特集号「産業界における自律分散システムの新しい応用」

計測自動制御学会産業論文集
Vol4, No.7 41/49 (2005)

ＩＣカード乗車券システムにおける自律分散高速処理技術とそのアプリケーション
椎橋章夫*

Autonomous decentralized high-speed processing technology
in IC card ticket system ,and the application.
Akio Shiibashi
Abstract: IC card ticket system is a system from which fixed-line and wire-less such as contact-less
IC card and the examination of tickets machines are integrated. It introduces the autonomous
decentralized architecture technology to achieve high-speed processing and high reliability that isthe characteristic of the rail traffic and the case with the application.
Keywords: Contact-less IC card， high-speed processing， autonomous， decentralized adjustment
making technology， and high reliability
１． はじめに２００１年１１月に東日本旅客鉄道株式会社（JR 東日本）が導入した IC カード乗車券システ
ム「Suica」は非接触 IC カードと自動改札機などの出改札機器（端末機器）と無線通信による処理を行い，この端末機器とセンターサーバとは有線
ネットワークにより処理をする，有線と無線シス
テムが統合化されたシステムである．また，端末とセンターサーバは自律分散アーキテクチャーにより構成され，トラブルが発生してもシステム全体へ拡大しない仕組みとしている．さらに，端末である出改札機器は鉄道輸送の特性から高速処理と高信頼性の確保が必須であるため，それらを実現する技術とアプリケーションが導入されている．
以 下 に 有 線 と 無 線 を 統 合 し た IC カ ー ド（Suica）乗車券システムにおける自律分散高速処理技術とそれを実現するアプリケーションについて述べる．

欠な基本機能は第１に高速処理である．日本の鉄道の特徴は朝夕の猛烈なラッシュである．こうした状況において，旅客が駅構内を歩行する時の平均的な速度１.２m/秒に自動改札機の処理スピードが対応する必要がある．第２は高信頼性である．
乗車券は金券であり，正確な処理を実現可能な，信頼性の高いシステムが必要である 1）．
２．１ 従来の磁気式自動改札システム
従来の磁気式乗車券システムの基本はオフラ
インシステムである．各機器間は簡易な駅内通信
ネットワークにより，データを収集している．
Fare adjusting machines※
Fare(854)adjusting machines(854)
Counter Fare Adjusting Machine※

Data collecting machines※

Gateway Display Devices※

Ticket Vending machines※
Ticket Vending
machines(4,551)
A.F.C.G※ (3,286 gates)
Card Vending machines※(4,551)
A.F.C.G(3,286line)
gates)(ordinal(ordinal line)※
Mars(1,541)マルス
Mars (1,541)

２． 鉄道における乗車券システムの特性
鉄道における乗車券システムとして必要不可(Received January 24,2005)*東日本旅客鉄道株式会社 Suica 部
渋谷区代々木 2-2-2※
巻末に用語解説あり(Numbers as of 31, 03, 1999)
Cash counting machines※

Fig.1: Traditional magnetic AFC system-1-特集号「産業界における自律分散システムの新しい応用」

２．２．１ IC カード乗車券システムによる処理
磁気式と非接触 IC カード式の改札機によるカード処理の違いは以下のようになる．磁気式では，改札機に乗車券が入ってくると，データの「読み出し」を行い，それが正規の乗車券であるかを「判定」し，必要な事項を「書き込み」それを「確認」するという 4 段階をおよそ 0.7 秒で処理している．
これに対して，非接触 IC カードでは，まず，カードがその電波の中に存在しているかどうかの「存在確認」をし，それが処理するに値するかど
うかの「認証」をする．その後はデータの「読み出し」「判定」「書き込み」「再確認」を行うが，後述の Fig.10 に示すようにフィールドでの試験結果により，最も早い人でも約 0.2 秒しかカード-2-

Conveyed automatically while walking
Magnetic

２．２ IC カード乗車券システム導入の背景
JR 東日本では１９９０年より東京圏を中心に，出改札業務の省力化と新たなサービスの提供を目指して導入した磁気式の出改札システムは１０年を経過してメンテナンスコストが上昇傾向にあり老朽取替えに迫られていた．一方，技術面
では電子デバイスやネットワーク技術の進展が進み，当社が１９８７年から実施していた「IC カード技術の鉄道への応用研究と開発」も１９９７
年には IC カード乗車券システムとして実用化レベルに到達していた．また，経営面では当社の中期経営計画「ニューフロンティア２１」により，鉄道事業の競争力強化と生活サービス事業によるニュービジネスの展開を進めようとしていた．
これらの技術面，経営面の状況を総合的に経営判断する「技術経営戦略（MOT：Management Of
Technology） 」により，磁気システムの老朽取
替えに合わせて IC カードによる新しい乗車券シ
ステムの導入を決定した．
新しい IC カード乗車券システム導入の基本コンセプトは①システムチェンジ，②サービスアッ
プ，③コストダウン，④ビジネスチャンス，⑤セキュリティアップ，である．

