WO2012117528A1 - 状態推定装置 - Google Patents

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WO2012117528A1 PCT/JP2011/054651 JP2011054651W WO2012117528A1 WO 2012117528 A1 WO2012117528 A1 WO 2012117528A1 JP 2011054651 W JP2011054651 W JP 2011054651W WO 2012117528 A1 WO2012117528 A1 WO 2012117528A1
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中村　弘
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Toyota Motor Corp
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    • G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
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    • G01S17/93—Lidar systems specially adapted for specific applications for anti-collision purposes
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    • G08G1/16—Anti-collision systems
    • G08G1/166—Anti-collision systems for active traffic, e.g. moving vehicles, pedestrians, bikes

Definitions

  • the present invention relates to an estimation apparatus that estimates a state of an observation target by applying measurement data to a state estimation model.
  • an apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-259966 is known as a technique for estimating the state of a dynamic observation target.
  • the apparatus described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2002-259966 is provided with a plurality of recognition means, and increases the accuracy of estimation by switching the recognition method according to a predetermined condition.
  • a state estimation method using a filter such as a Kalman filter
  • state estimation models such as an observation model, an observation noise model, a motion model, and a motion noise model are set.
  • the Kalman filter estimates the dynamic observation target state with high accuracy by applying the measurement data of the observation target to the set state estimation model.
  • the state estimation model is fixed even though the state of the observation target changes every moment, so the state of the observation target is always estimated with high accuracy. There is a problem that can not be.
  • an object of the present invention is to provide a state estimation device that can estimate the state of an observation target with higher accuracy.
  • a state estimation device is a state estimation device that estimates the state of an observation target by applying measurement data measured by a measurement device that measures the observation target to a state estimation model, and the positional relationship with the observation target or It has a change means which changes the model for state estimation based on the state of observation object.
  • the state estimation device since the state estimation model is changed based on the positional relationship with the observation target or the state of the observation target, the state of the dynamic observation target can be estimated with higher accuracy. it can.
  • the observation target is a vehicle existing around the measurement apparatus
  • the changing unit changes the state estimation model based on the direction of the center position of the observation target with respect to the measurement apparatus. If the direction of the center position of the observation target with respect to the measurement device is different, the measurable plane of the observation target is different. For this reason, if the same state estimation model is used regardless of the direction of the center position of the observation target with respect to the measurement apparatus, it is not possible to appropriately associate the measurement data with the state estimation model. As a result, the state of the observation target cannot be estimated with high accuracy. Therefore, by changing the state estimation model based on the direction of the center position of the observation target with respect to the measurement apparatus, the measurement data and the state estimation model can be associated with each other appropriately. Thereby, the estimation accuracy of the state of the observation target can be further improved.
  • the observation target is a vehicle existing around the measurement apparatus, and the changing means changes the state estimation model based on the direction of the observation target. If the direction of the observation target is different, the measurable surface of the observation target is different. For this reason, if the same state estimation model is used regardless of the orientation of the observation target, it is not possible to properly associate the measurement data with the state estimation model. As a result, the state of the observation target cannot be estimated with high accuracy. Therefore, by changing the state estimation model based on the direction of the observation target, it is possible to appropriately associate the measurement data with the state estimation model, so that it is possible to further improve the estimation accuracy of the state of the observation target. .
  • the observation target is a vehicle existing around the measurement device
  • the changing means generates a state estimation model based on both the direction of the central position of the observation target with respect to the measurement device and the direction of the observation target. It is preferable to change.
  • the surface facing the host vehicle to be observed can be specified by both the direction of the center position of the observation target with respect to the measuring device and the direction of the observation target. For this reason, by changing the state estimation model based on both of these pieces of information, the measurement data and the state estimation model can be appropriately associated with each other, so that the estimation accuracy of the state to be observed can be further improved. it can.
  • the changing means preferably narrows down the state estimation model to which the measurement data is applied based on the state estimation model used in the previous estimation. Since the behavior change of the observation target is usually continuous, the selection of the wrong state estimation model is reduced by narrowing down the state estimation model based on the state estimation model used in the previous estimation. can do.
  • the changing unit estimates the direction of the center position of the observation target with respect to the measuring apparatus or the direction of the observation target based on the state of the observation target estimated last time.
  • the estimation continuity is maintained by using the previously estimated information, the estimation accuracy of the state of the observation target can be further improved.
  • the changing means estimates the direction of the observation target based on the map information of the position where the observation target exists.
  • the orientation of the observation target cannot be obtained from the measurement data. Therefore, by using the map information of the position where the observation target exists, the direction of the observation target can be estimated even in such a case.
  • the changing means generates a model to be observed from the measurement data and changes the state estimation model based on the number of sides constituting the model. In this way, by changing the state estimation model based on the number of model edges generated from the measurement data, the change criterion for the state estimation model is clarified. Further improvement can be achieved.
  • the state estimation model includes an observation noise model in which the observation noise generated by the measurement of the measurement device is represented by a variance value, and the changing unit changes the variance value of the observation noise model based on the orientation with respect to the surface to be observed. It is preferable.
  • the observation noise of the measurement data is small in the direction perpendicular to the surface of the observation target, and the observation noise of the measurement data is large in the direction horizontal to the surface of the observation target. Therefore, the estimation accuracy of the state of the observation target can be further improved by changing the variance value of the observation noise model based on the orientation with respect to the surface of the measurement target.
  • the changing means changes the observation noise model based on the distance to the observation target.
  • the observation noise becomes small because the measurement target area of the observation target is large.
  • the observation noise becomes large because the measurement target area of the observation target is small. Therefore, by changing the observation noise model according to the distance to the measurement target, it is possible to further improve the estimation accuracy of the state of the observation target.
  • the observation target is a vehicle that exists in the vicinity of the measuring device, and the state estimation model includes a motion model that represents the motion state of the surrounding vehicle and a motion noise model that represents the amount of change in the steering angle in the motion model.
  • the changing unit reduces the amount of change in the steering angle in the motion noise model when the speed of the observation target is high compared to when the speed of the observation target is low.
  • the speed of the observation target is high, the possibility of turning the steering wheel large is low. Therefore, if the speed of the observation target is high, the estimation accuracy of the state of the observation target can be further improved by reducing the amount of change in the steering angle in the motion noise model.
  • the state of the observation target can be estimated with high accuracy.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a state estimation apparatus according to this embodiment.
  • the state estimation apparatus 1 according to the present embodiment is mounted on a vehicle and is electrically connected to a LIDAR (Light Detection and Ranging) 2.
  • LIDAR Light Detection and Ranging
  • LIDAR 2 is a radar that measures another vehicle using laser light, and functions as a measuring device.
  • the LIDAR 2 emits laser light and receives reflected light of the emitted laser light to detect a point sequence of reflection points. Then, LIDAR 2 calculates measurement data of the detected point sequence from the speed of the laser light, the emission time of the laser light, and the reception time of the reflected light.
  • the measurement data includes, for example, a relative distance from the own vehicle, a relative direction with respect to the own vehicle, coordinates calculated from the relative distance to the own vehicle and the relative direction with respect to the own vehicle, and the like. Then, the LIDAR 2 transmits the detected measurement data of the point sequence to the state estimation device 1.
  • the state estimation device 1 estimates the state of other vehicles existing around the host vehicle by an estimation process using a Kalman filter.
  • FIG. 2 is a diagram showing variables to be estimated.
  • variables to be estimated are, for example, center position (x), center position (y), speed (v), direction ( ⁇ ), tire angle ( ⁇ ), wheel base (b), length (L) and width (w).
  • the state estimation apparatus 1 estimates each said variable by calculating by applying the measurement data transmitted from LIDAR2 to a predetermined model for state estimation, and outputs this estimated variable as a state estimated value of the target vehicle. To do.
  • the process for estimating the variable in this way is referred to as a Kalman filter update process.
  • the state estimation device 1 changes the state estimation model used for the Kalman filter update process based on the positional relationship with the target vehicle and the state of the target vehicle. For this reason, the state estimation apparatus 1 also functions as a changing unit that changes the state estimation model.
  • the state estimation model used for the Kalman filter update processing is represented by an observation model, an observation noise model, a motion model, and a motion noise model, as will be described later.
  • the Kalman filter estimates the observation target state (state vector) x k when only the observation amount (observation vector) z k is observed. For this reason, x k is a variable to be obtained by estimation.
  • the measurement data measured by LIDAR 2 corresponds to the observation amount.
  • the observation amount z k at time k is represented by an observation model shown in the following equation (1).
  • v k is an observation noise model representing the observation noise entering the observation model.
  • the observation noise is an error caused by observation, for example, an error caused by the characteristics of LIDAR2 or a reading error of LIDAR2.
  • This observation noise model v k is expressed by the following equation (2) or (3) according to a normal distribution with an average 0 variance R.
  • the state x k at time k is represented by the motion model shown in the following equation (4).
  • u k is an operation amount.
  • W k is a motion noise model representing motion noise entering the motion model.
  • the motion noise is an error generated when a motion state different from the motion state assumed by the motion model is performed.
  • the motion noise model w k is expressed by the following equation (5) or (6) according to a normal distribution with an average 0 variance Q.
  • z 1 ,..., Z k ) is assumed to be a Gaussian distribution, and the probability p (x k + 1
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the first embodiment.
  • the state estimation device 11 changes the observation model used for the Kalman filter update process based on the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR 2 and the direction of the target vehicle.
  • the observation model includes a rear observation model for the rear of the target vehicle, a left oblique rear observation model for the rear and left sides of the target vehicle, a left side observation model for the left side of the target vehicle, the front of the target vehicle, and Left diagonal front observation model for the left side, front side observation model for the front side of the target vehicle, right front side observation model for the front and right sides of the target vehicle, right side observation model for the right side of the target vehicle.
  • the state estimation device 11 generates grouping point cloud data from the measurement data of the point sequence transmitted from the LIDAR 2 (S1). More specifically, when the LIDAR 2 detects a point sequence of reflection points, the state estimation device 11 generates grouping point group data obtained by grouping point sequences within a predetermined distance. Since this grouping point group data is generated corresponding to each vehicle, a plurality of grouping point group data is generated when there are a plurality of vehicles around the host vehicle.
  • the state estimation device 11 obtains the position of the center of gravity of the grouping point cloud data generated in S1 (S2).
