が、各走行許可区間には対象車両に対してのみ走行許可を付与する。換言すると走行許可区間は他の車両に対しては進入を禁止する閉塞区間として機能する。これにより、１つの走行許可区間に複数の車両が存在することが回避されるため、車両同士の干渉が回避できる。

走行許可区間設定部３１３は、車両側から要求を受信した場合に、走行許可区間の設定の可否を判断し、可能であれば走行許可区間を設定する。一方、車両は、自車両に設定されている走行許可区間の残りが短くなると、次の新たな走行許可区間の設定要求を行う。

また、図４に示すように、各車両、例えば無人搬送車両２０−１が走行し終えたノード２２Ａ〜２２Ｂまでの走行許可区間１５Ａのうち、走行済区間１５ａは当該車両から開放されて、どの車両の走行許可区間にも帰属しない区間となり、別の車両に対して走行許可区間として付与できる。

車両状態取得部３１４は、鉱山内にある機械や車両の状態を示す車両状態データを取得する。車両状態データは、車両の位置、方向、速度、積荷状態、車両仕様、などを含む。

衝突推定部３１５は、経路生成部３１２から取得した各車両の経路データと、車両状態取得部３１４から取得された各車両の車両状態データから、鉱山内の交差点６５ａ、６５ｂで車両同士が衝突又はニアミスが発生するかを推定する処理を実行する。

衝突推定部３１５は、各リンク２１に設定された道なり距離と目標速度を参照し、各車両がリンク２１上をそのリンクが持つ目標速度付近で走行すると仮定して各リンクの通過にかかる時間を推定する。そして、衝突推定部３１５は、自車位置から交差点までの経路をすべて考慮することで、各車両が交差点に到達する予定時刻を算出する。

無人搬送車両２０−１は与えられた経路データから目標速度を抽出しその速度付近で走行する。また、有人搬送車両２０−２や補助作業機械７０においては、目標速度が運転手に提示される。提示に態様例として、例えば運転席内のディスプレイが目標速度を表示してもよい。そして運転手が、表示された目標速度を見て、その目標速度に応じて走行する運用を実施する。

優先順位判定部３１６は、図５に示すように、車両仕様優先順位設定部３１６ａ、積載仕様優先順位設定部３１６ｂ、目的地優先順位設定部３１６ｃ、目的地混雑度優先順位設定部３１６ｄ、作業緊急度優先順位設定部３１６ｅ、及び優先度集計部３１６ｆを備えており、車両状態取得部３１４から取得された車両データと、経路生成部３１２から取得された経路データを元に、各車両の交差点への進入優先度を表す優先度点数を求めて、その点数に応じて優先順位を決定することができるように構成されている。優先順位判定部３１６による優先順位は、鉱山の生産性向上に対する寄与率を考慮して定められ、車両仕様、積載仕様、目的地、目的地混雑度、及び作業緊急度は生産性向上に寄与する要因の一例である。

車両仕様優先順位設定部３１６ａ、積載仕様優先順位設定部３１６ｂ、目的地優先順位設定部３１６ｃ、目的地混雑度優先順位設定部３１６ｄ、作業緊急度優先順位設定部３１６ｅは、図６に示す優先度点数に従って、優先度の点数付けを行う。

車両仕様優先順位設定部３１６ａは、ユーザが車両仕様ごとに決定した優先順位を示す点数データを記憶する。例えば、無人搬送車両、有人搬送車両、散水車、グレーダ、ドーザ、ライトビークル、といった車両が存在する際に、ユーザは車両仕様に応じて優先順位を決めて、車両仕様優先順位設定部３１６ａがその登録を受け付ける。そして車両仕様優先順位設定部３１６ａは、優先順位の判定対象となる車両の仕様が、図６に登録された車両仕様のいずれに該当するかを判定して点数付けを行う。図６の例では、無人搬送車両が６点、有人搬送車両が５点、散水車が４点、グレーダが３点、ドーザが２点、ライトビークルが１点とした例を示している。

積載仕様優先順位設定部３１６ｂは、ユーザが積載仕様ごとに決定した優先順位を示す優先度点数データを記憶する。図６の例では、鉱物５点、表土４点、空荷３点、水２点、水空１点としている。積載仕様優先順位設定部３１６ｂは、各車両の積載仕様を車両の仕様または、目的地や出発地から判断する。

