JP4810730B2

JP4810730B2 - 車載器位置検出装置

Info

Publication number: JP4810730B2
Application number: JP2000390371A
Authority: JP
Inventors: 裕一馬目; 茂穂稲常
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2000-12-22
Filing date: 2000-12-22
Publication date: 2011-11-09
Anticipated expiration: 2020-12-22
Also published as: JP2002190041A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、自動料金収受システムにおいて、車両に搭載された車載器の位置計測に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動料金収受システムにおいて、料金所内に複数の車両が同時に進入してきた場合、どの車両から料金を収受するかを決定するため、どの車両の車載器と通信しているのかを把握する必要がある。また、隣接車線に車載器を搭載した車両が進入した場合、電波状況によっては、隣接車線の車載器と通信を行ってしまう可能性も否定できないため、電波の到来方向を特定する必要がある。
【０００３】
この問題の解決案として、複数のアンテナ、複数の受信機、位相差検出部、および方向算出部から成る電波方位検出器を用い、複数の受信チャンネルの位相差を検出することにより、車載器が送信している電波の到来方位を求め、料金収受対象の車両を判別する方式が提案されている。
【０００４】
この料金収受対象の車両を判別する方式については、例えば、ＮＥＣ技報VOL.50 NO.7／1997 P147〜155「電波到来角計測の手法と通信車両判別システム」に記載されている。
また、自動料金収受システムの料金収受に関する方法については、概略例えば、三菱重工業技報VOL.32 NO.4(1995-7)P264〜267「高速道路の交通管理システムにおけるニーズと技術開発」、あるいは公表特許公報平５−５０８４９２「電気的車両料金徴収装置および方法」などに記載されている。
【０００５】
図１０は、従来装置における料金所周辺を示す外観図である。図において、１は料金所、２は車載器、３は車載器２を搭載した車両、４は車両３を検知するための車両検知器、５は無線装置、６は電波方位検出器である。
さて、料金所１へ進入してきた車両３が車両検知器４によって検知されたならば、利用料金決済のため無線装置５から予め決められたプロトコルに従って車載器２との通信が開始される。
この時、料金所１内に複数の車両が存在した場合、どの車両と通信を行っているかを知るために、支持体上に設置された電波方位検出器６は車載器２からの電波を受信してその方向を検出する。
なお、料金所１は上記設備以外にも各種の設備を備えるが、ここでは車載器位置検出に係わる設備のみを記載する。
【０００６】
次に、電波方位検出器６の動作を説明する。図１１は、従来装置の構成を示す構成図である。図において、７はアンテナ、８は受信部、９は位相差検出部、１０は方向算出部である。
さて、車両３が料金所１へ進入した場合、ここでは図示しないが料金所１に設置される無線装置５との交信により料金の精算を行う。この際に、電波方位検出器６にて車載器２から送信される電波の到来方位を検出する。
【０００７】
まず、鉛直方向について考える。車載器２からの電波をアンテナ７ａ、７ｂが受信し、受信部８ａ、８ｂにて増幅し、Ａ／Ｄ変換等の処理を施された後、位相差検出部９ａにおいて各々の受信信号の位相差が検出され、その位相差から方向算出部１０ａにて電波方位検出器６からみた電波発信源、すなわち車載器２の鉛直方向の角度が算出される。
【０００８】
図１２は、電波方位検出器６の原理を説明するための説明図である。ここでの車載器２の方向とは、図１２に示す角度θであり、数１にて求められる。
【０００９】
