探訪雄安未來之城場景匯①

地下空間導(dǎo)航如何出爐

5月22日，雄安空天信息研究院副院長路兆銘正在講解“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”應(yīng)用。

1月26日，雄安空天信息研究院研發(fā)團(tuán)隊(duì)成員在雄安新區(qū)地下空間測(cè)試導(dǎo)航系統(tǒng)。路兆銘供圖

6月15日，雄安新區(qū)容東片區(qū)地下空間，雄安空天信息研究院工作人員正在路測(cè)。 本版圖片除署名外均由河北日?qǐng)?bào)記者白云攝

編者按

未來是什么樣子？

在雄安未來之城場景匯上或能找到參考。

5月27日至6月26日，國內(nèi)數(shù)百家企業(yè)和科創(chuàng)團(tuán)隊(duì)帶著先進(jìn)技術(shù)、創(chuàng)新創(chuàng)意，參加了北斗技術(shù)應(yīng)用、下一代網(wǎng)絡(luò)技術(shù)（IPv6）等場景匯中9項(xiàng)大賽25個(gè)細(xì)分賽道的決賽。

“匯未來技術(shù) 聚未來產(chǎn)業(yè) 建未來場景”是雄安未來之城場景匯的主題。場景也就是應(yīng)用，地下空間導(dǎo)航、植物工廠、零碳建筑等不少場景，已在雄安落地應(yīng)用。

這些關(guān)乎未來的場景怎么研發(fā)而來，又能為未來帶來什么？本報(bào)推出“探訪雄安未來之城場景匯”系列報(bào)道，為讀者尋找答案。

■ 閱讀提示

大規(guī)模地下停車場，找車位找到崩潰。好不容易停好車，購物回來繞來繞去又找不著車了。開上車從地下停車場出來，卻不知道哪個(gè)出口距離下一個(gè)目的地最近。

地下空間越大，類似的需求越迫切。但由于地下空間建筑物遮擋等因素，地面上的導(dǎo)航系統(tǒng)挪到地下空間，用起來并不靈光。

雄安地下空間安全應(yīng)急技術(shù)應(yīng)用大賽決賽上，“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”拿到了超大規(guī)模地下空間定位導(dǎo)航技術(shù)賽道冠軍。

記者跟隨研發(fā)團(tuán)隊(duì)的路測(cè)車實(shí)地體驗(yàn)，這一系統(tǒng)在地下空間如同安裝了眼睛，能將導(dǎo)航定位精確到車位級(jí)。

我們走訪了這一研發(fā)團(tuán)隊(duì)，了解這一技術(shù)是如何出爐的。

當(dāng)?shù)叵驴臻g有了“眼睛”

一圈，兩圈……在燈火通明的雄安新區(qū)容東片區(qū)地下停車場轉(zhuǎn)到第5圈了，記者和同事還是沒找到目的地。

常用導(dǎo)航在地下空間的表現(xiàn)，并不盡如人意。這是因?yàn)槭芙ㄖ镎趽跤绊?，信?hào)在地下會(huì)衰減甚至被屏蔽，導(dǎo)航的精準(zhǔn)性就大打折扣。

盡管碩大的地下停車場也懸掛了各種指示牌，但架不住這空間確實(shí)有點(diǎn)大，地下通行很容易迷路。在目標(biāo)小區(qū)的2號(hào)樓、3號(hào)樓旁反復(fù)掉頭、路過，卻始終找不到1號(hào)樓。無奈，記者只能從2號(hào)樓前往地面，從地面繞到1號(hào)樓。

這里的地下空間到底有多大？

石家莊勒泰中心的地下停車場，擁有16萬平方米2600個(gè)停車位。雄安新區(qū)容東片區(qū)95個(gè)小區(qū)的地下空間基本上互連互通，有400多萬平方米約5萬個(gè)停車位。

地下空間找不到停車位，停好后又找不到車，這樣的窘境大部分人都遇到過。

不過，即將在“雄安行”App上線的“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”板塊，將解決這一問題。

地下導(dǎo)航真有這么神？

6月15日，記者跟隨雄安空天信息研究院研發(fā)團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了路測(cè)。

路測(cè)車是一輛普通的商務(wù)車，開到雄安新區(qū)啟泰花園南門后停下來。雄安空天信息研究院博士后初星河點(diǎn)開手機(jī)上一款名為“北郵室內(nèi)定位”的測(cè)試App，請(qǐng)記者隨機(jī)選擇一個(gè)目的地。

