JP6426941B2 - 管制制御装置及び運搬車両の走行シミュレーション方法 - Google Patents

Description

本発明は、管制制御装置及び運搬車両の走行シミュレーション方法に係り、特に鉱山で自律走行する運搬車両の走行シミュレーション技術に関する。

露天掘り鉱山等において、オペレータが搭乗することなく自律走行する運搬車両（以下「無人ダンプ」という）を管制制御装置に無線通信回線を介して通信接続した自律走行システムが知られている。管制制御装置は、無人ダンプが他の車両と干渉しないように、予め生成された地図データ及び無人ダンプの位置を基に管制制御を行う。この自律走行システムに新規に無人ダンプを追加したい場合、実際に新規車両を投入してシステムを稼働する前に、稼働台数が増えても安全・効率的な走行が可能であるかを確認したいという要望がある。この要望に応えるために、実在しない車両（以下「仮想車両」という）を用いた走行シミュレーションを行い、その結果を検証する手法が考えられる。

車両のシミュレーション装置の一例として、特許文献１には、移動体の各通過場所に関連付けられた運行状況を時間経過に応じて変移することにより疑似的な移動体（疑似バス）を運行させる疑似運行手段を備えた運行管理装置が開示されている。

また、特許文献２には、走行車両が選択しなかった経路を仮想車両が自車と同一タイミングで走行開始したと仮定したときの走行位置をシミュレートする走行予測システムが開示されている。

特開２００６−２４４１２４号公報 特開２００７−１７０９２７号公報

鉱山で稼働する無人ダンプの台数を増やした状態のシミュレーションを、実際の無人ダンプの稼働状況からは独立させて仮想車両だけを用いて行うことも考えられる。

しかし、仮想車両だけを用いてシミュレーションを行うと、仮想車両のシミュレーションした走行状態と実際に走行する実車両の走行状態とが一致しないことがある。従って、上記特許文献１のように疑似的な移動体のみを用いたシミュレーション技術を自律走行システムのシミュレーションに適用しても、シミュレーション結果の信頼性が十分得られない。

また、特許文献２は、実在する走行路とは異なる他の走行路を仮想車両に走行させたときの走行位置をシミュレートするにすぎず、実在する走行路に実在する車両と仮想車両とを混ぜて走行させることはできない。

本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、運搬車両の実際の稼働状況を反映させつつ、運搬車両の稼働台数を増やした際の動作検証が行える管制制御装置及び運搬車両の走行シミュレーション方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は、鉱山の構内を予め定められた走行路に沿って自律走行する運搬車両の走行制御を行う管制制御装置であって、実在する走行路を規定した実地図データを記憶する地図データ記憶部と、前記走行路を仮想的に走行する仮想車両の設定操作を受け付ける入力部と、前記仮想車両の走行状態を規定する走行パラメータ及び前記実地図データを用いて、前記仮想車両が前記走行路を走行した際の走行状態のシミュレーションを行う仮想車両シミュレーション部と、前記運搬車両と無線通信を行うことにより、前記走行路を自律走行中の前記運搬車両の位置情報を受信する通信部と、前記運搬車両の位置情報、前記実地図データ、及び前記仮想車両のシミュレーションされた走行状態に基づいて、前記運搬車両及び前記仮想車両の其々に対し、各車両の走行を許可する前記走行路の部分区間からなる走行許可区間を設定する走行許可区間設定部と、を備え、前記通信部は、前記運搬車両に対し、当該運搬車両に対して設定された走行許可区間を示す走行許可区間情報を送信し、前記仮想車両シミュレーション部は、前記仮想車両に対して設定された前記走行許可区間に従って前記走行路を走行した際のシミュレーションを行い、その結果を前記走行許可区間設定部に返す、ことを特徴とする。

これにより、実際に走行中の運搬車両の位置及び仮想車両の仮想位置を基に、運搬車両及び仮想車両に走行許可区間を設定するので、実際に運搬車両を走行させながら、仮想車両を追加した際における走行許可区間の設定可否の検証を行うことができる。よって、シミュレーション結果の信頼性が向上する。またこの検証に際して、運搬車両を稼働させた状態を維持できるので、運搬車両の稼働停止に伴う鉱山の生産性の低下を抑制することができる。

また、本発明は上記構成において、走行路を規定する地図データを生成する地図データ生成部を更に備え、前記入力部は、前記実在する走行路に接続する、実在しない仮想の走行路を追加する設定操作を更に受け付け、前記地図データ生成部は、前記実在する走行路及び前記仮想の走行路を規定する仮想地図データを生成し、前記地図データ記憶部は、前記仮想地図データを記憶し、前記走行許可区間設定部は、前記仮想地図データに基づいて、前記運搬車両に対する走行許可区間は、前記実在する走行路に設定し、前記仮想車両に対する走行許可区間は、前記実在する走行路及び前記仮想の走行路の少なくとも一方に設定する、ことを特徴とする。

これにより、運搬車両は実際の走行路に設定された走行許可区間に従って走行し、仮想車両は実在する走行路及び仮想の走行路の少なくとも一方に設定された走行許可区間に従って走行するので、運搬車両が仮想の走行路に間違って侵入することがない。従って、運搬車両を稼働させつつ、仮想の走行路を追加した際の動作検証を行うことができる。

また、本発明は上記構成において、前記通信部が走行中の前記運搬車両から受信した当該運搬車両の走行データを用いて、同じ地点を走行する際に、前記仮想車両のシミュレーションした走行状態が前記運搬車両の走行状態と一致するように、前記走行パラメータを修正する走行パラメータ修正部を更に備える、ことを特徴とする。

これにより、仮想車両のシミュレーションした走行状態を走行中の運搬車両の走行状態により近づけることができ、シミュレーション結果の信頼性をより高くすることができる。

また、本発明は上記構成において、前記実在する走行路は、前記運搬車両に対して積荷の積込が行われる積込位置を含む積込場に連結された走行路であって、前記仮想車両シミュレーション部は、前記シミュレーションにおいて、前記仮想車両が前記積込場の入口で待機する待機動作、前記入口から前記積込位置へ向かう走行動作、及び前記積込位置における停車動作、のうち少なくとも一つの動作は、前記運搬車両が実際に同じ動作を行ったときに要する時間よりも短い時間で終わらせる、ことを特徴とする。

仮想車両が、積込場において待機動作、走行動作、及び積込位置での停車動作をしているとき、運搬車両は積込場への走行が許可されない。そのため、仮想車両が積込場に長時間存在することは、実際に走行している運搬車両の妨げとなり、生産効率の低下を招く。そこで本発明では、仮想車両が上記の動作に要する時間を実際の運搬車両の動作時間よりも短くすることで、積込機が稼働できない時間をより短縮し、シミュレーションに伴う鉱山の生産効率の低下を抑止することができる。

また、本発明は上記構成において、前記仮想車両シミュレーション部は、前記走行パラメータに基づいて前記仮想車両の加減速を含む走行状態及び位置を計算する走行シミュレーション部と、前記走行シミュレーション部の計算結果に基づいて、前記仮想車両の位置を算出するセンサシミュレーション部と、前記仮想車両に対して設定された走行許可区間及び前記仮想車両の位置に基づいて、前記仮想車両を走行させるための加減速の制御指令を前記走行シミュレーション部に対して行う仮想走行制御部と、を含むことを特徴とする。

走行シミュレーション部は、仮想走行制御部からの加減速の指示に従って仮想車両のシミュレーションした走行状態を演算すると、結果的に仮想車両が走行許可区間に従って走行した状態をシミュレーションすることができる。これにより、仮想車両を投入した際に走行許可区間が設定できるかを検証することができる。

本発明は上記構成において、前記センサシミュレーション部は、前記走行シミュレーション部が算出した前記仮想車両の位置に対して、前記運搬車両に搭載された位置算出装置が実際に算出した値に基づく誤差、及び位置測位衛星からの測位電波の捕捉状況に応じた誤差、の少なくとも一つを用いて補正する、ことを特徴とする。

鉱山では崖や山影などの影響により、走行路上の各点において測位電波の捕捉状況にばらつきが生じることがある。そのため、運搬車両に慣性計測装置（Ｉｎｅｒｔｉａｌ Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ、略称：ＩＭＵ）を搭載し、測位電波による位置算出処理と併用して相互に補間することで、運搬車両の位置算出精度の向上を図る場合がある。本発明では、実際の運搬車両からの位置情報や、測位電波の捕捉状況に応じて仮想車両の位置を補正することで、地形条件が厳しい鉱山内の走行路においても好適なシミュレーション技術を提供することができる。

また、本発明は上記構成において、前記実在する走行路を示す地図画像に、当該地図画像に含まれる走行路において前記運搬車両及び前記仮想車両の其々の走行位置に対応する点に、前記運搬車両及び前記仮想車両の其々を示す画像の表示態様を変えて重畳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、走行路上の運搬車両及び仮想車両の位置を視認することができ、ユーザが仮想車両を追加した際の動作検証を容易に行える。

また、本発明は上記構成において、前記入力部は、前記走行パラメータとして、前記仮想車両の重量、最大積載量、ホイールベース、最小回転半径、速度、加速度、車輪回転数、及びトルクの少なくとも一つの設定操作を更に受け付け、前記仮想車両シミュレーション部は、前記設定された走行パラメータを用いて前記仮想車両の走行シミュレーションを行う、ことを特徴とする。

仮想車両の走行パラメータをユーザが設定することができ、所望する性能、構造の走行シミュレーションが行える。例えば、実車両と同じ性能、構造を示す走行パラメータを設定すると、実車両と同じ車種の車両を追加した際の動作検証が行える。また、実車両とは異なる走行パラメータを設定すると、実車両に、異なる車種の車両を追加した際の動作検証が行える。

また、本発明は鉱山の構内を予め定められた走行路に沿って自律走行する運搬車両の走行シミュレーション方法であって、実在しない走行路である仮想の走行路を規定する仮想地図データを生成するステップと、前記仮想の走行路を走行する実在しない車両である仮想車両の設定操作を受け付けるステップと、前記仮想車両の走行状態を規定する走行パラメータ及び前記仮想地図データを用いて、前記仮想車両に前記仮想の走行路を走行させるシミュレーション処理を実行するステップと、前記仮想地図データを、前記運搬車両が実際に自律走行する際に用いる実地図データとして格納するステップと、前記実地図データに基づく実在の走行路上を仮想的に走行する仮想車両の設定入力を受け付けるステップと、前記仮想車両の走行状態を規定する走行パラメータ及び前記実地図データを用いて、前記仮想車両が前記実在の走行路を仮想的に走行した際の走行状態のシミュレーションを行うステップと、前記実在の走行路を走行する前記運搬車両から当該運搬車両の位置情報を取得するステップと、前記運搬車両の位置情報、前記実地図データ、及び前記仮想車両のシミュレーションされた走行状態に基づいて、前記運搬車両及び前記仮想車両の其々に対し、各車両の走行を許可する前記走行路の部分区間からなる走行許可区間を設定するステップと、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、仮想地図データを生成すると仮想車両を用いたシミュレーション結果が良好な場合に、仮想地図データを実地図データとして採用することができる。これにより、実際に運搬車両を走行させるための実地図データとしての適性を検証することができる。

