160

特集論

フリーフロー ETC システムの開発と今後の展開

文

Development of Free-Flow ETC System andThe Future
花畑菱川繁

武早川祥史博田中将憲

今回開発したフリーフロー ETC システムは，都市高速道路が持つ次の課題，① 都市中心部での渋滞緩和，② 沿道環境の問題改善，③ 料金所新設時の用地確保，④ 料金体系の多様化への対応などを目的として開発した料金収受システ
ムである．平成 14 年７月から，阪神高速道路公団向け乗り継ぎ ETC システムとして供用を開始しており，平成 14 年度末には特定区間課金 ETC システム，そして神戸市道路公社の ETC を経由した乗り継ぎ ETC システムを順次展開する．
またロードプライシング制度などにも対応容易なシステム構成としており，無人化対応システムとして，都市高速だけでなく，他の道路公団・公社向けにも適用可能なシステムである．

1．はじめ

り継ぎ区間を規定時間内に通行した ETC 車両のみ有効と認にめられるものである．

フリーフロー ETC システムとは，本線をノンストップでこれまで阪神高速道路公団では，乗り継ぎ対象路線を走行走行する車両に対し，料金収受を行う ETC システムである．

する際に一般道を経由するため，乗り継ぎ出口で乗継券を受また，類似システムとして平成 10 年から稼動しているシン

け取り，乗り継ぎ入口にて乗継券を提出することにより，料ガポール向け ERP システムがある．

金収受を行わない人的システムを採用していた．
平成 14 年７月に全入口料金所に ETC システムが導入され今回のフリーフロー ETC システムは，阪神高速道路公団向け乗り継ぎ ETC システムとして開発したものである．

るとともに，３号神戸線と５号湾岸線間にある乗り継ぎ出口

ETC 乗り継ぎとは，接続されていない路線間をあたかもの４箇所（京橋，摩耶，六甲アイランド北，住吉浜）に，フ一本の連続した道路のように扱う制度であり，定められた乗リーフロー ETC システムを設置した．図１に路線概略を示
日本道路公団

西宮山口 JCT

中国自動車道西宮山口JCT／西宮山口東
特定区間ルート

西宮山口東

西宮山口南

箕谷
西宮山口南７号北神戸線

神戸市道路公社（箕谷料金所）
神戸長田
７号北神戸線
３号神戸線
乗り継ぎルート

新神戸トンネル有料道路
柳原

７号北神戸線
３号神戸線
乗り継ぎルート

生田川

３号神戸線

京橋

摩耶
３号北神戸線
５号湾岸線
乗り継ぎルート
住吉浜

フリーフロー ETC システム

５号湾岸線

：平成 14 年７月供用

六甲アイランド北：現在建設中

図１

路線概略
三菱重工技報 Vol.40 No.3（2003_5）

161

す．このシステムは，設置箇所が料金所に設置された ETC止する際，対象車線のみ閉鎖することで対応できるが，フリシステム（以下， 従来型 ETC システム という）と異なり，ーフロー ETC 車線は，対象が出口ランプの車線幅であり，車線ごとにアイランドと呼ばれる車線分離帯が設けられてい車線閉鎖ない料金所，また従来型 ETC システムが設置困難な車線向とで，一方が保守や故障で停止しても運用を継続可能な構造けに開発したシステムである．としなければならない．

通行止となるため，装置を二重化するこ

また，24 時間連続無人運転を行うため，中央処理装置に2．フリーフロー ETC システムとは設置された遠隔監視装置にて，システムの稼動状況を監視でフリーフロー ETC システムは，従来型 ETC システムと機器構成が大きく異なり，出口ランプ上，もしくは本線上に車線をまたいで設置した門型柱（以下， ガントリ＝という）に路側機器を配置している．そのため，ETC 利用者は既存料金所に進入する時のように車両の減速，もしくは一旦停止を行う必要がなく，ガントリ下を通過するだけで車両に搭載した車載器と路側機器間で通信を行うことができ，通過情報（通行履歴，利用明細など）の読み書きを可能とするシステ
ムである．

