JP6369824B2 - 車両検出装置、車線制御システム、車両検出方法、及びプログラム - Google Patents

車両検出装置、車線制御システム、車両検出方法、及びプログラム Download PDF

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Description

本発明は、電子料金収受システムを利用した走行レーンを走行する車両を検出するための車両検出装置、車線制御システム、車両検出方法、及びプログラムに関する。
有料道路の自動料金収受を目的とした電子料金収受システム（例えば、ＥＴＣ（登録商標、Ｅｌｅｃｔｏｒｏｎｉｃｓ Ｔｏｌｌ Ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）は、ＩＴＳ（Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｓｙｓｔｅｍｓ：高度交通システム）におけるアプリケーションとして注目されている。この電子料金収受システムは、料金所に設置された路側機と、車両に搭載した車載器との間の無線通信によって、通行料金を徴収することができるようにしたものである。路側機は、各走行レーンと対応して設けられ、車載器と無線通信を行うための路側アンテナを含む。この路側アンテナは、対応する通信領域を含む走行レーンを走行する車両の車載器との無線通信によって、通行料金の徴収に必要な情報の送受信を行う。
この路側アンテナと車載器との間で通信を行う場合の問題点として、路側アンテナが、対応する通信領域を含む走行レーン以外、例えば隣接する他の走行レーンを走行する車両の車載器からの電波も受信してしまうという問題がある。
上記問題に対して、受信する電波の到来方向を検出する検出器を路側機に設け、検出した電波の到来方向に基づき、対応する通信領域を含む走行レーンからの電波であるか否かを判定し、隣接の走行レーンからの電波である場合、この電波を発信した車載器との通信を制限し、対象ではない車載器との誤通信を回避するものがある（例えば、特許文献１参照）。
また、対応する通信領域を含む走行レーン以外を走行する車両の車載器から発信される電波が、例えば料金所の天井などの路上構造物で反射して路側アンテナが受信することにより、対象でない車載器と誤通信してしまうことを防止するために、路上構造物に電波吸収パネルを設置する技術がある（例えば、特許文献２参照）。
特開２０１２−２４７９５８号公報 特開２００３−１１９７２６号公報
しかしながら特許文献１の技術では、路側アンテナとの通信領域を含む走行レーン以外、例えば上記のとおり隣接する走行レーンを走行している車両の車載器から発信された電波が、走行レーンの天井や側壁等の路上構造物に反射すると、対象でない車載器と誤通信してしまう場合があった。具体的には、対応する通信領域を含む走行レーン以外を走行する車両の車載器から発信された電波が路上構造物で反射され、最終的に対応する通信領域を含む走行レーンで反射した電波が当該路側アンテナに入射してしまう場合がある。この場合、路側機側では方向検出器により電波の到来方向を検知することにより、対応する通信領域を含む走行レーンからの電波かどうかを判断しているため、最終的に対応する通信領域を含む走行レーンで反射した電波を、対応する通信領域を含む走行レーンを走行する車載器から発信された電波であると誤検知してしまう。
このような問題を解消するために、特許文献２の技術を利用して様々な路上構造物に対して電波吸収パネルを設置することも考えられるが、対象となる路上構造物の全てに対して電波吸収パネルを設置するためには膨大なコストがかかり現実的ではない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、対応する路側アンテナの通信領域を含む走行レーンを走行している車両を検出する際に、当該通信領域を含む走行レーン以外に位置する車載器が搭載された車両を当該アンテナで誤検出してしまうことを抑制することができる車両検出装置、車線制御システム、車両検出方法、及びプログラムを提供することにある。
上記問題を解決するために、本発明に係る車両検出装置の一態様は、複数の走行レーンのうち対象走行レーンと対応して設けられ、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、前記複数の走行レーンの中から前記対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出装置であって、前記車載器から受信した電波の到来方向を検出する方向検出部で検出された電波の到来方向に基づいて、前記方向検出部で検出された電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算部と、前記位置演算部により求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出部と、前記移動方向検出部で検出された前記方向ベクトルが前記対象走行レーンにおいて前記車両が進行すると期待される方向に沿う方向であるか否かに基づいて、電波を発信した車両が前記対象走行レーンを走行する車両であるか否かを判定する走行レーン判定部とを備える。
また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記走行レーン判定部は、前記移動方向検出部によって検出された前記方向ベクトルが、前記対象走行レーンにおける進行方向に沿っている方向である場合、前記対象走行レーンを走行していると判定する。
また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、上記車両検出装置は、前記複数の走行レーンのうちのいずれか一つの前記対象走行レーンに対応して設けられており、前記位置演算部で求められた位置が、前記対象走行レーン上の定められた範囲内であるか否かを判定する位置判定部をさらに備え、前記移動方向検出部は、前記位置判定部で定められた範囲内であることが判定された前記推定発信位置に基づいて前記推定発信位置の方向ベクトルを検出する。
また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記車両検出装置は、前記走行レーン判定部によって前記対象走行レーンを走行していないと判定された前記車両に搭載された前記車載器との通信を制限する通信制御部をさらに備える。
また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、前記移動方向検出部は、前記位置演算部により求められた複数の前記推定発信位置のうち少なくとも３つ以上の位置に基づいて、前記推定発信位置の方向ベクトルを検出する。
また、本発明の一態様は、上記に記載の発明において、複数の走行レーンのうち対象走行レーンと対応して設けられ、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、前記複数の走行レーンの中から前記対象走行レーンを走行する前記車両を検出する車両検出装置であって、前記車載器から受信した電波の到来方向を検出する方向検出部で検出された電波の到来方向に基づいて、前記方向検出部で検出された電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算部と、前記位置演算部により求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出部と、を備える。
上記問題を解決するために、本発明に係る車線制御システムの一態様は、上述のうちいずれかの車両検出装置と、前記車両検出装置と通信可能に接続され、前記走行レーン判定部によって前記対象走行レーンを走行していると判定された前記車載器から発信された電波に含まれる情報に基づき、所定の情報処理を実行する車線制御装置と、を備える。
上記問題を解決するために、本発明に係る車両検出方法の一態様は、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、複数の走行レーンの中から対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出方法であって、前記車載器から受信した電波の到来方向に基づいて、前記電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算ステップと、前記位置演算ステップにより求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出ステップと、前記移動方向検出ステップにより検出された前記方向ベクトルが前記対象走行レーンにおいて前記車両が進行すると期待される方向に沿う方向であるか否かに基づいて、電波を発信した車両が前記対象走行レーンを走行する車両であるか否かを判定する走行レーン判定ステップとを備える。