更に、実地図データを用いて運搬車両を稼働させた後に、新規の運搬車両を追加したいという要望が生じることがあるが、その場合も実際に運搬車両を稼働させた状態に、仮想車両を追加して走行許可区間の設定の可否を検証できる。またこの検証に際して、運搬車両を稼働させた状態を維持できるので、運搬車両の稼働停止に伴う鉱山の生産性の低下を抑制することができる。

本発明によれば、運搬車両を実際の稼働状況を反映させつつ、自律走行システムの構成要素に変化があった際の動作検証が行える管制制御装置及び運搬車両の走行シミュレーション方法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。

自律走行システムの概略構成を示す図である。 管制サーバ及びダンプのハードウェア構成図であって、（ａ）は管制サーバ、（ｂ）はダンプを示す。 ダンプの外観を示す図である。 管制サーバの主な機能を示す機能ブロック図である。 ダンプの主な機能を示す機能ブロック図である。 実車両が実際に走行する露天掘り鉱山現場の構成例を示す図である。 自律走行開始時における実車両及び仮想車両と管制サーバとの間の通信動作を示す図であって、（ａ）は実車両から目的地の要求メッセージを送信する状態を示し、（ｂ）は管制サーバからの応答状態を示し、（ｃ）は走行許可区間の要求及び応答状態を示す。 走行許可区間の設定の詳細を示す図であって、（ａ）は実車両から目的地の要求メッセージを送信する状態を示し、（ｂ）は管制サーバからの応答メッセージを示し、（ｃ）は走行許可区間の要求及び応答状態を示す。 管制サーバを含む自律走行システムの動作手順の概略を示すフローチャートである。 地図データ生成処理の流れを示すフローチャートである。 地図データの一例を示す図であって、（ａ）はリンク情報を示し、（ｂ）はノード情報を示す。 実車両だけの管制制御処理の流れを示すフローチャートである。 実車両及び仮想車両を用いてシステム動作検証を行う際の、管制制御装置と自律走行ダンプトラックと仮想車両の関係を説明するための図である。 実車両及び仮想車両に対して設定された走行許可区間の情報を格納する区間情報の例を示す図であって、（ａ）は、仮想車両が待機位置で待機中の状態における区間情報例を示し、（ｂ）は、（ａ）から仮想車両が１動作（１フェーズ）遷移した状態における区間情報を示す。 実車両及び仮想車両を混走させて管制制御処理の流れを示すフローチャートである。 仮想車両の設定入力画面の一例を示す図である。 仮想走行路を追加するための画面表示例である。 第二実施形態の処理の概要を示すフローチャートである。 仮想走行路追加処理の詳細を示すフローチャートである。 第三実施形態に係る管制サーバの機能ブロック図である。 第三実施形態で表示される画面表示例である。 仮想車両に対して積込場において設定される走行許可区間を時系列に沿って記載した区間情報の例である。 仮想車両をスキップ処理した際の区間情報の例を示す図であって、（ａ）はスキップ処理のみを行った状態を示し、（ｂ）はスキップ処理時にタイムラグ調整処理を行った状態を示す。

以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。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＞
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し、運転手が搭乗することなく自律走行する自律走行運搬車両と、自律走行運搬車両の交通管制を行う管制サーバと、を無線通信回線で接続した自律走行システムにおいて、システムの構成要素、例えば自律走行運搬車両の稼働台数や地図データ、を変更した際のシミュレーション機能を管制サーバに備える点に特徴がある。

まず、図１に基づいて、本発明の第一実施形態に係る管制サーバを含む自律走行システムの概略構成について説明する。図１は、自律走行システムの概略構成を示す図である。

図１に示す自律走行システム１は、鉱山などの採石場で、掘削及び積込作業を行うショベル１０−１、１０−２から積み込まれた土砂や鉱石等の積荷を搬送するための鉱山用の自律走行運搬車両（実車両）２０−１、２０−２と、採石場の近傍若しくは遠隔の管制センタ３０に設置された管制サーバ３１とを、無線通信回線４０を介して互いに通信接続して構成される。自律走行運搬車両としてダンプトラックを用いるので、以下では自律走行運搬車両をダンプと称する。また、後述する仮想的な運搬車両と区別するために、実在するダンプは実車両、実在しない仮想的な運搬車両を仮想車両という。管制サーバ３１は、ダンプの走行制御を行う管制制御装置であり、仮想車両を用いた走行シミュレーション機能を有する。

各ダンプ２０−１、２０−２は、鉱山内で予め設定された搬送路６０に沿ってショベル１０−１又は１０−２、及び図示しない放土場の間を往復し、積荷を搬送する。

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。そしてこれらの無線基地局４１−１、４１−２、４１−３を経由して、無線通信の電波が送受信される。

ショベル１０−１、１０−２及び各ダンプ２０−１、２０−２は、全地球航法衛星システム（ＧＮＳＳ：Ｇｌｏｂａｌ Ｎａｖｉｇａｔｉｏｎ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ 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、ＧＡＬＩＬＥＯを用いてもよい。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。

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。

更にダンプ２０は、管制サーバ３１からの指示に従って自律走行をするため走行制御装置２００を搭載する。

管制サーバ３１は、無線通信回線４０に接続するためのアンテナ３２に接続される。そして、管制サーバ３１は、アンテナ３２、無線基地局４１−１、４１−２、４１−３を経由してダンプ２０と通信する。

次に図２及び図３を参照して、図１の管制サーバ３１及びダンプ２０のハードウェア構成について説明する。図２は、管制サーバ３１及びダンプ２０のハードウェア構成図であって、（ａ）は管制サーバ、（ｂ）はダンプを示す。図３は、ダンプ２０の外観を示す図である。

図２の（ａ）に示すように、管制サーバ３１は、ＣＰＵ３１１、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ
Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）３１２、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）３１３、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）３１４、Ｉ／Ｆ３１５、バス３１８を含む。そして、ＣＰＵ３１１、ＲＡＭ３１２、ＲＯＭ３１３、ＨＤＤ３１４、及びＩ／Ｆ３１５がバス３１８を介して接続されて構成される。

更に、管制サーバ３１は、表示装置３１６、及び入力装置３１７を備え、これらがＩ／Ｆ３１５に接続される。

ＣＰＵ３１１は演算部であり、管制サーバ３１全体の動作を制御する。

ＲＡＭ３１２は、情報の高速な読み書きが可能な揮発性の記憶媒体であり、ＣＰＵ３１１が情報を処理する際の作業領域として用いられる。

ＲＯＭ３１３は、読み出し専用の不揮発性記憶媒体であり、本実施形態の特徴をなすシミュレーション機能を含む自律走行制御プログラムが格納されている。

ＨＤＤ３１４は、情報の読み書きが可能な不揮発性の記憶媒体であり、ＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）や各種の制御プログラム、アプリケーション・プログラム等が格納されている。

表示装置３１６は、ユーザが鉱山内のダンプの走行状況を確認したり、シミュレーション機能を実行する際に仮想車両の追加位置を指定したりするためのユーザインターフェースであり、例えばＬＣＤ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｃｒｙｓｔａｌ Ｄｉｓｐｌａｙ）により構成される。

入力装置３１７は、ユーザが管制サーバ３１に情報を入力するためのユーザインターフェースであり、例えばマウス、キーボードやＬＣＤに積層されたタッチパネル（図示を省略）を用いて構成される。

管制サーバ３１のＩ／Ｆ３１５には、無線通信回線４０に接続するためのサーバ側通信装置３９０が接続される。

一方、ダンプ２０は、図２の（ｂ）に示すように自律走行のための制御処理を行う走行制御装置２００と、走行制御装置２００からの制御指示に従ってダンプ２０を走行駆動するための走行駆動装置２１０と、ダンプ２０の自車両の位置を算出するための位置算出装置２２０と、ダンプ２０の周辺環境を認識するためのミリ波センサ等の車載センサ２３０と、無線通信回線４０に接続するためのダンプ側通信装置２４０と、を備える。

走行駆動装置２１０は、ダンプ２０に対して制動をかける制動装置２１１、ダンプ２０の操舵角を変更するための操舵モータ２１２、及びダンプ２０を走行させるための走行モータ２１３を含む。

位置算出装置２２０は自己位置を特定する手段であり、本実施形態では、航法衛星５０−１、５０−２、５０−３からの測位電波を受信して自車両の位置を算出するＧＰＳ装置を用いるので、ダンプ２０にはＧＰＳアンテナ２２１（図３参照）を備える。位置算出装置２２０はＧＰＳである必要はなく、例えば、慣性計測装置（ＩＭＵ：Ｉｎｅｒｔｉａｌ
Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ Ｕｎｉｔ）や、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。その場合、ダンプ２０は、ＧＰＳアンテナ２２１に代わり、そのシステム用のアンテナやジャイロセンサや車輪の回転数を検知するセンサを備える。

車載センサ２３０は、ダンプ２０の速度や周辺の環境を認識・推定するためのものであり、例えば、路肩検出手段や前方障害物の検出を行う手段が相当する。路肩検出手段として、本実施形態ではレーザーレーダセンサ２３１Ｌ、２３１Ｒ（図３参照）を備えるが、これに限らずカメラを用いた画像処理により路肩を検出するものであってもよい。その場合、レーザーレーダセンサ２３１Ｌ、２３１Ｒは車体側方を見下ろすように設置されたカメラに代わる。また、前方障害物の検出手段として、本実施形態ではミリ波レーダセンサ２３２を備えており、この出力を用いてダンプ２０の走行方向前方の障害物を検出するが、ミリ波レーダセンサ２３２に代わり前方に向けられた複数のカメラを備えてもよい。この場合、複数のカメラの取り付け位置は図３に示す位置よりもさらに上方にあって前方を見下ろすように設置したものであってもよい。

車載センサ２３０の検知結果は走行制御装置２００に出力され、通常時は走行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。

走行制御装置２００は、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、ＨＤＤ２０４、Ｉ／Ｆ２０５、及びバス２０８を含む。そして、ＣＰＵ２０１、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、ＨＤＤ２０４、及びＩ／Ｆ２０５がバス２０８を介して接続されて構成される。更に、走行駆動装置２１０、位置算出装置２２０、車載センサ２３０、及びダンプ側通信装置２４０が、Ｉ／Ｆ２０５に接続される。

このようなハードウェア構成において、ＲＯＭ２０３、３１３やＨＤＤ２０４、３１４若しくは図示しない光学ディスク等の記録媒体に格納された自律走行制御プログラムがＲＡＭ２０２、３１２に読み出され、ＣＰＵ２０１、３１１の制御に従って動作することにより、自律走行制御プログラム（ソフトウェア）とハードウェアとが協働して、管制サーバ３１及び走行制御装置２００の機能を実現する。なお、本実施形態では、管制サーバ３１及び走行制御装置２００の構成をソフトウェアとハードウェアとの組み合わせにより説明したが、特にダンプ２０は、ダンプ側で実行される自律走行制御プログラムの機能を実現する集積回路を用いて構成してもよい。