がリーダ／ライター(以下 R/W と記す)の通信可能領域に存在しないことが分かった．改札機内の処
理時間（実測値から約 0.1 秒）を考慮すると，この一連の処理を旅客が立ち止まること無く行う
ためにはカードとリーダ／ライター間は約 0.1 秒以内しか許されない．このため，非接触 IC カー
ドと R/W には現在の技術レベルでも最難度の技術が求められている．このため，ＩＣカードと改
札機Ｒ／Ｗ間の高速処理を重点に開発した 2)3)
（Fig.2）．

Inserta cardReaddata of a
card

Judge
data of a
card

Write
data in a
card

Verifydata of a
card

Eject
a cardProcess time
700 msCarriage 1,150 mm

Hold in the hand
IC Card

その特徴は多くの機種と多くの台数（１５種類，約１万台）があること，その機種ごとに多くのOS（１１種類）や通信インターフェース（７種類）があること等である．さらに磨耗部分が多いため，保守コストが高く，拡張性にも乏しいシステムである（Fig.1）．

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Put acard inthe area

Detecta cardAuthen-ticatea cardReaddata ofa cardJudgedata ofa cardWrite
data ina cardVerifydata ofa cardPut acard out of
the area

Process time
100 msCommunication Area
radius 100 mm(IC Card &R/W)

Fig.2: CIC※ system， transaction time
analysis２．２．２ IC カード乗車券システム開発の経緯
JR 東日本が次世代出改札システムの手段として非接触 IC カードの可能性に着目したのは，JR
発足直後の 1987 年である．IC カードには接触式と非接触式があるが，乗車券として使用する場合，旅客が移動しながら改札機で処理を行う必要があることから，非接触式の方が望ましいと考えた．
当時非接触式ＩＣカードを製造または開発していたのは中波を使用したＡ社，Ｂ社，準マイク
ロ波を使用したＣ社であり，全てバッテリーを内蔵したものであった．それぞれのカードに改善を重ね，単体としての機能を試験した結果，性能としては３社それぞれに優劣はつけられないものであった．しかし，データを伝送するために必要な電波を発生させる発信回路を，Ａ社，Ｂ社の方式ではカード自体に設けなければならないのに対して，Ｃ社の方式ではＲ／Ｗのほうに設置すればよかった． そこで，1992 年，処理速度，価格等の面で実用化に近いと思われたＣ社の「バッテ特集号「産業界における自律分散システムの新しい応用」

リーを内蔵し準マイクロ波を使用した非接触 ICカード」に絞り込んでいった．そして 1993 年には，機能的には実際の駅に設置しても使用可能なレベルに達し，それ以降，1994 年，1995 年，1997
年の３度にわたってシステムの信頼性，自動改札機の処理能力，人間（ユーザー）による使い勝手の良し悪し等の検証を行うためにフィールド試
験を実施した（Fig.3 ）．３度にわたるフィールド
試験は，実際の駅で社員モニターにより実施された．通信速度，カード運用を変え，約３万回から約１７万回の通信を行い、３度目の試験においては磁気システムと同等の通過阻害率を達成した（Table.1）4)5)．

Batteryless

IC - Magnetic
Gate System

3ｒｄ TｒｉａｌSW
Card

2nd Tｒｉａｌ

1ｓｔ Tｒｉａｌ

μW
Card

Other
Components

Total
SystemCommercial System

Basic
Development

Assessment

Developmentof Card & R/W

く，常に故障した部分を含むと仮定した上で，環境に対応することができるシステムであり，自律
可制御性と自律可協調性の特徴を持つ「自律分散型アーキテクチャー」が必須である．端末では各出改札機器は IC カードとの間で自律的に高速処理が可能とした．また，端末処理データは一定期間分が蓄積可能であり，センター処理とは自律分散構成となっている．また，センターシステムでは高信頼性を確保するため，端末からのデータを一定期間分蓄積し処理を行う，自律処理構成としている．さらに端末の稼動情報をセンターで取得し，必要な対応をセンターから行い信頼性を向上させている．6)7)8)9)
２点目は「システム全体の信頼性の確保」である．ネットワーク化したシステム全体の信頼性を向上する技術として端末処理データは各レベルで一定量蓄積し，一部機器が停止しても全体へ影響しない仕組みとしている． ３点目は「システムの拡張性の確保」である．端末の種類増時の対応，他システムとの接続などは自律して実施可能としている．