目的地優先順位設定部３１６ｃは、ユーザが各車両の目的地ごとに決定した優先順位を示す優先度点数データを記憶する。目的地優先順位設定部３１６ｃは、各車両の目的地を経路生成部３１２から取得する。図６の例では、鉱物を積みこむ積込場が５点、表土を積み込む積込場が４点、鉱物を放土する放土場が３点、表土を放土する放土場が２点、駐機場が１点としている。

目的地混雑度優先順位設定部３１６ｄは、各車両の目的地の混雑度合いを推定し、その混雑度合いごとに優先順位を決定し登録する。図６の例では、混雑が予想されない場合が５点、予想される場合が１点としている。目的地混雑度優先順位設定部３１６ｄは、目的地の混雑推定処理を上記の衝突推定部３１５と同様の処理で実現する。

作業緊急度優先順位設定部３１６ｅは、ユーザが各車両の作業の緊急度に応じて決定した優先順位を示す優先度点数データを記憶する。図６の例では、緊急が１０００点、通常が１点としている。

優先度集計部３１６ｆは、車両仕様優先順位設定部３１６ａ、積載仕様優先順位設定部３１６ｂ、目的地優先順位設定部３１６ｃ、目的地混雑度優先順位設定部３１６ｄ、作業緊急度優先順位設定部３１６ｅのそれぞれが決定した優先順位を示す点数を取得し、加算処理や乗算処理を実行して各車両の優先度の集計値を求める。

優先順位判定部３１６は、優先度集計部３１６ｆの演算結果に基づいて、上記した各構成要素から取得する優先度点数を足し算または掛け算して得られる合計点数が多い順に優先順位を決定する。優先順位判定部３１６は優先度点数が同じ場合は、交差点に到着する時間が早いことが推定される車両を優先させる。

回避到着時刻設定部３１７は、経路生成部３１２から取得した各車両の経路データと、車両状態取得部３１４から取得した各車両の車両状態データと、優先順位判定部３１６から取得した各車両の優先順位とを基に、各車両が交差点で衝突又はニアミスが発生しないように、優先度が低い車両の交差点の手前にあるノード２２の少なくとも１つに到着する時刻を設定する。つまり、経路データ上のノード２２を１つ以上選択し、選択したノード２２への到着時刻を設定する。

また、回避到着時刻設定部３１７は、上記選択したノード２２の一例として、各車両に与える各走行許可区間の終端ノードを適用してもよい。また、終端ノードよりも手前にあるノードであって、減速中の優先度が低い車両が目標速度に復帰して加速をしても、優先度が高い車両と交差点内で衝突又はニアミスが発生しない距離が確保できるノードを、到着時刻の設定対象ノードとしてもよい。

回避到着時刻設定部３１７は、具体的には例えば以下の処理により到着時刻を設定する。すなわち回避到着時刻設定部３１７は、交差点での衝突又はニアミスを回避することのみを目的とする場合は、交差点の手前のノードのみに到着時刻を設定し、各車両は到着時刻が指定されたノードをもつセグメントを走行許可区間として受け取った際に、指定された時間に指定されたノードに到着するように速度を制御すればよい。

しかし、その走行許可区間が短い場合などは急な減速となる恐れがある。そこで、回避到着時刻設定部３１７は急な減速とならないように、交差点６５までの距離が十分にある位置の走行許可区間の終端ノードから順々に到着時刻を設定することで、滑らかな速度変化を実現することができる。

無人搬送車両２０−１は、車両制御装置１００と、車両側通信装置５１と、走行モータ（加速装置に相当する）や操舵モータ（操舵装置に相当する）などの走行駆動装置に対して、車体を自律的に駆動させて無人での走行させるための制御を行う走行制御装置２００と、を少なくとも備えている。走行駆動装置は、リターダブレーキ及び機械ブレーキといった制動装置も含む。