次に図４及び図５を参照して、管制サーバ３１及びダンプ２０の機能構成について説明する。図４は、管制サーバの主な機能を示す機能ブロック図である。図５は、ダンプ２０の主な機能を示す機能ブロック図である。

図４に示すように、管制サーバ３１は、実際のダンプ２０（以後、ダンプ２０を「実車両２０」と記載する）との実際の無線通信及び仮想車両との仮想通信を行うための制御を行うサーバ側通信制御部３１０、実車両２０及び仮想車両の目的地とそこへ至る走行路を決定し、また相互に干渉しないように交通管制を行う管制制御部３２０、実車両２０と独立して管制制御部３２０の指示に基づき実車両２０と同じ鉱山内を走行する仮想車両の走行状態をシミュレーションする仮想車両シミュレーション部３３０、表示装置３１６に対する表示制御処理を行う表示制御部３４０、実車両２０が走行する搬送路の地図データを格納するマスタ地図データデータベース（以下データベースを「ＤＢ」と記載する）３１４ａ、及び実車両２０及び仮想車両の其々に対して設定された走行許可区間を格納する区間情報ＤＢ３１４ｂを備える。上記仮想通信とは、サーバ側通信制御部３１０との間でデータの出入力を意味する。また、搬送路とは、積込場や放土場、また不図示の駐機場など、実車両２０の出発点、終点を結ぶ道路であり、この道路上に形成された実車両２０の進行方向に従った車線が走行路に相当する。

サーバ側通信制御部３１０は、サーバ側通信装置３９０に接続されて実車両２０との間で実際の無線通信を行うための制御を行うと共に、仮想車両シミュレーション部３３０（より具体的は後述する仮想車両通信部３３１）との間で仮想車両の走行シミュレーションに必要なデータの出入力処理（仮想通信）を行う。

管制制御部３２０は、配車管理部３２１、走行許可区間設定部３２２、及び地図データ生成部３２３を含む。

配車管理部３２１は、実車両２０及び仮想車両の目的地を設定し、マスタ地図データＤＢ３１４ａに格納された地図データを参照して現在位置から目的地に至る走行路を決定する。

配車管理部３２１の処理例として、例えば実車両２０又は仮想車両が駐機場にいる場合には、積込位置を含む積込場の入口を目的として設定する。そして配車管理部３２１は駐機場から積込上の入口に至るまでの走行路を設定する。この走行路の設定に際し、配車管理部３２１は、積込位置の移動に伴って動的に走行路を生成してもよい。更に、配車管理部３２１は、実車両２０又は仮想車両が積込位置にいる場合には、積載物の内容によって放土場６２、６３のいずれかを目的地として設定し、それに至るまでの走行路を生成する。

走行許可区間設定部３２２は、実車両２０又は仮想車両に対し、マスタ地図データＤＢ３１４ａに格納された地図データを参照し、上記で決定された走行路上の部分区間を実車両２０又は仮想車両の走行を許可する走行許可区間として設定し、当該走行許可区間の位置を示す区間情報を生成する。走行許可区間設定部３２２は、区間情報ＤＢ３１４ｂに格納された区間情報に対し、新たに生成した区間情報を上書きして更新する。区間情報には、走行許可区間の最前端のノードである前方境界点のノードＩＤ、及び最後端のノードである後方境界点のノードＩＤが含まれる。走行許可区間設定部３２２は、実車両２０又は仮想車両から新たな走行許可区間の設定を要求する情報（以下「区間要求メッセージ」という）を受信すると、これに応じて走行許可区間の設定処理を行う。走行許可区間設定部３２２は、新たな走行許可区間を設定した際にはその走行許可区間を示す情報（以下「区間応答メッセージ」という）を生成し、出来なかった場合には走行不許可を示す不許可応答メッセージを生成する。

地図データ生成部３２３は、実在の走行路を設置する位置を実走して収集した位置座標を基に走行路を規定する実地図データを生成、更新、及び格納する。本実施形態では、実在する走行路を規定する地図情報を実地図データといい、実在しない走行路（仮想の走行路）を規定する地図情報を仮想地図データと称する。地図データ生成部３２３は、入力装置３１７から実在する走行路に対して実在しない仮想の走行路を追加する設定操作を受け付けると、実在の走行路及び仮想の走行路の双方を規定する仮想地図データの生成を行う。地図データ生成部３２３は、実地図データ及び仮想地図データを、マスタ地図データＤＢ３１４ａ及び後述する仮想地図データＤＢ３３５に格納する処理を行う。

仮想車両シミュレーション部３３０は、入力装置３１７から走行路を仮想的に走行する仮想車両の設定操作を受け付けると、仮想車両のシミュレーションした走行状態を規定する走行パラメータ及び地図データ（実地図データ及び仮想地図データの双方を含む）を用いて、仮想車両が走行路を仮想的に走行した際のシミュレーションを行い、走行路上の仮想車両の仮想位置や速度、加速度等の走行状態を算出する。このとき、仮想車両シミュレーション部３３０は、仮想車両に対して設定された走行許可区間に基づいてシミュレーションを行う。例えば、走行許可区間の最前端に近づきつつあるにも関わらず、走行許可区間が設定されない場合には減速、停止の制動指令と、それに従った減速、停止動作をシミュレートする。仮想車両シミュレーション部３３０は、サーバ側通信制御部３１０と仮想通信を行うための機能を備えた仮想車両通信部３３１、仮想通信を介した管制制御部３２０からの指示（走行許可区間）や仮想車両の仮想位置を基に仮想車両の走行を制御する仮想走行制御部３３２、仮想走行制御部３３２の指示に基づき、仮想車両のシミュレーションした走行状態を規定する走行パラメータを用いて仮想車両の走行シミュレーションを行う走行シミュレーション部３３３、仮想車両のシミュレーションした走行状態を基に仮想位置や速度をシミュレーションするセンサシミュレーション部３３４、及び仮想車両が走行する走行路の情報を格納する仮想地図データＤＢ３３５を含む。

仮想車両通信部３３１は、サーバ側通信制御部３１０に対して仮想車両の仮想位置や区間要求メッセージを出力するとともに、サーバ側通信制御部３１０から区間応答メッセージ情報又は不許可応答メッセージを取得する。

仮想走行制御部３３２は、センサシミュレーション部３３４から自車両の現在位置（仮想位置）を取得し、仮想地図データＤＢ３３５の地図データを参照して、走行許可区間に従って仮想車両を走行させるための制御を走行シミュレーション部３３３に対して行う。

走行シミュレーション部３３３は、あらかじめ設定した仮想車両の車体情報である、車両の重量、加速度、減速度、操舵速度等の性能（走行パラメータ）と、仮想走行制御部３３２からの制御指令に基づき、仮想車両の走行状態（加速、減速、停車）や位置を計算する。

センサシミュレーション部３３４は、走行シミュレーション部３３３の計算結果に基づく地図データ上の仮想車両の位置に対して、実際のセンシング誤差を模擬して確率的に誤差を加える補正を行うものであってもよく、あるいはＧＰＳ衛星の軌道を計算し、仮想車両の位置においてその時刻に捕捉できるＧＰＳ衛星の数や角度を取得し、ＧＰＳ衛星捕捉状況に応じた誤差を加える補正を行うものであってもよい。これにより、例えば、崖や山影などの影響により、走行路上の各点において測位電波の捕捉状況にばらつきが生じることに鑑みて、運搬車両にＧＰＳ及びＩＭＵを搭載し、相互の出力値を補間して運搬車両の位置算出精度の向上を図る場合であっても、仮想車両の位置を実車両で算出される位置により近づけて、シミュレーション結果の精度を向上させることができる。

またこれに加え、センサシミュレーション部３３４は、仮想車両の位置と周囲の環境データに基づき、レーザーレーダセンサやミリ波レーダ、ステレオカメラ等のセンサによるセンシング状況をシミュレーションして、仮想センシングデータを生成し、仮想走行制御部３３２に計算結果を渡してもよい。

仮想地図データＤＢ３３５は、仮想地図データを格納する。仮想地図データの例として、例えば、鉱山の掘削を進めていく計画上で生成予定にある走行路の地図データがある。また地図データは、センサのシミュレーションで使用するための座標位置に応じた周囲の地形などの環境データを含んでもよい。なお、仮想地図データＤＢ３３５が仮想地図データを格納し、実在する地図データを用いて実車両２０を稼働しながら、仮想地図データを仮想車両の走行シミュレーションを行う場合には、マスタ地図データＤＢ３１４ａも仮想地図データを格納する。

表示制御部３４０は、実地図データ、仮想地図データ、ダンプ２０及び仮想車両の其々の位置、及び各車両に対して設定された走行許可区間の情報を取得し、走行路を示す地図画像上にダンプ２０及び仮想車両を示す画像、及び設定された走行許可区間を示す画像を重畳表示する。このとき実際の走行路及び仮想走行路、また、ダンプ２０及び仮想車両は、弁別可能に表示態様を変えてもよい。図４では説明の便宜上、表示制御部３４０は、サーバ側通信制御部３１０及びＩ／Ｆ３１５に接続して図示したが、表示制御部３４０は、管制制御部３２０や仮想車両シミュレーション部３３０、またこれらに含まれる構成要素から表示対象となるデータを取得するように構成してもよい。

管制サーバ３１が備えるサーバ側通信制御部３１０、管制制御部３２０（配車管理部３２１、走行許可区間設定部３２２）、仮想車両シミュレーション部３３０（仮想地図データＤＢ３３５を除く）は、これらの機能を実現するソフトウェアが図２に示すＣＰＵ３１１（ハードウェア）により実行されることにより構成される。また、マスタ地図データＤＢ３１４ａ、区間情報ＤＢ３１４ｂ、及び仮想地図データＤＢ３３５は、情報を固定的に格納可能な記憶装置、例えばＨＤＤにより構成される。

また仮想車両シミュレーション部３３０は、いくつかのソフトウェアのセットで構成されてもよく、稼働する仮想車両の台数に応じて前述のセットが複数あってもよい。または、一つのソフトウェア上で複数の仮想車両が稼働するものでもよい。あるいは、仮想車両シミュレーション部３３０は、管制サーバ３１と独立して管制センタ３０（図１参照）に置かれるコンピュータにより構成し、管制サーバ３１とイーサネット（登録商標）ケーブル、あるいは無線通信によって通信接続してもよい。マスタ地図データＤＢ３１４ａ、仮想地図データＤＢ３３５に格納される地図データは、ＨＤＤ３１４や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。

実車両２０に搭載される走行制御装置２００は、図５に示すようにダンプ側通信制御部２５０、要求情報処理部２６０、自律走行制御部２７０、及びダンプ地図データＤＢ２０４ａを備える。

ダンプ側通信制御部２５０は、管制サーバ３１との間で行う無線通信の制御を行う。ダンプ側通信制御部２５０は区間要求メッセージの送信及び区間応答メッセージ又は不許可応答メッセージの受信を行う。

