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WO2023119871A1 - 自動走行を行う農業機械のための経路計画システムおよび経路計画方法 - Google Patents

自動走行を行う農業機械のための経路計画システムおよび経路計画方法 Download PDF

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WO2023119871A1
WO2023119871A1 PCT/JP2022/040395 JP2022040395W WO2023119871A1 WO 2023119871 A1 WO2023119871 A1 WO 2023119871A1 JP 2022040395 W JP2022040395 W JP 2022040395W WO 2023119871 A1 WO2023119871 A1 WO 2023119871A1
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WO
WIPO (PCT)
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route
road
farm
work
work vehicle
Prior art date
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Application number
PCT/JP2022/040395
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English (en)
French (fr)
Inventor
隼輔 宮下
裕亮 村田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Kubota Corp
Original Assignee
Kubota Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Kubota Corp filed Critical Kubota Corp
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Priority to JP2023569123A priority patent/JP7766109B2/ja
Publication of WO2023119871A1 publication Critical patent/WO2023119871A1/ja
Priority to US18/749,205 priority patent/US20240338037A1/en
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    • A01B69/007—Steering or guiding of agricultural vehicles, e.g. steering of the tractor to keep the plough in the furrow
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    • G05D2111/10—Optical signals
    • G05D2111/17—Coherent light, e.g. laser signals

Definitions

  • the present disclosure relates to a route planning system and a route planning method for agricultural machines that automatically travel.
  • Patent Documents 1 and 2 disclose an example of a system that automatically drives an unmanned working vehicle between two fields separated from each other by a road.
  • the present disclosure provides a system and method for generating suitable paths for agricultural machinery that automatically travels.
  • a route planning system in an exemplary embodiment of the present disclosure is a route planning system for agricultural machines that automatically travel inside and outside a field.
  • the route planning system includes a storage device that stores a map of an area including a plurality of fields and roads around the plurality of fields, and a processing device that generates a route of the agricultural machine on the map.
  • the map indicates whether each road is a farm road, whether each road is along a specific feature, and whether each road is a road that can normally receive satellite signals from GNSS satellites. It includes attribute information indicating at least one of whether or not.
  • the processing device prioritizes a farm road or a road along the specific feature based on the attribute information. , and a route giving priority to a road on which the satellite signal can be normally received is generated as the route of the agricultural machine.
  • a computer-readable storage medium may include both volatile and non-volatile storage media.
  • a device may consist of a plurality of devices. When the device is composed of two or more devices, the two or more devices may be arranged in one device, or may be divided and arranged in two or more separate devices. .
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of an agricultural management system according to an exemplary embodiment of the present disclosure
  • FIG. FIG. 2 is a side view schematically showing an example of a work vehicle and implements connected to the work vehicle
  • 1 is a block diagram showing a configuration example of a work vehicle and implements
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an example of a work vehicle that performs positioning by RTK-GNSS
  • FIG. 3 is a diagram showing an example of an operation terminal and an operation switch group provided inside a cabin; It is a block diagram which illustrates the hardware constitutions of a management apparatus and a terminal device.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a working vehicle that automatically travels along a target route in a field; 4 is a flowchart showing an example of steering control operation during automatic driving; FIG. 3 is a diagram showing an example of a working vehicle that travels along a target route P; FIG. 4 is a diagram showing an example of a work vehicle that is shifted to the right from a target path P; FIG. 4 is a diagram showing an example of a work vehicle that is shifted to the left from a target path P; FIG. 4 is a diagram showing an example of a work vehicle facing in a direction that is inclined with respect to a target path P; FIG.
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a situation in which a plurality of work vehicles are automatically traveling on roads inside and outside a field; It is a figure which shows an example of the setting screen displayed on a terminal device. It is a figure which shows the example of the schedule of agricultural work produced by the management apparatus. It is a figure which shows an example of GUI displayed on a display apparatus. 14 is a flowchart showing route generation processing in the example of FIG. 13; FIG. 10 is a diagram showing another example of GUI displayed on the display device; FIG. 2 is a diagram showing an example of a map of an area in which a work vehicle travels; FIG. 10 is a diagram showing an example of a route generated when the "farm road priority" mode is selected; FIG.
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a route generated when a "waterway priority" mode is selected;
  • FIG. 5 is a diagram showing another example of a map of an area in which work vehicles travel;
  • FIG. 10 illustrates an example of a route generated when the “GNSS preferred” mode is selected;
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing an example of a situation in which a work vehicle is traveling near a row of trees;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of received strength of satellite signals;
  • FIG. 10 is a diagram showing another example of the reception strength of satellite signals;
  • FIG. 10 is a diagram showing an example of a route generated by the management device when the "time priority" mode is selected;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a global route; It is a figure which shows an example of the table which shows the correspondence of a waiting place and an agricultural field.
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of global routes generated in a working day;
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of global and local paths generated in an environment with obstacles;
  • Fig. 2 is a flow chart showing a method of route planning and cruise control;
  • agricultural machinery means machinery used in agricultural applications.
  • Examples of agricultural machinery include tractors, harvesters, rice transplanters, ride-on tenders, vegetable transplanters, lawn mowers, seeders, fertilizer applicators, and agricultural mobile robots.
  • a working vehicle such as a tractor functions not only as an “agricultural machine” alone, but also as a single “agricultural machine” in which a working vehicle (implement) attached to or towed by the working vehicle and the working vehicle as a whole function.
  • Agricultural machines perform farm work such as plowing, sowing, pest control, fertilization, planting of crops, or harvesting on the ground in fields. These agricultural operations are sometimes referred to as “ground operations” or simply “operations.” Traveling while a vehicle-type agricultural machine performs farm work is sometimes referred to as "working travel.”
  • “Automated operation” means that the movement of agricultural machinery is controlled by the operation of the control device, not by manual operation by the driver.
  • Agricultural machines that operate automatically are sometimes called “automatic driving farm machines” or “robot farm machines”.
  • automated driving farm machines not only the movement of the agricultural machine but also the operation of agricultural work (for example, the operation of the working machine) may be automatically controlled.
  • the agricultural machine is a vehicle-type machine
  • the automatic driving of the agricultural machine is called “automatic driving”.
  • the controller may control at least one of the steering, movement speed regulation, movement start and stop necessary for movement of the agricultural machine.
  • the control device may control operations such as raising and lowering the work implement and starting and stopping the operation of the work implement.
  • Movement by automatic operation may include not only movement of the agricultural machine toward a destination along a predetermined route, but also movement following a tracking target.
  • An agricultural machine that operates automatically may move partially based on a user's instruction.
  • the agricultural machine that automatically operates may operate in a manual operation mode in which the agricultural machine is moved by manual operation by the driver.
  • the act of steering an agricultural machine not by manual operation but by the action of a control device is called "automatic steering".
  • Part or all of the controller may be external to the agricultural machine.
  • Communication, such as control signals, commands, or data, may occur between a control device external to the agricultural machine and the agricultural machine.
  • An agricultural machine that operates automatically may move autonomously while sensing the surrounding environment without a human being involved in controlling the movement of the agricultural machine.
  • Agricultural machines capable of autonomous movement can run unmanned inside or outside a field (for example, on roads). Obstacle detection and obstacle avoidance operation may be performed during autonomous movement.
  • a "work plan” is data that defines a schedule for one or more farm work to be performed by an agricultural machine.
  • a work plan may include, for example, information indicating the order of farm work to be performed by the agricultural machine and the field on which each farm work is to be performed.
  • the work plan may include information about the days and times each farm work is scheduled to occur.
  • a work plan that includes information on the days and times each farm work is scheduled to be performed is specifically referred to as a "work schedule" or simply a "schedule".
  • the work schedule may include information on the scheduled start time and/or the scheduled end time of each farm work to be performed on each work day.
  • the work plan or work schedule may include information such as the content of work, the implements used, and/or the types and amounts of agricultural materials used for each agricultural work.
  • agricultural material means a material used in agricultural work performed by agricultural machinery. Agricultural materials are sometimes simply referred to as “materials.” Agricultural materials may include materials consumed by agricultural operations, such as pesticides, fertilizers, seeds, or seedlings.
  • the work plan may be created by a processing device that communicates with the agricultural machine to manage farm work, or a processing device mounted on the agricultural machine. The processing device can, for example, create a work plan based on information input by a user (a farmer, farm worker, etc.) by operating a terminal device.
  • a processing device that communicates with agricultural machines and manages farm work is referred to as a “management device”.
  • the management device may manage farm work of a plurality of agricultural machines.
  • the management device may create a work plan including information on each farm work performed by each of the plurality of agricultural machines.
  • the work plan may be downloaded by each agricultural machine and stored in storage. According to the work plan, each agricultural machine can automatically go to the field and perform the scheduled agricultural work.
  • Environmental map is data expressing the position or area of an object existing in the environment in which the agricultural machine moves, using a predetermined coordinate system.
  • Environmental maps are sometimes simply referred to as "maps" or “map data”.
  • the coordinate system that defines the environment map can be, for example, a world coordinate system, such as a geographic coordinate system fixed with respect to the earth.
  • the environment map may include information other than position (for example, attribute information and other information) about objects existing in the environment.
  • Environmental maps include various types of maps, such as point cloud maps or grid maps. Local map or partial map data generated or processed in the process of constructing an environment map is also referred to as a "map" or "map data”.
  • “Farm road” means a road that is mainly used for agricultural purposes.
  • Agricultural roads are not limited to roads paved with asphalt, but also include unpaved roads covered with soil or gravel.
  • Agricultural roads include roads (including private roads) exclusively passable by vehicle-type agricultural machines (for example, work vehicles such as tractors) and roads passable by general vehicles (passenger cars, trucks, buses, etc.). The work vehicle may automatically travel on general roads in addition to farm roads.
  • General roads are roads maintained for general vehicle traffic.
  • “Landscape” means an object that exists on the ground. Examples of features include waterways, grasses, trees, roads, fields, ditches, rivers, bridges, forests, mountains, rocks, buildings, railroad tracks, and the like. Things that do not exist in the real world, such as boundaries, place names, building names, field names, and route names, are not included in the “features” in the present disclosure.
  • GNSS satellite means an artificial satellite in the Global Navigation Satellite System (GNSS).
  • GNSS Global Navigation Satellite System
  • GNSS is a general term for satellite positioning systems such as GPS (Global Positioning System), QZSS (Quasi-Zenith Satellite System), GLONASS, Galileo, and BeiDou.
  • GNSS satellites are satellites in these positioning systems. Signals transmitted from GNSS satellites are referred to as "satellite signals.”
  • a “GNSS receiver” is a device that receives radio waves transmitted from a plurality of GNSS satellites and performs positioning based on signals superimposed on the radio waves.
  • GNSS data is data output from the GNSS receiver.
  • GNSS data may be generated in a predetermined format, such as the NMEA-0183 format, for example.
  • GNSS data may include, for example, information indicative of the reception status of satellite signals received from individual satellites.
  • the GNSS data may include values indicating the identification number, elevation, azimuth, and received strength of each satellite from which the satellite signal was received.
  • the received strength is a numerical value that indicates the strength of the received satellite signal.
  • the received intensity can be expressed by a value such as a carrier to noise density ratio (C/N0), for example.
  • the GNSS data may include position information of a GNSS receiver or agricultural machine calculated based on received satellite signals. Location information may be represented by, for example, latitude, longitude, and height above mean sea level.
  • the GNSS data may also include information indicating the reliability of the location information.
  • “Satellite signals can be received normally” means that satellite signals can be received stably to the extent that the reliability of positioning is not greatly reduced. Inability to receive satellite signals normally is sometimes referred to as "satellite signal reception failure". "Satellite signal reception failure" is a state in which the reliability of positioning is lower than in normal conditions due to deterioration of satellite signal reception conditions. Poor reception can occur, for example, when the number of detected satellites is small (eg, 3 or less), when the received strength of each satellite signal is low, or when multipath occurs. Whether or not reception interference occurs can be determined, for example, based on information about satellites included in the GNSS data. For example, the presence or absence of reception interference can be determined based on the value of reception intensity for each satellite included in the GNSS data, or the value of DOP (Dilution of Precision) indicating the status of satellite placement.
  • DOP Deution of Precision
  • Global path means the data of the route from the starting point to the destination point when the agricultural machine moves automatically, generated by the processing device that performs the route planning. Generating a global path is called global path planning or global path design. In the following description, the global route is also called “target route” or simply “route”.
  • a global path may be defined, for example, by coordinate values of points through which the agricultural machine should pass. A point through which the agricultural machine should pass is called a "waypoint", and a line segment connecting adjacent waypoints is called a "link”.
  • Local path means a local path capable of avoiding obstacles, which is sequentially generated when the agricultural machine automatically moves along the global path. Generating local paths is called local path planning or local path design.
  • a local route is sequentially generated based on data acquired by one or more sensing devices provided on the agricultural machine while the agricultural machine is moving.
  • a local route may be defined by multiple waypoints along a portion of the global route. However, if an obstacle exists in the vicinity of the global path, waypoints may be set to bypass the obstacle.
  • the length of the links between waypoints in the local path is shorter than the length of the links between waypoints in the global path.
  • the device that generates the local route may be the same as or different from the device that generates the global route.
  • a management device that manages farm work by an agricultural machine may generate a global route, and a controller mounted on the agricultural machine may generate a local route.
  • the combination of the management device and the control device functions as the "processing device" that performs the route planning.
  • a farm machine controller may function as a processor that performs both global and local path design.
  • a "storage place” is a place set up to store agricultural machinery.
  • the storage location may be, for example, a location managed by the user of the agricultural machine or a location jointly operated by multiple users.
  • a storage location may be, for example, a location reserved for storage of agricultural machinery, such as a warehouse, barn, or parking lot at a user's (such as a farmer's) home or business.
  • the location of the storage location may be pre-registered and recorded in the storage device.
  • a “standby place” is a place set up to stand by while agricultural machinery is not doing farm work.
  • One or more waiting locations may be provided in the environment in which the agricultural machine operates autonomously.
  • the storage location described above is an example of a standby location.
  • a waiting place may be a place jointly managed or used by a plurality of users.
  • a waiting area can be, for example, a warehouse, garage, barn, parking lot, or other facility.
  • the holding location may be a warehouse, barn, garage, or parking lot at a farmer's home or business that is different from the agricultural machine user.
  • a plurality of waiting locations may be interspersed in the environment in which the agricultural machinery moves.
  • work such as replacement or maintenance of agricultural machinery parts or implements, or replenishment of materials may be performed. In that case, parts, tools, or materials necessary for those operations can be placed in the waiting area.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining an overview of an agricultural management system according to an exemplary embodiment of the present disclosure.
  • the agricultural management system shown in FIG. 1 includes a work vehicle 100 , a terminal device 400 and a management device 600 .
  • Terminal device 400 is a computer used by a user who remotely monitors work vehicle 100 .
  • the management device 600 is a computer managed by a business operator who operates an agricultural management system.
  • Work vehicle 100 , terminal device 400 , and management device 600 can communicate with each other via network 80 .
  • a farm management system may include multiple work vehicles or other agricultural machinery.
  • the work vehicle 100 in this embodiment is a tractor.
  • Work vehicle 100 can be equipped with implements on one or both of the rear and front portions.
  • the work vehicle 100 can travel in a field while performing farm work according to the type of implement.
  • the work vehicle 100 may travel inside or outside the field without the implements attached.
  • the work vehicle 100 has an automatic driving function.
  • the work vehicle 100 can be driven not by manual operation but by the function of the control device.
  • the control device in this embodiment is provided inside the work vehicle 100 and can control both the speed and steering of the work vehicle 100 .
  • the work vehicle 100 can automatically travel not only inside the farm field but also outside the farm field (for example, roads).
  • the work vehicle 100 is equipped with devices such as a GNSS receiver and a LiDAR sensor, which are used for positioning or self-position estimation.
  • the control device of work vehicle 100 automatically causes work vehicle 100 to travel based on the position of work vehicle 100 and the target route information generated by management device 600 .
  • the control device controls the operation of the implements in addition to the travel control of the work vehicle 100 .
  • the work vehicle 100 can perform farm work using implements while automatically traveling in the field.
  • the work vehicle 100 can automatically travel along the target route on a road outside the field (for example, a farm road or a general road).
  • the work vehicle 100 When the work vehicle 100 automatically travels along a road outside a field, the work vehicle 100 follows a target route along a local route capable of avoiding obstacles based on data output from a sensing device such as a camera or a LiDAR sensor. Run while generating. Work vehicle 100 may travel in a field while generating a local route in the same manner as described above, or may travel along a target route without generating a local route and an obstacle is detected. You may perform the operation
  • a sensing device such as a camera or a LiDAR sensor
  • the management device 600 is a computer that manages farm work by the work vehicle 100 .
  • the management device 600 may be a server computer that centrally manages information about agricultural fields on the cloud and supports agriculture by utilizing data on the cloud, for example.
  • the management device 600 can, for example, create a work plan for the work vehicle 100 and generate a target route for the work vehicle 100 according to the work plan.
  • management device 600 may generate the target route of work vehicle 100 in response to an operation using terminal device 400 by the user.
  • the target route that is, the global route
  • the target route that is, the global route of work vehicle 100 generated by management device 600 is simply referred to as a “route”.
  • the management device 600 includes a storage device and a processing device.
  • a storage device stores a map of an area including a plurality of fields and roads around those fields.
  • the processing device generates a route for work vehicle 100 on the map.
  • the map indicates whether each road is a farm road, whether each road is along a particular feature such as a waterway or river, and whether each road can successfully receive satellite signals from GNSS satellites. It includes attribute information indicating at least one of whether it is a road or not.
  • the processing device When generating a route to a field or a route from a field to another place, the processing device generates a route that gives priority to farm roads, a route that gives priority to roads along specific features, and a route that gives priority to roads along specific features, based on attribute information. At least one route that gives priority to a road on which signals can be normally received is generated as a route for the work vehicle 100 . Through such processing, a suitable route for automatic travel of work vehicle 100 can be generated, as will be described later in
  • the management device 600 generates target routes using different methods inside and outside the field.
  • the management device 600 generates a target route in the field based on information about the field.
  • the management device 600 can store the pre-registered outline of the field, the area of the field, the position of the entrance/exit of the field, the width of the work vehicle 100, the width of the implement, the content of the work, the type of crops to be cultivated, and the growth of the crops.
  • a target path in a field can be generated based on a variety of information, such as area, crop growth, or crop row or furrow spacing.
  • Management device 600 generates a target course in a field based on information which a user inputted using terminal device 400 or other devices, for example.
  • the management device 600 generates a route in the field so as to cover the entire work area where work is performed, for example.
  • the management device 600 generates a target route outside the field according to the work plan or the instruction of the user.
  • the management device 600 can determine the order of farm work indicated by the work plan, the position of the field where each farm work is performed, the position of the entrance/exit of the field, the scheduled start and end times of each farm work, the attributes of each road recorded on the map, and the A target route outside the field can be generated based on a variety of information, such as information, road conditions, weather conditions, or traffic conditions.
  • the management device 600 may generate a target route based on information indicating a route or waypoints designated by the user by operating the terminal device 400, regardless of the work plan.
  • the management device 600 may be configured to generate a route that gives priority to specific types of roads according to the priority items selected by the user by operating the terminal device 400 .
  • a particular type of road may be, for example, a road along a particular feature such as a farm road, a waterway, a road that allows good reception of satellite signals, or a road that allows the destination to be reached in the shortest amount of time. Details of a method of generating a route with priority given to such a specific type of road will be described later.
  • the management device 600 may further generate and edit an environment map based on data collected by the work vehicle 100 or other mobile body using a sensing device such as a LiDAR sensor. Management device 600 transmits the generated work plan, target route, and environment map data to work vehicle 100 . Work vehicle 100 automatically performs movement and farm work based on those data.
  • the global route design and the generation (or editing) of the environment map are not limited to the management device 600, and may be performed by another device.
  • the control device of work vehicle 100 may perform global route design or environment map generation or editing.
  • the terminal device 400 is a computer used by a user who is remote from the work vehicle 100 .
  • the terminal device 400 shown in FIG. 1 is a laptop computer, but is not limited to this.
  • the terminal device 400 may be a stationary computer such as a desktop PC (personal computer), or a mobile terminal such as a smart phone or tablet computer.
  • the terminal device 400 can be used to remotely monitor the work vehicle 100 or remotely operate the work vehicle 100 .
  • the terminal device 400 can display images captured by one or more cameras included in the work vehicle 100 on the display. The user can view the image, check the surroundings of work vehicle 100, and send an instruction to stop or start work vehicle 100.
  • the terminal device 400 can also display on the display a setting screen for the user to input information necessary for creating a work plan (for example, a schedule for each agricultural work) for the work vehicle 100 .
  • a work plan for example, a schedule for each agricultural work
  • the terminal device 400 transmits the input information to the management device 600 .
  • Management device 600 creates a work plan based on the information.
  • Terminal device 400 may also be used to register one or more farm fields where work vehicle 100 performs farm work, a storage location for work vehicle 100, and one or more standby locations where work vehicle 100 temporarily waits.
  • the terminal device 400 may further have a function of displaying on the display a setting screen for the user to input information necessary for setting the target route.
  • FIG. 2 is a side view schematically showing an example of work vehicle 100 and implement 300 coupled to work vehicle 100.
  • the work vehicle 100 in this embodiment can operate in both manual operation mode and automatic operation mode. In the automatic operation mode, work vehicle 100 can run unmanned. The work vehicle 100 can be automatically driven both inside and outside the field.
  • the work vehicle 100 includes a vehicle body 101 , a prime mover (engine) 102 and a transmission (transmission) 103 .
  • a vehicle body 101 is provided with wheels 104 with tires and a cabin 105 .
  • Wheels 104 include a pair of front wheels 104F and a pair of rear wheels 104R.
  • a driver's seat 107 , a steering device 106 , an operation terminal 200 , and a group of switches for operation are provided inside the cabin 105 .
  • one or both of the front wheels 104F and the rear wheels 104R may be replaced with wheels (crawlers) equipped with tracks instead of wheels with tires.
  • the work vehicle 100 includes a plurality of sensing devices that sense the surroundings of the work vehicle 100.
  • the sensing device includes multiple cameras 120 , LiDAR sensors 140 and multiple obstacle sensors 130 .
  • the cameras 120 may be provided on the front, rear, left, and right of the work vehicle 100, for example. Camera 120 photographs the environment around work vehicle 100 and generates image data. Images acquired by the camera 120 can be transmitted to the terminal device 400 for remote monitoring. The image may be used to monitor work vehicle 100 during unmanned operation. The camera 120 can also be used to generate images for recognizing surrounding features or obstacles, white lines, signs, displays, etc. when the work vehicle 100 travels on a road outside the field (farm road or general road). can be used.
  • the LiDAR sensor 140 in the example of FIG. 2 is arranged at the lower front portion of the vehicle body 101. LiDAR sensor 140 may be provided at other locations.
  • the LiDAR sensor 140 detects the distance and direction to each measurement point of an object present in the surrounding environment, or two-dimensional or three-dimensional coordinate values of each measurement point, while the work vehicle 100 is mainly traveling outside the farm field. Repeatedly outputs sensor data indicating The sensor data output from LiDAR sensor 140 is processed by the control device of work vehicle 100 .
  • the control device can estimate the self-location of the work vehicle 100 by matching the sensor data and the environment map.
  • the control device further detects objects such as obstacles existing around work vehicle 100 based on the sensor data, and generates a local route along which work vehicle 100 should actually travel along the global route. be able to.
  • the controller can also generate or edit an environment map using algorithms such as SLAM (Simultaneous Localization and Mapping).
  • Work vehicle 100 may include multiple LiDAR sensors arranged at different locations and with
  • a plurality of obstacle sensors 130 shown in FIG. 2 are provided at the front and rear of the cabin 105. Obstacle sensors 130 may be placed at other locations as well. For example, one or more obstacle sensors 130 may be provided anywhere on the sides, front, and rear of the vehicle body 101 . Obstacle sensors 130 may include, for example, laser scanners or ultrasonic sonars. The obstacle sensor 130 is used to detect surrounding obstacles and stop or detour the work vehicle 100 during automatic travel.
  • a LiDAR sensor 140 may be utilized as one of the obstacle sensors 130 .
  • the work vehicle 100 further includes a GNSS unit 110.
  • GNSS unit 110 includes a GNSS receiver.
  • the GNSS receiver may include an antenna that receives signals from GNSS satellites and a processor that calculates the position of work vehicle 100 based on the signals received by the antenna.
  • the GNSS unit 110 receives satellite signals transmitted from multiple GNSS satellites and performs positioning based on the satellite signals. Although the GNSS unit 110 in this embodiment is provided above the cabin 105, it may be provided at another position.
  • the GNSS unit 110 may include an inertial measurement unit (IMU). Signals from the IMU can be used to supplement the location data.
  • the IMU can measure the tilt and minute movements of work vehicle 100 . Positioning performance can be improved by using data obtained by the IMU to supplement position data based on satellite signals.
  • the control device of the work vehicle 100 may use sensing data acquired by a sensing device such as the camera 120 or the LiDAR sensor 140 for positioning in addition to the positioning results obtained by the GNSS unit 110 .
  • a sensing device such as the camera 120 or the LiDAR sensor 140
  • the control device of the work vehicle 100 may use sensing data acquired by a sensing device such as the camera 120 or the LiDAR sensor 140 for positioning in addition to the positioning results obtained by the GNSS unit 110 .
  • a sensing device such as the camera 120 or the LiDAR sensor 140 for positioning in addition to the positioning results obtained by the GNSS unit 110 .
  • a feature functioning as a feature point in the environment in which the work vehicle 100 travels such as a farm road, a forest road, a general road, or an orchard
  • data acquired by the camera 120 or the LiDAR sensor 140 and pre-stored Based on the environment map stored in the device, the position and orientation of work vehicle 100 can be estimated with high accuracy.
  • the prime mover 102 may be, for example, a diesel engine.
  • An electric motor may be used instead of the diesel engine.
  • the transmission 103 can change the propulsive force and the moving speed of the work vehicle 100 by shifting.
  • the transmission 103 can also switch between forward and reverse travel of the work vehicle 100 .
  • the steering device 106 includes a steering wheel, a steering shaft connected to the steering wheel, and a power steering device that assists steering by the steering wheel.
  • the front wheels 104F are steerable wheels, and the running direction of the work vehicle 100 can be changed by changing the turning angle (also referred to as the "steering angle") of the front wheels 104F.
  • the steering angle of the front wheels 104F can be changed by operating the steering wheel.
  • the power steering system includes a hydraulic system or an electric motor that supplies an assist force for changing the steering angle of the front wheels 104F. When automatic steering is performed, the steering angle is automatically adjusted by the power of the hydraulic system or the electric motor under the control of the control device arranged in the work vehicle 100 .
  • a coupling device 108 is provided at the rear portion of the vehicle body 101 .
  • the coupling device 108 includes, for example, a three-point support device (also called a "three-point link” or “three-point hitch"), a PTO (Power Take Off) shaft, a universal joint, and a communication cable.
  • the implement 300 can be attached to and detached from the work vehicle 100 by the coupling device 108 .
  • the coupling device 108 can change the position or posture of the implement 300 by elevating the three-point link by, for example, a hydraulic device.
  • power can be sent from the work vehicle 100 to the implement 300 via the universal joint.
  • the work vehicle 100 can cause the implement 300 to perform a predetermined work while pulling the implement 300 .
  • the connecting device may be provided in front of the vehicle body 101 . In that case, implements can be connected to the front of work vehicle 100 .
  • the implement 300 shown in FIG. 2 is a rotary tiller, but the implement 300 is not limited to the rotary tiller. Any implement such as seeder, spreader, transplanter, mower, rake, baler, harvester, sprayer, or harrow. It can be used by connecting to the work vehicle 100 .
  • the work vehicle 100 shown in FIG. 2 is capable of manned operation, but may only be compatible with unmanned operation. In that case, components required only for manned operation, such as cabin 105 , steering device 106 and driver's seat 107 , may not be provided in work vehicle 100 .
  • the unmanned work vehicle 100 can travel autonomously or remotely controlled by a user.
  • FIG. 3 is a block diagram showing a configuration example of the work vehicle 100 and the implement 300. As shown in FIG. Work vehicle 100 and implement 300 may communicate with each other via a communication cable included in coupling device 108 . Work vehicle 100 can communicate with terminal device 400 and management device 600 via network 80 .
  • the GNSS unit 110 comprises a GNSS receiver 111 , an RTK receiver 112 , an inertial measurement unit (IMU) 115 and processing circuitry 116 .
  • the sensor group 150 includes a steering wheel sensor 152 , a steering angle sensor 154 and an axle sensor 156 .
  • Control system 160 includes storage device 170 and control device 180 .
  • the controller 180 comprises a plurality of electronic control units (ECUs) 181-186.
  • the implement 300 includes a drive device 340 , a control device 380 and a communication device 390 . Note that FIG. 3 shows constituent elements that are relatively highly relevant to the operation of automatic driving by the work vehicle 100, and illustration of other constituent elements is omitted.
  • the GNSS receiver 111 in the GNSS unit 110 receives satellite signals transmitted from multiple GNSS satellites and generates GNSS data based on the satellite signals.
  • GNSS data is generated in a predetermined format, eg, NMEA-0183 format.
  • GNSS data may include, for example, values indicating the identification number, elevation, azimuth, and received strength of each satellite from which the satellite signal was received. The received strength can be represented by a value such as carrier noise power density ratio (C/N0).
