巧借5G设施，将北斗导航延伸至地下******

　　在雄安新区容东片区的地下停车场，看不到纷繁复杂的线路，大量装备都被“隐藏”在专门的机房里。机房的墙壁上放置着3个小盒子，既有合路器，又有北斗卫星导航室内分布单元，还有运营商的5G基站。在这里，一条线路连接楼顶上方，以获取北斗等卫星的定位信号；一条室分线路连接多个“小蘑菇头”，以实现地下停车场信号无缝覆盖。

　　在复杂如“迷宫”的地下停车场，找不到自己的车或者开着车找不到出口，是人们经常遇到的尴尬又让人头疼的事情。

　　如今，在“地上一座城、地下一座城、‘云’上一座城”的河北雄安新区（以下简称雄安新区），精准室内导航技术正在改变这一现状。雄安新区利用“5G+北斗”技术，低成本快速实现了区域地下空间准确定位与导航。即便是身处地下停车场，“智慧”定位导航系统也能够随时告知用户的具体位置，以及下一步该往哪走，让地下通行更加便捷、高效。

　　瞄准地下精准定位导航难题

　　人们的切身体会是，在室内尤其是地下开阔空间，定位导航服务远不如地上来得精准且持续。在接受科技日报记者采访时，北京邮电大学信息与通信工程学院副教授路兆铭直言：“当前的室内定位技术解决了定位服务‘有与无’的问题，但尚未解决‘服务质量有保障’的问题。”

　　当前，雄安新区“地下一座城”已经初具规模。除去高标准建设的、埋藏在地下的城市“大动脉”——城市综合管廊外，城市中地下停车场的面积也非常大。

　　例如，在雄安新区首个集中建成区——容东片区，众多小区、楼宇的地下停车场全部联通。在大规模的地下空间中，会有大量的人、车、物流动，初入其中很容易迷路，如何实现精准定位导航成为雄安新区“地下一座城”建设过程中面临的问题。

　　2022年，国家重点研发计划设立“交通基础设施”专项，在5G通信与信号定位领域有长期积累的北京邮电大学信息与通信工程学院，成为“雄安新区交通设施数字化建设示范应用”项目的牵头单位，展开“5G+北斗地下空间组合式定位导航”的课题研究。

　　作为上述课题负责人，路兆铭告诉记者，为了解决无法实现地下精准定位的难题，“5G+北斗地下空间组合式定位导航”课题组在立项时便设定了三个层级的目标：高精度车辆定位与导航、亚米级人员定位与导航、地上地下一体化无缝定位。

　　“项目结项时，我们要在雄安新区超大规模地下停车场内实现这三个目标的示范应用，这对我们来说是一个不小的挑战。”路兆铭表示。

　　北斗卫星信号赋能地下精准导航

　　“手机在室内有信号，不是靠室外的铁塔基站来实现，而是靠室内分布系统。”路兆铭告诉记者，这个系统并不神秘，就是人们经常在楼道或者家门口看见的那种“小蘑菇头”（信号增强器）。

　　在雄安新区容东片区的地下停车场，记者举目四望，看不到纷繁复杂的线路，大量装备都被“隐藏”在专门的机房里。机房的墙壁上放置着3个小盒子，既有合路器，又有北斗卫星导航室内分布单元，还有运营商的5G基站。在这里，一条线路连接楼顶上方，以获取北斗等卫星的定位信号；一条室分线路连接多个“小蘑菇头”，以实现地下停车场信号无缝覆盖。

　　现代楼宇建筑多由钢筋混凝土建成，室外信号被墙体“屏蔽”，需要室内分布系统进行信号的全覆盖。特别是2018年，工业和信息化部要求5G室内信号实现共建共享，运营商将各路信号“混”入统一由中国铁塔股份有限公司提供的关键设备——合路器中。这样，运营商的标准5G室内信号便被合路器分散给各个“小蘑菇头”，以实现信号扩增。

　　路兆铭科研团队成员“就地取材”，利用现有的4G/5G的室内分布系统，在5G基础设施上混搭北斗卫星导航信号，无需重建基础设施，只用一个简单的“加法”，就让北斗信号“混”入5G信号，构建出了一个精准的地下定位导航系统。

　　看似简单的操作，背后依靠的是融合定位算法的创新。“我们团队创新性地提出由信号SLAM（即时定位与建图）架构的‘5G+北斗组合式定位算法’，实现时空信息融合，使室内分布系统支持地下1米精度的定位与导航。”路兆铭表示。

　　从理论上来说，要给物体做空间定位，至少需要3个角度的观测值，而且观测值越多、定位越精准。“好比说，如果一辆车旁边站着10个人，每个人眼中车的位置都是1个观测值，那么当把10个观测值全部融合起来，车辆定位就会更精确。”路兆铭表示，“5G+北斗组合式定位算法”正是将北斗卫星导航信号、5G信号、加速度计等多源位置观测信息融合在一起，精确解算出车辆的当前位置。

　　除了创新定位算法，路兆铭科研团队还在算法的实际场景应用与优化方面做了大量工作。当技术成型后，2021年初，路兆铭科研团队先在北京邮电大学校园搭建环境进行了算法和技术验证，当年6月到雄安新区容东片区杏秋苑地下停车场搭建了试点，开展了为期一年的驻场技术研发和创新。在这期间，路兆铭科研团队解决了三四十种问题，例如异形路段、从地上到地下的定位与导航衔接等，使地下定位导航系统越来越适用于具体场景。

