(57)【要約】【課題】周囲環境の影響をできる限り低減して、誤課金の可能性を低減し、より信頼性の高い自動料金収受システム及び方法を得る。【解決手段】道路を走行する車両に搭載された車載機１１と、道路上に配置され、車載機１１との無線通信処理によって所定の通信領域で道路利用料金の収受処理を行う路側機３０とを備え、路側機３０は、車載機１１との間で無線通信信号を用いて道路利用料金の収受処理を行う通信部３３と、通信部３３による送受信処理において車載機１１が送信する無線通信信号を検出して車載機１１に対する方向を推定する処理を、車載機１１が通信領域３を移動中に逐次実行する方向推定部３４と、方向推定部３４からの複数の方向推定値に基づいて、通信領域３に存在する車載機１１であるかどうかを判定する判定部３５と、判定部３５の結果に基づいて、通信部３３による収受処理の可否を制御する制御部３６とを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
道路を走行する車両に搭載された車載機と、
道路上に配置され、前記車載機との無線通信処理によって所定の通信領域で道路利用料金の収受処理を行う路側機とを備え、
前記路側機は、
前記車載機との間で無線通信信号を用いて前記道路利用料金の収受処理を行う通信手段と、
前記通信手段による送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して前記車載機に対する方向を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する方向推定手段と、
前記方向推定手段からの複数の方向推定値に基づいて、前記所定の通信領域に存在する車載機であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段の結果に基づいて、前記通信手段による収受処理の可否を制御する制御手段とを含む
ことを特徴とする自動料金収受システム。
【請求項２】
前記判定手段は、複数の方向推定値間の変動量が予め設定した閾値よりも大きい場合には、前記道路利用料金を収受する対象となる車載機ではないと判定する
ことを特徴とする請求項１記載の自動料金収受システム。
【請求項３】
道路を走行する車両に搭載された車載機と、
道路上に配置され、前記車載機との無線通信処理によって所定の通信領域で道路利用料金の収受処理を行う路側機とを備え、
前記路側機は、
前記車載機との間で無線通信信号を用いて前記道路利用料金の収受処理を行う通信手段と、
前記通信手段による送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して前記車載機に対する方向を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する方向推定手段と、
前記通信手段による送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して、前記無線通信信号の信号電力を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する電力推定手段と、
前記方向推定手段からの複数の方向推定値及び前記電力推定手段からの複数の信号電力推定値に基づいて、前記所定の通信領域に存在する車載機であるかどうかを判定する判定手段と、
前記判定手段の結果に基づいて、前記通信手段による収受処理の可否を制御する制御手段とを含む
ことを特徴とする自動料金収受システム。
【請求項４】
前記判定手段は、
複数の方向推定値間の変動量が予め設定した第１の閾値よりも大きい場合、
複数の信号電力推定値間の変動量が予め設定した第２の閾値よりも大きい場合、
あるいは、複数の方向推定値間の変動量が予め設定した第１の閾値よりも大きい場合、かつ、複数の信号電力推定値間の変動量が予め設定した第２の閾値よりも大きい場合には、
前記道路利用料金を収受する対象となる車載機ではないと判定する
ことを特徴とする請求項３記載の自動料金収受システム。
【請求項５】
道路を走行する車両に搭載された車載機と、
道路上に配置され、前記車載機との無線通信処理によって所定の通信領域で道路利用料金の収受処理を行う路側機とを備えた自動料金収受システムにおいて、
通信手段により、前記車載機との間で無線通信信号を用いて前記道路利用料金の収受処理を行う通信ステップと、
方向推定手段により、前記通信ステップによる送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して前記車載機に対する方向を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する方向推定ステップと、
