JP6694113B2 - 路面管理システムおよび路面管理方法 - Google Patents
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Description
本発明は、運搬車両の走行路の路面状態を管理する技術に関する。特に、鉱山等の未舗装の走行路の路面状態を管理する技術に関する。
鉱山の採掘現場等、未舗装の走行路を運搬車両が繰り返し走行することで劣化する路面を保守管理する技術がある。例えば、特許文献1には、「管理装置は、管理側無線通信装置を介してダンプトラックの稼働情報を収集する。ダンプトラックの稼働情報に含まれる、ダンプトラックが排土した場所から積荷を積み込む場所に移動し再び排土する場所に移動するまでの経路に含まれる少なくとも4箇所の位置情報に基づき、ダンプトラックが走行した経路Rg、Rrを特定する(要約抜粋)」鉱山機械の管理システムが開示されている。
特許文献1に開示の技術は、上記手法で特定された走行路の路面凹凸を、ダンプトラックの稼働情報を用いて検知し、路面整備計画を立てる。しかしながら、一般に、上述のような環境においては、運搬車両だけでなく、走行路を補修する補修車両も、同時に走行し、路面状況が劣化した箇所の補修を行っている。特許文献1に開示の技術では、このような補修車両による補修は全く考慮されていない。また、凹凸の発生には、運搬車両の走行という経時的で局所的な要因と、降雨等の突発的で全体的な要因とがある。しかしながら、特許文献1に開示の技術では、両者の違いは全く考慮されていない。これらの理由から、特許文献1に開示の技術では、合理的で高精度な路面整備計画を得ることができない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、鉱山等の未舗装の走行路を運搬車両が繰り返し走行する環境において、効率的な路面管理を可能とし、路面整備作業の効率化を図る技術を提供することを目的とする。
本発明は、運搬車両が走行する走行路を複数のセグメントに分割し、セグメント毎に前記走行路の路面状態を管理する路面管理システムであって、演算装置と記憶装置と出力装置と通信装置とを備える管理サーバと、前記運搬車両に搭載され、第1演算装置と第1通信装置とを備える運搬車両車載端末と、前記走行路を補修する補修車両に搭載され、第2演算装置と第2通信装置とを備える補修車両車載端末と、を備え、前記第1演算装置は、前記運搬車両に取り付けられたセンサから入力された信号に基づき前記走行路の路面状態データを算出し、算出した前記路面状態データを、当該運搬車両の位置データである運搬車両位置データとともに、前記第1通信装置を介して前記管理サーバに送信し、前記第2演算装置は、前記補修車両に取り付けられたセンサから入力された信号に基づき当該補修車両の作業状態を示す作業状態データを算出し、算出した前記作業状態データを、当該補修車両の位置データである補修車両位置データとともに、前記第2通信装置を介して前記管理サーバに送信し、前記演算装置は、前記通信装置と前記記憶装置と前記出力装置とに接続され、前記通信装置で前記運搬車両位置データおよび前記路面状態データを受信する毎に、当該運搬車両位置データで特定される位置を含む前記セグメントと受信時刻と当該路面状態データとを対応づけて前記記憶装置に蓄積し、前記通信装置で前記補修車両位置データおよび作業有を示す前記作業状態データを受信する毎に、当該補修車両位置データで特定される位置を含む前記セグメントに対応づけて前記記憶装置に蓄積された前記路面状態データをリセットし、前記記憶装置に新たに前記路面状態データが蓄積される毎に、前記セグメント毎に、蓄積された複数の前記路面状態データに基づいて当該セグメントの路面状態の時間による変化を予測する予測関数を決定し、決定した前記予測関数に従って、補修予定時刻として路面補修閾値に達する時間を算出し、前記出力装置に算出した前記補修予定時刻を出力することを特徴とする路面管理システムを提供する。
本発明によれば、鉱山等の未舗装の走行路を運搬車両が繰り返し走行する環境において、効率的な路面管理が可能となり、路面整備作業の効率が向上する。前述した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
以下、本発明に係る実施形態を、図に基づいて説明する。以下、本明細書において、同一機能を有するものは、特に断らない限り同一の符号を付し、繰り返しの説明は省略する。
本実施形態の路面管理システムは、主として鉱山等の未舗装の走行路を運搬車両が繰り返し走行する環境で用いられる。本実施形態の路面管理システムでは、運搬車両から受信する位置情報および走行路の路面情報と、補修車両から受信する位置情報および作業情報とを用いて、路面状態予測関数を決定する。その予測関数を用いて、補修すべき時期を予測し、報知する。このとき、予測関数の決定とは独立として、天候による路面の変化を加味する。以下、これらの機能に主眼をおいて、本実施形態の路面管理システムを説明する。
図1は、本実施形態の路面管理システム100の概略構成図である。本実施形態の路面管理システム100は、作業車両110と、運搬車両120と、補修車両130と、管理サーバ140と、無線中継局150と、を備える。なお、作業車両110、運搬車両120、補修車両130の台数、無線中継局150の個数は問わない。また、本実施形態では、路面管理システムは、鉱山内で用いられる場合を例にあげて説明する。
作業車両110は、例えば、ショベル等であり、掘削作業や積込作業等を行う。作業車両110は、鉱山内の積込場に配置される。
運搬車両120は、例えば、ダンプトラック等であり、作業車両110で掘削された砕石や土砂等の掘削物を、積込場から放土場へ運搬する。運搬時は、鉱山内の走行路101を走行する。以下、本実施形態では、運搬車両120をダンプトラック120として説明する。ダンプトラック120は、運搬車両車載端末121(図2(b)参照)を備える。