  • the position of the center of gravity of the grouping point cloud data corresponds to the center position of the target vehicle.
  • the barycentric position of the grouping point group data can be obtained, for example, by generating a vehicle model from the grouping point group data and calculating the barycentric position of the model.
  • the state estimation device 11 calculates the azimuth angle of the center of gravity obtained in S2 viewed from the LIDAR 2 (S3). That is, the state estimation device 11 calculates the direction of the center of gravity position of the target vehicle with respect to LIDAR 2 in S3.
  • the state estimation device 11 tracks the center-of-gravity position obtained in S2 for the past plural times, and estimates the speed of the center-of-gravity position obtained in S2 (S4). And the state estimation apparatus 11 calculates the speed direction of the gravity center position calculated
  • the state estimation device 11 selects an observation model from the difference between the azimuth angle of the gravity center position calculated in S3 and the velocity direction of the gravity center position calculated in S5 (S6).
  • FIG. 4 is a diagram illustrating the azimuth angle of the gravity center position and the velocity direction of the gravity center position.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating an example of reference for changing an observation model.
  • O (X0, Y0) indicates the origin of LIDAR2
  • C (x, y) indicates the position of the center of gravity obtained in S2.
  • ⁇ represents the speed direction of the center of gravity C calculated in S5
  • ⁇ represents the direction of the center of gravity C relative to the origin O and the direction calculated in S3.
  • the state estimation device 11 selects the rear surface observation model.
  • the state estimation device 11 selects the left oblique rear surface observation model.
  • the state estimation device 11 selects the left side observation model.
  • the state estimation device 11 selects the left oblique front observation model.
  • the state estimation device 11 selects the front observation model.
  • the state estimation device 11 selects the right oblique front observation model.
  • the state estimation device 11 selects the right side observation model.
  • the state estimation device 11 selects the right oblique rear surface observation model.
  • the state estimation device 11 selects the rear surface observation model.
  • FIG. 6 is a diagram for explaining a right oblique rear surface observation model.
  • FIG. 7 is a diagram for explaining the rear surface observation model.
  • the grouping point cloud data is constituted by a right grouping constituted by a point sequence arranged on the right side and a point sequence arranged on the left side. Grouped into left grouping. Since the grouping point group data is composed of a point sequence of reflection points, straight lines applied to the grouping point group data correspond to the front surface, rear surface, right surface, and left surface of the target vehicle.
  • the variables to be estimated are the center position (x), the center position (y), the speed (v), the direction ( ⁇ ), the tire angle ( ⁇ ), the wheel base (b), and the length (l). , Width (w) (see FIG. 2).
  • the variables in the right oblique back observation model are Right grouping center position (X R ) Center position of right grouping (Y R ) Long axis length in right grouping (L R ) Long axis orientation ( ⁇ R ) in right grouping
  • the variables to be estimated are the center position (x), the center position (y), the speed (v), the direction ( ⁇ ), the tire angle ( ⁇ ), the wheel base (b), and the length (l). , Width (w) (see FIG. 2).
  • the variables in the observation model for the right oblique rear surface are Grouping center position (X) Grouping center position (Y) Long axis length in grouping (L) Long axis orientation ( ⁇ ) in grouping It becomes.
  • the state estimation apparatus 11 determines the observation model selected by S6 as an observation model used for this estimation (S7).
  • the state estimation apparatus 11 performs Kalman filter update processing using the grouping point cloud data generated in S1 and the observation model determined in S7 (S8).
  • the state estimation device 11 includes a center position (x), a center position (y), a speed (v), a direction ( ⁇ ), a tire angle ( ⁇ ), a wheel base (b), a length (l), A variable of width (w) is estimated, and the variance of each estimated variable (hereinafter referred to as “estimated variance value”) is calculated.
  • the estimated variance value corresponds to the variance value P k expressed by the above equation (9).
  • the state estimation apparatus 11 outputs the variable calculated by the Kalman filter update process of S8 as a state estimated value of the target vehicle (S9).
  • the state estimation model is changed based on the positional relationship with the target vehicle and the state of the target vehicle.
  • the accuracy can be estimated.
  • the second embodiment is basically the same as the first embodiment, although the observation model selection method is different from the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 8 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the second embodiment. As shown in FIG. 8, the state estimation device 12 according to the second embodiment narrows down the observation model used in the current estimation process based on the observation model used in the previous estimation process.
  • the surface of the vehicle seen from LIDAR2 is the rear surface, the left oblique rear surface, the left surface, the left oblique front surface, the front surface It changes only in the order of the right oblique front, the right face, the right oblique rear face, or the reverse order.
  • the state estimation device 12 narrows down the observation model selected in S6 of the current estimation process based on the observation model determined in S7 of the previous estimation process (S11).
  • the state estimation device 12 first identifies the observation model determined in S7 of the previous estimation process. Furthermore, the state estimation device 12 specifies two observation models that are adjacent to the observation model in the above order or the reverse order. And the state estimation apparatus 12 narrows down the observation model selected by S6 of this estimation process to these specified three observation models. For example, if the observation model determined in S7 of the previous estimation process is the rear observation model, the three observation models of the rear observation model, the right oblique rear face model, and the left oblique rear face model are used, and in this estimation process S6. Narrow down the observation model to select.
  • the state estimation device 12 selects the observation model selected from the difference between the azimuth angle of the gravity center position calculated in S3 and the velocity direction of the gravity center position calculated in S5 as the observation model narrowed down in S11. The process continues in the same manner as in the first embodiment.
  • the state estimation device 12 changes the observation model selected in S6 to the observation model determined in S7 of the previous estimation process, or the state estimation value of the observation target output by the current estimation process is reliable. Are treated as missing.
  • an incorrect observation model is selected to narrow down the observation model used for the current estimation process based on the observation model used in the previous estimation process. Can be reduced.
  • the third embodiment is basically the same as the first embodiment, although the observation model selection method is different from the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the third embodiment.
  • the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR 2 and the direction of the target vehicle are obtained based on the grouping point cloud data generated in S1.
  • the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR 2 and the direction of the target vehicle are set to the state estimated value of the target vehicle output in the previous estimation process. Ask based.
  • the state estimation device 13 extracts the position (x, y) of the target vehicle from the estimated state value of the target vehicle output in S9 of the previous estimation process, and the LIDAR2 is extracted from the extracted position of the target vehicle.
  • the direction of the center position of the target vehicle is calculated (S13).
  • the state estimation device 13 extracts the speed direction ( ⁇ ) of the target vehicle from the state estimated value of the target vehicle output in S9 of the previous estimation process (S14).
  • the state estimation device 13 selects an observation model from the difference between the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR 2 calculated in S13 and the speed direction of the target vehicle extracted in S14 (S6).
  • the continuity of the estimation is maintained by using the state estimation value of the target vehicle output in the previous estimation process.
  • the estimation accuracy of the state can be further improved.
  • the fourth embodiment is basically the same as the first embodiment, although the observation model selection method is different from the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the fourth embodiment.
  • the direction of the target vehicle is obtained based on the grouping point cloud data generated in S1.
  • the direction of the target vehicle is obtained based on the map information.
  • the state estimation device 14 first acquires map information (S16).
  • This map information may be stored in a storage device mounted on the vehicle, such as a navigation system, or may be acquired from outside the vehicle by road-to-vehicle communication or the like.
  • the state estimation device 14 specifies the position where the target vehicle exists in the map information by superimposing the center of gravity calculated in S2 on the map information acquired in S16. Then, the state estimation device 14 calculates the direction of the road on the map at the specified position, and estimates that the calculated road direction on the map is the speed direction of the target vehicle (S17).
  • the position of the center of gravity of the grouping point group data is calculated in S2
  • the position of the target vehicle is estimated from the grouping point group data, and the estimated position of the target vehicle is determined in S17. Based on this, the position of the target vehicle on the map may be specified.
  • the direction of the target vehicle is estimated based on the position where the target vehicle exists, for example, when the target vehicle is stationary or the target vehicle Even if it is the case immediately after detecting this, the direction of the target vehicle can be estimated.
  • the fifth embodiment is basically the same as the first embodiment, although the observation model selection method is different from the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the fifth embodiment
  • FIG. 12 is a diagram illustrating the model selection process of FIG.
  • the observation model is selected based on the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR2 calculated from the grouping point cloud data and the direction of the target vehicle.
  • an observation model is selected based on the number of sides calculated from grouping point cloud data.
  • the state estimation device 15 first calculates the convex hull of the grouping point cloud data generated in S1 (S21). In this convex hull calculation, first, the right end point and the left end point are specified from the grouping point cloud data. Then, the points of the grouping point group data are sequentially connected from the right end (or left side) point toward the left side (or right side), and when the left end (or right side) point is reached, the point connection ends. Since the grouping point cloud data is composed of a point sequence of reflection points, the lines connected by the convex hull calculation are one or two straight lines corresponding to the side surface of the target vehicle.
  • the state estimation device 15 divides the sides of the convex hull calculated in S21 (S22).
  • the line connected in the convex hull calculation of S21 becomes one or two straight lines corresponding to the side surface of the target vehicle. . For this reason, by dividing the sides of the convex hull in S21, it is possible to determine how many planes of the target vehicle are visible from LIDAR2.
  • the state estimation device 15 determines whether or not the number of sides is 1 (S23).
  • S23: YES determines whether the number of sides is 1 (S23: YES)
  • S24 determines whether the length of the sides is shorter than a predetermined threshold (S24), and the number of sides is 1. If it is determined that it is not (S23: NO), it is determined whether or not the left side is longer than the right side (S31).
  • the threshold value in S24 is a value for distinguishing the front and rear surfaces of the vehicle from the left and right surfaces. For this reason, the threshold value of S24 is a value between the width of the front and rear surfaces and the length of the left and right surfaces of a general vehicle.
  • the state estimation device 15 that has proceeded to S24 determines that the length of the side is shorter than the predetermined threshold (S24: YES), whether or not the speed direction of the target vehicle is away from the host vehicle. If it is determined that the side length is not shorter than the predetermined threshold (S24: NO), it is determined whether or not the speed direction of the target vehicle is rightward when viewed from the own vehicle (S28). ).
  • the speed direction of the target vehicle can be detected by various methods. For example, it may be obtained by tracking the position of the center of gravity of the grouping point cloud data as in the first embodiment, and from the state estimation value output in the previous estimation process as in the third embodiment. You may ask for it.