記者輸入南文營社區(qū)食堂，導(dǎo)航很快據(jù)此規(guī)劃出一條路線。

地面部分的導(dǎo)航，看起來和常用導(dǎo)航軟件沒太大區(qū)別，但汽車駛?cè)氲叵峦＼噲鋈肟?，?dǎo)航界面也隨之一變——從以地面建筑為參照物，變?yōu)檐囄粯?biāo)號(hào)和樓棟單元。

地下導(dǎo)航的精度比記者想象的高。即將拐彎時(shí)，導(dǎo)航會(huì)提前幾米準(zhǔn)確提示。路測(cè)車穿過一排排車位，導(dǎo)航界面同步顯示著通道兩側(cè)的車位標(biāo)號(hào)，記者比對(duì)了下，分毫不差。

“目的地就在附近。”導(dǎo)航播報(bào)地下空間部分到此結(jié)束，但到終點(diǎn)還有一段距離。導(dǎo)航繼續(xù)引導(dǎo)測(cè)試人員從停車位走到最近的電梯間，到地面后指引步行路線，沒多遠(yuǎn)，食堂的招牌進(jìn)入視線。

這也是“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”的另一個(gè)特點(diǎn)——地上地下一體化定位導(dǎo)航。

幾公里外的雄安空天信息研究院，團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)人路兆銘站在地下北斗時(shí)空信息平臺(tái)前，緊盯著屏幕上路測(cè)車的軌跡，他也是北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院教授。

“每次路測(cè)都在找bug?！甭氛足懻f，這是他們團(tuán)隊(duì)在4年里重復(fù)做的事——研發(fā)，路測(cè)，找出bug，修復(fù)bug，再研發(fā)，再路測(cè)……

最新優(yōu)化的功能中，導(dǎo)航能幫助車主尋找最近的地下空間充電車位。容東片區(qū)的充電樁約700個(gè)，對(duì)不熟悉地下空間的車主來說，從幾萬個(gè)車位中精準(zhǔn)找到充電車位也很難。

初星河在目的地一欄輸入充電樁，導(dǎo)航迅速給出一條最近的路線。路測(cè)車跟著導(dǎo)航在密密麻麻的車位中左拐右拐，停在距離最近的C075充電車位前。

“目前，地下空間導(dǎo)航的精度能達(dá)到車位級(jí)，約2—3米?！甭氛足懻f，這相當(dāng)于給地下空間安裝了一雙銳利的眼。

當(dāng)應(yīng)用場景需求推動(dòng)科研研發(fā)

地下空間導(dǎo)航的需求一直有，為什么最先在雄安新區(qū)被研發(fā)出來？

“是雄安新區(qū)的超大規(guī)模地下場景推動(dòng)的研發(fā)?！?月14日，北京郵電大學(xué)，路兆銘帶記者前往教學(xué)三號(hào)樓6樓會(huì)議室的路上，邊走邊回答。

雄安新區(qū)是國內(nèi)首個(gè)大規(guī)模開發(fā)利用地下空間的城市，擁有380公里的地下綜合管廊以及超2200萬平方米的地下停車場。

新區(qū)巨大的地下空間，放大了地下導(dǎo)航不夠準(zhǔn)和人們的需求之間的矛盾。

“容東片區(qū)即將交付時(shí)，由于沒有對(duì)應(yīng)的參照物，地下施工的工人師傅，經(jīng)常找不到出口?！甭氛足懟貞?。

2020年，北京郵電大學(xué)和中國鐵塔股份有限公司組成了聯(lián)合研發(fā)團(tuán)隊(duì)，路兆銘帶隊(duì)前往新區(qū)搞地下空間導(dǎo)航研發(fā)之初，在地下空間也經(jīng)常迷路。

地下空間導(dǎo)航的需求并不是首次產(chǎn)生，但從沒像新區(qū)這么集中和迫切。

那為什么常用的導(dǎo)航在地下空間會(huì)失靈呢？

導(dǎo)航借助的是衛(wèi)星定位，其原理是通過北斗或者GPS衛(wèi)星，測(cè)定衛(wèi)星與接收器之間的距離，鎖定接收器所在的位置并指引路線。