補修車両130は、例えば、モータグレーダやブルドーザ等である。鉱山では、上述のように、走行路101は舗装されていない。このため、重量の大きいダンプトラック120により繰り返される往復走行や降雨等により、走行路101の路面状況は悪化する。補修車両130は、このような事情で悪化した走行路101の路面を修復する。以下、本実施形態では、補修車両130をモータグレーダ130として説明する。モータグレーダ130は、補修車両車載端末131(図4(b)参照)を備える。
管理サーバ140は、鉱山内の管理局に配置される。無線中継局150を介して、運搬車両車載端末121および補修車両車載端末131とデータの送受信を行う。本実施形態では、これらの運搬車両車載端末121および補修車両車載端末131から受信したデータを処理し、鉱山内の走行路101の路面を管理する。
[ダンプトラック]
まず、ダンプトラック120の構成について説明する。図2(a)は、ダンプトラック120の外観の側面図であり、図2(b)は、ダンプトラック120が備える運搬車両車載端末121の機能ブロック図である。
まず、ダンプトラック120の構成について説明する。図2(a)は、ダンプトラック120の外観の側面図であり、図2(b)は、ダンプトラック120が備える運搬車両車載端末121の機能ブロック図である。
ダンプトラック120は、図2に示すように、車体211と、左右それぞれの前輪212と、左右それぞれの後輪213と、荷台214と、キャブ215と、左右それぞれの前輪側サスペンション216と、左右それぞれの後輪側サスペンション217と、各種のセンサ220を備える。上記運搬車両車載端末121は、例えば、キャブ215内に配置される。
左右の前輪側サスペンション216は、それぞれ、車体211と左右の前輪212の間に設けられる。左右の後輪側サスペンション217は、それぞれ、車体211と左右の後輪213の間に設けられる。4つのサスペンション216、217は、例えば、油圧シリンダである。
本実施形態では、各種のセンサ220として、図2(b)に示すように、速度センサ221と、角度センサ222と、圧力センサ224と、を備える。
速度センサ221は、左右の前輪212、左右の後輪213それぞれの軸に設けられ、各軸の回転速度を独立して検出する。
角度センサ222は、車体211に設けられ、車体211の傾斜角を検出する。例えば、振り子センサ、MEMS等が用いられる。
圧力センサ224は、前輪側サスペンション216、後輪側サスペンション217にそれぞれ設けられ、油圧シリンダの圧力を検出するサスペンション圧センサである。検出した圧力は、サスペンション圧として出力される。
また、本実施形態のダンプトラック120は、衛星信号受信装置122を備える。衛星信号受信装置122は、例えば、GPS(Global Positioning System)衛星等、複数の航法衛星からの信号を受信する。以下、本実施形態では、衛星信号受信装置122を、GPS受信装置122と呼ぶ。また、受信する航法衛星からの信号も、GPS信号と呼ぶ。
[運搬車両車載端末]
運搬車両車載端末121は、図2(b)に示すように、各種のセンサ220およびGPS受信装置122に接続され、これらで取得したデータを処理し、管理サーバ140に送信する。本実施形態では、さらに、走行路101の路面状況とスリップ率とを算出し、位置情報とともに管理サーバ140に送信する。
運搬車両車載端末121は、図2(b)に示すように、各種のセンサ220およびGPS受信装置122に接続され、これらで取得したデータを処理し、管理サーバ140に送信する。本実施形態では、さらに、走行路101の路面状況とスリップ率とを算出し、位置情報とともに管理サーバ140に送信する。
これを実現するため、本実施形態の運搬車両車載端末121は、図2(b)に示すように、自車位置演算部231と、稼働データ収集部232と、稼働データデータベース(DB)233と、無線通信装置(第1通信装置)234と、路面状態推定部235と、路面状態データベース(DB)236と、を備える。
自車位置演算部231は、GPS受信装置122と稼働データDB233とに接続される。自車位置演算部231は、GPS受信装置122で受信したGPS信号を取得し、そのGPS信号を用いて自車位置を算出する。ここでは、GPS信号を利用した測位方式であるGNSS(Global Navigation Satellite System;全地球航法衛星システム)を用いる。そして、算出した自車位置データを、GPS信号受信時刻とともに、稼働データDB233に記憶する。
なお、用いる航法衛星は、上述のように、GPS衛星に限定されない。例えば、GLONASS、Galileo、準天頂衛星(QZSS)等の衛星測位システムや、これらの組み合わせであってもよい。
本実施形態では、推定する自車位置は、予め定めた座標系の座標値とする。座標系は、例えば、鉱山独自の座標系であってもよいし、座標値が緯度経度の緯度経度座標系を用いてもよい。以下、単に適用座標系と呼ぶ。また、以下、GPS信号受信時刻を取得時刻と呼ぶ。
稼働データ収集部232は、ダンプトラック120の各部に取り付けられた各種センサ220と稼働データDB233とに接続される。各種センサ220からは、当該センサ220が検出したダンプトラック120の各部のセンサ信号を稼働データとして収集する。本実施形態では、例えば、速度センサ221からの各車輪の速度データ、角度センサ222からの角度データ、圧力センサ224からの各サスペンションの圧力データ(以下、サス圧データと呼ぶ。)を、稼働データとして収集する。
なお、本実施形態では、各センサ信号およびGPS信号は、周期的に、略同時刻に取得されるものとする。そして、これらの信号値(データ)は、取得時刻とともに、稼働データDB233に出力される。
稼働データDB233は、自車位置演算部231と稼働データ収集部232とが収集した自車位置データおよび稼働データを記憶する。本実施形態では、それぞれ、取得時刻に対応づけて記憶する。