車両制御装置１００は、走行する経路とそれに付随する情報を記録した経路取得部１０１と、現在の自車位置および進行方向を演算する自車位置取得部１０２と、自車がいるリンクを選択する自車位置リンク取得部１０３と、到着時刻が指定されたノードとその到着時刻を取得できる到着時刻取得部１０４と、走行速度や操舵角、積載重量などの車体状態を認識する車体状態認識部１０５と、指令されたノードに指定された到着時刻で到着するために必要な速度パターンを生成する目標速度情報生成部１０６と、走行許可区間を要求する走行許可区間要求部１０７と、を少なくとも備えている。

経路取得部１０１は、自車が走行すべき経路データを管制局３０から取得する。経路データは目的地までの全経路ではなく、走行許可区間の単位で管制局３０から与えられる。無人搬送車両２０−１は、その範囲内を各リンクの終端ノードに向かって走行する。

また、経路データは複数のリンクで構成されるが、各リンクには走行する目標速度が記載されているので、経路取得部１０１は、その目標速度を抽出し、車両の目標速度として採用する。

自車位置取得部１０２は、ＧＰＳ（グローバルポジショニングシステム）などの位置を推定する装置や、ＩＭＵ（慣性航法装置）や車輪回転数センサなどの移動量を推定する装置からの出力を用いて、自車位置ＣＰ（図４参照）を演算する。

自車位置リンク取得部１０３は、自車位置取得部１０２から得られる自車位置に基づき、自車がいるリンクである自車位置リンク２１Ｄ（図４参照）を選択し、さらに、そのリンク２１Ｄを含む経路データを抽出する。

一例として自車位置近傍のデータを抽出する様子を図４に示す。自車位置リンク取得部１０３は、自車位置取得部１０２から得られる自車位置と、リンクの先端ノード２２Ａおよび終端ノード２２Ｂの座標値とを比較し、先端ノード２２Ａと終端ノード２２Ｂの間に自車位置ＣＰが当てはまるリンクのうち最も近いものを選択し、それを自車位置リンク２１Ｄと決定する。さらに、その自車位置リンク２１Ｄを選定し、そのリンク２１Ｄに紐付けられている経路データを抽出する。

さらに、自車位置リンク取得部１０３は自車位置ＣＰから自車位置リンク２１Ｄに下ろした垂線の足の位置と、自車位置リンク２１Ｄが備えているリンクの道なり距離のデータから、当該リンクの道なり距離のうち、すでに走行済みの距離ｄを計算する。また、自車位置リンク取得部１０３はリンクが持つ道なり距離及び走行済み距離ｄから残り距離を計算する。

走行許可区間要求部１０７は、管制局３０に対して走行許可区間の要求情報を生成し通知する。走行許可区間を要求するタイミングは、例えば、走行許可区間要求部１０７内において自車の走行許可区間の残り距離が短くなったと判断したとき、などに設定してもよい。

到着時刻取得部１０４は、到着時刻が指定されたノードのＩＤとその到着時刻を管制局３０から取得し、保管する。

目標速度情報生成部１０６は、到着時刻取得部１０４から取得する到着時刻が指定されたノードに、指定された到着時刻で到着することを実現するための速度パターン（目標速度、又は目標速度の推移のどちらでもよい）を決定する。

速度パターンは例えば、自車位置ＣＰから到着時刻を指定されたノードまでの道なり距離をＬ、現在時間から到着時刻までの時間をＴとした場合、目標速度Ｖとして、次式（１）により決定する。
Ｖ ＝ Ｌ／Ｔ・・・（１）

目標速度情報生成部１０６は、指定されたノードまでの道なり距離Ｌを例えば次の処理により算出する。経路取得部１０１が備えている経路データ上のノード列を検索することで到着時刻を指定されたノードを選択する。経路取得部１０１が取得した経路データには、リンクの道なり距離が備えられている。また、自車位置リンク取得部１０３は自車位置リンク２１Ｄ上の残りの道なり距離が計算できるように構成されている。したがって、自車位置リンク２１Ｄの次のリンクから指定されたノードまでの道なり距離に、自車位置リンク２１Ｄの残りの道なり距離を足し合わせることで、自車位置から指定されたノードまでの道なり距離を取得できる。

