JP3562417B2

JP3562417B2 - 自動料金収受システム

Info

Publication number: JP3562417B2
Application number: JP2000005010A
Authority: JP
Inventors: 学加藤; 義人佐藤
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-01-04
Filing date: 2000-01-04
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2020-01-04
Also published as: JP2001188927A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、不正通行車両識別装置、及びこの装置を利用した自動料金収受システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
有料道路の料金収受に、料金所に設置した無線通信装置との間で無線通信を行う車載用無線通信装置（以下、車載機と称する。）を搭載した車載機を利用した自動料金収受システムを現実に適用する場合、自動料金収受システムに対応している車載機を搭載していない車両や、車載機は搭載していても、車載機に設定されている車種（大型車，普通車，小型車等の車両の大きさに対して料金毎に区分けされている種別）とは異なる車種に搭載する車両が料金収受用のトラフィックレーンを通行することにより料金収受を逃れようとする可能性があることが問題となっている。
【０００３】
このように、適正な料金収受を行わない不正通行車両から、料金を徴収する技術として、車両分離器，車判用踏板，車高検知器，車長検知器、及びオートハング検知器を利用することで、通行車両の種別を判定し、その判定結果に基づいて、その通行車両が不正通行車両であるか識別し、撮像器でその不正通行車両を撮影する有料道路の料金収受装置が特開平５−２１７０４３号公報に記載され、光電管を利用した車長検知手段及び車両分離器を利用することで、通行車両の種別を判定し、その判定結果に基づいて、その通行車両が不正通行車両であるか識別し、ナンバーの読みとり及びテレビカメラで監視する有料道路自動料金収受システムの不正検出装置が特開平５−１９７８５６号公報に記載されている。
【０００４】
また、特開平６−２５８４２５号公報には、車載機を特定する技術として、無線通信を行うために車載機から発信される電波を複数の素子からなるアレイアンテナによって受信し、その受信した電波の位相差から電波の到達角度を検出することによって、発信源の方向を特定し、車載機の位置を求める技術が記載されている。さらに、車両の車載機の特定方法を用いて、通行車両の中から不正車両を特定する従来技術として、特開平１１−３４４４号に、得られた車両と車載機の位置情報を照合することによって、通行車両が車載機を搭載しているか否かを判定し、その判定結果から不正通行車両に対しては別の撮像装置を起動させて、技術徴収の証拠として必要な画像、例えば、ナンバープレートや運転手の画像を取得する技術が記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開平１１−３４４４号公報では、車両の種別を特定することができないために、種別に適合していない車載機を搭載した不正通行車両を識別することができない。また、受信した位相差の誤差によって車載機に搭載した通信装置の位置を特定することができない。
【０００６】
特開平５−２１７０４３号公報や特開平５−１９７８５６号公報には、不正通行車両の種別を識別する技術について開示されているが、多種の検知器を１つのトラフィックレーンに設置する必要があるため、フリーフローを前提とした料金収受システムには適用することができない。また、これらの検知器では通行速度を著しく落とす必要があるため、トラフィック流が制限され、渋滞度が増す可能性がある。
【０００７】