  • the state estimation device 15 that has proceeded to S25 determines that the speed direction of the target vehicle is away from the host vehicle (S25: YES), it selects the rear-surface observation model (S26), and the speed of the target vehicle. If it is determined that the direction is not the direction away from the host vehicle (S25: NO), the front model is selected (S27).
  • the state estimation device 15 that has proceeded to S28 determines that the speed direction of the target vehicle is rightward as viewed from the host vehicle (S28: YES), the right side observation model is selected (S29), and the speed direction of the target vehicle is If it is determined that the vehicle is not facing right as viewed from the vehicle (S28: NO), the left surface observation model is selected.
  • the state estimation device 15 that has proceeded to S31 determines that the left side is longer than the right side in the determination of S31 described above (S31: YES), is the speed direction of the target vehicle away from the host vehicle? If it is determined (S32) and it is determined that the left side is not longer than the right side (S31: NO), it is determined whether the speed direction of the target vehicle is away from the host vehicle (S35). ).
  • the state estimation device 15 that has proceeded to S32 determines that the speed direction of the target vehicle is away from the host vehicle (S32: YES), it selects the left oblique rear surface observation model (S33), and the target vehicle If it is determined that the speed direction is not the direction away from the host vehicle (S32: NO), the right oblique front model is selected (S34).
  • the state estimation device 15 that has proceeded to S35 determines that the speed direction of the target vehicle is away from the host vehicle (S35: YES), it selects the right oblique rear surface observation model (S36), and the target vehicle. If it is determined that the speed direction is a direction away from the host vehicle (S35: NO), a left oblique rear surface observation model is selected (S37).
  • S35 it may be determined whether the speed direction of the target vehicle is rightward as viewed from the host vehicle.
  • the state estimation device 15 determines that the speed direction of the target vehicle is rightward when viewed from the host vehicle, the state estimation device 15 selects a right oblique rear surface observation model (S36), and the speed direction of the target vehicle is viewed from the host vehicle. If it is determined that the direction is not rightward, a left oblique rear surface observation model is selected (S37). You may decide to do it.
  • the state estimation device 15 determines the observation model selected in S19 as the observation model used for the current estimation (S7).
  • the observation model selection criterion is clarified by changing the observation model based on the number of sides obtained from the grouping point cloud data. Therefore, the estimation accuracy of the state of the target vehicle can be further improved.
  • the sixth embodiment differs from the first embodiment in that only the observation noise model of the observation model is changed, but is basically the same as the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 13 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the sixth embodiment.
  • the observation model is selected based on the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR2 calculated from the grouping point cloud data and the direction of the target vehicle.
  • the observation noise model is changed based on the azimuth angle of the side calculated from the grouping point group data.
  • LIDAR2 has a resolution of about 10 cm, the measurement error of the point sequence p itself is small.
  • the center of the point sequence detected by LIDAR2 is a position shifted from the center of the surface of the target vehicle. Therefore, the observation noise in the direction perpendicular to the surface of the target vehicle 3 is small, but the observation noise in the direction parallel to the surface of the target vehicle 3 is observed in the direction perpendicular to the surface of the target vehicle 3. Greater than noise.
  • FIG. 14 is a diagram showing the relationship between the target vehicle and grouping point cloud data
  • FIG. 15 is a diagram showing the concept of the observation noise model.
  • the arrow of FIG. 14 has shown the advancing direction of the target vehicle.
  • the front surface 3 A and the left surface 3 B of the target vehicle 3 are visible from the LIDAR 2, and the point sequence of the reflection points of the laser light emitted from the LIDAR 2 on the front surface 3 A and the left surface 3 B of the target vehicle 3 Consider the case where p is detected.
  • the front 3 A right portion point sequence p from (upper left portion in FIG. 14) and left face 3 rear of B (top right portion in FIG. 14) of is not detected. Accordingly, the center P A of the point sequence p in the front 3 A 'is shifted to the left side of the front 3 A from the center P A of the front 3 A (lower right side in FIG. 14). The center P B of the point sequence p in the left surface 3 B 'is shifted to the front side of the left surface 3 B (lower left side in FIG. 14) than the center P B of the left side 3 B.
  • the center position (x, y) is a variable of the observation model. Therefore, when calculating the center position of the front surface 3 A based on the sequence p point detected by LIDAR2, horizontal direction of the observation noise to the front face 3 A of the target vehicle 3, perpendicular to the front face 3 A It becomes larger than the observation noise in the direction. Also, when calculating the center position of the left surface 3 B based on the sequence p point detected by LIDAR2, observation noise in the horizontal direction to the left surface 3 B of the target vehicle 3, a direction perpendicular to the left surface 3 B Larger than the observed noise.
  • the dispersion value R ′ at the center position in the observation noise model is represented by a perfect circle.
  • the direction is perpendicular to the plane of the target vehicle.
  • the variance value R at the center position in the observation noise model is changed so that the observation noise in the direction horizontal to the surface of the target vehicle is larger than the observation noise.
  • the state estimation device 16 first calculates the convex hull of the grouping point cloud data generated in S1 (S41), and divides the calculated convex hull sides (S42).
  • the convex hull calculation in S41 is the same as the convex hull calculation in S21 (see FIG. 12) performed by the state estimation device 16 according to the fifth embodiment.
  • the state estimation device 16 fits the sides divided in S42 to one or two straight lines (S43), and calculates the azimuth angle of the fitted straight lines (S44).
  • the state estimation device 16 changes the dispersion value R of the center position in the observation noise model based on the azimuth angle of the straight line calculated in S44 as represented by the above-described equation (11) (S45).
  • the state estimation device 16 determines an observation model incorporating the observation noise model whose variance value has been changed in S45 as an observation model used for the current estimation (S46).
  • the state estimation device 16 since the variance value of the observation noise model is changed based on the orientation of the target vehicle with respect to the surface, the accuracy of estimation of the state of the target vehicle is further improved. be able to.
  • the seventh embodiment differs from the first embodiment in that only the observation noise model of the observation model is changed, but is basically the same as the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 16 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the seventh embodiment.
  • the observation model is selected based on the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR2 calculated from the grouping point cloud data and the direction of the target vehicle.
  • the observation noise model is changed based on the distance to the target vehicle.
  • the state estimation device 17 first extracts the position of the target vehicle from the state estimated value of the target vehicle output in S9 of the previous estimation process. At this time, the state estimation device 17 is calculated from the grouping point cloud data generated in S1 of the current estimation process, as in the first embodiment, instead of the state estimation value output in S9 of the previous estimation process. The center of gravity position may be used. Next, the state estimation device 17 calculates the distance from the own vehicle to the target vehicle from the extracted position of the target vehicle. Then, the state estimation device 17 changes the observation noise in the observation noise model based on the calculated distance from the host vehicle to the target vehicle (S48).
  • the state estimation device 17 increases the observation noise in the observation noise model as the distance from the host vehicle to the target vehicle increases.
  • the observation noise in the observation noise model may be continuously changed according to the distance from the host vehicle to the target vehicle, for example, and is divided into one or more stages according to the distance from the host vehicle to the target vehicle. May be changed.
  • the observation noise in the observation noise model can be increased every time the distance from the host vehicle to the target vehicle exceeds the set distance.
  • various noises such as the center position of the surface of the target vehicle, the speed of the target vehicle, and the direction of the target vehicle can be used.
  • the state estimation apparatus 17 determines the observation model incorporating the observation noise model changed in S48 as an observation model used for this estimation (S49).
  • the estimation accuracy of the state of the target vehicle is further improved by changing the observation noise in the observation noise model based on the distance to the target vehicle. be able to.
  • the eighth embodiment differs from the first embodiment in that only the motion noise model is changed, but is basically the same as the first embodiment. For this reason, below, only the part which is different from 1st Embodiment is demonstrated, and description of the part similar to 1st Embodiment is abbreviate
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the eighth embodiment.
  • the observation model is changed based on the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR 2 and the direction of the target vehicle.
  • the motion noise model of the motion model is changed based on the speed of the target vehicle.
  • the motion noise model will be described in detail.
  • the variables to be estimated are the center position (x), the center position (y), the speed (v), the direction ( ⁇ ), the tire angle ( ⁇ ), the wheel base (b), and the length (l). , Width (w) (see FIG. 2).
  • the state estimation device 18 first extracts the speed of the target vehicle from the state estimated value of the target vehicle output in S9 of the previous estimation process. Then, the state estimation device 18 changes the steering change amount ⁇ ( ⁇ ) in the motion noise model based on the extracted speed of the target vehicle (S51). Specifically, the state estimation device 18 decreases the steering change amount ⁇ ( ⁇ ) in the motion noise model as the speed of the target vehicle increases.
  • the steering change amount ⁇ ( ⁇ ) may be continuously changed according to the speed of the target vehicle, for example, or may be changed in one or a plurality of stages according to the speed of the target vehicle. In the latter case, for example, one or a plurality of speeds are set, and the steering change amount ⁇ ( ⁇ ) can be reduced every time the speed of the target vehicle exceeds the set speed.
  • the state estimation device 18 determines the motion model incorporating the motion noise model changed in S51 as the motion model used for the current estimation (S52).
  • the state estimation device 18 when the speed of the target vehicle is high, the steering change amount ⁇ ( ⁇ ) in the motion noise model is reduced, thereby estimating the state accuracy of the target vehicle. Can be further improved.
  • the observation noise model used for the estimation process is changed to estimate the state of the target vehicle.
  • the state of the target vehicle is estimated using a plurality of different observation models, and the state of the observation target estimated using the observation model with the smallest estimated variance value is output.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an estimation process of the state estimation device according to the ninth embodiment.
  • the state estimation device 19 prepares a plurality of different observation models (S54).
  • the observation models prepared in S54 are the rear observation model, the left oblique rear observation model, the left observation model, the left oblique front observation model, the front oblique observation model, the right oblique front observation model, the right oblique observation model, and the right oblique rear observation model. It is an observation model.
  • the state estimation device 19 applies the grouping point cloud data generated in S1 to the eight observation models prepared in S54, and performs Kalman filter update processing in parallel (S55).
  • the Kalman filter update process in S55 is the same as the Kalman filter update process in S8 in the first embodiment.