【数１】

λ：車載無線装置送信信号の波長
Ｌ：第１のアンテナと第２のアンテナとの距離

【００１０】
一方、水平方向についても、車載器２から送信される電波の到来方位を電波方位検出器６にて検出する。
すなわち、車載器２からの電波をアンテナ７ａ、７ｃが受信し、受信部８ａ、８ｃにて増幅し、Ａ／Ｄ変換等の処理を施された後、位相差検出部９ｂにおいて各々の受信信号の位相差が検出され、その位相差から方向算出部１０ｂにて電波方位検出器６からみた電波発信源、すなわち車載器２の水平方向の角度が算出される。
【００１１】
図１３は、車載器位置検出装置のアンテナ配置図である。ここで、電波方位検出器６において、アンテナ７ａ、７ｂ、７ｃは、図１３のように配置される。アンテナ７ａ、７ｂを鉛直方向に並べて配置することによって、電波到来角度の鉛直方向の成分（エレベーション成分）を検出することができる。また、アンテナ７ａ、７ｃを水平方向に並べて配置することによって、電波到来角度の水平方向の成分（アジマス成分）を検出することができる。
【００１２】
上記のようにして得られた車載器２のエレベーション成分情報は、ここでは記載しないが上位処理装置へ送られ、上位処理装置において、予め定数として設定された車載器２の搭載位置高さから車載器２の位置を算出する。
【００１３】
図１４は、従来装置の活用例を示す説明図である。例えば、図１４のように、車載器２を搭載しない車両１１が車両検知器４によって検知される位置にあり、かつ、その直後に車載器２を搭載した車両３が存在した場合、車載器２と無線装置５との間で通信が成立することがあり得る。
【００１４】
この場合、電波方位検出器６によって得られた車載器２の位置と、車両検知器４が検知する車両位置とを比較することにより、現在通信を行っている車両３と車両検知器４が検知している車両１１が、別々の車両であることを識別することができる。
【００１５】
一方、車載器２のアジマス成分情報は、ここでは記載しないが上位処理装置に送られ、この上位処理装置において、予め定数として設定された角度以内であるかが判断される。該当レーン内に車両が存在する場合の角度範囲を設定しておくことにより、該当レーンに隣接するレーンからの電波を受信した場合でも、これを該当レーン外からの電波であることを判別できる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
図１５は、従来装置の問題点の例を示す説明図である。従来の装置では、車載器搭載高さを予め設定しているため、この図に示すように、例えば、車載器２を搭載した車両３が牽引部を取り外した大型トレーラ車のような車高の高く車長の短い車両であった場合、車載器２が車両３の直後の小型車１２に搭載されていると誤検出される恐れがあった。
【００１７】
また、このような事態を回避するために、予め設定する車載器搭載高さを大型車と小型車の平均値とした場合、検出位置精度に著しい誤差を生じる恐れがあった。
【００１８】
また、図１６は、従来装置の問題点の例を示す別の説明図である。従来の装置では、この図に示すように、アンテナ前面方向の１次元的な角度情報しか得られないため、将来的に自動料金収受システムにおいて実施されると考えられるが、複数の車両が停止すること無く、かつ、同時に並走して同一レーンを通過する、いわゆる“フリーフロー料金所”に対応することが不可能であった。
【００１９】
この発明に係わる車載器位置検出装置は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、精度の高い車載器位置検出を可能とする装置を提供するものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
第１の発明の車載器位置検出装置は、方位を検出するための複数のアンテナを直交方向に配列し、アンテナの設置場所から見た車載器の方位を検出する電波方位検出器と、電波方位検出器のアンテナと同一平面上で、かつアンテナの上下方向に複数のアンテナを配列し、車載器の方位の内、エレベーション成分を検出する電波方位エレベーション成分検出器と、電波方位検出器、および電波方位エレベーション成分検出器によって検出する車載器の方位情報により、車載器の設置高さ、および電波方位検出器から車載器までの距離を算出する電波源位置算出部とを備えるようにしたものである。
