高妍+孫繼文

2012年12月27日起，北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正式向亞太大部分地區(qū)提供區(qū)域服務(wù)。

隨后，科技部將廣域室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)—羲和的示范應(yīng)用和推廣提上日程。2014年4月25日，羲和系統(tǒng)開始提供信號(hào)播發(fā)服務(wù)。

同是導(dǎo)航定位系統(tǒng)，既然已經(jīng)有了北斗，為什么還要羲和？

“羲和系統(tǒng)是北斗系統(tǒng)應(yīng)用的精細(xì)化和延伸，它解決的是北斗導(dǎo)航信號(hào)全方位服務(wù)到個(gè)人移動(dòng)終端的‘最后一公里問題。”我國(guó)北斗工程“羲和計(jì)劃”室內(nèi)導(dǎo)航方向研究組織者和帶頭人、北京郵電大學(xué)教授鄧中亮在接受本刊采訪時(shí)介紹。羲和的建設(shè)，將為北斗地面增強(qiáng)網(wǎng)的建設(shè)解決關(guān)鍵技術(shù)問題，使北斗系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高精度全空間服務(wù)能力成為可能，從定位、增強(qiáng)、地圖和位置服務(wù)網(wǎng)等幾個(gè)方面全面提升北斗的應(yīng)用，為國(guó)家下一代經(jīng)濟(jì)發(fā)展提供有力支撐。

更為重要的是，羲和所提供的時(shí)間和空間基礎(chǔ)信息，將使城市中所有的人和物品被實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)定位，以更精確、豐滿的大數(shù)據(jù)支撐信息化，進(jìn)而融合形成位置服務(wù)大產(chǎn)業(yè)，滲透到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的方方面面，改善甚至改變?nèi)藗兊娜粘Ｉ睢?/p>

十年磨劍走偏鋒

對(duì)于鄧中亮來(lái)說(shuō)，2003年是有轉(zhuǎn)折意義的一年。

這一年，他結(jié)束了美國(guó)南加利福尼亞大學(xué)高級(jí)訪問學(xué)者研究，拒絕國(guó)外知名企業(yè)邀請(qǐng)，選擇回國(guó)。

這一年，他立足自身在導(dǎo)航方面積累的豐厚基礎(chǔ)，結(jié)合北郵的通信專長(zhǎng)，確立了從通信角度研究定位導(dǎo)航的研究方向，并最終鎖定廣域室內(nèi)外高精度定位技術(shù)。這是一個(gè)交叉領(lǐng)域研究方向，新鮮，富有挑戰(zhàn)性，而如今鄧中亮團(tuán)隊(duì)取得的成績(jī)，離不開當(dāng)初這個(gè)有點(diǎn)偏門的研究方向的確立。

那么，廣域室內(nèi)外高精度定位技術(shù)到底致力于解決怎樣的問題？

—它屬于導(dǎo)航與位置服務(wù)研究范疇，重點(diǎn)在于精準(zhǔn)室內(nèi)定位和室內(nèi)外定位銜接。事實(shí)上，盡管世界上的四大衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)都可以對(duì)室外環(huán)境進(jìn)行精準(zhǔn)定位，卻因?yàn)榻ㄖ镎趽醯仍驅(qū)κ覂?nèi)定位無(wú)能為力。但如今，智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)等信息產(chǎn)業(yè)，以及應(yīng)急救援、醫(yī)療監(jiān)護(hù)等公共安全領(lǐng)域的發(fā)展都亟待解決室內(nèi)定位難題。這是一個(gè)全世界都在研究卻終未解決的難題。

要攻克這個(gè)難題，不僅要解決高精度室內(nèi)定位，還要做到室內(nèi)外無(wú)縫銜接、平滑過渡，涉及到一系列科學(xué)問題。鄧中亮就選了這樣一塊硬骨頭來(lái)啃。