  • the state estimation device 19 determines the center position (x), the center position (y), the speed (v), the direction ( ⁇ ), the tire angle ( ⁇ ), the wheelbase (estimated in each Kalman filter update process of S55. b) Output the variables of length (l) and width (w) (S56).
  • state estimation device 19 calculates an estimated variance value of each variable calculated in each Kalman filter update process in S55 (S57).
  • the state estimation device 19 sets the Kalman filter output having the smallest estimated variance value among the eight Kalman filter outputs output in S56 as the final output (S59).
  • the target vehicle is estimated using an appropriate observation model. Can be output.
  • the Kalman filter is used as the means for estimating the state of the target vehicle.
  • any means and any filter may be employed as long as the measurement data is applied to the model to estimate the state of the target vehicle.
  • a particle filter may be employed.
  • the peripheral vehicle existing around the own vehicle is adopted as the observation target, but any object such as a motorcycle or a bicycle may be the observation target.
  • 1st Embodiment demonstrated as what changes an observation model based on the difference of the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR2, and the direction of a target vehicle, only the direction of the center position of the target vehicle with respect to LIDAR2 is demonstrated. May change the observation model, or the observation model may be changed based only on the direction of the target vehicle.
  • observation model and the observation noise model may be changed by combining the first embodiment and the sixth embodiment, and the observation model is combined with the first embodiment and the eighth embodiment.
  • exercise model may be changed.
  • the present invention can be used as a state estimation device for estimating the state of surrounding vehicles.

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Abstract

　高精度に観測対象の状態を推定することができる状態推定装置を提供することを目的とする。　状態推定装置１は、ＬＩＤＡＲ２による対象車両の測定データを状態推定用モデルに当てはめて演算するカルマンフィルタ更新処理を行うことで、自車両の周辺に存在する車両の状態を推定するものである。そして、状態推定装置１は、対象車両との位置関係や対象車両の状態に基づいて、カルマンフィルタ更新処理に用いる状態推定用モデルを変更する。

Description

状態推定装置
　本発明は、測定データを状態推定用モデルに当てはめることにより観測対象の状態を推定する推定装置に関する。
　従来から、動的な観測対象の状態を推定する技術として、特開２００２－２５９９６６号公報に記載された装置が知られている。特開２００２－２５９９６６号公報に記載された装置は、複数の認識手段を備え、所定条件に従って認識手法を切り替えることで、推定の高精度化を図るものである。
特開２００２－２５９９６６号公報
　しかしならが、特開２００２－２５９９６６号公報に記載された技術であっても、十分な推定精度を得ることができないため、更に高精度な推定手法が求められている。
　そこで、近年は、カルマンフィルタ（Kalman Filter）などのフィルタを用いた状態推定手法が採用されるようになってきた。カルマンフィルタでは、まず、観測モデル、観測ノイズモデル、運動モデル及び運動ノイズモデルなどの状態推定用モデルを設定しておく。そして、カルマンフィルタでは、この設定した状態推定用モデルに観測対象の測定データを当てはめることにより、動的な観測対象の状態を高精度に推定する。
　しかしながら、従来のカルマンフィルタを用いた状態推定手法では、観測対象の状態が時々刻々と変化するにもかかわらず、状態推定用モデルが固定されているため、必ずしも高精度に観測対象の状態を推定することができないという問題がある。
　そこで、本発明は、より高精度に観測対象の状態を推定することができる状態推定装置を提供することを目的とする。
　本発明に係る状態推定装置は、観測対象を測定する測定装置により測定した測定データを状態推定用モデルに当てはめて観測対象の状態を推定する状態推定装置であって、観測対象との位置関係又は観測対象の状態に基づいて、状態推定用モデルを変更する変更手段を有する。
　本発明に係る状態推定装置によれば、観測対象との位置関係又は観測対象の状態に基づいて状態推定用モデルを変更するため、動的な観測対象の状態をより高精度に推定することができる。
　この場合、観測対象は、測定装置の周辺に存在する車両であり、変更手段は、測定装置に対する観測対象の中心位置の方向に基づいて、状態推定用モデルを変更することが好ましい。測定装置に対する観測対象の中心位置の方向が異なると、観測対象の測定可能面が異なる。このため、測定装置に対する観測対象の中心位置の方向に関わらず同一の状態推定用モデルを用いると、測定データと状態推定用モデルとの対応付けを適切に行うことができない。その結果、観測対象の状態を高精度に推定できなくなる。そこで、測定装置に対する観測対象の中心位置の方向に基づいて状態推定用モデルを変更することで、測定データと状態推定用モデルとを適切に対応付けることができる。これにより、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、観測対象は、測定装置の周辺に存在する車両であり、変更手段は、観測対象の向きに基づいて、状態推定用モデルを変更することが好ましい。観測対象の向きが異なると、観測対象の測定可能面が異なる。このため、観測対象の向きに関わらず同一の状態推定用モデルを用いると、測定データと状態推定用モデルとの対応付けを適切に行うことができなくなる。その結果、観測対象の状態を高精度に推定することができない。そこで、観測対象の向きに基づいて状態推定用モデルを変更することで、測定データと状態推定用モデルとを適切に対応付けることができるため、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、観測対象は、測定装置の周辺に存在する車両であり、変更手段は、測定装置に対する観測対象の中心位置の方向、及び、観測対象の向き、の双方に基づいて、状態推定用モデルを変更することが好ましい。測定装置に対する観測対象の中心位置の方向、及び、観測対象の向きの双方により、観測対象の自車両に対向する面を特定することができる。このため、これら双方の情報に基づいて状態推定用モデルを変更することで、測定データと状態推定用モデルとを適切に対応付けることができるため、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、変更手段は、前回の推定で用いた状態推定用モデルに基づいて、測定データを当てはめる状態推定用モデルを絞り込むことが好ましい。通常、観測対象の挙動変化は連続的であることから、前回の推定で用いた状態推定用モデルに基づいて状態推定用モデルを絞り込むことで、誤った状態推定用モデルが選択されるのを低減することができる。
　また、変更手段は、前回推定した観測対象の状態に基づいて、測定装置に対する観測対象の中心位置の方向、又は、観測対象の向きを推定することが好ましい。このように、前回推定した情報を利用することで推定の連続性が保たれるため、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、変更手段は、観測対象が存在する位置の地図情報に基づいて、観測対象の向きを推定することが好ましい。観測対象が静止している場合や観測対象を検出した直後の場合などは、測定データによって観測対象の向きを求めることができない。そこで、観測対象が存在する位置の地図情報を利用することで、このような場合であっても、観測対象の向きを推定することができる。
　また、変更手段は、測定データから観測対象のモデルを生成し、モデルを構成する辺の数に基づいて、状態推定用モデルを変更することが好ましい。このように、測定データから生成されるモデルの辺の数に基づいて状態推定用モデルを変更することで、状態推定用モデルの変更基準が明確化されるため、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、状態推定用モデルは、測定装置の測定により生じる観測ノイズを分散値で表す観測ノイズモデルを含み、変更手段は、観測対象の面に対する向きに基づいて、観測ノイズモデルの分散値を変更することが好ましい。通常、観測対象の面に垂直な方向には測定データの観測ノイズが小さく、観測対象の面に水平な方向には測定データの観測ノイズが大きい。そこで、測定対象の面に対する向きに基づいて観測ノイズモデルの分散値を変更することで、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、変更手段は、観測対象までの距離に基づいて、観測ノイズモデルを変更することが好ましい。観測対象までの距離が近いと、観測対象の測定対象領域が大きいため、観測ノイズが小さくなる。一方、観測対象までの距離が遠いと、観測対象の測定対象領域が小さいため、観測ノイズが大きくなる。そこで、測定対象までの距離に応じて観測ノイズモデルを変更することで、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、観測対象は、測定装置の周辺に存在する車両であり、状態推定用モデルは、周辺車両の運動状態を表す運動モデルと、運動モデルにおけるステアリング角度の変化量を示す運動ノイズモデルと、を含み、変更手段は、観測対象の速度が高いと、観測対象の速度が低いときに比べて、運動ノイズモデルにおけるステアリング角度の変化量を小さくすることが好ましい。通常、車両の速度が速いと、ステアリングを大きく切る可能性が低い。そこで、観測対象の速度が高いと運動ノイズモデルにおけるステアリング角度の変化量を小さくすることで、観測対象の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　また、複数の異なる状態推定用モデルを用いて、観測対象の状態を推定するとともに、観測対象の状態の推定分散値を算出し、推定分散値が最も小さい観測対象の状態を出力することが好ましい。これにより、観測対象との位置関係や観測対象の状態が不明な場合であっても、適切な状態推定用モデルを用いて推定した観測対象の状態を出力することができる。
