JP5428443B2

JP5428443B2 - 路車間通信システム

Info

Publication number: JP5428443B2
Application number: JP2009076782A
Authority: JP
Inventors: 俊明菅藤
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2009-03-26
Filing date: 2009-03-26
Publication date: 2014-02-26
Anticipated expiration: 2029-03-26
Also published as: JP2010231383A

Description

この発明は、有料道路に設置された路側機と、車両に搭載された車載器との通信によって、路車間で情報の授受を行う路車間通信システムに関するものである。

路車間通信を行うＥＴＣ（Electronic Toll Collection）システムでは、路上に設置されたアンテナについて、所望の無線通信領域をサポートする、道路面に沿うような方形的なアンテナパターンを形成する。このアンテナの取り付けに際して、アンテナの向きや取り付け角度を微調整しながら設置することで、必要となる無線通信領域を確保していた。

この場合、アンテナ自身でのアンテナパターンの成形のみでは理想のパターン成形はほとんど困難であるため、必要な無線通信領域を含む一回り大きな無線通信領域を生成することが一般的であり、そのため隣接車線への電波漏れによる誤通信や、無線通信領域よりも前後の車両との誤通信が生じることがある。

また、路側上の設置機器や車両に反射した電波により通信領域外との車両と誤通信をしてしまう場合があるが、これまでは電波吸収体の設置やアンテナの調整により対策してきており、そのことが大きなコストアップの要因となっていた。なお、アンテナの設置時に、誤通信を防ぐように出来る限り正確な無線通信領域を設けるため、アンテナと路面間の向き、角度を厳密に設計通りの設置とする必要があり、そのための作業時間は多大なものとなっていた。

一方、従来のＥＴＣシステムにおいて、隣接する走行車線からの信号を受信する誤通信検出用アンテナを用いて、路車間での誤通信を検出する方法が知られている。このＥＴＣシステムでは、料金収受用アンテナの通信相手が、当該料金収受用アンテナに対応する走行車線を走行している正しい通信相手であるか、或いは、他の走行車線を走行している誤った通信相手であるかを判断することが可能となる。これにより、誤った通信相手に対して課金することを抑止できる（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−２４１５４２号公報

特許文献１に示すＥＴＣシステムは、指向性アンテナを用いて通信の該当車両以外からの電波の到来を検出するものであるが、所望の無線通信領域内を走行する通信の該当車両の有無について判別するものではなかった。また、通信の該当車両以外からの電波が、誤通信検出用アンテナの無線通信領域外から到来した場合には、誤通信の発生を検出すること自体ができなかった。

このため、無線通信領域外から予期せぬ電波が到来し、例えば無線通信領域内で正規の通信アンテナが通信を行っている車両の台数が、この無線通信領域内を実際に走行している車両の台数より多くなった場合であっても、その不整合の発生を検出することができないという問題があった。

なお、特許文献１のＥＴＣシステムを用いて無線通信領域外からの到来電波による誤通信の発生を漏れなく検出するには、誤通信の発生し得る全ての領域に対して誤通信検出用アンテナを指向させる必要がある。このため、誤通信検出用アンテナを無線通信領域の周辺に多数設置する必要があり、多大な設置コストを要するとともに、システムが複雑化してしまうという問題が生じる。

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、所定の無線通信領域内を走行中の車両以外から到来する電波によって生じる誤通信の発生を、簡素な機器構成で検出することを目的とする。

この発明による路車間通信システムは、走行車線の所定の検知領域内に存在する物標までの距離及びその存在方向を計測する、レーザースキャナの計測データに基づいて、当該走行車線の所定の検知領域内に存在する車両を検出する車両検出装置と、上記検知領域を含む所定の通信領域で電波を送受信し、当該通信領域を通過する車両にそれぞれ設けられた車載無線装置と無線通信を行う路側無線装置と、上記路側無線装置と交信中の車載無線装置の台数を計測し、当該交信中の車載無線装置の台数が、上記車両検出装置により検出された上記検知領域内に存在する車両の台数よりも多いときに、誤通信の発生を検知する通信制御装置と、を備えたものである。

