DB13-T 6037-2024 泛在空间安防巡检机器人定位技术规范

ICS33.020CCSL6713DB13/T6037—2024I本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由中共河北省委军民融合发展委员会办公室提出。本文件由河北省军民融合标准化技术委员会（HeB/TC21）归口。本文件起草单位：中国电子科技集团公司第五十四研究所、东南大学、中国测绘科学研究院、中国雄安集团基础建设有限公司。本文件主要起草人：蔚保国、李爽、邓志鑫、李一凡、梁晓虎、黄璐、祝瑞辉、杜世通、杨子寒、陈冲、李得海、张耀东、贾浩男、张衡、李雅宁、程建强、刘世源、屈丹阳、杜登辉。DB13/T6037—20241本文件规定了泛在空间安防巡检机器人定位系统的通用架构、功能及性能要求和测试方法。本文件适用于泛在空间安防巡检机器人定位系统的设计、开发、应用与测试。2规范性引用文件下列文件中的内容通过文中的规范性引用而构成本文件必不可少的条款。其中，注日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T39267-2020北斗卫星导航术语3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1安防巡检机器人securityinspectionrobotpositioningplatform具备自主感知定位决策能力并执行安防巡检任务的移动机器人。注：包括轮式安防巡检机器人、履带式安防巡检机器人、四足式安防巡检机器人等。3.2泛在空间ubiquitousspace安防巡检机器人活动的区域范围。注：包括遮蔽空间、非遮蔽空间和过渡空间。3.3遮蔽空间shelterspace无法有效接收卫星导航信号的区域。注：包括茂密森林、高架桥下、建筑物内、地下管廊等。3.4非遮蔽空间unshelteredspace能有效接收到卫星导航信号的区域。注：包括室外开阔区域等。3.5过渡空间transitionalregionalspace遮蔽空间和非遮蔽空间的交界区域。注：包括建筑物周边临近区域、隧道出入口连接区域等。3.6定位误差absolutepositioningerror安防巡检机器人输出的位置与真实位置之间的偏差。4缩略语下列缩略语适用于本文件。GNSS——全球导航卫星系统（globalnavigationsatellitesystem）PL——伪卫星（pseudo-satellite）UHF——超高频（ultrahighfrequency）5UWB——超宽带（ultrawideband）通用架构DB13/T6037—202425.1系统组成泛在空间安防巡检机器人定位系统通用架构包括：信息感知单元、数据处理单元、通信单元和云端后台单元等，如图1所示。GNSSUWB伪卫星GNSSUWB伪卫星超声波视觉惯性蓝牙激光里程计…信息感知单元特征提取数据融合特征提取数据融合数据预处理定位算法误差校正数据处理单元数据存储…通信单元UHF…服务器管理任务调度服务器管理任务调度数据库管理接口管理监控与告警…云端后台单元图1泛在空间安防巡检机器人定位系统通用架构信息感知单元用于定位信号的发射与接收、外界环境信息和自身平台信息的采集等。包括但不限于GNSS、UWB、伪卫星等信号的收发，视觉、激光雷达、惯导等传感器信息的采集。数据处理单元用于原始数据噪声去除、异常值检测与处理、特征提取、定位算法运行、传感器模块之间的时间同步处理等。通信单元用于安防巡检机器人与云端后台单元之间的数据交互。包括但不限于Wi-Fi、5G和UHF等通信方式。云端后台单元用于数据管理、资源分配、任务调度、性能状态监控、系统运行操作日志记录等。5.2总体要求5.2.1应能提供实时的定位结果等信息，可存储到本地，支持实时或事后通过无线通信方式上传至云端后台单元。5.2.2宜具备多种定位方法，并上传当前所采用的定位方法，同时支持按云端后台单元指定的定位方法进行定位。5.2.3应能在通信中断时具备以先进先出方式存储不少于2个小时的定位结果信息，并在恢复通信DB13/T6037—20243后将存储的定位结果信息补报上传，可根据需要采用压缩方式上传。5.2.4应支持时间、距离间隔或外部事件触发方式上传定位结果信息，当处于休眠状态时也应以一定时间间隔上传定位结果信息。6定位功能及性能要求6.1定位方法定位方法包括卫星定位、伪卫星定位、超宽带定位、5G定位、超声波定位、Wi-Fi定位、蓝牙定位、激光雷达定位、视觉定位、惯性定位和里程计定位等方法中的一种或组合。当定位方法多于一种时，可根据所处空间区域特点自适应选择定位方式。6.2定位精度定位精度要求：a)遮蔽空间最大定位误差不大于0.3m；b)非遮蔽空间最大定位误差不大于0.1m；c)过渡空间最大定位误差不大于0.3m。6.3定位频率定位频率不低于10Hz。6.4定位可靠性6.4.1在全生命周期内应满足应用场景的定位可靠性要求。6.4.2应减少因信息基础设施故障而造成正常定位功能无法实现的现象。6.4.3在安防巡检机器人定位系统发生故障时能及时报警。6.5开放性应采用开放式架构，提供标准化接口，实现位置传感器快速配置和集成，具备灵活性和扩展性。6.6安全性应具备抗干扰、抗入侵和自我修复能力，包括但不限于：a)在某些传感器失效的情况下，能够及时检测并排查传感器失效情况并摒弃已失效的传感器b)在受到病毒入侵而导致系统崩溃的情况下，能够及时重启并隔离病毒；c)在数据出现明显异常的情况下，能够通过算法对异常数据进行清洗或硬件有备份方案时自动切换至备份方案。6.7定位结果数据结构格式定位结果数据结构的字段域列表及其描述，详见附录A中的表A.1。7测试方法7.1测试场景测试场景包含：遮蔽空间、非遮蔽空间和过渡空间。7.2技术指标测试7.2.1定位精度测试7.2.1.1安防巡检机器人在测试场中沿着预先确定的测试路径匀速行走，并记录在测试点i的机器人二维(xi,yi)或三维坐标(xi,yi,zi)，依据用户需求选择。然后依次移动到下一个测试点，直至走完所有测试点。DB13/T6037—202447.2.1.2按公式（1）、公式（2）依次计算测试点的二维或三维定位误差：(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)分别为测试点i机器人的二维和三维真实坐标，(xerror,i,yerror,i,zerror,i)、(xerror,i,yerror,i,zerror,i)分别为测试点i机器人输出的二维和三维位置与对应真实位置之间的差值。7.2.1.3按公式（3）、公式（4）依次计算测试点i二维或三维定位误差rerror,i：rror,i=……………rror,i=………7.2.1.4以rerror,i的最大值rerror,max为系统的最大定位误差。7.2.2定位频率测试7.2.2.1安防巡检机器人在测试场中沿着预先确定的测试路径行走，记录起始时间T1，行进一段距离后记录时间T2，统计该时间段内共计产生的位置坐标数量n。7.2.2.2按公式（5）计算定位频率：…………………其中，f为机器人的定位频率。DB13/T6037—20245定位结果数据结构定位结果数据结构格式见表A.1。这些字段域可分为必选和可选，每个定位结果封装应支持必选表A.1定位结果数据结构格式字段域选类型字段格式DeviceID字符串无定位方法整型xx位：24、Wi-Fi定位：5激光