また、特開平６−２５８４２５号公報に記載された電波の到達角度から車載機の位置を検出する方法では、電波の発信源の方向を特定することによって、車載機位置の検出が行われる。しかし、この方法では、電波の発信源の方向は、実際には空間的な広がりを持つため、発信源である車載機の道路上における位置を正確に求めることができず、通行車両が車載機を搭載しているか正確に判定することができない。すなわち、車載機が設置されている高さは、通行車両の車種毎に異なるため、実際通行車両に設置されている車載機の高さと、設定した高さとの間に差がある場合、車載機の位置検出に誤差が生じるため、車載機の正確な位置を特定することができない。また、この技術では反射によるフェージング等の無線通信環境の変動を受けることによる誤差も生じる。そのため、この技術だけでは、不正通行車両を精度よく識別することができない。
【０００８】
また、特開平６−２５８４２５号公報に記載された発明を単に他の従来技術と組み合わせただけでは、位置検出の誤差が大きく、車両と車載機の照合を正しく行うことができないため、フリーフローにおける不正通行車両を精度よく識別することができない。
【０００９】
本発明の目的は、識別精度を向上させた不正通行車両識別装置、及び不正通行車両識別方法を実現することにある。
【００１０】
さらに、本発明の目的は、自動料金収受システムにおける不正通行車両からの料金徴収、特に車両の種別に適合した料金の徴収を可能にする料金収受システム、及び料金収受方法を実現することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の一態様として、車両の車種に関する区分と該区分に属する車両の３次元形状モデルと該区分に属する車両に設置される可能性がある領域を示す車載無線通信機予測設置位置情報とがそれぞれ対応して記憶されている車両情報記憶手段と、通行車両を撮影する撮像手段と、前記撮像手段によって撮影された画像を基に道路上における車両の位置情報を求める手段と、
前記撮像手段によって撮影された車両の画像と前記車両情報記憶手段に記憶されている車両の３次元形状モデルとに基づいて該車両が属する区分を求め、その区分に対応する車載無線通信機予測設置位置情報を求める手段と、前記道路上における車両の位置情報と前記求めた車載無線通信機予測設置位置情報とに基づいて前記車両の道路上における予想車載機位置を求める第１の車載機位置検出手段と、通行車両に搭載された車載機と無線通信を行う送受信手段と、電波を受信する複数の発信源方向検出用受信手段と、前記発信源方向検出用受信手段によって受信した電波から発信源の方向を特定する発信源方向検出手段と、前記発信源方向検出手段によって特定された発信源の方向と、前記求められた区分又は前記送受信手段によって受信した情報とに基づいて車載機位置情報を検出する第２の車載機位置検出手段と、前記第１の車載機位置検出手段によって求められた予想車載機位置と前記第２の車載機位置検出手段によって求められた車載機位置とに基づいて通行車両が車載無線通信機を搭載しているか否かを判定する判定手段を設ける構成がある。
【００１２】
本態様によれば、フリーフローの自動料金収受システムにおいて、不正通行車両を精度よく判定することができ、不正車両の使用者からの料金の徴収漏れを抑制できる。
【００１３】
上記態様に、搭載していると判定された車両に対して、搭載した車載無線通信機が搭載した車両に適合したもである否かを判定する車種照合手段を有する構成を加えた構成もある。
【００１４】
この態様によれば、車種区分毎に徴収漏れを抑制でき、さらに、車種区分に適合した料金の徴収を行うことが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
この本発明の実施の一形態を図面を参照しながら説明する。
【００１６】
図１は本発明を実施する一形態の構成を示すブロック図である。なお、この図で、各構成は装置として表現しているが、それぞれの機能が実現できれば、任意の装置を併合してもよい。
【００１７】
図１において、料金所を通行する車両１０１は、通行料金を収受するための無線通信を行う無線通信部を備えた車載機１０２を搭載している。
【００１８】
この車載機１０２は無線通信装置を有し、その無線通信装置と、一般にガントリと呼ばれている道路上に配備された構造物上に設置された路車間通信アンテナ１０３との間で、設定された通信領域内において、車種情報を含む車両情報，
