TCIE 063-2020 室内可见光定位技术规范 第2部分：基于标志物识别的室内可见光定位系统

ICS33.060M33团体标准T/CIE063—2020室内可见光定位技术规范第2部分:基于标志物识别的室内可见光定位系统Technicalspecificationforindoorvisiblelightpositioning—Part2:Visiblelightpositioningsystembasedonmarkerrecognition2020-03-02发布2020-03-02实施中国电子学会发布目次前言.....................................................................II引言....................................................................III1范围......................................................................12规范性引用文件............................................................13术语、定义和缩略语........................................................14概述......................................................................25系统要求..................................................................25.1发射端要求............................................................25.2接收端要求............................................................35.3性能参数..............................................................35.4定位流程..............................................................35.5可拓展性..............................................................46测试方法..................................................................56.1发射端分类方法........................................................56.2接收端分类方法........................................................56.3系统参数测量方法......................................................5T/CIE063-2020II前言本标准按照GB/T1.1-2009《标准化工作导则第一部分：标准化文件的结构和起草规划》给出的规定起草。《室内可见光定位技术规范》分为如下两部分：——室内可见光定位技术规范第1部分：基于低频调制光源的室内可见光定位系统（T/CIE062-2020）。——室内可见光定位技术规范第2部分：基于标志物识别的室内可见光定位系统（T/CIE063-2020）。本标准为第2部分。本标准由中国电子学会提出并归口。本标准起草单位：中国电子科技集团公司电子科学研究院，北京理工大学，中国电子科技集团公司第五十四研究所卫星导航系统与装备技术国家重点实验室，复旦大学，南京邮电大学，中电科新型智慧城市研究院有限公司，北京计算机技术及应用研究所。本标准主要起草人：蔺博，黄河清，吕慧超，冯立辉，蔚保国，迟楠，陈健，程静，王镭，杨爱英。T/CIE063-2020III引言随着工业4.0及智慧城市的发展，室内定位的需求也在大幅增加，与此同时，卫星导航系统由于屋顶遮挡在室内无法使用，因此出现了多种室内定位技术。与其他室内定位技术相比，基于标志物识别的室内可见光定位方式，具有高精度、易架设、低成本、无电磁辐射、信息安全等优势，可为室内的行人、机器人或特定终端提供位置信息，可应用于物联网智能物流、智慧城市行人导航等领域，具有良好的应用前景。T/CIE063-2020的本标准规定了基于标志物识别的室内可见光定位方法的定位流程、开放能力、定位性能评价标准。主要包括以下几方面内容：基于标志物识别的室内可见光定位系统的系统架构、性能参数、定位流程、可拓展性及测试方法等。本标准适用于购物中心、停车场、医院、图书馆、工厂、仓库、车站、写字楼、邮轮等室内或地下场景中基于标志物识别的行人、机器人或终端定位任务。如购物中心里对行人的路线引导或者对商品的定向信息推送；停车场停车、寻车导引；智慧医院、智慧图书馆中的行人导航、定向信息推送；工厂及仓库中对员工的定位及对设备和货物的自动物流、仓储；车站、写字楼、游轮等复杂室内场景下的行人定位与导航等。从室内定位服务的角度来看，任务和场景种类繁多，通过规范可见光定位系统的方式，可以有效解决多种应用需求下的室内定位问题。T/CIE063-20201室内可见光定位方法技术规范第2部分：基于标志物识别的室内可见光定位系统1范围本标准对基于标志物识别的室内可见光定位系统规定了系统架构、性能参数、定位流程、可拓展性等技术要求，描述了相应的测试方法。本标准适用于工业或公共活动场所的基于标志物识别的室内可见光定位场景中。2规范性引用文件下列文件中的内容通过本标准中的规范性引用而构成本标准中必不可少的条款。