92
92 93
93 94
94 95
95 96
96 97
97 98
98 99 to 01

87 to 91

Fig.3: Details of Research and Developmentof IC card ticket system
Table.1: Results of Suica field tests
1st Trial

2nd Trial

3rd Trial

Test Period

1994.02.14〜
1994.03.15(1 month)

1995.04.03〜
1995.10.02(6 months)

1997.04.21〜
1997.11.25(7 months)

Test Scale

8 stations
18 gates
400 persons

13 stations
30 gates
700 persons

12 stations
32 gates
800 persons

Communication
Speed

70kbps250kbps

250kbps

Card Movement

WavingWavingTouch & Go

29,900176,000

174,000

More than
20 times

About
4 times

Nearly equal

Number of Total
Transactions
Error Rate
Compared with
Magnetic one

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３． 自律分散型 IC カード乗車券システムの特性
今回導入した IC カード乗車券システムの特性は３点ある．IC カード乗車券システムは IC カー
ドを旅客が手に持って移動するため、IC カードと端末（自動改札機）間の処理は常に人に依存しており，不安定である．また，機器の故障時も最低限のシステムの稼動が補償されないと駅が大混乱しシステムとしては利用不可である．このため，１点目は，システムを構造は固定したものではな-3-

３．１ 自動改札機の処理能力と旅客流動
これまでに「高速で信頼性の高い処理」という要件の達成についてその重要性を述べてきた．このことを具体的に証明するため，実際の駅の旅客流動データから高速処理可能な改札機とそうでない場合の旅客流動シミュレーションを実施した．Fig.4 に示すように旅客流動シミュレーショ
ンとは，「旅客の行動（改札機と駅ホーム間相互の流動）」を数値的にモデル化することで，旅客の流動状態をシミュレートするものである．その解析手法は，駅構内をメッシュ状に区画し，様々なＯＤ（Origin and Destination;駅構内における出発地点と目的地点）を定義された旅客グルー
プがより早く目的地に着くように各メッシュ上を最適に（方向，速度）移動していくというものである．図中の矢印は，各旅客のＯＤにより各メッシュに定義された移動方向であり，混雑度合い
により，この矢印の方向が変化する．ここでは，首都圏の一般的な駅として一日の旅客乗降数が約３０万人である「田町駅」の例について以下に述べる．

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Gate → Plat home
Number of pa ssengers：
47 persons/minute

Inflow Gate

Time: at 8：47：00

Plat home → Gate

Outflow Gate
Outflow Gate
Inflow Gate

Passenger flow simulation in Tamachi
Station* At 8 o’clock 47m, the crowd disappeared in the case of simula tion with 47 persons/minute.

Fig.4; Passenger Flow Route Simulation at Station
３．１．１ 高速処理可能な場合
自動改札機の設置基準は４５人／分・台である．
この能力を基本に，駅の改札機通過時に旅客流動が阻害されないよう必要な台数を計算し，設置している．実際の朝のラッシュ時には５０人／分・台以上利用されており，今回は４７人／分・台でシュミレーションした．
Fig.5 をスタートとして，Fig.6 に示すように，
乗客の通過数より改札機の能力が上回っている
ため，流動は一定時間後には減少し，安定する．
（図中，旅客は○，×の記号で表示しており，１つの記号が１人の人間を表している．記号の意味
は「○は改札機を出場する（した）人」「×は改札機に入場する（した）人」である．また，Ｔは経過時間で単位は秒である）

Fig.6: capacity of AFC gate machine: 47
persons/min.
３．１．２ 処理能力が低い場合処理能力が低い場合の例として，欧州では一般的に見られる「ターンバー方式（体でバーを押しながら改札機を通過）」の改札機とした．このタ
イプの改札機は実測値で約３０人／分・台のため，
上記と同様にラッシュ時の利用を考慮して，３２
人／分・台でシュミレーションした．
Fig.7 に示すように，改札機処理が通過数より低いため，通過できない旅客がコンコースやホームにあふれ，非常に危険な状態となっていることがわかる．

Capacity of AFC gate
通過可能人員：32人/分
machine: 32 persons/min.

時間：
8：47：00
Time: 8:47:00
Capacity of AFC gate
通過可能人員：47人/分
machine: 47 persons/min.