3．都市高速システムとその課題今回開発したフリーフロー ETC システムが，都市高速の持つ次の課題にいかに対応できるかを簡単に記す．
（1）都市中心部での渋滞緩和（2）沿道環境の問題改善（3）料金所新設時の用地確保（4）料金体系の多様化
フリーフロー ETC システムは，従来型 ETC システムに比べ，高速自在走行する車両向けに開発したシステムである．
しかし，都市高速における渋滞は，同一路線においても曜日，時間帯などに起因するものもある．これらを解決するには，車線拡幅や料金所増設などの方案もあるが，ロードプライシング制度などを導入することにより，流入する交通量を分散することも可能である．

き，かつ遠隔操作（運用の開始／停止）を行う機能を有している必要がある．
これらの課題を解決するため，次の事項をシステム要件とし，開発を行った．

4．システム仕様について
今回開発したシステム構成を図２に示す．なお，撮像装置はオプション機能としている．
4．1 システム要件（1）24 時間連続運転可能で，中央処理装置からの遠隔起動，停止が行えること．
（2）ガントリ上にすべての路側機器を配置できること．
（3）道路幅内を自在走行する複数車両と同時無線通信が可能であること．また，オプション機能としてナンバプレート認識ができること．
（4）無線通信は，２アンテナ方式とし，道路幅 5.5 m（１車線＋路側帯）〜 7.0 m（２車線）まで対応できること．また，片方が故障しても運用が可能なように，１アンテナで２車線を包括する通信領域を持つこと．
（5）路側アンテナは，路外への電波漏洩を抑止するとともに，電波吸収壁を極力要しないこと．
（6）車線制御装置は，路側機器から数 km 以上離れた場所に設置できること．
（7）車線制御装置は，中央処理装置間との回線異常が発生し既に阪神高速道路公団では住宅地などを通行する交通量をても，引き続き路側システムのみでの運用が可能であり，抑制するため，一部路線（３号神戸線から５号湾岸線間）で利用明細データを蓄積可能とし，回線復旧後，本データを環境ロードプライシングを実施しているが，きめ細かく交通自動で中央処理装置へ送信できること．

量を調整するためには，フリーフロー ETC システムを適宜配備することで，他路線への乗り継ぎだけでなく，ロードプ

4．2 システム仕様（1）路側無線部は，路側アンテナを常時起動方式とする．

ライシング（経路割引，時間帯別割引），特定区間課金など多様な料金体系への対応が可能となる．
3．1

：信号線
：電源線

従来型 ETC システムとの相違点

今回開発したシステムは，先にも述べたとおり，４出口とセンター通信塔

ガントリも２車線幅の出口ランプに設置している．このため車両は，路側アンテナ１車線間（走行／追越車線）を自在に走行でき，従来型 ETCシステムのような車線ごとに進入する車両を１台ずつ逐次処理する形態とは，異なる方式を採る必要が生じた．
3．2

中央処理装置

車線制御装置

路側
アンテナ2
路側中継装置

都市高速システムとしての特徴

都市高速特有の道路構造により，周囲の道路が隣接，また高架下に存在する場合があるが，この場合でも道路外に電波漏洩することなく通信を行うとともに，走行車両の並進／斜進，また高速走行／渋滞走行のいずれの場合でも，確実に車撮像装置１変電塔電源無停電電源装置

撮像装置２

両を識別し通信することが必要となる．
従来型 ETC システムの場合，機器が保守や故障などで停図２

システム構成三菱重工技報 Vol.40 No.3（2003_5）

162② 路側無線部は，車載器及び IC カードから（2）通信スロットは，全二重４スロット構成とする．
（3）路側アンテナは，路側無線部ごとに設置され，無線通信は，２アンテナ方式周波数分割マルチプルアクセス制御を採用する．

