(57)【要約】【課題】特定領域に位置する車載機との路車間通信以外を排除することができる自動料金収受システムを提供する。【解決手段】車載機に、衛星情報を利用して現在位置を測定する測位機能46を設け、この測位機能で測定された車載機の位置が、路車間通信を行う規定領域の範囲内にある場合にのみ、路車間通信を実施するように構成している。路車間通信は、規定の路車間通信領域を走行する車両の車載機との間でのみ行われ、電波の反射波や漏洩などに起因するミスの介入を排除することができる。【選択図】      図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
有料道路の料金所に設置された路側無線装置が、走行車両に搭載された車載機と路車間通信を実施して課金処理を実行する自動料金収受システムにおいて、
前記車載機が、衛星情報を利用して現在位置を測定する測位機能を備え、前記測位機能で測定された前記車載機の位置が、前記路車間通信を行う規定領域の範囲内にある場合に、前記路車間通信を実施することを特徴とする自動料金収受システム。
【請求項２】
前記路側無線装置が、前記規定領域の位置情報を送信し、前記規定領域の位置情報を受信した前記車載機が、前記位置情報と前記測位機能で測定した現在位置とを比較して、前記車載機の現在位置が前記規定領域の範囲内にある場合に前記路側無線装置に応答することを特徴とする請求項１に記載の自動料金収受システム。
【請求項３】
前記車載機が、前記路側無線装置のポーリングに対して、前記測位機能で測定した現在位置の情報を送信し、前記現在位置の情報を受信した前記路側無線装置が、前記現在位置と前記規定領域の位置情報とを比較して、前記現在位置が前記規定領域の範囲内にある場合に前記路車間通信を実施することを特徴とする請求項１に記載の自動料金収受システム。
【請求項４】
前記規定領域の位置情報が、前記路側無線装置の記憶手段に設定されていることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動料金収受システム。
【請求項５】
前記規定領域の位置情報が、センター装置から配信され、前記路側無線装置の記憶手段に格納されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかに記載の自動料金収受システム。
【請求項６】
前記路側無線装置が、衛星情報を利用して現在位置を測定する測位機能を備え、前記規定領域の位置情報を、前記測位機能を用いて取得することを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかに記載の自動料金収受システム。
【請求項７】
前記路側無線装置が、前記測位機能を用いて、相対測位方式または干渉測位方式により、前記規定領域の位置情報を取得することを特徴とする請求項６に記載の自動料金収受システム。
【請求項８】
前記路側無線装置が、前記測位機能を用いて、単純測位方式により前記規定領域の位置情報を取得し、前記位置情報に含まれる誤差を算出して、前記誤差の情報を前記車載機に送信することを特徴とする請求項６に記載の自動料金収受システム。
【請求項９】
前記路側無線装置が、前記測位機能を用いて、単純測位方式により前記規定領域の位置情報を取得し、前記位置情報を受信した前記車載機が、前記位置情報と、単純測位方式で測定した前記車載機の現在位置とを比較して、前記車載機の現在位置が前記規定領域の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項６に記載の自動料金収受システム。
【請求項１０】
前記路側無線装置が、前記測位機能を用いて、単純測位方式により前記規定領域の位置情報を取得し、前記位置情報と、前記車載機から受信した単純測位方式で測定された前記車載機の現在位置とを比較して、前記車載機の現在位置が前記規定領域の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項６に記載の自動料金収受システム。
【請求項１１】
請求項１に記載の自動料金収受システムに用いる車載機であって、
ＩＣカードを受け入れるＩＣカードインターフェース手段と、
有料道路の料金所に設置された路側無線装置と路車間通信を行う通信手段と、