時間：
8：30：00
Time: 8:30:00

Passenger flow simulation in Tamachi
StationFig.7: Capacity of turnstile AFC gatemachine: 32 persons/min.

Passenger flow simulation in Tamachi
StationFig.5: In case of simulation by 47 persons/min.
３．２ IC カードと端末間に必要なデータ処理時間
IC カードの通信可能領域は目に見えないため，「かざしてください」という案内では，各人が勝-4-

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ードのかざし方（処理方法）を委ねている．このため，タッチ＆ゴー方式を推奨しているとはいえ，旅客のかざし方によっては，処理未了等が発生するという欠点を有しているし，タッチ＆ゴーでも
約 0.2 秒しか滞在しない場合もある．この処理未了の発生を低減させるためには，高速で信頼性の高い処理が要求される．
「高速で信頼性の高い処理」という要件の達成
は，自動改札口での流動阻害の発生率を，現在の磁気システムレベル以下に押さえるためにも必要不可欠である．この要件を達成できないと現在も非常に混雑している駅構内での人の流動が行
き詰まり，思わぬ事故の発生を招きかねない上に，列車の定時運行にも支障が発生する可能性が大である．
このため，これまでの長期わたる開発・フィールド試験等に基づき，鉄道輸送で使用する非接触ＩＣカードの技術仕様を決定した．自動改札機での流動阻害の発生率を抑えるためには，特に，実際の処理時間，通信速度（理由は次項に記述），
及び通信範囲（処理未了を防止するため）の３点
が 最 も 重 要 で あ り ， 具 体 的 に は ，「 処 理 時 間（100msec 以下）」，
「通信速度（212Kbps 以上）」，
「通信範囲（半径 100ｍｍ以上）」である．

手気ままにカードをかざしていた．しかし，タッチ&ゴー方式を採用したことにより，十分な処理時間を確保することができるようになった．実際に，タッチ&ゴー方式を採用した後の IC カードの通信可能領域への平均滞在時間は約 0.52 秒であり，最低の滞在時間は 0.2 秒である（Fig8・9）．
From ‘Wave’
to ‘Touch’

It is difficult to know thecommunication range of IC card，
because it is invisible.

Insufficient time to process the card

Go
ゴー

通信範囲
Communication
range

sufficient time

タッチ
Touch

タッチ
Fig.8: “Touch and Go” system
平均0.52秒
Average:0.52 seconds
30

100%

25

80%

20

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60%

15

３．４ IC カードと端末間の高速通信とデータ信頼性
通信速度の重要性についてもう少し詳しく，解説したい．Fig.10 に示すように，Suica システム
ではカード側のデータ処理が完了したことをＲ／Ｗ側が受け取って，処理は完了する仕組みである．この最後の通信が，通信可能エリアの境界付
近で行われることによりエリアの外にカードが出てしまい処理未了になる場合が，旅客のかざし方によっては，（非接触式であるが故の欠点として）どうしても発生する．この場合，カード側のデータは更新されているが，Ｒ／Ｗ側（センターホスト側）が更新されていないため「データの不一致」という重要な問題が発生する．Fig.10 からもわかるように，高速な通信では処理未了が発生
しない確率が大幅に向上する．この発生を極力低減し，データの信頼性を向上するためには高速な通信速度が重要な要件である．

40%

10

秒

1.13

1.07

1.00

0.87

0.93

0.80

0.67

0.73

0.60

0.53

0.40

0.47

0.33

0.27

0.13

0%
0.20

0
0.07

20%

0.00

5

Fig.9: Staying time inside the communication
area of IC card
３．３ IC カード乗車券の高速処理技術仕様
これまでの開発やフィールド試験を通じて，鉄道用の非接触 IC カードに具備すべき必要不可欠な高速処理技術仕様が明確になった．以下に，その点について述べる．
非接触ＩＣカードシステムを鉄道の出改札シ
ステムとして利用するために必要不可欠な要件
は，通信及び処理の高速性と情報処理の信頼性の確立である．これは，非接触ＩＣカードの欠点を補うためでもある．なぜなら，非接触という利便性がある反面，非接触であるがために，旅客にカ-5-

特集号「産業界における自律分散システムの新しい応用」“Toタッチアンドゴー
uch and Go”

Thedata in IC
ICカード内card was
データ更新済み
updatedData update

更新完了
Responseforcompleted
リーダ/ライタ update応答
Reader/Writer
NormalFinish正常終了

a card isput out of
the areaa card isput out of
the area

Processingof ②,③,④ 回②③④ の処理を8
is repeatedeight times.
繰返し行なう③Reading （8th File）④Writing (8th File）