要求情報処理部２６０は、ダンプ地図データＤＢ２０４ａに格納された地図データ及び位置算出装置２２０（図２参照）が算出した現在位置を基に、実車両２０が要求メッセージを送信する地点に到達したかを判断し、要求地点に到達すると要求メッセージを生成してダンプ側通信制御部２５０を介して管制サーバ３１に対して要求メッセージを送信する。

自律走行制御部２７０は、位置算出装置２２０から自車両の現在位置を取得し、ダンプ地図データＤＢ２０４ａの地図データを参照して、区間応答メッセージに含まれる走行許可区間に従って自車両を走行させるための制御を走行駆動装置２１０（図２参照）に対して行う。また、自律走行制御部２７０は、車載センサ２３０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。更に自律走行制御部２７０は、管制サーバ３１からの指示に従って、制動装置２１１に対する駆動制御を行い、減速動作、通常停止動作、又は緊急停止動作を行う。

ダンプ側通信制御部２５０、要求情報処理部２６０、及び自律走行制御部２７０は、これらの機能を実現するソフトウェアが図２の（ｂ）に示すＣＰＵ２０１（ハードウェア）により実行されることにより構成される。ダンプ地図データ２０４ａに格納される地図データは、ＨＤＤ２０４や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。

次に、図６乃至図８を参照して、実車両及び仮想車両が実際の走行及び仮想走行をする際の管制サーバとの間の処理について説明する。本実施形態では、実車両を実際に走行させながら仮想車両の走行シミュレーションも合わせて行うので、以下の説明では、２台の実車両２０−１、２０−２と１台の仮想車両７０とを走行させた状態を例に挙げて説明する。図６は、実車両が実際に走行する露天掘り鉱山現場の構成例を示す図である。図７は、自律走行開始時における実車両及び仮想車両と管制サーバとの間の通信動作を示す図であって、（ａ）は実車両から目的地の要求メッセージを送信する状態を示し、（ｂ）は管制サーバからの応答状態を示し、（ｃ）は走行許可区間の要求及び応答状態を示す。図８は、走行許可区間の設定の詳細を示す図であって、（ａ）は実車両から目的地の要求メッセージを送信する状態を示し、（ｂ）は管制サーバからの応答メッセージを示し、（ｃ）は走行許可区間の要求及び応答状態を示す。

図６に示す符号６１は、ショベル１０などの鉱山機械による掘削現場及び鉱山機械がダンプ２０に積み込む積込場６１を示す。積込場６１のうち、ショベル１０の周辺にダンプ２０が停車し、積込作業が行われる位置を積込位置（図６のＬＰに相当する）と称する。ショベル１０が掘った表土や鉱石は、積込場６１で実車両２０に積み込まれる。符号６２は、表土を展開する放土場であり、積込場６１から運び込まれた表土などは、この場所で放土され、層状あるいは放射状に展開される。符号６３は鉱石を破砕処理するクラッシャなどが設置された放土場であり、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。

また、図６のＱＰは、積込場６１への入口であり、かつショベル１０からダンプに対して積込位置への進入許可（ＣＡＬＬ）がされるまで、ダンプ２０が停車して待つ待機位置を示す。図６のＥＸＩＴは、積込場６１からダンプ２０が退出する出口である。

実車両２０−１、２０−２や仮想車両７０は、積込場６１で表土や鉱石を積込み、搬送路６０を走行してそれらを放土場６２や６３に搬送する。搬送路６０には、走行路６４が設定されており、実車両２０および仮想車両７０は、走行路６４に沿って走行する。走行路６４は、地図上で設定された座標値として与えられる。実車両２０−１、２０−２は、ＧＰＳや他の位置算出装置により特定した自己位置と走行路６４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６４に沿って自律走行する。

また、仮想車両７０も同様に、仮想走行制御部３３２がセンサシミュレーション部３３４により特定した自己位置と走行路６４の座標値を比較して走行制御を行い、走行シミュレーション部３３３が仮想的な車両の走行を計算する。

また、走行路６４上には走行路の区間の境界を示すノード６５と、隣接するノード６５を接続するリンク６６が設けられている。実在する走行路６４とノード６５、リンク６６の情報は、マスタ地図データＤＢ３１４ａ、仮想地図データＤＢ３３５、及びダンプ地図データＤＢ２０４ａに同一の地図データとして格納されている。ただし、仮想車両シミュレーション部３３０の仮想地図データＤＢ３３５が仮想の走行路を含む場合は、仮想地図データは、マスタ地図データＤＢ３１４ａ及びダンプ地図データＤＢ２０４ａに格納される実地図データよりも多い走行路の情報を含んでもよい。

管制サーバ３１は、管制制御部３２０によって、隣接する２つのノード６５及び１つのリンク６６を含む走行区間毎に走行許可の付与・解除を行い、その情報を区間情報として実車両２０と仮想車両７０に通知する。これにより、実車両および仮想車両同士の衝突を避けるように走行を制御する。また走行路６４は区間ごとに制限速度が設けられており、実車両２０および仮想車両７０はそれぞれダンプ地図データＤＢ２０４ａ及び仮想地図データＤＢ３３５の制限速度情報を参照しながら、適切な速度で走行又は仮想走行する。

実車両２０（以下、仮想車両７０についても同様）は、積込場６１で表土や鉱石を積み込み完了した状態、あるいは放土場６２や６３において放土し終わった状態において、実車両２０は図７の（ａ）に示すように管制サーバ３１に対して目的地を要求するメッセージ（目的地要求メッセージ）を送信する。これは、実車両２０の場合、実車両２０の走行制御装置２００に含まれる要求情報処理部２６０が現在の自己位置や車両の状況（停車中）を判断してダンプ側通信制御部２５０を介して発信するものである。仮想車両７０の場合も同様に、仮想走行制御部３３２が自車状況を判断して仮想車両通信部３３１を介して発信する。

この目的地要求メッセージは、管制サーバ３１上のサーバ側通信制御部３１０により受け取られ、管制制御部３２０に伝えられる。管制制御部３２０内の配車管理部３２１は、区間情報ＤＢ３１４ｂの区間情報を参照し、他の実車両２０及び仮想車両７０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の目的地とそこへ至る経路を決定し、目的地８０とそこへ至る経路８１を示す目的地応答メッセージをダンプトラックへ伝達するようにサーバ側通信制御部３１０に指示する。サーバ側通信制御部３１０は、無線通信回線４０を介して実車両２０に対し目的地応答メッセージを発信する（図７の（ｂ）参照）。

すると、実車両２０上の要求情報処理部２６０が、走行許可区間の設定要求をするメッセージ（区間要求メッセージ）を管制サーバ３１に送信する。サーバ側通信制御部３１０は、区間要求メッセージを管制制御部３２０に伝える。管制制御部３２０の走行許可区間設定部３２２は、以下に説明する処理に基づいて走行許可区間８２を設定し、設定した走行許可区間を示すメッセージ（区間応答メッセージ）を実車両２０に送信する（図７の（ｃ））。区間応答メッセージは、走行許可区間の最前端のノードを固有に識別する情報（ノードＩＤ）、最後端のノードＩＤ、及び走行許可区間に含まれるリンクを固有に識別する情報（リンクＩＤ）が含まれる。実車両２０は、走行許可区間を得て初めて走行を開始することができる。

走行路６４のどの区間が、どの車両（実車両及び仮想車両の双方を含む）に対して走行許可を与えられているかは、走行許可区間設定部３２２が走行許可区間の付与及び削除をする度に区間情報ＤＢ３１４ｂに格納された区間情報を随時更新して管理する。そして走行許可区間設定部３２２は車両からの走行許可要求があると、区間情報及びマスタ地図データＤＢ３１４ａに格納された地図データを参照して走行許可区間の設定を行う。

走行許可区間の設定に際し、走行許可区間設定部３２２は、既に他の車両に対して許可されている区間については、車両からの要求があっても走行許可しないように制御を行うことで、同一の区間内に車両が複数台進入しないようにする。

一方、車両側では、管制サーバ３１から受信した走行許可区間を車両上のマスタ地図データＤＢ３１４ａ（仮想車両７０の場合は、仮想地図データＤＢ３３５）に記録し、これを参照しながら自律走行又は仮想走行することで、どこまで走行することができるかを判断する。

走行許可区間の設定状況は、区間応答メッセージに含まれる最前端ノードＩＤ、最後端ノードＩＤ、及びそれらの間に位置するリンクＩＤを走行許可区間に含まれるリンク６６を固有に示す固有情報（リンクＩＤ）を用いて管理する。管制サーバ３１は区間情報ＤＢ３１４ｂの区間情報に上記最前端ノードＩＤ、最後端ノードＩＤ、及びそれらの間に位置するリンクＩＤを記録するが、管制制御部３２０の走行許可区間設定部３２２が一次的に記録することで管理する。また、各車両側については実車両２０の場合は自律走行制御部２７０、仮想車両７０の場合は仮想走行制御部３３２が一次的に最前端ノードＩＤ、最後端ノードＩＤ、及びそれらの間に位置するリンクＩＤを記録して、マスタ地図データＤＢ３１４ａや仮想地図データＤＢ３３５には記録しないように構成してもよい。

新しい走行許可区間が設定されると同時に、既に通過し終えた走行許可区間は解放される。

次に、走行許可区間の設定の詳細について図８を参照して説明する。図８の（ａ）において、実車両２０−１、２０−２は走行中の車両であり、符号８１−１、８１−２はそれぞれの車両に許可されている走行許可区間である。実車両２０−１、２０−２は、いずれも矢印Ａに示す方向に走行しているものとする。符号８３は、実車両２０−１の現在位置から走行許可区間８１−１の最前端（終端）までの走行路に沿った距離を示す走行許可残存距離である。符号８４は、最前端（終端）から実車両２０−１が区間要求メッセージの送信を開始する点までの距離を示す走行許可要求開始距離である。

走行許可要求開始距離８４は、実車両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に所定のオフセット距離を加えたものである。実車両の停止可能な距離Ｌは、例えば、車両の積荷を含めた質量をｍ、車両の現在の速度をｖ、車両の制動力をｆ、安全率に対応して規定されるオフセット係数ｃとすると、下式（１）により求められる。

オフセット係数ｃは１以上の値であって、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。車両の速度は、車両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、車両の現在の走行位置に対して地図データで規定されている制限速度（最大許容速度）を用いてもよい。

図８の（ａ）に示すように、実車両２０−１の走行許可残存距離８３が走行許可要求開始距離８４以下となったとき、実車両２０−１は、管制サーバ３１に対して区間要求メッセージを送信する。この区間要求メッセージには、実車両２０−１の現在位置情報も含まれる。

管制サーバ３１は、実車両２０−１から区間要求メッセージを受け取ると、送られてきた現在位置情報を用いて実車両２０−１が存在する走行区間を特定する。そして、実車両２０−１の進行方向に沿って、実車両２０−１の存在する区間の終端から予め定められた走行許可区間として与えられる最短距離（走行許可付与長さ）以上となる区間に対して走行許可を与える。但し、他の車両（実車両又は仮想車両）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８の（ｂ）に示す例では、実車両２０−１が存在する区間は８５であり、その終端から走行許可付与長さ９０以上の区間は、８６、８７、８８、８９となる。但し、区間８８、８９は既に実車両２０−２に走行許可が与えられているので、８６、８７の走行許可が与えられる。なお、区間８６は既に走行許可が与えられているので、この場合、結果として区間８７が新たな走行許可区間として与えられることになる。

