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北斗+4G/5G室内定位技术与应用
来源:上海北斗导航创新研究院 | 作者:SHNAVI | 发布时间: 2020-08-12 | 49 次浏览 | 分享到:
移动通信网络不仅可以从事通信业务,也可以借助4G、5G大规模网络部署的机遇,与北斗系统一起研究开发天地一体化、低成本、高精度的定位体系。

室内定位技术现在正处在很热的研究探索阶段,呈现出一种百花齐放的状态。该领域现存的主要问题点在于运营成本和投资。移动通信网络不仅可以从事通信业务,也可以借助4G、5G大规模网络部署的机遇,与北斗系统一起研究开发天地一体化、低成本、高精度的定位体系。



为什么现在室内定位在业内逐渐升温?从WIFI定位开始到现在,室内定位已有十多年的历史,但一直存在运营成本问题。2019年是5G元年。在这个阶段,5G主要由IoT支撑,也就是万物互联,赋能所有的行业。这不仅带来人的定位需求,也带来了物的定位需求,如诸多与应急、消防相关的应用需求,医疗行业的机器人导航、医疗配送物流等都有室内定位需求。



在地铁内,特别是在5G和申通合作的智慧地铁领域,中国电信脱敏的用户数据可以定位热力图,也就是人流的分流。在新零售方面,华润、万达也开始了室内定位方面的探索。新零售最初是希望进行传统零售的转型,现在美国沃尔玛正计划通过用户选择商品的路径分析来改变运营模式,这也是新零售的需求。在展馆方面,未来中国的市场很大,比如在上海国展中心,展览和展会活动特别多,现在多用是路标指示,其实有时候即便有路标也很难找到想去的展馆,所以人们对大型展馆的定位也是有需求的。


在不包含图像识别、AI定位的领域,使用的都是和无线通信技术相关的室内定位技术。无线通信技术主要通过运营商提供,像上海电信最大规模部署的是4G、5G网络,另外上海电信还部署了chainNET。在物联网方面也有很多人在从事相关的研究工作,其中比较热门的是UWB,苹果发布会发布iPhone11时就提到了UWB技术。我们中国电信的优势在哪里?就在5G。我们和华为在交流,5G仿真数据可以达到室内定位精度1米左右,这是上海电信考虑的室内定位解决方案。我们的优势在于采集端,基站、WIFI和有线网络都是采集端,可以了解数据的上传情况。此外,还需要基础数据,也就是CAD图纸,我们制作每一幢楼的分布系统,都采用了有网络点位的楼宇CAD图纸,这些都是数据基础。在这个基础上首先形成室内运营商的地理信息系统,算法主要有三类:指纹库、TODA和场强三角定位,通过这个终端不停地上传定位数据,然后可以通过算法引擎计算出位置,因为现在都是内部应用,平台是在机房内的,接下来希望通过探索进行数据脱敏,从安全的角度来说,还要探索如何实现能力开放。



关于GIS方案的形成,首先要和北斗系统结合起来,开发室内外无缝地图网。这张地图首先要做一个统一的坐标系。互联网地图是我们的底图,在这个底图上通过坐标的匹配实现室内信息的连接,然后形成一个基础地图GIS系统。另外,在定位方案上,我们使用的是最基础的网络,所有的架构基本以次为主,即PRU作为一个基站,通过扫描物和人的终端,把上传数据收集到机房中,这是我们的一个优势,会加入到定位引擎中,集中部署计算出所有手机或物的位置。上海电信也对室内定位的几项主要技术进行了试验。其中一项就是初定位技术,经过两三年的努力,这项技术已经实现了。数据中包括强度信息等,初定位可以定位到楼层,此外是精准定位,主要有三种方法。第一种是上行标准,所有的基站都可以扫描无线网络的宽带信号,在数据传输上来后,通过路径计算出点位和时差。数据中有可能包含室外GPS信号,同时也有一些基站信息和强度信息。先形成信息图,然后再结合其他信息,最终定位到居民区楼层和细分系统的楼层,这个方案已经实现了。