衛星情報を利用して現在位置の情報を測定する測位手段と、
各手段の動作を制御する車載機制御手段と
を備えることを特徴とする車載機。
【請求項１２】
前記車載機制御手段は、前記通信手段を通じて前記路側無線装置から、前記路車間通信を行う規定領域の位置情報を受信すると、前記規定領域の位置情報と前記測位手段が測定した現在位置とを比較して、現在位置が前記規定領域の範囲内にある場合に、前記路側無線装置との路車間通信を行うように制御することを特徴とする請求項１１に記載の車載機。
【請求項１３】
前記車載機制御手段は、前記通信手段を通じて前記路側無線装置のポーリングを受信すると、前記測位手段が測定した現在位置の情報を前記通信手段から前記路側無線装置に送信し、前記路側無線装置から路車間通信の指示を受けた場合に、前記路車間通信を行うように制御することを特徴とする請求項１１に記載の車載機。
【請求項１４】
ジャイロセンサー及び車輪速センサーの検出情報を収集するデータ収集手段を備えることを特徴とする請求項１１に記載の車載機。
【請求項１５】
前記測位手段として、同一車両に搭載されたカーナビゲーション装置を備えることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれかに記載の車載機。
【請求項１６】
前記車載機制御手段は、前記カーナビゲーション装置に蓄積された走行履歴または走行方向の情報を加味して、前記車載機の現在位置が前記規定領域の範囲内にあるか否かを判定することを特徴とする請求項１５に記載の車載機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、有料道路を走行する車両に対して通行料金を自動的に課金する自動料金収受システム（Electronic Toll Collection:ＥＴＣ）と、その車両に搭載する車載機に関し、特に、料金所のＥＴＣレーンに進入した車両がＥＴＣ車載機を搭載したＥＴＣ車両であるか、ＥＴＣ車載機を持たない非ＥＴＣ車両であるかを的確に識別できるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、ＥＴＣシステムは、各所の有料道路に導入されており、このシステムを利用できる車両は、有料道路の料金所をノンストップで通過することができる。
ＥＴＣシステムを利用するためには、車両にＥＴＣ車載機を取り付け、この車載機にＥＴＣカードを挿入して、料金所の通信用アンテナを備えたＥＴＣレーンのゲートを通過しなければならない。
【０００３】
ＥＴＣレーンの構成は、通行料算定方式の違いや入口ゲート、出口ゲートにより異なり、また、立地条件によっても違っている。
図１０は、均一料金制のＥＴＣレーンの一例を示している。このレーンは、ＥＴＣ車載機との無線通信（路車間通信）に使用するアンテナ31をレーン上に備え、アイランド34には、光線の遮断によって車両の通過を感知する第１車両検知器S1、第２車両検知器S2、第３車両検知器S3及び第４車両検知器S4と、レーンを通過する車両36に対して「通行可」または「停止」を表示する路側表示器32と、路車間通信で料金収受処理が完了したときは阻止棒を開き、料金収受処理ができなかったときは阻止棒を閉じたままとする発進制御機33と、路側無線機を内蔵し、アンテナ31での交信結果や車両検知器S1〜S4の検知結果に基づいてＥＴＣレーンの動作を制御する車線制御装置35とを備えている。
【０００４】
車線制御装置35は、第１車両検知器S1の検知信号をトリガーにして、路側無線機で車両36の車載機との路車間通信を開始する。その結果、通行料金の決済を正常に行うことができた場合は、路側表示器32に「通過」を表示し、発進制御機33の阻止棒を「開」にする。また、第３車両検知器S3がこの車両36を検知すると路側表示器32の表示内容を消し、第４車両検知器S4がこの車両の車尾を検知すると、発進制御機33の阻止棒を「閉」の状態に戻す。
一方、車両36が第２車両検知器S2の位置に到達した時点でも正常に課金できなかった場合には、その車両を「異常」または「非ＥＴＣ車」と判断して路側表示器32に「停止」を表示し、発進制御機33の阻止棒を「閉」のままとし、当該車両を停止させて別の手段（手動によるＩＣカードや現金など）で料金徴収を行う。