　　把导航服务送到更多地下停车场

　　随着大规模推广示范，目前地下定位导航系统已覆盖容东片区超过20万平方米的地下停车场。

　　利用“5G+北斗”定位导航技术，在雄安新区可实现停车场人员和车辆准确位置导航。路兆铭告诉记者，这套技术还可以被集成到百度地图、高德地图、雄安行等应用程序中，用户通过手机就能够实现精准定位导航。

　　路兆铭科研团队在容东片区地下停车场的测试结果显示，他们研发的地下定位导航系统，其室内导航定位精度在2米左右，可以实现找车位等功能。经测算，与此前技术方案相比，这套拥有完全自主知识产权的技术方案可以将整个建设成本节省50%以上。

　　“现如今，不光是容东片区，容西片区、启东区的地下空间也将推广使用这套地下定位导航系统。”路兆铭表示，作为在雄安新区示范应用的创新技术，这套地下定位导航方案未来还有望被推广至医院、商业综合体、地下矿区、航站楼等地上地下一体化的复杂场景中。

　　“雄安新区为技术创新提供了现实需求，更为创新技术应用提供了极好的验证平台。”路兆铭表示，借助雄安新区先进的设计理念和丰富齐全的场景需求，潜藏在论文里的新技术与方法得到了转化应用。

　　“未来，地下精准定位导航技术还将在河南、福建、广东等地不断推进建设。”路兆铭希望，能把精准定位与导航服务送到更多地下停车场中。（科技日报记者 何 亮）

大国基石 | 北斗巡天，定位时空兴百业******

　　小新说

　　国有企业是中国特色社会主义的重要物质基础和政治基础，是国民经济的压舱石。2022年12月28日起，由中央广播电视总台与国务院国资委联合制作的系列纪录片《大国基石》，在央视综合频道黄金时段连续播出，聚焦党的二十大精神在各领域的新实践新气象，集中展现新时代的奋斗者为人民群众的美好生活奠定幸福基石；盘点国之重器与民生保障的密切联系，多视角、多层次、立体化呈现国资央企在推进中国式现代化进程中的使命担当和非凡成就。

　　今天为您带来第十集《北斗巡天》，看北斗卫星导航系统如何在交通运输、农业生产、防灾减灾、生态保护等方面助力中国产业升级。

　　古代依靠北斗星判断大致方向和计算时间。如今依靠由中国航天科技集团开发的北斗卫星实现精确时空定位。中国人实现从仰望星空到经略时空的跨越。

　　广西梧州西江，珠江水系的主通道。长洲水利工程修建后，上下游水面落差较大，来往游船需通过船闸到水坝对面，现在，通过手机客户端，每艘船仅需50秒完成报到和缴费手续。

　　在北斗卫星帮助下，西江船闸运行调度中心，可以实时掌握每艘船的位置。船与船闸的配合，船长与调度中心的呼应，精准对接、一气呵成。在保证船只过闸安全性的同时，通行效率也大大提高。

　　上海市精确导航和自动驾驶能够解决交通拥堵、减少交通事故。但需要北斗实时定位精度，必须达到厘米级。智能网联汽车要实现高等级自动驾驶，对于定位精度有着厘米级的要求。

　　北斗卫星的地基增强站，作用是提升北斗卫星信号的精度和稳定性。它们与卫星天地协同，满足国土测绘、精准农业、自动驾驶等众多需求。

　　新疆喀什拖拉机安装北斗定位导航，可以真正实现无人自动驾驶。北斗导航系统让播种机实现无人驾驶以及不分昼夜全天干活。

　　广西 河池天峨县龙滩水电站，国家西部大开发标志性工程之一，“西电东送”重要组成部分。北斗三号卫星导航系统建成后，这里第一时间安装北斗自动化监测设备，大大减少了人工测量的工作量。

　　北斗系统大幅提升位置服务能力，从米级提高到分米级、厘米级、毫米级，给数字信息社会提供精准时空信息，更准确地为社会提供服务。

　　湖北武汉北斗能够实现精确的定位、导航，因其卫星上有一块特殊的“表”，名叫星载原子钟。卫星导航利用无线电波传播来导航，无线电波以光速传播，要达到一米的测量精度，就要把光传播一米的时间测准，这只能靠原子钟。

　　北斗三号卫星，全部装载国产高精度星载原子钟，保证北斗优于20纳秒的授时精度。金融交易中，时间决定着资金的安全。北斗高精度授时，为金融系统提供精确的时间安全保障。

　　福建 莆田湄洲岛茫茫大海中手机没有信号。准确的位置对于救援十分关键，海防大队收到一条紧急求救的短报文信息，它类似于手机短信，但却是由北斗卫星发送的。

　　渔业是北斗卫星导航系统应用最早，也最为广泛的行业之一。短报文是中国北斗的独门秘技。赤潮被称为“有害藻类”或“红色幽灵”，为了实时掌握赤潮的发生时间、位置和规模，技术人员结合北斗定位技术，研发出船载的赤潮检测系统，为赤潮的早期防控提供有效预警。

　　在中国科学家们的攻关下，普通智能手机也能给北斗卫星发送短报文。采用国产自主可控工艺制造，支持短报文通信的国产智能手机已经推出。

　　今天中国北斗已具备实时厘米级、事后毫米级的高精度定位能力。中国北斗的行业应用不断深化，应用场景更加丰富。中国北斗面向全球用户提供全天候、全天时、高精度服务。

　　《大国基石》首批播出13集，包括《气蕴华夏》《城市绿心》《追风逐日》《聚能动力》《智连未来》《绿电动脉》《海上天路》《强国之翼》《乌金奇迹》《北斗巡天》《天河筑梦》《一江碧水》《化生万物》等。

　　12月28日起，《大国基石》每天18:20在央视综合频道CCTV-1播出，敬请收看！

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