上記問題を解決するために、本発明に係るプログラムの一態様は、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、複数の走行レーンのうち対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出装置を動作させるコンピュータを、前記車載器から受信した電波の到来方向を検出する方向検出部で検出された電波の到来方向に基づいて、前記方向検出部で検出された電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算手段、前記位置演算手段により求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出手段、前記移動方向検出手段で検出された前記方向ベクトルが前記対象走行レーンにおいて前記車両が進行すると期待される方向に沿う方向であるか否かに基づいて、電波を発信した車両が前記対象走行レーンを走行する車両であるか否かを判定する走行レーン判定手段として機能させることを特徴とするプログラムである。
この発明によれば、対応する路側アンテナの通信領域を含む走行レーンを走行している車両を検出する際に、当該通信領域を含む走行レーン以外に位置する車載器が搭載された車両を、当該アンテナで誤検出してしまうことを抑制することができる。
本発明の一実施形態に係る車両検出装置が利用可能な車線制御システムの一例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る車両検出装置が利用可能な車線制御システムの構成例を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る車両検出装置の構成例を示すブロック図である。 水平角度θＨと垂直角度θＶと推定発信位置との関係を示す図である。 本発明の一実施形態に係る車両検出方法の一例を示すフローチャートである。 ＡＯＡアンテナが備えるアンテナ素子の配置の一例について説明するための図である。 ＡＯＡアンテナの構成例を示すブロック図である。 水平角度θＨと垂直角度θＶについて説明するための図である。 推定発信位置の移動経路の一例を示す図である。 推定発信位置の移動経路の他の例を示す図である。
以下、本発明の一実施形態に係る車両検出装置が利用可能な車線制御システムの一例について図面を参照して説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る車両検出装置が利用可能な車線制御システムの一例を示す概略図である。
図１に示すように、料金所では、複数の走行レーン１０１，１０２，１０３…が並んで設けられている。図示の例において、走行レーン１０１，１０２，１０３は料金徴収の対象となる走行レーンであって、料金徴収は、走行レーンごとに行われる。つまり、各走行レーン１０１，１０２，１０３を走行する車両の車載器は、走行レーンごとに設けられたＡＯＡアンテナ及び路側アンテナと通信することにより、料金が徴収される。図示の例では、走行レーン１０１に対応するＡＯＡアンテナ１０４及び路側アンテナ１０５と、走行レーン１０２に対応するＡＯＡアンテナ１０４２及び路側アンテナ１０５２とが、ガントリ１１０に設けられている。この走行レーン１０１を車両２０１が走行しており、走行レーン１０２を車両２０２が走行しており、走行レーン１０３を車両２０３が走行している。なお、各車両２０１，２０２，２０３には、車載器３０１，３０２，３０３がそれぞれ搭載されている。
本実施形態において、路側機は、ガントリ１１０と、ＡＯＡアンテナ１０４と、路側アンテナ１０５と、車両検出装置１０６（図２参照）と、中継装置１０７（図２参照）とを含む。本実施形態において、路側機は、走行レーンに対応して設けられており、ガントリ１１０と、ＡＯＡアンテナ１０４と、路側アンテナ１０５と、車両検出装置１０６（図２参照）と、中継装置１０７（図２参照）とは、走行レーン１０１と対応する路側機の構成である。なお、走行レーン１０２にも、全ての構成の図示は省略するが、ガントリ１１０に搭載されたＡＯＡアンテナ１０４２と路側アンテナ１０５２と車両検出装置と中継装置とを含む路側機が設けられている。なお、ガントリ１１０は、走行レーン１０１，１０２の路側機が共有する構成である。
図示の例では、ガントリ１１０が走行レーン１０１，１０２を跨ぐように設けられており、このガントリ１１０には、ＡＯＡ（Ａｎｇｌｅ Ｏｆ Ａｒｒｉｖａｌ）アンテナ１０４，１０４２（方向検出部）と、路側アンテナ１０５，１０５２とが取り付けられている。また、ＡＯＡアンテナ１０４と路側アンテナ１０５は、走行レーン１０１と対応して、当該走行レーン１０１の上方の幅方向中央部に設置されており、ＡＯＡアンテナ１０４２と路側アンテナ１０５２は、走行レーン１０２と対応して、当該走行レーン１０２の上方の幅方向中央部に設置されている。
また、図１の例では、ＡＯＡアンテナ１０４又は路側アンテナ１０５がガントリ１１０に設けられる際に収容される設置箱の中に、車両検出装置１０６（図２参照）と中継装置１０７（図２参照）が搭載されている。この車両検出装置１０６は、ＡＯＡアンテナ１０４及び路側アンテナ１０５と電気的に接続されており、ＡＯＡアンテナ１０４及び路側アンテナ１０５が受信した電波に基づく出力信号を、ＡＯＡアンテナ１０４及び路側アンテナ１０５から入力する。この中継装置１０７は、車両検出装置１０６と接続されている。
なお、中継装置１０７を介して車両検出装置１０６と通信を行う車線制御装置１０８（図２参照）が、通信塔（図示せず）に設けられている。さらに、車線制御装置１０８（図２参照）は、複数の車線制御装置と接続され、複数の車線制御装置からの情報に基づき、路側アンテナ１０５との通信領域を含む走行レーンを走行する車両の車載器との間で、課金処理等の情報処理が可能な中央処理装置１０９と接続されている。
走行レーン１０１には、車両検出装置１０６と車載器３０１等との通信の確立が許可される領域（以下、通信領域という）が予め決められている。言い換えると、通信領域の外縁は、車両検出装置１０６と車載器３０１等との通信の確立を制限する境界線である。よって、車両検出装置１０６は、通信領域よりも外側の領域に存在する車載器から電波を受信したとしても、当該車載器との通信の確立を制限する。図示の例において、通信領域は、対応付けられた走行レーン１０１上であって、且つ、路側アンテナ１０５の真下から走行レーンの進行方向と逆方向に４ｍの範囲内である。
図１の例では、通信領域に、車両２０１（車載器３０１）が位置するように示されている。よって、図２に示す状態で、車両検出装置１０６は、路側アンテナ１０５を介して、車両２０１に搭載された車載器３０１と通信を確立することが可能であり、車線制御装置１０８（又は中央処理装置１０９）は、通信を確立した車載器３０１に対して課金処理を実行することができる。
一方、車両２０２は、走行レーン１０２において車両２０１の後方を走行している。しかしながら、この状態において、図示の通り、車載器３０２から発信された電波が例えば通信領域内に位置する車両２０１に反射した後、ＡＯＡアンテナ１０４に入射したとする。この場合、車両検出装置１０６は、ＡＯＡアンテナ１０４が検出した電波の到来方向に基づき車載器の位置を求めるため、車載器３０２から発信された電波が、車両２０１で反射された電波の反射位置（つまり、車両２０１が走行している位置）から発信されたものとして検出する。よって、車両２０１が電波を反射した反射位置を、車載器３０２が電波を発信した位置であるとして誤検出される虞がある。この場合、走行レーン１０１を走行していない車両２０２の車載器３０２が、走行レーン１０１の路側アンテナ１０５との間で通信を確立してしまうという問題が生じ得る。この場合、車載器３０２は、走行レーン１０２に設けられた路側アンテナ１０５２との間でも通信を確立してしまうため、料金が重複して課金される虞がある。
また、車両２０３は、路側アンテナ１０５，１０５２が設置されていない隣のレーンである走行レーン１０３を走行しており、本来、車両検出装置１０６との通信対象ではない車両である。しかしながら、この状態において、図示の通り、車載器３０３から発信された電波が車両２０２に反射した後、ＡＯＡアンテナ１０４２に入射したとする。この場合、走行レーン１０２に対応する車両検出装置（図示せず）は、ＡＯＡアンテナ１０４２が検出した電波の到来方向に基づき車載器の位置を求めるため、車載器３０３から発信された電波が、車両２０２で反射された電波の反射位置（つまり、車両２０２が走行している位置）から発信されたものとして検出する。よって、車両２０２が電波を反射した反射位置を、車載器３０３が電波を発信した位置であるとして誤検出される虞がある。この場合、走行レーン１０２を走行していない車両２０３の車載器３０３が、走行レーン１０２の路側アンテナ１０５２との間で通信を確立してしまうという問題が生じ得る。
