JP2013045204A

JP2013045204A - 通信処理装置

Info

Publication number: JP2013045204A
Application number: JP2011181276A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Miyashita; 和仁宮下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-08-23
Filing date: 2011-08-23
Publication date: 2013-03-04

Abstract

【課題】ＥＴＣシステムの料金所で、隣接するレーン間に電波漏洩制限用壁を設ける場合、追加工事が必要でありコストアップの要因となっていた。
【解決手段】道路上に設けられる複数の受信エリア９ａ〜９ｆの各々に対応する複数のアンテナビームを形成する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部と接続され前記受信アンテナ部で受信された複数の受信信号に基づき前記ＥＴＣ車載器１１の位置を判定する受信信号処理部とを備え、前記複数の受信エリアは、前記料金収受の情報を交信する車両が走行する本車線とともに、前記本車線と隣接する隣接車線にも設けられ、前記受信信号処理部は同一のＥＴＣ車載器１１から受信した前記受信信号の強度を比較することにより、前記車両が走行する車線を判定するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、無線通信を用いて有料道路利用料金をノンストップで収受する自動料金収受システム（以下、ＥＴＣシステムとも称す）における通信処理装置に関する。

無線通信手段により、路上機と車両に搭載された車載器との間で料金収受に必要な情報を交換し、有料道路の利用者がノンストップで道路走行しながら料金収受するＥＴＣシステムが実用化されている。
従来のＥＴＣシステムでは、隣接するレーンへの受信電波の漏れによって、隣接レーンを走行する車両との間で誤通信が生じる場合があるという課題があった。この誤通信の対策として、通行車両に搭載された車載器と通信を行うための路側アンテナが設けられた第１のレーンと、この第１のレーンと隣接する第２のレーンとの間に、電波漏洩制限用壁を設け、電波漏洩制限用壁により隣接レーン間の誤通信を制限する技術などが開示されている（例えば、特許文献１、２参照）。

特開２００３−１２３１１１号公報

特開平１１−１８５０８３号公報

しかしながら、隣接するレーン間に先行技術文献に記載されたような電波漏洩制限用壁を設ける場合、電波漏洩制限用壁を新たに用意し設置する工事が必要となるため、工期の延長や、価格面でコストアップ要因となるなどの課題があった。

この発明は係る課題を解決するためになされたものであり、隣接するレーン間に電波漏洩制限用の壁を設けることなく、隣接するレーンを走行する車両との間の誤通信を防止できる通信処理装置を提供することを目的とする。

この発明に係る通信処理装置は、ＥＴＣシステム（Electronic Toll Collection System：自動料金収受システム）において道路側に設けられる通信処理装置であって、道路上に設定された複数の受信エリアの各々に対応した複数の受信アンテナビームを形成する受信アンテナ部と、前記受信アンテナ部と接続され、ＥＴＣ車載器を搭載したＥＴＣ車両から受信した信号で、前記複数の受信アンテナビームの各々に対応付けして前記受信アンテナ部で受信した受信信号に基づき、前記ＥＴＣ車両が走行する車線を判定する信号処理部とを備え、前記受信エリアは、料金収受の対象とする車線である自レーン上と、前記自レーンに隣接し料金収受の対象としない車線である隣接レーン上に設定され、前記信号処理部は、同一のＥＴＣ車載器から同一の時間帯に受信した受信信号が複数ある場合に、前記受信信号の強度比較の結果に基づき前記ＥＴＣ車両が走行している車線が前記自レーンであるか否かを判定する。

この発明に係る通信処理装置によれば、隣接するレーン間に電波吸収体を設置することなく、隣接するレーンを走行する車両との間の誤通信を抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るＥＴＣシステムの概略構成図である。この発明の実施の形態１に係る道路上に形成された受信ビームの模式図である。この発明の実施の形態１に係る受信ビームの道路断面の模式図である。この発明の実施の形態１に係る通信処理装置の構成ブロックの一例である。この発明の実施の形態１に係る通信処理装置の動作フローである。この発明の実施の形態１に係る通信処理装置による誤通信の防止を説明する図である。従来のＥＴＣシステムの概略構成図である。１つのビームで受信エリアをカバーしたときと、複数の狭受信ビームで受信エリアをカバーしたときの道路断面ビーム形成を比較した模式図である。従来のＥＴＣシステムの課題を説明する図である。