【００２１】
第２の発明の車載器位置検出装置は、方位を検出するための複数のアンテナを直交方向に配列し、アンテナの設置場所から見た車載器の方位を検出する電波方位検出器と、電波方位検出器のアンテナと同一平面上で、かつアンテナの水平方向に複数のアンテナを配列し、車載器の方位の内、アジマス成分を検出する電波方位アジマス成分検出器と、電波方位検出器、および電波方位アジマス成分検出器によって検出する車載器の方位情報により、車載器の方位、および電波方位検出器から車載器までの距離を算出する電波源位置算出部とを備えるようにしたものである。
【００２２】
第３の発明の車載器位置検出装置は、方位を検出するための複数のアンテナを直交方向に配列し、アンテナの設置場所から見た車載器の方位を検出する電波方位検出器と、電波方位検出器のアンテナと同一平面上で、かつアンテナの上下方向に複数のアンテナを配列し、車載器の方位の内、エレベーション成分を検出する電波方位エレベーション成分検出器と、電波方位検出器のアンテナと同一平面上で、かつアンテナの水平方向に複数のアンテナを配列し、車載器の方位の内、アジマス成分を検出する電波方位アジマス成分検出器と、電波方位検出器、および電波方位エレベーション成分検出器、並びに電波方位アジマス成分検出器によって検出する前記車載器の方位情報により、車載器の空間上の位置を計算する、電波源位置算出部とを備えるようにしたものである。
【００２３】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
図１は、車載器位置検出装置の構成を表す構成図である。図において、
２は車載器、６は電波方位検出器、７はアンテナ、８は受信部、９は位相差検出部、１０は方向算出部、１２ａは車載器２の位置を検出する車載器位置検出装置、１３は電波方位のエレベーション成分を検出する電波方位エレベーション成分検出器、１４は車載器２からの電波発生源の位置を検出する電波源位置検出部である。
また、図２は、車載器位置検出装置１２ａのアンテナ配置図であり、図３は、車載器の位置検出の原理を説明するための説明図である。
また、図４は、実施の形態１における料金所周辺を示す外観図である。図において、１は料金所、３は車載器２を搭載した車両、４は車両３を検知するための車両検知器、５は無線装置である。
【００２４】
さて、図４において、料金所１へ進入してきた、車載器２を搭載した車両３が車両検知器４によって検知されたならば、無線装置５から予め決められたプロトコルに従って、車載器２との通信が開始される。
この時、料金所１内に複数の車両が存在した場合、どの車両と通信を行っているかを知るために、支持体上に設置された車載器位置検出装置１２は、車載器２からの電波を受信してその方向を検出し、かつ、その車載器２の搭載高さ、および車載器位置検出装置１２ａから車載器２までの距離を算出する。
【００２５】
以下に、この一連の算出過程を示すための説明をする。
まず、車載器位置検出装置１２ａの動作について、図１〜図４を用いて説明する。始めに、電波方位検出器６の動作を説明する。
車両３が料金所１へ進入した場合、ここでは図示しないが、料金所１に設置される無線装置５との交信により料金の精算を行う。この際、車載器２から送信される電波の到来方位を電波方位検出器６にて検出する。
【００２６】
ここで、鉛直方向について考える。車載器２からの電波をアンテナ７ａ、７ｂが受信し、受信部８ａ、８ｂにて増幅し、Ａ／Ｄ変換等の処理を施された後、位相差検出部９ａにおいて各々の受信信号の位相差が検出され、その位相差から方向算出部１０ａにて電波方位検出器６からみた電波発信源、すなわち車載器２の鉛直方向の角度が算出される。
【００２７】
図１２は、電波方位検出器６の原理を説明するための説明図である。ここでの車載器２の方向とは、図１２に示す角度θであり、数１にて求められる。
【００２８】