この発明によれば、所定の検知領域内を走行する車両以外からの到来電波による誤通信の発生を、簡素な機器構成で検出することができる。

この発明に係る実施の形態１による路車間通信システムの構成を示す図である。この発明に係る実施の形態１の路車間通信システムによる、誤通信の検出処理動作を示すフローチャートである。

実施の形態１．
以下、図を用いてこの発明に係る実施の形態１による路車間通信システムについて説明する。図１は、実施の形態１による路車間通信システムの構成を示す図である。図において、路車間通信システムは、ＥＴＣの無線通信により路車間通信を行うための路側無線装置（路側アンテナ）１と、送信部及び受信部を有したレーザースキャナ２と、ＥＴＣの無線通信について路側無線装置１の通信制御を行う通信制御装置３と、レーザースキャナ２の計測データに基づいてレーザースキャナ２の検知領域内に存在する車両を検出する車両検出装置２０とから構成される。

また、車両６は有料道路４を走行しており、料金所に設けられたゲート（門柱）１５を通過中のＥＴＣ対象車両である。有料道路４はＥＴＣの無線通信を行う対象となる道路であって、例えば高架上に設けられた高速道路である。有料道路４と並走して、一般道路５が隣接している。一般道路５には、車両６と並走している車両７が走行している。一般道路５はＥＴＣの無線通信を行う対象とならない道路であって、例えば有料道路４に隣接する高架上や有料道路４の高架下に設けられる。車両６には、路側無線装置１と路車間通信を行うことの可能な車載無線装置３１が搭載されている。車両７には、路側無線装置１と路車間通信を行うことの可能な車載無線装置３２が搭載されているが、有料道路４を走行中ではないのでＥＴＣ非対象車両である。
なお、ゲート１５は、路車間通信を行うためのものであれば、料金所以外に設置されても良い。例えば、路側無線装置１と車載無線装置３１が、ＥＴＣの無線通信ではなく、道路情報の提供のための通信やインターネット接続のための無線通信などのマルチアプリケーション通信を行うものであっても良い。

ゲート１５の上部には、路面から所定高さの位置に、路側無線装置１と、通信制御装置３と、レーザースキャナ２と、車両検出装置２０が設置されている。路側無線装置１は、道路面に沿って方形状または楕円形状のアンテナパターンを形成し、ゲート１５の下方で走行車線の道路面に方形や楕円形状の所定の無線通信領域８を形成する。例えば、ＥＴＣの無線通信を行う場合、この所定の無線通信領域の大きさは円形に近似して直径３ｍ乃至１０ｍの大きさとなる。路側無線装置１の所定の無線通信領域内では、１台の車両のみならず、同領域の大きさに応じて例えば２台乃至１０台程度の車両が同時に走行することができる。
なお、通信制御装置３と車両検出装置２０は、ゲート１５に設置しなくても良く、ゲート下方の道路周辺や道路から幾分離れた道路管理事務所等に設けても良い。

路側無線装置１は、通信制御装置３によって通信順序の制御や送受信する通信データの処理や相互認証処理を行う通信制御が行われ、通信対象領域となる無線通信領域８において、車載無線装置３１との間でＥＴＣの無線通信による路車間通信を行う。この路車間通信では、車載無線装置３１から路側無線装置１に対して、車載無線装置３１に固有な識別コードを示すＷＣＮ（ワイヤレスコードナンバ）や車載無線装置３１に装着されるＥＴＣカードのカード番号などの車両を識別可能な固有情報（以下、ＥＴＣ車載器ＩＤと称する）を送信する。また、路側無線装置１から車載無線装置３１に対して、路側無線装置の固有番号を含む出口料金所情報のような、路側無線装置１を識別可能な固有情報を送信する。通信制御装置３は、車両検出装置２０の出力により車両が何台存在するかの検出を行うことで路側無線装置１と車両との誤通信を検出し、その上で無線通信の継続処理や路車間通信結果への情報の付加を行う。