まず、隣接するレーンへの受信電波の漏れを抑制する技術として特許文献２に開示された従来技術とその課題について説明する。その後、本発明に係る通信処理装置について説明する。

図７は、特許文献２に記載されたＥＴＣシステムの概略構成図である。
図７のＥＴＣシステム（Electronic Toll Collection System：自動料金収受システム）は、料金収受を行う料金所ブース１、車両が通過する通路２、車両の通路を分離する通路分離帯３、通路に進入するＥＴＣ車４、料金収受に関わる情報の授受を行うために料金所側に設置される路上機５、上記路上機５を取付けるための支持柱６、上記路上機５に取り付けられたアンテナ７から放射されたアンテナビーム８、９ａ〜９ｆは複数個の受信エリア、車両の進入および通過を感知する車両センサ１０ａ、１０ｂ、および料金収受に関わる情報の授受を行うためにＥＴＣ車４側に搭載されアンテナと送受信機とから構成された自動料金収受機能を有する車載機１１から構成される。２２は送信エリアである。
このようにアンテナ７は、通信相手となる車両が走行する車線（以下、自レーン、あるいは、本車線ともいう）内に複数（図７の例では、６個）の受信ビームエリアの狭い狭ビームを形成し、レーン内の各々の受信エリアを走行する車両と通信を実施する。

図８は、（１）１つの受信ビームで受信エリアをカバーしたときと、（２）複数の狭受信ビームで受信エリアをカバーしたときの道路断面での受信電力分布を比較した模式図である。破線は１つの受信ビームでカバーした場合の受信電力分布のグラフであり、実線は複数の受信ビームでカバーした場合の受信電力分布のグラフである。１つの受信ビームで受信エリア全体をカバーした場合と比較して、複数の狭ビームで受信エリアをカバーすることで、自レーン（通信相手となる車両が走行する車線。本車線ともいう）と自レーンに隣接するレーン（以下、隣接レーン、または隣接車線ともいう）への電波の漏れを小さく抑えることができる。
このように複数の狭受信ビームで受信エリアをカバーすることで、１つの受信ビームで受信エリア全体をカバーした場合と比較して、隣接レーンを走行する車両との間で誤って通信を行う誤通信を抑制することができる。

しかしながら複数の狭ビームで受信エリアの全体をカバーして電波の漏れを抑えた場合であっても、自レーンと、隣接レーンに同時に車両が入ってきた場合などでは、図９に示すように隣接レーンを走行する車両が発した電波を自レーンを走行する車両が反射して、自レーンのアンテナ７で受信される場合がある。
この場合、アンテナ７は隣接レーンを走行している車両のことを自レーンを走行している車両であると誤って認識し、当該車両に対して誤って通行料金を課金してしまうことが生じる。

以上のように複数の狭受信ビームで受信エリアをカバーすることで、隣接レーンへの電波の漏れを抑制し、これによって電波漏洩制限用壁を新たに設けることなく、隣接レーンを走行する車両との間の誤通信を行うことを抑制することができる。
しかしながらこの場合でも、自レーンと隣接レーンを並走する複数の車両がある場合では、隣接レーンを走行する車両が発した電波が自レーンを走行する車両で反射して自レーンに設けられた受信アンテナで受信されることで、隣接レーンを走行する車両があたかも自レーンを走行している車両であるかのようにみなされて、課金の対象とされてしまうことがあるという課題が生じていた。