走行許可を与えられた区間は、車両がその区間を通過した後に、車両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８の（ｃ）の例では、実車両２０−１に走行許可が与えられていた区間８８は、実車両２０−２と区間終端までの距離９１が走行許可解除距離９２以上となった段階で走行許可が解除され、後続の実車両２０−１への走行許可割り当てが可能となる。

次に、本実施形態に係る自律走行システムの動作手順の概略を、図９を参照して説明する。図９は、本実施形態に係る管制サーバを含む自律走行システムの動作手順の概略を示すフローチャートである。

まず、地図データ生成部３２３による地図データ生成処理を行う（Ｓ９０１）。地図データ生成処理の詳細については後述する。

次いで実車両２０を必要な台数分稼動させる（Ｓ９０２）。本ステップでは、管制サーバ３１により実車両だけの管制制御処理（詳細は後述する）が継続的に行われる。

仮想車両を混走させてシミュレーションをしない場合（Ｓ９０３／Ｎｏ）、ステップＳ９０２へ戻り、管制サーバ３１のシミュレーション機能を用いることなく実車両のみを対象とした管制制御処理を続行する。

仮想車両を混走させてシミュレーションをする場合（Ｓ９０３／Ｙｅｓ）、ダンプ２０を実走させた状態で、ユーザは管制サーバ３１のＧＵＩ（グラフィカルインターフェース：表示装置３１６及び入力装置３１７に相当する）を用いて仮想車両を実車両の運行状況に追加する（Ｓ９０４）。

仮想車両シミュレーション部３３０により走行シミュレーションを行い、その結果を管制制御部３２０に出力する。管制制御部３２０は、実際に走行中の車両（実車両）と仮想車両シミュレーション部３３０から取得した仮想車両とを混走させて管制制御処理を行う（Ｓ９０５）。ここでの実車両及び仮想車両を混走させた管制制御処理の詳細については後述する。

ユーザは、仮想車両を削除したい場合（Ｓ９０６／Ｙｅｓ）、削除した仮想車両を指定して削除処理を行う（Ｓ９０７）。仮想車両を削除したい場合とは、例えば、仮想車両を用いたシミュレーション処理を終了して、実車両のみの管制制御処理に戻したい場合の他、複数の仮想車両を加えてシミュレーションを行ったが望ましい結果が得られない場合に、仮想車両の台数を減らして再度シミュレーションを行う場合などがある。その後、ステップＳ９０２へ戻る。

仮想車両を削除しない場合（Ｓ９０６／Ｎｏ）、ステップＳ９０５へ戻り、実車両と仮想車両を混走させて管制制御処理を続行する。

（地図データ生成処理）
図１０及び図１１を参照して、地図データ生成処理について説明する。図１０は、地図データ生成処理の流れを示すフローチャートである。図１１を参照して地図データの構成例について説明する。図１１は、地図データの一例を示す図であって、（ａ）はリンク情報を示し、（ｂ）はノード情報を示す。以下で説明する地図データ生成処理は、地図データ生成部３２３を用いて仮想地図を生成し、仮想車両を用いた走行シミュレーションを経てマスタ地図データＤＢ３１４ａに実地図データとして格納する処理である。

まず、地図データを生成するに当たり、ＧＰＳを搭載した車両で新たに追加する走行路を有人走行し、その結果に基づき、地図データを生成するためのセンサデータを収集する。ＧＰＳを搭載した車両は、例えば地図を生成するためのデータ収集専用の車両（航測車）でもよいし、自律走行ダンプトラックを地図計測モードに設定し、ダンプに搭載されたＧＰＳを用いて位置情報を収集しながら有人走行を行ってもよい。またＧＰＳ以外にも、レーザレーダなどのセンサを用いて周囲の地形形状を計測するようにしてもよい。

次いで地図データ生成部３２３は、収集したセンサデータを用いて地図データを生成する（Ｓ１００１）。この処理は例えば、時系列の座標点列からクラスタリングを行い、搬送路の形状に応じて適切な間隔でノードを生成し、走行路を生成するような処理であってもよい。地図データ生成部３２３は、生成した地図データを仮想地図データＤＢ３３５に格納する。この地図データは仮想地図データに相当する。

地図データは、走行路上のノードとそのつながりを示すリンクで表されている。図１１の（ａ）に示すように、地図データにはリンクを識別するためのリンクＩＤ１１０１とそのリンクが始まる座標にあるノードＩＤ１１０２、リンクの終わる座標にあるノードＩＤ１１０３、リンク始点に接続される別のリンクＩＤ１１０４（複数存在する場合もある。）、及びリンク終点に接続される別のリンクＩＤ１１０５（複数存在する場合もある。）を規定するテーブルがある。更に図１１の（ｂ）に示すように、ノードＩＤ１１０６に対応する座標値１１０７、その属性１１０８のテーブルが存在する。このノードＩＤのうち、いずれかを積載地点もしくは放土地点として属性１１０８に設定されている。

仮想地図データが生成されると、仮想走行制御部３３２は仮想地図データＤＢ３３５に格納された仮想地図を参照し、走行シミュレーション部３３３に対して仮想地図に沿って仮想車両を走行させるシミュレーション処理を実行させ、ダンプトラックのモデルが、生成した走行路データに適切に追従できることを確認する（Ｓ１００２）。これは、例えば生成した走行路のカーブがきつ過ぎて車両が旋回し切れなかったり、ノードの間隔が不適切なために管制制御がうまくいかなかったりといった不具合がないことを確認するために必要である。この確認の際のシステム構成としては、管制サーバ３１に対し仮想車両１台でもよいし、複数台を同時に管制する形でもよい。また、鉱山内の地図更新に関係のないエリアについては、既存の搬送路や既存の実車が稼働し続けるような構成としてもよい。仮想車両のシミュレーションが正常に行えると、地図データ生成部３２３は、検証した仮想地図をマスタ地図データＤＢ３１４ａに実地図データとして格納する。

管制制御部３２０はマスタ地図データＤＢ３１４ａに格納された実地図データを参照しながら、自律走行ダンプトラックの実車両１台を走行させ、地図データと実際の搬送路が一致しているかを確認する（Ｓ１００３）。地図データを生成する際、例えばＧＰＳによるデータ取得では、その時の衛星配置や周囲の地形による遮蔽により、データに誤差が乗る場合がある。またソフトウェアで走行路を生成する処理によっても、誤差が乗ってしまう場合がある。もちろんそのようなことのないように、正しい走行路を生成するような地図データ生成ソフトウェアとすることが望ましいが、信頼性を完全に保証することは難しく、動作確認は必要である。実車両１台で走行する際には、万が一走行路のデータが搬送路上の正しい位置から外れていたとしても、例えばレーザレーダによる路肩検出機能によって、走行路の位置が正しくないことを検出することができる。

走行路の位置が正しくないことが判明した場合（Ｓ１００４／Ｎｏ）、もう一度ＧＰＳデータ等の収集、地図データ生成を行う（Ｓ１００１）。

実車両１台で走行路に対する実地図データの正しさを確認できたら（Ｓ１００４／Ｙｅｓ）、稼働させたい必要な台数と同数の仮想車両で走行シミュレーションを行う（Ｓ１００５）。この段階において、例えば合流地点や狭路など、実車両複数台での稼働では衝突の懸念がある地点が残っていないかを検証する。

複数台のシミュレーション結果が良好（実車両の走行が可能）であれば（Ｓ１００６／Ｙｅｓ）、地図データ生成処理を終了する。複数台のシミュレーション結果が不良（実車両の走行に支障がある）であれば（Ｓ１００６／Ｎｏ）、ステップＳ１００１へ戻り、再度地図データの生成を行う。

以上、地図データ生成時の車両の動作確認を行うことで、鉱山の地形変化に対して安全に対応することができる。特に本実施形態では、実車両の管制制御を行う管制サーバにシミュレーション機能を実装することにより、外部にシミュレーション機能を備えたソフトウェアを用意することなく、仮想車両を利用して素早く動作確認を行うことができる。

（実車両だけの管制制御処理）
次に図１２を参照して実車両だけの管制制御処理について説明する。図１２は、実車両だけの管制制御処理の流れを示すフローチャートである。なお、図１２では、実車両２０の走行制御装置２００及び管制サーバ３１で実施される処理の流れを示すが、実車両に対する管制制御処理と仮想車両に対する管制制御処理とは同様の処理であるため、走行制御装置２００及びその構成要素を仮想車両シミュレーション部３３０及びその構成要素に読みかえることで、仮想車両の管制制御も行える。以下、図１２の各ステップ順に沿って説明する。

まず、実車両２０の目的地が設定されていない場合（Ｓ１２０１／Ｎｏ）、走行制御装置２００の要求情報処理部２６０は、無線通信回線４０を介して管制サーバ３１に目的地要求メッセージ（現在位置情報を含む）を送信する（Ｓ１２０２）。実車両２０の目的地が設定されている場合（Ｓ１２０１／Ｙｅｓ）は、ステップＳ１２０４へ進む。

管制サーバ３１の配車管理部３２１が実車両２０の現在位置情報とマスタ地図データＤＢ３１４ａの実地図データを参照して目的地を設定し、その結果を示す目的地応答メッセージを実車両２０に対して送信する（Ｓ１２０３）。

区間要求メッセージの送信が必要な場合、例えば実車両２０は走行許可区間が設定されていない場合、または現在の走行許可区間から走行許可残存距離が走行許可要求開始距離以下である場合（図８の（ａ）参照、Ｓ１２０４／Ｙｅｓ）は、要求情報処理部２６０から区間要求メッセージを送信する（Ｓ１２０５）。

区間要求メッセージの送信が不必要な場合、即ち、既に走行許可区間が設定されており、走行許可残存距離が走行許可要求開始距離より長い場合（Ｓ１２０４／Ｎｏ）や、区間要求メッセージを受信した場合、自律走行をする（Ｓ１２０６）。

実車両２０は区間要求メッセージを送信後、現在付与されている走行許可区間に従って走行を続けながら、管制サーバ３１からの区間応答メッセージの受信を待機する。実車両２０は走行中に定期的に現在位置を管制サーバ３１に送信する。自律走行制御部２７０は、位置算出装置２２０からの現在位置とダンプ地図データＤＢ２０４ａ、及び現在付与されている走行許可区間とを比較し、走行許可残存距離が停止可能距離以下である場合（Ｓ１２０７／Ｙｅｓ）、走行許可区間内で停止するように走行駆動装置２１０の制動装置２１１に対して制動指示を行い、実車両２０が減速を開始する（Ｓ１２０８）。

