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設計技術シリーズ

カルマンフィルタの基礎と実装
―自動運転・移動ロボット・鉄道への実践まで―

著者: 綱島 均(日本大学)・橋本 雅文(同志社大学)・菅沼 直樹(金沢大学)
定価: 4,620円(本体4,200円+税)
判型: A5
ページ数: 252 ページ
ISBN: 978-4-910558-03-5
発売日: 2021/9/22

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【目次】

第Ⅰ部 カルマンフィルタの基礎

第1章 線形カルマンフィルタ

  1. 1-1 確率分布
  2. 1-2 ベイズの定理
  3. 1-3 動的システムの状態空間表現
  4. 1-4 離散時間における動的システムの表現
  5. 1-5 最小二乗推定法
  6. 1-6 重み付き最小二乗推定法
  7. 1-7 逐次最小二乗推定法
  8. 1-8 線形カルマンフィルタ(KF)

第2章 非線形カルマンフィルタ

  1. 2-1 拡張カルマンフィルタ(EKF)
  2. 2-2 アンセンティッドカルマンフィルタ(UKF)

第3章 データアソシエーション

  1. 3-1 センサ情報の外れ値の除去
  2. 3-2 ターゲット追跡問題におけるデータ対応付け

第4章 多重モデル法による状態推定

  1. 4-1 多重モデル法
  2. 4-2 Interacting Multiple Model(IMM)法

第Ⅱ部 移動ロボット・自動車への応用

第5章 ビークルの自律的な誘導技術

  1. 5-1 はじめに
  2. 5-2 ビークルに搭載されるセンサ
  3. 5-3 ビークルの自律的な誘導に必要とされる技術
  4. 5-4 カルマンフィルタの重要性

第6章 自己位置推定

  1. 6-1 はじめに
  2. 6-2 自己位置推定の方法
  3. 6-3 デッドレコニングとRTK-GPSによる自己位置推定
  4. 6-4 デッドレコニングの状態方程式
  5. 6-5 ランドマーク観測における観測方程式

第7章 LiDARによる移動物体追跡

  1. 7-1 はじめに
  2. 7-2 LiDARによる周辺環境計測
  3. 7-3 移動物体検出
  4. 7-4 移動物体追跡
  5. 7-5 実験

第8章 デッドレコニングの故障診断

  1. 8-1 はじめに
  2. 8-2 実験システムとモデル化
  3. 8-3 故障診断
  4. 8-4 実験

第9章 LiDARによる道路白線の曲率推定

  1. 9-1 はじめに
  2. 9-2 実験システムと白線検出
  3. 9-3 白線の線形情報推定
  4. 9-4 実験

第10章 路面摩擦係数の推定

  1. 10-1 はじめに
  2. 10-2 IMM法による状態推定
  3. 10-3 推定シミュレーション
  4. 10-4 実車計測データへの適用

第Ⅲ部 鉄道の状態監視への応用

第11章 鉄道における状態監視の現状と展望

  1. 11-1 はじめに
  2. 11-2 状態監視の一般的概念と方法
  3. 11-3 車両の状態監視
  4. 11-4 軌道の状態監視
  5. 11-5 軌道状態監視システムの開発事例
  6. 11-6 今後の展望

第12章 軌道形状の推定

  1. 12-1 はじめに
  2. 12-2 車両モデル
  3. 12-3 軌道形状の推定
  4. 12-4 シミュレーションによる推定手法の評価
  5. 12-5 実車走行試験

第13章 鉄道車両サスペンションの異常検出

  1. 13-1 はじめに
  2. 13-2 鉄道車両サスペンションの故障診断
  3. 13-3 シミュレーションによる推定手法の検証

【参考文献】

  • 足立修一、丸田一郎:カルマンフィルタの基礎、東京電機大学出版局、2012
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  • 目黒淳一、竹内栄二朗、鈴木太郎:ロボティクスにおけるGNSS 失敗学、日本ロボット学会誌、Vol. 37,No.7,pp. 585-592,2019
  • 菅沼直樹、坪内孝司:移動ロボットと自動車のセンシング技術、自動車技術会、Vol. 66,No.3,pp.65-71,2012
  • 大前学、菅沼直樹、清水浩:レーザーレーダーを用いた自動車のインテリジェント化と自動運転、レーザー研究、Vol. 38,No. 8, pp.565-570,2010
  • MEMS 技術で3 次元LIDAR が小型化、NIKKEI Robotics、2015 年12 月
  • メカレスLidar の技術開発、NIKKEI Robotics、2016 年10 月
  • 金生翔太、村林諒平、藤下攻輝、乾公昭、橋本雅文、高橋和彦:複数の移動センサノードによる協調移動物体追跡―車載マルチレイヤレーザスキャナに基づく移動物体大きさ・姿勢推定―、第16 回計測自動制御学会システムインテグレーション部門講演会、pp.2219-2224,2015
  • 宮阪健夫、城殿清澄、内藤貴志:高解像度レーザレーダを用いた走行環境における移動物の追跡と識別、ViEW2010 ビジョン技術の実利用ワークショップ講演論文集、pp.205-210,2010
  • 山崎公俊、倉爪亮:移動ロボットのための地図の表現と獲得、日本ロボット学会誌Vol. 33、No. 10,pp.748-753,2015
  • 大野和則、竹内栄二朗、坪内孝司:投光型距離センサを用いた三次元SLAM、日本ロボット学会誌、Vol. 26,No. 4,pp.306-309,2008
  • 菅沼直樹:市街地おける自動運転のための外界環境認識、Vol. 54,No. 11,pp.816-819,2015
  • 所谷康平、橋本雅文、相原悠佑、高橋和彦:NDT スキャンマッチングに基づく二輪車搭載レーザスキャナによる3 次元点群地図生成、日本機械学会論文集, Vol. 85, No. 878, 2019
  • Yaakov Bar-Shalom and William Dale Blair (Edition): Multitarget/Multisensor Tracking: Applications and Advances Volume III, Artech House, 1999
  • K. Granstrom, M. Baum, and Stephan Reuter: Extended Object Tracking: Introduction, Overview and Applications, Journal of Advances in Information Fusion, Vol.2, No.2, pp.139-174, 2017
  • 泉竜之輔,橋本雅文,田村祐人,高橋和彦:複数台の移動ロボットによるレーザ距離計測に基づく移動物体大きさ・姿勢推定法,日本機械学会論文集C 編, Vol.81, No.827,2015
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