來到地下空間，因?yàn)榻ㄖ锏恼趽?，地面上能用的方案到地下就行不通了?/p>

此前，關(guān)于地下空間導(dǎo)航也有一些探索方案。但這些方案要么費(fèi)用高昂，要么無法解決運(yùn)維，要么手機(jī)端無法應(yīng)用。

“地下空間導(dǎo)航，要技術(shù)新、價(jià)格低、可持續(xù)性強(qiáng)?！甭氛足懻f。這一難題之所以交到路兆銘團(tuán)隊(duì)手上，是此前他們一直在研究用無線信號(hào)做感知定位，尤其在4G/5G領(lǐng)域積累了很多經(jīng)驗(yàn)。

也因此，2020年剛接觸這一課題時(shí)，他們想借助已有的4G/5G信號(hào)在地下空間為人和車做定位?！昂芸炀桶l(fā)現(xiàn)這條路不通?！甭氛足懻f，地下空間的4G/5G大多采用無源室分系統(tǒng)覆蓋，來自不同天線的信號(hào)合路傳輸，導(dǎo)致無法區(qū)分信號(hào)來源，也就無法定位。

能不能把擅長定位的北斗衛(wèi)星信號(hào)引入地下空間？

安裝在小區(qū)頂部的天線，很順利將北斗信號(hào)引入地下，但這路信號(hào)要并入原有的5G室內(nèi)分布系統(tǒng)，和電信運(yùn)營商原有4G/5G信號(hào)會(huì)產(chǎn)生干擾。

研發(fā)團(tuán)隊(duì)在地下空間增加了北斗室分定位單元，并研究出一套新的濾波算法，增強(qiáng)北斗信號(hào)的同時(shí)，還讓它和其他信號(hào)達(dá)到相對(duì)平衡，各司其職。

有了定位信號(hào)，接下來是怎么定準(zhǔn)。

北斗信號(hào)在地面的定位精度約10米。但在地下空間，10米范圍可能分布著幾排車位?！霸趺窗讯ㄎ痪茸龅杰囄患?jí)，困擾了我們一年多?！甭氛足懻f。

反復(fù)嘗試了上百種算法后，他們創(chuàng)造性提出了“5G+北斗組合式定位算法”。定位依賴于各種各樣的觀測(cè)量，觀測(cè)參考量越多越準(zhǔn)?！氨热缫粋€(gè)人站在群山環(huán)抱中，每個(gè)山頭觀察到的這個(gè)人位置都不同。1個(gè)人觀測(cè)和10個(gè)人觀測(cè)相比，肯定是觀測(cè)點(diǎn)位越多，被觀測(cè)位置的精準(zhǔn)性就越高?！甭氛足懻f，同理，新算法將北斗衛(wèi)星信號(hào)、5G信號(hào)等多源位置觀測(cè)信息融合在一起，算出人或車更精準(zhǔn)的位置。

解決了定位，還要解決成本問題。

6月15日，容東片區(qū)地下空間，抬頭看會(huì)發(fā)現(xiàn)頂部布設(shè)著很多線，每隔15—30米就有兩個(gè)白色“蘑菇頭”，也被稱為室分設(shè)備。

“室分天線加上機(jī)房里的合路器、5G的RRU等，都是原來就有的。我們新增的設(shè)備只有北斗室分定位單元?！背跣呛诱f。這一設(shè)備每8000—10000平方米安裝一個(gè)，就能實(shí)現(xiàn)地下空間精準(zhǔn)定位，比此前的方案節(jié)約成本50%以上。

研發(fā)工作進(jìn)行到這兒，路兆銘團(tuán)隊(duì)和地下空間定位導(dǎo)航之間，就差一張地下空間數(shù)字地圖了。

“這可能是整個(gè)研發(fā)過程中，最簡單的一環(huán)?！甭氛足懻f，他們將數(shù)字地圖加入導(dǎo)航系統(tǒng)中，這雙“眼睛”終于能將新區(qū)地下空間看清楚了。

讓科研擁有生命力

6月26日，雄安空天信息研究院，傅彬正在研究“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”的應(yīng)用場景。

在團(tuán)隊(duì)中，傅彬負(fù)責(zé)產(chǎn)業(yè)推廣和模式探索，比如網(wǎng)約車直接開到乘客家的單元口、車主用導(dǎo)航反向找車，比如怎么和導(dǎo)航平臺(tái)談運(yùn)營、和商家談合作等。