管制サーバ３１は区間要求メッセージを受信すると、走行許可区間設定部３２２が実車両２０の現在位置及びマスタ地図データＤＢ３１４ａに格納された地図情報に基づいて、走行許可区間を設定し、その内容を示す区間応答メッセージを実車両２０に対して送信する（Ｓ１２０９）。走行許可区間設定部３２２は、受信した車両の現在位置と区間情報ＤＢ３１４ｂの区間情報を用いて、車両の進行方向に対して車両の存在する区間の終端から走行許可付与長さ以上となる区間について、他の車両に許可が与えられていない限り、あるいは他の車両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区間として設定する。更に走行許可区間設定部３２２は、どの区間に走行許可区間を設定したかを示す情報を区間情報ＤＢ３１ｂに格納されている区間情報に追加する。

実車両２０は、区間応答メッセージを受信すると（Ｓ１２１０／Ｙｅｓ）、区間応答メッセージに示される新たな走行許可区間に従って走行を開始する（Ｓ１２１１）。実車両２０が、区間応答メッセージを受信しない場合、ステップＳ１２０５へ戻る（Ｓ１２１０／Ｎｏ）。区間応答メッセージを受信しない場合とは、例えば通信エラーにより区間要求メッセージが管制サーバ３１に届いていない、また区間応答メッセージが実車両２０に届いていない場合がある。

走行許可区間設定部３２２は、実車両２０の現在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ると（図８の（ｃ）参照、Ｓ１２１２／Ｙｅｓ）、走行許可区間の設定を解除する（Ｓ１２１３）。走行許可区間設定部３２２は、区間情報から解除した走行許可区間を示す情報を削除する。その後ステップＳ１２０１へ戻る。また、走行許可区間設定部３２２は、実車両２０の現在位置から区間の終端までの距離が走行許可解除距離未満の場合（Ｓ１２１２／Ｎｏ）、走行許可解除距離以上となるまで解除せずに、ダンプが走行する（Ｓ１２１２）。

（実車両及び仮想車両を混走させた管制制御処理）
次に図１３乃至図１５を参照して、実車両及び仮想車両を混走させた管制制御処理について説明する。図１３は、実車両及び仮想車両を用いてシステム動作検証を行う際の、管制制御装置と自律走行ダンプトラックと仮想車両の関係を説明するための図である。図１４は、実車両及び仮想車両に対して設定された走行許可区間の情報を格納する区間情報の例を示す図であって、（ａ）は、仮想車両（ＩＤ：Ｖ０１）が待機位置で待機中の状態における区間情報例を示し、（ｂ）は、（ａ）から仮想車両（ＩＤ：Ｖ０１）が１動作（１フェーズ）遷移した状態における区間情報を示す。図１５は、実車両及び仮想車両を混走させて管制制御処理の流れを示すフローチャートである。

図１３では、現在５台の実車両２０−１、２０−２、２０−３、２０−４、２０−５が稼働している鉱山において、新たに３台の自律走行ダンプトラックの導入を検討している場合を想定する。新規車両を導入する理由としては、例えば搬送路の長さ・制限速度から見てダンプトラックの数が少なく、積込場においてショベルが１台のダンプトラックに積み込みをしてから、次のダンプトラックが到着するまでの時間が長いために、ショベルがダンプトラックを待つ時間が発生し、生産効率が低い、といったことが挙げられる。このような場合、新規にダンプトラックを追加することで搬送路に対するダンプトラックの密度を上げ、ショベルの待ち時間を減らして生産効率を上げることができる。

しかしながら、実際に新規車両を導入した場合に、全ての車両が効率よく動作できることは簡単には保証できない。それは、実環境における天候・気温・路面状況などといった様々な外乱要素があり、車両の走行速度に影響を与えることや、各車両が走行許可区間に基づき自車の前方車両に衝突しないように走行しており、あまりに搬送路に対する車両密度が高すぎる場合、減速と加速を繰り返すような走行をしてしまうといった理由からである。また一方で、ダンプトラックは非常に高価であり、このような懸念がある限り安易に新規車両の導入を決断することは難しい。

この解決策として、新規車両を導入した場合に上記のような問題が起こらないかを、本発明で提案する仮想車両を用いて検証することができる。ここでは、新規に導入する計画の３台の自律走行ダンプトラックの動作を、仮想車両７０−１、７０−２，７０−３でシミュレーションする。

このシミュレーションに際して、自律走行システム１は、図１３に示すように管制サーバ３１に対して５台の実車両２０−１〜２０−５のそれぞれが実際に無線通信接続され、３台の仮想車両７０−１〜７０−３のそれぞれが仮想通信接続（サーバ側通信制御部３１０を介して仮想車両シミュレーション部３３０及び管制制御部３２０の間のデータの出入力）される。仮想車両７０−１〜７０−３の実体は、仮想車両シミュレーション部３３０上のデータであり、前述の通り、管制サーバ３１上で動作する。実車両及び仮想車両にはそれぞれ重複の無いように車両ＩＤが割り当てられており、管制サーバ３１は車両ＩＤによって通信を行う対象の車両が実車両であるか仮想車両であるかを判別することができる。

図１４の（ａ）に実車両及び仮想車両に対して設定された走行許可区間の情報を格納する区間情報の一例を示す。図１４の（ａ）のＲ０１〜Ｒ０５は実車両を固有に識別する車両ＩＤ１４０１であり、Ｖ０１は仮想車両を固有に識別する車両ＩＤ１４０１である。図１４では走行許可区間を示す情報として、走行許可区間の最前端に位置するノード（前方境界点）、及び最後端に位置するノード（後方境界点）を格納する。また図１４の（ａ）では説明の便宜のため各車両の稼働状態を記載しているが、稼働状態を示す情報はノードＩＤをキーレコードにして図１１の（ｂ）に示すノードの属性情報と関連付けることにより不要となる。以下図１４の（ｂ）、図２２、図２３の（ａ）、（ｂ）についても同様である。

管制サーバ３１と実車両、および仮想車両は全く同じフォーマットで、車両ＩＤを始めとし、走行許可区間を表すノードやリンクのＩＤや実車両、仮想車両の其々の位置情報（地図上のどこに存在するか）等の情報を通信し合うことができる。このような構成において、後述する図１５に示す管制制御処理を実施することにより、実車両と仮想車両とが互いに衝突することのないように走行許可区間を設定する。その結果、新規の実車両を導入する前に仮想車両を用いてあらかじめ導入後の動作を検証することができる。

次に図１５の各ステップ順に沿って実車両と仮想車両とを混在させた管制制御処理について説明する。

管制サーバ３１の走行許可区間設定部３２２は、実車両２０、即ち要求情報処理部２６０（図５参照）から走行許可要求があったか（Ｓ１５０１／Ｙｅｓ）、又は仮想車両７０、即ち仮想走行制御部３３２から走行許可要求があったかどうかを判定する（Ｓ１５０１／Ｎｏ、かつＳ１５０２／Ｙｅｓ）。どちらからも走行許可要求がない場合（Ｓ１５０２／Ｎｏ）は、処理をせず要求を待ち続ける。

走行許可区間設定部３２２は、いずれかの車両から走行許可要求があった場合（Ｓ１５０１／Ｙｅｓ、Ｓ１５０２／Ｙｅｓ）、以下の処理を実行する。実車両と仮想車両の優先順位は逆でもよく、また特に区別せずにいずれかからの走行許可要求の有無を判定してもよい。以下、実車両と仮想車両を含む概念として、車両という言葉を用いる。走行許可区間設定部３２２は、車両から走行許可要求があったら、既述のステップＳ１２０９と同様、受信した車両の現在位置と区間情報ＤＢ３１４ｂの情報を用いて、車両の進行方向に対して車両の存在する区間の終端から走行許可付与長さ以上となる区間について、他の車両に許可が与えられていない限り、あるいは他の車両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区間として設定する処理を実行する（Ｓ１５０３）。

この処理において、車両が現在存在する走行区間のすぐ隣の区間が他の車両に許可されているなどして、走行許可区間設定部３２２は走行許可区間を設定できない場合（Ｓ１５０４／Ｎｏ）、走行許可区間が設定できなかったことを示す不許可応答メッセージを生成し、車両に送信又は出力してＳ１５０１へ戻る。

走行許可区間設定部３２２は、走行許可区間を設定できた場合は（Ｓ１５０４／Ｙｅｓ）、その走行許可区間を示す区間応答メッセージを生成し、車両に送信または出力する（Ｓ１５０５）。

また、走行許可を与える区間に合流する区間がある場合、走行許可区間設定部３２２は、その区間を同一の車両に対する走行許可区間として設定し、区間情報に格納する（Ｓ１５０６）。また、走行許可を与える区間と交差する区間がある場合、走行許可区間設定部３２２は、その区間を同一の車両に対する走行許可区間としてマスタ地図データＤＢ３１４ａ上に設定する（Ｓ１５０７）。これらの処理は、合流点又は交差点に他の車両が進入し、走行許可区間の設定対象となった車両と干渉することを防ぐための処理であり、走行許可区間の設定対象となった車両に対しては、車両の進行方向に沿った走行許可区間だけを通知すればよいので、本ステップで設定した走行許可区間は区間応答メッセージに含まず、管制サーバ３１の処理に完結する。

走行許可区間設定部３２２は、ステップＳ１２１２と同様、車両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以上になると、通過した区間の走行許可を解除して区間情報を更新する（Ｓ１５０８）。

図１４の（ｂ）は、各車両が前進して、走行許可区間が再設定された状態を示す。例えば、図１４の（ａ）では実車両（Ｒ０１）に対してｎｏｄｅ＿１からｎｏｄｅ＿２までが走行許可区間として設定されているが、実車両（Ｒ０１）がｎｏｄｅ＿１を通過後、ｎｏｄｅ＿１からｎｏｄｅ＿２が開放される。そして図１４の（ｂ）では実車両（Ｒ０２）に対してｎｏｄｅ＿１からｎｏｄｅ＿２が走行許可区間として設定される。

実車両２０及び管制サーバ３１は以上の処理を繰り返す。この繰返処理の過程において、仮想車両に設定された走行許可区間に従って走行路を走行した際の走行状態や位置を含む走行状態のシミュレーションが行われ、その結果（特に仮想車両の位置）が走行許可区間設定部に返される。

走行許可区間設定部３２２は、要求を行った車両が自律走行ダンプトラックであるか、仮想車両であるかを特に区別せずに、即ち両車両に対して同一の処理で走行許可区間の設定をする。またこれにより、現実に走行する自律走行ダンプトラックと、シミュレーション上の仮想車両についても、互いに衝突を防止するように管制制御される。

次に、図１６を参照して単一の搬送路の鉱山にて実車両と仮想車両が混走する場合について、管制サーバ３１のユーザインターフェースである表示装置３１６（図２参照）に表示される画面を説明する。図１６は仮想車両の設定入力画面の一例を示す図である。図１６の画面１６０１には、鉱山内の積込場６１、放土場６２と、それらを結ぶ搬送路６０とを含む地図画面１６０２が表示される。走行許可区間設定部３２２は、表示装置３１６（図２参照）に画面１６０１を表するための制御も行う。本図では明示しないが、搬送路上には、座標データとして走行路と、その区間を表すためのノードが設定されている。走行許可区間設定部３２２は、マスタ地図データＤＢ３１４ａの地図データに実車両２０及び仮想車両７０の位置及び区間情報ＤＢ３１４ｂに格納された走行許可区間を重畳表示することにより、地図画面１６０２を生成・表示する。また、実車両２０と仮想車両７０とは表示態様を変えて地図画面に重畳表示される。

