三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007

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特集論文

GPS を使用した次世代道路課金システムの開発
Development of the Next Generation Road
Pricing System with GPS Technology
大 野 秀 和＊1

Hidekazu Ohno＊3

岡 本 茂 生Shigeo Okamoto

鈴木Tohru Suzuki

達＊2

飯 塚 健 二山 口 泰 弘＊2
Yasuhiro Yamaguchi＊3

Kenji Iizuka

次世代道路課金システムの実現を目指し，高精度な位置測位が可能な車載ユニットを中核とするシステムを開発した．本システムは，車載ユニットに推測航法を組み合わせた高性能な GPS（GlobalPositioning System）を採用することで，距離計測及び，課金ゾーンの検知を，センタシステムによる地図情報との照合に頼ることなく，車載ユニットで処理するシステムである．GPS を使用した道路課金システムについては，センタシステムにおいて，走行位置を地図情報と照合して，走行距離の計測，課金額の算出を行う方法について報告されている．そのようなシステムでは，センタシステムで全ての車両について走行軌跡の解析，地図情報との照合処理が必要であり，膨大なデータ処理が必要である．本システ
ムでは，高精度な推測航法を適用した GPS を搭載することで課金に必要な測位精度を実現し，地図情報とのマッチングをせずに，車両側でリアルタイムに課金額を算出できる対距離課金システムを構築することができた．システム評価には，アジアの各都市の中から，GPS にとって極めて厳しい動作環境となるシンガポールの高層ビル街も試験ルートに含め，評価試験を実施した．その結果，距離精度誤差は２％以下を達成し，GPS 型課金システム実現の端緒を得ることができた．

1．はじめにになる測位精度を確保することができる．この GPSによる測位手段を，ERP の対象地域となるビルが立

当 社 で は，1998 年 か ら 供 用 を 開 始 し た，DSRC

ち並ぶ市街地に適用しようとした場合，ビルや高架に（Dedicated Short Range Communication） 通 信 をより GPS 信号が遮断されたり，また，信号が乱反射使用したシンガポール向けの ERP（Electronic Roadする（マルチパス）等の問題に直面する．そのため一電子式道路課金）システムについて，路側般に，構造物が多い市街地では GPS 本来の測位性能Pricing装置及び車載器を開発し機器を納入している．供用開始からこれまで，ERP システムは安定稼動を続けており，お客様から信頼を得ている．

を発揮することが困難である．
ERP システムに車両位置の測位手段として GPS を適用する場合，市街地で GPS を利用する際に直面す

DSRC 方式の ERP システムに続くシステムとして，るこれら問題の対策が不可欠である．市街地での微弱

ドイツの高速道路でトラック等の重量車を対象に実用な GPS 信号を受信するため，高感度型の GPS を使化された課金システムに代表される GPS を使用した用することもできるが，マルチパス信号の影響を受けシステムが有望視されており，システムの標準化の動やすくなり，その排除が新たな技術課題になる．

きも進んでいる．

近年，車を走行させること自体を，道路サービスのGPS を利用して位置情報を得るためには，少なく享受であると考え，道路の使用に応じて課金をする

とも３個，位置情報と時刻情報を得るためには，少なRoad User Charging という考えが，一つの概念としくとも４個の GPS 衛星から，信号を受信する必要がて認識されている．市街地で GPS を利用して道路課ある．GPS は，空が開けた見晴らしの良い高速道路

金システムを実現する試みは，ロンドン市でも検討さ等では，GPS 測位に必要となる４個以上の衛星を安れ，実証試験も行われている．Road User Charging

定した状態で捕捉することが可能であり，実用上必要を目的とする場合，実際の走行距離や走行時間の計測＊1

神戸造船所 ITS 事業ユニット ITS 設計課主席
神戸造船所 ITS 事業ユニット ITS 設計課＊3
技術本部高砂研究所電子・光研究室＊2三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007

17と，その結果に基づいた課金計算が必要である．
これまでも距離や時間の走行距離の算出について，・リアルタイム軌跡表示
・ヒストリ軌跡表示
・課金額表示車両側で処理するのか，センタシステム側で処理するのかという点について，検討がなされており，センタシステムで，GPS を搭載した車載装置から送信された車両の位置情報を蓄積し，地図情報と照合することによって実現する方法について報告されている．
センタシステムで地図情報と走行軌跡との照合処理をする場合，個々の車両について走行経路や通過時刻を知る必要があり，大量の車両に対する処理負荷，道GPS 信号