カード情報

車載器・ ICを読み取る．

③ 路側無線部は，車載器及び IC カードの有効性チェックを行う．

通信領域は，車両進行方向 4.5m とし，車線外への電波④ チェック正常であれば，無線通信により，車載器及びIC カードへ漏洩を極力抑制する．

乗継出口情報を書き込む．

（4）車線制御装置は，制御部が一部故障しても運用可能なよ⑤ 伝送制御部は，利用明細情報を作成，またオプション

う，各制御部ごと（伝送制御部，路側無線部）に独立した機能としてナンバプレート認識部の認識結果より，通電源の入り切りができる構造を有し，バックアップメモリ

過車両の台数を累計し，中央処理装置へ伝送する．なを持つ．

お，これらのデータはバックアップメモリにて保持する．

（5）オプション機能としてナンバプレート認識部は，撮像装⑥ オプション機能としてナンバプレート認識部は，利用置が撮影する車両前面部からナンバプレート情報（サイズ，者から利用状況の確認など問い合わせに対し，通過車色，陸支コード，車種コード，用途コード，一連番号）を両のナンバプレート認識データと画像データを併せ中認識し，画像データと併せ中央処理装置へ伝送する．

央処理装置へ伝送する．

4．3

乗り継ぎ仕様（2）乗り継ぎ入口処理

阪神高速道路公団では，乗り継ぎ対象区間を走行する際，一般道を経由して乗り継ぎを行う．

① 車線制御装置は，中央処理装置からブル

乗り継ぎを利用する際，ETC を利用していない車両は，乗り継ぎ出口で乗継券を受け取り，乗り継ぎ入口にて乗継券を提出することにより，通行料金を徴収しない運用である．
しかし，ETC を利用した車両は，乗り継ぎ入口を通過すると，通常の通行料金が自動課金されてしまう．

を受信．

② 路側無線部は，車両進入信号により，路側アンテナを起動し，車載器及び IC カードから情報及び乗継出口情報を読み取る．

③ 路側無線部は，車載器及び IC カードの有効性チェック④ チェック正常であれば，無線通信により，車載器及びは，課金された通行料金を返却する必要があるため，逆に通IC カードへ乗り継ぎ車両として行時の処理が煩雑になる．

き込む．

よって，乗り継ぎ出口で車載器へ装てんした IC カードに乗り継ぎ出口情報を記録し，乗り継ぎ入口で読み出すことで，乗り継ぎ処理を自動的に行う処理が必要となる．

利用明細情報を書⑤ 伝送制御部は，利用明細情報を作成し，中央処理装置へ伝送する．

5．技術の特徴と成果（1）乗り継ぎ出口処理
ETC 乗り継ぎシステム概要を図３に示す．
ブル

車載器・ IC カードを行う．

また，乗継券を提出し，かつ ETC を使用している車両に① 車線制御装置は，中央処理装置から乗継入口用テー

5．1 無線通信技術

乗継出口用テー（1）アンテナ設計理念
フリーフロー ETC システム（現状，２車線）用のアンを受信．

中央処理装置ETC 利用明細データ
ETC 勤務データ

乗継出口用テーブル

乗継入口用テーブル

車両番号認識データ
画像データ
従来型 ETC システム（乗継入口）

フリーフロー ETC システム（乗継出口）
光ファイバ
車線制御装置＜リード情報＞
車載器・IC カード情報

ETC 利用明細データ
ETC 勤務データ

路側中継装置
路側アンテナ＜リード情報＞
車載器・ICカード情報
乗継出口情報通信塔＜ライト情報＞

路側アンテナ

撮像装置
利用明細情報＜ライト情報＞
乗継出口情報車両検知器１

図３

車両検知器２車線制御装置ETC 乗り継ぎシステム概要
三菱重工技報 Vol.40 No.3（2003_5）

163

フリーフロー ETC に適用される可能性のある通信方式

テナとして，以下を主眼に設計を進めた．
① 高信頼性通信の確立：車線幅 6.6 m ×長さ 4.5 m の通信

は，①１アンテナ方式，２アンテナ方式の ② 周波数分割多重方式，③ 時分割多重方式，３アンテナ方式の ④ 送受領域形成

信アンテナ分離方式である．①〜④ の各方式について表１② 不要通信の低減：隣接車線への漏れ電波の最小限化に方式概要を示す．

上記２点を満足する方式としては，アンテナのビームパターンを広げて１つのアンテナで２車線を包括する１アンテ（3）ラボテスト結果（2）で述べた ①〜④ の方式の中で，どの方式が最適でナ方式と複数アンテナを用いて複数車線を包括する複数アンテナ方式がある．