さらに、車載器３０２，３０３から出射された電波が走行レーン１０１，１０２，１０３の天井や路面又は路側壁面等に反射して、走行レーン１０１の通信領域内の路面で反射した後、ＡＯＡアンテナ１０４に入射する場合もある。このような場合、車両検出装置１０６は、ＡＯＡアンテナ１０４が検出した電波の到来方向に基づき車載器の位置を求めるため、車載器３０２，３０３から発信された電波が、走行レーン１０１の路面で反射された電波の反射位置（つまり、走行レーン１０１の通信領域内の位置）から発信されたものとして検出する。よって、走行レーン１０１の通信領域内の路面が電波を反射した反射位置を、車載器３０２，３０３が電波を発信した位置であるとして誤検出される虞がある。この場合、走行レーン１０１を走行していない車両２０２，２０３の車載器３０２，３０３が、走行レーン１０１の路側アンテナ１０５との間で通信を確立してしまうという問題が生じ得る。
本発明に係る車両検出装置は、上記問題を解決する一の態様として、以下の構成を備える。
図２は、本実施形態に係る車線制御システムの構成例を示す概略図である。
図示の通り、本実施形態に係る車線制御システムは、ＡＯＡアンテナ１０４と、路側アンテナ１０５と、車両検出装置１０６と、中継装置１０７と、車線制御装置１０８と、中央処理装置１０９と、を備える。なお、これらの構成は、走行レーン１０１に対応するものであって、車線制御システムは、他の走行レーン１０２に対応するＡＯＡアンテナ１０４２と、路側アンテナ１０５２と、車両検出装置と、中継装置と、車線制御装置とを備えるものであってもよい。また、車両検出装置１０６、中継装置１０７、及び車線制御装置１０８は、走行レーン１０１，１０２の両方に対応する兼用構成であってもよい。
この車両検出装置１０６は、例えば、車両が走行する複数の走行レーンのうち対象走行レーンと対応して設けられ、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて走行レーンを走行する車両を検出する。本実施形態において、車両検出装置１０６は、複数の走行レーンをうち路面上に路側アンテナ１０５との通信領域が決められている一の対象走行レーンである走行レーン１０１を走行する車両を検知する例について説明するが、本発明はこれに限られない。例えば、車両検出装置１０６が、複数の走行レーン１０１，１０２に対応付けられており、この複数の走行レーン１０１又は走行レーン１０２を走行する車両を検出するものであってもよい。
ＡＯＡアンテナ１０４は、受信した電波の到来方向を検出する方向検出部である。本実施形態において、ＡＯＡアンテナ１０４は、車載器から受信した電波の位相差に基づき、車載器から発信された電波が受光面に入射する角度（以下、電波到来角度という）を算出する。本実施形態において、ＡＯＡアンテナ１０４は、水平面上の電波到来角度である水平角度θＨと、垂直面上の電波到来角度である垂直角度θＶとを、算出する。ＡＯＡアンテナ１０４は、受信する電波の到来方向を示す情報として算出した水平角度θＨと垂直角度θＶとを示す情報（以下、電波到来角度情報という）を、車両検出装置１０６に出力する。
このＡＯＡアンテナ１０４は、車両に搭載された車載器との間で無線通信を行うためのものであり、且つ、車載器の推定発信位置を検出のために電波到来角度の測定を行うことができるように複数のアンテナ素子からなるものである。かかるＡＯＡアンテナ１０４としては、例えばマイクロストリップアンテナ素子をアレイ状に配した構成のマイクロストリップアレイアンテナなどを用いることができる。このマイクロストリップアレイアンテナは各アレイアンテナ素子に入射される電波信号の振幅と位相を操作することにより、比較的容易に任意の指向性を形成することが可能なものである。
路側アンテナ１０５は、車載器とＤＳＲＣ（Ｄｅｄｉｃａｔｅｄ Ｓｈｏｒｔ Ｒａｎｇｅ Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ）通信を実施し、車載器から送信される電波信号に基づき、車載器ＩＤや車種情報等を含む車載器データを取得し、車両検出装置１０６に出力する。この車載器ＩＤとは、各車載器を識別するための識別情報である。車種情報とは、車両の種類（小型車、中型車、大型車・・・等）や、料金割引対象の有無を示す情報等を含む。
車両検出装置１０６は、路側アンテナ１０５から料金収受のため送信データを含む電波を発信し、路側アンテナ１０５で受信する車載器からの電波を検波（復調）して同電波に含まれる料金収受のための車載器データ（車載器ＩＤ、車種情報等）を取得する。また、車両検出装置１０６は、対象走行レーン上の車両を検出する車両検出処理を実行する。この車両検出処理の詳細については、図３を参照して後述する。
中継装置１０７は、車両検出装置１０６と車線制御装置１０８との間の通信処理を実行し、例えば、光通信により車両検出装置１０６と車線制御装置１０８とを接続する。
車線制御装置１０８は、中継装置１０７を介して、車両検出装置１０６からの情報を受信するとともに、通信が確立された車載器から受信した車載器データに基づき、料金徴収のための処理、例えば、通行料金の課金処理を実行する。
また、車線制御装置１０８は、課金処理等を実行した車載器の車載器ＩＤに、課金処理を実行したことを示す情報や、車載器データ、車両検出装置１０６によって検出された推定発信位置を示す位置情報と、水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報と、電波の到来時刻を示す情報とを対応付けて、自身の記憶部に格納する。
さらに、車線制御装置１０８は、通信領域を示す電波到来角度の閾値を設定し、設定した電波到来角度の閾値情報を車両検出装置１０６に送信する。この車線制御装置１０８は、例えば、ＡＯＡアンテナ１０４が設置されている路面からの高さ、車載器の平均的な高さ、該当走行レーンの幅やアイランドの幅等を示す情報を入力し、通信領域を示す電波到来角度の閾値を算出し、設定することができる。なお、車載器の高さは、後述の通り、路側アンテナ１０５から受信する車種情報に基づき、車種ごとに予め決められた平均的な高さが用いられるものであってもよい。
なお、本実施形態において、課金処理は車線制御装置１０８によって実行される例について説明するが、本発明はこれに限られず、複数の車線制御装置と接続され、複数の車線制御装置を統括的に制御する中央処理装置１０９によって実行されるものであってもよい。
次に、図３を参照して、車両検出装置１０６の構成例について説明する。図３は、本実施形態に係る車両検出装置１０６の構成例を示すブロック図である。
図３に示す通り、車両検出装置１０６は、紐付け部１６０と、位置演算部１６１と、位置判定部１６２と、移動方向検出部１６３と、走行レーン判定部１６４と、通信制御部１６５と、記憶部１６６と、受信データ解析部１６７と、を備え、車両検出処理を実行する。
紐付け部１６０は、ＡＯＡアンテナ１０４に電波が入射した時刻を示す時刻情報と、路側アンテナ１０５に電波が入射した時刻を示す時刻情報に基づき、同一電波に基づく電波到来角度情報と車載器データとを対応付けて、記憶部１６６に格納する。なお、電波が入射した時刻は、ＡＯＡアンテナ１０４や路側アンテナ１０５に設けられる計時部によって計時されるものであってもよい。また、紐付け部１６０は、電波到来角度情報と車載器データが車両検出装置１０６に入力する時間が誤差範囲内である場合に、同一電波に基づく電波到来角度情報及び車載器データであると判定するものであってもよい。また、車載器から送信される電波には、車載器データとして、出射された順番を示すシーケンシャル番号が含まれている。よって、紐付け部１６０は、シーケンシャル番号ごと、路側アンテナ１０５から入力する車載器データを識別することができる。
位置演算部１６１は、ＡＯＡアンテナ１０４によって検出された電波の到来方向に基づいて、ＡＯＡアンテナ１０４で検出された電波が対応する走行レーン１０１上から発信させられたものとして、対応する走行レーン１０１上の推定発信位置を求める。本実施形態において、位置演算部１６１は、ＡＯＡアンテナ１０４から出力される電波到来角度情報に基づき、推定発信位置を求め、求めた推定発信位置を示す位置情報を、位置判定部１６２及び移動方向検出部１６３に出力する。