上記の例では、速度パターンとして一定速の目標速度を採用した場合を示したが、鉱山内では上り下りの勾配変化や曲率変化が存在することが一般的であり、また所定の速度に達するまでの加速や減速時間がある。そこで、経路データに含まれている勾配や曲率のデータ、また予め取得した車体挙動特性に基づいて、勾配、曲率、車体加減速特性などを考慮した目標速度の推移を速度パターンとして求めてもよい。

走行制御装置２００は、目標速度を実現するように各車輪の走行モータトルク指令を生成する目標トルク生成部２０１と、目標経路を実現するように操舵角指令を生成する目標操舵角生成部２０２とを含む。目標トルク生成部２０１は、目標速度と、現在の速度の差をフィードバックし、その差を小さくするような目標走行トルクを生成する。目標操舵角生成部２０２は、自車位置取得部１０２から得られる自車位置と目標経路とのズレをフィードバックし、その差を小さくするような目標操舵角を生成する。

車体状態認識部１０５は、車両仕様、操舵角、走行速度、積載重量などの無人搬送車両２０−１の車体状態を認識する、すなわち車体状態を示す情報を取得する。操舵角は、回転角センサなどによって操舵角を計測することなどで求めることができる。車体状態認識部１０５は、前輪や後輪の回転数を計測する回転数センサとタイヤ仕様を基に走行速度を求める。また車体状態認識部１０５は、各車輪に設置されたサスペンションの圧力を計測できる圧力センサを基に積載重量を計算する。

有人搬送車両２０−２および有人補助作業車両７０は、車両側通信装置５１と、車両制御装置１００と、運転者に必要な情報を提示することができるディスプレイなどの情報提示装置３００とを少なくとも備えている。車両側通信装置５１及び車両制御装置１００は、無人搬送車両２０−１に搭載されたものと同等である。

情報提示装置３００は、車両制御装置１００から通知される速度パターンや、走行許可区間を運転席内のディスプレイに表示する。運転者はそれを確認することで、管制局３０の指示通り指定された速度付近で走行し、かつ、指定の走行許可区間を走行することが可能となる。

図７、図８、図９を参照して、衝突防止処理の詳細について説明する。図７は、交差点付近における複数車両の位置関係例を示す図である。図８は、図７の例において車両Ａ、車両Ｂの位置の推移を示す図である。図９は、衝突防止処理の流れを示すフローチャートである。

図７に示すように、以下では、２台の車両Ａおよび車両Ｂが交差点ＣＲに差し掛かる場面を例に説明する。

車両Ａは、有人搬送車両２０−２で、目的地が表土放土場、積載仕様は表土積荷、目的地の混雑具合は混雑あり、作業の緊急度は通常とする。車両Ａは、経路Ａ上を沿って走行する。セグメント１５Ａは、車両Ａに対して付与された走行許可区間である。ノードＱＡは、経路Ａ上にある交差点ＣＲの直前のノードである。ノードＰＡは、経路Ａ上にある交差点ＣＲの通過直後のノードである。

車両Ｂは、無人搬送車両２０−１で、目的地が鉱物積込場、積載仕様は空荷、目的地の混雑具合は混雑なし、作業の緊急度は通常とする。車両Ｂは、経路Ｂ上を沿って走行する。セグメント１５Ｂは、車両Ｂに対して付与された走行許可区間である。ノードＱＢは、経路Ｂ上にある交差点ＣＲの直前のノードである。ノードＰＢは、経路Ｂ上にある交差点ＣＲの通過直後のノードである。

図８は、横軸が時間、左縦軸が車両Ａの経路Ａ上の位置、右縦軸が車両Ｂの経路Ｂ上の位置を示している。図８において、車両Ａの速度を調整しない場合の位置の推移を示す直線（一点鎖点で図示）では、ノードＱＡに車両Ａが時刻ＴＢに到達する。一方、車両Ｂの位置の推移を示す直線（点線で図示）では、時刻ＴＢにノードＣ（交差点ＣＲ内のノード）に到達する。従って、交差点ＣＲに車両Ａ、車両Ｂが同時またはニアミスの時間間隔で進入し、車両Ａ及び車両Ｂの干渉リスクが高くなる。そこで、管制局３０が衝突防止処理を実行し、両車両の優先度を判定し、優先度が低い車両Ａを減速させ、ノードＱＡの到着時刻をＴＰＢ（ＴＱＡ）にずらして干渉リスクを低減する。この到着時刻をＴＰＢ（ＴＱＡ）が、回避到着時刻に相当する。以下、図９の各ステップに沿って衝突防止処理について説明する。