ＩＤ情報，支払方法，料金所の入口・出口情報等、料金収受に必要な情報の伝達する無線通信を行う。この路車間通信アンテナが前述の送受信手段に該当する。路車間通信アンテナ１０３の情報に基づいて、路車間通信処理装置１０４は、車載機の認証や走行経路に対する正当性のチェック等の処理を行う。
【００１９】
また、複数の素子で構成される２つの（複数の）発信源検出アンテナ１０５は、車載機１０２から発信された電波を受信する。この発信源検出アンテナが、前述の発信源方向検出用受信手段を構成するものである。
【００２０】
処理装置１０６は各素子に到達する電波の位相差を検知して特開平６−２５８４２５号に開示されている方法により各アンテナに対する電波の発信源の方向を検出し、その検出された発信源の方向に対して、識別するための車載機識別ＩＤを付与する。この処理装置が、前述の発信源方向検出手段を構成するものである。
【００２１】
一方、ガントリ上に設置された車両検知用撮像装置１０７は、料金所を通行する車両１０１を撮影する。この撮影は、例えば図２の画像２０１のように、料金所付近の道路を上方から、通信領域の少なくとも一部がフレームに収まるように行われる。この車両検知用撮像装置１０７が前述の撮像手段を構成するものである。
【００２２】
画像処理装置１０８は、この撮影された画像から、特開平１１−６６４９０号記載のラプラシアンフィルタ等の特徴抽出フィルタを用いて車両の輪郭を抽出し、抽出された濃淡画像を２値化する方法によって、車両を検出する。この画像処理装置によって、処理された画像は例えば図３に示すような車両の輪郭が抽出された画像３０１であり、この画像は記憶装置１０９に記憶する。この画像処理装置１０８は、前述の撮像手段によって撮影された画像を基に道路上における車両の位置情報を求める手段の一部を構成するものである。
【００２３】
車両情報記憶装置１０９は、各通行料金区分に対応した車両情報を記憶する。この車両情報記憶装置１０９は、前述の車両情報記憶手段を構成するものである。
【００２４】
この車両情報は、図４に示すように、普通車，大型車といった通行料金の車種区分の情報と、その車種区分に対応した車両の３次元形状モデル４０１と、この車両の３次元形状モデルにさらに車載機の設置位置情報４０２を含んでいる。この設置位置情報は、車両に車載機が搭載された場合、どの位置に車載機が設置される可能性があるかを示す情報で、少なくともその高さを特定する情報が含まれる。また、車両の３次元形状モデル４０１は、図４に示したように一つの通行料金の車種区分に一つの車両モデルでもよいが、本実施態様では、小型車やワゴン車、バス等、車両の形状に応じて複数の車両モデルを通行料金の車種区分毎に分類して記憶する。このように、３次元形状モデルを複数保存しておくことで、同一車両であっても有料道路毎に料金区分が異なる場合においても、３次元形状モデルを変更せずに、単に分類を変更することによって対応が可能になる。
【００２５】
図１の照合装置１１０は、車両情報記憶装置１０９に記憶されている車両の３次元形状モデルと、画像処理装置１０８において検出された通行車両の画像と、を照合して、通行車両の車種の判定を行う。この照合装置１１０は、前述の撮像手段によって撮影された画像を基に道路上における車両の位置情報を求める手段の一部を構成するものである。
【００２６】
以下照合装置１１０の動作について、さらに詳細に説明する。
【００２７】
図５は照合装置１１０の動作を示すフローチャートである。
【００２８】
まず、車両情報記憶装置１０９に記憶されている各車両の３次元形状モデル４０１を撮影された画像面に射影する（ステップ５０１）。
【００２９】
射影された各車両モデルは画像面中においてある大きさを持った領域で表されるので、その領域の最大長と面積を計算する（ステップ５０２）。
【００３０】
画像処理装置１０８において検出された車両も画像面中においてある大きさを持った領域で表されるので、通行車両が図６に示すような画像面中における所定の位置６０１に到達したら同様にその領域の最大長と面積を計算する（ステップ５０３）。ステップ５０２，５０３において計算されたそれぞれの最大長と面積の差から車両モデルと検出車両との相違度を定義し、すべての車両モデルと検出車両との相違度を計算する（ステップ５０４）。相違度は例えば次のような式（１）で定義される。