這也是路兆銘團(tuán)隊(duì)在科研過程中，比較獨(dú)特的一環(huán)。

以往高校的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，關(guān)注點(diǎn)都在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)上，產(chǎn)業(yè)化、推廣應(yīng)用都不擅長。

搞產(chǎn)業(yè)化推廣，是研發(fā)團(tuán)隊(duì)缺錢嗎？

早在2022年，在國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“交通基礎(chǔ)設(shè)施”專項(xiàng)中，北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院就成為“雄安新區(qū)交通設(shè)施數(shù)字化建設(shè)示范應(yīng)用”課題的牽頭單位，拿到了一筆科研經(jīng)費(fèi)用于“5G+北斗地下空間組合式定位導(dǎo)航”課題研究。

2023年，北京郵電大學(xué)與雄安新區(qū)、河北交通投資集團(tuán)聯(lián)合成立雄安空天信息研究院。研究院一年有5000萬元資金支持用于搞科研。

“這些資金解決了團(tuán)隊(duì)的后顧之憂，大家可以全身心投入研發(fā)?？萍紕?chuàng)新要做到‘四個(gè)面向’，高校研發(fā)成果的價(jià)值需要在應(yīng)用中實(shí)現(xiàn)，因此我們想的比研發(fā)本身要遠(yuǎn)一點(diǎn)?！甭氛足懻f，需求驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生的科研成果會(huì)更好地轉(zhuǎn)化應(yīng)用。

以訂餐、購物等應(yīng)用平臺(tái)為例，應(yīng)用場景多、有盈利模式，才能推動(dòng)平臺(tái)不斷優(yōu)化，也會(huì)提高用戶黏性，形成正向循環(huán)。

“我們的研發(fā)成果如果不推廣、不盈利，服務(wù)一個(gè)小規(guī)模的用戶群體，后續(xù)誰來承擔(dān)地圖更新、軟件維護(hù)等工作？”路兆銘說，科研成果也要形成成果轉(zhuǎn)化閉環(huán)，科研項(xiàng)目才更有生命力。

持續(xù)更新是互聯(lián)網(wǎng)思維。一錘子買賣是項(xiàng)目思維。

對(duì)于“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”即將在“雄安行”上線，中國雄安集團(tuán)交通有限公司副總經(jīng)理王邵騫很期待。從去年開始，他也對(duì)導(dǎo)航提了一些意見，包括頁面設(shè)計(jì)以及這一系統(tǒng)體量要更小、功能要更全。

“產(chǎn)品是研發(fā)成果的載體。這一研發(fā)成果在‘雄安行’上線，是基于用戶需求，而不是科研?！蓖跎垓q說，解決導(dǎo)航問題，僅是這項(xiàng)科研成果的初級(jí)探索，抓住用戶在地下空間應(yīng)用中的其他痛點(diǎn)，比如充電、付費(fèi)等，會(huì)形成更細(xì)化的邏輯閉環(huán)。

關(guān)于這一點(diǎn)，路兆銘團(tuán)隊(duì)已經(jīng)有了一些“想象”。他們準(zhǔn)備在導(dǎo)航系統(tǒng)接入充電平臺(tái)，車主可從導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)約并在限定時(shí)間內(nèi)鎖定充電樁，實(shí)現(xiàn)一鍵導(dǎo)航、到達(dá)目的地就有樁可用。他們還準(zhǔn)備和管理地下停車的物業(yè)公司對(duì)接，實(shí)現(xiàn)導(dǎo)航、結(jié)算一體化?？偟哪康氖?，讓導(dǎo)航更有用。

從科研延伸出更多的場景應(yīng)用，是雄安空天信息研究院在努力探索的另一件事。他們也組合出了新的導(dǎo)航定位“神器”。

北斗+UWB地下管廊高精度定位，可以為巡檢地下各類管廊的無人機(jī)或機(jī)器人提供導(dǎo)航，精度能達(dá)到厘米級(jí)。目前，這一導(dǎo)航定位已經(jīng)在山東電力系統(tǒng)有了應(yīng)用。

在0—3000米的低空空域，他們也同合作單位一起研發(fā)出精度在厘米級(jí)的導(dǎo)航定位芯片。這一研究能為無人機(jī)等提供室內(nèi)外一體化的高精度定位。