また、この路車間通信では、料金収受に関する各種料金情報が授受され、課金処理が行われる。例えば、車載無線装置３１は、入口料金所の路側無線装置から受信し、車載無線装置３１のメモリに記録された入口料金所情報を、路側無線装置１に送信する。路側無線装置１は、受信した入り口料金所情報を通信制御装置３に送信し、通信制御装置３は入口料金所情報と出口料金所情報を、道路管理事務所に設置された図示しない料金計算機に送信する。料金計算機は、この入口料金所情報と出口料金所情報に基づいて、車両が走行した有料道路の入口と出口を認識し、この入口と出口に対応した通行料金の課金計算を行う。料金計算機は、計算した通行料金を、道路管理局に設置された図示しない中央装置に送り、中央装置が決済処理を行う。
また、料金計算機は、計算した通行料金の情報を路側無線装置１に送信し、路側無線装置１は受信した通行料金の情報を車載無線装置３１に返信する。車載無線装置３１は受信した通行料金の情報をメモリに記録する。

レーザースキャナ２は、道路面における路側無線装置１の所定の無線通信領域８の内側に、方形状の所定の検知領域（レーザスキャナのスキャン領域）１０を有している。レーザースキャナ２の送信部は、この所定の検知領域１０に向けて赤外線（近赤外線または遠赤外線）のパルスレーザ光を送信する。レーザースキャナ２の送信部は半導体レーザ及び走査鏡から構成され、半導体レーザから出力されるパルスレーザ光を２次元走査（水平及び垂直方向走査）し、上記所定の検知領域の全域でパルスレーザ光を走査することができる。レーザースキャナ２から送信されたパルスレーザ光は、この所定の検知領域内で道路面または道路上に存在する物標にて反射し、レーザースキャナ２の受信部はこの反射光（反射パルス光）を受信する。レーザースキャナ２の受信部は走査鏡及びフォトダイオードから構成され、反射光を２次元走査することにより、上記所定の検知領域の全域について反射光をフォトダイオードで受光することができる。レーザースキャナ２は、送信したパルスレーザ光と反射光の位相差に基づいて、この所定の検知領域内に存在する物標（レーザ光の反射点）までの距離を計測するとともに物標の存在方向を計測し、その距離情報及び存在方向の情報を含む計測データを、車両検出装置２０に出力する。
なお、所定の検知領域１０は、無線通信領域８の内側に含まれるが、無線通信領域８における安定に通信できる領域と同程度かもしくは僅かに小さいサイズにするのが好ましく、無線通信領域８における検知領域１０以外の領域では、車両が入り込む余地がない程度の大きさ及び形状とするのが好ましい。

車両検出器２０は、レーザースキャナ２から出力される計測データに基づいて、走行車線内の検知領域１０に存在する車両の存在を検出する。例えば、レーザースキャナ２から出力される物標の距離及び存在方向の計測データから物標の３次元位置を求め、求めた物標の３次元位置を３次元座標空間上でプロットすることによって、物標の３次元形状プロファイルデータ（３次元点群モデル又はポイントクラウドデータ）を得る。この物標の３次元形状プロファイルデータから、車両が１台も走行していない状態での検知領域１０の既存の３次元形状プロファイルデータ（例えば、道路面や予め設置された周辺構造物の３次元形状プロファイルデータ）との差分を得て、その差分データにおける近接した点群を一塊として認識することで、検知領域１０に存在する車両候補の３次元形状プロファイルデータ（３次元点群モデル又はポイントクラウドデータ）を得る。この車両候補の３次元形状プロファイルデータについて、車両の大きさや形状を代表する３次元テンプレートモデル（３次元形状ワイヤフレームモデル）と比較し、その一致度合いを相関処理によって照合することで、車両を識別することができる。この車両の識別によって車両の存在を検出し、検出した車両毎に固有の識別番号を付与して、通信制御装置３に出力する。この際、例えば異なる位置に存在する車両についてそれぞれ異なる固有の識別番号を付与する。

なお、レーザースキャナ２から出力される計測データに基づいて物標の検出を行う手法は各種提案されており、車両検出器２０は周知の他の方法によって車両の存在を検出しても良い。例えば、レーザースキャナ２の計測データに基づき、道路面から一定高さを持つ座標を抽出し、近接した点群を一つの塊として認識することで、検知領域１０に存在する物体の位置及びサイズを算出する。この算出結果に基づいて、異なる位置に存在する物体のサイズを車両の代表サイズと比較することで、検知領域１０に存在する個々の車両を認識し、個々の車両を検出することができる（例えば、特開２００４−２１００５５及び特開２００５−２１２５５３参照）。