また、水平方向についても、車載器２から送信される電波の到来方位を電波方位検出器６にて検出する。
すなわち、車載器２からの電波をアンテナ７ａ、７ｃが受信し、受信部８ａ、８ｃにて増幅し、Ａ／Ｄ変換等の処理を施された後、位相差検出部９ｂにおいて各々の受信信号の位相差が検出され、その位相差から方向算出部１０ｂにて車載器位置検出装置１２ａからみた電波発信源、すなわち車載器２の水平方向の角度が算出される。
【００２９】
次に、電波方位エレベーション成分検出器１３の動作については、電波方位検出器６と動作原理は同様であり、電波発信源、すなわち車載器２のエレベーション成分が検出される。
従って、電波方位検出器６、および電波方位エレベーション成分検出器１３の検出結果を基に、電波源位置算出部１４において、電波発信源、すなわち車載器２の設置高さｈ、および車載器位置検出装置１２ａから車載器２までの距離ｄが算出される。
【００３０】
ここで、車載器位置検出装置１２ａにおける電波方位検出器６のアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃ、および電波方位エレベーション成分検出器１３のアンテナ７ｄ、７ｅは、図２のように配置される。すなわち、電波方位検出器６、および電波方位エレベーション成分検出器１３は、鉛直方向に並べて配置される。
アンテナ７ａ、７ｂを鉛直方向に並べて配置した電波方位検出器６とアンテナ７ｄ、７ｅを鉛直方向に並べて配置した電波方位エレベーション成分検出器１３は、各々電波到来方向のエレベーション成分を検出することができる。
なお、図２において、電波方位エレベーション成分検出器１３は、電波方位検出器６の上方に配置されているが、電波方位検出器６の下方に配置した場合においても同様の動作が可能である。
【００３１】
さらに、電波源位置算出部１４における処理について、図３を用いて説明する。
ここで、Ｈａは電波方位エレベーション成分検出器１３の設置高さ、Ｈｂは電波方位検出器６の設置高さ、Ｄは電波方位検出器６と電波方位エレベーション成分検出器１３の取付け部の水平方向成分の間隔、φは車載器位置検出装置１２ａの取付け角度であり、これらの値は既知である。
【００３２】
高さｈの位置に設置された車載器２が、車載器位置検出装置１２ａから距離ｄだけ離れた位置にある時に、電波方位エレベーション成分検出器１３、および電波方位検出器６にて受信された電波の到来角度において、エレベーション成分の角度をそれぞれα、βとする。
ここで、α、βは電波方位エレベーション成分検出器１３、および電波方位検出器６にて算出される。この場合のｈ、ｄは、それぞれ数２、数３によって求められる。
【００３３】
【数２】

【００３４】
【数３】

【００３５】
なお、図３および図４において、車載器位置検出装置１２ａが車載器を搭載した車両３の走行方向に対して、対向する状態で前傾してあるが、直立した状態においても同様の機能を発揮することは論を待たない。
【００３６】
すなわち、上記のような実施の形態によれば、車載器の設置高さ、および車載器位置検出装置前方方向における車載器の位置を精度よく算出できる効果があり、正確な位置計測および車種判別等の用途に使用することができる。
さらに、車載器の搭載高さを限定せずに、高い位置検出精度を得ることができる。
【００３７】
実施の形態２．
図５は、車載器位置検出装置の構成を表す構成図であり、１５は電波方位アジマス成分検出器、１６は車載器位置検出装置である。また、図６は、車載器位置検出装置のアンテナ配置図であり、図７は、車載器の位置検出の原理を説明するための説明図である。また、図８は、実施の形態２における料金所周辺を示す外観図である。図において、実施の形態１と同一または相当部分には同一符号を付してあるので説明は省略する。
【００３８】
さて、図８において、料金所１へ進入してきた、車載器２を搭載した車両３が車両検知器４によって検知されたならば、無線装置５から予め決められたプロトコルに従って、車載器２との通信が開始される。