図１６では、鉱山エリア内において、実車両２０−１〜２０−５の５台と、仮想車両７０−１〜７０−３の３台とが、それぞれ管制サーバ３１から指示された走行許可区間８１−１〜８１−８に従って混走している。

仮想車両を追加する際の処理について説明する。画面１６０１には、仮想車両アイコンを表示するツールボックス１６０３を表示する。ユーザがマウスカーソル１６０４により仮想車両アイコンを搬送路６０上において、走行許可区間が未設定の位置にドラッグする。

また、画面１６０１に、ノードＩＤの入力欄１６０５を設けてもよい。ユーザが入力欄１６０５にノードＩＤを入力すると、そのノードＩＤのＸ座標１６０６、Ｙ座標１６０７を仮想走行制御部３３２が地図データを参照して表示し、その位置に仮想車両のアイコンを表示してもよい。

仮想車両アイコンが地図画像に重畳表示された状態で、実行ボタン１６０８が操作されると、仮想走行制御部３３２及び走行シミュレーション部３３３を含む仮想車両シミュレーション部３３０が処理を開始する。

上記の例では、実車両５台に対して仮想車両３台を加える構成としたが、実車両・仮想車両のそれぞれの台数は、管制サーバ３１の計算処理性能、あるいは通信手段の性能を越えない限り、任意に設定可能である。

本実施形態によれば、実際に走行中の運搬車両の位置及び仮想車両の仮想位置を基に、運搬車両及び仮想車両に走行許可区間を設定するので、実際に運搬車両を走行させながら、仮想車両を追加した際の走行許可区間の設定可否の検証を行うことができる。またこの検証に際して、運搬車両を稼働させた状態を維持できるので、運搬車両の稼働停止に伴う鉱山の生産性の低下を抑制することができる。

＜第二実施形態＞
第二実施形態は、既存の地図データに、新たな走行路を追加するための検証を行う実施形態である。以下、図１７乃至図１９を参照して第二実施形態について説明する。図１７は、仮想走行路を追加するための画面表示例である。図１８は、第二実施形態の処理の概要を示すフローチャートである。図１９は、仮想走行路追加処理の詳細を示すフローチャートである。

鉱山は、掘削が進むにつれて鉱石のある掘削場所が変化し、ショベルが掘削・積込みを実施する積込み場の位置も変化する。一般的に露天掘り鉱山においては、すり鉢状に掘削を進め、次第に深い位置での掘削を行うようになる。この掘削位置を変更する際、合わせてそこに至るまでの搬送路も生成しなければならない。自律走行ダンプトラックであるダンプ２０は、地図データを基にして自律走行を行うため、新しく生成した搬送路に対しては、合わせて地図データを生成する必要がある。また、生成した地図データは、そのデータに基づいて走行することで実際の搬送路を正しい位置で走行できるかどうかについてもあらかじめ確認し、システムの正常動作を確認する必要がある。そこで、本実施形態ではダンプを稼働させている状態を維持しつつ、新たな走行路を追加した場合の走行シミュレーションを行う。

図１７に仮想走行路追加処理で表示される画面表示例を示す。図１７の画面１７０２は、計画中の搬送路を含む鉱山にて実車両と仮想車両が混走する場合において、実際の走行路に仮想走行路を追加した際に管制サーバ３１の表示装置３１６に表示される画面である。実際の走行路と仮想走行路とは表示態様を変えて表示される。画面１７０２は、図１６で説明した積込場６１、放土場６２、搬送路６０の構成に加え、新たに仮想の積込場６８を設けている。放土場６２は積込場６１、６８からの運搬の共通の放土場とする。また、搬送路６０から分岐して仮想の搬送路６７を設け、積込場６８にアクセスできるようにしている。５台のダンプ２０−１〜２０−５は、もともとある積込場６１と放土場６２の間を往復し、３台の仮想車両７０−１〜７０−３は仮想の積込場６８と放土場６２の間を往復する。

この仮想地図データ（積込場６８及び搬送路６７）を含む鉱山エリア内において、ダンプ２０−１〜２０−５、仮想車両７０−１〜７０−３は、それぞれ管制サーバ３１から指示された走行許可区間８１―１〜８１−８に従って走行する。

次に図１８を参照して第二実施形態に係る処理の概要について説明する。なお図１８の各処理において第一実施形態（図９の各ステップ）と同処理については同じステップ番号を付け、重複説明を省略する。

図１８に示すように、地図データ生成処理を行い（Ｓ９０１）、仮想の走行路を追加しない場合は（Ｓ１８０１／Ｎｏ）、第一実施形態と同様、ステップＳ９０２〜Ｓ９０７の処理を行う。

生成された地図データに対して仮想の走行路を追加する場合（Ｓ１８０１／Ｙｅｓ）、仮想走行路追加処理を行う（Ｓ１８０２）。ここでいう仮想走行路追加処理とは、鉱山内に既に走行路が設定されている状態で、実際には存在しない搬送路や積込場、放土場の形状を設定する処理である。

仮想走行路追加処理では、図１９に示すように、まず、地図データ生成部３２３が、例えば管制サーバ３１に外付けされた記憶装置から仮想地図設定の際に用いる鉱山の航空写真などの参考データと、既存の地図データ（マスタ地図データＤＢ３１４ａからでも仮想地図データＤＢ３３５のどちらに格納されたものでもよい）を読み込む（Ｓ１９０１）。参考データは、写真に限らず開発計画の鉱山地形の情報を持つＣＡＤデータなどでもよい。地図データ生成部３２３は、表示装置３１６の画面にこれらデータに基づく地図画像を表示する。地図画像には、航空写真等を用いた地形情報に、マスタ地図データＤＢ３１４ａ等に格納された地図データを重畳表示してもよい。

ユーザは入力装置３１７を用いて地図画像上に既存の走行路に対して追加する仮想走行路のノード座標をプロットする（Ｓ１９０２）。プロットされたノード座標は地図データ生成部３２３が格納する。

ユーザは入力装置３１７を用いてプロットしたノード間の接続関係を設定する（Ｓ１９０３）。例えば、１つのノードをクリックした後でそれに接続したいノードをクリックすることで設定してもよいし、２つのノードを選択して実行処理をすることで設定してもよい。またこの時、既存の地図データが含むノードから搬送路を分岐する場合は、既存の地図データとの接続関係を設定してもよい。

ユーザは入力装置３１７を用いてプロットしたノードのパラメータを設定する（Ｓ１９０４）。これにより、プロットしたノードに積込み地点や放土地点などの、車両に指示を与えるための属性（図１１の符号１１０８に相当）を持たせる。

最後に、地図データ生成部３２３は、生成された地図データを仮想地図データＤＢ３３５及びマスタ地図データＤＢ３１４ａに格納する（Ｓ１９０５）。このとき、実在しない（仮想の）ノード及びリンクは、実在するノード及びリンクとは弁別可能なデータとして定義する。例えば、車両ＩＤと同様、実在するノードＩＤ、リンクＩＤと仮想のノードＩＤ、リンクＩＤに両者を区別可能な文字を加えておき、シミュレーション走行において走行許可区間を設定する際、実車両は実在するノードＩＤだけを用いて走行許可区間を設定し、仮想車両は実在するノードＩＤ及び仮想ノードＩＤの両者を用いて走行許可区間を設定する。

上記で格納された地図データはあくまで仮想の走行路の情報であり、実際に開発した搬送路等における走行路のデータは改めてＧＰＳやレーザレーダ等のセンサによって、定められた地図生成の処理手順で生成する必要がある。

仮想走行路追加処理Ｓ１８０２を行ってから仮想車両と実車両とを混送させる管制制御処理では（図１８のステップＳ９０５）、走行許可区間設定部３２２が区間情報の車両ＩＤとノードＩＤ、リンクＩＤを基に仮想車両は仮想地図データを参照して仮想走行路に走行許可区間を設定し、実車両に対しては実地図データを参照し、実在する走行路上に走行許可区間を設定する。

なお、ダンプ地図データＤＢ２０４ａは、実地図データのみを記憶しており、自律走行制御部２７０は位置算出装置２２０の位置データと実地図データとを比較しながら走行制御し、両者が一致しない場合は停車するので、仮想走行路上に実車両が迷い込むことは回避できる。

本実施形態によれば、運搬車両は実際の走行路に設定された走行許可区間に従って走行し、仮想車両は仮想の走行路に設定された走行許可区間に従って走行するので、運搬車両が仮想の走行路に間違って侵入することがない。そして、既存の搬送路に加え、実在しない搬送路等における走行路を事前に想定して仮想の地図データを生成し、それに基づいて実車両と仮想車両が管制制御に基づき走行するようなシステム構成とすることにより、開発計画中である搬送路を実際に開発し、新規車両を導入した場合の管制制御、および既存の実車両の動作を事前に確認することが可能となる。

＜第三実施形態＞
第三実施形態は、自律走行ダンプトラックの実際の走行データ、又はユーザからの入力操作に基づき仮想車両の走行モデルを修正する実施形態である。以下図２０及び図２１を参照して第三実施形態について説明する。図２０は、第三実施形態に係る管制サーバ３１の機能ブロック図である。図２１は、第三実施形態で表示される画面表示例である。

図２０に示すように、管制サーバ３１は、第一実施形態の管制サーバ３１の構成に加え、走行中の前記運搬車両から受信した当該運搬車両の走行データを用いて、仮想車両のシミュレーションした走行状態が前記実車両の走行状態と一致するように、走行パラメータを修正する走行パラメータ修正部３５０を更に備える。走行パラメータとは、仮想車両のシミュレーションした走行状態に影響を与えるパラメータであって、例えば、車両の重量、加速度、勾配、路面の摩擦係数μ等を修正する。摩擦係数μの設定は、その点における車輪の回転数とトルクとを用いて設定する。

実車両２０は、走行中に車載センサ２３０により検出した車両の座標に応じた速度や加速度、傾き、荷重センサのデータなどを一時的に記録する走行データ格納部（不図示）を備える。実車両２０は、走行中に車載センサ２３０からの出力を、無線通信回線４０を介して送信する。

走行パラメータ修正部３５０は、センサの値を受信し、その値を基に仮想車両７０がダンプ２０と異なる走行の仕方をする地点を特定し、その地点における勾配や車両の加速度から、仮想車両７０がより実際の車両に近い走行状態になるよう、仮想車両の走行パラメータを算出する。そして、走行シミュレーション部３３３の走行パラメータを算出値に修正する。これにより、仮想車両のシミュレーションした走行状態を走行中の運搬車両の走行状態により近づけることができ、シミュレーション結果の信頼性をより高くすることができる。