　本発明によれば、高精度に観測対象の状態を推定することができる。
本実施形態に係る状態推定装置を示したブロック図である。 推定したい変数を示した図である。 第１の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 重心位置の方位角と重心位置の速度向きとを示す図である。 観測モデルの変更基準例を示す図である。 右斜後面観測モデルを説明するための図である。 後面観測モデルを説明するための図である。 第２の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 第３の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 第４の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 第５の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 図１１のモデル選択処理を示した図である。 第６の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 対象車両とグルーピング点群データとの関係を示した図である。 観測ノイズモデルの概念を示した図である。 第７の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 第８の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。 第９の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。
　以下、図面を参照して、本発明に係る状態推定装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、全図中、同一又は相当部分には同一符号を付すこととする。
　図１は、本実施形態に係る状態推定装置を示したブロック図である。本実施形態に係る状態推定装置１は、車両に搭載されており、ＬＩＤＡＲ（Light Detection and Ranging）２と電気的に接続されている。
　ＬＩＤＡＲ２は、レーザ光を利用して他車両を測定するレーダであり、測定装置として機能する。ＬＩＤＡＲ２は、レーザ光を出射するとともに、この出射したレーザ光の反射光を受光することで、反射点の点列を検出する。そして、ＬＩＤＡＲ２は、レーザ光の速度、レーザ光の出射時刻、及び、反射光の受光時刻から、この検出した点列の測定データを算出する。測定データには、例えば、自車両との相対距離、自車両に対する相対方向、自車両との相対距離と自車両に対する相対方向から算出される座標などが含まれる。そして、ＬＩＤＡＲ２は、検出した点列の測定データを状態推定装置１に送信する。
　状態推定装置１は、カルマンフィルタを用いた推定処理により自車両の周辺に存在する他車両の状態を推定するものである。
　具体的に説明すると、状態推定装置１は、まず、自車両の周辺に存在する他車両を、観測対象である対象車両とし、この対象車両の状態を、推定したい変数として設定する。図２は、推定したい変数を示した図である。図２に示すように、推定したい変数は、例えば、中心位置（ｘ）、中心位置（ｙ）、速さ（ｖ）、向き（θ）、タイヤ角（ξ）、ホイールベース（ｂ）、長さ（ｌ）、幅（ｗ）となる。
　そして、状態推定装置１は、ＬＩＤＡＲ２から送信された測定データを所定の状態推定用モデルに当てはめて演算することで上記の各変数を推定し、この推定した変数を対象車両の状態推定値として出力する。なお、本実施形態では、このように変数を推定する処理を、カルマンフィルタ更新処理という。
　更に、状態推定装置１は、対象車両との位置関係や対象車両の状態に基づいて、カルマンフィルタ更新処理に用いる状態推定用モデルを変更する。このため、状態推定装置１は、状態推定用モデルを変更する変更手段としても機能する。なお、カルマンフィルタ更新処理に用いる状態推定用モデルは、後述するように、観測モデル、観測ノイズモデル、運動モデル、運動ノイズモデルにより表される。
　ここで、カルマンフィルタの概念について簡単に説明する。なお、カルマンフィルタ自体は周知の技術であるため、詳しい説明は省略する。
　カルマンフィルタは、観測量（観測ベクトル）ｚｋのみが観測されるときに、観測対象の状態（状態ベクトル）ｘｋを推定するものである。このため、ｘｋが、推定により求めたい変数となる。なお、本実施形態では、ＬＩＤＡＲ２により測定される測定データが観測量に対応する。
　時刻ｋにおける観測量ｚｋは、次の（１）式に示す観測モデルにより表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　ここで、ｖｋは、観測モデルに入り込む観測ノイズを表す観測ノイズモデルである。観測ノイズは、例えば、ＬＩＤＡＲ２の特性により生じる誤差や、ＬＩＤＡＲ２の読み取り誤差などの、観測により生じる誤差である。この観測ノイズモデルｖｋは、平均０分散Ｒの正規分布に従い、次の（２）式又は（３）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　時刻ｋにおける状態ｘｋは、次の（４）式に示す運動モデルにより表される。
　ここで、ｕｋは、操作量である。また、ｗｋは、運動モデルに入り込む運動ノイズを表す運動ノイズモデルである。運動ノイズは、運動モデルが想定している運動状態と異なる運動状態が行われることにより生じる誤差である。例えば、等速直線運動を行う運動モデルであった場合に、加減速が行われることにより、観測対象の速度に生じる誤差や、ステアリングが切られることにより、観測対象の速度方向に生じる誤差などがある。この運動ノイズモデルｗｋは、平均０分散Ｑの正規分布に従い、次の（５）式又は（６）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　そして、カルマンフィルタでは、確率ｐ（ｘｋ｜ｚ１，・・・，ｚｋ）がガウス分布であると仮定し、次の時刻の確率ｐ（ｘｋ＋１｜ｚ１，・・・，ｚｋ＋１）を逐次演算していく。すると、状態ｘｋの分布は、次の（７）式及び（８）式で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　そして、観測量ｚｋで更新した状態ｘｋの分布は、次の（９）式及び（１０）で表される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　以下、第１～第９の実施形態に係る状態推定装置について詳しく説明する。なお、各実施系形態に係る状態推定装置は、実施形態の番号に併せて１１～１９の符号を付す。
［第１の実施形態］
　第１の実施形態に係る状態推定装置１１の推定処理について説明する。図３は、第１の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。
　図３に示すように、第１の実施形態に係る状態推定装置１１は、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向と対象車両の向きとに基づいて、カルマンフィルタ更新処理に用いる観測モデルを変更する。観測モデルとしては、対象車両の後面を対象とした後面観測モデル、対象車両の後面及び左面を対象とした左斜後面観測モデル、対象車両の左面を対象とした左面観測モデル、対象車両の前面及び左面を対象とした左斜前面観測モデル、対象車両の前面を対象とした前面観測モデル、対象車両の前面及び右面を対象とした右斜前面観測モデル、対象車両の右面を対象とした右面観測モデル、対象車両の後面及び右面を対象とした右斜後面観測モデル、の８つがある。そこで、状態推定装置１１は、これら８つの観測モデルから、適切な観測モデルを選択する。
　まず、状態推定装置１１は、ＬＩＤＡＲ２から送信された点列の測定データからグルーピング点群データを生成する（Ｓ１）。詳しく説明すると、状態推定装置１１は、ＬＩＤＡＲ２が反射点の点列を検出すると、所定距離内にある点列をグルーピングしたグルーピング点群データを生成する。このグルーピング点群データは、各車両に対応して生成されるため、自車両の周辺に複数の車両が存在する場合は、複数のグルーピング点群データが生成される。
　次に、状態推定装置１１は、Ｓ１で生成したグルーピング点群データの重心位置を求める（Ｓ２）。グルーピング点群データの重心位置は、対象車両の中心位置に対応するものである。このため、グルーピング点群データの重心位置は、例えば、グルーピング点群データから車両のモデルを生成し、このモデルの重心位置を算出することにより求めることができる。
　そして、状態推定装置１１は、ＬＩＤＡＲ２から見たＳ２で求めた重心位置の方位角を算出する（Ｓ３）。すなわち、状態推定装置１１は、Ｓ３において、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の重心位置の方向を算出する。
　一方、状態推定装置１１は、Ｓ２で求めた重心位置を過去複数回分にわたってトラッキングし、Ｓ２で求めた重心位置の速度を推定する（Ｓ４）。そして、状態推定装置１１は、Ｓ４のトラッキング及び速度の推定により、Ｓ２で求めた重心位置の速度向きを算出する（Ｓ５）。すなわち、状態推定装置１１は、Ｓ５において、対象車両の速度向きを算出する。
　次に、状態推定装置１１は、Ｓ３で算出した重心位置の方位角とＳ５で算出した重心位置の速度向きとの差分から、観測モデルを選択する（Ｓ６）。
　ここで、図４及び図５を参照して、Ｓ６の処理について詳しく説明する。図４は、重心位置の方位角と重心位置の速度向きとを示す図である。図５は、観測モデルの変更基準例を示す図である。なお、図４において、Ｏ（Ｘ０，Ｙ０）は、ＬＩＤＡＲ２の原点を示しており、Ｃ（ｘ，ｙ）は、Ｓ２で求めた重心位置を示している。また、θは、Ｓ５で算出した重心位置Ｃの速度向きを示しており、ψは、原点Ｏに対する重心位置Ｃの方向であって、Ｓ３で算出した方向を示している。
　図４に示すように、状態推定装置１１は、まず、Ｓ５で算出した速度向きθからＳ３で算出した方向ψを引いた角度φを算出する。この角度φは、φ＝θ－ψで表され、０～２π（３６０°）の範囲となる。そして、図５に示すように、状態推定装置１１は、この算出された角度φに基づいて、観測モデルを選択する。
　角度φが２０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の後面のみが見えるため、状態推定装置１１は、後面観測モデルを選択する。
　角度φが２０°より大きく７０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の後面及び左面のみが見えるため、状態推定装置１１は、左斜後面観測モデルを選択する。
　角度φが７０°より大きく１１０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の左面のみが見えるため、状態推定装置１１は、左面観測モデルを選択する。
　角度φが１１０°より大きく１６０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の前面及び左面のみが見えるため、状態推定装置１１は、左斜前面観測モデルを選択する。