  • the GNSS data may also include location information for work vehicle 100 calculated based on the received satellite signals and information indicative of the reliability of the location information. Location information may be represented by, for example, latitude, longitude, and height above mean sea level. The reliability of position information can be represented by, for example, a DOP value that indicates the status of satellite placement.
  • the GNSS unit 110 shown in FIG. 3 performs positioning of the work vehicle 100 using RTK (Real Time Kinematic)-GNSS.
  • FIG. 4 is a conceptual diagram showing an example of the work vehicle 100 that performs positioning by RTK-GNSS. Positioning by RTK-GNSS uses correction signals transmitted from the reference station 60 in addition to satellite signals transmitted from a plurality of GNSS satellites 50 .
  • the reference station 60 can be installed near the field where the work vehicle 100 travels (for example, within 10 km from the work vehicle 100).
  • the reference station 60 generates a correction signal, for example in RTCM format, based on the satellite signals received from the plurality of GNSS satellites 50 and transmits it to the GNSS unit 110 .
  • RTK receiver 112 includes an antenna and modem to receive correction signals transmitted from reference station 60 .
  • the processing circuit 116 of the GNSS unit 110 corrects the positioning result by the GNSS receiver 111 based on the correction signal.
  • RTK-GNSS it is possible to perform positioning with an accuracy of, for example, an error of several centimeters.
  • Location information including latitude, longitude and altitude information, is obtained through RTK-GNSS high-precision positioning.
  • the GNSS unit 110 calculates the position of the work vehicle 100, for example, at a frequency of about 1 to 10 times per second.
  • the positioning method is not limited to RTK-GNSS, and any positioning method (interferometric positioning method, relative positioning method, etc.) that can obtain position information with the required accuracy can be used.
  • positioning may be performed using VRS (Virtual Reference Station) or DGPS (Differential Global Positioning System). If position information with required accuracy can be obtained without using the correction signal transmitted from the reference station 60, the position information may be generated without using the correction signal.
  • GNSS unit 110 may not include RTK receiver 112 .
  • the position of work vehicle 100 is estimated.
  • the position of work vehicle 100 may be estimated by matching data output from LiDAR sensor 140 and/or camera 120 with a highly accurate environmental map.
  • the GNSS unit 110 in this embodiment further includes an IMU 115 .
  • IMU 115 may include a 3-axis accelerometer and a 3-axis gyroscope.
  • the IMU 115 may include an orientation sensor, such as a 3-axis geomagnetic sensor.
  • IMU 115 functions as a motion sensor and can output signals indicating various quantities such as acceleration, speed, displacement, and attitude of work vehicle 100 .
  • Processing circuitry 116 may more accurately estimate the position and orientation of work vehicle 100 based on signals output from IMU 115 in addition to satellite signals and correction signals. Signals output from IMU 115 may be used to correct or impute positions calculated based on satellite signals and correction signals.
  • IMU 115 outputs signals more frequently than GNSS receiver 111 .
  • processing circuitry 116 can measure the position and orientation of work vehicle 100 at a higher frequency (eg, 10 Hz or higher).
  • a higher frequency eg, 10 Hz or higher.
  • IMU 115 may be provided as a separate device from GNSS unit 110 .
  • the camera 120 is an imaging device that captures the environment around the work vehicle 100 .
  • the camera 120 includes an image sensor such as a CCD (Charge Coupled Device) or CMOS (Complementary MetalOxide Semiconductor). Camera 120 may also include optics, including one or more lenses, and signal processing circuitry.
  • the camera 120 captures an image of the environment around the work vehicle 100 while the work vehicle 100 is traveling, and generates image (for example, moving image) data.
  • the camera 120 can capture moving images at a frame rate of 3 frames per second (fps) or higher, for example.
  • the image generated by the camera 120 can be used, for example, when a remote monitor uses the terminal device 400 to check the environment around the work vehicle 100 .
  • the images generated by camera 120 may be used for positioning or obstacle detection.
  • a plurality of cameras 120 may be provided at different positions on work vehicle 100, or a single camera may be provided. There may be separate visible cameras for generating visible light images and infrared cameras for generating infrared images. Both visible and infrared cameras may be provided as cameras for generating images for surveillance. Infrared cameras can also be used to detect obstacles at night.
  • the obstacle sensor 130 detects objects existing around the work vehicle 100 .
  • Obstacle sensors 130 may include, for example, laser scanners or ultrasonic sonars. Obstacle sensor 130 outputs a signal indicating the presence of an obstacle when an object is present closer than a predetermined distance from obstacle sensor 130 .
  • a plurality of obstacle sensors 130 may be provided at different positions on work vehicle 100 . For example, multiple laser scanners and multiple ultrasonic sonars may be placed at different locations on work vehicle 100 . By providing such many obstacle sensors 130, blind spots in monitoring obstacles around the work vehicle 100 can be reduced.
  • the steering wheel sensor 152 measures the rotation angle of the steering wheel of the work vehicle 100.
  • the steering angle sensor 154 measures the steering angle of the front wheels 104F, which are steered wheels. Measured values by the steering wheel sensor 152 and the steering angle sensor 154 are used for steering control by the controller 180 .
  • the axle sensor 156 measures the rotational speed of the axle connected to the wheel 104, that is, the number of revolutions per unit time.
  • Axle sensor 156 can be, for example, a sensor utilizing a magnetoresistive element (MR), a Hall element, or an electromagnetic pickup.
  • the axle sensor 156 outputs, for example, a numerical value indicating the number of rotations per minute (unit: rpm) of the axle.
  • Axle sensors 156 are used to measure the speed of work vehicle 100 .
  • the drive device 240 includes various devices necessary for running the work vehicle 100 and driving the implements 300, such as the prime mover 102, the transmission device 103, the steering device 106, and the coupling device 108 described above.
  • Prime mover 102 may comprise an internal combustion engine, such as a diesel engine, for example.
  • Drive system 240 may include an electric motor for traction instead of or in addition to the internal combustion engine.
  • the buzzer 220 is an audio output device that emits a warning sound to notify an abnormality. Buzzer 220 emits a warning sound when an obstacle is detected, for example, during automatic driving. Buzzer 220 is controlled by controller 180 .
  • the storage device 170 includes one or more storage media such as flash memory or magnetic disk.
  • Storage device 170 stores various data generated by GNSS unit 110 , camera 120 , obstacle sensor 130 , LiDAR sensor 140 , sensor group 150 , and control device 180 .
  • the data stored in storage device 170 may include map data (environmental map) of the environment in which work vehicle 100 travels and data of a global route (target route) for automatic driving.
  • the environment map includes information of a plurality of farm fields where work vehicle 100 performs farm work and roads around the fields.
  • the environment map and target route may be generated by a processing unit (ie, processor) in management device 600 .
  • the control device 180 in this embodiment may have a function of generating or editing an environment map and a target route.
  • Control device 180 can edit the environment map and target route acquired from management device 600 according to the traveling environment of work vehicle 100 .
  • the storage device 170 also stores work plan data received by the communication device 190 from the management device 600 .
  • a work plan includes information about a plurality of farm tasks that work vehicle 100 will perform over a plurality of work days.
  • the work plan may be, for example, work schedule data including information on the scheduled time of each farm work to be performed by the work vehicle 100 on each work day.
  • the storage device 170 also stores a computer program that causes each ECU in the control device 180 to execute various operations described later.
  • Such a computer program can be provided to work vehicle 100 via a storage medium (such as a semiconductor memory or an optical disk) or an electric communication line (such as the Internet).
  • Such computer programs may be sold as commercial software.
  • the control device 180 includes multiple ECUs.
  • the plurality of ECUs include, for example, an ECU 181 for speed control, an ECU 182 for steering control, an ECU 183 for implement control, an ECU 184 for automatic driving control, an ECU 185 for route generation, and an ECU 186 for map generation.
  • the ECU 181 controls the speed of the work vehicle 100 by controlling the prime mover 102, the transmission 103, and the brakes included in the drive device 240.
  • the ECU 182 controls the steering of the work vehicle 100 by controlling the hydraulic system or the electric motor included in the steering system 106 based on the measurement value of the steering wheel sensor 152 .
  • the ECU 183 controls the operations of the three-point link and the PTO shaft included in the coupling device 108 in order to cause the implement 300 to perform desired operations. ECU 183 also generates signals that control the operation of implement 300 and transmits the signals from communication device 190 to implement 300 .
  • the ECU 184 performs calculations and controls for realizing automatic driving based on data output from the GNSS unit 110, the camera 120, the obstacle sensor 130, the LiDAR sensor 140, and the sensor group 150. For example, ECU 184 identifies the position of work vehicle 100 based on data output from at least one of GNSS unit 110 , camera 120 , and LiDAR sensor 140 . Within the field, ECU 184 may determine the position of work vehicle 100 based solely on data output from GNSS unit 110 . ECU 184 may estimate or correct the position of work vehicle 100 based on data acquired by camera 120 or LiDAR sensor 140 . By using the data acquired by the camera 120 or the LiDAR sensor 140, the accuracy of positioning can be further improved.
  • ECU 184 estimates the position of work vehicle 100 using data output from LiDAR sensor 140 or camera 120 .
  • the ECU 184 may estimate the position of the work vehicle 100 by matching data output from the LiDAR sensor 140 or the camera 120 with an environmental map.
  • ECU 184 performs calculations necessary for work vehicle 100 to travel along the target route or local route based on the estimated position of work vehicle 100 .
  • the ECU 184 sends a speed change command to the ECU 181 and a steering angle change command to the ECU 182 .
  • ECU 181 changes the speed of work vehicle 100 by controlling prime mover 102, transmission 103, or brakes in response to speed change commands.
  • the ECU 182 changes the steering angle by controlling the steering device 106 in response to the command to change the steering angle.
  • the ECU 185 sequentially generates local routes that can avoid obstacles while the work vehicle 100 is traveling along the target route. While work vehicle 100 is traveling, ECU 185 recognizes obstacles existing around work vehicle 100 based on data output from camera 120 , obstacle sensor 130 , and LiDAR sensor 140 . The ECU 185 generates local routes to avoid recognized obstacles.
  • the ECU 185 may have a function of global route design instead of the management device 600 .
  • the ECU 185 determines the destination of the work vehicle 100 based on the work plan stored in the storage device 170, and determines the target route from the start point of movement of the work vehicle 100 to the destination point. Based on the environmental map containing the road information stored in the storage device 170, the ECU 185 can create, for example, a route that can reach the destination in the shortest time as a target route.
  • the ECU 185 may determine whether a particular type of road (e.g., a farm road, a road along a particular feature such as a waterway, or a satellite signal from a GNSS satellite) is favorably selected based on attribute information for each road included in the environment map.
  • a particular type of road e.g., a farm road, a road along a particular feature such as a waterway, or a satellite signal from a GNSS satellite
  • the ECU 186 creates or edits a map of the environment in which the work vehicle 100 travels.
  • an environment map generated by an external device such as management device 600 is transmitted to work vehicle 100 and recorded in storage device 170, but ECU 186 can instead generate or edit the environment map. .
  • An environment map may be generated based on sensor data output from the LiDAR sensor 140 .
  • the ECU 186 sequentially generates three-dimensional point cloud data based on sensor data output from the LiDAR sensor 140 while the work vehicle 100 is running.
  • the ECU 186 can generate an environment map by connecting the sequentially generated point cloud data using an algorithm such as SLAM, for example.
  • the environment map generated in this manner is a highly accurate three-dimensional map and can be used by the ECU 184 for self-position estimation. Based on this 3D map, a 2D map can be generated for use in global route planning.
  • the three-dimensional map used for self-localization and the two-dimensional map used for global route planning are both referred to as "environmental maps.”
  • the ECU 186 further detects features recognized based on the data output from the camera 120 or the LiDAR sensor 140 (for example, waterways, rivers, grasses, trees, etc.), the type of road (for example, whether it is a farm road or not), and the type of road surface.
  • the map can also be edited by adding various attribute information to the map, such as status or passability of roads.
  • control device 180 realizes automatic operation.
  • control device 180 controls drive device 240 based on the measured or estimated position of work vehicle 100 and the generated route. Thereby, the control device 180 can cause the work vehicle 100 to travel along the target route.
  • a plurality of ECUs included in the control device 180 can communicate with each other according to a vehicle bus standard such as CAN (Controller Area Network). Instead of CAN, a higher-speed communication method such as in-vehicle Ethernet (registered trademark) may be used.
  • CAN Controller Area Network
  • a higher-speed communication method such as in-vehicle Ethernet (registered trademark) may be used.
  • An on-board computer that integrates at least some functions of the ECUs 181 to 186 may be provided.
  • the control device 180 may include ECUs other than the ECUs 181 to 186, and an arbitrary number of ECUs may be provided according to functions.
  • Each ECU includes processing circuitry that includes one or more processors.
  • the communication device 190 is a device including circuits for communicating with the implement 300 , the terminal device 400 and the management device 600 .
  • Communication device 190 includes circuitry for transmitting and receiving signals conforming to the ISOBUS standard, such as ISOBUS-TIM, to and from communication device 390 of implement 300 .
  • the implement 300 can be caused to perform a desired operation, or information can be obtained from the implement 300 .
  • Communication device 190 may further include an antenna and communication circuitry for transmitting and receiving signals over network 80 to and from respective communication devices of terminal device 400 and management device 600 .
  • Network 80 may include, for example, cellular mobile communication networks such as 3G, 4G or 5G and the Internet.
  • the communication device 190 may have a function of communicating with a mobile terminal used by a supervisor near the work vehicle 100 .
  • Communication with such mobile terminals is based on any wireless communication standard, such as Wi-Fi (registered trademark), cellular mobile communication such as 3G, 4G or 5G, or Bluetooth (registered trademark).
  • Wi-Fi registered trademark
  • cellular mobile communication such as 3G, 4G or 5G
  • Bluetooth registered trademark
  • the operation terminal 200 is a terminal for the user to execute operations related to the running of the work vehicle 100 and the operation of the implement 300, and is also called a virtual terminal (VT).
  • Operating terminal 200 may include a display device, such as a touch screen, and/or one or more buttons.
  • the display device can be a display such as a liquid crystal or an organic light emitting diode (OLED), for example.
  • OLED organic light emitting diode
  • the operation terminal 200 the user can perform various operations such as switching the automatic driving mode on/off, recording or editing an environment map, setting a target route, and switching the implement 300 on/off. can be executed. At least part of these operations can also be realized by operating the operation switch group 210 .
  • Operation terminal 200 may be configured to be removable from work vehicle 100 .
  • a user located away from work vehicle 100 may operate operation terminal 200 that has been removed to control the operation of work vehicle 100 .
  • the user may control the operation of work vehicle 100 by operating a computer, such as terminal device 400 , in which necessary application software is installed, instead of operating terminal 200 .
  • FIG. 5 is a diagram showing an example of the operation terminal 200 and the operation switch group 210 provided inside the cabin 105.
  • FIG. A switch group 210 including a plurality of switches that can be operated by a user is arranged inside the cabin 105 .
  • the operation switch group 210 includes, for example, a switch for selecting the gear stage of the main transmission or the sub-transmission, a switch for switching between the automatic driving mode and the manual driving mode, a switch for switching between forward and reverse, and an implement.
  • a switch or the like for raising or lowering 300 may be included. Note that if the work vehicle 100 only operates unmanned and does not have a function of manned operation, the work vehicle 100 need not include the operation switch group 210 .
  • the driving device 340 in the implement 300 shown in FIG. 3 performs operations necessary for the implement 300 to perform a predetermined work.
  • Drive device 340 includes a device, such as a hydraulic device, an electric motor, or a pump, depending on the application of implement 300 .
  • Controller 380 controls the operation of drive 340 .
  • Control device 380 causes drive device 340 to perform various operations in response to signals transmitted from work vehicle 100 via communication device 390 .
  • a signal corresponding to the state of the implement 300 can also be transmitted from the communication device 390 to the work vehicle 100 .
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a schematic hardware configuration of the management device 600 and the terminal device 400. As shown in FIG. 6
  • the management device 600 includes a storage device 650 , a processor 660 , a ROM (Read Only Memory) 670 , a RAM (Random Access Memory) 680 and a communication device 690 . These components are communicatively connected to each other via a bus.
  • the management device 600 can function as a cloud server that manages the schedule of agricultural work in the field performed by the work vehicle 100 and utilizes managed data to support agriculture.
  • a user can use the terminal device 400 to input information necessary for creating a work plan and upload the information to the management device 600 via the network 80 . Based on the information, the management device 600 can create a farm work schedule, that is, a work plan.
  • Management device 600 is also capable of generating or editing environmental maps and global route planning for work vehicle 100 .
  • the environment map may be distributed from a computer outside the management device 600 .
  • the communication device 690 is a communication module for communicating with the work vehicle 100 and the terminal device 400 via the network 80.
  • the communication device 690 can perform wired communication conforming to a communication standard such as IEEE1394 (registered trademark) or Ethernet (registered trademark), for example.
  • the communication device 690 may perform wireless communication conforming to the Bluetooth® standard or Wi-Fi standard, or cellular mobile communication such as 3G, 4G or 5G.
  • Processor 660 may be, for example, a semiconductor integrated circuit that includes a central processing unit (CPU). Processor 660 may be implemented by a microprocessor or microcontroller. Alternatively, the processor 660 is an FPGA (Field Programmable Gate Array) equipped with a CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an ASSP (Application Specific Standard Product) or a combination of two or more circuits selected from these circuits. The processor 660 sequentially executes a computer program describing a group of instructions for executing at least one process stored in the ROM 670 to achieve desired processes.
  • CPU central processing unit
  • Processor 660 may be implemented by a microprocessor or microcontroller. Alternatively, the processor 660 is an FPGA (Field Programmable Gate Array) equipped with a CPU, a GPU (Graphics Processing Unit), an ASIC (Application Specific Integrated Circuit), an ASSP (Application Specific Standard Product) or a combination of two or more circuits selected from
  • the ROM 670 is, for example, a writable memory (eg PROM), a rewritable memory (eg flash memory), or a read-only memory.
  • ROM 670 stores programs that control the operation of processor 660 .
  • the ROM 670 does not have to be a single storage medium, and may be a collection of multiple storage media. Part of the collection of multiple storage media may be removable memory.
  • the RAM 680 provides a work area for temporarily expanding the control program stored in the ROM 670 at boot time.
  • the RAM 680 does not have to be a single storage medium, and may be a collection of multiple storage media.
  • the storage device 650 mainly functions as database storage.
  • Storage device 650 may be, for example, a magnetic storage device or a semiconductor storage device.
  • An example of a magnetic storage device is a hard disk drive (HDD).
  • An example of a semiconductor memory device is a solid state drive (SSD).
  • Storage device 650 may be a device independent of management device 600 .
  • the storage device 650 may be a storage device connected to the management device 600 via the network 80, such as a cloud storage.
  • the terminal device 400 includes an input device 420 , a display device 430 , a storage device 450 , a processor 460 , a ROM 470 , a RAM 480 and a communication device 490 . These components are communicatively connected to each other via a bus.
  • the input device 420 is a device for converting a user's instruction into data and inputting it to the computer.
  • Input device 420 may be, for example, a keyboard, mouse, or touch panel.
  • Display device 430 may be, for example, a liquid crystal display or an organic EL display. Descriptions of the processor 460, the ROM 470, the RAM 480, the storage device 450, and the communication device 490 are the same as those described in the hardware configuration example of the management device 600, and the description thereof will be omitted.
  • the work vehicle 100 in this embodiment can automatically travel both inside and outside the field.
  • the work vehicle 100 drives the implement 300 to perform predetermined farm work while traveling along a preset target route.
  • the work vehicle 100 stops traveling, emits a warning sound from the buzzer 220, and transmits a warning signal to the terminal device 400.
  • Positioning of the work vehicle 100 in the field is performed mainly based on data output from the GNSS unit 110 .
  • the work vehicle 100 automatically travels along a target route set on a farm road or a general road outside the field.
  • the work vehicle 100 travels while performing local route design based on data acquired by the camera 120 or the LiDAR sensor 140 while traveling outside the field. Outside the field, when an obstacle is detected, work vehicle 100 avoids the obstacle or stops on the spot. Outside the field, the position of work vehicle 100 is estimated based on data output from LiDAR sensor 140 or camera 120 in addition to positioning data output from GNSS unit 110 .
  • FIG. 7 is a diagram schematically showing an example of the working vehicle 100 that automatically travels along a target route in a field.
  • the farm field includes a work area 72 where work vehicle 100 performs work using implement 300, and a headland 74 located near the outer periphery of the farm field. Which area of the field on the map corresponds to the work area 72 or the headland 74 can be set in advance by the user.
  • the target paths in this example include a plurality of parallel main paths P1 and a plurality of turning paths P2 connecting the plurality of main paths P1.
  • the main path P1 is located within the working area 72 and the turning path P2 is located within the headland 74 .
  • each main path P1 may include a curved portion.
  • the user performs an operation of designating two points (points A and B in FIG. 7) near the edge of the field while looking at the map of the field displayed on the operation terminal 200 or the terminal device 400. can be automatically generated by
  • a plurality of main routes P1 are set in parallel with a line segment connecting point A and point B designated by the user, and by connecting these main routes P1 with a turning route P2, a target route in the field can be obtained. generated.
  • the dashed line in FIG. 7 represents the working width of implement 300 .
  • the working width is preset and recorded in the storage device 170 .
  • the working width can be set and recorded by the user operating the operation terminal 200 or the terminal device 400 . Alternatively, the working width may be automatically recognized and recorded when implement 300 is connected to work vehicle 100 .
  • the intervals between the main paths P1 can be set according to the working width.
  • a target route can be created based on a user's operation before automatic driving is started. The target route can be created, for example, so as to cover the entire work area 72 in the field.
  • the work vehicle 100 automatically travels along a target route as shown in FIG. 7 from a work start point to a work end point while repeating reciprocation. Note that the target route shown in FIG. 7 is merely an example, and the method of determining the target route is arbitrary.
  • control device 180 Next, an example of control during automatic operation in a field by the control device 180 will be described.
  • FIG. 8 is a flowchart showing an example of the steering control operation during automatic driving executed by the control device 180.
  • the control device 180 performs automatic steering by executing the operations of steps S121 to S125 shown in FIG. As for the speed, it is maintained at a preset speed, for example.
  • the control device 180 acquires data indicating the position of the work vehicle 100 generated by the GNSS unit 110 while the work vehicle 100 is traveling (step S121).
  • control device 180 calculates the deviation between the position of work vehicle 100 and the target route (step S122). The deviation represents the distance between the position of work vehicle 100 at that time and the target route.
  • the control device 180 determines whether or not the calculated positional deviation exceeds a preset threshold value (step S123).
  • control device 180 changes the steering angle by changing the control parameters of the steering device included in the drive device 240 so that the deviation becomes smaller. If the deviation does not exceed the threshold in step S123, the operation of step S124 is omitted. In subsequent step S125, control device 180 determines whether or not an operation end command has been received.
  • An operation end command can be issued, for example, when the user instructs to stop the automatic operation by remote control, or when work vehicle 100 reaches the destination. If the command to end the operation has not been issued, the process returns to step S121, and similar operations are performed based on the newly measured position of the work vehicle 100.
  • FIG. The control device 180 repeats the operations of steps S121 to S125 until an operation end command is issued. The above operations are executed by ECUs 182 and 184 in control device 180 .
  • controller 180 controls drive 240 based only on the deviation between the position of work vehicle 100 identified by GNSS unit 110 and the target path, but also takes into account heading deviation. may be controlled. For example, when the azimuth deviation, which is the angular difference between the direction of the work vehicle 100 identified by the GNSS unit 110 and the direction of the target route, exceeds a preset threshold value, the control device 180 drives according to the deviation.
  • a control parameter eg, steering angle
  • FIG. 9A is a diagram showing an example of the work vehicle 100 traveling along the target route P.
  • FIG. 9B is a diagram showing an example of work vehicle 100 at a position shifted to the right from target path P.
  • FIG. 9C is a diagram showing an example of work vehicle 100 at a position shifted to the left from target path P.
  • FIG. 9D is a diagram showing an example of the work vehicle 100 oriented in a direction inclined with respect to the target path P.
  • the pose indicating the position and orientation of work vehicle 100 measured by GNSS unit 110 is expressed as r(x, y, ⁇ ).
  • (x, y) are coordinates representing the position of the reference point of work vehicle 100 in the XY coordinate system, which is a two-dimensional coordinate system fixed to the earth.
  • the reference point of work vehicle 100 is at the position where the GNSS antenna is installed on the cabin, but the position of the reference point is arbitrary.
  • ⁇ is an angle representing the measured orientation of work vehicle 100 .
  • the target path P is parallel to the Y-axis, but in general the target path P is not necessarily parallel to the Y-axis.
  • control device 180 maintains the steering angle and speed of work vehicle 100 without changing.
  • control device 180 steers work vehicle 100 so that the traveling direction of work vehicle 100 leans leftward and approaches path P. change the angle.
  • the speed may be changed in addition to the steering angle.
  • the magnitude of the steering angle can be adjusted, for example, according to the magnitude of the positional deviation ⁇ x.
  • control device 180 steers so that the traveling direction of work vehicle 100 leans to the right and approaches path P. change the angle. Also in this case, the speed may be changed in addition to the steering angle. The amount of change in the steering angle can be adjusted, for example, according to the magnitude of the positional deviation ⁇ x.
  • control device 180 when work vehicle 100 does not deviate greatly from target path P but is oriented in a different direction from target path P, control device 180 performs steering such that azimuth deviation ⁇ becomes small. change the angle. Also in this case, the speed may be changed in addition to the steering angle.
  • the magnitude of the steering angle can be adjusted, for example, according to the respective magnitudes of the position deviation ⁇ x and heading deviation ⁇ . For example, the smaller the absolute value of the positional deviation ⁇ x, the larger the amount of change in the steering angle corresponding to the azimuth deviation ⁇ .
  • the absolute value of the positional deviation ⁇ x is large, the steering angle will be greatly changed in order to return to the route P, so the absolute value of the azimuth deviation ⁇ will inevitably become large. Conversely, when the absolute value of the positional deviation ⁇ x is small, it is necessary to make the azimuth deviation ⁇ close to zero. Therefore, it is appropriate to relatively increase the weight (that is, the control gain) of the azimuth deviation ⁇ for determining the steering angle.
  • a control technique such as PID control or MPC control (model predictive control) can be applied to the steering control and speed control of work vehicle 100 .
  • PID control or MPC control model predictive control
  • control device 180 When an obstacle is detected by one or more obstacle sensors 130 during travel, the control device 180 causes the work vehicle 100 to stop. At this time, the buzzer 220 may emit a warning sound or may transmit a warning signal to the terminal device 400 . If obstacle avoidance is possible, controller 180 may control drive 240 to avoid the obstacle.
  • the work vehicle 100 in this embodiment can automatically travel not only inside the field but also outside the field.
  • the control device 180 detects objects (for example, other vehicles, pedestrians, etc.) that are relatively distant from the work vehicle 100 based on data output from the camera 120 or the LiDAR sensor 140. can do.
  • the control device 180 generates a local route to avoid the detected object, and performs speed control and steering control along the local route, thereby realizing automatic driving on the road outside the field.
  • FIG. 10 is a diagram schematically showing an example of a situation in which a plurality of work vehicles 100 are automatically traveling inside a farm field 70 and on roads 76 outside the farm field 70 .
  • the storage device 170 records an environmental map of an area including a plurality of farm fields and roads around them, and a target route.
  • Environmental maps and target routes may be generated by management device 600 or ECU 185 .
  • work vehicle 100 travels on a road, work vehicle 100 moves along a target route while sensing the surroundings using sensing devices such as camera 120 and LiDAR sensor 140 with implement 300 raised. run.
  • the control device 180 sequentially generates local routes and causes the work vehicle 100 to travel along the local routes. As a result, it is possible to automatically travel while avoiding obstacles.
  • the target route may be changed according to the situation.
  • a work plan includes information about one or more agricultural tasks to be performed by work vehicle 100 .
  • the work plan includes information on one or more farm work to be performed by work vehicle 100 and the field where each farm work is to be performed.
  • the work plan may include information on a plurality of farm works to be performed by work vehicle 100 over a plurality of work days and the fields where each farm work is performed.
  • the work plan can be a database that includes work schedule information indicating which farm work is to be done in which field at what time for each work day. An example in which the work plan is data of such a work schedule will be described below.
  • a work plan can be created by the processor 660 of the management device 600 based on the information input by the user using the terminal device 400 . An example of a work schedule creation method will be described below.
  • FIG. 11 is a diagram showing an example of a setting screen 760 displayed on the display device 430 of the terminal device 400.
  • the processor 460 of the terminal device 400 activates the application software for schedule creation in response to the user's operation using the input device 420, and causes the display device 430 to display a setting screen 760 as shown in FIG. .
  • the user can input information necessary for creating a work schedule.
  • FIG. 11 shows an example of the setting screen 760 when plowing accompanied by the application of fertilizer is performed in a rice field as agricultural work.
  • the setting screen 760 is not limited to the illustrated one, and can be changed as appropriate.
  • the setting screen 760 in the example of FIG. 11 includes a date setting portion 762, a cropping plan selection portion 763, a field selection portion 764, a work selection portion 765, an operator selection portion 766, a time setting portion 767, a machine selection portion 768, and a fertilizer selection portion. 769 , and a spray rate setting portion 770 .