路面状態推定部235は、稼働データDB233に接続される。路面状態推定部235は、稼働データDB233に格納される稼働データを用いて、走行路101の路面の状態を推定する。本実施形態では、路面状態推定部235は、路面の状態を示す指数として、路面状態量(路面状態データ)とスリップ率とを算出する。
本実施形態では、路面状態推定部235は、路面状態データを、ダンプトラック120のサス圧データと速度データとを用いて算出する。具体的には、以下の式(1)に従って、時刻tに取得された上記データを用いて路面状態データh(t)を算出する。
h(t)=αA/v ・・・(1)
ここで、Aは、サス圧データに関する時刻t前後の所定時間β内すなわちt−βからt+βまでの変動係数であり、vは、時刻tに取得された速度(m/sec)、αは係数である。
h(t)=αA/v ・・・(1)
ここで、Aは、サス圧データに関する時刻t前後の所定時間β内すなわちt−βからt+βまでの変動係数であり、vは、時刻tに取得された速度(m/sec)、αは係数である。
また、路面状態推定部235は、スリップ率を、速度センサ221が取得したダンプトラック120の速度データを用いて算出する。具体的には、例えば、以下の式(2)に従って、時刻tに取得された上記データを用いスリップ率λ(t)を算出する。
λ(t)=|(Vr−V)/Max{Vr,V}| ・・・(2)
ここで、Vrは、時刻tの駆動輪の車輪速度、Vは、時刻tの従動輪の車輪速度、Max{}は、{}内の値の最大値を返す関数であり、||は、||内の値の絶対値を示す(例えば、特許第5336447号公報参照)。本実施形態では、例えば、後輪213の速度センサ221からの速度データを、駆動輪の車輪速度とし、前輪212の速度センサ221からの速度データを従動輪の車輪速度として用いる。
λ(t)=|(Vr−V)/Max{Vr,V}| ・・・(2)
ここで、Vrは、時刻tの駆動輪の車輪速度、Vは、時刻tの従動輪の車輪速度、Max{}は、{}内の値の最大値を返す関数であり、||は、||内の値の絶対値を示す(例えば、特許第5336447号公報参照)。本実施形態では、例えば、後輪213の速度センサ221からの速度データを、駆動輪の車輪速度とし、前輪212の速度センサ221からの速度データを従動輪の車輪速度として用いる。
なお、路面状態データh(t)およびスリップ率λ(t)の算出は、上記手法に限定されない。例えば、路面状態データh(t)は、時刻tのサス圧データの、平坦な路面を一定速度で走行する際のサス圧データに対する比を用いて算出してもよい(例えば、特開2013−166425号公報参照)。また、所定時間内の、サス圧データの最大振幅および周波数を求め、これらの値を路面状態データh(t)としてもよい(例えば、国際公開2015−140966号公報参照)。
算出した路面状態データh(t)およびスリップ率λ(t)は、算出に用いた稼働データの取得時刻t、および、同時刻に取得した自車位置データに対応づけて、路面状態DB236に格納される。なお、稼働データと同時刻に取得した自車位置データが無い場合は、最も近い時刻に取得した自車位置データに対応づけて格納してもよい。
ここで、路面状態DB236の一例を図3(a)に示す。本図に示すように、路面状態DB236は、自車位置236bと、時刻236cと、路面状態データ236dと、スリップ率236eと、を備える。さらに、ダンプトラック120毎に一意に付与される車両IDを備えていてもよい。
無線通信装置234は、管理サーバ140とデータの送受信を行う。本実施形態では、路面状態DB236に接続され、路面状態DB236に新たなデータが格納される毎に、運搬車両データとして管理サーバ140に送信される。なお、運搬車両データは、周期的に、あるいは、管理サーバ140からの求めに応じて送信されてもよい。
ダンプトラック120から、管理サーバ140に送信される運搬車両データ237の一例を図3(b)に示す。運搬車両データ237は、図3(b)に示すように、車両ID237aと、自車位置データ237bと、時刻237cと、路面状態237dと、スリップ率237eと、を含む。
なお、無線通信装置234は、稼働データDB233にも接続され、周期的、あるいは、管理サーバ140からの求めに応じて、稼働データDB233に格納されるデータを管理サーバ140に出力してもよい。
本実施形態の運搬車両車載端末121は、例えば、第1演算装置(CPU)123とメモリと第1記憶装置124と通信インタフェース(無線通信装置234)とを備える汎用情報処理装置で実現される。第1演算装置123が、予め第1記憶装置124に格納されたプログラムをメモリにロードして実行することにより、自車位置演算部231と、稼働データ収集部232と、路面状態推定部235と、を実現する。稼働データDB233および路面状態DB236は、第1記憶装置124に格納される。
また、運搬車両車載端末121は、処理内容を表示させる表示制御部およびディスプレイを備えていてもよい。
[モータグレーダ]
次に、モータグレーダ130について説明する。図4(a)は、モータグレーダ130の外観の側面図であり、図4(b)は、モータグレーダ130が備える補修車両車載端末131の機能ブロック図である。
次に、モータグレーダ130について説明する。図4(a)は、モータグレーダ130の外観の側面図であり、図4(b)は、モータグレーダ130が備える補修車両車載端末131の機能ブロック図である。
本実施形態のモータグレーダ130は、ブレード311とブレードを駆動するブレードアクチュエータ312とを備える。また、センサ320として、図4(b)に示すように、速度センサ321と、角度センサ322と、ブレード角度センサ323とを備える。また、ダンプトラック120同様、航法衛星からの信号を受信する、衛星信号受信装置(GPS受信装置)132を備える。また、補修車両車載端末131は、例えば、運転室内に配置される。
[補修車両車載端末]