　角度φが１６０°より大きく２００°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の前面のみが見えるため、状態推定装置１１は、前面観測モデルを選択する。
　角度φが２００°より大きく２５０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の前面及び右面のみが見えるため、状態推定装置１１は、右斜前面観測モデルを選択する。
　角度φが２５０°より大きく２９０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の右面のみが見えるため、状態推定装置１１は、右面観測モデルを選択する。
　角度φが２９０°より大きく３４０°以下の場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の後面及び右面のみが見えるため、状態推定装置１１は、右斜後面観測モデルを選択する。
　角度φが３４０°より大きい場合は、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の後面のみが見えるため、状態推定装置１１は、後面観測モデルを選択する。
　ここで、図６及び図７を参照して、観測モデルの一例を詳しく説明する。図６は、右斜後面観測モデルを説明するための図である。図７は、後面観測モデルを説明するための図である。
　図６に示すように、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の後面及び右面のみが見える場合を考える。この場合、Ｓ１で生成したグルーピング点群データに直線を当てはめると、このグルーピング点群データは、右側に配置される点列で構成される右グルーピングと、左側に配置される点列で構成される左グルーピングと、にグルーピングされる。なお、グルーピング点群データは、反射点の点列で構成されるため、グルーピング点群データに当てはめられる直線は、対象車両の前面、後面、右面、左面に対応する。
　上述したように、推定したい変数は、中心位置（ｘ）、中心位置（ｙ）、速さ（ｖ）、向き（θ）、タイヤ角（ξ）、ホイールベース（ｂ）、長さ（ｌ）、幅（ｗ）である（図２参照）。このため、右斜後面観測モデルにおける変数は、
右グルーピングの中心位置（ＸＲ）
右グルーピングの中心位置（ＹＲ）
右グルーピングにおける長軸の長さ（ＬＲ）
右グルーピングにおける長軸の方位（ΘＲ）
左グルーピングの中心位置（ＸＬ）
左グルーピングの中心位置（ＹＬ）
左グルーピングにおける長軸の長さ（ＬＬ）
左グルーピングにおける長軸の方位（ΘＬ）
となる。
　また、右斜後面観測観測モデルは、
ＸＲ＝ｘ－ｌ／２×ｃｏｓ（θ）
ＹＲ＝ｙ－ｌ／２×ｓｉｎ（θ）
ＬＲ＝ｗ
ΘＲ＝ｍｏｄ（θ＋π／２，π）
ＸＬ＝ｘ＋ｗ／２×ｓｉｎ（θ）
ＹＬ＝ｙ－ｗ／２×ｃｏｓ（θ）
ＬＬ＝ｌ
ΘＬ＝ｍｏｄ（θ，π）
となる。
　図７に示すように、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の後面のみが見える場合を考える。この場合、Ｓ１で生成したグルーピング点群データに直線を当てはめると、１つにグルーピングされる。
　上述したように、推定したい変数は、中心位置（ｘ）、中心位置（ｙ）、速さ（ｖ）、向き（θ）、タイヤ角（ξ）、ホイールベース（ｂ）、長さ（ｌ）、幅（ｗ）である（図２参照）。このため、右斜後面観測観測モデルにおける変数は、
グルーピングの中心位置（Ｘ）
グルーピングの中心位置（Ｙ）
グルーピングにおける長軸の長さ（Ｌ）
グルーピングにおける長軸の方位（Θ）
となる。
　そして、右斜後面観測観測モデルは、
Ｘ＝ｘ－ｌ／２×ｃｏｓ（θ）
Ｙ＝ｙ－ｌ／２×ｓｉｎ（θ）
Ｌ＝ｗ
Θ＝ｍｏｄ（θ＋π／２，π）
となる。
　そして、状態推定装置１１は、Ｓ６で選択された観測モデルを、今回の推定に用いる観測モデルとして決定する（Ｓ７）。
　次に、状態推定装置１１は、Ｓ１で生成したグルーピング点群データと、Ｓ７で決定した観測モデルとを用いて、カルマンフィルタ更新処理を行う（Ｓ８）。このとき、状態推定装置１１は、中心位置（ｘ）、中心位置（ｙ）、速さ（ｖ）、向き（θ）、タイヤ角（ξ）、ホイールベース（ｂ）、長さ（ｌ）、幅（ｗ）の変数を推定するとともに、推定した各変数の分散（以下「推定分散値」という）を算出する。推定分散値は、上述した（９）式で表される分散値Ｐｋに対応する。そして、状態推定装置１１は、Ｓ８のカルマンフィルタ更新処理により算出された変数を、対象車両の状態推定値として出力する（Ｓ９）。
　このように、本実施形態に係る状態推定装置１１によれば、対象車両との位置関係や対象車両の状態に基づいて状態推定用モデルを変更するため、動的な対象車両の状態をより高精度に推定することができる。
　そして、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向と対象車両の向きとの差分に基づいて観測モデルを変更することで、測定データと観測モデルとを適切に対応付けることができるため、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
［第２の実施形態］
　次に、第２の実施形態に係る状態推定装置１２の推定処理について説明する。第２の実施形態は、第１の実施形態と観測モデルの選択手法が異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図８は、第２の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。図８に示すように、第２の実施形態に係る状態推定装置１２は、前回の推定処理で用いた観測モデルに基づいて、今回の推定処理で用いる観測モデルを絞り込むものである。
　通常、車両の挙動変化は連続的である。このため、時間の経過に伴い、対象車両との位置関係や対象車両の状態が変化して行ったとしても、ＬＩＤＡＲ２から見える車両の面は、後面、左斜後面、左面、左斜前面、前面、右斜前面、右面、右斜後面の順、又は、この逆の順にしか変化しない。
　そこで、状態推定装置１２は、今回の推定処理のＳ６で選択する観測モデルを、前回の推定処理のＳ７で決定した観測モデルに基づき絞り込む（Ｓ１１）。
　詳しく説明すると、状態推定装置１２は、まず、前回の推定処理のＳ７で決定した観測モデルを特定する。更に、状態推定装置１２は、上記の順又は逆順においてこの観測モデルと隣接関係にある２つの観測モデルを特定する。そして、状態推定装置１２は、今回の推定処理のＳ６で選択する観測モデルを、この特定した３つの観測モデルに絞り込む。例えば、前回の推定処理のＳ７で決定した観測モデルが後面観測モデルであった場合は、後面観測モデル、右斜後面モデル及び左斜後面モデルの３つの観測モデルで、今回の推定処理のＳ６で選択する観測モデルを絞り込む。
　そして、状態推定装置１２は、Ｓ６において、Ｓ３で算出した重心位置の方位角とＳ５で算出した重心位置の速度向きとの差分から選択する観測モデルが、Ｓ１１で絞り込まれた観測モデルである場合は、第１の実施形態と同様に処理を続ける。
　一方、状態推定装置１２は、Ｓ６において、Ｓ３で算出した重心位置の方位角とＳ５で算出した重心位置の速度向きとの差分から選択する観測モデルが、Ｓ１１で絞り込まれた観測モデルでない場合は、今回の観測モデルの選択に誤りがある可能性が高いと判断する。そして、状態推定装置１２は、Ｓ６で選択する観測モデルを、前回の推定処理のＳ７で決定した観測モデルに変更し、又は、今回の推定処理により出力された観測対象の状態推定値は信頼性が欠けるものとして取り扱う。
　このように、第２の実施形態に係る状態推定装置１２によれば、前回の推定処理で用いた観測モデルに基づいて、今回の推定処理に用いる観測モデルを絞り込むため、誤った観測モデルが選択されるのを低減することができる。
［第３の実施形態］
　次に、第３の実施形態に係る状態推定装置１３の推定処理について説明する。第３の実施形態は、第１の実施形態と観測モデルの選択手法が異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図９は、第３の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。上述したように、第１の実施形態では、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、及び、対象車両の向きを、Ｓ１で生成したグルーピング点群データに基づいて求めていた。これに対し、図９に示すように、第３の実施形態では、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、及び、対象車両の向きを、前回の推定処理で出力した対象車両の状態推定値に基づいて求める。
　詳しく説明すると、状態推定装置１３は、前回の推定処理のＳ９において出力した対象車両の状態推定値から対象車両の位置（ｘ，ｙ）を抽出し、この抽出した対象車両の位置から、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向を算出する（Ｓ１３）。また、状態推定装置１３は、前回の推定処理のＳ９において出力した対象車両の状態推定値から対象車両の速度向き（θ）を抽出する（Ｓ１４）。
　そして、状態推定装置１３は、Ｓ１３で算出したＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向と、Ｓ１４で抽出した対象車両の速度向きとの差分から、観測モデルを選択する（Ｓ６）
　このように、第３の実施形態に係る状態推定装置１３によれば、前回の推定処理で出力した対象車両の状態推定値を利用することで、推定の連続性が保たれるため、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
［第４の実施形態］
　次に、第４の実施形態に係る状態推定装置１４の推定処理について説明する。第４の実施形態は、第１の実施形態と観測モデルの選択手法が異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図１０は、第４の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。上述したように、第１の実施形態では、対象車両の向きを、Ｓ１で生成したグルーピング点群データに基づいて求めていた。これに対し、図１０に示すように、第４の実施形態では、対象車両の向きを、地図情報に基づいて求める。
　詳しく説明すると、状態推定装置１４は、まず、地図情報を取得する（Ｓ１６）。この地図情報は、例えば、ナビゲーションシステムなどのように車両に搭載された記憶装置に記憶されているものであってもよく、路車間通信などにより車外から取得するものであってもよい。
　次に、状態推定装置１４は、Ｓ１６で取得した地図情報にＳ２で算出した重心位置を重ね合わせることで、地図情報における対象車両が存在する位置を特定する。そして、状態推定装置１４は、この特定した位置の地図上の道路の向きを算出し、この算出した地図上の道路の向きが対象車両の速度向きであると推定する（Ｓ１７）。
　なお、第４の実施形態では、Ｓ２において、グルーピング点群データの重心位置を算出するだけではなく、グルーピング点群データから対象車両の位置も推定し、Ｓ１７において、この推定した対象車両の位置に基づいて、地図上における対象車両の存在する位置を特定するものとしてもよい。
　このように、第４の実施形態に係る状態推定装置１４によれば、対象車両が存在する位置に基づいて対象車両の向きを推定するため、例えば、対象車両が静止している場合や対象車両を検出した直後の場合などであっても、対象車両の向きを推定することができる。
［第５の実施形態］