其中，该日期的引用文件，仅该日期对应的版本适用于本标准；不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本标准。GB/T36628.4-2019信息技术系统间远程通信和信息交换可见光通信第4部分：室内定位传输协议GB/T20004.1-2016团体标准化第1部分：良好行为指南GB/T20004.2-2018团体标准化第2部分：良好行为评价指南GB/T16901.1-2008技术文件用图形符号表示规则第1部分：基本规则GB/T16901.2-2000图形符号表示规则产品技术文件用图形符号第2部分：图形符号GB/T16901.3-2009技术文件用图形符号表示规则第3部分：连接点、网络的分类及其编码3术语、定义和缩略语下列术语和定义适用于本标准。3.1术语和定义3.1.1定位参考信息positioningreferenceinformation发射端发出的包含光源ID或者定位参考点信息的信号3.1.2标志物marker基于标志物识别的室内可见光定位系统中，附加在光源上可以被识别并用于定位的物体3.1.3LiPAN设备LiPANdevice接收来自LED的光信号，并能够解析光信号得到自身位置的设备3.1.4面光源areasource具有一定面积，可使标志物特征完整展现的光源3.1.5数据头dataheaderT/CIE063-20202在通讯中，被附加到待传输的数据包前面的字段，用于对数据包内容进行定义3.1.6数据体databody在通讯中，被附加到待传输的数据包后面的字段，用于表示数据包的内容3.2缩略语下列缩略语适用于本标准。ID——标识符（Identifier）LiPAN——可见光个域网（VisibleLightPersonalAreaNetwork）4概述基于标志物识别的室内可见光定位系统（见图1）包含发射端和接收端，发射端包含一个或多个面光源，每个面光源上面都附加了标志物；接收端包含一个或多个LiPAN设备。面光源标志物标志物标志物LiPAN设备可见光通信信道LiPAN设备LiPAN设备面光源面光源发射端接收端面光源标志物LiPAN设备LiPAN设备LiPAN设备可见光通信信道发射端接收端接收端接收端接收端接收端a）多光源系统架构b）单光源系统架构图1基于标志物识别的室内可见光定位系统架构面光源不仅仅包含人造光源，如灯光；也包含自然光源，如天窗。标志物附加在面光源上，并且可以被识别，用来区分光源ID或者其他额外信息。对于多光源定位系统，标志物负责提供光源ID，多个光源协同生成定位所需的信息。对于单光源定位系统，标志物不仅提供光源的ID，还提供了定位所需的其他信息。LiPAN设备可采用图像传感器接收发射端发出的光源信号，获得光源ID或者其空间位置信息，结合相应定位算法，完成定位。5系统要求5.1发射端要求5.1.1概述发射端负责发射包含标志物特征的位置参考信息，启动定位过程。发射端包含一个或多个面光源，每个光源包含一个或多个标志物。5.1.2分类根据基于标志物识别的室内定位系统的物理实现方式不同，发射端分为以下4种。T/CIE063-20203a)A类发射端，单个面光源与标志物组成发射端，标志物包含了光源ID和完整定位信息，由LiPAN设备接收。b)B类发射端，单个面光源与标志物组成发射端，标志物包含了光源ID和部分定位信息，由LiPAN设备接收。c)C类发射端，多个面光源与标志物组成发射端，每个光源上附加的标志物包含了光源ID和部分定位信息。d)D类发射端，多个面光源与标志物组成发射端，每个光源上附加的标志物包含了光源ID。5.1.3标志物面积应保证标志物可被接收端正确识别，且小于面光源面积的40%。5.1.4面光源面积应保证接收端接受到的图像中标志物完整，能够提取正确信息。5.2接收端要求5.2.1概述接收端使用图像传感器接收发射端发送的可见光信号并进行解析，在此基础上计算LiPAN设备的空间位置。5.2.2定位方法接收端可以通过以下4种不同的方式解析光信号以获取LiPAN设备的位置信息。a)接收端通过图像传感器获取标志物信息后，解析获得单个光源的位置信息和定位算法所需的特征信息，通过定位算法求解获得LiPAN设备的位置信息。b)接收端通过图像传感器获取标志物信息后，解析获得单个光源的位置信息和定位算法所需的部分特征信息，结合LiPAN设备中的其他传感器，生成定位算法所需的剩余特征信息，通过定位算法求解获得LiPAN设备的位置信息。c)接收端通过图像传感器获取标志物信息后，解析获得多个光源的位置信息和每个光源所附加的定位算法所需的定位特征信息，通过定位算法将多个光源的定位特征信息拼接后求解获得LiPAN设备的位置信息。d)接收端通过图像传感器获取标志物信息后，解析获得多个光源的位置信息，通过定位算法使用多个光源的信息求解获得LiPAN设备的位置信息。5.3性能参数定位系统的性能参数应符合表1要求：表1定位系统性能参数性能单位参数值一类二类三类定位响应时间ms100≤t＜200040≤t＜100t＜40定位精度m1≤e0.1≤e＜1e＜0.1位置信息刷新率Hzf1010≤f＜25f≥25定位数据维度-233姿态信息获取-无有有定位所需最少光源数量-n31n≤3n=1标志物与光源面积比值-20%≤η40%10%≤η20%η10%T/CIE063-202045.4定位流程定位流程如图2所示，发射端发送的包含标志物特征的光信号经由可见光通信信道到达接收端之后，LiPAN设备对信号进行解析，并对解析后的信号使用定位算法进行处理，获得LiPAN设备的位置。面光源位置参考信息可见光通信信道信号采集解析信号解算位置位置信息接收端标志物图2定位流程5.5可拓展性5.5.1概述使用统一的LiPAN设备位置信息输出方式可降低不同定位方法之间的对接难度，其中位置信息包含了LiPAN设备的坐标信息及姿态信息。位置信息按照统一格式发送，数据结构如图3所示，数据包分为数据头和数据体两部分，采用二进制编码格式，其中数据头包含了数据通用信息，数据体包含了定位坐标相关内容。数据头（12字节）数据体（不限