補修車両車載端末131は、図3(b)に示すように、センサ320およびGPS受信装置122に接続され、これらで取得したデータを処理し、管理サーバ140に送信する。本実施形態では、補修車両車載端末131は、さらに、モータグレーダ130が補修作業を行ったか否かを検出し、検出結果(作業状態データ)を自己位置データとともに管理サーバ140に送信する。
補修車両車載端末131は、図3(b)に示すように、センサ320およびGPS受信装置122に接続され、これらで取得したデータを処理し、管理サーバ140に送信する。本実施形態では、補修車両車載端末131は、さらに、モータグレーダ130が補修作業を行ったか否かを検出し、検出結果(作業状態データ)を自己位置データとともに管理サーバ140に送信する。
これを実現するため、本実施形態の補修車両車載端末131は、図4(b)に示すように、自車位置演算部331と、稼働データ収集部332と、稼働データベース(DB)333と、無線通信装置(第2通信装置)334と、作業状態推定部335と、作業状態データベース(DB)336と、を備える。
自車位置演算部331、稼働データ収集部332、稼働データDB333、無線通信装置334は、運搬車両車載端末121の同名のものと、基本的に同機能であるため、ここでは、詳細な説明を省略する。ただし、無線通信装置334は、作業状態DB336に接続され、後述の補修車両データを、管理サーバ140に送信する。
作業状態推定部335は、モータグレーダ130が作業しているか否かの情報を取得する。本実施形態では、稼働データDB333に接続され、角度センサ322とブレード角度センサ323とから取得して格納されたセンサ信号(稼働データ)に基づき、作業状態であるか否かを判別する。
作業状態推定部335は、例えば、これらの稼働データを用いて、ブレード311の下端側の先端部の高さ位置を3次元位置として算出し、予め定めた高さ閾値以下となった場合、作業状態と判別する。判別結果は、作業状態データとして、上述の路面状態データ同様、算出に用いた稼働データの取得時刻、および、同時刻に取得した自車位置データに対応づけて、作業状態DB336に格納される。
また、本実施形態の作業状態推定部335は、ダンプトラック120の路面状態推定部235同様に、速度センサ221で取得される速度データを用いて、スリップ率を算出する。
ここで、作業状態DB336の一例を、図3(c)に示す。本図に示すように、作業状態DB336は、自車位置336bと、時刻336cと、作業状態データ336dと、スリップ率336eと、を備える。さらに、モータグレーダ130毎に一意に付与される車両IDを備えていてもよい。なお、作業状態データ336dは、作業有と判別された場合は、1を、その他の場合は、0を格納する場合を例示する。
また、本実施形態のモータグレーダ130から、管理サーバ140に送信される補修車両データ337の一例を図3(d)に示す。補修車両データ337は、図3(d)に示すように、車両ID337aと、自車位置337bと、時刻337cと、作業状態データ337dと、スリップ率337eと、を含む。
補修車両車載端末131も、運搬車両車載端末121同様、第2演算装置(CPU)133とメモリと第2記憶装置134と通信インタフェース(無線通信装置334)とを備える汎用情報処理装置で実現される。第2演算装置133が、予め第2記憶装置134に格納されたプログラムをメモリにロードして実行することにより、自車位置演算部331と、稼働データ収集部332と、作業状態推定部335と、を実現する。稼働データDB333および作業状態DB336は、第2記憶装置134に格納される。
また、補修車両車載端末131は、処理内容を表示させる表示制御部およびディスプレイを備えていてもよい。
以下、ダンプトラック120およびモータグレーダ130を区別する必要が無い場合、両者を単に車両と呼ぶ。また、運搬車両データ237および補修車両データ337も、特に区別する必要が無い場合は、両者を単に車両データと呼ぶ。
[管理サーバ]
次に、管理サーバ140について説明する。図5は、本実施形態の管理サーバ140の機能ブロック図である。
次に、管理サーバ140について説明する。図5は、本実施形態の管理サーバ140の機能ブロック図である。
本実施形態では、管理サーバ140は、各ダンプトラック120および各モータグレーダ130から送信される運搬車両データを用いて、路面状態の変化の様子を把握可能な予測関数を算出し、管理者に提示する。また、予測関数を用い、次回の補修予定時刻を算出し、管理者に提示する。なお、予測関数および補修予定時刻は、走行路101を複数の領域(セグメント)に分割し、セグメント毎に算出される。
これを実現するため、本実施形態の管理サーバ140は、無線通信装置450と、データ分配部410と、路面状態演算部420と、記憶装置430と、表示装置440と、を備える。
路面状態演算部420は、セグメント毎に、路面状態の現在値、平均値、劣化速度等を推定する。このため、路面状態演算部420は、予測関数算出部422と、補修時期推定部423と、リセット部424とを備える。また、記憶装置430には、走行路データDB431と、路面データDB432と、推定値DB433とが格納される。表示装置440は、表示制御部441と、ディスプレイ442と、を備える。
無線通信装置450は、ダンプトラック120およびモータグレーダ130から送信される車両データを、無線中継局150を介して受信する通信インタフェースである。本実施形態では、受信した車両データを、データ分配部410に出力する。
走行路データDB431は、鉱山全体の走行路101の位置データを、セグメントに分けて記憶する。例えば、図6(a)に示すように、適用座標系の座標値で特定される範囲が、セグメント毎に格納される。なお、セグメントの範囲は、走行路101の位置データは、例えば、ダンプトラック120が、複数回、走行路101を往復する間に、ダンプトラック120から送信されるデータに基づいて決定してもよい。