あるか，車載器の動作も含めて試験により確認した．表２（2）通信方式選定にラボテストの概要を示す．

表１
概方式名称

通信方法概要

要説

図

車線１

車線２

路側アンテナ

１つのアンテナで２車線分の通信領域を確保する方式．
現行 ETC アンテナの素子数を変更し，通信領域の最適化を検討する必要がある．ただし，通信領域を拡大する場
合，隣接する通信対象外の車線への漏れ電波をいかに少なくするかが課題．

１アンテナ方式

明路側アンテナ
通信領域

車両進行方向周波数分割多重方式

路側アンテナ１
通信領域

時分割多重方式

車線１ 車線２

路側アンテナ２（送信）現行 ETC アンテナをそのまま適用する方式．同一周波数の２つのアンテナで送受信のタイミングを時間的に切り替えて通信する．図に示すように隣接アンテナもしくは隣接車載器の電波の干渉が発生しないか検証が必要．
アップリンク干渉
路側受信アンテナ１

送受信
アンテナ
分離方式

本方式は，図に示すように送信アンテナと受信アンテナを分離し，送信アンテナ１つで複数車線のダウンリンク領域を包括し，車線ごとに受信アンテナを設置してアップリンク領域を包括する方式．本方式のメリットは，アップリンク領域を小さくすることで全体の通信領域を制限することが可能となることである．

表２

路側送信アンテナ
車線２

路側受信アンテナ２

車両進行方向アップリンク通信領域２
ダウンリンク通信領域

各方式の評価結果
評 価

試 験 結 果通信領域：幅 6.6 m×長さ4.5 m 以上の通信領域を確保可能
漏れ電波：最小限に設計したが，漏れは多い○

周波数分割多重方式

通信領域：幅 6.6 m×長さ4.5 m 以上の通信領域を確保可能
漏れ電波：最小限に設計し，漏れは少ない
そ の 他：周波数の異なる隣接アンテナの影響により通信領域が変化しないことを確認

◎時分割
多重方式

通信領域：幅 6.6 m×長さ4.5 m 以上の通信領域を確保可能
漏れ電波：最小限に設計し，漏れは少ない
そ の 他：アップリンク干渉なし，ダウンリンク干渉も実用上問題なし．ただし，通信時間は約２倍必要．

△

送受信アンテナ
分離方式

通信領域：幅 6.6 m×長さ4.5 m 以上の通信領域を確保可能漏れ電波：漏れは多いが，アツプリンクで通信領域を制限しているため，隣接車線の車両と通信する可能性は少ない
そ の 他：２台の受信アンテナ間でデータを結合する場合，干渉が発生する．このため干渉回避の回路が必要となる．

×１アンテナ方式

２アンテナ方式

３アンテナ
方式

車載器２
送信

ダウンリンク干渉

車線１

アップリンク通信領域１

方 式 名 称路側アンテナ（受信）

車載器１
受信

車載器

３アンテナ
方式

路側アンテナ２
通信領域

車両進行方向路側アンテナ１（受信）

２アンテナ
方式

周波数 f２
路側アンテナ２

周波数 f１
路側アンテナ１

現行 ETC アンテナをそのまま適用する方式．周波数の異なる２つのアンテナを用いて２つの車線を走行する車両と通信する．１車線を１つのアンテナでカバーするため，通信領域の最適化は必要ないが，隣接チャネルの妨害について検証が必要．

