DB13-T 6037-2024 泛在空間安防巡檢機(jī)器人定位技術(shù)規(guī)范

ICS33.020CCSL6713DB13/T6037—2024I本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機(jī)構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由中共河北省委軍民融合發(fā)展委員會辦公室提出。本文件由河北省軍民融合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會（HeB/TC21）歸口。本文件起草單位：中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所、東南大學(xué)、中國測繪科學(xué)研究院、中國雄安集團(tuán)基礎(chǔ)建設(shè)有限公司。本文件主要起草人：蔚保國、李爽、鄧志鑫、李一凡、梁曉虎、黃璐、祝瑞輝、杜世通、楊子寒、陳沖、李得海、張耀東、賈浩男、張衡、李雅寧、程建強(qiáng)、劉世源、屈丹陽、杜登輝。DB13/T6037—20241本文件規(guī)定了泛在空間安防巡檢機(jī)器人定位系統(tǒng)的通用架構(gòu)、功能及性能要求和測試方法。本文件適用于泛在空間安防巡檢機(jī)器人定位系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、開發(fā)、應(yīng)用與測試。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T39267-2020北斗衛(wèi)星導(dǎo)航術(shù)語3術(shù)語和定義下列術(shù)語和定義適用于本文件。3.1安防巡檢機(jī)器人securityinspectionrobotpositioningplatform具備自主感知定位決策能力并執(zhí)行安防巡檢任務(wù)的移動機(jī)器人。注：包括輪式安防巡檢機(jī)器人、履帶式安防巡檢機(jī)器人、四足式安防巡檢機(jī)器人等。3.2泛在空間ubiquitousspace安防巡檢機(jī)器人活動的區(qū)域范圍。注：包括遮蔽空間、非遮蔽空間和過渡空間。3.3遮蔽空間shelterspace無法有效接收衛(wèi)星導(dǎo)航信號的區(qū)域。注：包括茂密森林、高架橋下、建筑物內(nèi)、地下管廊等。3.4非遮蔽空間unshelteredspace能有效接收到衛(wèi)星導(dǎo)航信號的區(qū)域。注：包括室外開闊區(qū)域等。3.5過渡空間transitionalregionalspace遮蔽空間和非遮蔽空間的交界區(qū)域。注：包括建筑物周邊臨近區(qū)域、隧道出入口連接區(qū)域等。3.6定位誤差absolutepositioningerror安防巡檢機(jī)器人輸出的位置與真實(shí)位置之間的偏差。4縮略語下列縮略語適用于本文件。GNSS——全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)（globalnavigationsatellitesystem）PL——偽衛(wèi)星（pseudo-satellite）UHF——超高頻（ultrahighfrequency）5UWB——超寬帶（ultrawideband）通用架構(gòu)DB13/T6037—202425.1系統(tǒng)組成泛在空間安防巡檢機(jī)器人定位系統(tǒng)通用架構(gòu)包括：信息感知單元、數(shù)據(jù)處理單元、通信單元和云端后臺單元等，如圖1所示。GNSSUWB偽衛(wèi)星GNSSUWB偽衛(wèi)星超聲波視覺慣性藍(lán)牙激光里程計(jì)…信息感知單元特征提取數(shù)據(jù)融合特征提取數(shù)據(jù)融合數(shù)據(jù)預(yù)處理定位算法誤差校正數(shù)據(jù)處理單元數(shù)據(jù)存儲…通信單元UHF…服務(wù)器管理任務(wù)調(diào)度服務(wù)器管理任務(wù)調(diào)度數(shù)據(jù)庫管理接口管理監(jiān)控與告警…云端后臺單元圖1泛在空間安防巡檢機(jī)器人定位系統(tǒng)通用架構(gòu)信息感知單元用于定位信號的發(fā)射與接收、外界環(huán)境信息和自身平臺信息的采集等。包括但不限于GNSS、UWB、偽衛(wèi)星等信號的收發(fā)，視覺、激光雷達(dá)、慣導(dǎo)等傳感器信息的采集。數(shù)據(jù)處理單元用于原始數(shù)據(jù)噪聲去除、異常值檢測與處理、特征提取、定位算法運(yùn)行、傳感器模塊之間的時(shí)間同步處理等。通信單元用于安防巡檢機(jī)器人與云端后臺單元之間的數(shù)據(jù)交互。包括但不限于Wi-Fi、5G和UHF等通信方式。云端后臺單元用于數(shù)據(jù)管理、資源分配、任務(wù)調(diào)度、性能狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)運(yùn)行操作日志記錄等。5.2總體要求5.2.1應(yīng)能提供實(shí)時(shí)的定位結(jié)果等信息，可存儲到本地，支持實(shí)時(shí)或事后通過無線通信方式上傳至云端后臺單元。5.2.2宜具備多種定位方法，并上傳當(dāng)前所采用的定位方法，同時(shí)支持按云端后臺單元指定的定位方法進(jìn)行定位。