［ステップ１（Ｓ１）］対象とする交差点を選択する
衝突推定部３１５は、衝突防止処理の対象とする交差点を選択する。この選択処理例として、例えば鉱山内にあるすべての交差点に対して、各交差点を固有に識別する交差点ＩＤを付けおき、衝突推定部３１５が交差点ＩＤを一つずつ選択して、後述するステップ２〜ステップ９までの処理を実行する。そして、ステップ７またはステップ９の終了後、ステップ１へ戻り衝突推定部３１５が次の交差点ＩＤを選択してステップ２以下の処理を実行する。この処理を鉱山稼働中に繰り返してもよい。

上記の変形例として、衝突防止処理の対象とする交差点は、選択した交差点ＩＤが示す交差点を基準とし、所定の距離、例えば交差点の進入口で停車するまでの制動距離にマージンを加えた距離内に複数の車両がいるかを判定し、複数の車両がいる場合には後述するステップ２〜ステップ９までの処理を実行し、いない場合には次の交差点ＩＤを選択してもよい。

更に、衝突推定部３１５は、各車両の進行方向にある最も近い交差点を衝突防止処理の対象として選択してもよい。そして、その車両についての衝突防止処理が終わると、次の車両を選択し、その車両に最も近い交差点を衝突防止処理の対象としてもよい。

［ステップ２（Ｓ２）］ 各車両が交差点に到着する予定時刻を計算する
衝突推定部３１５は、車両Ａ、車両Ｂのそれぞれについて、経路データが備えた目標速度で走行した場合の交差点ＣＲ内の１つのノードであるノードＣに到着する予定時刻を計算する。つまり、車両Ａの交差点ＣＲ内のノードＣへの到着時刻ＴＡ、車両Ｂの交差点ＣＲ内のノードＣへの到着時刻ＴＢを計算する。

［ステップ３（Ｓ３）］ 到着する予定時刻の差を求め、閾値を比較し、衝突又はニアミスの発生を判定する
衝突推定部３１５は、車両ＡがノードＣに到着する予定時刻ＴＡと車両ＢがノードＣに到着する予定時刻ＴＢの差の絶対値を求める。これをＴＣとすると、下式（３）により求められる。
ＴＣ ＝ ｜ＴＡ - ＴＢ｜・・・（３）

衝突推定部３１５は時間閾値ＴＨとＴＣとを比較する。時間閾値ＴＨは、交差点の大きさなどから事前に決定するパラメータである。ＴＣがＴＨより小さい場合、つまり、下式（４）が成立する場合（Ｓ３／Ｙｅｓ）、交差点での衝突又はニアミスが発生すると推定する。
ＴＣ ＜ ＴＨ・・・（４）

衝突推定部３１５は、式（４）が成立しない場合（Ｓ３／Ｎｏ）、交差点での衝突又はニアミスが発生しないと推定されるのでステップ１へ戻り、次の交差点を選択する。

［ステップ４（Ｓ４）］ 優先度点数を計算する
衝突推定部３１５は、優先順位判定部３１６に対して車両Ａ、車両Ｂの優先度の判定指示を出力する。優先順位判定部３１６は、車両状態取得部３１４から車両Ａ、車両Ｂの其々についての車両状態を取得し、図６のように設定された点数を元に車両Ａ、車両Ｂの優先度を決定する。

本例では、優先順位判定部３１６の優先度集計部３１６ｆは、車両Ａの優先度点数ＰＲＡを、有人搬送車両５点、目的地表土放土場２点、積載仕様表土積荷４点、目的地混雑具合混雑あり１点、作業緊急度通常１点の点数の掛け算により、４０点と算出する。

一方、優先順位判定部３１６の優先度集計部３１６ｆは、車両Ｂの優先度点数ＰＲＢを、無人搬送車両６点、目的地鉱物積込場５点、積載仕様空荷３点、目的地混雑具合混雑なし５点、作業緊急度通常１点の点数の掛け算により、４５０点と算出する。