路面データDB432は、図6(b)に示すように、各車両から受信した車両データを、セグメント毎に記憶する。記憶領域は、セグメント毎に設けられる。以下、各データベースの、セグメント毎に設けられる記憶領域を、セグメント記憶領域と呼ぶ。
推定値DB433は、セグメント毎に、路面状態演算部420が算出した推定値を格納する。推定値は、後述するように、例えば、セグメント毎の路面状態の現在値、平均値、劣化速度等である。
データ分配部410は、無線通信装置450と走行路データDB431とに接続される。無線通信装置450を介して受信した各車両データを、送信元の車両が位置するセグメント毎に路面データDB432に記憶する。送信元の車両がいずれのセグメントに位置するかは、車両データ内の自車位置データに基づき判別する。
予測関数算出部422は、路面データDB432と推定値DB433とに接続される。そして、予測関数算出部422は、路面データDB432に蓄積された路面状態データに基づき、予測関数を算出する。予測関数は、セグメント毎に算出される。
具体的には、例えば、予測関数算出部422は、路面データDB432の特定のセグメントの領域に蓄積された路面状態データを、図7に示すようにプロットする。図7のグラフの横軸は時刻[hours]、縦軸は路面状態データである。
そして、予測関数算出部422は、プロット結果に対し、例えば、最小二乗法等でフィッティングを行い、近似関数を予測関数510として決定する。そして、決定した予測関数510の係数を推定値として、推定値DB433の、処理対象のセグメント用に設けられた記憶領域に記憶する。
例えば、図7の例では、予測関数算出部422は、プロット結果を一次関数で近似する。推定値として記憶する係数は、関数の傾きである。この場合、傾きは、劣化速度を示す。
なお、予測関数算出部422は、路面データDB432に登録された路面状態データの最新の値を、路面状態の現在値520として、推定値DB433に登録する。さらに、直近の複数の路面状態データの平均値550もしくは重み付き平均値を、路面状況の現在値として登録してもよい。
また、予測関数算出部422は、予測関数算出に用いた全ての路面状態データを、時刻に対応づけて、推定値DBに登録してもよい。
補修時期推定部423は、推定値DB433に接続される。予測関数算出部422が算出した予測関数510を用いて、セグメント毎に補修時期として補修予定時刻530を推定する。補修予定時刻の推定は、例えば、路面補修閾値540を定めておき、予測関数を外挿することにより、路面状況データの値が当該路面補修閾値を超える時刻を推定する。算出した補修予定時刻は、推定値DB433に記憶する。
リセット部424は、路面データDB432と推定値DB433とに接続され、蓄積されているデータをリセット(破棄)する。本実施形態では、路面データDB432に、作業を行ったことを示す作業状態データ(作業有データ)が登録されると、当該セグメント領域の、その時点までに蓄積されていた全ての路面状態データをリセットする。また、推定値DB433に、作業有データの取得時刻に対応づけて、現在値として0を登録する。
これにより、推定値DB433には、路面状態データとして0が登録される。また、路面データDB432には、蓄積データがなくなるため、予測関数算出部422は、図7に示すように、その後、新たに蓄積された路面状態データのみを用いて、予測関数510を算出する。これは、作業有データが登録される場合、走行路101の当該セグメントは、モータグレーダ130により、補修作業が行われて整地されたものと考えられる。このため、路面状態は、初期状態となると考えられるためである。
また、リセット部424は、路面データDB432に、スリップ率λ(t)が閾値以上のデータが、同時に、予め設定した閾値以上登録されると、全セグメント領域の路面状態データをリセットする。スリップ率λ(t)が閾値以上の車両データが複数の車両から出力されるのは、降雨等の外的要因によって走行路101の路面状態が大幅に変化したと考えられるためである。
表示制御部441は、推定値DB433に接続される。表示制御部441は、推定値DB433に格納されている推定値を用いて、ディスプレイ442に表示する表示データを生成し、ディスプレイ442に表示させる。表示データには、例えば、図7に示す路面状態データと、予測関数510と、現在値520と、平均値550と、補修予定時刻530とが含まれる。
なお、管理サーバ140は、さらに音声出力部を備え、補修予定時刻530を、音声で報知するよう構成してもよい。
本実施形態の管理サーバ140は、CPU(演算装置)460とメモリと記憶装置430と通信インタフェース(無線通信装置450)と出力装置(表示装置440)とを備える情報処理装置で実現される。演算装置460が、予め記憶装置430に格納されたプログラムをメモリにロードして実行することにより、データ分配部410と、路面状態演算部420と、表示制御部441と、を実現する。走行路データDB431と、路面データDB432と、推定値DB433とは、記憶装置430に格納される。
次に、本実施形態の管理サーバ140による路面管理処理の流れを説明する。図8は、本実施形態の路面管理処理の処理フローである。以下、実質的に同時刻に、M(Mは1以上の整数)台の車両から、車両データを受信するものとする。
データ分配部410は、データ数カウンタMctおよびスリップ率カウンタλctを初期化する(ステップS1101)。ここでは、Mct=1、λct=とする。
次に、データ分配部410は、自車位置データと、走行路データDB431の座標を比較し、処理対象の車両データの送信元の車両の位置するセグメントを判定し(ステップS1102)、該当するセグメント番号の路面状態データを路面データDB432の対応するセグメント領域に登録する(ステップS1103)。
次に、リセット部424は、路面データDB432に登録された車両データのスリップ率が、スリップ率閾値λth以下であるか否かを判別する(ステップS1104)。
スリップ率がスリップ率閾値λth以下である場合(S1104;Yes)、ステップS1102へ戻り、次の車両データを処理する(ステップS1105、1106)。