  • the date input by the input device 420 is displayed in the date setting portion 762 .
  • the input date is set as the farm work implementation date.
  • the cropping plan selection portion 763 displays a list of names of cropping plans created in advance. A user can select a desired cropping plan from the list.
  • the cropping plan is created in advance for each crop type/variety and recorded in the storage device 650 of the management device 600 .
  • the planting plan is a plan of which crops are to be planted in which field (that is, to plant).
  • a planting plan is made by a manager or the like who manages a plurality of fields before planting crops in the fields.
  • the cropping plan for the rice variety "Koshiibuki" is selected.
  • the content set on the setting screen 760 is associated with the planting plan of "Koshiibuki".
  • a farm field in the map is displayed in the farm field selection portion 764 .
  • the user can select any field from the displayed fields.
  • the portion indicating "farm field A” is selected.
  • the selected “farm field A” is set as the farm field where farm work is performed.
  • the work selection portion 765 displays a plurality of agricultural works required for cultivating the selected crops.
  • the user can select one agricultural work from a plurality of agricultural works.
  • "plowing” is selected from a plurality of agricultural works.
  • the selected "tillage” is set as the agricultural work to be performed.
  • Pre-registered workers are displayed in the worker selection portion 766 .
  • the user can select one or more workers from the displayed plurality of workers.
  • "worker B and worker C" are selected among the plurality of workers.
  • the selected "worker B, worker C” are set as the workers in charge of implementing or managing the farm work.
  • the worker since the agricultural machine automatically performs the farm work, the worker may not actually perform the farm work, but only remotely monitor the farm work performed by the agricultural machine.
  • the working time input from the input device 420 is displayed in the time setting portion 767 .
  • a working time is specified by a start time and an end time.
  • the input work time is set as the scheduled time for the farm work to be performed.
  • the machine selection section 768 is a part that sets the agricultural machines used in the farm work.
  • the machine selection section 768 can display, for example, the types or models of agricultural machines registered in advance by the management device 600, the types or models of usable implements, and the like. A user can select a particular machine from among the displayed machines. In the example of FIG. 11, an implement whose model is "NW4511" is selected. In this case, the implement is set as the machine used in the agricultural work.
  • the names of a plurality of fertilizers registered in advance by the management device 600 are displayed in the fertilizer selection portion 769 .
  • the user can select a specific fertilizer from among the displayed multiple fertilizers.
  • the selected fertilizer is set as the fertilizer used in the agricultural work.
  • a numerical value input from the input device 420 is displayed in the application amount setting portion 770 .
  • the entered numerical value is set as the spread amount.
  • the communication device 490 of the terminal device 400 manages the input information.
  • Processor 660 of management device 600 stores the received information in storage device 650 .
  • the processor 660 creates a schedule of agricultural work to be executed by each agricultural machine, and stores the schedule in the storage device 650 .
  • the farm work information managed by the management device 600 is not limited to the above.
  • the setting screen 760 may be used to set the type and application amount of agricultural chemicals used in the field. Information related to farm work other than the farm work shown in FIG. 11 may be set.
  • FIG. 12 is a diagram showing an example of a farm work schedule (that is, a work plan) created by the management device 600.
  • the schedule in this example includes, for each registered agricultural machine, information indicating the date and time of farm work, the field, work content, and implements used.
  • the schedule may include other information according to the work content, such as the type of agricultural chemical or the amount of agricultural chemical to be applied.
  • the processor 660 of the management device 600 issues farm work instructions to the work vehicle 100 .
  • the schedule may also be downloaded by controller 180 of work vehicle 100 and stored in storage device 170 . In that case, the control device 180 may spontaneously start operating according to the schedule stored in the storage device 170 .
  • the work plan is created by the management device 600, but the work plan may be created by another device.
  • the processor 460 of the terminal device 400 or the control device 180 of the work vehicle 100 may have the function of generating or updating the work plan.
  • the management device 600 and the control system 160 of the work vehicle 100 in this embodiment cooperate to function as a route planning system for the work vehicle 100 .
  • Storage device 650 stores a map including a plurality of fields and roads around those fields. The map shows whether each road is a farm road, whether each road is along a specific feature such as a waterway, and whether each road can normally receive satellite signals from GNSS satellites. It includes attribute information indicating at least one of whether or not.
  • Processor 660 of management device 600 functions as a processing device that generates a route for work vehicle 100 on the map. The processor 660 may be configured to generate a route for the work vehicle 100 outside the field according to a pre-made schedule of farm work.
  • the processor 660 selects a route that gives priority to farm roads, a route that gives priority to roads along specific features, based on the attribute information of each road. , and a route that gives priority to a road on which satellite signals can be normally received. Accordingly, a route suitable for automatic travel of the work vehicle 100 can be generated.
  • Part or all of the route generation process executed by management device 600 may be executed by ECU 185 in control device 180 of work vehicle 100 . In that case, the combination of ECU 185 and management device 600 functions as a processing device that generates the route of work vehicle 100 .
  • part or all of the route generation process executed by the management device 600 may be executed by the operation terminal 200 of the work vehicle 100 . In that case, the combination of operation terminal 200 and management device 600 functions as a processing device that generates the route of work vehicle 100 .
  • the work vehicle 100 that automatically travels preferentially travels on farm roads with less traffic than general vehicles or general roads where many people come and go.
  • the work vehicle 100 can be configured to run while estimating its own position based on data output from at least one of the LiDAR sensor 140 and the camera 120 when automatically traveling outside the field.
  • work vehicle 100 preferably travels preferentially along roads along specific features (for example, waterways, rivers, rows of trees, buildings, etc.) that can serve as landmarks for self-localization.
  • the work vehicle 100 also uses the data output from the GNSS unit 110 for self-position estimation, the work vehicle 100 preferably preferentially travels on roads where satellite signals from GNSS satellites can be normally received. .
  • the management device 600 normally selects a route that prioritizes farm roads, a route that prioritizes roads along specific features, and satellite signals based on the attribute information of each road on the map. At least one route that gives priority to roads that can be received is generated as a route for the work vehicle 100 . This makes it possible to generate a route more suitable for automatic driving than simply selecting a route that minimizes the travel distance or travel time.
  • the management device 600 may have a function of generating all of a route that prioritizes farm roads, a route that prioritizes roads along specific features, and a route that prioritizes roads on which satellite signals can be normally received. and only one or two of these paths may be generated. Alternatively, the management device 600 may be configured to generate a route that prioritizes all of farm roads, roads along specific features, and roads on which satellite signals can be normally received. Management device 600 may determine, as the route for work vehicle 100, one route selected based on a predetermined criterion from among the plurality of generated routes. For example, the management device 600 may display a plurality of generated routes on the display device 430 of the terminal device 400 and determine a route selected by the user from among these routes as the route for the work vehicle 100.
  • the management device 600 has a first mode in which a route is generated by preferentially selecting a farm road, a second mode in which a route is generated by preferentially selecting a road along a specific feature, and a satellite signal normalization mode.
  • a route may be generated in a mode selected by the user from among a plurality of modes including at least one of a third mode in which a route is generated by preferentially selecting a road that can be received.
  • the plurality of modes may further include a fourth mode that generates a route such that the travel time or travel distance of work vehicle 100 is the shortest.
  • the management device 600 causes the display device 430 of the terminal device 400 to display a graphical user interface (GUI) that allows the user to select one mode from a plurality of modes, and generates a route in the selected mode.
  • GUI graphical user interface
  • FIG. 13 is a diagram showing an example of a GUI displayed on the display device 430.
  • a GUI is displayed that allows the user to select one of the three modes of "farm road priority", “waterway priority”, and "GNSS priority”.
  • "farm road priority” corresponds to the first mode
  • "waterway priority” corresponds to the second mode
  • "GNSS priority” corresponds to the third mode.
  • FIG. 13 shows, as an example, a state in which "farm road priority" is selected.
  • the management device 600 automatically generates a route from the starting point of automatic travel of the work vehicle 100 to the destination point.
  • the starting point and destination point may be set in advance by the user or set by the management device 600 according to a work plan created in advance. After the starting point and the destination point are set, the management device 600 generates a route from the starting point to the destination point at a predetermined timing before starting automatic driving.
  • the management device 600 preferentially selects farm roads to generate a route.
  • the management device 600 when “prioritize waterways” is selected, the management device 600 generates routes with priority given to roads along waterways.
  • a waterway is an example of a specific feature that serves as a landmark for self-localization using the LiDAR sensor 140 or camera 120 .
  • a mode may be provided in which routes are generated with priority given to roads along other types of features.
  • GNSS priority is selected, the management device 600 generates a route by prioritizing a route on which satellite signals from GNSS satellites can be normally received.
  • FIG. 14 is a flowchart showing route generation processing by the management device 600 in the example of FIG.
  • the management device 600 determines whether or not any mode has been selected by the user. When the user selects one of "farm road priority", “waterway priority”, and “GNSS priority” shown in FIG. 13 and presses “determine”, the process proceeds to step S202. In step S202, management device 600 determines the selected mode. If “farm road priority” is selected, the process proceeds to step S203. If “waterway priority” is selected, the process proceeds to step S204. When “GNSS priority” is selected, the process proceeds to step S205.
  • step S ⁇ b>203 the management device 600 generates a route giving priority to farm roads as a route for the work vehicle 100 .
  • step S ⁇ b>204 the management device 600 generates a route for the work vehicle 100 that gives priority to roads along waterways.
  • step S ⁇ b>205 management device 600 generates a route for work vehicle 100 that gives priority to roads on which satellite signals can be normally received. A specific example of the processing of steps S203, S204, and S205 will be described later.
  • the management device 600 advances to step S205 and stores the generated route in the storage device 650 .
  • step S206 the management device 600 transmits the generated route to the work vehicle 100 at a predetermined timing. The work vehicle 100 automatically travels according to the generated route and the previously acquired work schedule.
  • the management device 600 generates a route in one mode selected by the user from among the three modes of "farm road priority", "waterway priority”, and "GNSS priority”. .
  • the system may be configured so that the user can select a desired priority item from among more modes.
  • FIG. 15 is a diagram showing another example of the GUI displayed on the display device 430.
  • FIG. 15 in addition to “farm road priority”, “waterway priority”, and “GNSS priority”, "time priority” and “manual setting” modes are added. A user can select one of these five modes.
  • “Farm road priority” corresponds to the first mode
  • "Waterway priority” corresponds to the second mode
  • "GNSS priority” corresponds to the third mode
  • "Time priority” corresponds to the fourth mode.
  • “Manual setting” is a mode in which the user manually sets a route while viewing a displayed map.
  • management device 600 When “time priority” is selected, management device 600 generates a route connecting the starting point and the destination point so that work vehicle 100 travels in the shortest time. When “manual setting” is selected, management device 600 causes display device 430 to display a map of the area in which work vehicle 100 travels, and allows the user to select a route. A specific example of the operation in each mode will be described below.
  • FIG. 16 is a diagram showing an example of a map of an area in which work vehicle 100 travels. Such a map may be displayed on display device 430 .
  • This map is a two-dimensional digital map and is generated by management device 600 or another device.
  • a map such as that shown in FIG. 16 can be created covering the entire area in which work vehicle 100 can travel.
  • the map shown in FIG. 16 is a two-dimensional map, a three-dimensional map may be used for route planning.
  • the map shown in FIG. 16 includes information on the position (for example, latitude and longitude) of each point on features such as a plurality of farm fields 70 where the work vehicle 100 performs farm work, roads 76 around them, and waterways 78 .
  • the map also indicates whether each road 76 is a farm road, whether each road 76 is along a particular feature such as a waterway 78, and whether each road 76 normally receives satellite signals from GNSS satellites. It includes attribute information indicating at least one of whether the road is possible or not.
  • the map may include attribute information indicating the width of each road 76 at each point.
  • the management device 600 can determine whether or not the work vehicle 100 can pass through the road 76 .
  • the map may include attribute information indicating whether each road 76 is a general road other than a farm road. Based on such attribute information, a route avoiding general roads can be generated.
  • the start point S and the destination point G of the automatic travel of the work vehicle 100 are illustrated with asterisks.
  • the starting point S and the destination point G can be set by the user, for example.
  • the management device 600 may set the departure point S and the destination point G according to the work schedule for each work day shown in the figure.
  • a work schedule for each work day is generated in advance by the management device 600 and stored in the storage device 650, as described with reference to FIG.
  • one or more waypoints may be set.
  • One or both of the scheduled arrival time and scheduled departure time may be recorded for each of the starting point S, the destination point G, and the waypoint.
  • the user can specify a desired route on the displayed map by operating, for example, specifying multiple waypoints on intersections.
  • the management device 600 automatically generates a route from the departure point S to the destination point G using a predetermined algorithm corresponding to the selected mode.
  • FIG. 17 is a diagram showing an example of a route generated when the "farm road priority" mode is selected.
  • the management device 600 selects the route 75A, which has a relatively high proportion of farm roads and a relatively short travel distance or travel time, among the plurality of routes from the departure point S to the destination point G, as the work vehicle. 100 routes are determined.
  • the management device 600 determines, as the route for the work vehicle 100, the route in which the ratio of farm roads to the entire route is higher than a predetermined value (for example, 80% or 90%) and the travel distance or travel time is the shortest.
  • a predetermined value for example, 80% or 90%
  • the management device 600 selects, among a plurality of route candidates to reach the destination point G from the departure point S, a route passing through a farm road 76g and a general route as shown in the example shown in FIG. If a route candidate for adding the road 76f is included, the route passing through the farm road 76g is preferentially selected over the route passing through the general road 76f. Alternatively, the management device 600 may determine, as the route for the work vehicle 100, a route in which the ratio of farm roads to the entire route is higher than a predetermined value and which matches the schedule of farm work on the working day.
  • the management device 600 may determine, as the route for the working vehicle 100, a route in which the ratio of agricultural roads is higher than a predetermined value and the last agricultural work in the working day is completed by the scheduled finish time. good.
  • the management device 600 determines, based on the schedule, that the proportion of farm roads is higher than a predetermined value and that the work A route may be generated that allows the vehicle 100 to arrive at each field before the scheduled start time.
  • a condition that the ratio of general roads is equal to or less than a reference value may be added.
  • FIG. 18 is a diagram showing an example of a route generated when the "waterway priority" mode is selected.
  • the management device 600 selects a route having a relatively high ratio of roads along the waterway 78 and a relatively short travel distance or travel time among the plurality of routes from the departure point S to the destination point G. 75B is determined as the route of work vehicle 100 .
  • Channels 78 may serve as landmarks in self-localization using LiDAR sensors 140 or cameras 120 . By giving priority to the road along the waterway 78, it is possible to generate a route with a small self-position estimation error. Note that features other than the waterway 78 (for example, rivers, rows of trees, grass, buildings, etc.) may be used as landmarks for self-position estimation.
  • the management device 600 may determine the route of the work vehicle 100 by prioritizing not only the waterway 78 but also roads along one or more types of features that can function as landmarks. In this mode, for example, the management device 600 determines whether the ratio of roads along specific features to the entire route is higher than a predetermined value (for example, 30% or 50%) and the travel distance or travel time is the shortest. may be determined as the route of work vehicle 100 . Alternatively, the management device 600 determines, as the route for the working vehicle 100, a route that has a higher ratio of roads along specific features to the entire route than a predetermined value and that matches the farm work schedule for that working day.
  • a predetermined value for example, 30% or 50%
  • the management device 600 selects a route that has a higher ratio of roads along specific features than a predetermined value and completes the last agricultural work in the work day by the scheduled finish time. may be determined as the route of Alternatively, when farm work is performed in a plurality of fields while the work vehicle 100 reaches the destination point G from the starting point S, the management device 600 sets the ratio of roads along specific features to a predetermined value based on the schedule.
  • the route of the work vehicle 100 may be determined as a route that is higher than the target and allows the work vehicle 100 to reach each field before the scheduled start time.
  • FIG. 19 is a diagram showing another example of the map of the area in which the work vehicle 100 travels.
  • the map shown in FIG. 19 includes a plurality of farm fields 70 and roads 76 around them, forests or mountains including a plurality of trees 77 , and a river 79 .
  • a starting point S and a destination point G are set on a road adjacent to a row of trees 77 .
  • FIG. 20 is a diagram showing an example of a route generated when the "GNSS priority" mode is selected in the example shown in FIG.
  • the management device 600 preferentially selects the route 75C from among the plurality of routes from the starting point S to the destination point G, which has a high percentage of roads on which satellite signals from GNSS satellites can be normally received.
  • the radio waves from the GNSS satellites are partially blocked by trees, mountains, etc. failure is likely to occur. Therefore, instead of such a route, the route 75C with which the satellite signal reception strength is stable and high is determined as the route for the work vehicle 100.
  • FIG. In the example shown in FIG.
  • the roads on both sides of the river 79 are assumed to be impassable to the work vehicle 100 . Therefore, a relatively long route 75C from the starting point S to the destination point G over the river 79 is generated. If the road along the river 79 is passable, the management device 600 may generate a route to the destination point G via that road. Alternatively, management device 600 may generate routes that prioritize both roads that can successfully receive satellite signals and roads along specific features such as river 79 or waterways.
  • the management device 600 determines that, of the plurality of routes from the departure point S to the destination point G, the ratio of paths on which satellite signals can be normally received is high and the travel distance is relatively short.
  • a route is determined as the route of the work vehicle 100 .
  • the management device 600 selects the route with the shortest travel time and the ratio of roads on which satellite signals can be normally received in the entire route is higher than a predetermined value (for example, 80% or 90%). You may decide as a route.
  • the management device 600 when generating a route from the starting point S to the destination point G, the management device 600 generates a road extending in a direction away from a row of trees, a mountain, or the like by a predetermined distance or more, or a row of trees, a mountain, or the like.
  • a route is generated by preferentially selecting a road located at a distance of a predetermined distance or more from a row of trees, a mountain, etc., over other roads located at a position less than a predetermined distance from a tree line or mountain.
  • the management device 600 selects roads 76b and 76d extending in a direction away from a row of trees, a mountain, etc.
  • management device 600 determines, as the route for work vehicle 100, a route that has a higher proportion of roads on which satellite signals can be normally received in the entire route than a predetermined value and that matches the farm work schedule for that working day. may For example, according to the schedule, the management device 600 selects a route where the rate of roads on which satellite signals can be normally received is higher than a predetermined value and where the last agricultural work in the work day is completed by the scheduled finish time.
  • management device 600 may be determined as the route of Alternatively, when farm work is performed in a plurality of fields while work vehicle 100 travels from start point S to destination point G, management device 600 sets the percentage of roads on which satellite signals can be normally received based on the schedule to a predetermined value.
  • the route of the work vehicle 100 may be determined as a route that is higher than the target and allows the work vehicle 100 to reach each field before the scheduled start time.
  • FIG. 21 is a diagram schematically showing an example of a situation in which the work vehicle 100 is traveling near a row of trees.
  • a plurality of trees 77 grow thickly in the vicinity of the travel route of work vehicle 100 .
  • Branches and leaves of some trees 77 cover the work vehicle 100 and interfere with satellite signal reception.
  • much of the signal transmitted from satellite 50 is blocked by the branches of tree 77 .
  • the reception strength of the satellite signal is generally lowered, and the reliability of positioning is lowered.
  • the route of work vehicle 100 is determined to avoid such roads as much as possible. This makes it possible to avoid a decrease in the reliability of positioning based on GNSS data and stabilize automatic driving.
  • the management device 600 determines whether or not each road can normally receive satellite signals based on the attribute information of each road included in the map.
  • the attribute information can be generated based on GNSS data output from a GNSS receiver mounted on work vehicle 100 or other mobile object.
  • the other mobile object may be a different type of mobile object from work vehicle 100, such as a passenger car or a drone (ie, unmanned aerial vehicle: UAV).
  • Work vehicle 100 or other moving object collects GNSS data as it moves along a road on which work vehicle 100 is to autonomously travel. GNSS data collection may occur multiple times at different times for each route. This is because the placement of multiple GNSS satellites is different depending on the season.
  • GNSS data may be collected for each road during different seasons, as tree foliage may interfere with satellite signal reception to varying degrees in different seasons. Based on the GNSS data collected multiple times for each road, attribute information can be generated that indicates whether each road is a road capable of successfully receiving satellite signals. Attribute information may be generated by the management device 600, for example.
  • FIGS. 22A and 22B are diagrams showing examples of received strength of satellite signals.
  • FIG. 22A shows an example of the reception strength of each satellite signal on a road where satellite signals can be normally received.
  • FIG. 22B shows an example of the reception strength of each satellite signal on a road where satellite signals cannot be received normally (that is, reception failure may occur).
  • satellite signals are received from 12 satellites, and the reception strength is represented by the carrier noise power density ratio (C/N0). Note that this is an example, and the number of satellites from which satellite signals can be received and the representation of reception strength are system dependent.
  • a threshold value eg, 4
  • examples of reference values of reception strength are indicated by dashed lines. If the threshold is 4, for example, in the example of FIG. 22A, the number of satellites whose reception strength exceeds the reference value is 5, which is greater than or equal to the threshold. Therefore, in such a case, it can be determined that reception failure has not occurred.
  • the number of satellites whose reception intensity exceeds the reference value is one, which is less than the threshold.
  • a reception disturbance has occurred.
  • roads that are judged to have no reception failure at any time are determined as "roads where satellite signals can be normally received.” can be done. Even on the same road, the ease of receiving satellite signals may differ depending on the location. Therefore, attribute information indicating whether or not satellite signals can be normally received may be recorded for each coordinate (for example, latitude and longitude) on the road.
  • attribute information indicating whether or not satellite signals can be normally received may be recorded for each coordinate (for example, latitude and longitude) on the road. It should be noted that the above method is merely an example, and other methods may be used to determine whether each road is capable of properly receiving satellite signals. For example, if the GNSS data includes a value indicating the reliability of positioning, it may be determined whether or not satellite signals can be normally received based on the value of the reliability.
  • FIG. 23 is a diagram showing an example of a route generated by the management device 600 when the "time priority" mode is selected.
  • the management device 600 generates a route 75D that allows the work vehicle 100 to reach the destination point G from the starting point S in the shortest time.
  • a route 75D is generated on a road along a row of trees 77.
  • FIG. Such a route is effective, for example, when the work vehicle 100 performs self-position estimation based on data acquired by the LiDAR sensor 140 or the camera 120 without using GNSS data.
  • management device 600 may determine a route including a road on which satellite signals cannot be normally received as the route of work vehicle 100. .
  • the management device 600 performs global route design for the work vehicle 100 in a mode selected by the user from among multiple modes. This makes it possible to generate a route that reflects the user's intentions.
  • the five modes of "farm road priority”, “waterway priority”, “GNSS priority”, “time priority”, and “manual setting” were illustrated, but this is only an example.
  • Management device 600 may perform course generation in at least one mode of "farm road priority”, “waterway priority”, and "GNSS priority”, for example.
  • the mode selection function by the user is not provided, and the management device 600 prioritizes at least one of roads along specific features such as farm roads and waterways, and roads on which satellite signals can be normally received, according to a predetermined algorithm.
  • the route may be generated as the route of work vehicle 100 .
  • the management device 600 calculates an evaluation value for each of a plurality of routes from the departure point of the work vehicle 100 to the destination point based on the attribute information of each route and a predetermined evaluation function, and evaluates the evaluation value.
  • One route selected based on the values may be determined as the route of work vehicle 100 .
  • the management device 600 evaluates the higher the percentage of roads that can normally receive satellite signals, such as farm roads, roads along specific features, among a plurality of routes from a starting point to a destination point.
  • a route that minimizes an evaluation function in which the value is small and the evaluation value increases as the travel time or travel distance increases may be determined as the route for work vehicle 100 .
  • r 1 is the ratio of the length of the farm road to the entire route
  • r 2 is the ratio of the length of the road along the specific feature to the whole route
  • r 2 is the ratio of the length of the road that allows normal reception of the satellite signal
  • the evaluation function can be expressed, for example, by the following function f, where r 3 is the length ratio and d is the total length of the path.
  • k 1 , k 2 , k 3 and k 4 are coefficients of 0 or more and represent weights for r 1 , r 2 , r 3 and r 4 respectively.
  • k 1 , k 2 , k 3 , k 4 By appropriately setting the coefficients k 1 , k 2 , k 3 , k 4 , the percentage of farm roads r 1 , the percentage of roads along a particular feature r 2 , or the percentage of roads with good satellite signal reception
  • the larger the r3 the smaller the evaluation value, and the larger the total length d of the route, the larger the evaluation value.
  • One or two of k 1 , k 2 , k 3 may be zero (0).
  • the management device 600 may change the preferred road type by adjusting the values of coefficients k1 , k2 , k3 , k4 according to the mode selected by the user.
  • the evaluation function f is not limited to the above, and other evaluation functions may be used.
  • the management device 600 determines that, among the plurality of routes from the starting point to the destination point, the percentage of roads that are farm roads, roads along specific features, or roads on which satellite signals can be received normally is low.
  • a route that maximizes an evaluation function in which the higher the evaluation value is, the larger the evaluation value is and the longer the travel time or travel distance is, the smaller the evaluation value may be determined as the route of the work vehicle 100 .
  • the management device 600 Before starting farm work on each work day, the management device 600 reads out from the storage device 650 a map of the area including the farm field where the farm work is scheduled for that work day, and calculates the route of the work vehicle 100 based on the map. Generate. More specifically, the management device 600 generates a first route (also referred to as a “work travel route”) along which the work vehicle 100 travels while performing farm work in the field 70 in the field on the map. A second route along which the vehicle 100 travels to the field 70 is generated on the road on the map. After generating the first route and the second route, the management device 600 connects them to generate a global route for the work vehicle 100 . The second route may be generated to prioritize at least one of farm roads, roads along specific features, and roads where satellite signals can be successfully received, as described above.
  • FIG. 24 is a diagram showing an example of a generated global route.
  • FIG. 24 exemplifies a field group 70A in which farm work is performed on one work day, a field group 70B in which farm work is performed on the next work day, and a field group 70C in which farm work is performed on the next work day.
  • a storage location 90 for work vehicle 100 a home 92 of a user who remotely monitors work vehicle 100, and two waiting locations 96A and 96B for work vehicle 100 to wait.
  • the farm field group 70A, the farm field group 70B, the farm field group 70C, the storage location 90, the standby location 96A, and the standby location 96B are drawn relatively close to each other. .
  • the distance between field group 70A, field group 70B, field group 70C, storage location 90, waiting location 96A, and waiting location 96B may be long, such as 500m to 10km, or even more. good.
  • the storage location can be, for example, a garage, barn, or parking lot adjacent to the user's home or business.
  • a waiting place may be a place jointly managed or used by a plurality of users, for example.
  • the waiting area may be a facility such as a parking lot or garage managed and operated by a municipality, an agricultural cooperative, or a business. If the waiting place is a facility that is locked at night, the work vehicle 100 stopped at the waiting place can be prevented from being stolen.
  • two waiting locations 96A and 96B are illustrated in FIG. 24, any number of waiting locations is possible. If the work vehicle 100 moves within a relatively narrow range, it is not necessary to provide the standby place 96 separately from the storage place 90 .
  • the storage location 90 and the standby location 96 can be registered by the user's operation using the terminal device 400 .
  • the routes generated on the road 76 are indicated by arrows. Illustration of the work travel route generated in the field is omitted. A solid arrow indicates an example of the route of the work vehicle 100 on a certain working day. A dashed arrow indicates an example of the route of work vehicle 100 on the next work day.
  • the management device 600 generates a route from the storage location 90 as a starting point to the standby location 96A through the farm field group 70A in order as a route for one work day. This is because the waiting place 96A is the closest waiting place to the field group 70B where farm work is scheduled for the next working day.
  • the management device 600 generates, as a route for the next work day, a route starting from the waiting place 96A and sequentially passing through the farm field group 70B to the waiting place 96B. This is because the waiting place 96B is the closest waiting place to the field group 70C where farm work is scheduled for the next working day.
  • the management device 600 generates a route from the last farm field on each working day to the standby location with the shortest average distance from the group of farm fields on which farm work will be conducted on the next working day.
  • the management device 600 can generate a route by giving priority to a farm road, a road along a specific feature, or a road on which satellite signals can be normally received, according to user's selection, for example. Work vehicle 100 travels along the generated route.
  • the work vehicle 100 departs from the storage location 90, sequentially visits the field group 70A scheduled for farm work on that day, and performs the farm work shown in the schedule in each field. Execute. In each farm field, the work vehicle 100 performs farm work while automatically traveling along the work travel route, for example, by the method described with reference to FIGS. 7 to 9D. When farm work is completed in one field, work vehicle 100 enters the next field and performs farm work in the same manner. When the farm work in the last field of the day is finished in this way, the working vehicle 100 moves to the waiting place 96A. The work vehicle 100 waits at the standby place 96A until the next work day.
  • the work vehicle 100 On the next work day, the work vehicle 100 departs from the standby place 96A, sequentially visits the field group 70B scheduled for farm work on that day, and performs the farm work shown in the schedule in each field. When the farm work in the last field of the day is finished, the work vehicle 100 moves to the standby place 96B and waits at the standby place 96B until the next working day. Furthermore, on the next working day, the work vehicle 100 similarly departs from the waiting place 96B, performs the farm work in order in the field group 70C, and then heads for the predetermined waiting place. Through such operations, the scheduled farm work can be completed while efficiently moving the work vehicle 100 along the optimum route according to the schedule.