做室內(nèi)定位，衛(wèi)星定位系統(tǒng)不能給予有效支持，以什么平臺(tái)來(lái)構(gòu)建是關(guān)鍵。經(jīng)過廣泛調(diào)查，鄧中亮將目光鎖定在移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)上。“我國(guó)的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)基本全部覆蓋，手機(jī)使用也非常方便，只要能做到高精度定位，那么能打電話的地方，就能定位?！边@個(gè)設(shè)想是比較符合我國(guó)國(guó)情的，但鄧中亮說(shuō)，他們剛提出來(lái)的時(shí)候，很多人不看好，說(shuō)太難了，實(shí)現(xiàn)不了。

確實(shí)太難了—通信網(wǎng)本身有一定的定位能力，但精度很差，要想辦法讓它具備連續(xù)跟蹤測(cè)量的能力，而且測(cè)量精度要達(dá)到亞米級(jí)、分米級(jí)甚至厘米級(jí)。與此同時(shí)，還要保證兩個(gè)大前提：不能影響通信網(wǎng)原本的通信業(yè)務(wù)和服務(wù)質(zhì)量，不能增加新的頻率資源以避免成本過高、可推廣性差。

但他們還是決定試一試，這一試就是近十年。近十年間，從“能做嗎”，到“做什么”，再到“怎么做”，最終到“可靠嗎”“適用嗎”，鄧中亮帶領(lǐng)團(tuán)隊(duì)一步一個(gè)腳印，大膽創(chuàng)新，銳意進(jìn)取，完成了從不可能到可能的蛻變。

近十年間，他們成功突破了通信導(dǎo)航信號(hào)體制、地面非視距抑制、多徑抗干擾、高精度測(cè)距、室內(nèi)外無(wú)縫協(xié)同定位、星地組合以及導(dǎo)航通信一體化等多項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)瓶頸，提出了TC-OFDM（時(shí)分碼分—正交頻分復(fù)用）通信導(dǎo)航融合新體制，建立了天地一體無(wú)縫融合定位體系架構(gòu)，研制了室內(nèi)外無(wú)縫定位系統(tǒng)與服務(wù)平臺(tái)，在國(guó)際上率先實(shí)現(xiàn)了水平優(yōu)于3米、垂直優(yōu)于1米的廣域室內(nèi)外高精度無(wú)縫定位，解決了北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的“最后一公里”問題。

鄧中亮解釋，TC是導(dǎo)航信號(hào)，OFDM是4G通訊信號(hào)，TC-OFDM就是把這兩個(gè)信號(hào)有效融合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)高精度導(dǎo)航與通信廣播業(yè)務(wù)的共載。“你的導(dǎo)航信號(hào)覆蓋比通信信號(hào)覆蓋能力高出好幾倍，但不能干擾通信信號(hào)，不能侵占它的業(yè)務(wù)信道，要保證足夠強(qiáng)的室內(nèi)覆蓋能力，還得算出你的位置，這就是TC-OFDM解決的?！薄斑@種室內(nèi)覆蓋的能力，GPS沒有解決，伽利略、格洛納斯也沒有解決，而我們的北斗，現(xiàn)在已經(jīng)可以提供很好的應(yīng)用?！绷己玫氖痉稇?yīng)用效果，贏得了國(guó)內(nèi)外專家的肯定。

2012年3月，基于TC-OFDM的廣域室內(nèi)外高精度定位系統(tǒng)在北京郵電大學(xué)通過了科學(xué)技術(shù)成果鑒定。由多名院士、專家組成的項(xiàng)目鑒定專家委員會(huì)一致認(rèn)為該項(xiàng)目“在移動(dòng)基站定位方面取得了重大突破，具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，總體技術(shù)達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平”。

北斗重大專項(xiàng)總體專家組組長(zhǎng)楊強(qiáng)文評(píng)價(jià)該項(xiàng)目：“突破了室內(nèi)導(dǎo)航的關(guān)鍵技術(shù)，是導(dǎo)航技術(shù)自主創(chuàng)新的重要突破，可與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行綜合應(yīng)用，提升北斗產(chǎn)業(yè)應(yīng)用競(jìng)爭(zhēng)能力?！?/p>