【００３１】
Ｄ＝ｗ_１｜Ｉ_ｍ−Ｉ｜^２＋ｗ_２｜Ｓ_ｍ−Ｓ｜
ｌ_ｍ，Ｓ_ｍは車両モデルを画像面に投影した場合の最大長と面積、ｌ，Ｓは検出車両の最大長と面積、ｗ_１，ｗ_２は適当な重みである。そして、最も相違度が小さくなるモデルの属する車種区分が検出した車両の車種区分であると判定する（ステップ５０５）。
【００３２】
ステップ５０３から５０４の手順をすべての検出車両に対して行うことによってすべての検出車両の車種を判定し（ステップ５０６）、判定結果を出力し（ステップ５０７）、判定が終了した車両に対して車両を識別するためのＩＤ番号を付与する（ステップ５０８）。
【００３３】
また、上で述べた方法とは別の方法として、照合装置１１０においてステップ５０１の処理を行う代わりに、車両情報記憶装置１０９にあらかじめ各通行料金区分毎の３次元車両モデルを画像面に射影したものを記憶しておいてもよい。
【００３４】
画像処理装置１０８は、抽出された車両とモデルとの照合結果に基づいて判定した通行車両の車種判定結果、車両識別用ＩＤ番号を車両追跡装置１１１に出力する。
【００３５】
車両追跡装置１１１は、照合装置１１０において車種判定された車両を撮影された画像の間で対応づけることによって追跡する。この対応づけは本実施態様においてはテンプレートマッチングの方法を用いて実現するが、他の方法を用いてもよい。テンプレートマッチングは、記憶されたテンプレート画像と現時刻において得られた入力画像との類似度を正規化相関の手法により算出する方法であり、現時刻の入力画像との類似度を算出した後、現時刻の入力画像を記憶し、次の時刻の入力画像と比較することで、画像面上における各時刻の通行車両の位置情報を求め、記憶装置に記憶しておく。この通行車両の追跡は車両が画像面中における所定の領域６０２内に存在する間行われる。この車両追跡装置は、前述の撮像手段によって撮影された画像を基に道路上における車両の位置情報を求める手段の一部及び前述の第１の車載機位置検出手段の一部を構成するものである。
【００３６】
図１の車載機搭載判定装置１１２は、照合装置１１０における通行車両の車種判定結果に基づいて車両情報記憶装置１０９から該当する車両の位置を求める。その位置情報と車両追跡装置１１１における当該車両の位置情報に基づいて、処理装置１０６において特定された発信源の方向から車載機の位置を特定し、通行車両が車載機を搭載しているか否かを判定する。
【００３７】
以下、車載機搭載判定装置１１２の動作について詳細に説明する。
【００３８】
図７は車載機搭載判定装置１１２の動作を示すフローチャートである。
【００３９】
まず初期処理として、図６に示すように、車両の追跡を行う追跡領域６０２の内部に車載機を搭載しているか否かの判定を行う判定領域６０３を設定する。
【００４０】
次に、時刻ｔにおいて図１の車両追跡装置１１１から出力される、車種判定された通行車両の画像面上における位置情報と照合装置によって付された車両識別ＩＤ，処理装置１０６によって、検出された電波の発信源の方向と処理装置によって付された識別ＩＤが入力される（ステップ７０１，７０２）。
【００４１】
そして、画像面から道路座標系への逆射影により画像上における位置情報から道路上における車両の位置情報を求める（ステップ７０３）。
【００４２】
ステップ７０３によって求めたられた通行車両の道路上の位置情報と、車両情報記憶装置１０９に記憶されている車載機設置位置情報のうちの照合装置１１０によって判定された車種に対応する車載機設置情報とから、通行車両に車載機が搭載されていると仮定した場合の道路上における車載機予想位置を求める（ステップ７０４）。
【００４３】
処理装置１０６によって検出された電波の発信源の方向と、車両情報記憶装置１０９に記憶されている車載機設置位置情報のうちの照合装置１１０によって判定された通行車両の車種に対応する車載機設置位置情報又は路車間通信アンテナ１０３で受信した車両情報により特定される車載機設置位置情報とに基づいて、発信源である車載機の道路上の位置を計算する（ステップ７０５）。
【００４４】