  • FIG. 25 is a diagram showing an example of a table showing correspondence relationships between waiting places and agricultural fields. The correspondence between waiting places and farm fields can be determined, for example, based on the distance traveled from each waiting place to each farm field. In the example shown in FIG.
  • the standby location closest to the fields #1 to #30 is the standby location A
  • the standby location closest to the fields #31 to #60 is the standby location B
  • the closest waiting location is waiting location C.
  • the management device 600 can determine the standby location closest to the field scheduled for the next work day.
  • the time and fuel consumption required for movement of the work vehicle 100 can be reduced. can be suppressed. As a result, a series of farm operations over multiple working days can be streamlined.
  • FIG. 26 is a diagram showing an example of global routes generated in a working day.
  • the management device 600 generates a route returning from the waiting place 96 to the waiting place 96 via four fields 70 .
  • the management device 600 generates a first route (work travel route) 30A within the field 70 and a second route 30B on the road 76 around the field 70 .
  • the first route 30A is shown only for the farm field 70 on the lower left, and illustration of the first routes for the other farm fields 70 is omitted.
  • the management device 600 generates the first route 30A as indicated by the solid line arrow in FIG. 26 inside each agricultural field 70 on the map. Management device 600 generates first route 30A based on the user's prior settings, as described with reference to FIG.
  • the first path 30A can be generated so as to cover the entire work area 72 from the start point 30S to the end point 30G while repeating a round trip.
  • the row spacing on first path 30A can be determined by considering the width and turning performance of work vehicle 100 and implement 300 .
  • the management device 600 further generates a route from the waiting place 96 to the farm field 70 and a route connecting the plurality of farm fields 70 as the second route 30B.
  • the management device 600 generates a second route 30B at the entrance of the farm field 70 in addition to the road 76, and the second route 30B generated at the entrance and the start point 30S of the first route 30A. generates a third route 30C connecting
  • the management device 600 also creates a second route 30B at the exit of the farm field 70 in addition to the road 76, and a fourth route connecting the second route 30B generated at the exit and the end point 30G of the first route 30A. Generate 30D. In the example shown in FIG.
  • the entrance and the exit of the farm field 70 are common, and are hereinafter referred to as the entrance/exit 71 .
  • Each agricultural field 70 may have a plurality of entrances/exits 71, and the entrances and exits may be provided at different locations.
  • the environment map also includes positional information of the entrance/exit 71 (or entrance and exit) of each field 70 .
  • Management device 600 can generate second route 30B based on the position information.
  • the management device 600 generates the third route 30C and the fourth route 30D in areas other than areas where farm work is performed in the farm field 70 .
  • the management device 600 avoids the work area 72 and creates the third route 30C and the fourth route 30D on the headlands 74 .
  • the third route 30C may overlap the work area 72 when no farm work has been performed in the field 70 this season (that is, the current farm work is the first farm work).
  • the fourth route 30D is set so as not to overlap with the work area 72 because it is a route after the current farm work has already been completed.
  • the management device 600 in this embodiment avoids the work area 72 and generates the third route 30C and the fourth route 30D when some farm work is already being performed in the work area 72 . It can be determined on the basis of the work plan which areas have already been farmed. The management device 600 can generate the third route 30C and the fourth route 30D in areas other than the worked area based on the work plan.
  • the management device 600 can generate all routes for a predetermined period (for example, half a day, one day, three days, etc.) by executing the above-described route generation processing for each field 70 and the roads 76 around it. For example, on each work day, the management device 600 may generate all routes necessary for completing all farm work scheduled for that work day before the work vehicle 100 starts traveling. Alternatively, the management device 600 first generates a route for performing part of the agricultural work scheduled for each working day, and after the part of the agricultural work is completed, the remaining agricultural work for that working day is performed. You may generate a route for Furthermore, the management device 600 may generate all the routes required to complete all farm work scheduled for multiple working days at once. The management device 600 may change the once generated route according to various conditions such as the progress of farm work, weather conditions, traffic conditions, or farm road conditions.
  • a predetermined period for example, half a day, one day, three days, etc.
  • the work plan indicates that farm work will be performed in a plurality of fields 70 during a predetermined period (for example, one work day). Therefore, the management device 600 generates a route from the waiting place 96 to one farm field 70 and a route between the farm fields 70 along the road 76 .
  • the work plan may indicate that farm work will be performed in one field 70 during a predetermined period. In that case, the management device 600 generates a route from the waiting place 96 to one farm field 70 along the road 76 leading to the farm field 70 .
  • the management device 600 further generates a route along the road 76 from the farm field 70 where the last agricultural work is performed within the predetermined period to the return location to which the work vehicle 100 returns in the work plan.
  • the waiting place 96 corresponds to the return place.
  • the return location may be a location different from the standby location 96 (for example, storage location 90 shown in FIG. 24).
  • the management device 600 generates a global route from the departure point of the work vehicle 100 to the end point via one or more farm fields 70 for each predetermined period (for example, work day). can be done.
  • the management device 600 can generate a global route for the work vehicle 100 so that the work vehicle 100 performs agricultural work in the designated field 70 at the designated time according to a schedule created in advance.
  • the generated global route information is transmitted to work vehicle 100 and stored in storage device 170 .
  • the ECU 184 that performs automatic operation control controls the ECUs 181 and 182 so that the work vehicle 100 travels along the global route. As a result, work vehicle 100 starts traveling along the global route.
  • ECU 185 in control device 180 sequentially generates local routes capable of avoiding obstacles while work vehicle 100 is traveling. While work vehicle 100 is traveling, ECU 185 generates a local route based on sensing data acquired by sensing devices (obstacle sensor 130, LiDAR sensor 140, camera 120, etc.) provided in work vehicle 100. do. A local route is defined by a plurality of waypoints along a portion of the second route 30B. Based on the sensing data, ECU 185 determines whether there is an obstacle on or near the path of work vehicle 100 .
  • sensing devices obstacle sensor 130, LiDAR sensor 140, camera 120, etc.
  • the ECU 185 sets multiple waypoints to generate a local route to avoid the obstacles. If no obstacles are present, the ECU 185 creates a local path substantially parallel to the second path 30B. Information indicating the generated local route is sent to the ECU 184 for automatic operation control. ECU 184 controls ECU 181 and ECU 182 so that work vehicle 100 travels along a local route. As a result, work vehicle 100 can travel while avoiding obstacles. Note that when there is a traffic light on the road on which the work vehicle 100 travels, the work vehicle 100 recognizes the traffic light based on the image captured by the camera 120, for example, stops when the light is red, and starts when the light is green. you can go
  • FIG. 27 is a diagram showing an example of global routes and local routes generated in an environment with obstacles.
  • a global route 30 is illustrated by dotted line arrows, and a local route 32 that is sequentially generated during travel is illustrated by solid line arrows.
  • a global path 30 is defined by a plurality of waypoints 30p.
  • the local path 32 is defined by a plurality of waypoints 32p set at shorter intervals than the waypoints 30p.
  • Each waypoint for example, has position and orientation information.
  • the management device 600 generates the global route 30 by setting multiple waypoints 30p at multiple locations including intersections of the road 76 .
  • the distance between the waypoints 30p may be relatively long, for example, several meters to several tens of meters.
  • the ECU 185 generates the local route 32 by setting a plurality of waypoints 32p based on the sensing data output from the sensing device while the work vehicle 100 is traveling.
  • the spacing of waypoints 32p on local path 32 is less than the spacing of waypoints 30p on global path 30 .
  • the distance between the waypoints 32p can be, for example, on the order of tens of centimeters (cm) to several meters (m).
  • the local route 32 is generated within a relatively narrow range (for example, a range of several meters) starting from the position of the work vehicle 100 .
  • FIG. 27 illustrates a series of local paths 32 generated while work vehicle 100 travels along road 76 between fields 70 and makes a left turn at an intersection.
  • the ECU 185 repeats the operation of generating a local route from the position of the work vehicle 100 estimated by the ECU 184 to a point several meters ahead, for example.
  • the work vehicle 100 travels along a local route that is sequentially generated.
  • FIG. 27 illustrates an example of a sector-shaped range sensed by a sensing device such as the camera 120, the obstacle sensor 130, or the LiDAR sensor 140 mounted on the work vehicle 100.
  • the ECU 185 generates the local route 32 to avoid the detected obstacles 40 based on the sensing data.
  • the ECU 185 detects the possibility that the work vehicle 100 will collide with the obstacle 40 based on, for example, the sensing data and the width of the work vehicle 100 (including the width of the implement if the implement is attached).
  • the ECU 185 sets a plurality of waypoints 32 p to avoid the obstacle 40 and generates the local route 32 .
  • the ECU 185 recognizes not only the presence or absence of obstacles 40 but also the state of the road surface (for example, muddy, depression, etc.) based on sensing data. Local paths 32 may be generated to avoid. Work vehicle 100 travels along local route 32 . If the obstacle 40 cannot be avoided no matter how the local route 32 is set, the control device 180 may stop the work vehicle 100 . At this time, the control device 180 may send a warning signal to the terminal device 400 to alert the observer. After stopping, the control device 180 may resume traveling of the work vehicle 100 when it recognizes that the obstacle 40 has moved and the risk of collision has disappeared.
  • FIG. 28 is a flow chart showing the operation of route planning and travel control in this embodiment. By executing the operations of steps S141 to S146 shown in FIG. 28, route planning can be performed and automatic travel of the work vehicle 100 can be controlled.
  • the management device 600 first acquires the map and work plan from the storage device 650 (step S141). Next, the management device 600 performs global route design for the work vehicle 100 by the method described above based on the map and work plan (step S142). Global route design can be performed at any time before work vehicle 100 starts traveling. The global route design may be performed immediately before work vehicle 100 starts running, or may be performed on or before the day before the start of running. Also, the global route may be generated based on information (for example, starting point, destination point, waypoint, etc.) input by the user using the terminal device 400 .
  • the management device 600 uses the attribute information of each road on the map. Based on this, at least one of a route that prioritizes farm roads, a route that prioritizes roads along specific features, and a route that prioritizes roads on which satellite signals can be normally received is generated as a route for work vehicle 100 .
  • Management device 600 transmits data indicating the generated global route to work vehicle 100 . After that, the management device 600 issues a travel instruction to the work vehicle 100 at a predetermined timing.
  • control device 180 of work vehicle 100 controls drive device 240 so that work vehicle 100 starts traveling (step S143).
  • the timing to start traveling can be set, for example, to an appropriate timing at which the work vehicle 100 can reach the field by the scheduled start time of the first farm work in each work day indicated by the work plan.
  • the ECU 185 of the control device 180 performs local route design for avoiding a collision with an obstacle by the method described above (step S144). If no obstacles are detected, the ECU 185 generates a local path approximately parallel to the global path. If an obstacle is detected, the ECU 185 generates a local route that can avoid the obstacle. Subsequently, the ECU 184 determines whether or not to terminate the travel of the work vehicle 100 (step S145).
  • step S146 ECU 184 stops work vehicle 100 (step S146). If no obstacle is detected, or if a local route capable of avoiding the obstacle can be generated, the process returns to step S143, and ECU 184 causes work vehicle 100 to travel along the generated local route. After that, the operations of steps S143 to S145 are repeated until it is determined in step S145 that the vehicle has finished running.
  • the work vehicle 100 can automatically travel along the generated route without colliding with any obstacles.
  • the global route may be corrected while work vehicle 100 is traveling without being limited to such an example.
  • the ECU 185 detects the state of the road on which the work vehicle 100 is traveling and and weather conditions, and may change the global route if the recognized conditions meet predetermined conditions.
  • some roads may be difficult to navigate. For example, the road may become muddy due to heavy rain, the road surface may collapse, or the road may become impassable due to an accident or other reasons.
  • it may be difficult to receive the satellite signals from the GNSS satellites because the plants around the farm road have grown longer than expected or new buildings have been constructed.
  • ECU 185 detects roads that are difficult to pass based on sensing data acquired while work vehicle 100 is traveling, and changes the route to avoid such roads. may Further, when the route is changed, the ECU 185 may cause the storage device 170 to store the changed route, and transmit the changed route information to the management device 600 . In that case, the management device 600 may adopt the changed route when generating a route to the same field next time. This enables flexible route planning according to changes in the driving environment.
  • the processor 660 of the management device 600 creates a work plan, generates an environment map, and designs a global route for the work vehicle 100, and the controller 180 inside the work vehicle 100 controls the work vehicle 100. local route design and travel control.
  • part of the operation of the management device 600 may be executed by the control device 180, the operation terminal 200, or the terminal device 400.
  • the control device 180, the operation terminal 200, or the terminal device 400 may perform the generation of the environment map and the generation of the global route.
  • the management device 600 may manage operations of a plurality of agricultural machines including the work vehicle 100. In that case, the management device 600 may perform global route design and travel instructions for each agricultural machine based on the schedule of farm work to be performed by each agricultural machine.
  • a system that performs route planning or automatic operation control in the above embodiments can be retrofitted to agricultural machines that do not have those functions.
  • Such systems can be manufactured and sold independently of agricultural machinery.
  • Computer programs used in such systems may also be manufactured and sold independently of agricultural machinery.
  • the computer program may be provided by being stored in a non-transitory computer-readable storage medium, for example.
  • Computer programs may also be provided by download via telecommunications lines (eg, the Internet).
  • the route planning system in the embodiment of the present disclosure is a route planning system for agricultural machines that automatically travel inside and outside fields.
  • the route planning system includes a storage device that stores a map of an area including a plurality of fields and roads around the plurality of fields, and a processing device that generates a route of the agricultural machine on the map.
  • the map indicates whether each road is a farm road, whether each road is along a specific feature, and whether each road is a road that can normally receive satellite signals from GNSS satellites. It includes attribute information indicating at least one of whether or not.