この時、料金所１内に複数の車両が存在した場合、どの車両と通信を行っているかを知るために、支持体上に設置された車載器位置検出装置１６は車載器２からの電波を受信してその方向を検出し、かつ、その車載器２の搭載高さ、および車載器位置検出装置１６から車載器２までの距離、および車載器２の車載器位置検出装置１６の中心軸からのずれ量を算出する。
【００３９】
以下に、この一連の算出過程を示すための説明をする。
まず、車載器位置検出装置１６の動作について、図５〜図８を用いて説明する。始めに、電波方位検出器６の動作は、実施の形態１における電波方位検出器と同様であり、車載器位置検出装置１６からみた電波発信源、すなわち車載器２の鉛直方向の角度、および水平方向の角度が算出される。
【００４０】
次に、電波方位エレベーション成分検出器１３の動作については、電波方位検出装置６と動作原理は同様であり、電波発信源、すなわち車載器２のエレベーション成分が検出される。
【００４１】
同様に、電波方位アジマス成分検出器１５の動作についても、電波方位検出器６と動作原理は同様であり、電波発信源、すなわち車載器２のアジマス成分が検出される。
【００４２】
従って、電波方位検出器６、電波方位エレベーション成分検出器１３、電波方位アジマス成分検出器１５からの車載器方位情報により、電波源位置算出部１４において、電波発信源すなわち車載器２の空間上の位置情報が算出される。
【００４３】
ここで、車載器位置検出装置１６における電波方位検出器６のアンテナ７ａ、７ｂ、７ｃ、および電波方位エレベーション成分検出器１３のアンテナ７ｄ、７ｅ、および電波方位アジマス成分検出器１５のアンテナ７ｆ、７ｇは、図６のように配置される。
すなわち、電波方位検出器６、および電波方位エレベーション成分検出器１３は、鉛直方向に並べて配置される。また、電波方位検出器６、および電波方位アジマス成分検出器１５は、水平方向に並べて配置される。
電波方位検出器６は、鉛直方向に並べて配置されたアンテナ７ａ、７ｂによって電波到来方向エレベーション成分を、水平方向に並べて配置されたアンテナ７ａ、７ｃによって、アジマス成分を検出することができる。
なお、図６において、電波方位アジマス成分検出器１５は、電波方位検出器６の右側に配置されているが、電波方位検出装置６の左側に配置した場合においても同様の動作が可能である。
【００４４】
また、電波方位エレベーション成分検出器１３は、アンテナ７ｄ、７ｅを鉛直方向に並べて配置することにより、電波到来方向のエレベーション成分を検出することができる。
一方、電波方位アジマス成分検出器１５は、アンテナ７ｆ、７ｇを水平方向に並べて配置することにより、電波到来方向のアジマス成分を検出することができる。
【００４５】
次に、車載器位置算出部１４における処理について、図７を用いて説明する。
ここで、Ｗは、電波方位検出器６と電波方位アジマス成分検出器１５との取り付け間隔距離であり、この値は既知である。電波方位検出器６、および電波方位アジマス成分検出器１５にて受信された電波の到来角度において、アジマス成分の角度をそれぞれγ、δとする。
ここで、γ、δは電波方位検出器６、および電波方位アジマス成分検出器１５にて算出される。この場合、電波方位検出器６の中心軸から、車載器を搭載した車両３の走行方向に車載器２の中心を延長したラインまでのずれ量ｗは、数４によって求められる。
【００４６】
【数４】

【００４７】
なお、図７および図８において、車載器位置検出装置１６が車載器を搭載した車両３の走行方向に対して、対向する状態で前傾してあるが、直立した状態においても同様の機能を発揮することは論を待たない。
【００４８】
すなわち、上記のような実施の形態によれば、車載器の空間位置を精度よく算出できる効果があり、フリーフロー料金所において、複数の車載器を識別する等の用途に使用することができる。
さらに、車載器の搭載高さを限定せずに、高い位置検出精度を得ることができる。
【００４９】
実施の形態３．
図９は、車載器位置検出装置のまた別のアンテナ配置図であり、１２ｂは車載器の方位を検出する車載器位置検出装置である。