5.2.3應(yīng)能在通信中斷時(shí)具備以先進(jìn)先出方式存儲不少于2個(gè)小時(shí)的定位結(jié)果信息，并在恢復(fù)通信DB13/T6037—20243后將存儲的定位結(jié)果信息補(bǔ)報(bào)上傳，可根據(jù)需要采用壓縮方式上傳。5.2.4應(yīng)支持時(shí)間、距離間隔或外部事件觸發(fā)方式上傳定位結(jié)果信息，當(dāng)處于休眠狀態(tài)時(shí)也應(yīng)以一定時(shí)間間隔上傳定位結(jié)果信息。6定位功能及性能要求6.1定位方法定位方法包括衛(wèi)星定位、偽衛(wèi)星定位、超寬帶定位、5G定位、超聲波定位、Wi-Fi定位、藍(lán)牙定位、激光雷達(dá)定位、視覺定位、慣性定位和里程計(jì)定位等方法中的一種或組合。當(dāng)定位方法多于一種時(shí)，可根據(jù)所處空間區(qū)域特點(diǎn)自適應(yīng)選擇定位方式。6.2定位精度定位精度要求：a)遮蔽空間最大定位誤差不大于0.3m；b)非遮蔽空間最大定位誤差不大于0.1m；c)過渡空間最大定位誤差不大于0.3m。6.3定位頻率定位頻率不低于10Hz。6.4定位可靠性6.4.1在全生命周期內(nèi)應(yīng)滿足應(yīng)用場景的定位可靠性要求。6.4.2應(yīng)減少因信息基礎(chǔ)設(shè)施故障而造成正常定位功能無法實(shí)現(xiàn)的現(xiàn)象。6.4.3在安防巡檢機(jī)器人定位系統(tǒng)發(fā)生故障時(shí)能及時(shí)報(bào)警。6.5開放性應(yīng)采用開放式架構(gòu)，提供標(biāo)準(zhǔn)化接口，實(shí)現(xiàn)位置傳感器快速配置和集成，具備靈活性和擴(kuò)展性。6.6安全性應(yīng)具備抗干擾、抗入侵和自我修復(fù)能力，包括但不限于：a)在某些傳感器失效的情況下，能夠及時(shí)檢測并排查傳感器失效情況并摒棄已失效的傳感器b)在受到病毒入侵而導(dǎo)致系統(tǒng)崩潰的情況下，能夠及時(shí)重啟并隔離病毒；c)在數(shù)據(jù)出現(xiàn)明顯異常的情況下，能夠通過算法對異常數(shù)據(jù)進(jìn)行清洗或硬件有備份方案時(shí)自動切換至備份方案。6.7定位結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式定位結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的字段域列表及其描述，詳見附錄A中的表A.1。7測試方法7.1測試場景測試場景包含：遮蔽空間、非遮蔽空間和過渡空間。7.2技術(shù)指標(biāo)測試7.2.1定位精度測試7.2.1.1安防巡檢機(jī)器人在測試場中沿著預(yù)先確定的測試路徑勻速行走，并記錄在測試點(diǎn)i的機(jī)器人二維(xi,yi)或三維坐標(biāo)(xi,yi,zi)，依據(jù)用戶需求選擇。然后依次移動到下一個(gè)測試點(diǎn)，直至走完所有測試點(diǎn)。DB13/T6037—202447.2.1.2按公式（1）、公式（2）依次計(jì)算測試點(diǎn)的二維或三維定位誤差：(xerror,i,yerror,i)=(xi-xture,i,yi-yture,i) (xerror,i,yerror,i,zerror,i)=(xi-xture,i,yi-yture,i,zi-zture,i) 其中，(xture,i,yture,i)、(xture,i,yture,i,zture,i)分別為測試點(diǎn)i機(jī)器人的二維和三維真實(shí)坐標(biāo)，(xerror,i,yerror,i,zerror,i)、(xerror,i,yerror,i,zerror,i)分別為測試點(diǎn)i機(jī)器人輸出的二維和三維位置與對應(yīng)真實(shí)位置之間的差值。7.2.1.3按公式（3）、公式（4）依次計(jì)算測試點(diǎn)i二維或三維定位誤差rerror,i：rror,i=……………rror,i=………7.2.1.4以rerror,i的最大值rerror,max為系統(tǒng)的最大定位誤差。7.2.2定位頻率測試7.2.2.1安防巡檢機(jī)器人在測試場中沿著預(yù)先確定的測試路徑行走，記錄起始時(shí)間T1，行進(jìn)一段距離后記錄時(shí)間T2，統(tǒng)計(jì)該時(shí)間段內(nèi)共計(jì)產(chǎn)生的位置坐標(biāo)數(shù)量n。7.2.2.2按公式（5）計(jì)算定位頻率：…………………其中，f為機(jī)器人的定位頻率。DB13/T6037—20245定位結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)定位結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式見表A.1。這些字段域可分為必選和可選，每個(gè)定位結(jié)果封裝應(yīng)支持必選表A.1定位結(jié)果數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)格式字段域選類型字段格式DeviceID字符串無定位方法整型xx位：24、Wi-Fi定位：5激光