以下では、この課題を解決するためになされたこの発明に係る通信処理装置について説明する。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係るＥＴＣシステムにおける受信ビームの形成パターンを示したものである。
実施の形態１に係るＥＴＣシステムの概略構成は、図７で説明した従来構成と同様であり、料金収受を行う料金所ブース１、車両が通過する通路２、車両の通路を分離する通路分離帯３、通路に進入するＥＴＣ車４、料金収受に関わる情報の授受を行うために料金所側に設置される路上機５、上記路上機５を取付けるための支持柱６、上記路上機５に取り付けられたアンテナ１７から放射されたアンテナビーム１８、車両の進入および通過を感知する車両センサ１０ａ、１０ｂ、および料金収受に関わる情報の授受を行うためにＥＴＣ車４側に搭載されアンテナと送受信機とから構成された自動料金収受機能を有する車載機１１から構成される。
ここで、９ａ〜９ｆは自レーン内に形成された複数個の受信エリアであり、５０ａ〜５０ｃは各々一方の隣接レーン内に形成された受信エリアであり、また、６０ａ〜６０ｃは各々他方の隣接レーン内に形成された受信エリアである。アンテナ１７は、マルチビームを生成するディジタルビームフォーミングアンテナ（ＤＢＦアンテナ）であってもよいし、また、複数個の受信アンテナを各々の受信エリアに対応して縦横の面内に配列した構成のものであってもよい。

このように、本発明に係る実施の形態１では、路上機５に取り付けられたアンテナ１７の受信エリアが自レーン内に形成される（９ａ〜９ｆ）と共に、自レーンに隣接する隣接レーンにも形成される（５０ａ〜５０ｃ、６０ａ〜６０ｃ）点で、図７の従来のＥＴＣシステムの構成とは異なる。

図２は、実施の形態１に係る自動料金収受システムにおいて、道路上に形成された受信ビームを表わした模式図である。
このように、路上機５に取り付けられたアンテナ１７はマルチビームとなるアンテナビーム１８を放射し、アンテナ１７の通信相手となる車両が走行する車線である自レーン内に９ａ〜９ｆの６つの楕円状の受信エリアを形成する。また、自レーンの両隣の隣接レーン内には、各々５０ａ〜５０ｃ及び６０ａ〜６０ｃの楕円状の受信エリアを形成する。

ここで、自レーンとは、アンテナ１７の通信相手となる車両が走行する車線であり、ＥＴＣシステムにより課金の対象となるＥＴＣ車両が走行する車線である。
隣接レーンとは自レーンに隣接したレーンで、例えば一般車線である。あるいは、有料の車線であるが、例えば自レーンとはこの先で行先が分かれており、図２のアンテナ１７とは課金を目的とした交信を行わない車両が走行する車線である。

図２において、自レーンを走行する車両４に搭載された車載器１１は、自レーン内に形成された受信エリア９ｅ、９ｃ、９ａの各々のエリアにおいてアンテナ１７と通信を開始し、所定の課金処理がなされる。

図３は、実施の形態１に係るアンテナ１７が生成する受信ビームの電力分布を示した道路断面の模式図である。このように、実施の形態１に係るアンテナ１７は、隣接レーンにも受信ビーム５０（５０ａ〜５０ｃ）、６０（６０ａ〜６０ｃ）を形成している点で、従来からのＥＴＣシステムとは異なる。

図４は、実施の形態１に係る通信処理装置１００の構成を示したブロック図である。
通信処理装置１００は、アンテナ１７と、ビーム成形回路３０と、信号処理部９０とからなる。アンテナ１７は例えばＤＢＦ（Digital Beamforming）アンテナであり、ビーム成形回路３０によりビーム形状が決定される。
信号処理部９０は、受信信号の電力の大きさを比較する電力比較部７０と、車両位置を判定する車載器位置判定部７５と、課金などのＥＴＣの通常処理を行うＥＴＣ信号処理回路８０とからなる。この通信処理装置１００は、路上機５内に設けられる。路上機５内には、送信アンテナ等も含まれるがここでは省略する。

ビーム成形回路３０はアンテナ素子それぞれに供給する信号の位相（
または位相と振幅）を調整するなどしてマルチビームを成形し、図１のように自レーン内に複数の受信エリア９ａ〜９ｆを形成する。また、隣接レーン内にも複数の受信エリア５０ａ〜５０ｃ、及び６０ａ〜６０ｃを形成する。
なお、アンテナ１７とビーム成形回路３０については、アンテナと受信機を複数個用意してアンテナの指向方向を調整しながら配列することで、図１のように受信エリア９ａ〜９ｆ、５０ａ〜５０ｃ、及び６０ａ〜６０ｃを形成するようにしてもよい。

