巧借5G設施，將北斗導航延伸至地下

  ICC訊 在雄安新區容東片區的地下停車(chē)場(chǎng)，看不到紛繁復雜的線(xiàn)路，大量裝備都被“隱藏”在專(zhuān)門(mén)的機房里。機房的墻壁上放置著(zhù)3個(gè)小盒子，既有合路器，又有北斗衛星導航室內分布單元，還有運營(yíng)商的5G基站。在這里，一條線(xiàn)路連接樓頂上方，以獲取北斗等衛星的定位信號；一條室分線(xiàn)路連接多個(gè)“小蘑菇頭”，以實(shí)現地下停車(chē)場(chǎng)信號無(wú)縫覆蓋。

  在復雜如“迷宮”的地下停車(chē)場(chǎng)，找不到自己的車(chē)或者開(kāi)著(zhù)車(chē)找不到出口，是人們經(jīng)常遇到的尷尬又讓人頭疼的事情。

  如今，在“地上一座城、地下一座城、‘云’上一座城”的河北雄安新區（以下簡(jiǎn)稱(chēng)雄安新區），精準室內導航技術(shù)正在改變這一現狀。雄安新區利用“5G+北斗”技術(shù)，低成本快速實(shí)現了區域地下空間準確定位與導航。即便是身處地下停車(chē)場(chǎng)，“智慧”定位導航系統也能夠隨時(shí)告知用戶(hù)的具體位置，以及下一步該往哪走，讓地下通行更加便捷、高效。

  瞄準地下精準定位導航難題

  人們的切身體會(huì )是，在室內尤其是地下開(kāi)闊空間，定位導航服務(wù)遠不如地上來(lái)得精準且持續。在接受科技日報記者采訪(fǎng)時(shí)，北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院副教授路兆銘直言：“當前的室內定位技術(shù)解決了定位服務(wù)‘有與無(wú)’的問(wèn)題，但尚未解決‘服務(wù)質(zhì)量有保障’的問(wèn)題?！?

  當前，雄安新區“地下一座城”已經(jīng)初具規模。除去高標準建設的、埋藏在地下的城市“大動(dòng)脈”——城市綜合管廊外，城市中地下停車(chē)場(chǎng)的面積也非常大。

  例如，在雄安新區首個(gè)集中建成區——容東片區，眾多小區、樓宇的地下停車(chē)場(chǎng)全部聯(lián)通。在大規模的地下空間中，會(huì )有大量的人、車(chē)、物流動(dòng)，初入其中很容易迷路，如何實(shí)現精準定位導航成為雄安新區“地下一座城”建設過(guò)程中面臨的問(wèn)題。

  2022年，國家重點(diǎn)研發(fā)計劃設立“交通基礎設施”專(zhuān)項，在5G通信與信號定位領(lǐng)域有長(cháng)期積累的北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院，成為“雄安新區交通設施數字化建設示范應用”項目的牽頭單位，展開(kāi)“5G+北斗地下空間組合式定位導航”的課題研究。

  作為上述課題負責人，路兆銘告訴記者，為了解決無(wú)法實(shí)現地下精準定位的難題，“5G+北斗地下空間組合式定位導航”課題組在立項時(shí)便設定了三個(gè)層級的目標：高精度車(chē)輛定位與導航、亞米級人員定位與導航、地上地下一體化無(wú)縫定位。

  “項目結項時(shí)，我們要在雄安新區超大規模地下停車(chē)場(chǎng)內實(shí)現這三個(gè)目標的示范應用，這對我們來(lái)說(shuō)是一個(gè)不小的挑戰?！甭氛足懕硎?。

  北斗衛星信號賦能地下精準導航

  “手機在室內有信號，不是靠室外的鐵塔基站來(lái)實(shí)現，而是靠室內分布系統?！甭氛足懜嬖V記者，這個(gè)系統并不神秘，就是人們經(jīng)常在樓道或者家門(mén)口看見(jiàn)的那種“小蘑菇頭”（信號增強器）。

  在雄安新區容東片區的地下停車(chē)場(chǎng)，記者舉目四望，看不到紛繁復雜的線(xiàn)路，大量裝備都被“隱藏”在專(zhuān)門(mén)的機房里。機房的墻壁上放置著(zhù)3個(gè)小盒子，既有合路器，又有北斗衛星導航室內分布單元，還有運營(yíng)商的5G基站。在這里，一條線(xiàn)路連接樓頂上方，以獲取北斗等衛星的定位信號；一條室分線(xiàn)路連接多個(gè)“小蘑菇頭”，以實(shí)現地下停車(chē)場(chǎng)信號無(wú)縫覆蓋。