ここで、図４を参照して、本実施形態に係る水平角度θＨと垂直角度θＶとの一例について説明する。図４は、水平角度θＨと垂直角度θＶと推定発信位置との関係を示す図である。
図４に示す通り、ＡＯＡアンテナ１０４は、基準位置に位置されており、図示の例では、ＡＯＡアンテナ１０４の位置が、ＸＹＺ座標系の原点（基準位置）と決められている。このＸＹＺ座標系では、走行レーンの進行方向と平行な方向に沿い、基準位置から進行方向と逆方向を正としてＸ軸が設定されている。また、走行レーンの進行方向と直交する方向にＹ軸が設定されている。また、鉛直方向に沿い、基準位置から下向きを正としてＺ軸が設定されている。本実施形態で、垂直角度θＶは、Ｚ軸を基準線として鉛直面内で進行方向と逆方向に向かう向きを正とした角度に設定されている。また、本実施形態で、水平角度θＨは、Ｘ軸を基準線として水平面内で通信領域を含む走行レーンの幅方向の一方側に向かう向きを正とした角度に設定されている。
そして、ＡＯＡアンテナ１０４は、検出した電波の垂直角度θＶおよび水平角度θＨを求めることより当該電波の到来方向を検出する。なお、電波の到来方向としてはこれに限るものではない。例えば、角度として上記垂直角度θＶおよび水平角度θＨではなく、別の角度成分によって表すものとしても良い。また、角度成分であらわすのに限らず、たとえば３つの座標（ＸＹＺ座標値）により表すものとしても良い。
位置演算部１６１は、これら水平角度θＨと垂直角度θＶとで表される到来方向が示す対象走行レーン上に設定された面内の点Ｐｉを求め、推定発信位置とする。なお、車載器は、車両内に搭載されているため、図４に示す通り、水平角度θＨと垂直角度θＶとで表される方向に存在する走行レーンの路面上の位置Ｐ０ではなく、水平角度θＨと垂直角度θＶとで表される方向に存在する車載器の高さに等しい面内の点Ｐｉを、推定発信位置とすることが好ましい。この位置演算部１６１は、平均的な車載器の高さを既定値として用いるものであってもよく、路側アンテナ１０５が受信した車種情報に基づき車種ごとにそれぞれ決められている車載器の高さを示す情報を用いて、車種に応じた車載器の高さに等しい推定発信位置点Ｐｉを算出するものであってもよい。
位置判定部１６２は、位置演算部１６１によって求められた位置情報、又は、ＡＯＡアンテナ１０４からの水平角度θＨ及び垂直角度θＶに基づき、車載器の推定発信位置が通信領域の範囲内であるか否かを判定する車両位置判定を実行する。この位置判定部１６２は、判定結果を走行レーン判定部１６４に出力する。
例えば、通信領域を示す電波到来角度の閾値が、記憶部１６６に記憶されている。この電波到来角度の閾値は、水平角度θＨ及び垂直角度θＶによって定義されるものである。また、電波到来角度の閾値は、水平角度θＨ及び垂直角度θＶのそれぞれに対応して設定されている。位置判定部１６２は、水平角度θＨ及び垂直角度θＶが電波到来角度の閾値を超えた場合、車載器の推定発信位置が通信領域の範囲外であると判定する。具体的に説明すると、電波到来角度の閾値は、通信領域の外縁の位置を示す角度であって、水平角度θＨ及び垂直角度θＶで示される閾値である。つまり、電波到来角度の閾値は、ＡＯＡアンテナ１０４によって検出された水平角度θＨ及び垂直角度θＶを推定発信位置に変換した場合、この推定発信位置が通信領域の外側となるか否かを判定する閾値である。
なお、通信領域の外縁の位置に相当する位置情報であって、例えば位置演算部１６１によって求められる位置の閾値が、記憶部１６６に記憶されているものであってもよい。この場合、位置判定部１６２は、位置演算部１６１が求めた推定発信位置が閾値を超えた場合、つまり、位置演算部１６１が求めた推定発信位置が通信領域の外側となった場合、車載器の推定発信位置が通信領域の範囲外であると判定する。
移動方向検出部１６３は、位置演算部１６１によって算出された位置情報であって、同一車載器の推定発信位置を示す複数の位置情報に基づき、当該車載器の推定発信位置の移動方向を算出し、算出した移動方向を示す移動方向情報を走行レーン判定部１６４に出力する。
この移動方向検出部１６３は、同一車載器の複数の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分が示す向きを検出する。例えば、移動方向検出部１６３は、同一車載器の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の推定発信位置間の方向ベクトルを、移動方向情報として算出することができる。また、移動方向検出部１６３は、同一車載器の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の複数の推定発信位置間の方向ベクトルの平均値を、移動方向情報として算出することができる。
なお、移動方向検出部１６３は、同一車載器の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分が示す向きが、通信領域を含む対象走行レーン上の進行方向に対してどの程度ずれているのを示す情報、例えば、同一車載器の推定発信位置の分散値（又は標本分散）を算出し、移動方向情報として取得するものであってもよい。具体的には、移動方向検出部１６３は、通信領域を含む対象走行レーン上の決められた進行方向を期待値とすると、複数の推定発信位置が期待値からどれだけ散らばっているのかを示す値を分散値（又は標本分散）として算出することができる。
走行レーン判定部１６４は、移動方向検出部１６３が算出した移動方向に基づいて対応する対象走行レーンを走行しているか否かを判定する。例えば、走行レーン判定部１６４は、入力する移動方向情報に基づき、対応する通信領域を含む対象走行レーンを走行している車両に搭載された車載器の移動軌跡であるか否かを判定する車両移動方向判定を実行する。この走行レーン判定部１６４は、判定結果を通信制御部１６５に出力する。
例えば、走行レーン判定部１６４は、移動方向検出部１６３が算出した移動方向が、対応する走行レーン１０１上の進行方向に沿っている方向であるか否かを判定する。同一車載器の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分が示す向きが、予め決められた範囲内でない場合、走行レーン判定部１６４は、移動方向が対応する走行レーン１０１の進行方向に沿っている方向でないと判定する。
具体的に説明すると、走行レーン判定部１６４は、同一車載器の２点の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の推定発信位置間の方向ベクトルが、対応する走行レーン１０１上の進行方向から予め決められた閾値（角度）以上外れている場合、移動方向が対応する走行レーン１０１の進行方向に沿っている方向でないと判定する。また、走行レーン判定部１６４は、同一車載器の３点以上の推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の推定発信位置間の方向ベクトルの平均が、対応する走行レーン１０１上の進行方向から予め決められた閾値（角度）以上外れている場合、移動方向が対応する走行レーン１０１の進行方向に沿っている方向でないと判定する。
また、同一車載器の３点以上の推定発信位置の分散値（標本分散）に基づき、予め決められた閾値以上の分散があったと判定した場合、走行レーン判定部１６４は、移動方向検出部１６３が算出した移動方向が対応する走行レーン１０１の進行方向に沿っている方向でないと判定する。なお、走行レーン判定部１６４は、同一車載器の３点以上の推定発信位置間の方向ベクトルの平均に基づく判定と、同一車載器の３点以上の推定発信位置の分散値（標本分散）に基づく判定とを組み合わせることにより、移動方向が進行方向に沿っているか否かの判定精度を高めることができる。つまり、前者の判定の場合、複数の推定発信位置が進行方向の左右にばらついていても平均することで、このばらつきを検出し難い場合があるが、後者の判定を組み合わせることにより、このようなばらつきを検出することができる。
なお、本実施形態において、走行レーン判定部１６４は、位置判定部１６２によって推定発信位置が通信領域の範囲内に存在していると判定された車載器についてのみ、車両移動方向判定を実行するものである。
通信制御部１６５は、通信領域を含む対象走行レーンを車両（車載器）が走行していないと走行レーン判定部１６４が判定した場合、当該車載器との通信の確立を制限する。具体的に説明すると、通信制御部１６５は、通信の確立が制限されている車載器からの車載器データは、車線制御装置１０８に送信せず、且つ、通信の確立が制限されている車載器に対しては車線制御装置１０８からの情報を転送しない。すなわち、通信制御部１６５は、通信の確立が許可された車載器からの車載器データを中継装置１０７を介して車線制御装置１０８に送信するとともに、通信の確立が許可された車載器に対してのみ車線制御装置１０８からの情報を転送する。