【０００５】
図１１は、このＥＴＣレーンの平面図を示している。路側アンテナ31は、第１車両検知器S1と第２車両検知器S2との間のみが通信エリア311となるように、その指向性が絞り込まれている。これは、通信エリア内に存在する車両を一台に限定するための措置である。図１２に示すように、通信エリア311が広いと、先行車両361だけでなく、後続車両362に搭載された車載機が通信エリア311内に入り込む可能性がある。この場合、先行車両361が非ＥＴＣ車で、後続車両362がＥＴＣ車であると、路側アンテナ31は後続車両362の車載機と交信し、その結果、車線制御装置35は、第1車両検知器S1を通過した先行車両361がＥＴＣ車であると誤認する。
【０００６】
しかし、通信エリア311を限定するだけでは、解決できない問題がある。それは、電波の反射が通信エリア外の車載機と路側アンテナ31との交信を可能にする現象である。図１３は、路側アンテナ31から送信された電波が、通信エリアに位置する車両361の屋根に反射し、さらに料金所の屋根410に反射して、通信エリア外の後続車両362に到達する場合を示している。このとき、通信エリア内の先行車両361が非ＥＴＣ車であっても、後続車両362がＥＴＣ車であると、路側アンテナ31と後続車両362の車載機との間で交信が行われ、先行車両361をＥＴＣ車と誤認する。
【０００７】
また、図１４に示すように、路側アンテナ31から送信された電波は、アイランド34及び屋根410に反射して、併設レーンを走行する車両362に届く場合もある。
従来のＥＴＣシステムでは、路車間通信が可能な領域を特定し、路車間通信が成立した車両はこの特定領域に存在する、との前提に立って課金処理を実行しているため、電波の反射等で特定領域以外の車両が路車間通信を実行できることになると、その前提が崩れ、誤課金等が発生する。
こうした電波の反射防止を目的として、本発明者は、先に、電波吸収体を料金所の屋根の内側などに貼り付けることを提案している（下記特許文献１）。電波吸収体は、電波を吸収し反射を抑制する。そのため、路側アンテナ31から送信された電波の反射の繰り返しが断ち切られ、通信エリアの外に達する電波が抑えられる。
【０００８】
【特許文献１】
特開２００１−１３４７９５号公報
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、電波の反射は、料金所の屋根だけでなく、料金所に設置されている多くの金属体で発生し、その反射波は遠くにまで達する。そのため、電波吸収体は広い範囲に施さなければならず、多額の費用が掛かるという問題点がある。また、物理的な事情から電波吸収体の設置工事が極めて困難な料金所も存在する。
また、車両自体を電波吸収体で覆うことは難しく、車両での電波の反射は避けられない。そのため、車両で反射した電波が、複雑な反射経路を辿って後続車両に到達する場合が有り得る。
こうした事情から、路車間通信が、決められた特定領域の外部でも成立し得る可能性が少しでも存在すると、誤課金の懸念が払拭できず、システムの信頼性が揺らぐことになる。
【００１０】
本発明は、こうした従来の問題点を解決するものであり、特定領域に位置する車載機との路車間通信以外を排除することができる自動料金収受システムを提供し、また、そのシステムを実現する車載機を提供することを目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明の自動料金収受システムでは、車載機に、衛星情報を利用して現在位置を測定する測位機能を設け、この測位機能で測定された車載機の位置が、路車間通信を行う規定領域の範囲内にある場合に、路車間通信を実施するように構成している。
そのため、路車間通信は、規定の路車間通信領域を走行する車両の車載機との間でのみ行われ、電波の反射波や漏洩などに起因するミスの介入を排除することができる。
【００１２】
また、本発明の車載機には、ＩＣカードを受け入れるＩＣカードインターフェース手段と、有料道路の料金所に設置された路側無線装置と路車間通信を行う通信手段と、衛星情報を利用して現在位置の情報を測定する測位手段と、各手段の動作を制御する車載機制御手段とを設けている。