國(guó)外同行專家評(píng)價(jià)項(xiàng)目“采用先進(jìn)綜合技術(shù)，獲得了更高的定位精度和更低的能量損耗”，“將為位置服務(wù)提供更廣泛的覆蓋”。

一念執(zhí)著逐羲和

2012年，作為《導(dǎo)航與位置服務(wù)科技發(fā)展“十二五”專項(xiàng)規(guī)劃》重大項(xiàng)目之一，羲和系統(tǒng)正式上馬，其核心技術(shù)正是基于TC-OFDM的廣域室內(nèi)外高精度定位系統(tǒng)。

鄧中亮介紹，羲和系統(tǒng)是基于北斗/GNSS、移動(dòng)通信、廣播和衛(wèi)星通信等系統(tǒng)，采用協(xié)同實(shí)時(shí)精密定位技術(shù)，構(gòu)建的廣域室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)，瞄準(zhǔn)解決導(dǎo)航信號(hào)全方位服務(wù)到個(gè)人移動(dòng)終端“最后一公里”問題，是北斗系統(tǒng)應(yīng)用的精細(xì)化和延伸。

羲和，相傳是我國(guó)上古時(shí)代時(shí)間歷法的創(chuàng)始人。取名羲和，寓意義務(wù)向大眾提供全空域、全時(shí)域、室內(nèi)外無(wú)縫導(dǎo)航定位服務(wù)。

何為全空域、全時(shí)域、室內(nèi)外無(wú)縫導(dǎo)航定位？鄧中亮解釋，這表示將來(lái)我們可以針對(duì)城市里所有的人、物品，進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)位置監(jiān)測(cè)，無(wú)論它們?cè)谑裁次恢?，以什么樣的形態(tài)存在。

比如：你可以很快知道自己的孩子在什么地方，在停車場(chǎng)找到空余車位，在一個(gè)陌生的商場(chǎng)找到中意的品牌、餐廳或者電梯、衛(wèi)生間、應(yīng)急出口，而我們也可以在需要的時(shí)候，快速了解礦井、隧道等地下環(huán)境，迅速定位火災(zāi)、地震中需要救援的人……“羲和建設(shè)的最終目的在于打通定位信號(hào)、位置信息、個(gè)人消費(fèi)的產(chǎn)業(yè)鏈條，使虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界更好地結(jié)合?！?/p>

如今，在TC-OFDM定位與通信融合技術(shù)的支撐下，羲和系統(tǒng)正充分依托我國(guó)正在建設(shè)的北斗系統(tǒng)和現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)、廣播網(wǎng)絡(luò)等各類通信資源，提供室外亞米級(jí)、城市室內(nèi)優(yōu)于3米的無(wú)縫定位導(dǎo)航服務(wù)和業(yè)務(wù)可控的億級(jí)用戶在線位置服務(wù)。值得一提的是，國(guó)外目前室內(nèi)定位的最大精度仍停留在三四十米左右，而美國(guó)2013年“E911計(jì)劃”的目標(biāo)定位精度僅為60米。

2014年4月25日，北京中關(guān)村衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)科技創(chuàng)新公共服務(wù)平臺(tái)計(jì)劃發(fā)布—在中關(guān)村5km2的核心區(qū)域，建成全球首個(gè)衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)科技創(chuàng)新綜合實(shí)驗(yàn)區(qū)，使中關(guān)村成為全球的衛(wèi)星導(dǎo)航與位置服務(wù)創(chuàng)新創(chuàng)富高地。

這是羲和系統(tǒng)科技成果的一次成功落地。在這之前，鄧中亮團(tuán)隊(duì)已經(jīng)依托863課題“城市室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航關(guān)鍵技術(shù)與服務(wù)示范”項(xiàng)目，完成多個(gè)室內(nèi)外位置服務(wù)示范應(yīng)用。他們積極推進(jìn)芯片、模塊、終端、基站等的研制和生產(chǎn)，并推動(dòng)其在北上廣等數(shù)十個(gè)城市和多個(gè)國(guó)家進(jìn)行系統(tǒng)應(yīng)用，為我國(guó)現(xiàn)代服務(wù)業(yè)開辟了建筑空間導(dǎo)航服務(wù)業(yè)的新的專業(yè)領(lǐng)域—

