探訪雄安未來之城場景匯①

地下空間導航如何出爐

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+室分地下空間導航”應用。

1月26日，雄安空天信息研究院研發(fā)團隊成員在雄安新區(qū)地下空間測試導航系統(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。 本版圖片除署名外均由河北日報記者白云攝

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)團隊帶著先進技術(shù)、創(chuàng)新創(chuàng)意，參加了北斗技術(shù)應用、下一代網(wǎng)絡技術(shù)（IPv6）等場景匯中9項大賽25個細分賽道的決賽。

“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。場景也就是應用，地下空間導航、植物工廠、零碳建筑等不少場景，已在雄安落地應用。

這些關乎未來的場景怎么研發(fā)而來，又能為未來帶來什么？本報推出“探訪雄安未來之城場景匯”系列報道，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，卻不知道哪個出口距離下一個目的地最近。

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急技術(shù)應用大賽決賽上，“北斗+室分地下空間導航”拿到了超大規(guī)模地下空間定位導航技術(shù)賽道冠軍。

記者跟隨研發(fā)團隊的路測車實地體驗，這一系統(tǒng)在地下空間如同安裝了眼睛，能將導航定位精確到車位級。

我們走訪了這一研發(fā)團隊，了解這一技術(shù)是如何出爐的。

當?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。

常用導航在地下空間的表現(xiàn)，并不盡如人意。這是因為受建筑物遮擋影響，信號在地下會衰減甚至被屏蔽，導航的精準性就大打折扣。

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有點大，地下通行很容易迷路。在目標小區(qū)的2號樓、3號樓旁反復掉頭、路過，卻始終找不到1號樓。無奈，記者只能從2號樓前往地面，從地面繞到1號樓。

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個停車位。雄安新區(qū)容東片區(qū)95個小區(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+室分地下空間導航”板塊，將解決這一問題。

地下導航真有這么神？

6月15日，記者跟隨雄安空天信息研究院研發(fā)團隊進行了路測。

路測車是一輛普通的商務車，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開手機上一款名為“北郵室內(nèi)定位”的測試App，請記者隨機選擇一個目的地。

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

地面部分的導航，看起來和常用導航軟件沒太大區(qū)別，但汽車駛?cè)氲叵峦＼噲鋈肟冢瑢Ш浇缑嬉搽S之一變——從以地面建筑為參照物，變?yōu)檐囄粯颂柡蜆菞潌卧?/p>

地下導航的精度比記者想象的高。即將拐彎時，導航會提前幾米準確提示。路測車穿過一排排車位，導航界面同步顯示著通道兩側(cè)的車位標號，記者比對了下，分毫不差。

“目的地就在附近。”導航播報地下空間部分到此結(jié)束，但到終點還有一段距離。導航繼續(xù)引導測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，食堂的招牌進入視線。

這也是“北斗+室分地下空間導航”的另一個特點——地上地下一體化定位導航。

幾公里外的雄安空天信息研究院，團隊負責人路兆銘站在地下北斗時空信息平臺前，緊盯著屏幕上路測車的軌跡，他也是北京郵電大學信息與通信工程學院教授。

“每次路測都在找bug。”路兆銘說，這是他們團隊在4年里重復做的事——研發(fā)，路測，找出bug，修復bug，再研發(fā)，再路測……

最新優(yōu)化的功能中，導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，對不熟悉地下空間的車主來說，從幾萬個車位中精準找到充電車位也很難。

初星河在目的地一欄輸入充電樁，導航迅速給出一條最近的路線。路測車跟著導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，地下空間導航的精度能達到車位級，約2—3米。”路兆銘說，這相當于給地下空間安裝了一雙銳利的眼。

當應用場景需求推動科研研發(fā)

地下空間導航的需求一直有，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)模地下場景推動的研發(fā)。”6月14日，北京郵電大學，路兆銘帶記者前往教學三號樓6樓會議室的路上，邊走邊回答。

雄安新區(qū)是國內(nèi)首個大規(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，放大了地下導航不夠準和人們的需求之間的矛盾。

“容東片區(qū)即將交付時，由于沒有對應的參照物，地下施工的工人師傅，經(jīng)常找不到出口。”路兆銘回憶。

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

地下空間導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。

那為什么常用的導航在地下空間會失靈呢？

導航借助的是衛(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，因為建筑物的遮擋，地面上能用的方案到地下就行不通了。

此前，關于地下空間導航也有一些探索方案。但這些方案要么費用高昂，要么無法解決運維，要么手機端無法應用。

“地下空間導航，要技術(shù)新、價格低、可持續(xù)性強。”路兆銘說。這一難題之所以交到路兆銘團隊手上，是此前他們一直在研究用無線信號做感知定位，尤其在4G/5G領域積累了很多經(jīng)驗。

也因此，2020年剛接觸這一課題時，他們想借助已有的4G/5G信號在地下空間為人和車做定位。“很快就發(fā)現(xiàn)這條路不通。”路兆銘說，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合路傳輸，導致無法區(qū)分信號來源，也就無法定位。

能不能把擅長定位的北斗衛(wèi)星信號引入地下空間？

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

研發(fā)團隊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，增強北斗信號的同時，還讓它和其他信號達到相對平衡，各司其職。

有了定位信號，接下來是怎么定準。

北斗信號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。“怎么把定位精度做到車位級，困擾了我們一年多。”路兆銘說。