Data notData
updated at
改札機側
改札機側
updated at AFC
AFC machine データ未更新
データ更新
machine side
side

T1(High-speed processing):
Data in a card and a R/W is
updatedT2(Slow-speed processing):
Data in a R/W is not
updated①Polling②Authentication (File open)③Reading （8 Files）④Writing (8 Files）

IC Card

A cardresponds
to a R/W④Writing (1st File）

When
8 files are opened at the same time
○８個のファイルを同時に開く場合

未了
Uncompleted

Reader/Writer

Controlling自動改札機制御部
part of AFC machine③Reading （1st File）

IC Card

×

T1<T2
T1<T2
Mismatchof
updated
更新状態のinformation
不符合増大
increases②Authentication (File open)…

Updatecompleted
更新完了
No
response
応答未着①Polling

…

デ
｜
タ
更
新

Reader/Writer

通信領域
Communication
range

A
R/W
writes data
in a cardWhen
one file is opened one by one○１個のファイルを開く場合

T2
T2(通信速度遅い)(Slow processing speed)(通信速度速い)
T1T1(High-speed
processing)

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Fig.11: Command system for high-speed dataprocessing

Fig.10: High-speed communication and data reliability
between IC card and terminal

通常の手続きでは，８つのファイルを開くためには，認証・読み取り・書き込みの手続きを８回繰り返す必要があるが，高速処理コマンドの場合
は，他会社に必要データを公開することなく，全体で 100 以上のファイルから，任意の８ファイル
を１回の手続きで処理することが可能である．この方法での処理により８ファイルに区分された128 バイトのデータを IC カードと R/W 間の処理に要する時間を 0.1 秒以下にすることが可能になった．

４． 自律分散高速処理技術の導入
これまで述べてきたように，鉄道の IC カード
乗車券システムには自律的に高速処理が可能でかつ，信頼性の高いシステムが必要である．
以下に端末システム，センターシステムなどで導入した高速，高信頼性技術について述べる．
４．１ 端末システムの自律分散高速処理
４．１．１ データの高速処理技術
鉄道会社各社は，それぞれ独自の経営戦略を有しており，経営データを秘密にしたいと考えている．IC カードの利用に際して，各社の独自データのセキュリティーを確保し，かつ高速に処理する必要がある．このため，Suica カードには各ファ
イルに個々の鍵を付与し，Ｒ／Ｗには複数のファイルを同時にアクセスすることのできる鍵を付与することで，任意の複数（８個）のファイルを同時に開けられる機能（高速処理用のコマンド）を実現した（Fig.11）．

４．１．２ 端末（改札機）での運賃計算の高速処理
Fig.12 は，改札機での運賃計算を高速処理する技術の概要を示している．X 駅と Y 駅間有効の定期券を所持する利用者は，定期区間外の A 駅で切符を購入して入場し，同じく定期券区間外の B 駅で出場する時は不足運賃を精算する必要がある．
従来の磁気券のシステムでは，定期券も含めて３枚の乗車券が必要であり，切符の購入や精算で列に並んで待たなければならなかった．
Suica 導入後は，Suica を改札機の R/W にかざ
すだけで，必要な運賃を自動精算する．この複雑な計算が改札出口で行われる場合，その処理時間は非常に長くなる．したがって，処理時間を短縮するために，乗車時に予め定期区間内の乗継駅（仮精算駅）および乗車駅-乗継駅間の運賃を IC
カード内に記録する技術を考案した．これは，個々の改札機に自駅から各駅への運賃データを-6-

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記憶させることで可能となった技術である．
Fig.12 では，A 駅改札機入場時に A 駅から最短の定期区間内駅（J 駅）を選択し，A-J 間運賃（FAJ）
と共にカード内に書き込みを行う．そして，B 駅
改札機出場時には B 駅から最短の定期区間内駅（K 駅）を選択する．次に「A-B 間運賃」および「A-J 間運賃＋B-K 間運賃」を比較し安価なルートを選択すると共にカード内処理を行う．
定期券の区間外からの入場の際には，入場駅で初乗り運賃を減算するほか，定期券区間に最も近い駅までの運賃を計算して IC カードに記憶する．
出場時には入場時のデータを読み出して計算をするため，運賃処理の高速化をすることができた
10)．