  • the processing device prioritizes a farm road or a road along the specific feature based on the attribute information. , and a route giving priority to a road on which the satellite signal can be normally received is generated as the route of the agricultural machine. With such a configuration, it becomes possible to generate a suitable route for the agricultural machine to automatically travel.
  • the map may include attribute information indicating whether each road is along a waterway that is the specific feature.
  • the processing device may generate a route that prioritizes a road along the waterway as the route of the agricultural machine based on the attribute information. This makes it possible to generate routes that include many roads along waterways suitable as landmarks used for self-localization using LiDAR sensors or cameras.
  • the processing device reduces the evaluation value as the percentage of roads that are farm roads, roads along the specific feature, or roads that can normally receive the satellite signal out of a plurality of routes from a starting point to a destination point is higher. and a route that minimizes an evaluation function in which the longer the travel time or the longer the travel distance, the larger the evaluation value may be determined as the route of the agricultural machine. This makes it possible to stably generate a route with a high percentage of roads that are farm roads, roads along specific features, or roads that can receive satellite signals normally.
  • the processing device has a first mode of preferentially selecting the farm road to generate the route, a second mode of preferentially selecting a road along the specific feature to generate the route, and
  • the route may be generated in a mode selected by the user from among a plurality of modes including at least one of a third mode in which the route is generated by preferentially selecting a route on which satellite signals can be normally received. .
  • the processing device may generate the route in a mode selected by the user from among a plurality of modes including all of the first mode, the second mode, and the third mode. This allows the user to choose a route that reflects the user's priority from among the following: a route that prioritizes farm roads, a route that prioritizes roads along specific features, and a route that prioritizes roads where satellite signals can be received normally. can be generated.
  • the processing device generates the route in a mode selected by the user from among the plurality of modes, further including a fourth mode for generating the route such that the travel time or travel distance of the agricultural machine is minimized. You may This also makes it possible to generate routes that minimize travel time or travel distance.
  • the processing device may cause the display device to display a graphical user interface (GUI) that allows the user to select one mode from among the plurality of modes. This allows the user to select a mode corresponding to the priority item to be emphasized on the GUI.
  • GUI graphical user interface
  • the storage device may further store a schedule of one or more farm work to be performed by the agricultural machine for each work day.
  • the processing device may generate the route based on the schedule so that the last agricultural work in each working day is completed by the scheduled finish time. As a result, it is possible to generate a route that allows the farm work to be completed by the scheduled end time of the farm work shown in the schedule.
  • the processing device may generate the route based on the schedule so that the agricultural machine arrives at the field where each farm work is to be performed before the scheduled start time of each farm work. As a result, it becomes possible to generate a route in which the agricultural machines arrive at each farm field before the scheduled start time of each farm work shown in the schedule.
  • the processing device defines a plurality of waypoints along a portion of the route based on data acquired by sensing devices provided by the agricultural machine.
  • the operation of generating a local route that can avoid obstacles and outputting information indicating the local route to a control device that controls travel of the agricultural machine may be repeated. This allows the agricultural machine to travel along a local route that can avoid obstacles.
  • a control system includes the route planning system according to any of the above embodiments, and a control device that causes the agricultural machine to travel along the route generated by the processing device.
  • An agricultural machine includes the control system according to any one of the above embodiments, and a sensing device that performs sensing of the environment around the agricultural machine.
  • the control device causes the agricultural machine to travel along the route generated by the processing device based on the signal output from the sensing device.
  • a route planning method is a route planning method for agricultural machines that automatically travel inside and outside a field.
  • the route planning method is a map of an area including a plurality of farm fields and roads around the plurality of farm fields, and whether each road is a farm road or not, and whether each road is a road along a waterway. , and whether or not each road is a road on which satellite signals from GNSS satellites can be normally received.
  • Generating a route wherein when generating a route to a farm field or a route from a farm field to another place, based on the attribute information, a route that gives priority to a farm road and a route that gives priority to a road along a waterway. , and generating at least one route that gives priority to a route on which the satellite signal can be normally received as the route of the agricultural machine.
  • a computer program is a program for performing route planning for an agricultural machine that automatically travels inside and outside a field.
  • the program may be stored in a computer-readable non-transitory storage medium.
  • the program instructs the computer to provide a map of an area including a plurality of farm fields and roads around the plurality of farm fields, indicating whether each road is a farm road and whether each road is along a waterway. and whether or not each road is a road on which satellite signals from GNSS satellites can be normally received.
  • the technology of the present disclosure is a route planning system for automatically operating agricultural machines such as tractors, harvesters, rice transplanters, ride-on management machines, vegetable transplanters, lawn mowers, seeders, fertilizers, and agricultural robots. can be applied to
  • communication device 200... operation terminal, 210... operation switch group, 220... buzzer, 240... drive device, 300... implement, 340... drive device, 380... Control device, 390... Communication device, 400... Terminal device, 420... Input device, 430... Display device, 450... Storage device, 460... Processor, 470... ROM, 480 RAM, 490 communication device 600 management device 660 processor 670 storage device 670 ROM 680 RAM 690 ⁇ Communication device

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Abstract

圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画システムは、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図を記憶する記憶装置と、前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置とを備える。前記地図は、各道が農道であるか否か、各道が特定の地物に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む。前記処理装置は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、前記特定の地物に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成する。

Description

自動走行を行う農業機械のための経路計画システムおよび経路計画方法
　本開示は、自動走行を行う農業機械のための経路計画システムおよび経路計画方法に関する。
　圃場で使用される農業機械の自動化に向けた研究開発が進められている。例えば、ＧＮＳＳ（Global Navigation Satellite System）などの測位システムを利用して圃場内を自動で走行するトラクタ、コンバイン、および田植機などの作業車両が実用化されている。圃場内だけでなく、圃場外でも自動で走行する作業車両の研究開発も進められている。
　特許文献１および２は、道路を挟んで互いに離れた２つの圃場間で無人の作業車両を自動走行させるシステムの例を開示している。
特開２０２１－０７３６０２号公報 特開２０２１－０２９２１８号公報
　本開示は、自動走行を行う農業機械のための好適な経路を生成するシステムおよび方法を提供する。
　本開示の例示的な実施形態における経路計画システムは、圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画システムである。前記経路計画システムは、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図を記憶する記憶装置と、前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、を備える。前記地図は、各道が農道であるか否か、各道が特定の地物に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む。前記処理装置は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、前記特定の地物に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成する。
　本開示の包括的または具体的な態様は、装置、システム、方法、集積回路、コンピュータプログラム、もしくはコンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体、またはこれらの任意の組み合わせによって実現され得る。コンピュータが読み取り可能な記憶媒体は、揮発性の記憶媒体を含んでいてもよいし、不揮発性の記憶媒体を含んでいてもよい。装置は、複数の装置で構成されていてもよい。装置が２つ以上の装置で構成される場合、当該２つ以上の装置は、１つの機器内に配置されてもよいし、分離した２つ以上の機器内に分かれて配置されていてもよい。
　本開示の実施形態によれば、自動走行を行う農業機械のための好適な経路を生成することができる。
本開示の例示的な実施形態による農業管理システムの概要を説明するための図である。 作業車両、および作業車両に連結されたインプルメントの例を模式的に示す側面図である。 作業車両およびインプルメントの構成例を示すブロック図である。 ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位を行う作業車両の例を示す概念図である。 キャビンの内部に設けられる操作端末および操作スイッチ群の例を示す図である。 管理装置および端末装置のハードウェア構成を例示するブロック図である。 圃場内を目標経路に沿って自動で走行する作業車両の例を模式的に示す図である。 自動運転時の操舵制御の動作の例を示すフローチャートである。 目標経路Ｐに沿って走行する作業車両の例を示す図である。 目標経路Ｐから右にシフトした位置にある作業車両の例を示す図である。 目標経路Ｐから左にシフトした位置にある作業車両の例を示す図である。 目標経路Ｐに対して傾斜した方向を向いている作業車両の例を示す図である。 複数の作業車両が圃場の内部および圃場の外側の道を自動走行している状況の例を模式的に示す図である。 端末装置に表示される設定画面の一例を示す図である。 管理装置によって作成される農作業のスケジュールの例を示す図である。 表示装置に表示されるＧＵＩの一例を示す図である。 図１３の例における経路生成処理を示すフローチャートである。 表示装置に表示されるＧＵＩの他の例を示す図である。 作業車両が走行する領域の地図の一例を示す図である。 「農道優先」モードが選択された場合に生成される経路の一例を示す図である。 「水路優先」モードが選択された場合に生成される経路の一例を示す図である。 作業車両が走行する領域の地図の他の例を示す図である。 「ＧＮＳＳ優先」モードが選択された場合に生成される経路の一例を示す図である。 樹木列の付近を作業車両が走行している状況の例を模式的に示す図である。 衛星信号の受信強度の例を示す図である。 衛星信号の受信強度の他の例を示す図である。 「時間優先」モードが選択された場合に管理装置が生成する経路の例を示す図である。 大域的経路の一例を示す図である。 待機場所と圃場との対応関係を示すテーブルの一例を示す図である。 ある作業日において生成される大域的経路の一例を示す図である。 障害物が存在する環境で生成される大域的経路および局所的経路の一例を示す図である。 経路計画および走行制御の方法を示すフローチャートである。
　（用語の定義）
　本開示において「農業機械」は、農業用途で使用される機械を意味する。農業機械の例は、トラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機、草刈機、播種機、施肥機、および農業用移動ロボットを含む。トラクタのような作業車両が単独で「農業機械」として機能する場合だけでなく、作業車両に装着または牽引される作業機（インプルメント）と作業車両の全体が１つの「農業機械」として機能する場合がある。農業機械は、圃場内の地面に対して、耕耘、播種、防除、施肥、作物の植え付け、または収穫などの農作業を行う。これらの農作業を「対地作業」または単に「作業」と称することがある。車両型の農業機械が農作業を行いながら走行することを「作業走行」と称することがある。
　「自動運転」は、運転者による手動操作によらず、制御装置の働きによって農業機械の移動を制御することを意味する。自動運転を行う農業機械は「自動運転農機」または「ロボット農機」と呼ばれることがある。自動運転中、農業機械の移動だけでなく、農作業の動作（例えば作業機の動作）も自動で制御されてもよい。農業機械が車両型の機械である場合、自動運転によって農業機械が走行することを「自動走行」と称する。制御装置は、農業機械の移動に必要な操舵、移動速度の調整、移動の開始および停止の少なくとも１つを制御し得る。作業機が装着された作業車両を制御する場合、制御装置は、作業機の昇降、作業機の動作の開始および停止などの動作を制御してもよい。自動運転による移動には、農業機械が所定の経路に沿って目的地に向かう移動のみならず、追尾目標に追従する移動も含まれ得る。自動運転を行う農業機械は、部分的にユーザの指示に基づいて移動してもよい。また、自動運転を行う農業機械は、自動運転モードに加えて、運転者の手動操作によって移動する手動運転モードで動作してもよい。手動によらず、制御装置の働きによって農業機械の操舵を行うことを「自動操舵」と称する。制御装置の一部または全部が農業機械の外部にあってもよい。農業機械の外部にある制御装置と農業機械との間では、制御信号、コマンド、またはデータなどの通信が行われ得る。自動運転を行う農業機械は、人がその農業機械の移動の制御に関与することなく、周囲の環境をセンシングしながら自律的に移動してもよい。自律的な移動が可能な農業機械は、無人で圃場内または圃場外（例えば道路）を走行することができる。自律移動中に、障害物の検出および障害物の回避動作を行ってもよい。
　「作業計画」は、農業機械によって実行される１つ以上の農作業の予定を定めるデータである。作業計画は、例えば、農業機械によって実行される農作業の順序および各農作業が行われる圃場を示す情報を含み得る。作業計画は、各農作業が行われる予定の日および時刻の情報を含んでいてもよい。各農作業が行われる予定の日および時刻の情報を含む作業計画を、特に「作業スケジュール」または単に「スケジュール」と称する。作業スケジュールは、各作業日に行われる各農作業の開始予定時刻および／または終了予定時刻の情報を含み得る。作業計画あるいは作業スケジュールは、農作業ごとに、作業の内容、使用されるインプルメント、および／または、使用される農業資材の種類および分量などの情報を含んでいてもよい。ここで「農業資材」とは、農業機械が行う農作業で使用される物資を意味する。農業資材を単に「資材」と呼ぶことがある。農業資材は、例えば農薬、肥料、種、または苗などの、農作業によって消費される物資を含み得る。作業計画は、農業機械と通信して農作業を管理する処理装置、または農業機械に搭載された処理装置によって作成され得る。処理装置は、例えば、ユーザ（農業経営者または農作業者など）が端末装置を操作して入力した情報に基づいて作業計画を作成することができる。本明細書において、農業機械と通信して農作業を管理する処理装置を「管理装置」と称する。管理装置は、複数の農業機械の農作業を管理してもよい。その場合、管理装置は、複数の農業機械の各々が実行する各農作業に関する情報を含む作業計画を作成してもよい。作業計画は、各農業機械によってダウンロードされ、記憶装置に格納され得る。各農業機械は、作業計画に従って、予定された農作業を実行するために、自動で圃場に向かい、農作業を実行することができる。
　「環境地図」は、農業機械が移動する環境に存在する物の位置または領域を所定の座標系によって表現したデータである。環境地図を単に「地図」または「地図データ」と称することがある。環境地図を規定する座標系は、例えば、地球に対して固定された地理座標系などのワールド座標系であり得る。環境地図は、環境に存在する物について、位置以外の情報（例えば、属性情報その他の情報）を含んでいてもよい。環境地図は、点群地図または格子地図など、さまざまな形式の地図を含む。環境地図を構築する過程で生成または処理される局所地図または部分地図のデータについても、「地図」または「地図データ」と呼ぶ。
　「農道」は、主に農業目的で利用される道を意味する。農道は、アスファルトで舗装された道に限らず、土または砂利等で覆われた未舗装の道も含む。農道は、車両型の農業機械（例えばトラクタ等の作業車両）のみが専ら通行可能な道（私道を含む）と、一般の車両（乗用車、トラック、バス等）も通行可能な道路とを含む。作業車両は、農道に加えて一般道を自動で走行してもよい。一般道は、一般の車両の交通のために整備された道路である。
　「地物」は、地上に存在する物を意味する。地物の例は、水路、草、木、道、圃場、溝、川、橋、林、山、岩石、建物、線路などを含む。境界線、地名、建物名、圃場名、路線名といった実世界に存在しないものは本開示における「地物」に含まれない。
　「ＧＮＳＳ衛星」は、全球測位衛星システム（ＧＮＳＳ）における人工衛星を意味する。ＧＮＳＳは、ＧＰＳ（Global Positioning System）、ＱＺＳＳ（Quasi-Zenith Satellite System）、ＧＬＯＮＡＳＳ、Ｇａｌｉｌｅｏ、およびＢｅｉＤｏｕなどの衛星測位システムの総称である。ＧＮＳＳ衛星は、これらの測位システムにおける衛星である。ＧＮＳＳ衛星から送信される信号を「衛星信号」と称する。「ＧＮＳＳ受信機」は、ＧＮＳＳにおける複数の衛星から送信される電波を受信し、当該電波に重畳された信号に基づいて測位を行う装置である。「ＧＮＳＳデータ」は、ＧＮＳＳ受信機から出力されるデータである。ＧＮＳＳデータは、例えばＮＭＥＡ－０１８３フォーマットなどの所定のフォーマットで生成され得る。ＧＮＳＳデータは、例えば、個々の衛星から受信した衛星信号の受信状況を示す情報を含み得る。例えば、ＧＮＳＳデータは、衛星信号が受信されたそれぞれの衛星の識別番号、仰角、方位角、および受信強度を示す値を含み得る。受信強度は、受信された衛星信号の強度を示す数値である。受信強度は、例えば搬送波雑音電力密度比（Carrier to Noise Density Ratio：Ｃ／Ｎ０）などの値で表現され得る。ＧＮＳＳデータは、受信された複数の衛星信号に基づいて計算されたＧＮＳＳ受信機または農業機械の位置情報を含み得る。位置情報は、例えば緯度、経度、および平均海水面からの高さなどによって表され得る。ＧＮＳＳデータは、さらに、位置情報の信頼性を示す情報を含んでいてもよい。
　「衛星信号を正常に受信できる」とは、測位の信頼性が大きく低下しない程度に安定して衛星信号を受信できることを意味する。衛星信号を正常に受信できないことを「衛星信号の受信障害」が生じていると表現することがある。「衛星信号の受信障害」は、衛星信号の受信状況の悪化によって正常時と比較して測位の信頼性が低下している状態である。受信障害は、例えば、検出された衛星の数が少ない場合（例えば３以下など）、各衛星信号の受信強度が低い場合、またはマルチパスが生じている場合などに生じ得る。受信障害が生じているか否かは、例えばＧＮＳＳデータに含まれる衛星に関する情報に基づいて判断され得る。例えば、ＧＮＳＳデータに含まれる衛星ごとの受信強度の値、または衛星の配置状況を示すＤＯＰ（Dilution of Precision）の値などに基づいて、受信障害の有無を判断することができる。
　「大域的経路」（global path）は、経路計画を行う処理装置によって生成される、農業機械が自動で移動するときの出発地点から目的地点までを結ぶ経路のデータを意味する。大域的経路を生成することを大域的経路計画（global path planning）または大域的経路設計と称する。以下の説明において、大域的経路を「目標経路」または単に「経路」とも称する。大域的経路は、例えば、農業機械が通過すべき複数の点の座標値によって規定され得る。農業機械が通過すべき点を「ウェイポイント」と称し、隣り合うウェイポイント間を結ぶ線分を「リンク」と称する。
　「局所的経路」（local path）は、大域的経路に沿って農業機械が自動で移動するときに逐次生成される、障害物を回避可能な局所的な経路を意味する。局所的経路を生成することを局所的経路計画（local path planning）または局所的経路設計と称する。局所的経路は、農業機械が移動している間に、農業機械が備える１つ以上のセンシング装置によって取得されたデータに基づいて逐次生成される。局所的経路は、大域的経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定され得る。ただし、大域的経路の付近に障害物が存在する場合、その障害物を迂回するようにウェイポイントが設定され得る。局所的経路におけるウェイポイント間のリンクの長さは、大域的経路におけるウェイポイント間のリンクの長さよりも短い。局所的経路を生成する装置は、大域的経路を生成する装置と同一でもよいし、異なっていてもよい。例えば、農業機械による農作業を管理する管理装置が大域的経路を生成し、農業機械に搭載された制御装置が局所的経路を生成してもよい。その場合、管理装置と制御装置との組み合わせが、経路計画を行う「処理装置」として機能する。農業機械の制御装置が、大域的経路設計および局所的経路設計の両方を行う処理装置として機能してもよい。
　「保管場所」は、農業機械を保管するために設けられる場所である。保管場所は、例えば、農業機械のユーザが管理する場所、または複数のユーザが共同で運営する場所であり得る。保管場所は、例えば、ユーザ（農業従事者など）の自宅もしくは事業所における倉庫、納屋、または駐車場などの、農業機械の保管のために確保された場所であり得る。保管場所の位置は、予め登録され、記憶装置に記録され得る。
　「待機場所」は、農業機械が農作業を行わない間、待機するために設けられる場所である。農業機械が自動運転を行う環境中に、１つ以上の待機場所が設けられ得る。上記の保管場所は、待機場所の一例である。待機場所は、複数のユーザが共同で管理または使用する場所であってもよい。待機場所は、例えば、倉庫、車庫、納屋、駐車場、またはその他の施設であり得る。待機場所は、農業機械のユーザとは異なる農業従事者の自宅または事業所における倉庫、納屋、車庫、または駐車場であってもよい。農業機械が移動する環境中に複数の待機場所が点在していてもよい。待機場所において、農業機械の部品もしくはインプルメントの交換もしくはメンテナンス、または資材の補充などの作業が行われてもよい。その場合、待機場所には、それらの作業に必要な部品、工具類、または資材が配置され得る。
　（実施形態）
　以下、本開示の実施形態を説明する。ただし、必要以上に詳細な説明は省略することがある。例えば、既によく知られた事項の詳細な説明および実質的に同一の構成に関する重複する説明を省略することがある。これは、以下の説明が不必要に冗長になることを避け、当業者の理解を容易にするためである。なお、発明者は、当業者が本開示を十分に理解するために添付図面および以下の説明を提供するのであって、これらによって特許請求の範囲に記載の主題を限定することを意図するものではない。以下の説明において、同一または類似の機能を有する構成要素については、同一の参照符号を付している。
　以下の実施形態は例示であり、本開示の技術は以下の実施形態に限定されない。例えば、以下の実施形態で示される数値、形状、材料、ステップ、ステップの順序、表示画面のレイアウトなどは、あくまでも一例であり、技術的に矛盾が生じない限りにおいて種々の改変が可能である。また、技術的に矛盾が生じない限りにおいて、一の態様と他の態様とを組み合わせることが可能である。
　以下、農業機械の一例であるトラクタなどの作業車両に本開示の技術を適用した実施形態を主に説明する。本開示の技術は、トラクタなどの作業車両に限らず、他の種類の農業機械にも適用することができる。
　図１は、本開示の例示的な実施形態による農業管理システムの概要を説明するための図である。図１に示す農業管理システムは、作業車両１００と、端末装置４００と、管理装置６００とを備える。端末装置４００は、作業車両１００を遠隔で監視するユーザが使用するコンピュータである。管理装置６００は、農業管理システムを運営する事業者が管理するコンピュータである。作業車両１００、端末装置４００、および管理装置６００は、ネットワーク８０を介して互いに通信することができる。図１には１台の作業車両１００が例示されているが、農業管理システムは、複数の作業車両またはその他の農業機械を含んでいてもよい。
　本実施形態における作業車両１００はトラクタである。作業車両１００は、後部および前部の一方または両方にインプルメントを装着することができる。作業車両１００は、インプルメントの種類に応じた農作業を行いながら圃場内を走行することができる。作業車両１００は、インプルメントを装着しない状態で圃場内または圃場外を走行してもよい。
　作業車両１００は、自動運転機能を備える。すなわち、作業車両１００は、手動によらず、制御装置の働きによって走行することができる。本実施形態における制御装置は、作業車両１００の内部に設けられ、作業車両１００の速度および操舵の両方を制御することができる。作業車両１００は、圃場内に限らず、圃場外（例えば道路）を自動走行することもできる。
　作業車両１００は、ＧＮＳＳ受信機およびＬｉＤＡＲセンサなどの、測位あるいは自己位置推定のために利用される装置を備える。作業車両１００の制御装置は、作業車両１００の位置と、管理装置６００によって生成された目標経路の情報とに基づいて、作業車両１００を自動で走行させる。制御装置は、作業車両１００の走行制御に加えて、インプルメントの動作の制御も行う。これにより、作業車両１００は、圃場内を自動で走行しながらインプルメントを用いて農作業を実行することができる。さらに、作業車両１００は、圃場外の道（例えば、農道または一般道）を目標経路に沿って自動で走行することができる。作業車両１００は、圃場外の道に沿って自動走行を行うとき、カメラまたはＬｉＤＡＲセンサなどのセンシング装置から出力されるデータに基づいて、障害物を回避可能な局所的経路を目標経路に沿って生成しながら走行する。作業車両１００は、圃場内においては、上記と同様に局所的経路を生成しながら走行してもよいし、局所的経路を生成せずに目標経路に沿って走行し、障害物が検出された場合に停止する、という動作を行ってもよい。
　管理装置６００は、作業車両１００による農作業を管理するコンピュータである。管理装置６００は、例えば圃場に関する情報をクラウド上で一元管理し、クラウド上のデータを活用して農業を支援するサーバコンピュータであり得る。管理装置６００は、例えば、作業車両１００の作業計画を作成し、その作業計画に従って、作業車両１００の目標経路を生成することができる。あるいは、管理装置６００は、ユーザによる端末装置４００を用いた操作に応答して、作業車両１００の目標経路を生成してもよい。以下、特に断らない限り、管理装置６００が生成する作業車両１００の目標経路（すなわち大域的経路）を単に「経路」と称する。
　管理装置６００は、記憶装置と処理装置とを備える。記憶装置は、複数の圃場およびそれらの圃場の周辺の道を含む領域の地図を記憶する。処理装置は、当該地図上における作業車両１００の経路を生成する。地図は、各道が農道であるか否か、各道が水路または川などの特定の地物に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む。処理装置は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、属性情報に基づいて、農道を優先する経路、特定の地物に沿った道を優先する経路、および衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを作業車両１００の経路として生成する。このような処理により、後に詳しく説明するように、作業車両１００の自動走行のための好適な経路を生成することができる。
　管理装置６００は、圃場内と圃場外とで異なる方法で目標経路を生成する。管理装置６００は、圃場内の目標経路を、圃場に関する情報に基づいて生成する。例えば、管理装置６００は、予め登録された圃場の外形、圃場の面積、圃場の出入口の位置、作業車両１００の幅、インプルメントの幅、作業の内容、栽培される作物の種類、作物の生育領域、作物の生育状況、または作物列もしくは畝の間隔などの、種々の情報に基づいて圃場内の目標経路を生成することができる。管理装置６００は、例えば、ユーザが端末装置４００または他のデバイスを用いて入力した情報に基づいて圃場内の目標経路を生成する。管理装置６００は、圃場内の経路を、例えば作業が行われる作業領域の全体をカバーするように生成する。一方、管理装置６００は、圃場外の目標経路を、作業計画またはユーザの指示に従って生成する。例えば、管理装置６００は、作業計画が示す農作業の順序、各農作業が行われる圃場の位置、圃場の出入口の位置、各農作業の開始予定時刻および終了予定時刻、地図に記録された各道の属性情報、路面状態、気象状況、または交通状況などの、種々の情報に基づいて圃場外の目標経路を生成することができる。管理装置６００は、作業計画によらず、ユーザが端末装置４００を操作して指定した経路または経由地点を示す情報に基づいて目標経路を生成してもよい。
　管理装置６００は、ユーザが端末装置４００を操作して選択した優先項目に従って、特定の種類の道を優先する経路を生成するように構成されていてもよい。特定の種類の道は、例えば、農道、水路等の特定の地物に沿った道、衛星信号を正常に受信できる道、または最短時間で目的地に到達できる道であり得る。そのような特定の種類の道を優先して経路を生成する方法の詳細については後述する。