課金額
現在位置

GPS アンテナ

車載ユニットセンタシステムCPU 基板

GPRS
通信モデム

課金ゾーン
位置座標

GPS
受信機

路利用者のプライバシーをどのように保護するかという問題を解決する必要がある．一方，車両側で処理をする場合，車載機器で道路とのマッチング処理，課金値計算等の処理が必要であり，車載機器側の負荷・コストの増大に対処する必要がある．

走行距離積算
課金計算
GPRS 通信処理

車速パルス
バック信号

図１

車載ユニットの処理

2．次世代課金システムの概要
2．1

ねらい

GPS 受信機には，GPS 衛星の信号を受信するアン本報告では，車 両 側で の 処 理の 可 能 性を 探 るた

テナを接続し，車両から取り出した車速パルス信号をめ，GPS に高精度の推測航法（DR:Dead Reckoning入力する．GPS 受信機には，車両の進行方向を得るnavigation）を組み合わせ，仮想の課金ゾーンの検出，ための一軸のジャイロセンサを搭載しており，車速パゾーン内での走行距離の算出，課金値の算出を，全てルス信号とともに，推測航法の入力情報として使用し車両側で処理する車載ユニットを試作し，走行試験をている．GPS 受信機の出力は，衛星からの受信状態実施し評価を行った．
評価試験は，シンガポールにおいて都市環境を代表する３箇所に仮想の課金ゾーンを設定し走行試験を実施した．
2．2に応じて，GPS 単体での測位結果と推測航法による測位結果とが重み付けされ，カルマンフィルタに入力されて演算された結果として得られる．
車載ユニットには，４つの頂点に囲まれる領域としシステム構成て定義される仮想の課金ゾーンを設定しておく．

シ ス テ ム は，GPS 受 信 機 及 び GPRS（General車載ユニットは，１秒毎に GPS 受信機から得られPacket Radio Service）通信モデムを備えた車載ユる位置情報を取り出し，仮想の課金ゾーンの境界をニットと，車載ユニットから送信される課金結果を受跨いだかどうかの判定演算を行う．境界判定の結果，信するセンタシステムから構成される．車載ユニット

ゾーンへの進入を検知した場合，その時点からゾーンには，あらかじめ，仮想の課金ゾーンが設定されてい境界の退出を検知するまでの間，走行距離の積算を行る．車載ユニットは，GPS 受信機から現在の位置情う．ゾーンの退出を検知した場合，走行距離の積算を報を取得し，車両が仮想の課金ゾーンに対して，進入停止し，その距離に基づいた課金額を車載ユニット内したか退出したかの判別を行う．の CPU で計算し，ゾーン内での走行距離と課金額と仮想課金ゾーン内では，走行距離の積算を行い，ゾーを GPRS 通信網を介してセンタシステムに通知する．

ンからの退出時に車載ユニットからセンタシステムに車載ユニットは，GPS から受信した位置情報の他，GPRS 通信網を介して課金額を送信する．センタシ

センタシステムに送信した位置データ，ゾーン内でのステムでは，５秒ごとに車載ユニットから送信される

累積走行距離，課金額を，内部メモリにログとして蓄

車両位置情報を，地図上に表示することにより，試験積する機能を備えている．

車両の走行軌跡を確認できるようにしている．
2．3

車載ユニットセンタシステムでは，車載ユニットから距離と課金額を受信し，センタシステムのデータベースに登録す車載ユニットの構成を図１に示す．

る．この方式では，ゾーンの検出や，距離の積算は，車載ユニットは，GPS 受信装置と CPU 基板及び，車ごとに個々の車載ユニットが行うことになるため，センタシステムと通信をするための GPRS 通信モデ

センタシステム側では，個々の車両について，軌跡ムから構成されている．

データの生成や地図データとの照合処理をする必要が三菱重工技報 VOL.44 NO.2: 2007

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ない．従って，車載ユニットの数が増大したとしても，て，進入，退出を含む周回走行を行い，ゾーン内でのセンタシステムの計算量や通信量への影響は少なくで走行距離及び，ゾーン境界の検知精度について評価をきる．