この車載機を用いて、誤課金の懸念が無い自動料金システムを構成することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
（第１の実施形態）
本発明の実施形態におけるＥＴＣシステムでは、車載機に搭載したＧＰＳ機能を使用して車載機の位置を特定し、車載機がＥＴＣレーンの特定領域に位置することを確認して路車間通信を開始する。ＥＴＣレーンの形態は、従来（図１０）と変わりが無い。
ＥＴＣレーンの車線制御装置35は、図１に示すように、路車間通信の実施区間である第１車両検知器S1から第２車両検知器S2までの区域（路車間通信領域）の位置情報（緯度、経度情報）を保持する路車間通信位置情報記憶部353を具備し、また、路側アンテナ31による路車間通信を制御する通信制御部351と、信号の変調や復調を行うＲＦ回路352とを備えている。なお、この明細書では、図１に示す構成を纏めて、「路側無線装置」と呼んでいる。
一方、車載機は、図２に示すように、ＥＴＣカードが挿入されるＩＣカードインターフェース部41と、ＧＰＳ衛星からの受信情報を基に現在位置を検出するＧＰＳ回路46と、ユーザが操作するヒューマン・インタフェース（ＨＭＩ）部45と、車載アンテナ44を通じて行う路車間通信を制御する通信制御部42と、信号の変調や復調を行うＲＦ回路43と、車載機の動作を制御する車載機制御部40とを備えている。
【００１４】
なお、ＧＰＳ回路46による現在位置の検出では、ＧＰＳを用いるカーナビゲーションシステムや測位方法などで実用化されている次のような方式を利用することができる。
・単独測位方式：４個のＧＰＳ衛星から送られて来るコードを解析し、その時間差から衛星までの距離を求め、車載機の３次元の位置を特定する。
・Ｄ−ＧＰＳ方式（相対測位）：予め正確な位置が分かっている基準点でのＧＰＳ測位結果と基準点の本来の位置との誤差に基づいて、車載機のＧＰＳ測位結果を補正する。
・干渉測位方式：基準点及び車載機のそれぞれで、４個のＧＰＳ衛星から受信した電波の搬送波の数及び位相により衛星までの距離を求めて３次元の位置を特定し、基準点で求めた測位誤差に基づいて車載機のＧＰＳ測位結果を補正する。
【００１５】
これらの方式の中では、干渉測位方式が最も精度が高く（１０〜５０ｍｍ程度の誤差で位置測定が可能）、相対測位方式がそれに続く。この場合、基準点の位置と車載機との位置が近い程、誤差の発生状況が似てくるため、測定精度は向上する。また、マップマッチング技術を併用して測位精度を高めるようにしても良い。また、ＧＰＳ衛星からの電波が受信できない場所では、ジャイロセンサや車輪速センサなどの検出データを位置の測定に利用しても良い。
【００１６】
このシステムでは、路側アンテナ31の通信エリアを第１車両検知器S1と第２車両検知器S2との間の路車間通信領域に絞り込む必要はない。図３に示すように、路側アンテナ31の通信エリア311が路車間通信領域312から大きくはみ出していても一向に構わない。
【００１７】
図４は、このシステムでの車載機の通信処理手順を示し、また、図５は、車線制御装置35の通信処理手順を示している。車線制御装置35は、路側アンテナ31からポーリングを行い、路車間通信位置情報記憶部353で保持している路車間通信領域の位置情報を送信する（ステップ１１）。
一方、車両に搭載された車載機の車載機制御部40は、ＧＰＳ回路46で現在位置を常時求めており、路側アンテナ31から路車間通信領域の位置情報を受信すると（ステップ１）、車載機の現在位置と路車間通信領域の位置情報とを比較し、車載機の現在位置が路車間通信領域内であるか否かを判定する（ステップ２）。判定の結果、現在位置が路車間通信領域内であるときは、路車間通信を開始する（ステップ３）。また、現在位置が路車間通信領域の外であるときは、ステップ１からの手順を繰り返す。
【００１８】
車線制御装置35は、車載機から応答があると（ステップ１２で「有り」の場合）、路車間通信を開始する（ステップ１３）。車載機からの応答が無い場合は（ステップ１２で「なし」の場合）、ステップ１１に戻ってポーリングを続ける。
路車間通信後の処理は、従来のシステムと同じであり、車両が第２車両検知器S2の位置に到達する時点までに通行料金の決済を正常に行うことができた場合は、路側表示器32に「通過」を表示し、発進制御機33の阻止棒を「開」にする。