なお、レーザースキャナ２と車両検出装置２０は通信ケーブルや無線通信などによって相互接続されており、レーザレーダ（或いはライダー）を構成する。また、レーザースキャナ２と車両検出装置２０は、同一の筐体内に収容される、または同一の基台に載置されるなどして、一体化されたレーザレーダユニット（或いはライダーユニット）を構成しても良い。また、車両検出装置２０と通信制御装置３を一体化したユニットとして構成しても良い。

また、図１に示すように、路側無線装置１の無線通信領域は、その大部分が有料道路４上で通信対象領域となる無線通信領域８を形成する。しかし、路側無線装置１の送信電波の一部は、隣接する一般道路５に漏れ出ており、電波漏れしたＥＴＣ対象車線以外の無線通信領域９を形成する。この電波漏れした無線通信領域９は、有料道路４からの電波漏れによって生じたものであるが、この領域内には検知領域１０が設けられていない。逆に言えば、検知領域１０は、例えばＥＴＣの無線通信のような路車間通信を行うための、通信対象領域となる正規の無線通信領域を、正確に規定するための領域として利用することができる。

次に、路車間通信システムの動作を説明する。
車両６は、有料道路４を走行中のＥＴＣ対象車両である。ここで、ＥＴＣの無線通信処理を行なう路側無線装置１は、所望の無線通信領域を十分確保できるだけのアンテナパターンが設定されているものとする。通常、路側無線装置１の無線通信領域は理想的な形状を正確に規定することができず、また道路の路面や周辺構造物、或いは他の車両などから反射される電波によってマルチパスが生じ、例えば送信電波の電界強度分布が変動して、通信領域が不安定となる。このため、路側無線装置１の無線通信領域８は、道路の幅員または車線幅を包含し、かつ少なくとも１台分の車両が誤通信を生じない程度の十分な大きさを有することで、安定した通信を行うことのできる無線通信領域を確保している。

しかし、路側無線装置１の無線通信領域として十分な大きさの領域を確保することにより、例えば高速道路下の一般道５へ電波の一部が漏れ出して、無線通信領域９を形成してしまうことがある。車載無線装置３２を搭載した車両７が、このＥＴＣ対象車線以外の意図しない無線通信領域９を走行している場合、路側無線装置１との間で意図しない路車間通信（誤通信）を行う状況が発生する。この場合、路側無線装置１は、通信制御装置３の各種通信制御により、無線通信領域９において車載無線装置３２との間で相互認証や各種情報の授受が行われ、ＥＴＣの無線通信による路車間通信が開始される。

このため、実施の形態１による路車間通信システムでは、ＥＴＣ対象車線以外の無線通信領域９を通過する車両との間で誤通信が発生しても、ＥＴＣ対象車線内の所定の無線通信領域８に含まれる所定の検知領域１０のみをレーザースキャナ２（レーザレーダ）でスキャンする車両検知を行い、車両の存在台数を計数することによって、ＥＴＣ対象車線以外の車両からの到来電波による誤通信の発生を検出することができる。なお、所定の検知領域と所定の無線通信領域との差分領域の大きさは、車両のサイズよりも小さくすることが好ましい。以下、この誤通信の検出処理についてさらに説明する。

図２は、通信制御装置３による誤通信の検出処理動作を示すフローチャートである。
まず、通信制御装置３は、路側無線装置１から送信電波を送り、車両に搭載された車載無線装置３１または車載無線装置３２との無線通信を開始する（ステップＳ１）。

次に、路側無線装置１と車載無線装置３１または車載無線装置３２との通信接続が確立され、路車間での無線通信が成立する（ステップＳ２）。
続いて、路車間での無線通信が成立したら、ＥＴＣ車載器ＩＤの検出により、そのＥＴＣ車載器ＩＤの数を計数することによって、無線通信している車両の台数（Ｎ１）が計測される（ステップＳ３）。

また、車両検出装置２０は、レーザースキャナ２の計測データを用いて、所望の無線通信領域８内における所定の検知領域１０内に存在する車両を検出する。車両検出装置２０は、検出した車両の位置毎に異なる識別番号を付与し、付与した各識別番号を通信制御装置３に出力する。
通信制御装置３は、車両検出装置２０により検出した車両の識別番号の数を計数することにより、車両の台数（Ｎ２）を計測する（ステップＳ４）。
なお、車両検出装置２０が検出した各車両の位置データを出力し、通信制御装置３が異なる位置データの数を計数することで、車両の台数（Ｎ２）を計測しても良い。