［ステップ５（Ｓ５）］ 優先となる車両を決定する
優先順位判定部３１６は、優先度集計部３１６ｆの算出値を基にＰＲＡ及びＰＲＢを比較し（Ｓ５）、優先度点数が大きい方を優先車両とする。この例では、車両Ａの優先度点数４０点、車両Ｂの優先度点数４５０点であるのでＰＲＡ＜ＰＲＢとなり（Ｓ５／Ｎｏ）、車両Ｂが優先車両であると判定する。優先順位判定部３１６は、その結果を衝突推定部３１５へ出力してＳ８へ進む。ＰＲＡ＞ＰＲＢの場合は（Ｓ５／Ｙｅｓ）、車両Ａが優先と決定し、その結果を衝突推定部３１５へ出力してＳ６へ進む。

［ステップ６（Ｓ６）］ 優先度の高い車両Ｂが交差点を通過しきる時間を推定する
回避到着時刻設定部３１７は、優先度の高い車両ＢがノードＰＢに到着する時刻ＴＰＢ（高優先機械通過時刻に相当する）を求める。車両ＢがノードＰＢに到着した時点で、交差点の走行許可は車両Ｂから開放され、車両Ａに付与可能な状態となる。したがって、車両ＢがノードＰＢに到着する時点で車両Ａが交差点に差し掛かれば車両Ａは直ちに交差点の走行許可を取得でき、不要な停車を回避することができる。

［ステップ７（Ｓ７）］ 優先度の低い車両ＡにノードＱＡの到着時刻を設定する
回避到着時刻設定部３１７はステップ６で計算された優先度の高い車両ＢがノードＰＢに到着する時刻ＴＰＢ（高優先機械通過時刻）を、優先度の低い車両Ａが交差点の手前のノードであるノードＱＡに到着する時刻ＴＱＡ（回避到着時刻に相当する）として設定する。

ステップ８（Ｓ８）ステップ９（Ｓ９）では、ステップ６及びステップ７における車両Ａを車両Ｂ、車両Ｂを車両Ａとした処理が実行される。

本実施形態によれば、交差点において複数の車両の衝突又はニアミスが発生することが推定される場合に、鉱山の生産性向上の観点から優先度が高い車両が適切に決定される。そして、優先度の低い車両に対して衝突又はニアミスを回避するために適切なノードへの到着時刻が設定され、車両がその到着時刻を実現するように走行を制御することで衝突又はニアミスの発生が回避される。

以下の説明は本発明の内容の一具体例を示すものであり、本発明がこれらの説明に限定されるものではなく、本明細書に開示される技術的思想の範囲内において当業者による様々な変更および修正が可能である。

例えば、上記実施形態では２台の車両間の衝突又はニアミスの発生を例に用いて説明したが、３台以上の車両間における衝突又はニアミスの発生も同様の手順で回避することができる。具体的には、優先度２番目の車両が交差点を含むセグメントを通過する時間を３台目の車両が交差点を含むセグメントの１つ手前のセグメントの終端ノードに到着する時間を設定すればよい。

また、無人搬送車両２０−１は自車の走行許可区間の残り距離が短くなると、走行許可区間から逸脱せずに走行許可区間内で停車できるように減速を開始する。したがって、例えば交差点に差し掛かるところで、交差点を含むセグメントの走行許可の取得が遅れると減速しなければならなくなる恐れがある。そこで、優先度が低い車両が交差点を含むセグメントに対して走行許可区間の要求情報を送信するタイミングを考慮して衝突防止処理を実行してもよい。

図１０を参照してその一例を説明する。図１０は、交差点を含むセグメント１６の走行許可がもらえない場合の車両Ａの速度変化ともらえた場合の速度変化を示す図である。優先度の低い車両Ａに交差点前で減速させないためには、優先度の低い車両Ａが交差点を含むセグメント１６の走行許可要求を出すことが予測されるタイミングよりも前に、優先度の高い車両が交差点を含むセグメント１６を通過し、セグメント１６が開放されている必要がある。