なお、本発明はこれに限らず、通信制御部１６５は、路側アンテナ１０５から受信した車載器データを全て車線制御装置１０８に送信する。そして、走行レーン判定部１６４が、受信した電波が、通信領域を含む対象走行レーンを走行していない車両（車載器）からの電波であることを判定した場合のみ、通信制御部１６５は、判定結果を車線制御装置１０８に送信するものであってもよい。例えば、通信制御部１６５は、通信領域を含む対象走行レーンを走行していない車両（車載器）からの電波であることが判定された電波に対応する車載器データに含まれる車載器ＩＤを示す情報を車線制御装置１０８に送信する。そして、車線制御装置１０８は、通信制御部１６５から受信した走行レーン判定部１６４の判定結果と車載器ＩＤに基づき、車載器との通信の確立を制限する。
次に、図５を参照して、本実施形態に係る車両検出方法の一例について説明する。図５は、本実施形態に係る車両検出方法の一例を示すフローチャートである。
例えば、車載器３０１が、車載器データを含む電波Ｗ１を発信したとする。なお、車載器３０１は、予め決められた時間間隔で複数の電波を継続して発信している。
（ステップＳＴ１０１）
すると、ＡＯＡアンテナ１０４は、この電波Ｗ１を受信し、この電波Ｗ１の到来方向を示す水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報を算出し、車両検出装置１０６に出力する。
（ステップＳＴ１０２）
また、路側アンテナ１０５は、この電波Ｗ１を受信し、この電波Ｗ１に含まれている車載器データを含む受信信号を、車両検出装置１０６に出力する。なお、この電波Ｗ１に含まれる車載器データには、少なくとも車載器３０１の車載器ＩＤが含まれている。
（ステップＳＴ１０３）
車両検出装置１０６の紐付け部１６０は、ＡＯＡアンテナ１０４が電波Ｗ１を受信したタイミングと、路側アンテナ１０５が電波Ｗ１を受信したタイミングとに基づき、同一の電波Ｗ１に基づく水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報と車載器ＩＤとを紐づけて、記憶部１６６に書き込む。また、紐付け部１６０は、電波Ｗ１の到来方向を示す水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報と、車載器ＩＤとを紐づけて、位置演算部１６１に出力する。
なお、ＡＯＡアンテナ１０４は、続けて、電波Ｗ１と異なる電波Ｗ２を受信した場合、この電波Ｗ２の到来方向を示す水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報とを算出し、車両検出装置１０６に出力する。また、車両検出装置１０６の紐付け部１６０は、電波Ｗ２を受信したタイミングと同じタイミング（同時又は概ね同時）で路側アンテナ１０５が受信した受信信号から車載器データを取得する。そして、紐付け部１６０は、電波Ｗ２の到来方向を示す水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報と車載器ＩＤとを紐づけて、記憶部１６６に書き込む。なお、紐付け部１６０は、電波に含まれるシーケンシャル番号によって、電波Ｗ１，Ｗ２，・・・のそれぞれを識別することができる。
このようにして、紐付け部１６０は、複数の電波Ｗ１，Ｗ２，・・・から得られた水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報と車載器ＩＤとを紐づけて、記憶部１６６に書き込む。
（ステップＳＴ１０４）
次いで、車両検出装置１０６の位置演算部１６１は、水平角度θＨと垂直角度θＶとで表される到来方向が示す面上の点Ｐ１を求め、推定発信位置とする。そして、位置演算部１６１は、求めた推定発信位置Ｐ１を示す位置情報を、位置判定部１６２と移動方向検出部１６３に出力する。このとき、位置演算部１６１は、受信データ解析部１６７によって得られた車載器の高さを示す情報に基づき、車載器の高さに応じた推定発信位置点Ｐ１を求めてよい。
続けて、位置演算部１６１は、記憶部１６６に記憶されている複数の情報（水平角度θＨと垂直角度θＶを示す情報と車載器ＩＤ）に基づき、各電波の到来方向により得られる推定発信位置Ｐ２，Ｐ３，・・・を求める。なお、位置演算部１６１は、電波を受信した順番を示す情報（例えばｉ：シーケンシャル番号）と車載器ＩＤとを推定発信位置に対応付けておく。
（ステップＳＴ１０５）
そして、車両検出装置１０６の位置判定部１６２は、記憶部１６６を参照して、車載器ＩＤと紐づけられている水平角度θＨ及び垂直角度θＶと、電波到来角度の閾値とを比較することにより、推定発信位置Ｐ１が通信領域の範囲内であるか否かを判定する。そして、位置判定部１６２は、判定結果を走行レーン判定部１６４に出力する。
なお、車両検出装置１０６の位置判定部１６２は、位置演算部１６１によって求められた位置情報に基づき、推定発信位置Ｐ１が通信領域の範囲内であるか否かを判定するものであってもよい。そして、位置判定部１６２は、判定結果を走行レーン判定部１６４に出力する。
（ステップＳＴ１０６）
ステップＳＴ１０５において、車載器の推定発信位置Ｐ１が通信領域の範囲内であると判定された場合（例えば、水平角度θＨ及び垂直角度θＶが、それぞれに対応して決められている電波到来角度の閾値を超えなかった場合）、移動方向検出部１６３は、位置演算部１６１によって求められた複数の位置情報のうち、通信領域の範囲内であると判定された位置であって、同一の車載器ＩＤが対応付けられた位置情報（例えば、Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・）に基づき、車載器の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・が示す移動方向を演算し、移動方向を示す情報を走行レーン判定部１６４に出力する。
（ステップＳＴ１０７）
走行レーン判定部１６４は、ステップＳＴ１０５において、推定発信位置Ｐ１が通信領域の範囲内であると判定された場合、移動方向検出部１６３から入力する移動方向を示す情報に基づき、同一車載器の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・が示す移動方向が走行レーン上の進行方向に沿っている方向であるか否かを判定する。同一車載器の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・が示す移動方向が走行レーン上の進行方向に沿っている方向である場合、走行レーン判定部１６４は、算出した移動方向に基づいて走行レーン１０１を走行していると判定する。そして、走行レーン判定部１６４は、走行レーン１０１を走行していると判定した場合、同一車載器の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・と紐付けられている車載器ＩＤを示す情報を通信制御部１６５に出力する。
（ステップＳＴ１０８）
そして、通信制御部１６５は、走行レーン１０１を走行していると判定した走行レーン判定部１６４による判定結果を、同一車載器の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・と車載器ＩＤを示す情報とともに、車線制御装置１０８に送信する。車線制御装置１０８は、受信した情報をそれぞれ対応付けて、自身の記憶部に書き込む。そして、車線制御装置１０８は、この車載器ＩＤが示す車載器との間で通信を確立する。
（ステップＳＴ１０９）
一方、ステップＳＴ１０５において、推定発信位置Ｐ１が通信領域の範囲内でないと判定された場合、又は、ステップＳＴ１０７において、算出した移動方向に基づいて走行レーンを走行していないと判定された場合、通信制御部１６５は、走行レーン１０１を走行していないと判定した走行レーン判定部１６４による判定結果を、対応する車載器ＩＤを示す情報とともに、車線制御装置１０８に送信する。そして、車線制御装置１０８は、車両検出装置１０６から受信した情報に基づき、走行レーン１０１を走行していないと判定された車載器ＩＤの車載器との間で通信を中止する。
（ステップＳＴ１１０）
一方、受信データ解析部１６７は、路側アンテナ１０５から入力する受信データを解析して、車載器データに含まれる車載器ＩＤ及び車種情報を取得する。なお、この受信データ解析部１６７は、受信データからシーケンシャル番号も取得する。
この受信データ解析部１６７は、取得した車種情報に基づき、車種に応じて予め決められている車載器の高さを判定し、判定した車載器の高さを示す情報を紐付け部１６０と位置演算部１６１に出力する。