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Vol4, No.7 41/49 (2005)とができる．AFC ゲートが設置されていない駅では，Suica のみ使える簡易型 AFC ゲートを導入した．
また，各 Suica カードには固有の ID 番号（Identification number）が付けられており，
Suica を利用するとネットワーク化された各機器により，全ての履歴を中央の Suica センターサー
バに集約し管理する技術を導入した．これにより，
全 IC カード乗車券の情報を一元管理し，IC カー
ド毎の利用データを適確で安定した集約やネッ
トワークから不正 IC カードの監視を行うなどが可能となり，高信頼性システムを実現した．

IncomeManagement
Network

Stations With A.F.C. Gate
Station A (Get on)

St. B （Get off）

（ＦAB ）

Data Collection

（Ｆ０ ）

data
Preventing
Fraud
Managing SF
Re-Issuing Pass

Income Management●●

Fare amount:

Fare amount:

Fare between
A and B

Ｆ０
Minimum fare ratefrom Station A

St. X（ＦＡＪ ）
Fare between
St.A and.St.J(St. for accounting
Suspense payment)

Automatic fare Collection Gates

Adopt the cheaper fromeither (FAJ)+(FKB)-(F0)or (FAB)-(F0)

St. Y
●

●

（ＦＫＢ ）

Valid zone
with train pass

St. J ●The nearest station
to St. A within
the train pass

From St. X to St. Y
Via St. J and St. K

With IC and magnetic

data
ID Management

If the J and K yield
the same result, then(FAB)-(F0)Fare Adjustment

ＩＤ Data
Income Data

Portable
ReaderWith Simple TypeWith Man

●
St. K

ID
Management
Network

Add Value Machines

Suica Vending Machines

Fare between
St.B and.St.K

Mars*

The nearest station
to St. B within
the train pass

Commuter Pass

* For vending seat reservation tickets
and commuter pass etc.

io(SF) Card

Fare Adjustdata

Add Value M.

Simple A.F.C.G

Tickets

data

Fig.13: The make-up of the autonomous anddecentralized data processing Suica system

When entered at St.A ticket gate machine“F0” and “FAJ” is written in the card.

その方法は以下のとおりである．
①IC 乗車券センターサーバを構築するとともに，各出改札機器をネットワーク化し，IC カー
ドから IC 乗車券センターサーバまでの情報を一元管理するシステムを構築した．
②システムの信頼性を確保するために，次のようなデータ処理の分散による処理データのダム化（一定量データの蓄積）方式を考案し導入した．
・IC カードの処理は各出改札機器にて独立して行い，処理の高速性を確保する．IC カードの処理データはカード内に一定量（２０件分），端末には一定期間（３日間分）蓄積可能とした．
・上位への回線が確保されている場合は，各出改札機器端末で蓄積しているデータはWhen exit from St.B ticket gate machine
The cheaper from either “FAJ” + “FAK” - “F0” or “FAB” - “F0”is adopted.

Fig.12: Temporary memory method for fast
fare adjustment
４．２ センターシステムの自律分散整合化技術
Suica システムの機器構成は Fig.13 のとおりである．Suica 自動券売機で Suica カードを買うことができる．チャージ機により，SF（Stored
Fare：乗車時に利用するため事前に入金された運賃）をチャージできる．これらの AFC（Automatic
Fare Collection：自動改札）ゲートが設置されている駅では，Suica と磁気乗車券の両方を使うこ-7-

特集号「産業界における自律分散システムの新しい応用」

一定時間毎に駅サーバに送信する．駅サー
バはそのデータを蓄積する．
・さらに上位への回線が確保されている場
合は，駅サーバからセンターサーバにデー
タを一定時間毎に送信する．最終的にセンターサーバに蓄積（２６週間分）される．
これにより，障害等により IC カードの処理データがセンターサーバまで送信されない場合であっても，駅の出改札機器は一定期間（３日間）は稼動可能となり，旅客サービスは継続される．復旧後は直ちに各段階で蓄積されたデータは再送信され，データの欠落を防ぐことが出来る．
③仮に端末で「３．４」項で述べた処理未了が発生した場合は端末側にあるデータを「仮一件明細データ」としてセンターサーバに登録し，次の処理で送られてくるデータと前のデータとの整合性を確認し，仮データから確定データへ補正する（Table.2）11)．
この方法は端末による部分処理とセンターによる処理を統合処理することによって，結果としてデータの信頼性を確保する技術である．

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Suica の導入は急激なホルダー数の増加からも分かるように，お客様サービスを飛躍的に向上させその支持を得た．また，本文では触れていないが
近距離運賃収入の増加，メンテナンスコストの低減，電子マネー等の新たなビジネスの展開，当社のイメージアップなどの成果が出ている．現時点
では技術経営上の判断は正しかったと言える．
2004/9/9 現在
Sept./9/2004