具体的には、処理装置１０６において計算された電波の発信源の方向を示す角度は実際には空間的な広がりを持った角度、すなわち円錐状になる。この角度が２つの発信源方向検出アンテナ１０５それぞれに対して求められるので、これらの円錐と、検出された通行車両に対応した車載機設置高さを表す平面との交線を求め、そして２つの交線の交点を求めることによって車載機の道路上における空間的な位置が求められる。本実施態様では、この位置情報を実在の車載機の位置情報とみなす。
【００４５】
ステップ７０５において計算された実在の車載機の位置と、ステップ７０４において計算された各通行車両の車載機予想位置から、車両と車載機との対応づけを行う（ステップ７０６）。この対応づけは具体的には各通行車両の持つ車載機予想位置に最も近い位置情報を持つ車載機がその車両に搭載された車載機であると判定することによって行われる。
【００４６】
この処理をすべて実在の車載機に対して行ったかどうかを判定し（ステップ
７０７）、時刻ｔにおける通行車両と車載機との対応づけを行い、どの車両と車載機が対応づけられたかその結果を記憶する（ステップ７０８）。記憶される情報は例えば図８に示すような各時刻において各通行車両の各識別ＩＤ８０１と車載機の各識別ＩＤ８０２とを対応づけて記憶されたものである。
【００４７】
そして車両追跡装置１１１によって得られる車両の位置情報から通行車両が判定領域６０３内に存在するか否かを判定し（ステップ７０９）、存在すればステップ７０１から７０８までの処理を繰り返す。存在しなければその車両に対する車載機搭載判定処理を終了し、各時刻における対応づけの結果から最終的にどの車両がどの車載機を搭載しているかを判断する（ステップ７１０）。具体的にこの判定は以下のようにして行われる。車両追跡終了までの各時刻における車両と車載機の対応づけの結果と対応づけを行った回数とから、追跡中各通行車両が各車載機に対してどの程度搭載していたと判定されたか、その一致率を計算する。そして、その一致率が最も大きくなる場合において、その車両がその車載機を搭載していると判定する。
【００４８】
上記までの処理が終了した時点で判定結果を出力して終了する（ステップ７１１）。
【００４９】
車載機搭載判定装置１１２において車載機を搭載してないと判定された車両は図９に示すように判定に用いた撮影映像９０１と、違反内容（ここでは車載機を搭載せずに通行したこと），撮影時刻，撮影場所等のデータ９０２が判定結果記憶装置１１３に記憶される。
【００５０】
一方、車種照合装置１１４は、車載機を搭載していると判定された通行車両の車種と、車載機から発信される車種に関する情報との照合を行う。この照合は照合装置１１０において判定された通行車両の車種情報と、車載機搭載判定装置
１１２における車両と車載機との対応結果をもとに、車両追跡装置１１１において追跡された当該車両が図６における判定領域６０３から出て所定の位置６０４に到達した時点で行われる。
【００５１】
そしてこの２つの情報が一致しなければ不正通行車両であると判定し、車載機を搭載していない車両の場合と同様に判定段階における車両の位置情報とその時の撮影映像，違反内容（ここでは車種に適合しない車載機を搭載しているということ），撮影時間が判定結果記憶装置１１３に記憶される。
【００５２】
これまでの処理において特定された不正通行車両は、車載機搭載判定装置１１２と車種照合装置１１４における判定後も車両追跡装置１１１において追跡される。そして撮影起動装置１１５は当該車両が図６において所定の位置６０５に到達したら、ナンバプレート運転者の撮影を行うために不正通行車両撮影用撮像装置１１６に撮影指令を出力する。
【００５３】
撮影されたナンバプーレトと運転者の画像は例えば図１０に示すようなナンバプーレトと運転者が撮影された画像１００１，１００２であり、不正通行車両情報記憶装置１１７に記憶される。撮影画像１００１，１００２は車両が所定の位置に到達したら撮影起動装置１１５によって連続的に撮影指令を出力することによって得られる。
【００５４】
不正通行車両情報記憶装置１１７には、不正通行車両撮影用撮像装置１１６によって撮影された画像９０１，９０２に加えて、判定結果記憶装置１１３において記憶されている不正通行車両の全体像と周囲の状況が撮影された画像と撮影時刻，撮影場所，違反内容等を示すデータとが合わせて記憶される。この内容は例えば図１１のように表示装置１１８においてモニタ上に表示され、違反内容をその場で見ることができる。