（ステップＳＴ１１１）
また、詳細な説明は省略するが、受信データ解析部１６７は、車載器から受信した受信データを解析し、課金処理に用いられる情報を取得する。なお、受信データ解析部１６７によって解析された情報は、中継装置１０７を介して車線制御装置１０８に送信される。車線制御装置１０８は、受信した情報に基づき、通信領域を含む走行レーンを走行していると判定された車両の車載器に対してのみ、課金処理を実行する。
次に、図６，７を参照して、本実施形態に係るＡＯＡアンテナ１０４について説明する。
図６は、ＡＯＡアンテナ１０４が備えるアンテナ素子の配置の一例について説明するための図である。図６に示す通り、ＡＯＡアンテナ１０４は、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａ，１０４Ｂ，１０４Ｃ，１０４Ｄを備える。ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａと１０４Ｂとは、同じ高さ位置に配置され、水平方向に並んでいる。このＡＯＡアンテナ素子１０４Ａと１０４Ｂとの距離は、ｄ１である。一方、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃは、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａと１０４Ｂよりも高い高さ位置に、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｄは、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａと１０４Ｂよりも低い高さ位置に配置されている。これらＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃと１０４Ｄとは、垂直方向に並んでおり、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃと１０４Ｄとの距離は、ｄ２である。
図７は、ＡＯＡアンテナ１０４の構成例を示すブロック図である。図７に示す通り、ＡＯＡアンテナ１０４は、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａ〜１０４Ｄと、ＡＯＡアンテナ１０４Ａ，１０４Ｂの出力を入力する水平位相処理部１４１と、ＡＯＡアンテナ１０４Ｃ，１０４Ｄの出力を入力する垂直位相処理部１４２と、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａ〜１０４Ｄのそれぞれと接続されるヘテロダイン変換部１４３Ａ〜１４３Ｄと、局部発振器１４４，１４５と、を備える。
局部発振器１４４は、所定の周波数の局部発振信号をヘテロダイン変換部１４３Ａ，１４３Ｂに出力し、局部発振器１４５は、所定の周波数の局部発振信号をヘテロダイン変換部１４３Ｃ，１４３Ｄに出力する。
ヘテロダイン変換部１４３Ａ，１４３Ｂは、所定の俯角ψで傾斜し且つ所定の間隔ｄ１を隔てて配設されているＡＯＡアンテナ素子１０４Ａ，１０４Ｂによって受信した電波の周波数と、局部発振器１４４から出力される局部発振信号の周波数との差を取ることにより、受信した電波を低周波数（中間周波数）の信号にそれぞれ変換して水平位相処理部１４１に出力する。なお、ヘテロダイン変換部１４３Ａが出力する信号には位相φＡを示す情報が含まれ、ヘテロダイン変換部１４３Ｂが出力する信号には位相φＢを示す情報が含まれている。
ヘテロダイン変換部１４３Ｃ，１４３Ｄは、所定の俯角ψで傾斜し且つ所定の間隔ｄ２を隔てて配設されているＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃ，１０４Ｄによって受信した電波の周波数と、局部発振器１４５から出力される局部発振信号の周波数との差を取ることにより、受信した電波を低周波数（中間周波数）の信号にそれぞれ変換して垂直位相処理部１４２に出力する。なお、ヘテロダイン変換部１４３Ｃが出力する信号には位相φＣを示す情報が含まれ、ヘテ変換部１４３Ｄが出力する信号には位相φＤを示す情報が含まれている。
水平位相処理部１４１は、ヘテロダイン変換部１４３Ａ，１４３Ｂから入力する信号の位相差（φＡ−φＢ）に基づき、ＡＯＡアンテナ１０４Ａ，１０４Ｂに到来する角度（つまり、水平角度θＨ）を算出し、この水平角度θＨを示す情報を、車両検出装置１０６に出力する。この水平位相処理部１４１は、以下に示す式（１）に従って、水平角度θＨを算出する。
垂直位相処理部１４２は、ヘテロダイン変換部１４３Ｃ，１４３Ｄから入力する信号の位相差（φＣ−φＤ）に基づき、ＡＯＡアンテナ１０４Ｃ，１０４Ｄに到来する角度（つまり、垂直角度θＶ）を算出し、この垂直角度θＶを示す情報を、車両検出装置１０６に出力する。この垂直位相処理部１４２は、以下に示す式（２）に従って、垂直角度θＶを算出する。
θＨ＝ｓｉｎ−１｛（φＡ−φＢ）λ／（２π・ｄ１）｝・・・式（１）
θＶ＝ｓｉｎ−１｛（φＣ−φＤ）λ／（２π・ｄ２）｝・・・式（２）
なお、（φＡ−φＢ）は、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａへの電波の入射タイミングとＡＯＡアンテナ素子１０４Ｂへの電波の入射タイミングのずれによる位相差であって、（φＣ−φＤ）は、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃへの電波の入射タイミングとＡＯＡアンテナ素子１０４Ｄへの電波の入射タイミングのずれによる位相差である。なお、λは、車載器からの電波の波長である。
ここで、水平角度θＨと垂直角度θＶが式（１）と式（２）により求められる原理について、簡単に説明する。
図８に示すように、例えば、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃ，１０４Ｄの俯角をψｖとすると、車両２０１の車載器３０１からＡＯＡアンテナ１０４へ発信された電波がＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃ，１０４Ｄに到来する水平角度θｖは、次のようにして求めることができる。
即ち、図８に示すように、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃ，１０４Ｄが俯角ψｖで傾斜しているため、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃまでの距離ＬＣよりも、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ｄまでの距離ＬＤの方が長くなっている。このため、ＡＯＡアンテナ素子１０４ＣとＡＯＡアンテナ素子１０４Ｄとでは電波を受信するタイミングがずれて、両者が受信する電波に位相差が生じる。この位相差を（φＣ−φＤ）とし、また、電波の波長をλとすると、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃまでの距離ＬＣと、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ｄまでの距離ＬＤとの差η２は、式（３）で表される。
η２＝（φＣ−φＤ）λ／（２π）・・・式（３）
このため、ＡＯＡアンテナ素子１０４ＣとＡＯＡアンテナ素子１０４Ｄとの素子間隔をｄ２とすると、図７の幾何学的関係から、式（４）が得られ、この式（４）から式（５）が得られる。従って、この式（５）から、電波到来角度射θｖは、式（２）のように表せる。なお、図８に示すように、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃ，１０４Ｄに対して電波は平行に到来し、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ｃ，１０４Ｄへの電波到来角度は何れも同じθｖであると仮定している。
ｓｉｎθｖ＝η２／ｄ２＝（φＣ−φＤ）λ／（２π）／ｄ２・・・式（４）
（φＣ−φＤ）＝（２π・ｄ２・ｓｉｎθｖ）／λ・・・式（５）
同様にして、走行レーン１０１の進行方向と平行な直線であって、ＡＯＡアンテナ１０４の中心点と交わる直線上に車載器３０１がない場合、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ａまでの距離ＬＡと、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ｂまでの距離ＬＢとが異なる。このため、ＡＯＡアンテナ素子１０４ＡとＡＯＡアンテナ素子１０４Ｂとでは電波を受信するタイミングがずれて、両者が受信する電波に位相差が生じる。この位相差を（φＡ−φＢ）とし、また、電波の波長をλとすると、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ａまでの距離ＬＡと、車載器３０１からＡＯＡアンテナ素子１０４Ｂまでの距離ＬＢとの差η１は、式（６）で表される。