判定手段により、前記方向推定ステップからの複数の方向推定値に基づいて、前記所定の通信領域に存在する車載機であるかどうかを判定する判定ステップと、
制御手段により、前記判定ステップの結果に基づいて、前記通信ステップによる収受処理の可否を制御する制御ステップとを含む
ことを特徴とする自動料金収受方法。
【請求項６】
前記判定ステップは、複数の方向推定値間の変動量が予め設定した閾値よりも大きい場合には、前記道路利用料金を収受する対象となる車載機ではないと判定する
ことを特徴とする請求項５記載の自動料金収受方法。
【請求項７】
道路を走行する車両に搭載された車載機と、
道路上に配置され、前記車載機との無線通信処理によって所定の通信領域で道路利用料金の収受処理を行う路側機とを備えた自動料金収受システムにおいて、
通信手段により、前記車載機との間で無線通信信号を用いて前記道路利用料金の収受処理を行う通信ステップと、
方向推定手段により、前記通信ステップによる送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して前記車載機に対する方向を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する方向推定ステップと、
電力推定手段により、前記通信ステップによる送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して、前記無線通信信号の信号電力を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する電力推定ステップと、
判定手段により、前記方向推定ステップからの複数の方向推定値及び前記電力推定ステップからの複数の信号電力推定値に基づいて、前記所定の通信領域に存在する車載機であるかどうかを判定する判定ステップと、
制御手段により、前記判定ステップの結果に基づいて、前記通信ステップによる収受処理の可否を制御する制御ステップとを含む
ことを特徴とする自動料金収受方法。
【請求項８】
前記判定ステップは、
複数の方向推定値間の変動量が予め設定した第１の閾値よりも大きい場合、
複数の信号電力推定値間の変動量が予め設定した第２の閾値よりも大きい場合、
あるいは、複数の方向推定値間の変動量が予め設定した第１の閾値よりも大きい場合、かつ、複数の信号電力推定値間の変動量が予め設定した第２の閾値よりも大きい場合には、
前記道路利用料金を収受する対象となる車載機ではないと判定する
ことを特徴とする請求項７記載の自動料金収受方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、道路を走行する車両からその車両を一時停止させることなく、料金所に設置された路側機と自動料金収受機能を有する車載機を搭載した車両との間で、料金を自動的に収受するノンストップの自動料金収受システム及びその方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動料金収受システムでは、車両に無線通信装置とＩＣカード等の電子支払い手段とを搭載し、有料道路の料金所に自動料金徴収の専用レーンまたは一般車両との混在レーンを設定し、また車両に搭載された車載機と通信するための無線通信装置（路側機）を備えている。
【０００３】
システムの稼働当初は、自動料金収受システムに対応した車載機を搭載しない走行車両の見逃しや、レーン変更に伴う走行車両の追従失敗などにより正常な料金の収受処理ができない問題があった。そのため、対策のひとつとして、複数の素子アンテナを配置したアレーアンテナを路側機側に設置するなどして、当該無線通信信号から走行車両の方向を推定する技術がある。これにより、車載機を搭載する走行車両との収受処理を確実に行うようなシステムが提案されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−３４７９９号公報
【特許文献２】特開２００２−２４３８２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、近年の普及により、対応車載機を搭載した車両が急速に増加しており、あらゆる場所で、当該システムが利用されるようになってきている。このような状況においては、複数の有料道路が隣接するエリアにおいて、複数の自動料金収受システムが稼働する可能性が高まる。従って、一般的にはそのようなエリア付近は構造物が多数配置された複雑な伝搬環境となっており、併走する隣接道路を走行する車両に搭載された車載機からの無線通信信号が、路側帯あるいは高架橋などを飛び越えて路側機に到来するような状況が発生する。このとき、通信領域外の車両からの無線通信信号を誤って検出してしまうことになり、正常な料金の収受処理が為されない恐れがある。例えば、複数の有料道路が交差するジャンクションなど複雑な道路環境においては、マルチパスが多数到来するため、従来のように無線通信信号の瞬時の方向推定値を用いる手法では、その推定値への信頼性は著しく低下し、実際の環境では適用できない可能性があった。