　管理装置６００は、さらに、作業車両１００または他の移動体がＬｉＤＡＲセンサなどのセンシング装置を用いて収集したデータに基づいて、環境地図の生成および編集を行ってもよい。管理装置６００は、生成した作業計画、目標経路、および環境地図のデータを作業車両１００に送信する。作業車両１００は、それらのデータに基づいて、移動および農作業を自動で行う。
　なお、大域的経路設計および環境地図の生成（または編集）は、管理装置６００に限らず、他の装置が行ってもよい。例えば、作業車両１００の制御装置が、大域的経路設計または環境地図の生成もしくは編集を行ってもよい。
　端末装置４００は、作業車両１００から離れた場所にいるユーザが使用するコンピュータである。図１に示す端末装置４００はラップトップコンピュータであるが、これに限定されない。端末装置４００は、デスクトップＰＣ（personal computer）などの据え置き型のコンピュータであってもよいし、スマートフォンまたはタブレットコンピュータなどのモバイル端末でもよい。端末装置４００は、作業車両１００を遠隔監視したり、作業車両１００を遠隔操作したりするために用いられ得る。例えば、端末装置４００は、作業車両１００が備える１台以上のカメラが撮影した映像をディスプレイに表示させることができる。ユーザは、その映像を見て、作業車両１００の周囲の状況を確認し、作業車両１００に停止または発進の指示を送ることができる。端末装置４００は、さらに、作業車両１００の作業計画（例えば各農作業のスケジュール）を作成するために必要な情報をユーザが入力するための設定画面をディスプレイに表示することもできる。ユーザが設定画面上で必要な情報を入力し送信の操作を行うと、端末装置４００は、入力された情報を管理装置６００に送信する。管理装置６００は、その情報に基づいて作業計画を作成する。端末装置４００は、作業車両１００が農作業を実行する１つ以上の圃場、作業車両１００の保管場所、および作業車両１００が一時的に待機する１つ以上の待機場所の登録にも使用され得る。端末装置４００は、さらに、目標経路を設定するために必要な情報をユーザが入力するための設定画面をディスプレイに表示する機能を備えていてもよい。
　以下、本実施形態におけるシステムの構成および動作をより詳細に説明する。
　［１．構成］
　図２は、作業車両１００、および作業車両１００に連結されたインプルメント３００の例を模式的に示す側面図である。本実施形態における作業車両１００は、手動運転モードと自動運転モードの両方で動作することができる。自動運転モードにおいて、作業車両１００は無人で走行することができる。作業車両１００は、圃場内と圃場外の両方で自動運転が可能である。
　図２に示すように、作業車両１００は、車両本体１０１と、原動機（エンジン）１０２と、変速装置（トランスミッション）１０３とを備える。車両本体１０１には、タイヤ付きの車輪１０４と、キャビン１０５とが設けられている。車輪１０４は、一対の前輪１０４Ｆと一対の後輪１０４Ｒとを含む。キャビン１０５の内部に運転席１０７、操舵装置１０６、操作端末２００、および操作のためのスイッチ群が設けられている。作業車両１００が圃場内で作業走行を行うとき、前輪１０４Ｆおよび後輪１０４Ｒの一方または両方は、タイヤ付き車輪ではなく無限軌道（track）を装着した車輪（クローラ）に置き換えられてもよい。
　作業車両１００は、作業車両１００の周囲をセンシングする複数のセンシング装置を備える。図２の例では、センシング装置は、複数のカメラ１２０と、ＬｉＤＡＲセンサ１４０と、複数の障害物センサ１３０とを含む。
　カメラ１２０は、例えば作業車両１００の前後左右に設けられ得る。カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像データを生成する。カメラ１２０が取得した画像は、遠隔監視を行うための端末装置４００に送信され得る。当該画像は、無人運転時に作業車両１００を監視するために用いられ得る。カメラ１２０は、作業車両１００が圃場外の道（農道または一般道）を走行するときに、周辺の地物もしくは障害物、白線、標識、または表示などを認識するための画像を生成する用途でも使用され得る。
　図２の例におけるＬｉＤＡＲセンサ１４０は、車両本体１０１の前面下部に配置されている。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、他の位置に設けられていてもよい。ＬｉＤＡＲセンサ１４０は、作業車両１００が主に圃場外を走行している間、周囲の環境に存在する物体の各計測点までの距離および方向、または各計測点の２次元もしくは３次元の座標値を示すセンサデータを繰り返し出力する。ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータは、作業車両１００の制御装置によって処理される。制御装置は、センサデータと、環境地図とのマッチングにより、作業車両１００の自己位置推定を行うことができる。制御装置は、さらに、センサデータに基づいて、作業車両１００の周辺に存在する障害物などの物体を検出し、作業車両１００が実際に進むべき局所的経路を、大域的経路に沿って生成することができる。制御装置は、例えばＳＬＡＭ（Simultaneous Localization and Mapping）などのアルゴリズムを利用して、環境地図を生成または編集することもできる。作業車両１００は、異なる位置に異なる向きで配置された複数のＬｉＤＡＲセンサを備えていてもよい。
　図２に示す複数の障害物センサ１３０は、キャビン１０５の前部および後部に設けられている。障害物センサ１３０は、他の部位にも配置され得る。例えば、車両本体１０１の側部、前部、および後部の任意の位置に、１つまたは複数の障害物センサ１３０が設けられ得る。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、自動走行時に周囲の障害物を検出して作業車両１００を停止したり迂回したりするために用いられる。ＬｉＤＡＲセンサ１４０が障害物センサ１３０の１つとして利用されてもよい。
　作業車両１００は、さらに、ＧＮＳＳユニット１１０を備える。ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ受信機を含む。ＧＮＳＳ受信機は、ＧＮＳＳ衛星からの信号を受信するアンテナと、アンテナが受信した信号に基づいて作業車両１００の位置を計算するプロセッサとを備え得る。ＧＮＳＳユニット１１０は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を受信し、衛星信号に基づいて測位を行う。本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、キャビン１０５の上部に設けられているが、他の位置に設けられていてもよい。
　ＧＮＳＳユニット１１０は、慣性計測装置（ＩＭＵ）を含み得る。ＩＭＵからの信号を利用して位置データを補完することができる。ＩＭＵは、作業車両１００の傾きおよび微小な動きを計測することができる。ＩＭＵによって取得されたデータを用いて、衛星信号に基づく位置データを補完することにより、測位の性能を向上させることができる。
　作業車両１００の制御装置は、ＧＮＳＳユニット１１０による測位結果に加えて、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置が取得したセンシングデータを測位に利用してもよい。農道、林道、一般道、または果樹園のように、作業車両１００が走行する環境内に特徴点として機能する地物が存在する場合、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０によって取得されたデータと、予め記憶装置に格納された環境地図とに基づいて、作業車両１００の位置および向きを高い精度で推定することができる。カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０が取得したデータを用いて、衛星信号に基づく位置データを補正または補完することで、より高い精度で作業車両１００の位置を特定できる。
　原動機１０２は、例えばディーゼルエンジンであり得る。ディーゼルエンジンに代えて電動モータが使用されてもよい。変速装置１０３は、変速によって作業車両１００の推進力および移動速度を変化させることができる。変速装置１０３は、作業車両１００の前進と後進とを切り換えることもできる。
　操舵装置１０６は、ステアリングホイールと、ステアリングホイールに接続されたステアリングシャフトと、ステアリングホイールによる操舵を補助するパワーステアリング装置とを含む。前輪１０４Ｆは操舵輪であり、その切れ角（「操舵角」とも称する。）を変化させることにより、作業車両１００の走行方向を変化させることができる。前輪１０４Ｆの操舵角は、ステアリングホイールを操作することによって変化させることができる。パワーステアリング装置は、前輪１０４Ｆの操舵角を変化させるための補助力を供給する油圧装置または電動モータを含む。自動操舵が行われるときには、作業車両１００内に配置された制御装置からの制御により、油圧装置または電動モータの力によって操舵角が自動で調整される。
　車両本体１０１の後部には、連結装置１０８が設けられている。連結装置１０８は、例えば３点支持装置（「３点リンク」または「３点ヒッチ」とも称する。）、ＰＴＯ（Power Take Off）軸、ユニバーサルジョイント、および通信ケーブルを含む。連結装置１０８によってインプルメント３００を作業車両１００に着脱することができる。連結装置１０８は、例えば油圧装置によって３点リンクを昇降させ、インプルメント３００の位置または姿勢を変化させることができる。また、ユニバーサルジョイントを介して作業車両１００からインプルメント３００に動力を送ることができる。作業車両１００は、インプルメント３００を引きながら、インプルメント３００に所定の作業を実行させることができる。連結装置は、車両本体１０１の前方に設けられていてもよい。その場合、作業車両１００の前方にインプルメントを接続することができる。
　図２に示すインプルメント３００は、ロータリ耕耘機であるが、インプルメント３００はロータリ耕耘機に限定されない。例えば、シーダ（播種機）、スプレッダ（施肥機）、移植機、モーア（草刈機）、レーキ、ベーラ（集草機）、ハーベスタ（収穫機）、スプレイヤ、またはハローなどの、任意のインプルメントを作業車両１００に接続して使用することができる。
　図２に示す作業車両１００は、有人運転が可能であるが、無人運転のみに対応していてもよい。その場合には、キャビン１０５、操舵装置１０６、および運転席１０７などの、有人運転にのみ必要な構成要素は、作業車両１００に設けられていなくてもよい。無人の作業車両１００は、自律走行、またはユーザによる遠隔操作によって走行することができる。
　図３は、作業車両１００およびインプルメント３００の構成例を示すブロック図である。作業車両１００とインプルメント３００は、連結装置１０８に含まれる通信ケーブルを介して互いに通信することができる。作業車両１００は、ネットワーク８０を介して、端末装置４００および管理装置６００と通信することができる。
　図３の例における作業車両１００は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、および操作端末２００に加え、作業車両１００の動作状態を検出するセンサ群１５０、制御システム１６０、通信装置１９０、操作スイッチ群２１０、ブザー２２０、および駆動装置２４０を備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。ＧＮＳＳユニット１１０は、ＧＮＳＳ受信機１１１と、ＲＴＫ受信機１１２と、慣性計測装置（ＩＭＵ）１１５と、処理回路１１６とを備える。センサ群１５０は、ステアリングホイールセンサ１５２と、切れ角センサ１５４、車軸センサ１５６とを含む。制御システム１６０は、記憶装置１７０と、制御装置１８０とを備える。制御装置１８０は、複数の電子制御ユニット（ＥＣＵ）１８１から１８６を備える。インプルメント３００は、駆動装置３４０と、制御装置３８０と、通信装置３９０とを備える。なお、図３には、作業車両１００による自動運転の動作との関連性が相対的に高い構成要素が示されており、それ以外の構成要素の図示は省略されている。
　ＧＮＳＳユニット１１０におけるＧＮＳＳ受信機１１１は、複数のＧＮＳＳ衛星から送信される衛星信号を受信し、衛星信号に基づいてＧＮＳＳデータを生成する。ＧＮＳＳデータは、例えばＮＭＥＡ－０１８３フォーマットなどの所定のフォーマットで生成される。ＧＮＳＳデータは、例えば、衛星信号が受信されたそれぞれの衛星の識別番号、仰角、方位角、および受信強度を示す値を含み得る。受信強度は、例えば搬送波雑音電力密度比（Ｃ／Ｎ０）などの値で表現され得る。ＧＮＳＳデータは、受信された複数の衛星信号に基づいて計算された作業車両１００の位置情報、および当該位置情報の信頼性を示す情報も含み得る。位置情報は、例えば緯度、経度、および平均海水面からの高さなどによって表され得る。位置情報の信頼性は、例えば衛星の配置状況を示すＤＯＰ値などによって表され得る。
　図３に示すＧＮＳＳユニット１１０は、ＲＴＫ（Real Time Kinematic）－ＧＮＳＳを利用して作業車両１００の測位を行う。図４は、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位を行う作業車両１００の例を示す概念図である。ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる測位では、複数のＧＮＳＳ衛星５０から送信される衛星信号に加えて、基準局６０から送信される補正信号が利用される。基準局６０は、作業車両１００が作業走行を行う圃場の付近（例えば、作業車両１００から１０ｋｍ以内の位置）に設置され得る。基準局６０は、複数のＧＮＳＳ衛星５０から受信した衛星信号に基づいて、例えばＲＴＣＭフォーマットの補正信号を生成し、ＧＮＳＳユニット１１０に送信する。ＲＴＫ受信機１１２は、アンテナおよびモデムを含み、基準局６０から送信される補正信号を受信する。ＧＮＳＳユニット１１０の処理回路１１６は、補正信号に基づき、ＧＮＳＳ受信機１１１による測位結果を補正する。ＲＴＫ－ＧＮＳＳを用いることにより、例えば誤差数ｃｍの精度で測位を行うことが可能である。緯度、経度、および高度の情報を含む位置情報が、ＲＴＫ－ＧＮＳＳによる高精度の測位によって取得される。ＧＮＳＳユニット１１０は、例えば１秒間に１回から１０回程度の頻度で、作業車両１００の位置を計算する。
　なお、測位方法はＲＴＫ－ＧＮＳＳに限らず、必要な精度の位置情報が得られる任意の測位方法（干渉測位法または相対測位法など）を用いることができる。例えば、ＶＲＳ（Virtual Reference Station）またはＤＧＰＳ（Differential Global Positioning System）を利用した測位を行ってもよい。基準局６０から送信される補正信号を用いなくても必要な精度の位置情報が得られる場合は、補正信号を用いずに位置情報を生成してもよい。その場合、ＧＮＳＳユニット１１０は、ＲＴＫ受信機１１２を備えていなくてもよい。
　ＲＴＫ－ＧＮＳＳを利用する場合であっても、基準局６０からの補正信号が得られない場所（例えば圃場から遠く離れた道路上）では、ＲＴＫ受信機１１２からの信号によらず、他の方法で作業車両１００の位置が推定される。例えば、ＬｉＤＡＲセンサ１４０および／またはカメラ１２０から出力されたデータと、高精度の環境地図とのマッチングによって、作業車両１００の位置が推定され得る。
　本実施形態におけるＧＮＳＳユニット１１０は、さらにＩＭＵ１１５を備える。ＩＭＵ１１５は、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを備え得る。ＩＭＵ１１５は、３軸地磁気センサなどの方位センサを備えていてもよい。ＩＭＵ１１５は、モーションセンサとして機能し、作業車両１００の加速度、速度、変位、および姿勢などの諸量を示す信号を出力することができる。処理回路１１６は、衛星信号および補正信号に加えて、ＩＭＵ１１５から出力された信号に基づいて、作業車両１００の位置および向きをより高い精度で推定することができる。ＩＭＵ１１５から出力された信号は、衛星信号および補正信号に基づいて計算される位置の補正または補完に用いられ得る。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳ受信機１１１よりも高い頻度で信号を出力する。その高頻度の信号を利用して、処理回路１１６は、作業車両１００の位置および向きをより高い頻度（例えば、１０Ｈｚ以上）で計測することができる。ＩＭＵ１１５に代えて、３軸加速度センサおよび３軸ジャイロスコープを別々に設けてもよい。ＩＭＵ１１５は、ＧＮＳＳユニット１１０とは別の装置として設けられていてもよい。
　カメラ１２０は、作業車両１００の周囲の環境を撮影する撮像装置である。カメラ１２０は、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）またはＣＭＯＳ（Complementary MetalOxide Semiconductor）などのイメージセンサを備える。カメラ１２０は、他にも、１つ以上のレンズを含む光学系、および信号処理回路を備え得る。カメラ１２０は、作業車両１００の走行中、作業車両１００の周囲の環境を撮影し、画像（例えば動画）のデータを生成する。カメラ１２０は、例えば、３フレーム／秒（ｆｐｓ: frames per second）以上のフレームレートで動画を撮影することができる。カメラ１２０によって生成された画像は、例えば遠隔の監視者が端末装置４００を用いて作業車両１００の周囲の環境を確認するときに利用され得る。カメラ１２０によって生成された画像は、測位または障害物の検出に利用されてもよい。図２に示すように、複数のカメラ１２０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよいし、単数のカメラが設けられていてもよい。可視光画像を生成する可視カメラと、赤外線画像を生成する赤外カメラとが別々に設けられていてもよい。可視カメラと赤外カメラの両方が監視用の画像を生成するカメラとして設けられていてもよい。赤外カメラは、夜間において障害物の検出にも用いられ得る。
　障害物センサ１３０は、作業車両１００の周囲に存在する物体を検出する。障害物センサ１３０は、例えばレーザスキャナまたは超音波ソナーを含み得る。障害物センサ１３０は、障害物センサ１３０から所定の距離よりも近くに物体が存在する場合に、障害物が存在することを示す信号を出力する。複数の障害物センサ１３０が作業車両１００の異なる位置に設けられていてもよい。例えば、複数のレーザスキャナと、複数の超音波ソナーとが、作業車両１００の異なる位置に配置されていてもよい。そのような多くの障害物センサ１３０を備えることにより、作業車両１００の周囲の障害物の監視における死角を減らすことができる。
　ステアリングホイールセンサ１５２は、作業車両１００のステアリングホイールの回転角を計測する。切れ角センサ１５４は、操舵輪である前輪１０４Ｆの切れ角を計測する。ステアリングホイールセンサ１５２および切れ角センサ１５４による計測値は、制御装置１８０による操舵制御に利用される。
　車軸センサ１５６は、車輪１０４に接続された車軸の回転速度、すなわち単位時間あたりの回転数を計測する。車軸センサ１５６は、例えば磁気抵抗素子（ＭＲ）、ホール素子、または電磁ピックアップを利用したセンサであり得る。車軸センサ１５６は、例えば、車軸の１分あたりの回転数（単位：ｒｐｍ）を示す数値を出力する。車軸センサ１５６は、作業車両１００の速度を計測するために使用される。
　駆動装置２４０は、前述の原動機１０２、変速装置１０３、操舵装置１０６、および連結装置１０８などの、作業車両１００の走行およびインプルメント３００の駆動に必要な各種の装置を含む。原動機１０２は、例えばディーゼル機関などの内燃機関を備え得る。駆動装置２４０は、内燃機関に代えて、あるいは内燃機関とともに、トラクション用の電動モータを備えていてもよい。
　ブザー２２０は、異常を報知するための警告音を発する音声出力装置である。ブザー２２０は、例えば、自動運転時に、障害物が検出された場合に警告音を発する。ブザー２２０は、制御装置１８０によって制御される。
　記憶装置１７０は、フラッシュメモリまたは磁気ディスクなどの１つ以上の記憶媒体を含む。記憶装置１７０は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、センサ群１５０、および制御装置１８０が生成する各種のデータを記憶する。記憶装置１７０が記憶するデータには、作業車両１００が走行する環境内の地図データ（環境地図）、および自動運転のための大域的経路（目標経路）のデータが含まれ得る。環境地図は、作業車両１００が農作業を行う複数の圃場およびその周辺の道の情報を含む。環境地図および目標経路は、管理装置６００における処理装置（すなわちプロセッサ）によって生成され得る。なお、本実施形態における制御装置１８０は、環境地図および目標経路を生成または編集する機能を備えていてもよい。制御装置１８０は、管理装置６００から取得した環境地図および目標経路を、作業車両１００の走行環境に応じて編集することができる。記憶装置１７０は、通信装置１９０が管理装置６００から受信した作業計画のデータも記憶する。作業計画は、複数の作業日にわたって作業車両１００が実行する複数の農作業に関する情報を含む。作業計画は、例えば、各作業日において作業車両１００が実行する各農作業の予定時刻の情報を含む作業スケジュールのデータであり得る。記憶装置１７０は、制御装置１８０における各ＥＣＵに、後述する各種の動作を実行させるコンピュータプログラムも記憶する。そのようなコンピュータプログラムは、記憶媒体（例えば半導体メモリまたは光ディスク等）または電気通信回線（例えばインターネット）を介して作業車両１００に提供され得る。そのようなコンピュータプログラムが、商用ソフトウェアとして販売されてもよい。
　制御装置１８０は、複数のＥＣＵを含む。複数のＥＣＵは、例えば、速度制御用のＥＣＵ１８１、ステアリング制御用のＥＣＵ１８２、インプルメント制御用のＥＣＵ１８３、自動運転制御用のＥＣＵ１８４、経路生成用のＥＣＵ１８５、および地図生成用のＥＣＵ１８６を含む。
　ＥＣＵ１８１は、駆動装置２４０に含まれる原動機１０２、変速装置１０３、およびブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を制御する。
　ＥＣＵ１８２は、ステアリングホイールセンサ１５２の計測値に基づいて、操舵装置１０６に含まれる油圧装置または電動モータを制御することによって作業車両１００のステアリングを制御する。
　ＥＣＵ１８３は、インプルメント３００に所望の動作を実行させるために、連結装置１０８に含まれる３点リンクおよびＰＴＯ軸などの動作を制御する。ＥＣＵ１８３はまた、インプルメント３００の動作を制御する信号を生成し、その信号を通信装置１９０からインプルメント３００に送信する。
　ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、およびセンサ群１５０から出力されたデータに基づいて、自動運転を実現するための演算および制御を行う。例えば、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０、カメラ１２０、およびＬｉＤＡＲセンサ１４０の少なくとも１つから出力されたデータに基づいて、作業車両１００の位置を特定する。圃場内においては、ＥＣＵ１８４は、ＧＮＳＳユニット１１０から出力されたデータのみに基づいて作業車両１００の位置を決定してもよい。ＥＣＵ１８４は、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０が取得したデータに基づいて作業車両１００の位置を推定または補正してもよい。カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０が取得したデータを利用することにより、測位の精度をさらに高めることができる。また、圃場外においては、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータを利用して作業車両１００の位置を推定する。例えば、ＥＣＵ１８４は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータと、環境地図とのマッチングにより、作業車両１００の位置を推定してもよい。自動運転中、ＥＣＵ１８４は、推定された作業車両１００の位置に基づいて、目標経路または局所的経路に沿って作業車両１００が走行するために必要な演算を行う。ＥＣＵ１８４は、ＥＣＵ１８１に速度変更の指令を送り、ＥＣＵ１８２に操舵角変更の指令を送る。ＥＣＵ１８１は、速度変更の指令に応答して原動機１０２、変速装置１０３、またはブレーキを制御することによって作業車両１００の速度を変化させる。ＥＣＵ１８２は、操舵角変更の指令に応答して操舵装置１０６を制御することによって操舵角を変化させる。
　ＥＣＵ１８５は、作業車両１００が目標経路に沿って走行している間、障害物を回避可能な局所的経路を逐次生成する。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、カメラ１２０、障害物センサ１３０、およびＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたデータに基づいて、作業車両１００の周囲に存在する障害物を認識する。ＥＣＵ１８５は、認識した障害物を回避するように局所的経路を生成する。
　ＥＣＵ１８５は、管理装置６００の代わりに大域的経路設計を行う機能を備えていてもよい。その場合、ＥＣＵ１８５は、記憶装置１７０に格納された作業計画に基づいて作業車両１００の移動先を決定し、作業車両１００の移動の開始地点から目的地点までの目標経路を決定する。ＥＣＵ１８５は、記憶装置１７０に格納された道路情報を含む環境地図に基づき、例えば最短の時間で移動先に到達できる経路を目標経路として作成することができる。あるいは、ＥＣＵ１８５は、環境地図に含まれる各道の属性情報に基づいて、特定の種類の道（例えば、農道、水路などの特定の地物に沿った道、またはＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を良好に受信できる道など）を優先する経路を目標経路として生成してもよい。
　ＥＣＵ１８６は、作業車両１００が走行する環境の地図を生成または編集する。本実施形態では、管理装置６００などの外部の装置によって生成された環境地図が作業車両１００に送信され、記憶装置１７０に記録されるが、ＥＣＵ１８６が代わりに環境地図を生成または編集することもできる。以下、ＥＣＵ１８６が環境地図を生成する場合の動作を説明する。環境地図は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータに基づいて生成され得る。環境地図を生成するとき、ＥＣＵ１８６は、作業車両１００が走行している間にＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたセンサデータに基づいて３次元の点群データを逐次生成する。ＥＣＵ１８６は、例えばＳＬＡＭなどのアルゴリズムを利用して、逐次生成した点群データを繋ぎ合わせることにより、環境地図を生成することができる。このようにして生成された環境地図は、高精度の３次元地図であり、ＥＣＵ１８４による自己位置推定に利用され得る。この３次元地図に基づいて、大域的経路計画に利用される２次元地図が生成され得る。本明細書では、自己位置推定に利用される３次元地図と、大域的経路計画に利用される２次元地図とを、いずれも「環境地図」と称する。ＥＣＵ１８６は、さらに、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたデータに基づいて認識された地物（例えば、水路、川、草、木など）、道の種類（例えば農道か否か）、路面の状態、または道の通行可能性等に関する種々の属性情報を、地図に付加することによって地図を編集することもできる。
　これらのＥＣＵの働きにより、制御装置１８０は、自動運転を実現する。自動運転時において、制御装置１８０は、計測または推定された作業車両１００の位置と、生成された経路とに基づいて、駆動装置２４０を制御する。これにより、制御装置１８０は、作業車両１００を目標経路に沿って走行させることができる。
　制御装置１８０に含まれる複数のＥＣＵは、例えばＣＡＮ（Controller Area Network）などのビークルバス規格に従って、相互に通信することができる。ＣＡＮに代えて、車載イーサネット（登録商標）などの、より高速の通信方式が用いられてもよい。図３において、ＥＣＵ１８１から１８６のそれぞれは、個別のブロックとして示されているが、これらのそれぞれの機能が、複数のＥＣＵによって実現されていてもよい。ＥＣＵ１８１から１８６の少なくとも一部の機能を統合した車載コンピュータが設けられていてもよい。制御装置１８０は、ＥＣＵ１８１から１８６以外のＥＣＵを備えていてもよく、機能に応じて任意の個数のＥＣＵが設けられ得る。各ＥＣＵは、１つ以上のプロセッサを含む処理回路を備える。
　通信装置１９０は、インプルメント３００、端末装置４００、および管理装置６００と通信を行う回路を含む装置である。通信装置１９０は、例えばＩＳＯＢＵＳ－ＴＩＭ等のＩＳＯＢＵＳ規格に準拠した信号の送受信を、インプルメント３００の通信装置３９０との間で実行する回路を含む。これにより、インプルメント３００に所望の動作を実行させたり、インプルメント３００から情報を取得したりすることができる。通信装置１９０は、さらに、ネットワーク８０を介した信号の送受信を、端末装置４００および管理装置６００のそれぞれの通信装置との間で実行するためのアンテナおよび通信回路を含み得る。ネットワーク８０は、例えば、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信網およびインターネットを含み得る。通信装置１９０は、作業車両１００の近くにいる監視者が使用する携帯端末と通信する機能を備えていてもよい。そのような携帯端末との間では、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信、またはＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）などの、任意の無線通信規格に準拠した通信が行われ得る。
　操作端末２００は、作業車両１００の走行およびインプルメント３００の動作に関する操作をユーザが実行するための端末であり、バーチャルターミナル（ＶＴ）とも称される。操作端末２００は、タッチスクリーンなどの表示装置、および／または１つ以上のボタンを備え得る。表示装置は、例えば液晶または有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）などのディスプレイであり得る。ユーザは、操作端末２００を操作することにより、例えば自動運転モードのオン／オフの切り替え、環境地図の記録または編集、目標経路の設定、およびインプルメント３００のオン／オフの切り替えなどの種々の操作を実行することができる。これらの操作の少なくとも一部は、操作スイッチ群２１０を操作することによっても実現され得る。操作端末２００は、作業車両１００から取り外せるように構成されていてもよい。作業車両１００から離れた場所にいるユーザが、取り外された操作端末２００を操作して作業車両１００の動作を制御してもよい。ユーザは、操作端末２００の代わりに、端末装置４００などの、必要なアプリケーションソフトウェアがインストールされたコンピュータを操作して作業車両１００の動作を制御してもよい。
　図５は、キャビン１０５の内部に設けられる操作端末２００および操作スイッチ群２１０の例を示す図である。キャビン１０５の内部には、ユーザが操作可能な複数のスイッチを含むスイッチ群２１０が配置されている。操作スイッチ群２１０は、例えば、主変速または副変速の変速段を選択するためのスイッチ、自動運転モードと手動運転モードとを切り替えるためのスイッチ、前進と後進とを切り替えるためのスイッチ、およびインプルメント３００を昇降するためのスイッチ等を含み得る。なお、作業車両１００が無人運転のみを行い、有人運転の機能を備えていない場合、作業車両１００が操作スイッチ群２１０を備えている必要はない。
　図３に示すインプルメント３００における駆動装置３４０は、インプルメント３００が所定の作業を実行するために必要な動作を行う。駆動装置３４０は、例えば油圧装置、電気モータ、またはポンプなどの、インプルメント３００の用途に応じた装置を含む。制御装置３８０は、駆動装置３４０の動作を制御する。制御装置３８０は、通信装置３９０を介して作業車両１００から送信された信号に応答して、駆動装置３４０に各種の動作を実行させる。また、インプルメント３００の状態に応じた信号を通信装置３９０から作業車両１００に送信することもできる。
　次に、図６を参照しながら、管理装置６００および端末装置４００の構成を説明する。図６は、管理装置６００および端末装置４００の概略的なハードウェア構成を例示するブロック図である。
　管理装置６００は、記憶装置６５０と、プロセッサ６６０と、ＲＯＭ（Read Only Memory）６７０と、ＲＡＭ（Random Access Memory）６８０と、通信装置６９０とを備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。管理装置６００は、作業車両１００が実行する圃場における農作業のスケジュール管理を行い、管理するデータを活用して農業を支援するクラウドサーバとして機能し得る。ユーザは、端末装置４００を用いて作業計画の作成に必要な情報を入力し、その情報をネットワーク８０を介して管理装置６００にアップロードすることが可能である。管理装置６００は、その情報に基づき、農作業のスケジュール、すなわち作業計画を作成することができる。管理装置６００は、さらに、環境地図の生成または編集、および作業車両１００の大域的経路計画も実行することができる。環境地図は、管理装置６００の外部のコンピュータから配信されてもよい。
　通信装置６９０は、ネットワーク８０を介して作業車両１００および端末装置４００と通信するための通信モジュールである。通信装置６９０は、例えば、ＩＥＥＥ１３９４（登録商標）またはイーサネット（登録商標）などの通信規格に準拠した有線通信を行うことができる。通信装置６９０は、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）規格もしくはＷｉ－Ｆｉ規格に準拠した無線通信、または、３Ｇ、４Ｇもしくは５Ｇなどのセルラー移動体通信を行ってもよい。
　プロセッサ６６０は、例えば中央演算処理装置（ＣＰＵ）を含む半導体集積回路であり得る。プロセッサ６６０は、マイクロプロセッサまたはマイクロコントローラによって実現され得る。あるいは、プロセッサ６６０は、ＣＰＵを搭載したＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）、ＧＰＵ（Graphics Processing Unit）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＡＳＳＰ（Application Specific Standard Product）
、または、これらの回路の中から選択される２つ以上の回路の組み合わせによっても実現され得る。プロセッサ６６０は、ＲＯＭ６７０に格納された、少なくとも１つの処理を実行するための命令群を記述したコンピュータプログラムを逐次実行し、所望の処理を実現する。
　ＲＯＭ６７０は、例えば、書き込み可能なメモリ（例えばＰＲＯＭ）、書き換え可能なメモリ（例えばフラッシュメモリ）、または読み出し専用のメモリである。ＲＯＭ６７０は、プロセッサ６６０の動作を制御するプログラムを記憶する。ＲＯＭ６７０は、単一の記憶媒体である必要はなく、複数の記憶媒体の集合体であってもよい。複数の記憶媒体の集合体の一部は、取り外し可能なメモリであってもよい。
　ＲＡＭ６８０は、ＲＯＭ６７０に格納された制御プログラムをブート時に一旦展開するための作業領域を提供する。ＲＡＭ６８０は、単一の記憶媒体である必要はなく、複数の記憶媒体の集合体であってもよい。
　記憶装置６５０は、主としてデータベースのストレージとして機能する。記憶装置６５０は、例えば、磁気記憶装置または半導体記憶装置であり得る。磁気記憶装置の例は、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）である。半導体記憶装置の例は、ソリッドステートドライブ（ＳＳＤ）である。記憶装置６５０は、管理装置６００とは独立した装置であってもよい。例えば、記憶装置６５０は、管理装置６００にネットワーク８０を介して接続される記憶装置、例えばクラウドストレージであってもよい。
　端末装置４００は、入力装置４２０と、表示装置４３０と、記憶装置４５０と、プロセッサ４６０と、ＲＯＭ４７０と、ＲＡＭ４８０と、通信装置４９０とを備える。これらの構成要素は、バスを介して相互に通信可能に接続される。入力装置４２０は、ユーザからの指示をデータに変換してコンピュータに入力するための装置である。入力装置４２０は、例えば、キーボード、マウス、またはタッチパネルであり得る。表示装置４３０は、例えば液晶ディスプレイまたは有機ＥＬディスプレイであり得る。プロセッサ４６０、ＲＯＭ４７０、ＲＡＭ４８０、記憶装置４５０、および通信装置４９０のそれぞれに関する説明は、管理装置６００のハードウェア構成例において記載したとおりであり、それらの説明を省略する。
　［２．動作］
　次に、作業車両１００、端末装置４００、および管理装置６００の動作を説明する。
　［２－１．自動走行動作］
　まず、作業車両１００による自動走行の動作の例を説明する。本実施形態における作業車両１００は、圃場内および圃場外の両方で自動で走行することができる。圃場内において、作業車両１００は、予め設定された目標経路に沿って走行しながら、インプルメント３００を駆動して所定の農作業を行う。作業車両１００は、圃場内を走行中、障害物センサ１３０によって障害物が検出された場合、走行を停止し、ブザー２２０からの警告音の発出、および端末装置４００への警告信号の送信などの動作を行う。圃場内において、作業車両１００の測位は、主にＧＮＳＳユニット１１０から出力されるデータに基づいて行われる。一方、圃場外において、作業車両１００は、圃場外の農道または一般道に設定された目標経路に沿って自動で走行する。作業車両１００は、圃場外を走行中、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０によって取得されたデータに基づいて局所的経路設計を行いながら走行する。圃場外において、作業車両１００は、障害物が検出されると、障害物を回避するか、その場で停止する。圃場外においては、ＧＮＳＳユニット１１０から出力される測位データに加え、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０から出力されるデータに基づいて作業車両１００の位置が推定される。
　以下、作業車両１００が圃場内を自動走行する場合の動作をまず説明する。作業車両１００が圃場外を自動走行する動作と、圃場外における大域的経路設計および局所的経路設計の処理については、後述する。
　図７は、圃場内を目標経路に沿って自動で走行する作業車両１００の例を模式的に示す図である。この例において、圃場は、作業車両１００がインプルメント３００を用いて作業を行う作業領域７２と、圃場の外周縁付近に位置する枕地７４とを含む。地図上で圃場のどの領域が作業領域７２または枕地７４に該当するかは、ユーザによって事前に設定され得る。この例における目標経路は、並列する複数の主経路Ｐ１と、複数の主経路Ｐ１を接続する複数の旋回経路Ｐ２とを含む。主経路Ｐ１は作業領域７２内に位置し、旋回経路Ｐ２は枕地７４内に位置する。図７に示す各主経路Ｐ１は直線状の経路であるが、各主経路Ｐ１は曲線状の部分を含んでいてもよい。主経路Ｐ１は、例えば、ユーザが操作端末２００または端末装置４００に表示された圃場の地図を見ながら、圃場の端付近の２点（図７における点ＡおよびＢ）を指定する操作を行うことによって自動で生成され得る。その場合、ユーザが指定した点Ａと点Ｂとを結ぶ線分に平行に、複数の主経路Ｐ１が設定され、それらの主経路Ｐ１を旋回経路Ｐ２で接続することによって圃場内の目標経路が生成される。図７における破線は、インプルメント３００の作業幅を表している。作業幅は、予め設定され、記憶装置１７０に記録される。作業幅は、ユーザが操作端末２００または端末装置４００を操作することによって設定され、記録され得る。あるいは、作業幅は、インプルメント３００を作業車両１００に接続したときに自動で認識され、記録されてもよい。複数の主経路Ｐ１の間隔は、作業幅に合わせて設定され得る。目標経路は、自動運転が開始される前に、ユーザの操作に基づいて作成され得る。目標経路は、例えば圃場内の作業領域７２の全体をカバーするように作成され得る。作業車両１００は、図７に示すような目標経路に沿って、作業の開始地点から作業の終了地点まで、往復を繰り返しながら自動で走行する。なお、図７に示す目標経路は一例に過ぎず、目標経路の定め方は任意である。