η１＝（φＡ−φＢ）λ／（２π）・・・式（６）
このため、ＡＯＡアンテナ素子１０４ＡとＡＯＡアンテナ素子１０４Ｂとの素子間隔をｄ１とすると、図８の幾何学的関係から、式（７）が得られ、この式（７）から式（８）が得られる。従って、この式（８）から、電波到来角度射θＨは、式（１）のように表せる。なお、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａ，１０４Ｂに対して電波は平行に到来し、ＡＯＡアンテナ素子１０４Ａ，１０４Ｂへの電波到来角度は何れも同じθＨであると仮定している。
ｓｉｎθＨ＝η１／ｄ１＝（φＡ−φＢ）λ／（２π）／ｄ１・・・式（７）
（φＡ−φＢ）＝（２π・ｄ１・ｓｉｎθＨ）／λ・・・式（８）
次に、図９を参照して、対応する走行レーン１０１を走行する車両２０１に搭載された車載器３０１の推定発信位置の移動経路の一例について説明する。図９に示す通り、車載器３０１の推定発信位置Ｐ１は通信領域内に存在している。この場合、走行レーン判定部１６４は、移動方向検出部１６３が算出した移動方向が、対応する対象走行レーンの進行方向に沿っているか否かを判定する。図示の通り、方向ベクトルに対応する閾値（角度）として、対応する走行レーン１０１の進行方向を基準として＋αから−αまでの角度が決められているとする。この場合、走行レーン判定部１６４は、車載器３０１の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・が示す移動方向に基づき、推定発信位置Ｐ１からＰ２に向かう方向ベクトル、推定発信位置Ｐ２からＰ３に向かう方向ベクトル、・・・が、それぞれ閾値（角度）の範囲内であるか否かを判定する。また、走行レーン判定部１６４は、車載器３０１の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が示す方向ベクトルの平均が、閾値（角度）の範囲内であるか否かを判定するものであってもよい。図示の例では、推定発信位置Ｐ１からＰ２に向かう方向ベクトル、推定発信位置Ｐ２からＰ３に向かう方向ベクトル、・・・が、全て閾値（角度）の範囲内であって、車載器３０１の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，Ｐ４，Ｐ５が示す方向ベクトルの平均が、閾値（角度）の範囲内であると、走行レーン判定部１６４は判定するものであってもよい。
よって、走行レーン判定部１６４は、車載器３０１の推定発信位置Ｐ１，Ｐ２，Ｐ３，・・・が示す移動方向は、進行方向に沿っている方向であると判定する。このため、走行レーン判定部１６４は、車両２０１（車載器３０１）が走行レーン１０１を走行していると判定し、車線制御装置１０８が、車載器３０１との通信を確立する。
次に、図１０を参照して、路側アンテナ１０５の通信領域を含む対象走行レーン以外の走行レーン１０２を走行する車両２０２に搭載された車載器３０２の推定発信位置の移動経路の一例について説明する。図１０に示す通り、車両２０２は、走行レーン１０２上の点Ｒ１０１を走行している際に発信した電波が、例えば天井に反射して、走行レーン１０１の通信領域内を走行する車両２０１でさらに反射し、走行レーン１０１に取り付けられているＡＯＡアンテナ１０４に入射したとする。この場合、位置演算部１６１は、車両２０１が電波を反射した位置（つまり、車両２０１が走行している位置）を、車載器３０２の推定発信位置Ｐ１０１として検出する。
この場合、位置判定部１６２は、車載器３０２の推定発信位置Ｐ１０１が通信領域の範囲内であるという判定結果を、走行レーン判定部１６４に出力する。
また、走行レーン１０２上の点Ｒ１０２を走行している際に発信した電波も、例えば天井に反射して、走行レーン１０１の通信領域内を走行する車両２０１でさらに反射し、走行レーン１０１に取り付けらえているＡＯＡアンテナ１０４に入射したとする。この場合、位置演算部１６１は、車両２０１が電波を反射した位置（つまり、車両２０１が走行している位置）を、車載器３０２の推定発信位置Ｐ１０２として検出する。その後、車載器３０２から発信した電波は、天井を反射せずに、ＡＯＡアンテナ１０４に入射しなかったとする。そして、車載器３０２は、走行レーン１０２上の位置Ｒ１０３，Ｒ１０４，Ｒ１０５を移動したとする。
この場合、走行レーン判定部１６４は、移動方向検出部１６３が算出した移動方向が、対応する走行レーンの進行方向に沿っているか否かを判定する。図示の例では、車載器３０２の推定発信位置Ｐ１０１からＰ１０２に向かう方向ベクトルが、対応する走行レーン１０１の進行方向を基準として＋αから−αまでの角度の範囲を超えている。
よって、走行レーン判定部１６４は、車載器３０２の推定発信位置Ｐ１０１，Ｐ１０２が示す移動方向は、進行方向に沿っている方向でないと判定する。このため、走行レーン判定部１６４は、車両２０２（車載器３０２）は走行レーン１０１を走行していないと判定し、車線制御装置１０８は、車載器３０２との通信を中止する。
このように、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、図１０に示すような推定発信位置Ｐ１０１，Ｐ１０２が示す移動方向が進行方向に沿っていないと判定し、車両２０２（車載器３０２）が走行レーン１０１を走行していないと判定することができる。このように、推定発信位置Ｐ１０１，Ｐ１０２は通信領域の範囲内であるため、車両検出装置１０６は、対象となる走行レーン１０１を走行している可能性のある車両として検出し得る。しかし、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、推定発信位置Ｐ１０１，Ｐ１０２が示す移動方向が進行方向に沿っていないと判定し、車両２０２（車載器３０２）は走行レーン１０１を走行していないと判定することにより、走行レーン１０１を走行していない車両の検出を抑制することができる。
なお、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、少なくとも３つ以上の推定発信位置Ｐ１〜Ｐ５に基づき、移動方向を検出する。これにより、検出される移動方向の検出精度を高めることができる。
また、本実施形態に係る車両検出装置１０６の走行レーン判定部１６４は、少なくとも３つ以上の推定発信位置Ｐ１〜Ｐ５に基づく移動方向を移動方向検出部１６３によって検出できなかった場合、対応する対象走行レーンを走行していないと判定するものであってもよい。
また、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、推定発信位置が通信領域に含まれていない場合、移動方向に基づいて走行レーン１０１を走行しているか否かの判定を実行しない。これにより、対象となる走行レーン１０１を走行している可能性の低い車両についての移動方向判定処理を実行しなくてすむため、処理負荷が軽減される。
さらに、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、推定発信位置が通信領域に含まれている場合、移動方向に基づいて走行レーン１０１を走行しているか否かの判定を実行する。これにより、対象となる走行レーン１０１を走行している可能性のある車両の中に、走行レーン１０１を走行していない可能性の高い車両が含まれているか否かを判定し、走行レーン１０１を走行していない可能性の高い車両の検出を防止することができる。
また、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、走行レーン１０１を走行していると判定された車載器に対してのみ通信の確立を許可する。つまり、反射等の影響により通信範囲内に存在していると誤判定された場合であっても、移動方向判定によって走行レーン１０１を走行していないと判定される。よって、走行レーン１０１を走行していない車載器と通信が確立されることが防止され、誤って課金処理がなされる事態を回避することができる。
また、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、図３に示した位置判定部１６２を備えない構成であってもよい。