　次に、第５の実施形態に係る状態推定装置１５の推定処理について説明する。第５の実施形態は、第１の実施形態と観測モデルの選択手法が異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図１１は、第５の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図であり、図１２は、図１１のモデル選択処理を示した図である。上述したように、第１の実施形態では、グルーピング点群データから算出されるＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、及び、対象車両の向きに基づいて、観測モデルを選択していた。これに対し、図１１及び図１２に示すように、第５の実施形態では、グルーピング点群データから算出される辺の数に基づいて、観測モデルを選択する。
　詳しく説明すると、図１０に示すように、状態推定装置１５は、Ｓ１においてグルーピング点群データを生成すると、次に説明するモデル選択処理を行う（Ｓ１９）。
　図１１を参照して、Ｓ１９のモデル選択処理について詳しく説明する。
　状態推定装置１５は、まず、Ｓ１で生成したグルーピング点群データの凸包を算出する（Ｓ２１）。この凸包算出では、まず、グルーピング点群データから、右端の点と左端の点を特定する。そして、右端（又は左側）の点から、左側（又は右側）に向けてグルーピング点群データの点を順次連結していき、左端（又は右側）の点に到達すると、点の連結を終了する。なお、グルーピング点群データは、反射点の点列で構成されるため、凸包算出で連結された線は、対象車両の側面に対応した１本又は２本の直線となる。
　次に、状態推定装置１５は、Ｓ２１で算出した凸包の辺を分割する（Ｓ２２）。上述したように、グルーピング点群データは、反射点の点列で構成されるため、Ｓ２１の凸包算出で連結された線は、対象車両の側面に対応した１本又は２本の直線となる。このため、Ｓ２１で凸包の辺を分割することで、ＬＩＤＡＲ２から対象車両の面が、何面見えるのかを判断することができる。
　次に、状態推定装置１５は、辺の数が１であるか否かを判定する（Ｓ２３）。そして、状態推定装置１５は、辺の数が１であると判定すると（Ｓ２３：ＹＥＳ）、辺の長さが所定の閾値よりも短いか否かを判定し（Ｓ２４）、辺の数が１ではないと判定すると（Ｓ２３：ＮＯ）、右辺よりも左辺の方が長いか否かを判定する（Ｓ３１）。なお、Ｓ２４の閾値は、車両の前面及び後面と左面及び右面とを区別するための値である。このため、Ｓ２４の閾値は、一般的な車両の、前面及び後面の幅と左面及び右面の長さとの間の値となる。
　Ｓ２４に進んだ状態推定装置１５は、辺の長さが所定の閾値よりも短いと判定すると（Ｓ２４：ＹＥＳ）、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であるか否かを判定し（Ｓ２５）、辺の長さが所定の閾値よりも短くないと判定すると（Ｓ２４：ＮＯ）、対象車両の速度向きが自車両から見て右向きであるか否かを判定する（Ｓ２８）。なお、対象車両の速度向きは、様々な手法により検出することができる。例えば、第１の実施形態のように、グルーピング点群データの重心位置をトラッキングすることにより求めてもよく、また、第３の実施形態のように、前回の推定処理で出力した状態推定値から求めてもよい。
　Ｓ２５に進んだ状態推定装置１５は、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であると判定すると（Ｓ２５：ＹＥＳ）、後面観測モデルを選択し（Ｓ２６）、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向ではないと判定すると（Ｓ２５：ＮＯ）、前面モデルを選択する（Ｓ２７）。
　Ｓ２８に進んだ状態推定装置１５は、対象車両の速度向きが自車両から見て右向きであると判定すると（Ｓ２８：ＹＥＳ）、右面観測モデルを選択し（Ｓ２９）、対象車両の速度向きが自車両から見て右向きではないと判定すると（Ｓ２８：ＮＯ）、左面観測モデルを選択する。
　Ｓ３１に進んだ状態推定装置１５は、上述したＳ３１の判定において、左辺は右辺よりも長いと判定すると（Ｓ３１：ＹＥＳ）、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であるか否かを判定し（Ｓ３２）、左辺は右辺よりも長くないと判定すると（Ｓ３１：ＮＯ）、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であるか否かを判定する（Ｓ３５）。
　Ｓ３２に進んだ状態推定装置１５は、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であると判定すると（Ｓ３２：ＹＥＳ）、左斜後面観測モデルを選択し（Ｓ３３）、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向ではないと判定すると（Ｓ３２：ＮＯ）、右斜前面モデルを選択する（Ｓ３４）。
　Ｓ３５に進んだ状態推定装置１５は、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であると判定すると（Ｓ３５：ＹＥＳ）、右斜後面観測モデルを選択し（Ｓ３６）、対象車両の速度向きが自車両に対して離れていく方向であると判定すると（Ｓ３５：ＮＯ）、左斜後面観測モデルを選択する（Ｓ３７）。
　なお、Ｓ３５では、対象車両の速度向きが自車両から見て右向きであるか否かを判定してもよい。この場合、状態推定装置１５は、対象車両の速度向きが自車両から見て右向きであると判定すると、右斜後面観測モデルを選択し（Ｓ３６）、対象車両の速度向きが自車両から見て右向きでないと判定すると、左斜後面観測モデルを選択する（Ｓ３７）。
することにしてもよい。
　このようにして観測モデルが選択されると、図１０に示すように、状態推定装置１５は、Ｓ１９で選択された観測モデルを、今回の推定に用いる観測モデルとして決定する（Ｓ７）。
　このように、第５の実施形態に係る状態推定装置１５によれば、グルーピング点群データから求められる辺の数に基づいて観測モデルを変更することで、観測モデルの選択基準が明確化されるため、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
［第６の実施形態］
　次に、第６の実施形態に係る状態推定装置１６の推定処理について説明する。第６の実施形態は、観測モデルの観測ノイズモデルのみを変更する点で第１の実施形態と異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図１３は、第６の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。上述したように、第１の実施形態では、グルーピング点群データから算出されるＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、及び、対象車両の向きに基づいて、観測モデルを選択していた。これに対し、図１３に示すように、第６の実施形態では、グルーピング点群データから算出される辺の方位角に基づいて、観測ノイズモデルを変更する。
　ここで、対象車両の面に対する向きと、観測誤差との関係について説明する。
　一般的に、ＬＩＤＡＲ２は、１０ｃｍ程度の分解能を有するため、点列ｐ自体の測定誤差は小さい。一方、ＬＩＤＡＲ２は、端部からは点列を検出しにくいという特性を有するため、ＬＩＤＡＲ２で検出された点列の中心は、対象車両の面の中心からずれた位置となる。このため、対象車両３の面に対して垂直な方向の観測ノイズは小さいが、対象車両３の面に対して水平な方向の観測ノイズは、対象車両３の面に対して垂直な方向の観測ノイズよりも大きくなる。
　図１４は、対象車両とグルーピング点群データとの関係を示した図であり、図１５は、観測ノイズモデルの概念を示した図である。なお、図１４の矢印は、対象車両の進行方向を示している。
　図１４に示すように、ＬＩＤＡＲ２から対象車両３の前面３Ａ及び左面３Ｂが見えており、対象車両３の前面３Ａ及び左面３Ｂに、ＬＩＤＡＲ２から出射したレーザ光の反射点の点列ｐが検出された場合を考える。
　この場合、前面３Ａの右部（図１４において左上の部分）と左面３Ｂの後部（図１４において右上の部分）からは点列ｐが検出されない。このため、前面３Ａにおける点列ｐの中心ＰＡ’は、前面３Ａの中心ＰＡよりも前面３Ａの左側（図１４において右下側）にずれてしまう。また、左面３Ｂにおける点列ｐの中心ＰＢ’は、左面３Ｂの中心ＰＢよりも左面３Ｂの前側（図１４において左下側）にずれてしまう。
　上述したように、中心位置（ｘ、ｙ）は観測モデルの変数である。このため、ＬＩＤＡＲ２で検出された点列ｐに基づいて前面３Ａの中心位置を算出すると、対象車両３の前面３Ａに対して水平な方向の観測ノイズが、前面３Ａに対して垂直な方向の観測ノイズよりも大きくなる。また、ＬＩＤＡＲ２で検出された点列ｐに基づいて左面３Ｂの中心位置を算出すると、対象車両３の左面３Ｂに対して水平な方向の観測ノイズが、左面３Ｂに対して垂直な方向の観測ノイズよりも大きくなる。
　そこで、図１５に示すように、通常は、観測ノイズモデルにおける中心位置の分散値Ｒ’は真円で表されるが、第６の実施形形態では、対象車両の面に対して垂直な方向の観測ノイズよりも、対象車両の面に対して水平な方向の観測ノイズが大きくなるように、観測ノイズモデルにおける中心位置の分散値Ｒを変更する。
　具体的に説明すると、対象車両の面に対して垂直な方向の誤差をσｙ、対象車両の面に対して水平な方向の誤差をσｘ、回転行列をＲθとすると、観測ノイズモデルにおける中心位置の分散値Ｒは、次の（１１）式で表される。なお、（１１）式の算出方法を（１２）式に記載した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
　次に、図１３を参照して、状態推定装置１６の処理について説明する。
　状態推定装置１６は、まず、Ｓ１で生成したグルーピング点群データの凸包を算出し（Ｓ４１）、この算出した凸包の辺を分割する（Ｓ４２）。なお、Ｓ４１の凸包算出は、第５の実施形態に係る状態推定装置１６が行うＳ２１の凸包算出（図１２参照）と同様である。
　次に、状態推定装置１６は、Ｓ４２で分割した辺を、１本又は２本の直線に当てはめ（Ｓ４３）、この当てはめた直線の方位角を算出する（Ｓ４４）。
　そして、状態推定装置１６は、上述した（１１）式で表されるように、Ｓ４４で算出した直線の方位角に基づいて、観測ノイズモデルにおける中心位置の分散値Ｒを変更する（Ｓ４５）。
　そして、状態推定装置１６は、Ｓ４５で分散値が変更された観測ノイズモデルを組み込んだ観測モデルを、今回の推定に用いる観測モデルとして決定する（Ｓ４６）。
　このように、第６の実施形態に係る状態推定装置１６によれば、対象車両の面に対する向きに基づいて観測ノイズモデルの分散値を変更するため、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
［第７の実施形態］
　次に、第７の実施形態に係る状態推定装置１７の推定処理について説明する。第７の実施形態は、観測モデルの観測ノイズモデルのみを変更する点で第１の実施形態と異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図１６は、第７の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。上述したように、第１の実施形態では、グルーピング点群データから算出されるＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、及び、対象車両の向きに基づいて、観測モデルを選択していた。これに対し、図１６に示すように、第７の実施形態では、対象車両との距離に基づいて、観測ノイズモデルを変更する。
　状態推定装置１７は、まず、前回の推定処理のＳ９で出力した対象車両の状態推定値から、対象車両の位置を抽出する。このとき、状態推定装置１７は、前回の推定処理のＳ９で出力した状態推定値の代わりに、第１の実施形態のように、今回の推定処理のＳ１で生成したグルーピング点群データから算出される重心位置を用いてもよい。次に、状態推定装置１７は、この抽出した対象車両の位置から、自車両から対象車両までの距離を算出する。そして、状態推定装置１７は、この算出した自車両から対象車両までの距離に基づいて、観測ノイズモデルにおける観測ノイズを変更する（Ｓ４８）。