【００５５】
またこの内容は不正通行を行った運転者に送付し、後日徴収を行うためにも用いられる。運転者に送付する内容はこのように不正通行車両を特定するための運転者とナンバプレートの映像だけではなく、運転している不正通行車両を含む周囲の状況が撮影された映像を含むため、不正通行を行った利用者に対し料金所を利用した際に不正を行ったことを認識させることができる。
【００５６】
【発明の効果】
本発明によれば、自動料金収受システムにおける不正通行車両を精度よく判定することができ、不正車両の使用者からの料金の徴収漏れを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の態様の構成を示すブロック図である。
【図２】車両検知用撮像装置によって撮影される画像の例である。
【図３】画像処理装置によって処理される画像の例である。
【図４】車両情報作成装置において作成される車両情報を表す図である。
【図５】照合装置の動作を示すフローチャートである。
【図６】撮影画像における各装置の処理領域を示す図である。
【図７】車載機搭載判定装置の動作を示すフローチャートである。
【図８】車載機搭載判定装置内に記憶される情報を表す図である。
【図９】判定結果記憶装置において記憶される情報を表す図である。
【図１０】不正車両撮影用撮像装置によって撮影される画像を表す図である。
【図１１】不正車両情報記憶装置において記憶される情報を表す図である。
【符号の説明】
１０１…車両、１０２…車載機、１０３…路車間通信アンテナ、１０４…路車間通信処理装置、１０５…発信源検出アンテナ、１０６…処理装置、１０７…車両検知用撮像装置、１０８…画像処理装置、１０９…車両情報記憶装置、１１０…照合装置、１１１…車両追跡装置、１１２…車載機搭載判定装置、１１３…判定結果記憶装置、１１４…車種照合装置、１１５…撮影起動装置、１１６…不正通行車両撮影用撮像装置、１１７…不正通行車両情報記憶装置、１１８…画像表示装置。

Claims

車両の車種に関する区分と、該区分に属する車両の３次元形状モデルと、該区分に属する車両に設置される可能性がある領域を示す車載無線通信機予測設置位置情報と、がそれぞれ対応して記憶されている車両情報記憶手段と、
通行車両を撮影する撮像手段と、
前記撮像手段によって撮影された画像を基に、道路上における車両の位置情報を求める手段と、
前記撮像手段によって撮影された車両の画像と、前記車両情報記憶手段に記憶されている車両の３次元形状モデルと、に基づいて、該車両が属する区分を求め、その区分に対応する車載無線通信機予測設置位置情報を求める手段と、
前記道路上における車両の位置情報と、前記求めた車載無線通信機予測設置位置情報とに基づいて、前記車両の道路上における予想車載機位置を求める第１の車載機位置検出手段と、
通行車両に搭載された車載機と無線通信を行う送受信手段と、
電波を受信する複数の発信源方向検出用受信手段と、
前記発信源方向検出用受信手段によって受信した電波から発信源の方向を特定する発信源方向検出手段と、
前記発信源方向検出手段によって特定された発信源の方向と、前記求められた区分又は前記送受信手段によって受信した情報と、に基づいて、車載機位置を検出する第２の車載機位置検出手段と、
前記第１の車載機位置検出手段によって求められた予想車載機位置と、前記第２の車載機位置検出手段によって求められた車載機位置と、に基づいて通行車両が車載無線通信機を搭載しているか否かを判定する判定手段を設けたことを特徴とする自動料金収受システム。
請求項１に記載された自動料金収受システムであって、
前記車載機が、該通行車両に適合した車載機である否かを判定する手段を有することを特徴とする自動料金収受システム。
請求項１に記載された自動料金収受システムであって、
前記求めた位置情報を更新することによって、該通行車両を追跡する車両追跡手段と、
前記車両追跡手段によって追跡されている間の前記判定の結果に基づいて、各通行車両が車載無線通信機を搭載しているか否かを判定する判定手段を有することを特徴とする自動料金収受システム。