【０００６】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、通信領域内において複数の推定値を基に、最終的な判定を実施することにより、周囲環境の影響をできる限り低減して、誤課金の可能性を低減し、より信頼性の高い自動料金収受システム及び方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に係る自動料金収受システムは、道路を走行する車両に搭載された車載機と、道路上に配置され、前記車載機との無線通信処理によって所定の通信領域で道路利用料金の収受処理を行う路側機とを備え、前記路側機は、前記車載機との間で無線通信信号を用いて前記道路利用料金の収受処理を行う通信手段と、前記通信手段による送受信処理において前記車載機が送信する無線通信信号を検出して前記車載機に対する方向を推定する処理を、前記車載機が前記所定の通信領域を移動中に逐次実行する方向推定手段と、前記方向推定手段からの複数の方向推定値に基づいて、前記所定の通信領域に存在する車載機であるかどうかを判定する判定手段と、前記判定手段の結果に基づいて、前記通信手段による収受処理の可否を制御する制御手段とを含むものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る自動料金収受システムによれば、周囲環境の影響をできる限り排除することができ、誤課金の可能性を低くすることができ、かつ、より高い信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムの構成を示す図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムによる横軸に時間をとった方向推定値の推移を示す図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムの動作を示すフローチャートである。
【図４】この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムの構成を示す図である。
【図５】この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムによる横軸を時間とした受信信号電力の推移を示す図である。
【図６】この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムの動作を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の自動料金収受システムの好適な実施の形態につき図面を用いて説明する。
【００１１】
実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムについて図１から図３までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムの構成を示す図である。なお、以降では、各図中、同一符号は同一又は相当部分を示す。
【００１２】
図１において、この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムは、道路１を走行する車両１０に搭載された車載機１１と、道路１に設置された路側機３０とが設けられている。
【００１３】
その他、周辺環境として、隣接道路２を走行する車両２０に搭載された車載機２１と、道路間に存在する路側帯４とがある。
【００１４】
車載機１１と路側機３０は、通信領域３内において、マイクロ波帯の周波数を用いた無線通信信号（アップリンク、ダウンリンク）Ｓ１、Ｓ２により料金の収受処理など各サービスを実行する。また、車載機２１は、無線通信信号Ｓ３、Ｓ４を送受信する。
【００１５】
路側機３０は、無線通信信号を受信するアンテナ３１、３２と、料金の収受処理などを含む通信処理を行う通信部（通信手段）３３と、無線通信信号から各走行車両の方向を推定する方向推定部（方向推定手段）３４と、方向推定部３４の情報を基に路側機３０が担当する道路１を走行している車両、つまり課金対象となる車両を特定する判定部（判定手段）３５と、その判定結果を基に通信部３３を制御する制御部（制御手段）３６とが設けられている。
【００１６】
つぎに、この実施の形態１に係る自動料金収受システムの動作について図面を参照しながら説明する。