ここで、ステップＳ５において、レーザースキャナ２のスキャン結果に基づいて検出した車両台数Ｎ２が０である場合には、如何なる通信が発生していても、所望の無線通信領域８における所定の検知領域１０内には通信の対象車両が存在しないため、通信中止としてしまう（ステップＳ６）。

一方、ステップＳ５において、レーザースキャナ２のスキャン結果に基づいて検出した車両台数Ｎ２が０でない場合には、次のステップＳ７を実行する。
ステップＳ７において、路車間での無線通信により検出された車両台数Ｎ１が、レーザースキャナ２において検出した車両台数Ｎ２と等しいか又は小さい場合には、通信対象のＥＴＣ車両（例えば車両６）と一般車両（例えば車両７）が混在しているだけと判定し、課金処理などの規定の通信を継続した後、通信処理を完了させる（ステップＳ８）。

反対に、Ｎ１がＮ２より大きい場合には、例えば無線通信領域９のような通信対象領域以外の車両７とも無線通信を始めていることになるため、この通信は誤通信の可能性が極めて高い。そこで、誤通信の可能性が高いことを示すために、通信制御装置３は通信結果に誤通信フラグを付加する（ステップＳ９）。この誤通信フラグは、ＥＴＣ車載器ＩＤと対応付けされて通信制御装置３の所持する記憶装置に履歴（ログ）が記録されるとともに、図示しない中央装置にレポートとして送信され記録される。

以上のように、無線通信を行なう時点で、レーザースキャナを用いて無線通信領域８内の車両台数を検出し、無線通信の続行又は中止判定することにより、誤通信の検出が可能となり、延いては継続的な誤通信の発生を防止することができる。また、誤通信の判定が正確にできない場合であっても、誤通信の可能性があるという情報を誤通信フラグに残すことにより、後日の追跡調査をサポートすることができるようになる。

以上説明した通り、実施の形態１による路車間通信システムは、走行車線の所定の検知領域内に存在する物標までの距離、及びその物標の存在方向を計測するレーザースキャナの計測データに基づいて、上記走行車線の所定の検知領域内に存在する車両を検出する車両検出装置と、上記検知領域を内側に含む所定の通信領域で電波を送受信し、当該通信領域を通過する車両にそれぞれ設けられた車載無線装置と無線通信による情報の授受を行う路側無線装置と、上記路側無線装置と交信中の車載無線装置の台数を計測し、当該交信中の車載無線装置の台数が、上記車両検出装置により検出された上記検知領域内に存在する車両の台数よりも多いときに、誤通信の発生を検知する通信制御装置と、を備えたものである。これによって、所定の検知領域内を走行する車両に搭載された車載無線装置以外からの到来電波による誤通信の発生を、レーザースキャナを用いた簡素な機器構成で検出することが可能となる。

１路側無線装置、２レーザースキャナ、３通信制御装置、４有料道路、５一般道路、６（ＥＴＣ）車両、７（一般）車両、８（ＥＴＣ対象車線の）無線通信領域、９（ＥＴＣ対象車線以外の）無線通信領域、１０（レーザスキャナの）検知領域、２０車両検出装置、３１車載無線装置、３２車載無線装置。

Claims

走行車線の所定の検知領域内に存在する物標までの距離及びその存在方向を計測する、レーザースキャナの計測データに基づいて、当該走行車線の所定の検知領域内に存在する車両を検出する車両検出装置と、
上記検知領域を含む所定の通信領域で電波を送受信し、当該通信領域を通過する車両にそれぞれ設けられた車載無線装置と無線通信を行う路側無線装置と、
上記路側無線装置と交信中の車載無線装置の台数を計測し、
当該交信中の車載無線装置の台数が０である場合には、上記路側無線装置との通信を中止し、
当該交信中の車載無線装置の台数が、上記車両検出装置により検出された上記検知領域内に存在する車両の台数よりも多いときに、当該交信中の車載無線装置に誤通信の可能性があることを記録する、
通信制御装置と、
を備えた路車間通信システム。