Ｓｕｉｃａホルダー数の推移

Suicaホルダー
965万人
Suicaホルダー
965万人
Suica
card holder 9.65
million holders
6/6（932日目）
6/6(day 932nd)
6/6（932日目）
900万人達成
Reached9M
900万人達成(unit:1000
holder)（千人）
10,000

9,000

Suica
commuterSuica定期券
pass

8,000

Suica
EO cardSuicaイオカード

9/2（654日目）
9/2(day 654th)
9/2（654日目）
Reached7M
700万人達成
700万人達成“View Suica” card
「ビュー･スイカ」カード
4/6（505日目）
4/6(day 505th)
4/6（505日目）
600万人達成
Reached6M
600万人達成

7,000

6,000

Suicaイオ
Suica
EO cardholder
5.03
503万人
million holders

11/17（2年）
11/17(2year)
740万人7.4M
Reached10/22（339日目）
10/22(day 395th)
10/22（339日目）
500万人達成
Reached5M
500万人達成st

5/27(191日目)
5/27
191 )5/27(day(191日目)
400万人達成
400万人達成
Reached
4M
5,000

3/29
(132日目)
3/29(day
132nd)
3/29(132日目)
300万人達成
Reached3M
300万人達成

4,000

11/17（1年）
11/17(1year)
５１５万人
Reached
5.15M

st

3,000

2,000

1/17
(61日目)
1/17
61 )
1/17(day(61日目)
200万人達成
200万人達成
Reached
2M

Suica
Suica定期
commuter pass
440万人
holder
4.4
million holders

12/6(day 19th)
12/6(19日目)
12/6(19日目)
Reachedone
100万人達成
100万人達成
million holders

1,000

2001年0
2002年
2001
2002
11/18 1/18

Ｓｕｉｃａﾃﾞﾋﾞｭｰ
Suicacard debut
Ｓｕｉｃａﾃﾞﾋﾞｭｰ
(2001/11/18)(2001/11/18)

3/18

5/18

7/18

9/18

東京モノレール of Suica
Introduction
Ｓｕｉｃａ導入
card
system in Tokyo
Mono-rail system

11/18

1/18

2003年
2003
3/18

5/18

東京臨海高速鉄道
Introductionof Suica card
systemＳｕｉｃａ導入
in Tokyo Rinkai(Oceanfront) High-speed
Transit System

7/18

9/18

11/18

1/18

2004年
2004
3/18
5/18

7/18

「ビュー・スイカ」
首都圏新幹線
Starting
toStarting to provide ショッピングサービス開始
Starting to provide
仙台エリア
issue 発行開始
the “View theservice in the shopping service
Suica” cards サービス開始
Tokyo Metropolitan
area Shinkansenline Sendai area

Fig.14: The number of Suica cardholders and usage
situation

Ｓｕｉｃａトランザクションデータ

Table.2: Example of the autonomous，
decentralized， and integrated processing

ﾋﾞｭｰ･ｽｲｶ
View
Suica
22万人
card
holder
220 thousand
holders

2/18（823日目）
2/18(day 823rd)
2/18（823日目）
800万人達成
Reached8M
800万人達成

2004/9/2 現在

5,000,000
4,500,000
4,000,000

Detail ID

Date and time

Used

Balance14

definite

2004/8/1

-160

840

15

temporary

2004/8/1

-130

710

16

definite

2004/8/1

-250

460

3,500,000
3,000,000
2,500,000
2,000,000
1,500,000
1,000,000

Weekends:
small plunges
週末： 小さな谷

500,000※The temporary data 15 omitted between the previous andYear-end and New Year holidays/Obon
年末年始・お盆期：
大きな谷
period:big plunges④収集データから判明した不正カードに関す
る情報はリアルタイムで端末へ配信され，当該カードの利用を停止する．ネットワークからの監視により，セキュリティーが大幅に向上した．
５． Suica 出改札システムの稼動状況"Suica(スイカ)"出改札システムを 2001 年 11 月に導入し，約３年が経過したが，Suica システムは
これまでに大きなトラブルも無く順調に稼動している（Fig.14 & 15）．

-8-

2 0 04 /6 /1 8
2 0 04 /7 /1 8
2 0 04 /8 /1 8

20 03 / 11 /1 8
20 03 / 12 /1 8
2 0 04 /1 /1 8
2 0 04 /2 /1 8
2 0 04 /3 /1 8
2 0 04 /4 /1 8
2 0 04 /5 /1 8

2 0 03 /8 /1 8
2 0 03 /9 /1 8
20 03 / 10 /1 8

2 0 03 /2 /1 8
2 0 03 /3 /1 8
2 0 03 /4 /1 8
2 0 03 /5 /1 8
2 0 03 /6 /1 8
2 0 03 /7 /1 8

20 01 / 11 /1 8
20 01 / 12 /1 8

consistency and corrected as a set of definite data.