【００１９】
また、ＥＴＣレーンに進入した車両が非ＥＴＣ車であるときは、路側アンテナ31からのポーリングに応答しないまま、第２車両検知器S2を通過する。車線制御装置35は、従来システムと同様に、非ＥＴＣ車が第２車両検知器S2の位置に到達したとき、あるいは、ＥＴＣ車であっても、第２車両検知器S2の位置に到達するまでに正常に課金ができなかったときは、路側表示器32に「停止」を表示し、発進制御機33の阻止棒を「閉」のままとし、その車両を停止させて別の手段（手動によるＩＣカードや現金など）で料金徴収を行う。
【００２０】
このように、このシステムでは、路側アンテナのポーリングに対して、路車間通信領域に進入した車載機だけが応答し、路車間通信領域以外に位置する車載機は応答しないため、路車間通信は、路車間通信領域に存在する車載機との間でだけ行われる。
なお、車線制御装置35の路車間通信位置情報記憶部353で保持する路車間通信領域の位置情報（緯度、経度情報）は、ＥＴＣシステムのセンター装置から各料金所に配信し、路車間通信位置情報記憶部353に格納するようにしても良い。
【００２１】
また、図６に示すように、車線制御装置35にＧＰＳ回路354を設けて、車線制御装置35がＧＰＳ機能を用いて路車間通信領域の位置情報を得るようにしても良い。車線制御装置35は、相対測位方式や干渉測位方式により、路車間通信領域の位置を正確に特定することができる。また、路車間通信領域の正確な位置が予め分かっている場合には、車線制御装置35は、単独測位方式で測位した測位結果と路車間通信領域の本来の位置との誤差情報を車載機に知らせて、基準点としての機能を果たすことができる。この場合、車線制御装置35の位置と車載機との位置は、極めて近いため、車載機は、相対測位方式や干渉測位方式により、非常に高い精度で現在位置を測定することが可能になる。
【００２２】
また、車線制御装置35が、単独測位方式で測位した路車間通信領域の位置情報をそのまま車載機向けに送信する場合には、この位置情報に、車載機が単独測位方式で測位した現在位置の情報と同程度の誤差が含まれるため、車載機の現在位置と路車間通信領域との比較において誤差が相殺され、相対測位方式を用いた場合と同程度の高い精度で、車載機の現在位置が路車間通信領域に含まれるか否かを判定することが可能になる。
【００２３】
また、ここではＥＴＣ車載機にＧＰＳ機能を設ける場合について説明したが、図７に示すように、ＥＰＣ車載機の車載機制御部40が、同一車両に搭載されている、ＧＰＳアンテナ48を持つカーナビゲーション装置47から位置情報を貰い受けて、車載機の現在位置が路車間通信領域に含まれるか否かを判定するようにしても良い。カーナビゲーション装置47は、ＧＰＳによる位置測定とマップマッチングとを併用して、高い精度で現在位置を求めることができる。また、カーナビゲーション装置47では、車両の走行履歴や走行方向の情報を記憶しており、車載機制御部40は、これらの情報を活用して、車両が料金所の入口に接近しつつあるか否かを識別し、判定精度を高めることができる。
【００２４】
（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態では、車載機の現在位置が路車間通信領域内であるか否かを車線制御装置の側で判定するＥＴＣシステムについて説明する。
車線制御装置や車載機、ＥＴＣレーンの構成については、第１の実施形態（図１、図２、図１０）と変わりが無い。
【００２５】
図８は、このシステムでの車線制御装置35の通信処理手順を示し、また、図９は、車載機の通信処理手順を示している。
車線制御装置35は、路側アンテナ31から、車載機の位置情報の送信を呼びかけるポーリングを行い（ステップ２１）、車載機からの応答を待つ（ステップ２２）。  一方、車両に搭載された車載機の車載機制御部40は、ＧＰＳ回路46で現在位置を常時求めており、路側アンテナ31から、位置情報の送信を呼びかけるポーリングを受信すると（ステップ３１）、ＧＰＳ回路46で求めた車載機の現在位置情報を送信する（ステップ３２）。
【００２６】