無人搬送車両２０−１がどの位置に来れば減速を開始するか、また、次の走行許可区間を要求するか、は仕様として決めておくことで事前にわかる。例えば、図１０に示すように、交差点手前のセグメントの終端ノードＮＥから距離Ｄａだけ手前で減速を開始し、さらに、それよりも手前の距離Ｄのところで走行許可を要求するタイミングとなるとすると、そのタイミングより前に優先度の高い車両が交差点を含むセグメント１６を開放しておけばよい。

そこで回避到着時刻設定部３１７は、距離Ｄを、該当する部分のリンクがもつ目標速度などから推定する。したがって、回避到着時刻設定部３１７は、この距離Ｄを考慮した位置に優先度の低い車両Ａが到着するタイミングで交差点を含むセグメント１６が開放されているように、優先度の低い車両Ａに対して終端ノードＮＥへの到着時刻を設定できるように構成されていても良い。その場合に、走行許可要求を行う前から減速してもよいし（図１０の実線で図示した速度変化）、また走行許可要求を行いながら減速をして急激な減速を回避するように速度変化をさせてもよい（図１０の小さな点線で示した速度変化）。この二つの速度変化は、交差点を含む走行許可区間が付与されない場合の速度変化（図１０の一点鎖点で示した速度変化）よりも速度変化が緩やかである。

または、例えば、回避到着時刻設定部３１７は、距離Ｄよりも１つ手前のノードＮＯに優先度の高い車両が交差点を含むセグメント１６を通過した時間を、優先度の低い車両Ａが到着する時刻として設定することができるように構成されていても良い。

図１１を参照して他の実施形態を説明する。図１１は、他の実施形態に係る鉱山機械運行管理システムの機能ブロック図である。

上記実施形態では、管制制御装置３１が衝突回避到着時刻を設定し、その到着時刻を車両制御装置１００に送信し、車両制御装置１００の目標速度情報生成部１０６がその到着時刻を実現するための速度パターンを生成したが、図１１に示すように、管制制御装置３１に目標速度情報生成部１０６を備え、それが生成した速度パターンを車両制御装置１００に送信してもよい。この場合、車両制御装置１００には目標速度情報生成部１０６は不要である。そして、無人搬送車両２０−１では、走行制御装置２００が受信した速度パターンに従って自律走行制御を行う。また有人搬送車両２０−２、有人補助作業車両７０の車両制御装置１００にも目標速度情報生成部１０６は不要であり、情報提示装置３００に受信した速度パターンを表示してもよい。

更に上記実施形態では、走行許可区間を用いた鉱山機械運行管理システム１における交差点での衝突防止処理を例に挙げて説明したが、走行許可区間を用いない鉱山機械運行管理システム１にも、本発明は適用できる。例えば、鉱山内を走行中の車両同士が車車間通信や管制局に対して自車位置を頻繁にアップロードして運行管理を行うシステムであってもよい。その場合、交差点の手前に衝突防止処理を行う際に、到達時刻を算出する地点を定めておき（例えば交差点進入口の手前２０ｍなど）、その地点を上記の実施形態における走行許可区間の終端ノードに置き換えることで、本実施形態と同様に衝突防止処理を行うことができる。

１：鉱山機械運行管理システム、１０：積込機械、２０−１：無人搬送車両、２０−２：有人搬送車両、３０：管制局、３１：管制制御装置、７０：有人補助作業車両

Claims (6)