そして、データ分配部410が、M台分の処理を終えると、路面状態演算部420は、新たに登録されたセグメントの数を重複を除いてカウントし、これをK(Kは1以上の整数)として(ステップS1110)、路面状態演算処理を行い(ステップS1111)、処理を終了する。
一方、スリップ率がスリップ率閾値λthより大きい場合(S1104;No)、リセット部424は、スリップ率カウンタλctを1インクリメントする(ステップS1107)。そして、同時刻に受信した車両データ内で、スリップ率がスリップ率閾値λthより大きい車両(高スリップ率車両)の台数が、予め定めた台数閾値Nthを超えたか否かを判別する。ここでは、λctが台数閾値Nthと等しいか否かを判別する(ステップS1108)。
本実施形態では、所定数の車両のスリップ率がスリップ率閾値を超えた場合、雨天であり、路面状況が大幅に変化すると判断する。このため、台数閾値Nthは、このような判断に適切な値に設定する。例えば、全車両の4割、半数、等とする。
高スリップ率車両の台数が、台数閾値Nthより少ない場合(S1108;No)は、ステップS1105へ移行し、処理を続ける。
なお、ステップS1108において、高スリップ率車両の台数が、台数閾値Nthとなった場合(Yes)、リセット部424は、スリップフラグを設定し(ステップS1109)、S1111へ移行する。
次に、上記ステップS1111の、路面状態演算部420による、路面状態演算処理の流れを説明する。図9は、本実施形態の路面状態演算処理の処理フローである。ここでは、路面状態演算処理は、路面データDB432に、新たにデータが登録されたセグメントについてのみ行う。ここで、新たにデータが登録されたセグメント数はK個である。
路面状態演算部420は、まず、スリップフラグが設定されているか否かを判別する(ステップS2101)。
スリップフラグが設定されていない場合、以下の処理を、路面データDB432に新たにデータが登録された全セグメント(K個)について繰り返す。このため、まず、セグメントカウンタKctを初期化(Kct=1)とする(ステップS2102)。
まず、路面状態演算部420は、新たに登録された車両データの送信元がダンプトラック120であるかを判別する(ステップS2103)。判別は、車両データの車両IDで行う。
送信元がダンプトラック120である場合、予測関数算出部422は、路面データDB432の当該セグメント領域に蓄積されている全車両データを用いて、予測関数を決定する(ステップS2104)。
予測関数算出部422は、算出した予測関数の係数を、劣化速度として得る。また、当該セグメント領域に蓄積されている全車両データを用いて、平均値を算出する(ステップS2105)。劣化速度は、例えば、予測関数が一次関数の場合、その傾きを用いる。
次に、予測関数算出部422は、予測関数を外挿し、補修予定時刻を予測する(ステップS2106)。
そして、予測関数算出部422は、算出した平均値、劣化速度および補修予定時刻等の推定値を、推定値DB433に格納する(ステップS2107)。
次に、表示制御部441は、推定値DB433に格納されたデータを用いて、表示画像データを生成し、ディスプレイ442に表示させることにより、ディスプレイ442の表示を更新する(ステップS2108)。
一方、ステップS2103で、送信元がモータグレーダ130と判別された場合、リセット部424は、作業状態データとして、作業有が登録されているか否かを判別する(ステップS2111)。作業無しの場合は、そのまま、ステップS2108へ移行する。
一方、ステップS2111で作業有が登録されている場合は、リセット部424は、現在処理中のセグメントの全路面状態データをリセットするリセット処理を行い(ステップS2112)、路面状態データとして0を推定値DB433に登録し、ステップS2108へ移行する。
以上の処理を、路面状態演算部420は、新たにデータが登録された全セグメントについて、繰り返し(ステップS2109、S2110)、処理を終了する。
一方、ステップS2101で、スリップフラグが設定されている場合(Yes)、リセット部424は、路面データDB432内の全セグメントの路面状態データをリセットするリセット処理を行う(ステップS2121)。このとき、リセット部424は、推定値DB433の各セグメントについて、路面状態データとして0を登録する。
そして、表示制御部441は、全セグメントの表示画像データをリセット処理後の推定値DB433のデータを用いて生成し、ディスプレイ442に表示させることによりディスプレイ442の表示を更新し(ステップS2123)、処理を終了する。
以上説明したように、本実施形態によれば、ダンプトラック120に搭載されて当該ダンプトラック120の位置である自己位置データ、当該ダンプトラック120の走行路101の路面状態データおよび当該ダンプトラック120のスリップ率を周期的に送信する運搬車両車載端末121と、モータグレーダ130に搭載されて当該モータグレーダ130の位置である自己位置データ、作業状態データおよび当該モータグレーダ130のスリップ率を周期的に送信する補修車両車載端末131と、管理サーバ140とを備える。そして、管理サーバ140は、前記ダンプトラック120が走行する走行路101を複数のセグメントに分割し、セグメント毎に前記走行路101の路面状態を管理する。
このとき、管理サーバ140は、ダンプトラック120から自己位置データおよび路面状態データを受信する毎に、その自己位置データで特定される位置を含むセグメントと受信時刻とその路面状態データとを対応づけて路面データDB432に蓄積する。また、管理サーバ140は、モータグレーダ130から自己位置データおよび「作業有」を示す作業状態データを受信する毎に、前記路面データDB432に蓄積された、当該自己位置データで特定される位置を含む前記セグメントの、全ての路面状態データをリセットし、前記路面データDB432に新たに路面状態データが蓄積される毎に、前記セグメント毎に、蓄積された複数の路面状態データに基づいて当該セグメントの路面状態の時間による変化を予測する予測関数を決定し、決定した前記予測関数に従って、補修予定時刻路面補修閾値に達する時間を算出し、出力装置に出力する。