　次に、制御装置１８０による圃場内における自動運転時の制御の例を説明する。
　図８は、制御装置１８０によって実行される自動運転時の操舵制御の動作の例を示すフローチャートである。制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、図８に示すステップＳ１２１からＳ１２５の動作を実行することにより、自動操舵を行う。速度に関しては、例えば予め設定された速度に維持される。制御装置１８０は、作業車両１００の走行中、ＧＮＳＳユニット１１０によって生成された作業車両１００の位置を示すデータを取得する（ステップＳ１２１）。次に、制御装置１８０は、作業車両１００の位置と、目標経路との偏差を算出する（ステップＳ１２２）。偏差は、その時点における作業車両１００の位置と、目標経路との距離を表す。制御装置１８０は、算出した位置の偏差が予め設定された閾値を超えるか否かを判定する（ステップＳ１２３）。偏差が閾値を超える場合、制御装置１８０は、偏差が小さくなるように、駆動装置２４０に含まれる操舵装置の制御パラメータを変更することにより、操舵角を変更する。ステップＳ１２３において偏差が閾値を超えない場合、ステップＳ１２４の動作は省略される。続くステップＳ１２５において、制御装置１８０は、動作終了の指令を受けたか否かを判定する。動作終了の指令は、例えばユーザが遠隔操作で自動運転の停止を指示したり、作業車両１００が目的地に到達したりした場合に出され得る。動作終了の指令が出されていない場合、ステップＳ１２１に戻り、新たに計測された作業車両１００の位置に基づいて、同様の動作を実行する。制御装置１８０は、動作終了の指令が出されるまで、ステップＳ１２１からＳ１２５の動作を繰り返す。上記の動作は、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８２、１８４によって実行される。
　図８に示す例では、制御装置１８０は、ＧＮＳＳユニット１１０によって特定された作業車両１００の位置と目標経路との偏差のみに基づいて駆動装置２４０を制御するが、方位の偏差もさらに考慮して制御してもよい。例えば、制御装置１８０は、ＧＮＳＳユニット１１０によって特定された作業車両１００の向きと、目標経路の方向との角度差である方位偏差が予め設定された閾値を超える場合に、その偏差に応じて駆動装置２４０の操舵装置の制御パラメータ（例えば操舵角）を変更してもよい。
　以下、図９Ａから図９Ｄを参照しながら、制御装置１８０による操舵制御の例をより具体的に説明する。
　図９Ａは、目標経路Ｐに沿って走行する作業車両１００の例を示す図である。図９Ｂは、目標経路Ｐから右にシフトした位置にある作業車両１００の例を示す図である。図９Ｃは、目標経路Ｐから左にシフトした位置にある作業車両１００の例を示す図である。図９Ｄは、目標経路Ｐに対して傾斜した方向を向いている作業車両１００の例を示す図である。これらの図において、ＧＮＳＳユニット１１０によって計測された作業車両１００の位置および向きを示すポーズがｒ（ｘ，ｙ，θ）と表現されている。（ｘ，ｙ）は、地球に固定された２次元座標系であるＸＹ座標系における作業車両１００の基準点の位置を表す座標である。図９Ａから図９Ｄに示す例において、作業車両１００の基準点はキャビン上のＧＮＳＳアンテナが設置された位置にあるが、基準点の位置は任意である。θは、作業車両１００の計測された向きを表す角度である。図示されている例においては、目標経路ＰがＹ軸に平行であるが、一般的には目標経路ＰはＹ軸に平行であるとは限らない。
　図９Ａに示すように、作業車両１００の位置および向きが目標経路Ｐから外れていない場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の操舵角および速度を変更せずに維持する。
　図９Ｂに示すように、作業車両１００の位置が目標経路Ｐから右側にシフトしている場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の走行方向が左寄りに傾き、経路Ｐに近付くように操舵角を変更する。このとき、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の大きさは、例えば位置偏差Δｘの大きさに応じて調整され得る。
　図９Ｃに示すように、作業車両１００の位置が目標経路Ｐから左側にシフトしている場合には、制御装置１８０は、作業車両１００の走行方向が右寄りに傾き、経路Ｐに近付くように操舵角を変更する。この場合も、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の変化量は、例えば位置偏差Δｘの大きさに応じて調整され得る。
　図９Ｄに示すように、作業車両１００の位置は目標経路Ｐから大きく外れていないが、向きが目標経路Ｐの方向とは異なる場合は、制御装置１８０は、方位偏差Δθが小さくなるように操舵角を変更する。この場合も、操舵角に加えて速度も併せて変更してもよい。操舵角の大きさは、例えば位置偏差Δｘおよび方位偏差Δθのそれぞれの大きさに応じて調整され得る。例えば、位置偏差Δｘの絶対値が小さいほど方位偏差Δθに応じた操舵角の変化量を大きくしてもよい。位置偏差Δｘの絶対値が大きい場合には、経路Ｐに戻るために操舵角を大きく変化させることになるため、必然的に方位偏差Δθの絶対値が大きくなる。逆に、位置偏差Δｘの絶対値が小さい場合には、方位偏差Δθをゼロに近づけることが必要である。このため、操舵角を決定するための方位偏差Δθの重み（すなわち制御ゲイン）を相対的に大きくすることが妥当である。
　作業車両１００の操舵制御および速度制御には、ＰＩＤ制御またはＭＰＣ制御（モデル予測制御）などの制御技術が適用され得る。これらの制御技術を適用することにより、作業車両１００を目標経路Ｐに近付ける制御を滑らかにすることができる。
　なお、走行中に１つ以上の障害物センサ１３０によって障害物が検出された場合には、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させる。このとき、ブザー２２０に警告音を発出させたり、警告信号を端末装置４００に送信してもよい。障害物の回避が可能な場合、制御装置１８０は、障害物を回避するように駆動装置２４０を制御してもよい。
　本実施形態における作業車両１００は、圃場内だけでなく、圃場外でも自動走行が可能である。圃場外において、制御装置１８０は、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０から出力されたデータに基づいて、作業車両１００から比較的離れた位置に存在する物体（例えば、他の車両または歩行者等）を検出することができる。制御装置１８０は、検出された物体を回避するように局所的経路を生成し、局所的経路に沿って速度制御および操舵制御を行うことにより、圃場外の道における自動走行を実現できる。
　このように、本実施形態における作業車両１００は、無人で圃場内および圃場外を自動で走行できる。図１０は、複数の作業車両１００が圃場７０の内部および圃場７０の外側の道７６を自動走行している状況の例を模式的に示す図である。記憶装置１７０には、複数の圃場およびその周辺の道を含む領域の環境地図および目標経路が記録される。環境地図および目標経路は、管理装置６００またはＥＣＵ１８５によって生成され得る。作業車両１００が道路上を走行する場合、作業車両１００は、インプルメント３００を上昇させた状態で、カメラ１２０およびＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置を用いて周囲をセンシングしながら、目標経路に沿って走行する。走行中、制御装置１８０は、局所的経路を逐次生成し、局所的経路に沿って作業車両１００を走行させる。これにより、障害物を回避しながら自動走行することができる。走行中に、状況に応じて目標経路が変更されてもよい。
　［２－２．作業計画の作成］
　本実施形態における作業車両１００は、管理装置６００によって作成された作業計画および目標経路に従って圃場間の移動、および各圃場での農作業を自動で実行する。作業計画は、作業車両１００によって実行される１以上の農作業に関する情報を含む。例えば、作業計画は、作業車両１００によって実行される１以上の農作業、および各農作業が行われる圃場の情報を含む。作業計画は、複数の作業日にわたって作業車両１００が実行する複数の農作業、および各農作業が行われる圃場の情報を含んでいてもよい。より具体的には、作業計画は、作業日ごとに、どの時刻に、どの農業機械が、どの圃場で、どの農作業を行うかを示す作業スケジュールの情報を含むデータベースであり得る。以下、作業計画がそのような作業スケジュールのデータである場合の例を説明する。作業計画は、ユーザが端末装置４００を用いて入力した情報に基づいて、管理装置６００のプロセッサ６６０によって作成され得る。以下、作業スケジュールの作成方法の例を説明する。
　図１１は、端末装置４００の表示装置４３０に表示される設定画面７６０の一例を示す図である。端末装置４００のプロセッサ４６０は、ユーザによる入力装置４２０を用いた操作に応答して、スケジュール作成のためのアプリケーションソフトウェアを起動して、図１１に示すような設定画面７６０を表示装置４３０に表示させる。ユーザは、この設定画面７６０上で、作業スケジュールの作成に必要な情報を入力することができる。
　図１１は、農作業として、稲作用の圃場において肥料の散布を伴う耕耘が行われる場合の設定画面７６０の一例を示している。設定画面７６０は、図示されるものに限定されず、適宜変更が可能である。図１１の例における設定画面７６０は、日付設定部７６２、作付計画選択部７６３、圃場選択部７６４、作業選択部７６５、作業者選択部７６６、時間設定部７６７、機械選択部７６８、肥料選択部７６９、および散布量設定部７７０を含む。
　日付設定部７６２には、入力装置４２０によって入力された日付が表示される。入力された日付が農作業の実施日として設定される。
　作付計画選択部７６３には、予め作成された作付計画の名称の一覧が表示される。一覧の中から所望の作付計画をユーザが選択することが可能である。作付計画は、作物の種類・品種ごとに予め作成され、管理装置６００の記憶装置６５０に記録される。作付計画は、どの作物をどの圃場に作付けするか（すなわち植え付けるか）という計画である。作付計画は、作物を圃場に作付けする前に、複数の圃場を管理する管理者等によって行われる。図１１の例では、稲の品種「こしいぶき」の作付計画が選択されている。この場合、設定画面７６０で設定される内容は、「こしいぶき」の作付計画に関連付けられる。
　圃場選択部７６４には、地図中の圃場が表示される。ユーザは、表示された圃場の中から任意の圃場を選択できる。図１１の例では、「圃場Ａ」を示す部分が選択されている。この場合、選択された「圃場Ａ」が農作業が行われる圃場として設定される。
　作業選択部７６５には、選択された作物を栽培するために必要な複数の農作業が表示される。ユーザは、複数の農作業の中から１つの農作業を選択することができる。図１１の例では、複数の農作業の中から「耕耘」が選択されている。この場合、選択された「耕耘」が、実施される農作業として設定される。
　作業者選択部７６６には、予め登録された作業者が表示される。ユーザは、表示された複数の作業者の中から一人以上の作業者を選択することができる。図１１の例では、複数の作業者のうち、「作業者Ｂ、作業者Ｃ」が選択されている。この場合、選択された「作業者Ｂ、作業者Ｃ」が、その農作業を実施または管理する担当の作業者として設定される。なお、本実施形態では、農業機械は自動で農作業を行うため、作業者は実際には農作業を行わず、農業機械が実行する農作業を遠隔で監視するだけであってもよい。
　時間設定部７６７には、入力装置４２０から入力された作業時間が表示される。作業時間は、開始時刻および終了時刻によって指定される。入力された作業時間が、農作業が実行される予定時間として設定される。
　機械選択部７６８は、その農作業において使用される農業機械を設定する部分である。機械選択部７６８には、例えば、予め管理装置６００によって登録された農業機械の種類または型式、および使用可能なインプルメントの種類または型式等が表示され得る。ユーザは、表示された機械の中から、特定の機械を選択することができる。図１１の例では、型式が「ＮＷ４５１１」であるインプルメントが選択されている。この場合、そのインプルメントが、当該農作業において使用される機械として設定される。
　肥料選択部７６９には、予め管理装置６００によって登録された複数の肥料の名称が表示される。ユーザは、表示された複数の肥料の中から特定の肥料を選択することができる。選択された肥料が当該農作業において使用される肥料として設定される。
　散布量設定部７７０には、入力装置４２０から入力された数値が表示される。入力された数値が散布量として設定される。
　設定画面７６０において、作付計画、圃場、農作業、作業者、作業時間、肥料、散布量が入力され、「登録」が選択されると、端末装置４００の通信装置４９０は、入力された情報を管理装置６００に送信する。管理装置６００のプロセッサ６６０は、受信した情報を記憶装置６５０に記憶させる。プロセッサ６６０は、受信した情報に基づいて、各農業機械に実行させる農作業のスケジュールを作成し、記憶装置６５０に記憶させる。
　なお、管理装置６００によって管理される農作業の情報は上述したものに限定されない。例えば、圃場で使用される農薬の種類および散布量を設定画面７６０で設定できるようにしてもよい。図１１に示す農作業以外の農作業に関する情報を設定できるようにしてもよい。
　図１２は、管理装置６００によって作成される農作業のスケジュール（すなわち作業計画）の例を示す図である。この例におけるスケジュールは、登録された農業機械ごとに、農作業が行われる日および時間、圃場、作業内容、および使用されるインプルメントを示す情報を含む。スケジュールは、図１２に示す情報以外にも、作業内容に応じた他の情報、例えば農薬の種類または農薬の散布量などの情報を含んでいてもよい。このようなスケジュールに従い、管理装置６００のプロセッサ６６０は、作業車両１００に農作業の指示を出す。スケジュールは、作業車両１００の制御装置１８０によってダウンロードされ、記憶装置１７０にも格納され得る。その場合、制御装置１８０は、記憶装置１７０に格納されたスケジュールに従って自発的に動作を開始してもよい。
　本実施形態では、作業計画は管理装置６００によって作成されるが、作業計画は他の装置によって作成されてもよい。例えば、端末装置４００のプロセッサ４６０または作業車両１００における制御装置１８０が作業計画を生成または更新する機能を備えていてもよい。
　［２－３．大域的経路計画］
　次に、本実施形態における経路計画の動作をより詳細に説明する。
　本実施形態における管理装置６００および作業車両１００の制御システム１６０は、協働して作業車両１００のための経路計画システムとして機能する。記憶装置６５０は、複数の圃場と、それらの圃場の周辺の道を含む地図を記憶する。当該地図は、各道が農道であるか否か、各道が水路等の特定の地物に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む。管理装置６００のプロセッサ６６０は、地図上における作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する。プロセッサ６６０は、予め作成された農作業のスケジュールに従って圃場外における作業車両１００の経路を生成するように構成され得る。プロセッサ６６０は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、各道の属性情報に基づいて、農道を優先する経路、特定の地物に沿った道を優先する経路、および衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを作業車両１００の経路として生成する。これにより、作業車両１００の自動走行に適した経路を生成することができる。なお、管理装置６００が実行する経路生成処理の一部または全部が作業車両１００の制御装置１８０におけるＥＣＵ１８５によって実行されてもよい。その場合、ＥＣＵ１８５と管理装置６００との組み合わせが、作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する。また、管理装置６００が実行する経路生成処理の一部または全部が作業車両１００の操作端末２００によって実行されてもよい。その場合、操作端末２００と管理装置６００との組み合わせが、作業車両１００の経路を生成する処理装置として機能する。
　自動走行を行う作業車両１００は、一般の車両または人が多く行き交う一般道よりも、交通量の少ない農道を優先的に走行することが好ましい。また、作業車両１００は、圃場外で自動走行を行うとき、ＬｉＤＡＲセンサ１４０およびカメラ１２０の少なくとも一方から出力されたデータに基づいて自己位置推定を行いながら走行するように構成され得る。その場合、作業車両１００は、自己位置推定のランドマークとなり得る特定の地物（例えば、水路、川、樹木列、または建造物等）に沿った道を優先的に走行することが好ましい。さらに、作業車両１００が自己位置推定にＧＮＳＳユニット１１０から出力されたデータも利用する場合は、作業車両１００は、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道を優先的に走行することが好ましい。
　このため、本実施形態では、管理装置６００は、地図上の各道の属性情報に基づいて、農道を優先する経路、特定の地物に沿った道を優先する経路、および衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを作業車両１００の経路として生成する。これにより、単純に移動距離または移動時間を最小にする経路を選択する場合よりも、自動走行に適した経路を生成することができる。
　管理装置６００は、農道を優先する経路、特定の地物に沿った道を優先する経路、および衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の全てを生成する機能を有していてもよいし、これらの経路のうちの１つまたは２つのみを生成してもよい。あるいは、管理装置６００は、農道、特定の地物に沿った道、および衛星信号を正常に受信できる道の全てを優先する経路を生成するように構成されていてもよい。管理装置６００は、生成した複数の経路の中から、所定の基準で選択した１つの経路を、作業車両１００の経路として決定してもよい。例えば、管理装置６００は、生成した複数の経路を、端末装置４００の表示装置４３０に表示させ、それらの経路の中からユーザによって選択された経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。
　管理装置６００は、農道を優先的に選択して経路を生成する第１モード、特定の地物に沿った道を優先的に選択して経路を生成する第２モード、および、衛星信号を正常に受信できる道を優先的に選択して経路を生成する第３モードの少なくとも１つを含む複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで経路を生成してもよい。複数のモードは、作業車両１００の移動時間または移動距離が最も短くなるように経路を生成する第４モードをさらに含んでいてもよい。管理装置６００は、複数のモードの中から１つのモードをユーザに選択させるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を端末装置４００の表示装置４３０に表示させ、選択されたモードで経路を生成してもよい。
　図１３は、表示装置４３０に表示されるＧＵＩの一例を示す図である。この例では、「農道優先」、「水路優先」、および「ＧＮＳＳ優先」の３つのモードのうちの１つをユーザが選択可能なＧＵＩが表示される。図１３の例において、「農道優先」は第１モードに相当し、「水路優先」は第２モードに相当し、「ＧＮＳＳ優先」は第３モードに相当する。図１３は、一例として、「農道優先」が選択された状態を示している。
　管理装置６００は、作業車両１００の自動走行の出発地点から目的地点までの経路を自動で生成する。出発地点および目的地点は、予めユーザによって設定されるか、予め作成された作業計画に従って管理装置６００によって設定され得る。管理装置６００は、出発地点および目的地点が設定された後、自動走行を開始する前の所定のタイミングで、出発地点から目的地点までの経路を生成する。
　図１３に示すＧＵＩにおいて、「農道優先」が選択された場合、管理装置６００は、農道を優先的に選択して経路を生成する。一方、「水路優先」が選択された場合、管理装置６００は、水路に沿った道を優先して経路を生成する。水路は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０を用いた自己位置推定のランドマークとして機能する特定の地物の一例である。水路に加えて、または水路に代えて、他の種類の地物に沿った道を優先して経路を生成するモードが設けられていてもよい。「ＧＮＳＳ優先」が選択された場合、管理装置６００は、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道を優先して経路を生成する。
　以下、図１４を参照して、管理装置６００による経路生成処理の例を説明する。前提として、作業車両１００の自動走行の出発地点および目的地点は既に設定されているものとする。
　図１４は、図１３の例における管理装置６００による経路生成処理を示すフローチャートである。この例では、まずステップＳ２０１において、管理装置６００は、ユーザによっていずれかのモードが選択されたか否かを判断する。ユーザが図１３に示す「農道優先」、「水路優先」、および「ＧＮＳＳ優先」のいずれかを選択して「決定」を押すと、ステップＳ２０２に進む。ステップＳ２０２において、管理装置６００は、選択されたモードを判別する。「農道優先」が選択された場合、ステップＳ２０３に進む。「水路優先」が選択された場合、ステップＳ２０４に進む。「ＧＮＳＳ優先」が選択された場合、ステップＳ２０５に進む。ステップＳ２０３において、管理装置６００は、農道を優先する経路を作業車両１００の経路として生成する。ステップＳ２０４において、管理装置６００は、水路沿いの道を優先する経路を作業車両１００の経路として生成する。ステップＳ２０５において、管理装置６００は、衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路を作業車両１００の経路として生成する。ステップＳ２０３、Ｓ２０４、Ｓ２０５の処理の具体例については後述する。管理装置６００は、経路を生成すると、ステップＳ２０５に進み、生成した経路を記憶装置６５０に記憶させる。さらにステップＳ２０６において、管理装置６００は、生成した経路を、所定のタイミングで作業車両１００に送信する。作業車両１００は、生成された経路および予め取得した作業スケジュールに従って自動走行を行う。
　図１３および図１４に示す例では、管理装置６００は、「農道優先」、「水路優先」、および「ＧＮＳＳ優先」の３つのモードの中からユーザによって選択された１つのモードで経路を生成する。このような例に代えて、さらに多くのモードの中からユーザが所望の優先項目を選択できるようにシステムが構成されていてもよい。
　図１５は、表示装置４３０に表示されるＧＵＩの他の例を示す図である。この例では、「農道優先」、「水路優先」、および「ＧＮＳＳ優先」に加えて、「時間優先」および「手動設定」のモードが追加されている。これらの５つのモードの中から１つのモードをユーザが選択することができる。この例では、「農道優先」が第１モードに相当し、「水路優先」が第２モードに相当し、「ＧＮＳＳ優先」が第３モードに相当し、「時間優先」が第４モードに相当する。「手動設定」は、ユーザが表示された地図を見ながら手動で経路を設定するモードである。
　「農道優先」、「水路優先」、または「ＧＮＳＳ優先」が選択された場合の経路生成処理は前述のとおりである。「時間優先」が選択された場合、管理装置６００は、作業車両１００の移動時間が最も短くなるように出発地点と目的地点とをつなぐ経路を生成する。「手動設定」が選択された場合、管理装置６００は、作業車両１００が走行する領域の地図を表示装置４３０に表示させ、ユーザに経路を選択させる。以下、各モードにおける動作の具体例を説明する。
　図１６は、作業車両１００が走行する領域の地図の一例を示す図である。このような地図が、表示装置４３０に表示され得る。この地図は、２次元のデジタル地図であり、管理装置６００または他の装置によって生成される。図１６に示すような地図は、作業車両１００が走行し得る地域の全体にわたって作成され得る。なお、図１６に示す地図は２次元の地図であるが、３次元の地図を経路計画に利用してもよい。
　図１６に示す地図は、作業車両１００が農作業を行う複数の圃場７０、その周辺の道７６、および水路７８などの地物における各点の位置（例えば緯度および経度）の情報を含む。地図は、さらに、各道７６が農道であるか否か、各道７６が水路７８などの特定の地物に沿っているか否か、および各道７６がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む。これらの属性情報に加えて、例えば、各道７６の地点ごとの幅を示す属性情報が地図に含まれていてもよい。管理装置６００は、各道７６の地点ごとの幅に基づいて、その道７６を作業車両１００が通行できるか否かを判断することができる。地図は、各道７６が農道以外の一般道であるか否かを示す属性情報を含んでいてもよい。そのような属性情報に基づき、一般道を避けた経路を生成することができる。
　図１６に示す地図には、作業車両１００の自動走行の出発地点Ｓと目的地点Ｇとが★印で例示されている。出発地点Ｓおよび目的地点Ｇは、例えばユーザによって設定され得る。あるいは、管理装置６００が図各作業日における作業スケジュールに従って出発地点Ｓおよび目的地点Ｇを設定してもよい。各作業日における作業スケジュールは、図１２を参照して説明したように、管理装置６００によって予め生成され、記憶装置６５０に格納される。出発地点Ｓおよび目的地点Ｇに加えて、１つ以上の経由地点が設定されてもよい。出発地点Ｓ、目的地点Ｇ、および経由地点のそれぞれについて、予定到着時刻および予定出発時刻の一方または両方が記録され得る。
　「手動設定」が選択された場合、ユーザは、表示された地図上で、例えば交差点上に複数の経由地点を指定するなどの操作により、所望の経路を指定することができる。「手動設定」以外のモードが選択された場合、管理装置６００は、選択されたモードに対応する所定のアルゴリズムで、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する経路を自動で生成する。
　図１７は、「農道優先」モードが選択された場合に生成される経路の一例を示す図である。このモードでは、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する複数の経路のうち、農道が占める割合が比較的高く、且つ、移動距離または移動時間が比較的短い経路７５Ａを作業車両１００の経路として決定する。例えば、管理装置６００は、経路全体に占める農道の割合が所定値（例えば８０％または９０％等）よりも高く、且つ、移動距離または移動時間が最短の経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。「農道優先」モードでは、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する複数の経路の候補の中に、図１６に示す例のように、農道７６ｇを通過する経路の候補と一般道７６ｆを追加する経路の候補とが含まれている場合には、一般道７６ｆを通過する経路よりも農道７６ｇを通過する経路を優先して選択する。あるいは、管理装置６００は、経路全体に占める農道の割合が所定値よりも高く、且つ、その作業日における農作業のスケジュールに合致する経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。例えば、管理装置６００は、当該スケジュールに従って、農道の割合が所定値よりも高く、且つ、その作業日における最後の農作業が予定終了時刻までに完了する経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。あるいは、作業車両１００が出発地点Ｓから目的地点Ｇまで到達する間に複数の圃場で農作業を行う場合、管理装置６００は、スケジュールに基づいて、農道の割合が所定値よりも高く、且つ、作業車両１００が各圃場にそれぞれの開始予定時刻よりも前に到着できる経路を生成してもよい。農道の割合が所定値よりも高いという条件に加えて、一般道の割合が基準値以下であるという条件が追加されてもよい。
　図１８は、「水路優先」モードが選択された場合に生成される経路の一例を示す図である。このモードでは、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する複数の経路のうち、水路７８に沿った道の割合が比較的高く、且つ、移動距離または移動時間が比較的短い経路７５Ｂを作業車両１００の経路として決定する。水路７８は、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０を用いた自己位置推定においてランドマークとして機能し得る。水路７８に沿った道を優先することにより、自己位置推定の誤差の小さい経路を生成することができる。なお、水路７８以外の地物（例えば、川、樹木列、草、または建物等）が自己位置推定のランドマークとして利用されてもよい。その場合、管理装置６００は、水路７８に限らず、ランドマークとして機能し得る１種類以上の地物に沿った道を優先して作業車両１００の経路を決定してもよい。このモードでは、管理装置６００は、例えば、経路全体に占める特定の地物に沿った道の割合が所定値（例えば３０％または５０％等）よりも高く、且つ、移動距離または移動時間が最短の経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。あるいは、管理装置６００は、経路全体に占める特定の地物に沿った道の割合が所定値よりも高く、且つ、その作業日における農作業のスケジュールに合致する経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。例えば、管理装置６００は、当該スケジュールに従って、特定の地物に沿った道の割合が所定値よりも高く、且つ、その作業日における最後の農作業が予定終了時刻までに完了する経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。あるいは、作業車両１００が出発地点Ｓから目的地点Ｇまで到達する間に複数の圃場で農作業を行う場合、管理装置６００は、スケジュールに基づいて、特定の地物に沿った道の割合が所定値よりも高く、且つ、作業車両１００が各圃場にそれぞれの開始予定時刻よりも前に到着できる経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。
　図１９は、作業車両１００が走行する領域の地図の他の例を示す図である。図１９に示す地図には、複数の圃場７０およびその周辺の道７６に加えて、複数の樹木７７を含む林あるいは山、および川７９が含まれている。この例では、樹木７７の列に隣接する道上に出発地点Ｓおよび目的地点Ｇが設定されている。
　図２０は、図１９に示す例において、「ＧＮＳＳ優先」モードが選択された場合に生成される経路の一例を示す図である。このモードでは、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する複数の経路のうち、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道の割合が高い経路７５Ｃを優先的に選択する。図２０に示す例では、出発地点Ｓから目的地点Ｇまで最短時間で到達できる経路においては、付近に生い茂る樹木列、山等によってＧＮＳＳ衛星からの電波が部分的に遮られるため、衛星信号の受信障害が発生し易い。このため、そのような経路に代えて、衛星信号の受信強度が安定して高い経路７５Ｃが作業車両１００の経路として決定される。なお、図２０に示す例では、川７９の両側の道を作業車両１００が通行できないものとしている。このため、出発地点Ｓから川７９を超えて目的地点Ｇに向かう比較的長い経路７５Ｃが生成されている。川７９に沿った道が通行可能である場合には、管理装置６００は、その道を経由して目的地点Ｇに至る経路を生成してもよい。あるいは、管理装置６００は、衛星信号を正常に受信できる道、および川７９または水路などの特定の地物に沿った道の両方を優先する経路を生成してもよい。
　図２０に示す例において、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する複数の経路のうち、衛星信号を正常に受信できる道が占める割合が高く、且つ、移動距離が比較的短い経路を作業車両１００の経路として決定する。例えば、管理装置６００は、経路全体に占める衛星信号を正常に受信できる道の割合が所定値（例えば８０％または９０％等）よりも高く、且つ、移動時間が最短の経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。「ＧＮＳＳ優先」モードでは、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇに到達する経路を生成する場合、樹木列、山等から所定距離以上離れる方向に延びる道、または、樹木列、山等から所定距離以上離れた位置にある道を、樹木列、山等から所定距離未満離れた位置にある他の道よりも優先的に選択して経路を生成する。例えば、図２０の例の場合、管理装置６００は、複数の道７６ａ、７６ｂ、７６ｃ、７６ｄのうち、樹木列、山等から所定距離以上離れる方向に延びる道７６ｂ、７６ｄと、樹木列、山等から所定距離以上離れた位置にある道７６ｃとを優先的に選択し、それらの道上に連続的に繋がる経路を生成し、さらに目的地点Ｇに繋がる道７６ａの一部にも経路を形成する。あるいは、管理装置６００は、経路全体に占める衛星信号を正常に受信できる道の割合が所定値よりも高く、且つ、その作業日における農作業のスケジュールに合致する経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。例えば、管理装置６００は、当該スケジュールに従って、衛星信号を正常に受信できる道の割合が所定値よりも高く、且つ、その作業日における最後の農作業が予定終了時刻までに完了する経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。あるいは、作業車両１００が出発地点Ｓから目的地点Ｇまで走行する間に複数の圃場で農作業を行う場合、管理装置６００は、スケジュールに基づいて、衛星信号を正常に受信できる道の割合が所定値よりも高く、且つ、作業車両１００が各圃場にそれぞれの開始予定時刻よりも前に到着できる経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。
　図２１は、樹木列の付近を作業車両１００が走行している状況の例を模式的に示す図である。この例では、作業車両１００の走行経路の付近に、複数の樹木７７が生い茂っている。一部の樹木７７の枝葉は、作業車両１００を覆い、衛星信号の受信を妨げる。このような環境では、衛星５０から送信される信号の多くが樹木７７の枝によって遮られる。その結果、衛星信号の受信強度が全体的に低下し、測位の信頼性が低下する。「ＧＮＳＳ優先」モードにおいては、このような道を極力避けるように作業車両１００の経路が決定される。これにより、ＧＮＳＳデータに基づく測位の信頼性の低下を避け、自動走行を安定化させることができる。
　「ＧＮＳＳ優先」モードが選択された場合、管理装置６００は、地図に含まれる各道の属性情報に基づいて、各道が衛星信号を正常に受信できる道であるか否かを判断する。当該属性情報は、作業車両１００または他の移動体に搭載されたＧＮＳＳ受信機から出力されたＧＮＳＳデータに基づいて生成され得る。他の移動体は、乗用車またはドローン（すなわち無人航空機：ＵＡＶ）などの、作業車両１００とは異なる種類の移動体であってもよい。作業車両１００または他の移動体は、作業車両１００が自動走行する予定の道に沿って移動しながら、ＧＮＳＳデータを収集する。ＧＮＳＳデータの収集は、各道について、異なる時期に複数回行われ得る。これは、時期によって複数のＧＮＳＳ衛星の配置が異なることによる。季節によって樹木の枝葉が衛星信号の受信を妨げる度合いが異なり得ることから、異なる複数の季節に各道についてのＧＮＳＳデータを収集してもよい。道ごとに複数回にわたって収集されたＧＮＳＳデータに基づいて、各道が衛星信号を正常に受信できる道であるか否かを示す属性情報が生成され得る。属性情報は、例えば管理装置６００によって生成され得る。
　図２２Ａおよび図２２Ｂは、衛星信号の受信強度の例を示す図である。図２２Ａは、衛星信号を正常に受信できる道における各衛星信号の受信強度の例を示している。図２２Ｂは、衛星信号を正常に受信できない（すなわち受信障害が生じ得る）道における各衛星信号の受信強度の例を示している。この例では、１２個の衛星からの衛星信号が受信され、受信強度が搬送波雑音電力密度比（Ｃ／Ｎ０）の値で表されている。なお、これは一例であり、衛星信号が受信され得る衛星の数および受信強度の表現はシステムに依存する。一例として、受信強度が予め設定された基準値を超える衛星の数が閾値（例えば４）以上であるか否かによって受信障害の有無を判断できる。図２２Ａおよび図２２Ｂにおいて、受信強度の基準値の例が破線で示されている。閾値が例えば４である場合、図２２Ａの例では、受信強度が基準値を超える衛星の数が５個であり、閾値以上である。よって、このような場合、受信障害が生じていないと判断され得る。一方、図２２Ｂの例では、受信強度が基準値を超える衛星の数が１個であり、閾値よりも少ない。よって、このような場合、受信障害が生じていると判断され得る。各道について異なる複数の時期において収集されたＧＮＳＳデータに基づいて、例えばいずれの時期においても受信障害が生じていないと判断された道を、「衛星信号を正常に受信できる道」として決定することができる。なお、同じ道であっても場所によって衛星信号の受信のし易さは異なり得る。このため、道上の座標（例えば緯度および経度）ごとに、衛星信号を正常に受信できるか否かを示す属性情報が記録されてもよい。なお、上記の方法は一例に過ぎず、他の方法によって各道が衛星信号を正常に受信できる道であるかを判断してもよい。例えば、ＧＮＳＳデータが測位の信頼度を示す値を含む場合、当該信頼度の値に基づいて衛星信号を正常に受信できるか否かを判断してもよい。
　図２３は、「時間優先」モードが選択された場合に管理装置６００が生成する経路の例を示す図である。この例では、管理装置６００は、出発地点Ｓから目的地点Ｇまで最短時間で到達できる経路７５Ｄを作業車両１００の経路として生成する。経路７５Ｄは、樹木７７の列に沿った道上に生成されている。このような経路は、例えば、作業車両１００が、ＧＮＳＳデータによらず、ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０によって取得されたデータに基づいて自己位置推定を行う場合に有効である。ＬｉＤＡＲセンサ１４０またはカメラ１２０によって取得されたデータに基づいて自己位置推定が行われる場合、管理装置６００は、衛星信号を正常に受信できない道を含む経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。
　上記の例では、管理装置６００は、複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで作業車両１００の大域的経路設計を行う。これにより、ユーザの意向を反映した経路を生成することができる。上記の例では、「農道優先」、「水路優先」、「ＧＮＳＳ優先」、「時間優先」、および「手動設定」の５つのモードを例示したが、これは一例に過ぎない。管理装置６００は、例えば、「農道優先」、「水路優先」、および「ＧＮＳＳ優先」のうちの少なくとも１つのモードで経路生成を行ってもよい。また、ユーザによるモード選択機能を設けず、管理装置６００が所定のアルゴリズムに従って、農道、水路等の特定の地物に沿った道、および衛星信号を正常に受信できる道の少なくとも１つを優先する経路を作業車両１００の経路として生成してもよい。