ビーム成形回路３０は、各々の受信エリア９ａ〜９ｆ、５０ａ〜５０ｃ及び６０ａ〜６０ｃにおいて受信した受信信号２００を信号処理部９０に出力する。例えば、受信エリア９ｆを走行する車両の車載器から受信した受信信号２００_９ｆを信号処理部９０に出力する。また、受信エリア５０ｃから受信した受信信号２００_５０ｃを信号処理部９０に出力する。
信号処理部９０では各々の受信エリアから受信した受信信号２００を用いて、各々のエリアに存在する車載器の番号を抽出するなどの処理を行う。
電力比較部７０は、ビーム成形回路３０から受信したこれらの受信信号のうち、同一の車載器１１から受信した受信信号の電力を比較する。
車載器位置判定部７５は、電力比較部７０で行った電力の比較結果に基づき車載器１１の位置を判定する。
ＥＴＣ処理回路８０は車載器位置判定部７５で判定した車載器１１の位置に基いて、自レーンを走行する車両に対しては、この後、通常行う課金処理等のＥＴＣ信号処理を行い、隣接レーンを走行する車両に対してはＥＴＣ信号処理を実行しないなどの対応処理を実行する。

次に、通信処理装置１００の動作について、具体例を用いて説明する。
図５は、通信処理装置１００が実行する動作フローの一例である。
まず、ビーム成形回路３０では、アンテナ１７を介して複数設定した受信エリア９ａ〜９ｆ、５０ａ〜５０ｃ及び６０ａ〜６０ｃの各々の受信エリアから信号を受信する（図７のＳ０１）。ビーム成形回路３０では、どの受信エリアから受信した信号であるかの判別を行うことができる。
図６に示すように、車載器１１を搭載した車両（ＥＴＣ車両ともいう）４がアンテナ１７と通信が可能なエリアに侵入すると、路上機５のアンテナ１７より路上機側の情報、例えば料金所の名前、通過レーン等を車載器１１に送信する。この情報を受信した車載器１１は、受信エリア９ｅ、９ｆ、５０ｃ、６０ｃのいずれかに進入した時点で、生成したＬＩＤ（リンクアドレス）や車載器１１の情報、例えば車載器番号、車種区分などの車載器に関する情報をアンテナ１７に送信する。
アンテナ１７で受信された受信信号は、信号処理回路９０に出力される。
信号処理部９０では、同一の時間帯に同一の車載器１１から受信した受信信号を抽出して、電力比較部７０に出力する。

電力比較部７０は、同一の時間帯に同一の車載器から受信した受信信号２００の電力の大小を比較し、その比較結果を車載器位置判定部７５に出力する（Ｓ０２）。
同一時間帯に同一の車載器から受信した受信信号２００が１つの場合は、１つの比較結果を車載器位置判定部７５に出力する（Ｓ０２）。なお、ここで同一の時間帯とは例えば数十〜数百（msec）程度の時間帯でであり、車載器から直接受信した信号と車載器からの信号が別の車両のボディなどで反射されてから受信した信号の受信時間のタイムラグに応じて、通信処理装置側で予め最適な値を定めておく。
車載器位置判定部７５は、電力比較部７０で行った同一時間帯に同一の車載器から受信した受信信号２００の電力の大小比較の結果から、電力が最大である受信エリアに、当該時間帯に車載器１１が存在していると判定する。

次に、車載器位置判定部７５は、電力が最大である受信エリアが自レーン内の受信エリア（すなわち、受信エリア９ａ〜９ｆのいずれか）であれば、車載器１１を搭載した車両４が自レーンを走行していると判断して（Ｓ０３）、次のステップ（Ｓ０４）に移る。
一方、車載器位置判定部７５は、電力が最大である受信エリアが自レーン内の受信エリアでない（すなわち、電力が最大である受信エリアが５０ａ〜５０ｃ、６０ａ〜６０ｃのいずれか）場合は、車載器１１を搭載した車両は隣接レーンを走行していると判断して（Ｓ０３）、ＡＣＴＣの送信回数を計測するカウンタをゼロにリセットして（Ｓ０５）、Ｓ０１のステップにもどり、再びステップＳ０１からの動作を実行する。