さらに、本実施形態に係る車両検出装置１０６は、少なくとも位置演算部１６１と移動方向検出部１６３を備える構成であってもよい。この構成により、車両検出装置１０６は、走行レーンを走行する車両の移動方向を検出することができる。
なお、有料道路等では、複数の走行レーンが並んで設けられている場合が多い。また、場所的に走行レーン同士の間を十分に確保できない場合や、上りの走行レーンと下りの走行レーンとの間が十分に確保できない場合もある。さらに、有料道路の出口付近が非常に狭く、走行レーンの幅、つまり、通信領域の幅が狭い場所などもある。このような場所では、電波吸収パネルを設置スペースも十分に確保できない場合が多々ある。よって、本発明に係る車両検出装置が利用される環境では、本発明は特に有効である。
また、上記実施形態では、車両検出装置１０６が料金所に設置される例について説明したが、本発明はこれに限られない。例えば、通常の走行レーン上において、通信領域が設定される走行レーンに適用可能である。また、走行レーンは有料道路に限られない。
なお、本発明における処理部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより工程を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータシステム」は、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）を備えたＷＷＷシステムも含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ−ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（ＲＡＭ）のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１０１ 走行レーン
１０２ 走行レーン
１０３ 走行レーン
１０４ ＡＯＡアンテナ
１０５ 路側アンテナ
１０６ 車両検出装置
１０７ 中継装置
１０８ 車線制御装置
１０９ 中央処理装置
１１０ ガントリ
１０４Ａ ＡＯＡアンテナ素子
１０４Ｂ ＡＯＡアンテナ素子
１０４Ｃ ＡＯＡアンテナ素子
１０４Ｄ ＡＯＡアンテナ素子
１４１ 水平位相処理部
１４２ 垂直位相処理部
１４３Ａ ヘテロダイン変換部
１４３Ｂ ヘテロダイン変換部
１４３Ｃ ヘテロダイン変換部
１４３Ｄ ヘテロダイン変換部
１４４ 局部発振器
１４５ 局部発振器
１６０ 紐付け部
１６１ 位置演算部
１６２ 位置判定部
１６３ 移動方向検出部
１６４ 走行レーン判定部
１６５ 通信制御部
１６６ 記憶部
２０１ 車両
２０２ 車両
２０３ 車両
３０１ 車載器
３０２ 車載器
３０３ 車載器

Claims (9)

  1. 複数の走行レーンのうち対象走行レーンと対応して設けられ、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、前記複数の走行レーンの中から前記対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出装置であって、
    前記車載器から受信した電波の到来方向を検出する方向検出部で検出された電波の到来方向に基づいて、前記方向検出部で検出された電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算部と、
    前記位置演算部により求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出部と、
    前記移動方向検出部で検出された前記方向ベクトルが前記対象走行レーンにおいて前記車両が進行すると期待される方向に沿う方向であるか否かに基づいて、電波を発信した車両が前記対象走行レーンを走行する車両であるか否かを判定する走行レーン判定部とを備えることを特徴とする車両検出装置。
  2. 前記走行レーン判定部は、
    前記移動方向検出部によって検出された前記方向ベクトルが、前記対象走行レーンにおける進行方向に沿っている方向である場合、前記対象走行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に記載の車両検出装置。
  3. 上記車両検出装置は、
    前記複数の走行レーンのうちのいずれか一つの前記対象走行レーンに対応して設けられており、
    前記位置演算部で求められた位置が、前記対象走行レーン上の定められた範囲内であるか否かを判定する位置判定部をさらに備え、
    前記移動方向検出部は、
    前記位置判定部で定められた範囲内であることが判定された前記推定発信位置に基づいて前記推定発信位置の方向ベクトルを検出することを特徴とする請求項１又は２に記載の車両検出装置。
  4. 前記車両検出装置は、
    前記走行レーン判定部によって前記対象走行レーンを走行していないと判定された前記車両に搭載された前記車載器との通信を制限する通信制御部をさらに備えることを特徴とする請求項１から３のうちいずれか一項に記載の車両検出装置。
  5. 前記移動方向検出部は、
    前記位置演算部により求められた複数の前記推定発信位置のうち少なくとも３つ以上の位置に基づいて、前記推定発信位置の方向ベクトルを検出することを特徴とする請求項１から４のうちいずれか一項に記載の車両検出装置。
  6. 複数の走行レーンのうち対象走行レーンと対応して設けられ、車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、前記複数の走行レーンの中から前記対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出装置であって、
    前記車載器から受信した電波の到来方向を検出する方向検出部で検出された電波の到来方向に基づいて、前記方向検出部で検出された電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算部と、
    前記位置演算部により求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出部と、を備えることを特徴とする車両検出装置。
  7. 前記請求項１から５のうちいずれか一項に記載の車両検出装置と、
    前記車両検出装置と通信可能に接続され、前記走行レーン判定部によって前記対象走行レーンを走行していると判定された前記車載器から発信された電波に含まれる情報に基づき、所定の情報処理を実行する車線制御装置と、
    を備えることを特徴とする車線制御システム。
  8. 車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、複数の走行レーンの中から対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出方法であって、
    前記車載器から受信した電波の到来方向に基づいて、前記電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算ステップと、
    前記位置演算ステップにより求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出ステップと、
    前記移動方向検出ステップにより検出された前記方向ベクトルが前記対象走行レーンにおいて前記車両が進行すると期待される方向に沿う方向であるか否かに基づいて、電波を発信した車両が前記対象走行レーンを走行する車両であるか否かを判定する走行レーン判定ステップと
    を備えることを特徴とする車両検出方法。
  9. 車両に搭載された車載器から発信される電波に基づいて、複数の走行レーンのうち対象走行レーンを走行する車両を検出する車両検出装置を動作させるコンピュータを、
    前記車載器から受信した電波の到来方向を検出する方向検出部で検出された電波の到来方向に基づいて、前記方向検出部で検出された電波が前記対象走行レーン上から発信されたものとして、前記対象走行レーン上の推定発信位置を求める位置演算手段、
    前記位置演算手段により求められた複数の前記推定発信位置に基づいて、前記推定発信位置を電波の受信した順番に結んでできる線分の方向ベクトルを検出する移動方向検出手段、
    前記移動方向検出手段で検出された前記方向ベクトルが前記対象走行レーンにおいて前記車両が進行すると期待される方向に沿う方向であるか否かに基づいて、電波を発信した車両が前記対象走行レーンを走行する車両であるか否かを判定する走行レーン判定手段
    として機能させることを特徴とするプログラム。
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