5G的定位优势。首先是标准化的,也就是3GPP在Rel-15、Rel-16定义了标准的定位网源及标准的效益,所以我们无需改变从基站侧到手机侧之间的信息传送。后面我们要加一个计算平台,对这些数据进行计算。5G还有另外两大优势,一个是高带宽,带宽越大,越容易识别出更多信号,进行时差计算,时延之间就不会有误差,精度就会提高。5G的另外一个优势是多天线,所以接下来会有一个新的计算方法。5G可以使用不同的天线对应不同的用户,从而更精准地定位到用户的位置。目前看来5G在室内的优势比较强。所以今年我们也探讨希望与北斗合作,开展5G+北斗室内外定位研究,并进行拓展。


电信的优势是什么?我们上海电信会参与所有基础网络的建设工作,无论管网还是上海的市场规模都是排名第一的,加上北斗便成为更强的天地一体化网络。在5G发展的过程中,我们希望开发云+AI+安全为代表的支撑体系,同时也希望做到生态圈的构建。5G来到以后,运营商的竞争是生态圈的竞争,所以我们要把自己的能力进行封装,除了位置信息的封装,同时希望通过现有的大网资源、云资源进行能力开放,构建一个体系和生态圈。




下面介绍一下上海电信的应用案例




案例一:网规网优室内定位的业务应用,通过三维立体仿真,在线迭代精准预测,针对性建设投资,通过室内定位确定用户位置,高效处理用户投诉,通过室内定位进行虚拟CQT测试,降本增效物品定位,精确管理设备资产。


案例二:医疗室内定位的业务应用,基于5G大带宽、低时延的智能管道,把机器人和大数据平台连接在一起,通过云平台的大数据分析能力,快速具备数据采集分析能力及学习能力,满足多场景应用需求。



案例三:工业室内定位的业务应用。在一些大型的制造业装配过程中,通过室内定位系统对零件和工具进行管理,可以极大地提升效率。


案例四:商业4G/WIFI定位的业务应用。如在室内地图上发布LOGO,方便用户在繁杂的地图上轻松寻找到自己;用户点评及分享应用;向终端即时发起新品通知、团购通知等,发现并抓住潜在客户,并可结合优惠策略吸引老客户,同 时借助用户社交圈的应用发展新客户。


案例五:人流量监控室内定位的业务应用。四类主要应用场景:城市客流监控:结合室外数据监控全城客流分布和趋势,给出出行建议;站内客流监控,实时监控站内客流情况,为安全客流管控提供数据参考;断面客流监控:统计站与站之间的客流,灯带上上报列车拥塞程度;精确清分清算:统计每条地铁线路的年度客流占比,指导利益分成。


案例六:智慧地铁室内定位的业务应用。10月31日,由上海申通地铁集团联合上海电信、卡斯柯、华为、上海通服等合作伙伴共同打造的“5G+智慧地铁平台”在上海地铁徐泾东站正式上线。依托5G高带宽网络基础上的应用, 如高清移动视频、高清对讲、客服人员定位等,赋能地铁运营公司执行大客流应急预案,针对进博会大客流场景,实现客流疏散引导等服务。平台实时监测“三线三站” 以及进博会场馆的客流数据,结合历史数据进行分析,准确预测未来15分钟的客流情况。让指挥人员可以更有效地判断当日运营组织和工作计划,必要时提前启动客流应急管理预案,如提前通知乘客更换乘车路线。



案例七:公共安全室内WIFI定位的业务应用。选择监测楼层,实时监测定位终端的位置信息;选择收手机和时间范围,可以回放该手机的位置移动过程。


希望将来通过北斗与5G的融合,可以为行业应用带来更多的利好和利润增长点!



-- 作者 马丹 --

高级督导兼副总经理

中国移动上海电信移动互联网部