この実施の形態３は、実施の形態２の装置のアンテナ配置図（図６）に対して、電波方位検出器６、および電波方位アジマス成分検出器１５で構成されたものである。図において、実施の形態２と同一または相当部分には同一符号を付してあるので説明は省略する。
また、個々の動作は、実施の形態１および２において説明した内容と同様であるので、ここでは省略する。
【００５０】
すなわち、上記のような実施の形態によれば、車載器位置検出装置１６から見た電波発信源、すなわち車載器２の水平方向の角度が算出されるため、車載器の方位および車載器位置検出装置前方方向における車載器の位置を精度よく算出できる効果があり、正確な位置計測および車種判別等の用途に使用することができる。
【００５１】
【発明の効果】
第１の発明によれば、車載器の設置高さおよび車載器位置検出装置前方方向における車載器の位置を精度よく算出できる効果があり、正確な位置計測および車種判別等の用途に使用することができる。
【００５２】
第２の発明によれば、車載器の方位および車載器位置検出装置前方方向における車載器の位置を精度よく算出できる効果があり、正確な位置計測および車種判別等の用途に使用することができる。
【００５３】
第３の発明によれば、車載器の空間位置を精度よく算出できる効果があり、フリーフロー料金所において複数の車載器を識別する等の用途に使用することができる。
【００５４】
第１〜第３の発明によれば、車載器の搭載高さを限定せずに、高い位置検出精度を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明による実施の形態１の装置構成を表す構成図である。
【図２】この発明による実施の形態１の装置におけるアンテナ配置図である。
【図３】この発明による実施の形態１の装置における車載器の位置検出の原理を説明するための説明図である。
【図４】この発明による実施の形態１の装置における料金所を示す外観図である。
【図５】この発明による実施の形態２の装置構成を表す構成図である。
【図６】この発明による実施の形態２の装置におけるアンテナ配置図である。
【図７】この発明による実施の形態２の装置における車載器の位置検出の原理を説明するための説明図である。
【図８】この発明による実施の形態２の装置における料金所を示す外観図である。
【図９】この発明による実施の形態３の装置におけるアンテナ配置図である。
【図１０】従来装置における料金所を示す外観図である。
【図１１】従来装置の構成を表す構成図である。
【図１２】電波方位検出装置の原理を説明するための説明図である。
【図１３】従来装置のアンテナ配置図である。
【図１４】従来装置の活用例を表す説明図である。
【図１５】従来装置の問題点の例を表す説明図である。
【図１６】従来装置の問題点の例を表す説明図である。
【符号の説明】
１料金所、２車載器、３車載器を搭載した車両、４車両検知器、５無線装置、６電波方位検出器、７アンテナ、８受信部、９位相検出部、１０方向算出部、１１車載器を搭載しない車両、１２ａ、１２ｂ車載器位置検出装置、１３電波方位エレベーション成分検出器、１４電波源位置算出部、１５電波方位アジマス成分検出器、１６車載器位置検出装置

Claims

無線装置を介して車両に搭載された車載器との間で利用料金の収受に関する情報の授受を行う自動料金収受システムにおいて、車載器が複数存在した場合に通信を行っている車載器を特定するために用いられる車載器位置検出装置であって、
方位を検出するための複数のアンテナを直交方向に配列し、前記アンテナの設置場所から見た前記車載器から到来する電波の鉛直方向及び水平方向の方位を共に検出する電波方位検出器と、
前記電波方位検出器のアンテナと同一平面上で、かつ前記電波方位検出器のアンテナにおける鉛直方向の異なる位置に複数の他のアンテナを配列し、前記車載器の方位の内、鉛直方向であるエレベーション成分を検出する電波方位エレベーション成分検出器と、
前記電波方位検出器、および前記電波方位エレベーション成分検出器によって検出する前記車載器の方位情報により、前記車載器の設置高さ、および前記電波方位検出器から前記車載器までの距離を算出する電波源位置算出部と、
を備えたことを特徴とする車載器位置検出装置。