  現代樓宇建筑多由鋼筋混凝土建成，室外信號被墻體“屏蔽”，需要室內分布系統進(jìn)行信號的全覆蓋。特別是2018年，工業(yè)和信息化部要求5G室內信號實(shí)現共建共享，運營(yíng)商將各路信號“混”入統一由中國鐵塔股份有限公司提供的關(guān)鍵設備——合路器中。這樣，運營(yíng)商的標準5G室內信號便被合路器分散給各個(gè)“小蘑菇頭”，以實(shí)現信號擴增。

  路兆銘科研團隊成員“就地取材”，利用現有的4G/5G的室內分布系統，在5G基礎設施上混搭北斗衛星導航信號，無(wú)需重建基礎設施，只用一個(gè)簡(jiǎn)單的“加法”，就讓北斗信號“混”入5G信號，構建出了一個(gè)精準的地下定位導航系統。

  看似簡(jiǎn)單的操作，背后依靠的是融合定位算法的創(chuàng )新?！拔覀儓F隊創(chuàng )新性地提出由信號SLAM（即時(shí)定位與建圖）架構的‘5G+北斗組合式定位算法’，實(shí)現時(shí)空信息融合，使室內分布系統支持地下1米精度的定位與導航?！甭氛足懕硎?。

  從理論上來(lái)說(shuō)，要給物體做空間定位，至少需要3個(gè)角度的觀(guān)測值，而且觀(guān)測值越多、定位越精準?！昂帽日f(shuō)，如果一輛車(chē)旁邊站著(zhù)10個(gè)人，每個(gè)人眼中車(chē)的位置都是1個(gè)觀(guān)測值，那么當把10個(gè)觀(guān)測值全部融合起來(lái)，車(chē)輛定位就會(huì )更精確?！甭氛足懕硎?，“5G+北斗組合式定位算法”正是將北斗衛星導航信號、5G信號、加速度計等多源位置觀(guān)測信息融合在一起，精確解算出車(chē)輛的當前位置。

  除了創(chuàng )新定位算法，路兆銘科研團隊還在算法的實(shí)際場(chǎng)景應用與優(yōu)化方面做了大量工作。當技術(shù)成型后，2021年初，路兆銘科研團隊先在北京郵電大學(xué)校園搭建環(huán)境進(jìn)行了算法和技術(shù)驗證，當年6月到雄安新區容東片區杏秋苑地下停車(chē)場(chǎng)搭建了試點(diǎn)，開(kāi)展了為期一年的駐場(chǎng)技術(shù)研發(fā)和創(chuàng )新。在這期間，路兆銘科研團隊解決了三四十種問(wèn)題，例如異形路段、從地上到地下的定位與導航銜接等，使地下定位導航系統越來(lái)越適用于具體場(chǎng)景。

  把導航服務(wù)送到更多地下停車(chē)場(chǎng)

  隨著(zhù)大規模推廣示范，目前地下定位導航系統已覆蓋容東片區超過(guò)20萬(wàn)平方米的地下停車(chē)場(chǎng)。

  利用“5G+北斗”定位導航技術(shù)，在雄安新區可實(shí)現停車(chē)場(chǎng)人員和車(chē)輛準確位置導航。路兆銘告訴記者，這套技術(shù)還可以被集成到百度地圖、高德地圖、雄安行等應用程序中，用戶(hù)通過(guò)手機就能夠實(shí)現精準定位導航。

  路兆銘科研團隊在容東片區地下停車(chē)場(chǎng)的測試結果顯示，他們研發(fā)的地下定位導航系統，其室內導航定位精度在2米左右，可以實(shí)現找車(chē)位等功能。經(jīng)測算，與此前技術(shù)方案相比，這套擁有完全自主知識產(chǎn)權的技術(shù)方案可以將整個(gè)建設成本節省50%以上。

  “現如今，不光是容東片區，容西片區、啟東區的地下空間也將推廣使用這套地下定位導航系統?！甭氛足懕硎?，作為在雄安新區示范應用的創(chuàng )新技術(shù)，這套地下定位導航方案未來(lái)還有望被推廣至醫院、商業(yè)綜合體、地下礦區、航站樓等地上地下一體化的復雜場(chǎng)景中。

  “雄安新區為技術(shù)創(chuàng )新提供了現實(shí)需求，更為創(chuàng )新技術(shù)應用提供了極好的驗證平臺?！甭氛足懕硎?，借助雄安新區先進(jìn)的設計理念和豐富齊全的場(chǎng)景需求，潛藏在論文里的新技術(shù)與方法得到了轉化應用。

  “未來(lái)，地下精準定位導航技術(shù)還將在河南、福建、廣東等地不斷推進(jìn)建設?！甭氛足懴Ｍ?，能把精準定位與導航服務(wù)送到更多地下停車(chē)場(chǎng)中。