【００１７】
図２は、この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムによる横軸に時間をとった方向推定値の推移を示す図である。また、図３は、この発明の実施の形態１に係る自動料金収受システムの動作を示すフローチャートである。
【００１８】
通信部３３は、アンテナ３１を介して車載機１１と無線通信信号を送受信し、道路利用料金の収受処理を行う。一方、隣接道路２の走行車両２０の車載機２１からの無線通信信号が周囲の電波伝搬環境によっては、路側機３０に到来する可能性がある。このとき、誤って車載機２１と収受処理を行わないように車載機の判別を行う必要がある。
【００１９】
方向推定部３４では、路側機３０に到来する各無線通信信号を解析し、その到来方向を推定する。なお、アンテナ３２については、アンテナ３１とは別として記載しているが、共用してもよい。基本的に、複数の素子アンテナを配置したアレーアンテナにおいてモノパルス方式や高分解能測角技術などを適用して到来方向を推定する。
【００２０】
ただし、図１に示すような各車載機１１、２１からの直接波のみの無線通信信号Ｓ１、Ｓ２およびＳ３、Ｓ４が存在する環境であれば、既存の方向推定手法により十分な推定精度が得られる。しかしながら、路側帯４や高架橋、路側機３０を支えるゲートなど、電波を反射、散乱させる構造物が多数存在する環境では、通常は多数のマルチパス波が到来するため、その方向推定値はばらつくことが予想される。つまり、瞬時の方向推定値の精度はあまり当てにならないことになる。
【００２１】
そこで、方向推定部３４は、複数回、同様の処理を実施して各推定値を判定部３５に出力する。判定部３５では、以下に示す方法により課金対象となる走行車両を決定し、その結果を受けた制御部３６が、通信部３３を制御して、当該走行車両との料金の収受処理を完了する。
【００２２】
判定部３５では、複数個の方向推定値を基に課金対象となる走行車両を判別する。その原理は各方向推定値の変動量（ばらつき）が予め設定した閾値よりも大きい場合には、他の隣接道路２から到来した無線通信信号と判断する。その理由は、課金対象となる道路１上に存在する走行車両１０は、路側機３０に対して正面方向から進入してくるため、たとえば車両１０ａの位置まで移動しても、マルチパスの影響が多少あったとしても無線通信信号Ｓ１、Ｓ２の到来方向のばらつきは相対的に小さいためである。
【００２３】
一方、隣接道路２上の走行車両２０については、進行に応じて、たとえば車両２０ａの位置まで移動すると路側機３０から見た車載機２１の見込み角は大きく変化するため、マルチパスも含めた無線通信信号Ｓ３、Ｓ４から推定した到来方向値は時間とともに大きく変動することになる。
【００２４】
図２に示すように、黒の実線は、自レーンの走行車両からの無線通信信号により求めた方向推定値Ｄ１を意味している。ここで、図１の走行車両１０に対応する。このとき、通信領域３内であまり変動はない。
【００２５】
一方、他の走行車両（図１の走行車両２０に対応）からの無線通信信号により求めた方向推定値（破線）Ｄ２は、通信領域３内で大きく変動する。
【００２６】
マルチパスの影響により、瞬時の推定値としては、自レーンの走行車両と同じ方向推定値を算出する可能性があるが、上述のように路側機３０からの見込み角が時間とともに変わるため、推移を見ていくと明らかな違いが判別できる。したがって、複数の方向推定値を利用することで、課金対象となる走行車両を路側機３０単独で高精度に決定することが可能である。
【００２７】
まず、ステップ１０１において、通信部３３は、車載機１１から無線通信信号を受信する。
【００２８】
次に、ステップ１０２において、方向推定部３４は、定められたアルゴリズムに従い、方向推定値を算出する。この処理を、走行車両１０が通信領域３内に存在する間に複数回（図３ではＮ回）実施する。
【００２９】
次に、ステップ１０３において、判定部３５は、Ｎ個の方向推定値間の変動量（変化量）を算出する。
【００３０】
次に、ステップ１０４において、判定部３５は、変動量が閾値以下であるどうかを判定する。
【００３１】
そして、ステップ１０５において、制御部３６は、変動量が閾値以下の場合には、料金の課金対象と判定して、料金の収受処理を実施する。
【００３２】
一方、ステップ１０６において、制御部３６は、変動量が閾値よりも大きい場合には、変動がある方向推定値に対応する走行車両については、隣接道路２に存在するものと判断して、収受処理を中止する。
【００３３】
なお、閾値の決め方については、実際の現場で事前に電波測定をして変動量の目安を求めても良いし、シミュレーションにより解析的に求めても良い。また、運用していくなかで適切な値に調整していくことも可能である。