三菱重工技報 Vol.40 No.3（2003_5）

1645

左側アンテナ：通信領域実測値：シミュレーション結果

通信領域右側アンテナ43

幅方向（m）

2

車両進行方向左側アンテナ

10−1

車両進行方向

右側アンテナ−2−3

通信対象車線−46.6 m×4.5m 領域−5−10 −9 −8 −7 −6 −5 −4 −3 −2 −1

図４ フィールドテスト風景

当社二見工場 ITS テストコースで実施したフリーフロー ETC システム用アンテナの通信領域測定
風景．

012

進行方向（m）

図５ ２アンテナ合成通信領域シミュレーション及び実測結果
シミュレーションにより求めたフリーフロー ETC システム用アンテナの通信領域と実測結果の比較（車載機高さ：１ m）．

−40

表３
受信電力（dBm）−50

項：１アンテナ方式：２アンテナ方式

−60

目標値

目

成果

10−6 以下
通信信頼性
10−6 以下を達成（誤り率） （無線回線上：10−5 以下）（無線回線上：10−5 以下）

車載器感度

654

通信対象車線
32

1２アンテナ構成
車載器高さ：
1.0 m

最高車速

90 km/h

90 km/h 以上

車線中央において

0−1 −2 −3

隣接車線−4 −5−6幅方向（m）

図６ 隣接車線への漏れ電波

１アンテナ方式と２アンテナ方式の車線幅方向の電界強度分布測定結果（進行方向位置：３ m）（4）通信方式評価・考察
ラボテストより ①〜③ の方式は適用可能であることを￣

幅 6.6 m × 長さ 4.5 m の通信領域を確保

車載器通信不可隣接車線

考

幅 6.6 m × 長さ 4.5 m−90−100

備

通信領域−70−80開発成果

隣接車線への漏れ電波

隣接車線において，車載器受信電力は隣接車線（幅方向左−64 dBm 以下を達成
右 3.5 m 以上）を走行す（隣接車線の車載器とる車両と通信しない通信する可能性は極めて低い）￣① 現行 ETC アンテナを設置条件の変更のみで適用できるので，コストパフォーマンスが高い．

確認した．これらの方式のうち，コスト，保守性，信頼性② 周波数分割多重方式は１アンテナの場合と同等の通信の観点から，２アンテナ方式の周波数分割多重方式が最適時間が確保されるため，高速走行でも高い信頼性が得であると結論付けた．

られる．

フィールドテスト風景を図４に，周波数分割多重方式で③ １アンテナの場合と比較して隣接車線への電波の漏洩のフィールドテスト結果を図５に示す．アンテナの通信領が少なく，当該車両以外への誤通信が極めて低い．

域は図に示すように，シミュレーション結果と実測値とで5．2 高信頼性技術良く一致しており，ねらいどおりの通信領域が得られてい（1）二重化システム構成ることが分かる．
図６に車線幅方向の電界強度分布測定結果を示す．１ア

従来型 ETC システムとは異なり，フリーフロー ETC システムは，24 時間連続無人運転を行う必要がある．これ

ンテナ方式と２アンテナ方式を比較すると，２アンテナ方らを実現するためにフリーフロー ETC システムを図７に式の方が隣接車線への漏れ電波が車線端で約 10 dB 少な示す機器構成とし，信頼性を確保した．

く，隣接車線を走行する車両との不要な通信（誤通信）を低減できることを確認した．
（5）開発成果

また，車線制御装置は，各機器の状態を監視しており，異常が発生した際，速やかに中央処理装置に設置された遠隔監視装置へ通知を行っている．

表３に示すように目標どおりの成果を得た．無線通信部

表４に，発生する異常項目と信頼性についてまとめた．

は，２アンテナの周波数分割多重方式を採用することによシステム内において，上位装置に異常がある場合でも，り，以下の特徴を持つシステムを構築した．

下位装置にてバックアップメモリを保有し，データを保存，
三菱重工技報 Vol.40 No.3（2003_5）

165
表４

異常発生時と信頼性の確保

異 常 項 目信 頼 性 に つ い て

中央処理装置〜車線制御装置（伝送制御部）の回線異常・車線制御装置は通常どおり運用可能である．
ETC 勤務データ，ETC 利用明細データ及びナンバプレート認識データを車線制御装置（伝送制御部）にて蓄積し，回線復旧後，本データを中央処理装置へ送信する．

