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

ICS33.020CCSL6713DB13/T6037—2024I本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(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)布機構不承擔識別專利的責任。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準化技術委員會（HeB/TC21）歸口。本文件起草單位：中國電子科技集團公司第五十四研究所、東南大學、中國測繪科學研究院、中國雄安集團基礎建設有限公司。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、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器人定位系統(tǒng)的通用架構、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器人定位系統(tǒng)的設計、開發(fā)、應用與測試。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)星導航術語3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1安防巡檢機器人securityinspectionrobotpositioningplatform具備自主感知定位決策能力并執(zhí)行安防巡檢任務的移動機器人。注：包括輪式安防巡檢機器人、履帶式安防巡檢機器人、四足式安防巡檢機器人等。3.2泛在空間ubiquitousspace安防巡檢機器人活動的區(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安防巡檢機器人輸出的位置與真實位置之間的偏差。4縮略語下列縮略語適用于本文件。GNSS——全球導航衛(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DB13/T6037—202425.1系統(tǒng)組成泛在空間安防巡檢機器人定位系統(tǒng)通用架構包括：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牙激光里程計…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…服務器管理任務調(diào)度服務器管理任務調(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器人定位系統(tǒng)通用架構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、慣導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、定位算法運行、傳感器模塊之間的時間同步處理等。通信單元用于安防巡檢機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、任務調(diào)度、性能狀態(tài)監(jiān)控、系統(tǒng)運行操作日志記錄等。5.2總體要求5.2.1應能提供實時的定位結果等信息，可存儲到本地，支持實時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，并上傳當前所采用的定位方法，同時支持按云端后臺單元指定的定位方法進行定位。5.2.3應能在通信中斷時具備以先進先出方式存儲不少于2個小時的定位結果信息，并在恢復通信DB13/T6037—20243后將存儲的定位結果信息補報上傳，可根據(jù)需要采用壓縮方式上傳。5.2.4應支持時間、距離間隔或外部事件觸發(fā)方式上傳定位結果信息，當處于休眠狀態(tài)時也應以一定時間間隔上傳定位結果信息。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、藍牙定位、激光雷達定位、視覺定位、慣性定位和里程計定位等方法中的一種或組合。當定位方法多于一種時，可根據(jù)所處空間區(qū)域特點自適應選擇定位方式。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)應滿足應用場景的定位可靠性要求。6.4.2應減少因信息基礎設施故障而造成正常定位功能無法實現(xiàn)的現(xiàn)象。6.4.3在安防巡檢機器人定位系統(tǒng)發(fā)生故障時能及時報警。6.5開放性應采用開放式架構，提供標準化接口，實現(xiàn)位置傳感器快速配置和集成，具備靈活性和擴展性。6.6安全性應具備抗干擾、抗入侵和自我修復能力，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致系統(tǒng)崩潰的情況下，能夠及時重啟并隔離病毒；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)進行清洗或硬件有備份方案時自動切換至備份方案。6.7定位結果數(shù)據(jù)結構格式定位結果數(shù)據(jù)結構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技術指標測試7.2.1定位精度測試7.2.1.1安防巡檢機器人在測試場中沿著預先確定的測試路徑勻速行走，并記錄在測試點i的機器人二維(xi,yi)或三維坐標(xi,yi,zi)，依據(jù)用戶需求選擇。然后依次移動到下一個測試點，直至走完所有測試點。DB13/T6037—202447.2.1.2按公式（1）、公式（2）依次計算測試點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i機器人的二維和三維真實坐標，(xerror,i,yerror,i,zerror,i)、(xerror,i,yerror,i,zerror,i)分別為測試點i機器人輸出的二維和三維位置與對應真實位置之間的差值。7.2.1.3按公式（3）、公式（4）依次計算測試點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安防巡檢機器人在測試場中沿著預先確定的測試路徑行走，記錄起始時間T1，行進一段距離后記錄時間T2，統(tǒng)計該時間段內(nèi)共計產(chǎn)生的位置坐標數(shù)量n。7.2.2.2按公式（5）計算定位頻率：…………………其中，f為機器人的定位頻率。DB13/T6037—20245定位結果數(shù)據(jù)結構定位結果數(shù)據(jù)結構格式見表A.1。這些字段域可分為必選和可選，每個定位結果封裝應支持必選表A.1定位結果數(shù)據(jù)結構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