【００３４】
この実施の形態１によれば、既存の自動料金収受システムにおいて利用されている無線通信信号のみを用いて高精度な収受処理が実現することができるとともに、路側機３０単独で収受処理を完結するシステムが実現することができる。
【００３５】
実施の形態２．
この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムについて図４から図６までを参照しながら説明する。図４は、この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムの構成を示す図である。
【００３６】
図４において、上記の実施の形態１と異なる箇所は、路側機３０Ａが、各車載機から到来する無線通信信号の信号電力を推定する電力推定部（電力推定手段）３７をさらに含むことである。
【００３７】
上記の実施の形態１では、無線通信信号の方向推定値から課金対象車両を判定することを基本としていたが、本実施の形態２では、信号電力も同時に推定して課金対象車両を判定するものである。
【００３８】
アンテナ３２で受信した無線通信信号から、方向推定部３４で信号の到来方向を推定するだけでなく、電力推定部３７において信号電力を同時に推定する。その両方の情報を基に、判定部３５では、課金対象車両を決定する。
【００３９】
図５は、この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムによる横軸を時間とした受信信号電力の推移を示す図である。自レーンの走行車両とは図１の走行車両１０に対応し、課金対象となる車両を意味する。通信領域３においては、通信の安定性の観点から受信電界強度がなるべく一定になるようにエリアが構成されており、アンテナビームの指向性やボアサイト方向などが設定される。したがって、通信領域３内では、受信電力Ｐ１はほぼ一定に保持される。
【００４０】
一方、他の走行車両（隣接道路２からの到来信号）については、マルチパス伝搬の影響により大きく受信電力Ｐ２が変動する。また、アンテナ利得は正面方向に対して広角になるほど低下するため、路側機３０に近くなるほど、一般に受信電力Ｐ２は低下することが考えられる。
【００４１】
したがって、方向推定値と同様に瞬時の電力推定値の精度は高くないが、その変動量を観測し、課金対象となる自レーンを走行している車両かどうかを判定することが有効である。
【００４２】
図６は、この発明の実施の形態２に係る自動料金収受システムの動作を示すフローチャートである。
【００４３】
まず、ステップ２０１において、通信部３３は、車載機１１から無線通信信号を受信する。
【００４４】
次に、ステップ２０２において、電力推定部３７は、定められたアルゴリズムに従い、信号電力推定値を算出する。
【００４５】
次に、ステップ２０３において、方向推定部３４は、方向推定値を算出する。この信号電力推定値及び方向推定値の算出処理を、走行車両１０が通信領域内に存在する間に複数回（図６ではＮ回）実施する。
【００４６】
次に、ステップ２０４において、判定部３５は、Ｎ個の電力推定値及び方向推定値の変動量（変化量）を算出する。
【００４７】
次に、ステップ２０５において、判定部３５は、電力推定値及び方向推定値の変動量が閾値以下であるどうかを判定する。
【００４８】
そして、ステップ２０６において、制御部３６は、変動量がともに閾値以下の場合には、つまり、電力推定値の変動量が電力閾値以下で、かつ、方向推定値の変動量が方向閾値以下である場合には、料金の課金対象と判定して、収受処理を実施する。
【００４９】
一方、ステップ２０７において、制御部３６は、変動量がともに、あるいはいずれか一方が閾値よりも大きい場合、方向閾値よりも大きい変動がある方向推定値に対応する走行車両については、隣接道路２に存在するものと判断して、収受処理を中止する。
【００５０】
この実施の形態２によれば、既存の自動料金収受システムにおいて利用されている無線通信信号のみを用いて電力と方向の双方の推定値を有効利用して、さらに高精度な収受処理が実現することができるとともに、路側機３０単独で収受処理を完結するシステムが実現することができる。
【符号の説明】
【００５１】
１  道路、２  隣接道路、３  通信領域、４  路側帯、１０  車両、１１  車載機、２０  車両、２１  車載機、３０  路側機、３０Ａ  路側機、３１  アンテナ、３２  アンテナ、３３  通信部、３４  方向推定部、３５  判定部、３６  制御部、３７  電力推定部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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