ステップＳ０４では、ＡＣＴＣカウンタが予め定めた規定回数以上であるか否かを判定する。ＡＣＴＣカウンタが規定回数以上でなければＡＣＴＣの送信回数を計測するカウンタに１を加算して（Ｓ０６）、Ｓ０１のステップにもどり、再びステップＳ０１からの動作を実行する。
ＡＣＴＣカウンタが予め定めた規定回数以上となった場合、すなわち、車載器位置判定部７５によって規定回数、連続して車載器１１を搭載した車両４が自レーンを走行していると判断された場合は、判断結果の信頼性が向上したとして、課金などの通常のＥＴＣ信号処理を開始する（Ｓ０７）。

このように、車載器位置判定部７５は、受信可能エリアに複数の車載器があれば車載器毎に区別して、各々の車載器１１の存在する領域、すなわち受信エリア９ａ〜９ｆ、５０ａ〜５０ｃ及び６０ａ〜６０ｃの中のどのエリアにどの車載器１１が存在しているかを判別することができる。
そして、車載器位置判定部７５により、車載器１１が存在するエリアが所定回数、連続して自レーン内にあると判断されれば、ＥＴＣ信号処理回路８０は通常のＥＴＣ信号処理（課金処理等）を行うようにする。
一方、車載器位置判定部７５により、車載器１１が存在するエリアが自レーンにないと判断すれば、ＥＴＣ信号処理回路８０はその車載器に対して課金処理等は行わないようにする。
これにより通信処理装置１００は、自レーンを走行する車両を選別し、自レーンを走行する車両に対してのみ、適切に課金の処理を行うことができる。

ここで、自レーンを走行する車両４と隣接レーンを走行する車両４ｂが、図６に示すように並走して路上機５のアンテナ１７の通信可能エリアに侵入してきた場合を想定する。なお、車両４ｂは車載器１１を搭載したＥＴＣ車両とする。

この場合、従来の課題の図９のところで説明したように、車両４ｂが送出した電波が車両４で反射し、その反射波１２０がアンテナ１７で受信されることで、隣接レーンを走行する車両４ｂがあたかも自レーンを走行しているかのように路上機５側で判断され、その結果、車両４ｂが課金されるという誤通信が生じる可能性がある。
以下では、このように誤通信が生じる可能性がある場合における、本実施の形態に係る通信処理装置の処置内容について説明する。

本実施の形態に係る通信処理装置１００のアンテナ１７は、図１、図２に示すように隣接レーンにも受信エリア５０ａ〜５０ｃ及び６０ａ〜６０ｃが形成されている。
このため、図６の場合では、路上機５のアンテナ１７は、車両４での反射波１２０によって、受信エリア９ｆにおいて車両４ｂからの受信信号２００_９ｆを受信すると共に、受信エリア６０ｃにおいても車両４ｂからの直接波１１０である受信信号２００_６０Ｃを受信することになる。

電力比較部７０では、同一の車載器から受信した受信信号の電力について比較するが、ここでは、直接波である受信信号２００_６０Ｃと、反射波である受信信号２００_９ｆの電力について比較することになる（Ｓ０４）。
ここで直接波と反射波の電力を比較すると、反射波は車両４で反射しているため、反射損失により減衰する。また、車載器のアンテナ指向特性によりビーム３で受信される電力より小さくなる。すなわち、

である。
よって、電力が最大となる受信エリアは受信エリア６０ｃとなるが、受信エリア６０ｃは、自レーンでなく隣接レーンにある受信エリアであることから（Ｓ０５）、ＥＴＣ信号処理回路８０は、車両４ｂが隣接レーンを走行する車両であることを把握して、車両４ｂに対して課金処理は行われない。

以上のように、本実施の形態に係る通信処理装置１００によれば自レーンを走行する車両を選別し、隣接するレーン間に電波吸収体を設置することなく、隣接するレーンを走行する車両との間の誤通信を防止して、自レーンの車両に対してのみ課金処理を行うことができる。