このように、本実施形態によれば、ダンプトラック120のような運搬車両から送信される路面状態データだけでなく、モータグレーダ130のような補修車両から送信される作業状態データも加味し、路面状態の変化を予測する予測関数を決定する。
具体的には、モータグレーダ130から補修作業をしたことを示すデータが送信された場合、走行路101の中の、送信元のモータグレーダ130の位置する領域のみ、整備済みと判断し、予測関数をリセットする。
そして、他の箇所についてのみ、決定した予測関数に基づいて、補修時間を予測する。このため、より実際の状況に即した高精度な予測ができる。そして、この精度の良い予測に基づき、管理者は補修計画を立てることができるため、合理的で高精度な路面整備計画を立てることができ、効率的に路面管理を行うことができる。
さらに、本実施形態によれば、各車両からスリップ率を受信し、当該スリップ率データの変動もモニタする。そして、同時刻に、予め定めた数以上の車両からのスリップ率が、所定値を超えた場合、予測関数をリセットする。これは、同時刻に所定数以上の車両のスリップ率が高くなっている場合、雨天となったことを意味するためである。そして、この場合、鉱山全域の予測関数をリセットする。すなわち、本実施形態によれば、路面状態のデータだけでなく、スリップ率も考慮し、路面の変化状況を判別する。このため、天候の変化、例えば、降雨等により、路面の状況が大幅に変化した場合であっても、適切に対応できる。
なお、上記実施形態では、路面状態データ、スリップ率、作業状態データを、それぞれ、車両側で算出し、管理サーバ140に送信している。しかしながら、車両から管理サーバ140に自車位置データ、取得時刻、および、稼働状態データを送信し、これらのデータを用いて管理サーバ140側で算出してもよい。
また、上記実施形態では、補修予測時間を、ディスプレイ442に表示することにより、管理者に通知している。しかしながら、管理者への通知手法は、これに限定されない。例えば、音声等で通知するよう構成してもよい。
なお、本発明は、上述した実施形態に限定するものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上述した実施形態は本発明を分かり易く説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定するものではない。
100:路面管理システム、101:走行路、110:作業車両、120:ダンプトラック(運搬車両)、121:運搬車両車載端末、122:GPS受信装置(衛星信号受信装置)、123:第1演算装置、124:第1記憶装置、130:モータグレーダ(補修車両)、131:補修車両車載端末、133:第2演算装置、134:第2記憶装置、140:管理サーバ、150:無線中継局、
211:車体、212:前輪、213:後輪、214:荷台、215:キャブ、216:前輪側サスペンション、217:後輪側サスペンション、220:センサ、221:速度センサ、222:角度センサ、224:圧力センサ、231:自車位置演算部、232:稼働データ収集部、233:稼働データDB、234:無線通信装置(第1通信装置)、235:路面状態推定部、236:路面状態DB、236b:自車位置、236c:時刻、236d:路面状態データ、236e:スリップ率、237:運搬車両データ、237a:車両ID、237c:時刻、237b:自車位置データ、237d:路面状態、237e:スリップ率、
311:ブレード、312:ブレードアクチュエータ、320:センサ、321:速度センサ、322:角度センサ、323:ブレード角度センサ、331:自車位置演算部、332:稼働データ収集部、333:稼働データDB、334:無線通信装置(第2通信装置)、335:作業状態推定部、336:作業状態DB、336b:自車位置、336c:時刻、336d:作業状態データ、336e:スリップ率、337:補修車両データ、337a:車両ID、337c:時刻、337b:自車位置データ、337d:作業状態データ、337e:スリップ率、
410:データ分配部、420:路面状態演算部、422:予測関数算出部、423:補修時期推定部、424:リセット部、430:記憶装置、431:走行路データDB、432:路面データDB、433:推定値DB、440:表示装置、441:表示制御部、442:ディスプレイ、450:無線通信装置、460:演算装置、
510:予測関数、520:現在値、530:補修予定時刻、540:路面補修閾値、550:平均値、h:路面状態データ、λ:スリップ率
211:車体、212:前輪、213:後輪、214:荷台、215:キャブ、216:前輪側サスペンション、217:後輪側サスペンション、220:センサ、221:速度センサ、222:角度センサ、224:圧力センサ、231:自車位置演算部、232:稼働データ収集部、233:稼働データDB、234:無線通信装置(第1通信装置)、235:路面状態推定部、236:路面状態DB、236b:自車位置、236c:時刻、236d:路面状態データ、236e:スリップ率、237:運搬車両データ、237a:車両ID、237c:時刻、237b:自車位置データ、237d:路面状態、237e:スリップ率、
311:ブレード、312:ブレードアクチュエータ、320:センサ、321:速度センサ、322:角度センサ、323:ブレード角度センサ、331:自車位置演算部、332:稼働データ収集部、333:稼働データDB、334:無線通信装置(第2通信装置)、335:作業状態推定部、336:作業状態DB、336b:自車位置、336c:時刻、336d:作業状態データ、336e:スリップ率、337:補修車両データ、337a:車両ID、337c:時刻、337b:自車位置データ、337d:作業状態データ、337e:スリップ率、