　詳しく説明すると、自車両から対象車両までの距離が近いと、ＬＩＤＡＲ２による対象車両の測定対象領域が大きくなるため、観測ノイズが小さくなる。一方、自車両から対象車両までの距離が遠いと、ＬＩＤＡＲ２による対象車両の測定対象領域が小さくなるため、観測ノイズが大きくなる。そこで、状態推定装置１７は、自車両から対象車両までの距離が長くなるほど、観測ノイズモデルにおける観測ノイズを大きくする。なお、観測ノイズモデルにおける観測ノイズは、例えば、自車両から対象車両までの距離に応じて連続的に変化させてもよく、自車両から対象車両までの距離に応じて１又は複数の段階に分けて変化させてもよい。後者の場合、例えば、１又は複数の距離を設定しておき、自車両から対象車両までの距離がこの設定した距離を超える度に、観測ノイズモデルにおける観測ノイズを大きくすることができる。また、変更する観測ノイズは、対象車両の面の中心位置、対象車両の速さ、対象車両の向きなど、様々なノイズを用いることができる。
　そして、状態推定装置１７は、Ｓ４８で変更された観測ノイズモデルを組み込んだ観測モデルを、今回の推定に用いる観測モデルとして決定する（Ｓ４９）。
　このように、第７の実施形態に係る状態推定装置１７によれば、対象車両までの距離に基づいて観測ノイズモデルにおける観測ノイズを変更することで、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
［第８の実施形態］
　次に、第８の実施形態に係る状態推定装置１８の推定処理について説明する。第８の実施形態は、運動ノイズモデルのみを変更する点で第１の実施形態と異なるが、基本的に第１の実施形態と同様である。このため、以下では、第１の実施形態と相違する部分のみを説明し、第１の実施形態と同様の部分の説明を省略する。
　図１７は、第８の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。上述したように、第１の実施形態では、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、及び、対象車両の向きに基づいて、観測モデルを変更していた。これに対し、図１７に示すように、第８の実施形態では、対象車両の速度に基づいて、運動モデルの運動ノイズモデルを変更する。
　ここで、運動ノイズモデルについて詳しく説明する。上述したように、推定したい変数は、中心位置（ｘ）、中心位置（ｙ）、速さ（ｖ）、向き（θ）、タイヤ角（ξ）、ホイールベース（ｂ）、長さ（ｌ）、幅（ｗ）である（図２参照）。このため、運動モデルは、
ｘ：＝ｘ＋ｖ×ｃｏｓ（θ）
ｙ：＝ｙ＋ｖ×ｓｉｎ（θ）
ｖ：＝ｖ
θ：＝θ＋ｖ／ｂ×ｔａｎ（ξ）
ξ：＝ξ
ｂ：＝ｂ
ｌ：＝ｌ
ｗ：＝ｗ
で表される。
　そして、運動モデルが等速直線運動である場合に、これら運動モデルに入り込む運動ノイズモデルは、例えば、
σ（ｘ）＝０
σ（ｙ）＝０
σ（ｖ）＝加減速度
σ（θ）＝０
σ（ξ）＝ステアリング変化量（ステアリング角度の変化量）
σ（ｂ）＝０
σ（ｌ）＝０
σ（ｗ）＝０
となる。
　このように、運動モデルに入り込む運動ノイズモデルには、ステアリング変化量と加減速度が設定されるが、従来は、何れも固定的な値を運動ノイズモデルに設定していた。しかしながら、車両の速度が高くなるに従い、ステアリングを大きく切る可能性が低くなる傾向にある。
　そこで、状態推定装置１８は、まず、前回の推定処理のＳ９で出力した対象車両の状態推定値から、対象車両の速度を抽出する。そして、状態推定装置１８は、この抽出した対象車両の速度に基づいて、運動ノイズモデルにおけるステアリング変化量σ（ξ）を変更する（Ｓ５１）。具体的に説明すると、状態推定装置１８は、対象車両の速度が高いほど、運動ノイズモデルにおけるステアリング変化量σ（ξ）を小さくする。なお、ステアリング変化量σ（ξ）は、例えば、対象車両の速度に応じて連続的に変化させてもよく、対象車両の速度に応じて１又は複数の段階に分けて変化させてもよい。後者の場合、例えば、１又は複数の速度を設定しておき、対象車両の速度が設定した速度を超える度に、ステアリング変化量σ（ξ）を小さくすることができる。
　そして、状態推定装置１８は、Ｓ５１で変更された運動ノイズモデルを組み込んだ運動モデルを、今回の推定に用いる運動モデルとして決定する（Ｓ５２）。
　このように、第８の実施形態に係る状態推定装置１８によれば、対象車両の速度が高いと運動ノイズモデルにおけるステアリング変化量σ（ξ）を小さくすることで、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
［第９の実施形態］
　次に、第９の実施形態に係る状態推定装置１９の推定処理について説明する。第１の実施形態では、推定処理に用いる観測ノイズモデルを変更して、対象車両の状態を推定した。これに対し、第９の実施形態では、複数の異なる観測モデルで対象車両の状態を推定し、推定分散値が最も小さくなる観測モデルを用いて推定した観測対象の状態を出力する。
　図１８は、第９の実施形態に係る状態推定装置の推定処理を示した図である。図１８に示すように、状態推定装置１９は、複数の異なる観測モデルを用意する（Ｓ５４）。Ｓ５４で用意する観測モデルは、後面観測モデル、左斜後面観測モデル、左面観測モデル、左斜前面観測モデル、前面観測モデル、右斜前面観測モデル、右面観測モデル及び右斜後面観測モデルの８の観測モデルである。なお、以下の説明では、Ｓ５４で用意する観測モデルは上述した８つであるものとして説明するが、少なくとも２以上の観測モデルを用意すれば、特に用意する観測モデルの数は制限されない。
　次に、状態推定装置１９は、Ｓ５４で用意した８つの観測モデルに、それぞれＳ１で生成したグルーピング点群データを当てはめて、並列的にカルマンフィルタ更新処理を行う（Ｓ５５）。Ｓ５５のカルマンフィルタ更新処理は、第１の実施形態におけるＳ８のカルマンフィルタ更新処理と同様である。
　そして、状態推定装置１９は、Ｓ５５の各カルマンフィルタ更新処理において推定された中心位置（ｘ）、中心位置（ｙ）、速さ（ｖ）、向き（θ）、タイヤ角（ξ）、ホイールベース（ｂ）、長さ（ｌ）、幅（ｗ）の各変数を出力する（Ｓ５６）。
　また、状態推定装置１９は、Ｓ５５の各カルマンフィルタ更新処理において算出した各変数の推定分散値を算出する（Ｓ５７）。
　そして、状態推定装置１９は、Ｓ５６で出力された８つのカルマンフィルタ出力の内、推定分散値の最も小さいカルマンフィルタ出力を最終出力とする（Ｓ５９）。
　このように、第９の実施形態に係る状態推定装置１９によれば、対象車両との位置関係や対象車両の状態が不明な場合であっても、適切な観測モデルを用いて推定した対象車両の状態推定値を出力することができる。
　以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。
　例えば、上記実施形態では、対象車両の状態の推定手段として、カルマンフィルタを採用するものとして説明した。しかしながら、測定データをモデルに当てはめて対象車両の状態を推定するものであれば、如何なる手段、如何なるフィルタを採用してもよい。例えば、パーティクルフィルタ（Particle Filter）を採用してもよい。
　また、上記実施形態では、観測対象として、自車両の周辺に存在する周辺車両を採用したが、バイクや自転車など、あらゆるものを観測対象としてもよい。
　また、第１の実施形態では、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向と対象車両の向きとの差分に基づいて観測モデルを変更するものとして説明したが、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向のみに基づいて観測モデルを変更してもよく、又は、対象車両の向きのみに基づいて観測モデルを変更してもよい。
　ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向が異なっても、対象車両の測定可能面が異なり、また、対象車両の向きが異なっても、対象車両の測定可能面が異なる。このため、ＬＩＤＡＲ２に対する対象車両の中心位置の方向、又は、対象車両の向きの何れか一方にのみ基づいて観測モデルを変更することでも、測定データと観測モデルとを適切に対応付けることができる。これにより、対象車両の状態の推定精度を更に向上させることができる。
　なお、上記の各実施形態は、適宜組み合わせることが可能である。例えば、第１の実施形態と第６の実施形態とを組み合わせて、観測モデルと観測ノイズモデルとを変更してもよく、第１の実施形態と第８の実施形態とを組み合わせて、観測モデルと運動モデルとを変更してもよい。
　本発明は、周辺車両の状態を推定する状態推定装置として利用可能である。
　１（１１～１９）…状態推定装置、２…ＬＩＤＡＲ（測定装置）、３…対象車両。

Claims (12)

  1. 　観測対象を測定する測定装置により測定した測定データを状態推定用モデルに当てはめて前記観測対象の状態を推定する状態推定装置であって、
    　前記観測対象との位置関係又は前記観測対象の状態に基づいて、前記状態推定用モデルを変更する変更手段を有する、状態推定装置。
  2. 　前記観測対象は、前記測定装置の周辺に存在する車両であり、
    　前記変更手段は、前記測定装置に対する前記観測対象の中心位置の方向に基づいて、前記状態推定用モデルを変更する、請求項１に記載の状態推定装置。
  3. 　前記観測対象は、前記測定装置の周辺に存在する車両であり、
    　前記変更手段は、前記観測対象の向きに基づいて、前記状態推定用モデルを変更する、請求項１に記載の状態推定装置。
  4. 　前記観測対象は、前記測定装置の周辺に存在する車両であり、
    　前記変更手段は、前記測定装置に対する前記観測対象の中心位置の方向、及び、前記観測対象の向き、の双方に基づいて、前記状態推定用モデルを変更する、請求項１に記載の状態推定装置。
  5. 　前記変更手段は、前回の推定で用いた状態推定用モデルに基づいて、前記測定データを当てはめる状態推定用モデルを絞り込む、請求項１～４の何れか一項に記載の状態推定装置。
  6. 　前記変更手段は、前回推定した前記観測対象の状態に基づいて、前記測定装置に対する前記観測対象の中心位置の方向、又は、前記観測対象の向きを推定する、請求項２～５の何れか一項に記載の状態推定装置。
  7. 　前記変更手段は、前記観測対象が存在する位置の地図情報に基づいて、前記観測対象の向きを推定する、請求項３又は４に記載の状態推定装置。
  8. 　前記変更手段は、測定データから前記観測対象のモデルを生成し、前記モデルを構成する辺の数に基づいて、前記状態推定用モデルを変更する、請求項１～７の何れか一項に記載の状態推定装置。
  9. 　前記状態推定用モデルは、前記測定装置の測定により生じる観測ノイズを分散値で表す観測ノイズモデルを含み、
    　前記変更手段は、前記観測対象の面に対する向きに基づいて、前記観測ノイズモデルの分散値を変更する、請求項１～８の何れか一項に記載の状態推定装置。
  10. 　前記変更手段は、前記観測対象までの距離に基づいて、前記観測ノイズモデルを変更する、請求項９に記載の状態推定装置。
  11. 　前記観測対象は、前記測定装置の周辺に存在する車両であり、
    　前記状態推定用モデルは、前記周辺車両の運動状態を表す運動モデルと、前記運動モデルにおけるステアリング角度の変化量を示す運動ノイズモデルと、を含み、
    　前記変更手段は、前記観測対象の速度が高いと、前記観測対象の速度が低いときに比べて、前記運動ノイズモデルにおけるステアリング角度の変化量を小さくする、請求項１～１０の何れか一項に記載の状態推定装置。
  12. 　複数の異なる前記状態推定用モデルを用いて、前記観測対象の状態を推定するとともに、前記観測対象の状態の推定分散値を算出し、前記推定分散値が最も小さい前記観測対象の状態を出力する、請求項１～１１の何れか一項に記載の状態推定装置。
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