なお、本実施の形態では、受信エリアを図１、２のように自レーンで２×３個、隣接レーン（片側）で１×３個形成したが、この数や受信エリアの配置に限られるものではない。

また、実施の形態１では、１つの時間で車両の存在するエリアを判断するようにしたが、所定の時間間隔で車両の走行経路をトレースすることで、当該車両が自レーンを走行しているか、あるいは隣接レーンを走行しているかを判断するようにしてもよい。これにより、隣接レーンを走行する車両との誤通信を防止して、ＥＴＣにおける課金処理の信頼性をより向上させることができる。

１料金所ブース、２車両が通過する通路、３車両の通路を分離する通路分離帯、４通路に進入する車両、４ｂ隣接レーンを走行する車両（ＥＴＣ車）、５路上機、６支持柱、７アンテナ、８アンテナビーム、９ａ〜９ｆ受信エリア、１０ａ、１０ｂ車両センサ、１１車載機、１７アンテナ、３０ビーム成形回路、５０ａ〜５０ｃ受信エリア、６０ａ〜６０ｃ受信エリア、７０電力比較部、７５車載器位置判定部、８０ＥＴＣ信号処理回路、９０信号処理部、１００通信処理装置、１１０直接波、１２０反射波、２００受信信号。

Claims

ＥＴＣシステム（Electronic Toll Collection System：自動料金収受システム）において道路側に設けられる通信処理装置であって、
道路上に設定された複数の受信エリアの各々に対応した複数の受信アンテナビームを形成する受信アンテナ部と、
前記受信アンテナ部と接続され、ＥＴＣ車載器を搭載したＥＴＣ車両から受信した信号で、前記複数の受信アンテナビームの各々に対応付けして前記受信アンテナ部で受信した受信信号に基づき、前記ＥＴＣ車両が走行する車線を判定する信号処理部と、
を備え、
前記受信エリアは、料金収受の対象とする車線である自レーン上と、前記自レーンに隣接し料金収受の対象としない車線である隣接レーン上に設定され、
前記信号処理部は、同一のＥＴＣ車載器から同一の時間帯に受信した受信信号が複数ある場合に、前記受信信号の強度比較の結果に基づき前記ＥＴＣ車両が走行している車線が前記自レーンであるか否かを判定することを特徴とする通信処理装置。
前記信号処理部は、同一のＥＴＣ車載器から同一の時間帯に受信した前記受信信号のうち、最も受信信号の強度の大きい受信信号に対応する受信アンテナビームに対応付けされた受信エリアが前記自レーン上にあるか、あるいは隣接レーン上にあるかを調べ、前記受信エリアが前記自レーン上にある場合に前記ＥＴＣ車両は自レーンを走行していると判定することを特徴とする請求項１記載の通信処理装置。
前記信号処理部は、前記受信エリアが所定の回数連続して自レーン上にあると判定した場合に、前記ＥＴＣ車両は自レーンを走行していると判定することを特徴とする請求項２記載の通信処理装置。
前記信号処理部により自レーンを走行していると判定されたＥＴＣ車両との間でのみ料金収受の情報の交信を行うＥＴＣ処理回路を備えることを特徴とする請求項１乃至３いずれか記載の通信処理装置。
前記信号処理部は、前記ＥＴＣ車載器から取得したＬＩＤ（リンクアドレス）または前記ＥＴＣ車載器の個別の車載器情報に基づき、前記受信信号が同一のＥＴＣ車載器からの受信信号であるか否かを判定することを特徴とする請求項１乃至４いずれか記載の通信処理装置。
前記受信アンテナ部はＤＢＦアンテナとビーム成形回路を備え、前記ビーム成形回路は前記ＤＢＦアンテナのアンテナ素子のそれぞれに供給する信号の位相、
あるいは位相と振幅を調整して、前記複数の受信アンテナビームを形成することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の通信処理装置。
前記受信アンテナ部は複数の受信アンテナを備え、前記複数の受信アンテナが各々１つの受信アンテナビームを形成して前記複数の受信アンテナビームを形成することを特徴とする請求項１乃至５いずれか記載の通信処理装置。