行った．

3．走

行

結評価として，走行時に車載ユニット内に蓄積された果ログファイルから，仮想課金ゾーンの境界を検知した

走行試験は高層ビル街，ショッピングセンターが立座標，その課金ゾーン内での走行距離を取り出し，ゾーち並ぶ商業地区及び，郊外の道路で実施した（図２）．

ン境界の検知精度と走行距離の測定精度を算出した．

GPS のアンテナで，GPS 信号を受信するためには，車両の屋根に設置することが最良であるが，運用時を3．2

結果（1）ゾーン境界の検知精度
仮想の課金ゾーンの境界と境界検知位置の状況を想定して車内のダッシュボードの中央に設置した．
走行結果の例として，図３に，商業地区における周図４に示す．同図は，仮想の課金ゾーンを，高層ビ回走行の結果を重ねて表示させたものを示す．図中のル街，商業地区及び，郊外の道路に設定したもので四角形で囲まれた部分が，車載ユニットに登録した仮ある．図中，矢印は進行方向を，丸印が車載ユニッ想の課金ゾーンである．

トで進入／退出を検知した位置を示している．
高層ビル街，商業地区及び郊外，に設定した仮想周回走行の走行軌跡は重なっており，測位ができての課金ゾーンについて，ゾーン境界から，ゾーン検いることが分かる．
3．1

評 価 方 法知位置までの距離を，図５に示す．高層ビル街，商各走行ルートに設定した仮想の課金ゾーンについ業地区，郊外，いずれの場合も，ゾーン境界の検知（a）高層ビル街（b）商業地区

図２

走行試験

仮想課金ゾーン

600
400

距

離（m）

800

200
00200

400

600

800
距

1 000

1 200

1 400

1600

離（m）

（c）郊 外図３

仮想課金ゾーンを含む周回走行軌跡（商業地区）

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180

距離（緯度方向）（m）

距離（緯度方向）
（m）

280

260

240

22040

196080100120140120100120140140

距離（経度方向）（m）（a）高層ビル街：ゾーン進入

280

260

1 180

1 200

1 220

1 240

220

1 200

1 220

2 280

2 300

160

140
1 120

1 260

1 140

1 160

1 180

距離（経度方向）（m）（d）商業地区：ゾーン退出

3 020

距離（緯度方向）（m）

1100

距離（緯度方向）
（m）

200

180

距離（経度方向）（m）（c）商業地区：ゾーン進入

1170

1150

1130
1 870

180

200
距離（緯度方向）（m）

距離（緯度方向）
（m）

300

240
1 160

160

距離（経度方向）（m）（b）高層ビル街：ゾーン退出

1 890

1 910

1930

1 950

1 970

3 000

2 980

2 960
2 220

2 220

2 240

2 260

距離（経度方向）（m）（ f）郊外：ゾーン退出

距離（経度方向）（m）（e）郊外：ゾーン進入

図４仮想課金ゾーンの境界検知誤差は，20 m 以内に収まる結果が得られた．課金ゾーンの設定に関して，GPS 測位誤差が，車両の仮想の課金ゾーン内での距離測定の精度を表１に示す．

進行方向に含まれるため，課金ゾーンの境界部分に表１に示すとおり，高層ビル街，商業地区，郊外緩衝ゾーンを設ける必要があると考えられる．今回とも，積算走行距離の最大誤差は２％以内に収まるの結果については，進行方向に 20 m 程度の長さの結果が得られた．

緩衝ゾーンが必要であると考えられる．実運用に際しては，速度，衛星の受信状況等，パラメータを変え，評価する必要がある．
（2）距離測定の精度

4．まとめRoad User Charging に対するソリューションとしては，センタシステムで軌跡の生成や課金ゾーン検知，

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25252020

発生頻度（％）

発生頻度（％）

2015101055015

1 2

3 4 5 6 789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
誤 差（m）

0

1 2

3 4 5 6 7

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
誤 差（m）（b）ゾーン検知誤差：商業地区（a）ゾーン検知誤差：高層ビル街

25
発生頻度（％）

8

図５20

仮想課金ゾーン境界の検知誤差

1510

表１50

1 2

3 4 5 6 78

9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20
誤 差（m）（c）ゾーン検知誤差：郊外

距離計測の精度

基準距離（m）

最大距離誤差（m）

最大誤差（％）

高層ビル街

587

111.9

商業地区

725

91.2

郊外

1 889

80.4

課金計算をする方法が，一般的であるが，本システム
では，車両側の処理として実現し，その精度について走行試験を実施し評価を行った．その結果，地図情報による位置の補正，道路へのマッチング等を適用する

大野秀和

鈴木達

岡本茂生

飯塚健二

ことなく，車両側の機能のみで，ゾーンの検出，距離測定について実用レベルに至る結果が得られた．
今後の展開として，車両への課金処理，不正防止技術との連携による全体システムの評価試験を実施する
予定である．

山口泰弘