車線制御装置内の回線異常（伝送制御部〜ナンバプレート認識部）

・路側無線部は路側アンテナを常時起動し、無線通信データを伝送制御部へ送信する．
よって，ETC 勤務データと ETC 利用明細データは，通常どおり中央処理装置へ送信される．
・ナンバプレート認識部は認識データを蓄積し，回線復旧後，本データを伝送制御部へ送信する．

車線制御装置内の回線異常（伝送制御部〜路側無線部）

・路側無線部は無線通信データを蓄積し，回線復旧後，本データを伝送制御部へ送信する．
・ナンバプレート認識部は，認識データを車線制御装置（伝送制御部）へ送信する．
よって，ナンバプレート認識データは通常どおり中央処理装置へ送信される．

車線制御装置（ナンバプレート認識部）異常，撮像装置異常・路側無線部は，無線通信データを車線制御装置（伝送制御部）へ送信する．
よって，ETC 勤務データとETC 利用明細データは，通常どおり中央処理装置へ送信される．
ナンバプレート認識データは機器異常のため生成されない．

車線制御装置（路側無線部）異常，路側アンテナ異常・一方の路側無線部，または路側アンテナの異常は引き続き運用可能であるが，路側アンテナの特性上，側端車線で通信領域外となる．
・双方の路側無線部，路側アンテナ異常は路側システムの運用不可となる．

各機器のメンテナンス・路側無線部，または路側アンテナのメンテナンスは，片方ずつ行うことで運用可能であるが，路側アンテナの特性上側端車線で通信領域外となる．

車線制御装置

中央処理装置
伝送制御部
・制御部
・監視部
・バックアップメモリ部
・HUB

6．まとめ

今回開発したフリーフロー ETC システムは，阪神高速道路公団向け乗り継ぎ ETC システムとして，平成 14 年７月から４出口で供用を開始している．

車両番号認識部

路側無線部

路側無線部

車両番号認識部

撮像装置１

路側アンテナ１

路側アンテナ２

撮像装置２

f１

f２

平成 14 年度末には新たに画像システムを導入した特定区間課金 ETC システムを導入する．また，現行の乗り継ぎ機能を向上させ，７号北神戸線から３号神戸線への乗り継ぎ途路に存在する神戸市道路公社 ETC を経由した ETC 乗り継ぎを可能とするシステムを展開する予定である．
また，
このシステムは，都市高速の出口ランプだけでなく，路側アンテナ１領域
路側アンテナ２領域

本線上，新設の入口／出口，そして無人化対応システムとして他の道路公団・公社向けにも適用可能なシステムである．

撮像装置１視野

最後に，今後このフリーフロー ETC システムを適宜配備
撮像装置２視野することで，ロードプライシング制度の導入だけでなく，追越車線現在の均一料金制から対距離制など多様な料金体系への移走行車線

図７

機器構成概略行も対応可能となる．

かつ運用を継続可能なものとしている．このように装置を二重化し，さらに階層ごとにバックアップを持つことで，料金収受システムの信頼性を向上させた．
（2）二重課金防止機能
フリーフロー ETC システムは，システムの二重化によ

花畑武

早川祥史

神戸造船所
ITS 部
ITS 設計課

神戸造船所
ITS 部
ITS 設計課

菱川繁博

田中将憲

神戸造船所
ITS 部
ITS 設計課

技術本部
高砂研究所
電子技術研究室

り，路側アンテナがそれぞれ２車線を包括する通信領域を有している．そのため，走行車両の車載器が，一方の路側アンテナと通信を完了した後，他方のアンテナと再び通信を行い，二度課金されるおそれがあった．そこで，車線制御装置にて読み取ったデータをチェックすることにより，二重課金の防止を行った．

三菱重工技報 Vol.40 No.3（2003_5）