路兆銘說，基于北斗，他們正運(yùn)用各種方案來實(shí)現(xiàn)各種+，支撐空天地一體、室內(nèi)外無縫的應(yīng)用場景，讓科研更多服務(wù)人們的生產(chǎn)生活。

■ 記者手記

一個(gè)idea和應(yīng)用之間的距離

被問及研發(fā)“北斗+室分地下空間導(dǎo)航”最難的是什么？

路兆銘脫口而出：“是idea?！?/p>

問題就在那，用什么辦法解決，需要一個(gè)創(chuàng)造性idea以及強(qiáng)大的技術(shù)支撐來實(shí)現(xiàn)。

在這一項(xiàng)目研發(fā)中，創(chuàng)造性idea不是把北斗信號(hào)引入地下，而是怎么引入地下。

北京郵電大學(xué)教學(xué)三號(hào)樓6樓的天花板和其他樓層不同，密密麻麻都是各種線。就連會(huì)議室的墻上，路兆銘隨手一拽，也拽出一根測(cè)試線。

北斗信號(hào)從衛(wèi)星到地面經(jīng)過了一波衰減，再從近百米高的樓頂順著密閉弱電井來到地下，又經(jīng)歷了第二波衰減。怎么把這個(gè)信號(hào)放大，讓它發(fā)揮定位導(dǎo)航應(yīng)有的作用，就是在這里反復(fù)試驗(yàn)出來的。

帶著試驗(yàn)結(jié)果，路兆銘和學(xué)生多次到雄安新區(qū)地下開展現(xiàn)場測(cè)試。2021年夏末，路兆銘第一次到新區(qū)搞現(xiàn)場測(cè)試，地下空間還在建設(shè)中。他們打開汽車后備箱當(dāng)小桌板，早上八九點(diǎn)買兩個(gè)煎餅幾瓶礦泉水帶下去，晚上九十點(diǎn)鐘才出來。

那幾年，北京的教學(xué)、試驗(yàn)和雄安新區(qū)的測(cè)試，讓路兆銘過起了雙城生活。

現(xiàn)在一場匯報(bào)就能講清楚的運(yùn)轉(zhuǎn)邏輯，是當(dāng)年科研人員無數(shù)次試驗(yàn)和無數(shù)場測(cè)試的結(jié)果。

在沒有科研經(jīng)費(fèi)前，路兆銘帶著學(xué)生貼錢、搭時(shí)間。

被問及是什么支撐他？

路兆銘想了想回答：“是成就感?！?/p>

他的成就感來自兩點(diǎn)。首先他判斷通導(dǎo)（通信和導(dǎo)航）一體技術(shù)，在解決地下空間導(dǎo)航定位上前景很好。同時(shí)，他們探索的是這一領(lǐng)域的無人區(qū)，提出的技術(shù)方案創(chuàng)新且獨(dú)特，就會(huì)有很強(qiáng)的創(chuàng)造欲。

其次，地下空間的問題在、需求在，總得有人去干，遲早得解決。問題擺到了他這兒，他就有一種使命感：“想把它解決掉?！?/p>

“原始創(chuàng)新需要的不只是經(jīng)費(fèi)和科研條件。能夠在雄安新區(qū)建設(shè)過程中發(fā)揮微薄之力，從創(chuàng)新角度又是一件特別有價(jià)值有意義的事，這是最大的驅(qū)動(dòng)力?！甭氛足懻f。

三四年的堅(jiān)持和奮斗，化作風(fēng)輕云淡。

采訪結(jié)束前，路兆銘帶記者參觀了北京郵電大學(xué)信息與通信工程學(xué)院的實(shí)驗(yàn)室。實(shí)驗(yàn)室門口掛著很多塊牌子：先進(jìn)信息網(wǎng)絡(luò)北京實(shí)驗(yàn)室、開源5G聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室等。實(shí)驗(yàn)室內(nèi)非常安靜，學(xué)生們緊盯著屏幕上正在跑的數(shù)據(jù)，專注到?jīng)]有人回頭看一眼誰進(jìn)來。

屏幕上的曲線和數(shù)字，記者完全看不懂。但看到那么多年輕人埋頭研究具體問題，解決具體應(yīng)用，心里升起一種莫名的踏實(shí)感。（記者白云）

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