また、走行モデルの他の修正例として、入力装置３１７からユーザが走行パラメータを入力できるように構成してもよい。図２１に、走行パラメータの入力画面例を示す。図２１の画面２１０１は、車両スペックを規定するパラメータの入力画面を示す。車両スペックのうち、仮想車両のシミュレーションした走行状態に影響を与えるパラメータ例として、車体重量、最大積載量、ホイールベース、最小回転半径を例示したが、走行パラメータはこれに限定されない。例えば、加速度、減速度（制動量）、操舵速度などがあってもよい。走行シミュレーション部３３３は、画面２１０１から走行パラメータが入力され、実行ボタン２１０２が操作されると、走行シミュレーション部３３３で用いる走行パラメータを入力値に更新する。そして、走行シミュレーション部３３３は入力値を用いて仮想車両の走行シミュレーションを行う。その際も、実車両２０から受信したセンサ値に基づいて、走行路の状態に由来するパラメータ、例えば路面の勾配や摩擦係数を随時修正してもよい。

また、路面の摩擦係数を規定する走行パラメータ、例えば車輪回転数やトルクは、走行路のノード、リンクごとに異なるので、ノードＩＤやリンクＩＤを指定して走行パラメータを設定できるように構成してもよい。

図２１の例では、ユーザが走行パラメータを修正できるようにすることで、実車両により近い状態での走行シミュレーションや、実車両とは異なるスペックの車両を新規に投入した際のシミュレーションが行える。

＜第四実施形態＞
本実施形態は、仮想車両シミュレーション時において仮想車両が特定の動作を瞬時に終わらせたように処理を行う（スキップ処理を行う）実施形態である。以下、図２２及び図２３を参照して第四実施形態について説明する。図２２は、仮想車両に対して積込場において設定される走行許可区間を時系列に沿って記載した区間情報の例である。図２３は、仮想車両をスキップ処理した際の区間情報の例を示す図であって、（ａ）はスキップ処理のみを行った状態を示し、（ｂ）はスキップ処理時にタイムラグ調整処理を行った状態を示す。

走行許可区間設定部３２２はスキップ処理をしない場合では、実車両と同スペックの仮想車両に対して、図２２に示すように、「フェーズ１：待機位置で待機」、「フェーズ２；待機位置での待機から積込位置に向かって走行中」、「フェーズ３：積込作業中（停車中）」、「フェーズ４：積込位置から出口に向かって出発」、「フェーズ５：出口から放土場に向かって走行」するための走行許可区間を実車両に対する動作と同様のタイミングで設定する。

しかし、仮想車両に対し、図２２に示す各走行許可区間を実車両と同じ時間を空けて設定すると、例えば積込作業中は実際にはショベルが稼働できずに鉱山の生産性が低下する。

そこで、走行許可区間設定部３２２は仮想車両に対しては、例えばフェーズ１，２，３は瞬時に終了したものとし、フェーズ１からフェーズ４にスキップさせ、フェーズ１の走行許可区間を設定した後、フェーズ４の走行許可区間を設定してもよい（図２３の（ａ）参照）。

但し、図２３の（ａ）に示すように、仮想車両の前に位置する車両との関係上、フェーズ４にスキップした場合、直前車両の位置を飛び越えてしまう場合がある（図２３の（ａ）の車両ＩＤ：Ｖ０１、Ｒ０４参照）。この場合、実車両と仮想車両との前後関係が変わり、走行シミュレーションの正確性に支障をきたすことがある。

そこで、管制サーバ３１にタイマーを備え、走行許可区間設定部３２２は、スキップ処理に際して仮想車両が直前車両（特に実車両）を飛び越さない時間を計測してから、スキップ処理を行うように構成してもよい。図２３の（ｂ）は、仮想車両（Ｖ０１）の直前の実車両（Ｒ０４）が積込場の出口から退出してから、仮想車両（Ｖ０１）のスキップ処理を行った際の区間情報を示す。この区間情報では、仮想車両（Ｖ０１）と直前の実車両（Ｒ０４）との前後関係が維持される。走行許可区間設定部３２２は、計時処理に代わり、直前の実車両（Ｒ０４）から受信する現在位置が出口を退出したことを確認して、スキップ処理を実行してもよい。

本実施形態によれば、仮想車両シミュレーション時におけるショベルの不稼働時間をより短くし、シミュレーションが実際の鉱山の稼働状況に与える影響を減らすことができる。

上記各実施形態は、本発明の実施態様の一例を示すにすぎず、本発明を限定するものではない。実施形態には上記に記載したものの他、本発明の要旨を変更しない範囲で様々な変形例があり、それらも本発明に含まれるものである。

例えば、図１６の仮想車両を追加するＧＵＩでは走行路上に仮想車両を追加したが、仮想車両を追加する操作を行うと、予め決められた出発点、例えば駐機場から仮想車両が出発するように構成してもよい。

また第四実施形態のスキップ動作例として積込動作に関するものを例示したが、放土動作に関連する動作をスキップしてもよい。

更に、図１６、図１７の表示画面において、走行許可区間が設定できない状況が生じると警告表示を行うようにしてもよい。この場合も、仮想車両及び直後の後続車両（実車両、及び仮想車両を含む）に対して上記状況が生じた場合に限定してもよい。これにより、仮想車両を追加したことに起因する走行許可区間設定不可な状況が把握しやすくなり、自律走行システムの動作検証に好適な表示画面を提供できる。

１：自律走行システム
２０、２０−１、２０−２：自律走行ダンプ（実車両）
３１：管制サーバ（管制制御装置）
７０、７０−１、７０−２：仮想車両

Claims (9)

1. 鉱山の構内を予め定められた走行路に沿って自律走行する運搬車両の走行制御を行う管制制御装置であって、
   実在する走行路を規定した実地図データを記憶する地図データ記憶部と、
   前記走行路を仮想的に走行する仮想車両の設定操作を受け付ける入力部と、
   前記仮想車両の走行状態を規定する走行パラメータ及び前記実地図データを用いて、前記仮想車両が前記走行路を走行した際の走行状態のシミュレーションを行う仮想車両シミュレーション部と、
   前記運搬車両と無線通信を行うことにより、前記走行路を自律走行中の前記運搬車両の位置情報を受信する通信部と、
   前記運搬車両の位置情報、前記実地図データ、及び前記仮想車両のシミュレーションした走行状態に基づいて、前記運搬車両及び前記仮想車両の其々に対し、各車両の走行を許可する前記走行路の部分区間からなる走行許可区間を設定する走行許可区間設定部と、を備え、
   前記通信部は、前記運搬車両に対し、当該運搬車両に対して設定された走行許可区間を示す走行許可区間情報を送信し、前記仮想車両シミュレーション部は、前記仮想車両に対して設定された前記走行許可区間に従って前記走行路を走行した際のシミュレーションを行い、その結果を前記走行許可区間設定部に返す、
   ことを特徴とする管制制御装置。
2. 走行路を規定する地図データを生成する地図データ生成部を更に備え、
   前記入力部は、前記実在する走行路に接続する、実在しない仮想の走行路を追加する設定操作を更に受け付け、
   前記地図データ生成部は、前記実在する走行路及び前記仮想の走行路を規定する仮想地図データを生成し、
   前記地図データ記憶部は、前記仮想地図データを記憶し、
   前記走行許可区間設定部は、前記仮想地図データに基づいて、前記運搬車両に対する走行許可区間は、前記実在する走行路に設定し、前記仮想車両に対する走行許可区間は、前記実在する走行路及び前記仮想の走行路の少なくとも一方に設定する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制制御装置。
3. 前記通信部が走行中の前記運搬車両から受信した当該運搬車両の走行データを用いて、同じ地点を走行する際に、前記仮想車両のシミュレーションした走行状態が前記運搬車両の走行状態と一致するように、前記走行パラメータを修正する走行パラメータ修正部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制制御装置。
4. 前記実在する走行路は、前記運搬車両に対して積荷の積込が行われる積込位置を含む積込場に連結された走行路であって、
   前記仮想車両シミュレーション部は、前記シミュレーションにおいて、前記仮想車両が前記積込場の入口で待機する待機動作、前記入口から前記積込位置へ向かう走行動作、及び前記積込位置における停車動作、のうち少なくとも一つの動作は、前記運搬車両が実際に同じ動作を行ったときに要する時間よりも短い時間で終わらせる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制制御装置。
5. 前記仮想車両シミュレーション部は、
   前記走行パラメータに基づいて前記仮想車両の加減速を含む走行状態及び位置を計算する走行シミュレーション部と、
   前記走行シミュレーション部の計算結果に基づいて、前記仮想車両の位置を算出するセンサシミュレーション部と、
   前記仮想車両に対して設定された走行許可区間及び前記仮想車両の位置に基づいて、前記仮想車両を走行させるための加減速の制御指令を前記走行シミュレーション部に対して行う仮想走行制御部と、を含む、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制制御装置。
6. 前記センサシミュレーション部は、前記走行シミュレーション部が算出した前記仮想車両の位置に対して、前記運搬車両に搭載された位置算出装置が実際に算出した値に基づく誤差、及び位置測位衛星からの測位電波の捕捉状況に応じた誤差、の少なくとも一つを用いて補正する、
   ことを特徴とする請求項５に記載の管制制御装置。
7. 前記実在する走行路を示す地図画像上に、当該地図画像に含まれる走行路において前記運搬車両及び前記仮想車両の其々の走行位置に対応する点に、前記運搬車両及び前記仮想車両の其々を示す画像の表示態様を変えて重畳表示する表示部を更に備える、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制制御装置。
8. 前記入力部は、前記走行パラメータとして、前記仮想車両の重量、最大積載量、ホイールベース、最小回転半径、速度、加速度、車輪回転数、及びトルクの少なくとも一つの設定操作を更に受け付け、
   前記仮想車両シミュレーション部は、前記設定された走行パラメータを用いて前記仮想車両の走行シミュレーションを行う、
   ことを特徴とする請求項１に記載の管制制御装置。
9. 鉱山の構内を予め定められた走行路に沿って自律走行する運搬車両の走行シミュレーション方法であって、
   実在しない走行路である仮想の走行路を規定する仮想地図データを生成するステップと、
   前記仮想の走行路を走行する実在しない車両である仮想車両の設定操作を受け付けるステップと、
   前記仮想車両の走行状態を規定する走行パラメータ及び前記仮想地図データを用いて、前記仮想車両に前記仮想の走行路を走行させるシミュレーション処理を実行するステップと、
   前記仮想地図データを、前記運搬車両が実際に自律走行する際に用いる実地図データとして格納するステップと、
   前記実地図データに基づく実在の走行路上を仮想的に走行する仮想車両の設定入力を受け付けるステップと、
   前記仮想車両の走行状態を規定する走行パラメータ及び前記実地図データを用いて、前記仮想車両が前記実在の走行路を仮想的に走行した際の走行状態のシミュレーションを行うステップと、
   前記実在の走行路を走行する前記運搬車両から当該運搬車両の位置情報を取得するステップと、
   前記運搬車両の位置情報、前記実地図データ、及び前記仮想車両のシミュレーションした走行状態に基づいて、前記運搬車両及び前記仮想車両の其々に対し、各車両の走行を許可する前記走行路の部分区間からなる走行許可区間を設定するステップと、
   を含むことを特徴とする運搬車両の走行シミュレーション方法。