　管理装置６００は、例えば、作業車両１００の出発地点から目的地点に到達する複数の経路のそれぞれについて、経由する各道の属性情報と、所定の評価関数とに基づいて評価値を計算し、評価値に基づいて選択される１つの経路を作業車両１００の経路として決定してもよい。具体的には、管理装置６００は、出発地点から目的地点に到達する複数の経路のうち、農道、特定の地物に沿った道、または衛星信号を正常に受信できる道の割合が高いほど評価値が小さく、且つ移動時間または移動距離が長いほど評価値が大きくなる評価関数を最小にする経路を、作業車両１００の経路として決定してもよい。例えば、経路全体に占める農道の長さの割合をｒ１、経路全体に占める特定の地物に沿った道の長さの割合をｒ２、経路全体に占める衛星信号を正常に受信できる道の長さの割合をｒ３、経路の全長をｄとして、評価関数は、例えば以下の関数ｆで表され得る。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
ここで、ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４は０以上の係数であり、それぞれ、ｒ１、ｒ２、ｒ３、ｒ４に対する重みを表す。係数ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４を適切に設定することにより、農道の割合ｒ１、特定の地物に沿った道の割合ｒ２、または衛星信号を正常に受信できる道の割合ｒ３が大きいほど評価値を小さく、経路の全長ｄが大きいほど評価値を大きくすることができる。ｋ１、ｋ２、ｋ３のうちの１つまたは２つは、ゼロ（０）であってもよい。例えば、ｋ２＝０、ｋ３＝０の場合、管理装置６００は、農道のみを優先して経路を生成することになる。管理装置６００は、ユーザによって選択されたモードに応じて係数ｋ１、ｋ２、ｋ３、ｋ４の値を調整することによって優先する道の種類を変更してもよい。なお、評価関数ｆは上記のものに限定されず、他の評価関数が用いられてもよい。
　上記の例とは反対に、管理装置６００は、出発地点から目的地点に到達する複数の経路のうち、農道、特定の地物に沿った道、または衛星信号を正常に受信できる道の割合が高いほど評価値が大きく、且つ移動時間または移動距離が長いほど評価値が小さくなる評価関数を最大にする経路を、作業車両１００の経路として決定してもよい。
　次に、作業計画に基づく経路計画方法の具体例を説明する。
　管理装置６００は、各作業日における農作業が開始する前に、その作業日に農作業が予定されている圃場を含む領域の地図を記憶装置６５０から読み出し、当該地図に基づいて作業車両１００の経路を生成する。より具体的には、管理装置６００は、作業車両１００が圃場７０内で農作業を行いながら走行する第１経路（「作業走行経路」とも称する。）を地図上の圃場に生成し、且つ、作業車両１００が走行して圃場７０に向かう第２経路を地図上の道に生成する。管理装置６００は、第１経路と第２経路とを生成した後、両者を接続することにより、作業車両１００の大域的経路を生成する。第２経路は、上記のように、農道、特定の地物に沿った道、および衛星信号を正常に受信できる道の少なくとも１つを優先するように生成され得る。
　図２４は、生成される大域的経路の一例を示す図である。図２４には、ある作業日に農作業が行われる圃場群７０Ａと、次の作業日に農作業が行われる圃場群７０Ｂと、さらに次の作業日に農作業が行われる圃場群７０Ｃとが例示されている。図２４には、作業車両１００の保管場所９０、作業車両１００を遠隔で監視するユーザの自宅９２、および作業車両１００が待機するための２つの待機場所９６Ａおよび９６Ｂも例示されている。図１４においては、説明の便宜上、圃場群７０Ａ、圃場群７０Ｂ、圃場群７０Ｃ、保管場所９０、待機場所９６Ａ、および待機場所９６Ｂが、互いに比較的近くに位置しているように描かれている。現実には、圃場群７０Ａ、圃場群７０Ｂ、圃場群７０Ｃ、保管場所９０、待機場所９６Ａ、および待機場所９６Ｂの相互の距離は長くてもよく、例えば５００ｍから１０ｋｍ、またはそれ以上であってもよい。
　保管場所は、例えばユーザの自宅または事業所に隣接する車庫、納屋、または駐車場であり得る。待機場所は、例えば複数のユーザが共同で管理または利用する場所であり得る。待機場所は、市町村、農業協同組合、または企業が管理・運営する駐車場または車庫などの施設であってもよい。待機場所が夜間に施錠される施設であれば、待機場所で停車中の作業車両１００の盗難を予防することができる。図２４には、２つの待機場所９６Ａおよび９６Ｂが例示されているが、待機場所の数は任意である。作業車両１００が比較的狭い範囲内で移動する場合、保管場所９０とは別に待機場所９６が設けられている必要はない。保管場所９０および待機場所９６は、ユーザによる端末装置４００を用いた操作によって登録され得る。
　図２４において、管理装置６００によって生成される経路のうち、道７６上に生成される経路が矢印で示されている。圃場内に生成される作業走行経路の図示は省略されている。実線矢印は、ある作業日における作業車両１００の経路の例を示している。破線矢印は、次の作業日における作業車両１００の経路の例を示している。
　図２４に示す例では、管理装置６００は、保管場所９０を出発地点として、圃場群７０Ａを順に経由して待機場所９６Ａに至る経路を一作業日の経路として生成する。これは、次の作業日において農作業が予定されている圃場群７０Ｂに最も近い待機場所が待機場所９６Ａであるからである。管理装置６００は、次の作業日の経路として、待機場所９６Ａを出発地点として、圃場群７０Ｂを順に経由して待機場所９６Ｂに至る経路を生成する。これは、さらに次の作業日において農作業が予定されている圃場群７０Ｃに最も近い待機場所が待機場所９６Ｂであるからである。このように、管理装置６００は、各作業日において最後に農作業が行われる圃場から、次の作業日において農作業が行われる圃場群からの平均的な距離が最も短い待機場所までの経路を生成する。管理装置６００は、上記のように、例えばユーザの選択に従って、農道、特定の地物に沿った道、または衛星信号を正常に受信できる道を優先して経路を生成することができる。作業車両１００は、生成された経路に沿って走行する。
　図２４に示す例では、ある作業日において、作業車両１００は、保管場所９０を出発して、その日に農作業が予定されている圃場群７０Ａを順に訪れ、スケジュールに示された農作業を各圃場で実行する。各圃場において、作業車両１００は、例えば図７から図９Ｄを参照して説明した方法で、作業走行経路に沿って自動走行を行いながら、農作業を行う。１つの圃場において農作業が終了すると、作業車両１００は次の圃場に入り、同様に農作業を行う。このようにして、その日の最後の圃場での農作業が終了すると、作業車両１００は、待機場所９６Ａに移動する。作業車両１００は、次の作業日まで待機場所９６Ａで待機する。次の作業日において、作業車両１００は、待機場所９６Ａを出発して、その日に農作業が予定されている圃場群７０Ｂを順に訪れ、スケジュールに示された農作業を各圃場で実行する。その日の最後の圃場での農作業が終了すると、作業車両１００は、待機場所９６Ｂに移動し、さらに次の作業日まで待機場所９６Ｂで待機する。さらに次の作業日においても同様に、作業車両１００は、待機場所９６Ｂを出発して、圃場群７０Ｃで順に農作業を行った後、所定の待機場所に向かう。このような動作により、スケジュールに従って、最適な経路で効率的に作業車両１００を移動させながら予定された農作業を完了することができる。
　本実施形態のように、作業車両１００が走行する環境内に複数の待機場所（保管場所９０を含む。）が設けられている場合、複数の待機場所と、複数の圃場との対応関係を示すデータ（例えばテーブル）が記憶装置６５０に予め記録され得る。図２５は、待機場所と圃場との対応関係を示すテーブルの一例を示す図である。待機場所と圃場との対応関係は、例えば各待機場所から各圃場までの移動距離に基づいて決定され得る。図２５に示す例では、圃場＃１～＃３０に最も近い待機場所は待機場所Ａであり、圃場＃３１～＃６０に最も近い待機場所は待機場所Ｂであり、圃場＃６１～＃１００に最も近い待機場所は待機場所Ｃである。管理装置６００は、このようなテーブルを参照することで、次の作業日に予定されている圃場に最も近い待機場所を決定することができる。この例のように、保管場所９０とは別に１つ以上の待機場所９６を設けることにより、保管場所９０に毎回帰還する場合と比較して、作業車両１００の移動に要する時間および燃料の消費量を抑えることができる。結果として、複数の作業日にわたる一連の農作業を効率化することができる。
　次に、図２６を参照しながら、大域的経路の生成方法の例をさらに詳細に説明する。図２６は、ある作業日において生成される大域的経路の一例を示す図である。この例では、管理装置６００は、待機場所９６から、４つの圃場７０を経由して待機場所９６に戻る経路を生成する。管理装置６００は、圃場７０内に第１経路（作業走行経路）３０Ａを生成し、圃場７０の周辺の道７６上に第２経路３０Ｂを生成する。図２６において、左下の圃場７０についてのみ、第１経路３０Ａが示されており、他の圃場７０における第１経路の図示は省略されている。
　管理装置６００は、地図上の各圃場７０の内部に、図２６において実線矢印で示すような第１経路３０Ａを生成する。管理装置６００は、第１経路３０Ａを、図７を参照して説明したように、ユーザによる事前の設定に基づいて生成する。第１経路３０Ａは、開始地点３０Ｓから終了地点３０Ｇまで、往復を繰り返しながら作業領域７２の全体をカバーするように生成され得る。第１経路３０Ａにおける列の間隔は、作業車両１００およびインプルメント３００の幅および旋回性能を考慮して決定され得る。
　管理装置６００は、さらに、待機場所９６から圃場７０までの経路、および、複数の圃場７０を結ぶ経路を、第２経路３０Ｂとして生成する。図２６の例において、管理装置６００は、道７６に加えて、圃場７０の入口に第２経路３０Ｂを生成し、且つ、入口に生成した第２経路３０Ｂと第１経路３０Ａの開始地点３０Ｓとを結ぶ第３経路３０Ｃを生成する。管理装置６００はまた、道７６に加えて、圃場７０の出口に第２経路３０Ｂを生成し、且つ、出口に生成した第２経路３０Ｂと第１経路３０Ａの終了地点３０Ｇとを結ぶ第４経路３０Ｄを生成する。図２６に示す例では、圃場７０の入口と出口とが共通しており、以下、これを出入口７１と表記する。各圃場７０は、複数の出入口７１を有していてもよく、入口と出口とが異なる箇所に設けられていてもよい。環境地図は、各圃場７０の位置情報に加えて、各圃場７０の出入口７１（あるいは入口および出口）の位置情報も含んでいる。管理装置６００は、その位置情報に基づいて、第２経路３０Ｂを生成することができる。
　本実施形態における管理装置６００は、第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを、圃場７０において農作業が行われた領域を除く領域に生成する。図２６の例では、作業領域７２において既に前工程の農作業が行われているものとする。このため、管理装置６００は、作業領域７２を避けて、枕地７４に第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを生成する。これにより、農作業が既に行われた作業領域７２が作業車両１００によって踏み荒らされることを回避することができる。圃場７０において、今シーズンにまだ何らの農作業も行われていない場合（すなわち今回の農作業が最初の農作業である場合）、第３経路３０Ｃは作業領域７２と重なっていてもよい。一方、第４経路３０Ｄは、既に今回の農作業が完了した後の経路であるため、作業領域７２とは重ならないように設定される。
　作業領域７２においては、複数種類の農作業が異なる時期に行われる。例えば、耕耘、植付、施肥、防除、収穫などの作業が、異なる時期に行われ得る。作業領域７２において何らかの農作業が既に行われている場合、作業領域７２を作業車両１００が踏んでしまうと、既に行われた農作業の効果を損ねることになる。そこで、本実施形態における管理装置６００は、作業領域７２において既に何らかの農作業が行われている場合、作業領域７２を避けて第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを生成する。どの領域において農作業が既に行われたかは、作業計画に基づいて判断できる。管理装置６００は、作業計画に基づいて、第３経路３０Ｃおよび第４経路３０Ｄを、作業済みの領域を除く領域に生成することができる。
　管理装置６００は、上記の経路生成処理を各圃場７０およびその周辺の道７６について実行することにより、所定期間（例えば半日、一日、三日など）における全ての経路を生成することができる。例えば、各作業日において、管理装置６００は、その作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を、作業車両１００の走行開始前に生成してもよい。あるいは、管理装置６００は、各作業日に予定されている農作業の一部を実施するための経路をまず生成し、当該農作業の一部が終了した後、その作業日における残りの農作業を実施するための経路を生成してもよい。さらに、管理装置６００は、複数の作業日に予定されている全ての農作業を完了するために必要な全ての経路を一度に生成してもよい。管理装置６００は、一旦生成した経路を、農作業の進捗状況、気象状況、交通状況、または農道の状態などの種々の状況に応じて、変更してもよい。
　図２６に示す例では、作業計画が、所定期間（例えば一作業日）に複数の圃場７０で農作業が行われることを示している。このため、管理装置６００は、待機場所９６から１つの圃場７０までの経路、および圃場７０間の経路を、道７６に沿って生成する。このような例とは異なり、作業計画が、所定期間に１つの圃場７０で農作業が行われることを示している場合もある。その場合、管理装置６００は、待機場所９６から１つの圃場７０までの経路を、圃場７０に向かう道７６に沿って生成する。管理装置６００は、さらに、作業計画において、所定期間内で最後に農作業が行われる圃場７０から、作業車両１００が帰還する帰還場所までの経路を道７６に沿って生成する。図２６の例においては、待機場所９６が帰還場所に該当する。帰還場所は、待機場所９６とは異なる場所（例えば図２４に示す保管場所９０）でもよい。
　以上の動作により、管理装置６００は、所定期間（例えば作業日）ごとに、作業車両１００の出発地点から、１つ以上の圃場７０を経由して、終着地点に至る大域的経路を生成することができる。管理装置６００は、予め作成されたスケジュールに従って、作業車両１００が、指定された時刻に指定された圃場７０で農作業を実行するように、作業車両１００の大域的経路を生成することができる。生成された大域的経路の情報は、作業車両１００に送信され、記憶装置１７０に記憶される。自動運転制御を行うＥＣＵ１８４は、大域的経路に沿って作業車両１００が走行するように、ＥＣＵ１８１および１８２を制御する。これにより、作業車両１００は、大域的経路に沿って走行を開始する。
　［２－４．局所的経路計画］
　作業車両１００が圃場外を走行しているとき、大域的経路上またはその付近に、歩行者または他の車両などの障害物が存在することがある。作業車両１００が障害物に衝突することを回避するために、制御装置１８０におけるＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、障害物を回避可能な局所的経路を逐次生成する。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００が走行しているとき、作業車両１００が備えるセンシング装置（障害物センサ１３０、ＬｉＤＡＲセンサ１４０、およびカメラ１２０等）によって取得されたセンシングデータに基づいて、局所的経路を生成する。局所的経路は、第２経路３０Ｂの一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される。ＥＣＵ１８５は、センシングデータに基づいて、作業車両１００の進路上またはその付近に障害物が存在するか否かを判断する。そのような障害物が存在する場合、ＥＣＵ１８５は、障害物を避けるように複数のウェイポイントを設定して局所的経路を生成する。障害物が存在しない場合、ＥＣＵ１８５は、第２経路３０Ｂにほぼ平行に局所的経路を生成する。生成された局所的経路を示す情報は、自動運転制御用のＥＣＵ１８４に送られる。ＥＣＵ１８４は、局所的経路に沿って作業車両１００が走行するように、ＥＣＵ１８１およびＥＣＵ１８２を制御する。これにより、作業車両１００は、障害物を回避しながら走行することができる。なお、作業車両１００が走行する道路に信号機が存在する場合、作業車両１００は、例えばカメラ１２０が撮影した画像に基づいて信号機を認識し、赤信号で停止し、青信号で発進する、といった動作を行ってもよい。
　図２７は、障害物が存在する環境で生成される大域的経路および局所的経路の一例を示す図である。図２７において、大域的経路３０が点線矢印で例示され、走行中に逐次生成される局所的経路３２が実線矢印で例示されている。大域的経路３０は、複数のウェイポイント３０ｐによって規定される。局所的経路３２は、ウェイポイント３０ｐよりも短い間隔で設定された複数のウェイポイント３２ｐによって規定される。各ウェイポイントは、例えば、位置および向きの情報を有する。管理装置６００は、複数のウェイポイント３０ｐを、道７６の交差点を含む複数の箇所に設定することによって大域的経路３０を生成する。ウェイポイント３０ｐの間隔は、比較的長く、例えば数メートルから数十メートル程度であってもよい。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、センシング装置から出力されたセンシングデータに基づいて、複数のウェイポイント３２ｐを設定することにより、局所的経路３２を生成する。局所的経路３２におけるウェイポイント３２ｐの間隔は、大域的経路３０におけるウェイポイント３０ｐの間隔よりも短い。ウェイポイント３２ｐの間隔は、例えば、数十センチメートル（ｃｍ）から数メートル（ｍ）程度であり得る。局所的経路３２は、作業車両１００の位置を起点とする比較的狭い範囲（例えば数メートル程度の範囲）内に生成される。図２７には、作業車両１００が圃場７０の間の道７６に沿って走行し、交差点で左折する間に生成される一連の局所的経路３２が例示されている。ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の移動中、ＥＣＵ１８４によって推定された作業車両１００の位置から、例えば数メートル先の地点までの局所的経路を生成する動作を繰り返す。作業車両１００は、逐次生成される局所的経路に沿って走行する。
　図２７に示す例では、作業車両１００の前方に障害物４０（例えば人）が存在する。図２７には、作業車両１００に搭載されたカメラ１２０、障害物センサ１３０、またはＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置によってセンシングされる範囲の一例が扇形で例示されている。このような状況において、ＥＣＵ１８５は、センシングデータに基づいて検出された障害物４０を回避するように、局所的経路３２を生成する。ＥＣＵ１８５は、例えば、センシングデータと、作業車両１００の幅（インプルメントが装着されている場合はインプルメントの幅も含む）とに基づいて、作業車両１００が障害物４０に衝突する可能性があるかを判断する。作業車両１００が障害物４０に衝突する可能性がある場合、ＥＣＵ１８５は、その障害物４０を避けるように複数のウェイポイント３２ｐを設定して局所的経路３２を生成する。なお、ＥＣＵ１８５は、障害物４０の有無だけでなく、路面の状態（例えば、ぬかるみ、陥没等）をセンシングデータに基づいて認識し、走行が困難な箇所が検出された場合、そのような箇所を回避するように局所的経路３２を生成してもよい。作業車両１００は、局所的経路３２に沿って走行する。局所的経路３２をどのように設定しても障害物４０を回避できない場合、制御装置１８０は、作業車両１００を停止させてもよい。このとき、制御装置１８０は、端末装置４００に警告信号を送信して監視者に注意喚起を行ってもよい。停止後、障害物４０が移動して衝突のおそれがなくなったことを認識した場合、制御装置１８０は、作業車両１００の走行を再開してもよい。
　図２８は、本実施形態における経路計画および走行制御の動作を示すフローチャートである。図２８に示すステップＳ１４１からＳ１４６の動作を実行することにより、経路計画を行い、作業車両１００の自動走行を制御することができる。
　図２８に示す例において、管理装置６００は、まず、記憶装置６５０から地図および作業計画を取得する（ステップＳ１４１）。次に、管理装置６００は、地図および作業計画に基づいて、前述の方法により、作業車両１００の大域的経路設計を行う（ステップＳ１４２）。大域的経路設計は、作業車両１００の走行を開始する前の任意のタイミングで行われ得る。大域的経路設計は、作業車両１００の走行開始の直前に行われてもよいし、走行開始の前日以前に行われてもよい。また、大域的経路は、ユーザが端末装置４００を用いて入力した情報（例えば、出発地点、目的地点、経由地点等）に基づいて生成されてもよい。前述のように、管理装置６００は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所（例えば作業車両１００の保管場所または待機場所）に向かう経路を生成するとき、地図上の各道の属性情報に基づいて、農道を優先する経路、特定の地物に沿った道を優先する経路、および衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを作業車両１００の経路として生成する。管理装置６００は、生成した大域的経路を示すデータを作業車両１００に送信する。その後、管理装置６００は、所定のタイミングで、作業車両１００に走行の指示を出す。これを受けて、作業車両１００の制御装置１８０は、作業車両１００の走行を開始するように駆動装置２４０を制御する（ステップＳ１４３）。これにより、作業車両１００は走行を開始する。走行開始のタイミングは、例えば、作業計画が示す各作業日における最初の農作業の開始予定時刻までに作業車両１００が圃場に到達できる適切なタイミングに設定され得る。制御装置１８０のＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中、前述の方法により、障害物との衝突を回避するための局所的経路設計を行う（ステップＳ１４４）。障害物が検出されなかった場合、ＥＣＵ１８５は、大域的経路にほぼ平行に局所的経路を生成する。障害物が検出された場合、ＥＣＵ１８５は、障害物を回避可能な局所的経路を生成する。続いて、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００の走行を終了させるか否かを判定する（ステップＳ１４５）。例えば、障害物を回避できる局所的経路を生成できなかった場合、または、作業車両１００が目的地点に到着した場合、ＥＣＵ１８４は、作業車両１００を停止させる（ステップＳ１４６）。障害物が検出されなかった場合、または障害物を回避可能な局所的経路が生成できた場合は、ステップＳ１４３に戻り、ＥＣＵ１８４は、生成された局所的経路に沿って作業車両１００を走行させる。以後、ステップＳ１４５において走行を終了すると判断されるまで、ステップＳ１４３からＳ１４５の動作が繰り返される。
　以上の動作により、作業車両１００は、障害物に衝突することなく、生成された経路に沿って自動で走行することができる。
　図２８の例において、大域的経路は、一度生成された後、目的地に到達するまで変更されない。このような例に限らず、作業車両１００の走行中に大域的経路が修正されてもよい。例えば、ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中に、カメラ１２０またはＬｉＤＡＲセンサ１４０などのセンシング装置によって取得されたセンシングデータに基づいて、作業車両１００が走行している道の状態、作業車両１００の周辺の草木の状態、および天候の状態の少なくとも１つを認識し、認識した状態が所定の条件を満たす場合に、大域的経路を変更してもよい。作業車両１００が大域的経路に沿って走行しているとき、一部の道の通行が困難である場合がある。例えば、豪雨によって道がぬかるんでいたり、路面が陥没していたり、事故その他の原因で通行できなくなっていたりすることがある。あるいは、農道の周辺の草木が想定よりも伸びていたり、建造物が新たに建設されていたりして、ＧＮＳＳ衛星からの衛星信号が受信しにくくなっていることがある。そのような状況を考慮して、ＥＣＵ１８５は、作業車両１００の走行中に取得されたセンシングデータに基づいて、通行が困難な道を検出し、そのような道を回避するように経路を変更してもよい。また、ＥＣＵ１８５は、経路を変更した場合、変更後の経路を記憶装置１７０に記憶させ、管理装置６００に変更後の経路の情報を送信してもよい。その場合、管理装置６００は、次回、同じ圃場への経路生成時に、変更後の経路を採用してもよい。これにより、走行環境の変化に応じた柔軟な経路計画が可能になる。
　（他の実施形態）
　上記の実施形態の構成および動作は例示にすぎず、本開示は上記の実施形態に限定されない。以下、他の実施形態を例示する。
　上記の実施形態では、管理装置６００のプロセッサ６６０が、作業計画の作成、環境地図の生成、作業車両１００の大域的経路設計を行い、作業車両１００の内部にある制御装置１８０が、作業車両１００の局所的経路設計および走行制御を行う。このような形態に代えて、上記の管理装置６００の動作の一部を制御装置１８０、操作端末２００、または端末装置４００に実行させてもよい。例えば、環境地図の生成および大域的経路の生成を制御装置１８０、操作端末２００、または端末装置４００が実行してもよい。
　管理装置６００は、作業車両１００を含む複数の農業機械の動作を管理してもよい。その場合、管理装置６００は、各農業機械が実行する農作業のスケジュールに基づいて、各農業機械の大域的経路設計および走行指示を行ってもよい。
　以上の実施形態における経路計画あるいは自動運転制御を行うシステムを、それらの機能を有しない農業機械に後から取り付けることもできる。そのようなシステムは、農業機械とは独立して製造および販売され得る。そのようなシステムで使用されるコンピュータプログラムも、農業機械とは独立して製造および販売され得る。コンピュータプログラムは、例えばコンピュータが読み取り可能な非一時的な記憶媒体に格納されて提供され得る。コンピュータプログラムは、電気通信回線（例えばインターネット）を介したダウンロードによっても提供され得る。
　以上のように、本開示の実施形態における経路計画システムは、圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画システムである。前記経路計画システムは、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図を記憶する記憶装置と、前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、を備える。前記地図は、各道が農道であるか否か、各道が特定の地物に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む。前記処理装置は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、前記特定の地物に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成する。このような構成により、農業機械が自動走行を行う上で好適な経路を生成することが可能になる。
　前記地図は、各道が、前記特定の地物である水路に沿った道であるか否かを示す属性情報を含んでいてもよい。前記処理装置は、前記属性情報に基づいて、前記水路に沿った道を優先する経路を前記農業機械の経路として生成してもよい。これにより、ＬｉＤＡＲセンサまたはカメラを用いた自己位置推定に利用されるランドマークとして好適な水路に沿った道を多く含む経路を生成することが可能になる。
　前記処理装置は、出発地点から目的地点に到達する複数の経路のうち、農道、前記特定の地物に沿った道、または前記衛星信号を正常に受信できる道の割合が高いほど評価値が小さく、且つ移動時間または移動距離が長いほど評価値が大きくなる評価関数を最小にする経路を、前記農業機械の経路として決定してもよい。これにより、農道、特定の地物に沿った道、または衛星信号を正常に受信できる道の割合が高い経路を安定して生成することが可能になる。
　前記処理装置は、前記農道を優先的に選択して前記経路を生成する第１モード、前記特定の地物に沿った道を優先的に選択して前記経路を生成する第２モード、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先的に選択して前記経路を生成する第３モードの少なくとも１つを含む複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで前記経路を生成すしてもよい。これにより、ユーザが重視する優先項目を反映した経路を生成することが可能となる。
　前記処理装置は、前記第１モード、前記第２モード、および前記第３モードの全てを含む複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで前記経路を生成してもよい。これにより、農道を優先する経路、特定の地物に沿った道を優先する経路、および衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の中から、ユーザが重視する優先項目を反映した経路を生成することが可能となる。
　前記処理装置は、前記農業機械の移動時間または移動距離が最も短くなるように前記経路を生成する第４モードをさらに含む前記複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで、前記経路を生成してもよい。これにより、移動時間または移動距離を最短にする経路も生成することが可能になる。
　前記処理装置は、前記複数のモードの中から１つのモードをユーザに選択させるグラフィカルユーザインターフェース（ＧＵＩ）を表示装置に表示させてもよい。これにより、ユーザは、重視する優先項目に対応するモードをＧＵＩ上で選択することが可能になる。
　前記記憶装置は、前記農業機械が作業日ごとに実行する１以上の農作業のスケジュールをさらに記憶してもよい。前記処理装置は、前記スケジュールに基づいて、各作業日における最後の農作業が予定終了時刻までに完了するように前記経路を生成してもよい。これにより、スケジュールに示された農作業の予定終了時刻までに農作業を完了できる経路を生成することが可能になる。
　前記処理装置は、前記スケジュールに基づいて、前記農業機械が、各農作業が行われる圃場に、それぞれの開始予定時刻よりも前に到着するように前記経路を生成してもよい。これにより、スケジュールに示された各農作業の開始予定時刻よりも前に農業機械がそれぞれの圃場に到着する経路を生成することが可能になる。
　前記経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたデータに基づいて、前記経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返してもよい。これにより、障害物を回避可能な局所的経路に沿って農業機械を走行させることができる。
　本開示の他の実施形態による制御システムは、上記のいずれかの実施形態における経路計画システムと、前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、を備える。
　本開示のさらに他の実施形態による農業機械は、上記のいずれかの実施形態における制御システムと、前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置とを備える。前記制御装置は、前記センシング装置から出力された信号に基づいて、前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる。
　本開示のさらに他の実施形態による経路計画方法は、圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画方法である。前記経路計画方法は、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図であって、各道が農道であるか否か、各道が水路に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む地図を記憶装置から取得することと、前記地図上における前記農業機械の経路を生成することであって、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、水路に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成することと、を含む。
　本開示のさらに他の実施形態によるコンピュータプログラムは、圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画を行うためのプログラムである。前記プログラムは、コンピュータが読み取り可能な非一時的記憶媒体に格納され得る。前記プログラムは、コンピュータに、複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図であって、各道が農道であるか否か、各道が水路に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む地図を記憶装置から取得することと、前記地図上における前記農業機械の経路を生成することであって、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、水路に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成することと、を実行させる。
　本開示の技術は、例えばトラクタ、収穫機、田植機、乗用管理機、野菜移植機、草刈機、播種機、施肥機、または農業用ロボットなどの自動運転を行う農業機械のための経路計画システムに適用することができる。
　３０・・・大域的経路、３２・・・局所的経路、４０・・・障害物、５０・・・ＧＮＳＳ衛星、６０・・・基準局、７０・・・圃場、７１・・・出入口、７２・・・作業領域、７４・・・枕地、７６・・・道、７７・・・樹木、７８・・・水路、７９・・・川、８０・・・ネットワーク、９０・・・保管場所、９２・・・ユーザの自宅、９６・・・待機場所、１００・・・作業車両、１０１・・・車両本体、１０２・・・原動機（エンジン）、１０３・・・変速装置（トランスミッション）、１０４・・・車輪、１０５・・・キャビン、１０６・・・操舵装置、１０７・・・運転席、１０８・・・連結装置、１１０・・・測位装置、１１１・・・ＧＮＳＳ受信機、１１２・・・ＲＴＫ受信機、１１５・・・慣性計測装置（ＩＭＵ）、１１６・・・処理回路、１２０・・・カメラ、１３０・・・障害物センサ、１４０・・・ＬｉＤＡＲセンサ、１５０・・・センサ群、１５２・・・ステアリングホイールセンサ、１５４・・・切れ角センサ、１５６・・・車軸センサ、１６０・・・制御システム、１７０・・・記憶装置、１８０・・・制御装置、１８１～１８６・・・ＥＣＵ、１９０・・・通信装置、２００・・・操作端末、２１０・・・操作スイッチ群、２２０・・・ブザー、２４０・・・駆動装置、３００・・・インプルメント、３４０・・・駆動装置、３８０・・・制御装置、３９０・・・通信装置、４００・・・端末装置、４２０・・・入力装置、４３０・・・表示装置、４５０・・・記憶装置、４６０・・・プロセッサ、４７０・・・ＲＯＭ、４８０・・・ＲＡＭ、４９０・・・通信装置、６００・・・管理装置、６６０・・・プロセッサ、６７０・・・記憶装置、６７０・・・ＲＯＭ、６８０・・・ＲＡＭ、６９０・・・通信装置

Claims (13)

  1. 　圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画システムであって、
    　複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図を記憶する記憶装置と、
    　前記地図上における前記農業機械の経路を生成する処理装置と、
    を備え、
    　前記地図は、各道が農道であるか否か、各道が特定の地物に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含み、
    　前記処理装置は、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、前記特定の地物に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成する、
    　経路計画システム。
  2. 　前記地図は、各道が、前記特定の地物である水路に沿った道であるか否かを示す属性情報を含み、
    　前記処理装置は、前記属性情報に基づいて、前記水路に沿った道を優先する経路を前記農業機械の経路として生成する、
    　請求項１に記載の経路計画システム。
  3. 　前記処理装置は、出発地点から目的地点に到達する複数の経路のうち、農道、前記特定の地物に沿った道、または前記衛星信号を正常に受信できる道の割合が高いほど評価値が小さく、且つ移動時間または移動距離が長いほど評価値が大きくなる評価関数を最小にする経路を、前記農業機械の経路として決定する、請求項１に記載の経路計画システム。
  4. 　前記処理装置は、
    　前記農道を優先的に選択して前記経路を生成する第１モード、
    　前記特定の地物に沿った道を優先的に選択して前記経路を生成する第２モード、および
    　前記衛星信号を正常に受信できる道を優先的に選択して前記経路を生成する第３モードの少なくとも１つを含む複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで前記経路を生成する、
    　請求項１または３に記載の経路計画システム。
  5. 　前記処理装置は、前記第１モード、前記第２モード、および前記第３モードの全てを含む複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで前記経路を生成する、請求項４に記載の経路計画システム。
  6. 　前記処理装置は、前記農業機械の移動時間または移動距離が最も短くなるように前記経路を生成する第４モードをさらに含む前記複数のモードの中からユーザによって選択されたモードで、前記経路を生成する、請求項４または５に記載の経路計画システム。
  7. 　前記処理装置は、前記複数のモードの中から１つのモードをユーザに選択させるグラフィカルユーザインターフェースを表示装置に表示させる、請求項４から６のいずれかに記載の経路計画システム。
  8. 　前記記憶装置は、前記農業機械が作業日ごとに実行する１以上の農作業のスケジュールをさらに記憶し、
    　前記処理装置は、前記スケジュールに基づいて、各作業日における最後の農作業が予定終了時刻までに完了するように前記経路を生成する、
    　請求項１から７のいずれかに記載の経路計画システム。
  9. 　前記処理装置は、前記スケジュールに基づいて、前記農業機械が、各農作業が行われる圃場に、それぞれの開始予定時刻よりも前に到着するように前記経路を生成する、請求項８に記載の経路計画システム。
  10. 　前記経路に沿って前記農業機械が走行しているとき、前記処理装置は、前記農業機械が備えるセンシング装置によって取得されたデータに基づいて、前記経路の一部に沿った複数のウェイポイントによって規定される、障害物を回避可能な局所的経路を生成し、前記局所的経路を示す情報を、前記農業機械の走行を制御する制御装置に出力する動作を繰り返す、請求項１から９のいずれかに記載の経路計画システム。
  11. 　請求項１から１０のいずれかに記載の経路計画システムと、
    　前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる制御装置と、
    を備える制御システム。
  12. 　請求項１１に記載の制御システムと、
    　前記農業機械の周辺の環境のセンシングを行うセンシング装置と、
    を備え、
    　前記制御装置は、前記センシング装置から出力された信号に基づいて、前記処理装置が生成した経路に沿って前記農業機械を走行させる、
    農業機械。
  13. 　圃場内および圃場外を自動で走行する農業機械のための経路計画方法であって、
    　複数の圃場および前記複数の圃場の周辺の道を含む領域の地図であって、各道が農道であるか否か、各道が水路に沿った道であるか否か、および各道がＧＮＳＳ衛星からの衛星信号を正常に受信できる道であるか否かの少なくとも１つを示す属性情報を含む地図を記憶装置から取得することと、
    　前記地図上における前記農業機械の経路を生成することであって、圃場に向かう経路、または圃場から他の場所に向かう経路を生成するとき、前記属性情報に基づいて、農道を優先する経路、水路に沿った道を優先する経路、および前記衛星信号を正常に受信できる道を優先する経路の少なくとも１つを前記農業機械の経路として生成することと、
    　を含む経路計画方法。
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