反復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量，觀測參考量越多越準。“比如一個人站在群山環(huán)抱中，每個山頭觀察到的這個人位置都不同。1個人觀測和10個人觀測相比，肯定是觀測點位越多，被觀測位置的精準性就越高。”路兆銘說，同理，新算法將北斗衛(wèi)星信號、5G信號等多源位置觀測信息融合在一起，算出人或車更精準的位置。

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，抬頭看會發(fā)現(xiàn)頂部布設著很多線，每隔15—30米就有兩個白色“蘑菇頭”，也被稱為室分設備。

“室分天線加上機房里的合路器、5G的RRU等，都是原來就有的。我們新增的設備只有北斗室分定位單元。”初星河說。這一設備每8000—10000平方米安裝一個，就能實現(xiàn)地下空間精準定位，比此前的方案節(jié)約成本50%以上。

研發(fā)工作進行到這兒，路兆銘團隊和地下空間定位導航之間，就差一張地下空間數(shù)字地圖了。

“這可能是整個研發(fā)過程中，最簡單的一環(huán)。”路兆銘說，他們將數(shù)字地圖加入導航系統(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+室分地下空間導航”的應用場景。

在團隊中，傅彬負責產(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、車主用導航反向找車，比如怎么和導航平臺談運營、和商家談合作等。

這也是路兆銘團隊在科研過程中，比較獨特的一環(huán)。

以往高校的研發(fā)團隊，關注點都在技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)品研發(fā)上，產(chǎn)業(yè)化、推廣應用都不擅長。

搞產(chǎn)業(yè)化推廣，是研發(fā)團隊缺錢嗎？

早在2022年，在國家重點研發(fā)計劃“交通基礎設施”專項中，北京郵電大學信息與通信工程學院就成為“雄安新區(qū)交通設施數(shù)字化建設示范應用”課題的牽頭單位，拿到了一筆科研經(jīng)費用于“5G+北斗地下空間組合式定位導航”課題研究。

2023年，北京郵電大學與雄安新區(qū)、河北交通投資集團聯(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。

“這些資金解決了團隊的后顧之憂，大家可以全身心投入研發(fā)。科技創(chuàng)新要做到‘四個面向’，高校研發(fā)成果的價值需要在應用中實現(xiàn)，因此我們想的比研發(fā)本身要遠一點。”路兆銘說，需求驅(qū)動產(chǎn)生的科研成果會更好地轉(zhuǎn)化應用。

以訂餐、購物等應用平臺為例，應用場景多、有盈利模式，才能推動平臺不斷優(yōu)化，也會提高用戶黏性，形成正向循環(huán)。

“我們的研發(fā)成果如果不推廣、不盈利，服務一個小規(guī)模的用戶群體，后續(xù)誰來承擔地圖更新、軟件維護等工作？”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。一錘子買賣是項目思維。

對于“北斗+室分地下空間導航”即將在“雄安行”上線，中國雄安集團交通有限公司副總經(jīng)理王邵騫很期待。從去年開始，他也對導航提了一些意見，包括頁面設計以及這一系統(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。”王邵騫說，解決導航問題，僅是這項科研成果的初級探索，抓住用戶在地下空間應用中的其他痛點，比如充電、付費等，會形成更細化的邏輯閉環(huán)。

關于這一點，路兆銘團隊已經(jīng)有了一些“想象”。他們準備在導航系統(tǒng)接入充電平臺，車主可從導航系統(tǒng)預約并在限定時間內(nèi)鎖定充電樁，實現(xiàn)一鍵導航、到達目的地就有樁可用。他們還準備和管理地下停車的物業(yè)公司對接，實現(xiàn)導航、結(jié)算一體化。總的目的是，讓導航更有用。

從科研延伸出更多的場景應用，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或機器人提供導航，精度能達到厘米級。目前，這一導航定位已經(jīng)在山東電力系統(tǒng)有了應用。

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

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

■ 記者手記

一個idea和應用之間的距離

被問及研發(fā)“北斗+室分地下空間導航”最難的是什么？

路兆銘脫口而出：“是idea。”

問題就在那，用什么辦法解決，需要一個創(chuàng)造性idea以及強大的技術(shù)支撐來實現(xiàn)。

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

北京郵電大學教學三號樓6樓的天花板和其他樓層不同，密密麻麻都是各種線。就連會議室的墻上，路兆銘隨手一拽，也拽出一根測試線。

北斗信號從衛(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。怎么把這個信號放大，讓它發(fā)揮定位導航應有的作用，就是在這里反復試驗出來的。

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

那幾年，北京的教學、試驗和雄安新區(qū)的測試，讓路兆銘過起了雙城生活。

現(xiàn)在一場匯報就能講清楚的運轉(zhuǎn)邏輯，是當年科研人員無數(shù)次試驗和無數(shù)場測試的結(jié)果。

在沒有科研經(jīng)費前，路兆銘帶著學生貼錢、搭時間。

被問及是什么支撐他？

路兆銘想了想回答：“是成就感。”

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

“原始創(chuàng)新需要的不只是經(jīng)費和科研條件。能夠在雄安新區(qū)建設過程中發(fā)揮微薄之力，從創(chuàng)新角度又是一件特別有價值有意義的事，這是最大的驅(qū)動力。”路兆銘說。

三四年的堅持和奮斗，化作風輕云淡。

采訪結(jié)束前，路兆銘帶記者參觀了北京郵電大學信息與通信工程學院的實驗室。實驗室門口掛著很多塊牌子：先進信息網(wǎng)絡北京實驗室、開源5G聯(lián)合實驗室等。實驗室內(nèi)非常安靜，學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，解決具體應用，心里升起一種莫名的踏實感。（記者白云）

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