410:データ分配部、420:路面状態演算部、422:予測関数算出部、423:補修時期推定部、424:リセット部、430:記憶装置、431:走行路データDB、432:路面データDB、433:推定値DB、440:表示装置、441:表示制御部、442:ディスプレイ、450:無線通信装置、460:演算装置、
510:予測関数、520:現在値、530:補修予定時刻、540:路面補修閾値、550:平均値、h:路面状態データ、λ:スリップ率
Claims (4)
- 運搬車両が走行する走行路を複数のセグメントに分割し、セグメント毎に前記走行路の路面状態を管理する路面管理システムであって、
演算装置と記憶装置と出力装置と通信装置とを備える管理サーバと、
前記運搬車両に搭載され、第1演算装置と第1通信装置とを備える運搬車両車載端末と、
前記走行路を補修する補修車両に搭載され、第2演算装置と第2通信装置とを備える補修車両車載端末と、を備え、
前記第1演算装置は、前記運搬車両に取り付けられたセンサから入力された信号に基づき前記走行路の路面状態データを算出し、算出した前記路面状態データを、当該運搬車両の位置データである運搬車両位置データとともに、前記第1通信装置を介して前記管理サーバに送信し、
前記第2演算装置は、前記補修車両に取り付けられたセンサから入力された信号に基づき当該補修車両の作業状態を示す作業状態データを算出し、算出した前記作業状態データを、当該補修車両の位置データである補修車両位置データとともに、前記第2通信装置を介して前記管理サーバに送信し、
前記演算装置は、
前記通信装置と前記記憶装置と前記出力装置とに接続され、
前記通信装置で前記運搬車両位置データおよび前記路面状態データを受信する毎に、当該運搬車両位置データで特定される位置を含む前記セグメントと受信時刻と当該路面状態データとを対応づけて前記記憶装置に蓄積し、
前記通信装置で前記補修車両位置データおよび作業有を示す前記作業状態データを受信する毎に、当該補修車両位置データで特定される位置を含む前記セグメントに対応づけて前記記憶装置に蓄積された前記路面状態データをリセットし、
前記記憶装置に新たに前記路面状態データが蓄積される毎に、前記セグメント毎に、蓄積された複数の前記路面状態データに基づいて当該セグメントの路面状態の時間による変化を予測する予測関数を決定し、決定した前記予測関数に従って、補修予定時刻として路面補修閾値に達する時間を算出し、
前記出力装置に算出した前記補修予定時刻を出力すること
を特徴とする路面管理システム。 - 請求項1記載の路面管理システムであって、
前記運搬車両に取り付けられたセンサは、
前記運搬車両の速度を検出する速度センサと、
前記運搬車両のサスペンション圧を検出するサスペンション圧センサと、を含み、
前記第1演算装置は、前記サスペンション圧の変動係数を前記運搬車両の速度で除算することにより、前記路面状態データを算出すること
を特徴とする路面管理システム。 - 請求項1記載の路面管理システムであって、
前記第1演算装置は、前記センサからの信号に基づき前記運搬車両のスリップ率を算出し、前記運搬車両位置データとともに当該スリップ率をさらに送信し、
前記第2演算装置は、前記センサからの信号に基づき前記補修車両のスリップ率を算出し、前記補修車両位置データとともに当該スリップ率をさらに周期的に送信し、
前記演算装置は、前記通信装置で前記スリップ率を受信する毎に、スリップ率閾値と比較し、前記スリップ率が前記スリップ率閾値より大きい前記運搬車両および前記補修車両の台数を積算し、積算値が台数閾値以上である場合、前記記憶装置に蓄積された全てのセグメントの全ての前記路面状態データをリセットすること
を特徴とする路面管理システム。 - 運搬車両が走行する走行路を複数のセグメントに分割し、セグメント毎に前記走行路の路面状態を管理する路面管理システムにおける路面管理方法であって、
前記路面管理システムは、演算装置と記憶装置と出力装置と通信装置とを備える管理サーバと、前記運搬車両に搭載され、第1演算装置と第1通信装置とを備える運搬車両車載端末と、前記走行路を補修する補修車両に搭載され、第2演算装置と第2通信装置とを備える補修車両車載端末と、を備え、
前記第1演算装置は、前記運搬車両に取り付けられたセンサから入力された信号に基づき前記走行路の路面状態データを算出し、算出した前記路面状態データを、当該運搬車両の位置データである運搬車両位置データとともに、前記第1通信装置を介して前記管理サーバに送信し、
前記第2演算装置は、前記補修車両に取り付けられたセンサから入力された信号に基づき当該補修車両の作業状態を示す作業状態データを算出し、算出した前記作業状態データを、当該補修車両の位置データである補修車両位置データとともに、前記通信装置を介して前記管理サーバに周期的に送信し、
前記演算装置は、
前記通信装置と前記記憶装置と前記出力装置とに接続され、
前記通信装置で前記運搬車両位置データおよび前記路面状態データを受信する毎に、当該運搬車両位置データで特定される位置を含む前記セグメントと受信時刻と当該路面状態データとを対応づけて前記記憶装置に蓄積するとともに、前記通信装置で前記補修車両位置データおよび作業有を示す前記作業状態データを受信する毎に、当該補修車両位置データで特定される位置を含む前記セグメントに対応づけて前記記憶装置に蓄積された前記路面状態データをリセットし、
前記記憶装置に新たに前記路面状態データが蓄積される毎に、前記セグメント毎に、蓄積された複数の前記路面状態データに基づいて当該セグメントの路面状態の時間による変化を予測する予測関数を決定し、
決定した前記予測関数に従って、補修予定時刻として路面補修閾値に達する時間を算出し、
前記出力装置に前記補修予定時刻を出力すること
を特徴とする路面管理方法。
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