2 0 02 /1 /1 8
2 0 02 /2 /1 8
2 0 02 /3 /1 8
2 0 02 /4 /1 8
2 0 02 /5 /1 8
2 0 02 /6 /1 8
2 0 02 /7 /1 8
2 0 02 /8 /1 8
2 0 02 /9 /1 8
20 02 / 10 /1 8
20 02 / 11 /1 8
20 02 / 12 /1 8
2 0 03 /1 /1 8

0succeeding sets of data (detail ID 14 and 16) is checked for

Fig.15: The number of Suica card transactions

６． おわりに①鉄道用 IC カード乗車券システムは高速処理と高信頼性が必要である．その技術仕様は長年の研究開発とフィールドテストの結果により決定した．具体的には，処理時間（0.1 秒以下），
通信範囲（100mm 以上），通信速度 212kbps）
である．
②IC カード乗車券システムの高速処理と高信

特集号「産業界における自律分散システムの新しい応用」

計測自動制御学会産業論文集
Vol4, No.7 41/49 (2005)

・Counter fare adjusting machine ： 窓口精算機
・Data collecting machine ： データ集計機
・Ticket Vending machine ： 自動券売機
・Card vending machine ： カード発売機
・A.F.C.G ： Automatic Fare Collection Gate
自動改札機
・Mars ： Multi Access Reservation System
旅客販売総合システム
・Gateway display device ： 通路表示機
・Cash counting machine ： 現金入出金機
・CIC ： Contact-less IC 非接触ICカード

頼性を実現するため，自立分散アーキテクチャーを採用し，数々の自立分散高速処理技術を考案し導入した．
③特に端末では「データの高速処理」「運賃計算の高速処理」，センターシステムでは「自立分散整合化技術」などを考案し導入した．
④Suica は３年を経過し，１０００万枚超のSuica ホルダーと約１００００台の端末が稼動しているが，特に大きなトラブルは発生していない．
参 考 文 献1）椎橋章夫：IC カード出改札システム“Suica”の開発と導入，日本信頼性学会，Vol.25-No.8，（2003）
2）S. Miki et al.：Development of contact-free IC cardfor railway ticket system，Proc.IFAC CCCT ’89，
（1989）
3）S. Miki et al.：Contact-free IC card for new railway
ticket system，ASCE 2nd Conf. App.Adv. Tech. in
Transportation Engineering，（1991）
4）A. Shiibashi et al.：JR East Contact-less IC Card
Automatic Fare Collection System ‘Suica’， IEICE(Institute of Electronics Information Communication
Engineers)，Vol. E86D‐No.10，（2003）
5）S. Miki：Total marketing strategy with
non-contact IC card，World Congress on Railway
Research (WCRR’94)，vol.1，53/58，（1994）
6）K. Mori et al.：Autonomous decentralized software
structure and its application, IEEE Fall Joint
Computer Conference, (1986)
7）K. Mori：Autonomous decentralized systems:
concept, data field architecture and future trends,
ISADS93, (1993)
8）森 欣司他：世界にはばたく技術―自律分散シス
テム（Ⅰ）（Ⅱ）,電気学会, Vol.121-No.2-3,(2001)
9）森 欣司：自律分散システム [Ⅰ]-[Ⅴ],電子情報通信学会,Vol.84-No.6-10,(2001)10）S. Miki et al.：Contact-less smart card AFC trials
in East Japan Railway Co.，WCRR99，（1999）
11） 松本 正行，森 欣司：自立分散型列車制御シ
ステムにおけるアシュアランス技術と評価法， 電子
情報通信学会，Vol. J86-D-I-No.1，14/22（2003）

［著

者
椎橋

紹

介］

章夫

1976 年埼玉大学工学部（機械工学科）
了．同年日本国有鉄道入社．1987 年ＪＲ
東日本．1994 年より IC カード乗車券シ
ステムの研究・開発に従事．1998 年より「Suica システム推進プロジェクト」を担当．現在に至る．機械学会，電子情報通信学会各会員．

用 語 解 説・Fare adjusting machine ： 自動精算機-9-