1. 鉱山内を走行する複数の鉱山機械のそれぞれと、各鉱山機械の運行管理処理を実行する管制制御装置と、を無線通信回線を介して接続した鉱山機械運行管理システムにおいて、
   前記各鉱山機械は、
   自機の位置情報を算出する位置取得部と、
   前記管制制御装置に対して前記自機の位置情報を送信し、前記管制制御装置から運行管理情報を受信する車両側通信装置と、を備え、
   前記管制制御装置は、
   前記各鉱山機械から位置情報を受信し、各鉱山機械に対して前記運行管理情報を送信する管制側通信装置と、
   前記各鉱山機械の走行経路を規定した経路データを記憶する経路データ記憶部と、
   前記各鉱山機械の位置情報及び当該鉱山機械の経路データを用いて、当該鉱山機械の走行経路上にある交差点に当該鉱山機械が到着する予定時刻を算出し、前記複数の鉱山機械のそれぞれが前記交差点に到着する予定時刻を比較して、これら複数の鉱山機械の衝突又はニアミスが発生するかを推定する衝突推定部と、
   前記衝突推定部が、前記複数の鉱山機械の衝突又はニアミスが発生すると推定した場合に、各鉱山機械に対して、前記鉱山の生産性の向上への寄与率に基づいて優先度を判定し、前記複数の鉱山機械のうち前記交差点への進入に関する優先度を決定する優先順位判定部と、
   前記優先順位判定部により優先度が高いと判定された鉱山機械が前記交差点を通過し終える時刻である高優先機械通過時刻よりも後の時刻に、前記優先順位判定部により優先度が低いと判定された鉱山機械が前記交差点よりも手前の地点に到着するように定めた回避到着時刻を設定する回避到着時刻設定部と、を備え、
   前記管制側通信装置は、前記優先度が低いと判定された鉱山機械を前記回避到着時刻に前記交差点によりも手前の地点に到着させるための前記運行管理情報を、前記優先度が低いと判定された鉱山機械に対して送信する、
   ことを特徴とする鉱山機械運行管理システム。
2. 請求項１に記載の鉱山機械運行管理システムにおいて、
   前記管制制御装置は、前記各鉱山機械の走行経路の部分区間を、当該鉱山機械のみの走行を許可し、他の鉱山機械の進入を禁止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、
   前記回避到着時刻設定部は、前記走行許可区間内、かつ前記交差点よりも手前の地点に前記優先度が低いと判定された鉱山機械が到着する時刻を前記回避到着時刻として設定する、
   ことを特徴とする鉱山機械運行管理システム。
3. 請求項１に記載の鉱山機械運行管理システムにおいて、
   前記優先順位判定部は、
   前記各鉱山機械の仕様に応じて優先度を設定する機械仕様優先順位設定部と、
   前記各鉱山機械の積載物の仕様に応じて優先度を設定する積載仕様優先順位設定部と、
   前記各鉱山機械の目的地に応じて優先度を設定する目的地優先順位設定部と、
   前記各鉱山機械の目的地の混雑具合に応じて優先度を設定する目的地混雑度優先順位設定部と、
   前記各鉱山機械の作業の緊急度に応じて優先度を設定する作業緊急度優先順位設定部とのうちの少なくとも１つを備える、
   ことを特徴とする鉱山機械運行管理システム。
4. 請求項１に記載の鉱山機械運行管理システムにおいて、
   前記回避到着時刻設定部は、前記高優先機械通過時刻を前記優先度が低いと判定された鉱山機械に対する前記回避到着時刻として設定する、
   ことを特徴とする鉱山機械運行管理システム。
5. 請求項１に記載の鉱山機械運行管理システムにおいて、
   前記複数の鉱山機械の少なくとも一つは、
   自機の走行経路を規定した経路データを記憶する作業機械側経路データ記憶部と、
   前記自機の位置情報及び自機の走行経路を規定した経路データに基づいて、前記回避到着時刻に自機が到着するための目標速度又は目標速度の推移を示す目標速度情報を生成する目標速度情報生成部と、
   加速装置、制動装置、及び操舵装置を含む走行駆動装置と、
   前記目標速度情報が示す目標速度に従って自律走行するように前記走行駆動装置の制御を実行する走行制御装置と、を備えた自律走行機械であり、
   前記管制側通信装置は、前記回避到着時刻を前記運行管理情報として前記優先度が低いと判定された自律走行機械に対して送信し、
   前記目標速度情報生成部は、前記回避到着時刻に前記交差点よりも手前の地点に到着するための前記目標速度情報を生成する、
   ことを特徴とする鉱山機械運行管理システム。
6. 請求項１に記載の鉱山機械運行管理システムにおいて、
   前記管制制御装置は、前記優先度が低いと判定された鉱山機械の位置情報及び当該鉱山機械の走行経路を規定した経路データに基づいて、前記回避到着時刻に当該鉱山機械が到着するための目標速度又は目標速度の推移を示す目標速度情報を生成する目標速度情報生成部を更に備え、
   前記管制側通信装置は、前記目標速度情報を前記運行管理情報として前記優先度が低いと判定された鉱山機械に対して送信する、
   ことを特徴とする鉱山機械運行管理システム。