車線制御装置35は、車載機の現在位置情報を受信すると（ステップ２３）、路車間通信位置情報記憶部353で保持する路車間通信領域の位置情報と車載機の現在位置とを比較し、車載機の現在位置が路車間通信領域内であるか否かを判定する（ステップ２４）。判定の結果、現在位置が路車間通信領域内であるときは、路車間通信を開始する（ステップ２５）。また、現在位置が路車間通信領域の外であるときは、路車間通信の禁止を車載機に指示し、ステップ２１からの手順を繰り返す。
【００２７】
現在位置情報を送信した車載機は、車線制御装置35からの路車間通信開始の指示を待ち（ステップ３３）、路車間通信開始が指示されたときは、路車間通信を開始する（ステップ３４）。また、ステップ３３で路車間通信の禁止が指示されたときは、ステップ３１からの手順を繰り返す。
このシステムでは、車載機の現在位置が路車間通信領域内であるか否かの判定を車線制御装置35の側で行うので、第１の実施形態に比べて、車載機の負担が軽減される。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の自動料金収受システムでは、規定の領域を走行する車両の車載機に対してのみ路車間通信を行うことができ、電波の反射波や漏洩などに起因するミスの介入を排除することができる。その結果、誤課金の懸念が解消され、システムの信頼性を高めることができる。
【００２９】
また、路側アンテナの指向特性が緩和されるため、路側アンテナの構成が単純になり製造が容易になる。
また、本発明の車載機は、この自動料金収受システムの実現を果たすことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における車線制御装置の構成を示すブロック図
【図２】本発明の第１の実施形態における車載機の構成を示すブロック図
【図３】本発明の第１の実施形態における路側アンテナの指向特性を示す図
【図４】本発明の第１の実施形態における車載機の通信手順を示すフロー図
【図５】本発明の第１の実施形態における車線制御装置側の通信手順を示すフロー図
【図６】本発明の第１の実施形態における車線制御装置の他の構成を示すブロック図
【図７】本発明の第１の実施形態における車載機の他の構成を示すブロック図
【図８】本発明の第２の実施形態における車線制御装置側の通信手順を示すフロー図
【図９】本発明の第２の実施形態における車載機の通信手順を示すフロー図
【図１０】従来方式による料金所ゲートを示す斜視図
【図１１】従来方式による料金所ゲートを示す平面図
【図１２】路車間通信領域の限定の必要性について示す説明図
【図１３】従来方式による電波反射の同一車線への影響を示す図
【図１４】従来方式による電波反射の隣接車線への影響を示す図
【符号の説明】
S1  第１車両検知器
S2  第２車両検知器
S3  第３車両検知器
S4  第４車両検知器
31  路側アンテナ
32  路側表示器
33  発進制御機
34  アイランド
35  車線制御装置
36  車両
40  車載機制御部
41  ＩＣカードインターフェース部
42  通信制御部
43  ＲＦ回路
44  車載アンテナ
45  ＨＭＩ部
46  ＧＰＳ回路
47  カーナビゲーション装置
48  ＧＰＳアンテナ
311  通信エリア
312  路車間通信領域
351  通信制御部
352  ＲＦ回路
353  路車間通信位置情報記憶部
354  ＧＰＳ回路
361  非ＥＴＣ車
362  ＥＴＣ車
410  屋根
【図１】
2004199586.tif 000003
【図２】
2004199586.tif 000004
【図３】
2004199586.tif 000005
【図４】
2004199586.tif 000006
【図５】
2004199586.tif 000007
【図６】
2004199586.tif 000008
【図７】
2004199586.tif 000009
【図８】
2004199586.tif 000010
【図９】
2004199586.tif 000011
【図１０】
2004199586.tif 000012
【図１１】
2004199586.tif 000013
【図１２】
2004199586.tif 000014
【図１３】
2004199586.tif 000015
【図１４】
2004199586.tif 000016