2011年，他們?cè)诒本┼]電大學(xué)校園進(jìn)行了示范應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了基于基站的水平優(yōu)于3米，垂直優(yōu)于1米的校園高精度室內(nèi)外無(wú)縫定位。

2011年，他們建立了基于位置的旅客個(gè)性化服務(wù)推動(dòng)平臺(tái)，并研制出中國(guó)第一款室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)系統(tǒng)—尋鹿。系統(tǒng)部署應(yīng)用于全國(guó)8個(gè)機(jī)場(chǎng)22個(gè)航站樓，提供室內(nèi)精準(zhǔn)定位及室內(nèi)便捷導(dǎo)航，比如提供遠(yuǎn)程預(yù)約停車、找車等服務(wù)和相關(guān)商業(yè)推薦，給旅客帶來(lái)貼心的出行體驗(yàn)。尋鹿的應(yīng)用，提升了首都機(jī)場(chǎng)旅客滿意度。事實(shí)證明，尋鹿的優(yōu)越性能優(yōu)于國(guó)內(nèi)外同類技術(shù)，具有廣闊的市場(chǎng)應(yīng)用前景。

2012年，基于TC-OFDM的消防應(yīng)急救援應(yīng)用平臺(tái)研制成功，并在天津完成了范圍在60km2的應(yīng)用示范項(xiàng)目建設(shè)。平臺(tái)在天津高新區(qū)公安消防支隊(duì)指揮中心投入使用后，消防指揮中心能精確掌握救援現(xiàn)場(chǎng)人員和設(shè)施分布、兵力部署等位置信息，可以指揮消防員高效、迅速地開展救援工作，極大提升了城市精確救援能力。前期示范測(cè)試結(jié)果表明，系統(tǒng)定位精度達(dá)到室內(nèi)外水平精度優(yōu)于3米、垂直精度優(yōu)于1米，2013年底應(yīng)用覆蓋范圍達(dá)到200km2，并開始逐步推廣到天津市及全國(guó)范圍。

同時(shí)，他們與其他團(tuán)隊(duì)合作完成了老年人關(guān)愛示范方案及基于AGPS的關(guān)愛終端產(chǎn)品設(shè)計(jì)并產(chǎn)品化，已量產(chǎn)做社區(qū)試點(diǎn)。

他們開發(fā)的局域管理系統(tǒng)被英國(guó)、韓國(guó)、美國(guó)、俄羅斯等國(guó)家采購(gòu)應(yīng)用，提供了應(yīng)急指揮、緊急救援等支持。

在諸多良好示范應(yīng)用的基礎(chǔ)上，鄧中亮所領(lǐng)導(dǎo)的羲和建筑空間導(dǎo)航團(tuán)隊(duì)，在國(guó)家的支持下，啟動(dòng)了羲和技術(shù)支撐的“北斗室內(nèi)外位置服務(wù)基礎(chǔ)平臺(tái)”建設(shè)，預(yù)計(jì)2020年前覆蓋全國(guó)城市及周邊地區(qū)。屆時(shí)，高標(biāo)準(zhǔn)、高精度、高質(zhì)量的位置服務(wù)將成為我國(guó)現(xiàn)代化的重要標(biāo)注。

目前鄧中亮團(tuán)隊(duì)所開發(fā)的以尋鹿為代表的室內(nèi)外位置服務(wù)應(yīng)用平臺(tái)，已經(jīng)在上千個(gè)大型商場(chǎng)、文體場(chǎng)館以及醫(yī)院、學(xué)校、辦公樓等部署應(yīng)用，用戶量突破6000萬(wàn)，大幅提升了大型建筑精細(xì)化管理與安全保障水平。與此同時(shí)，羲和系統(tǒng)在國(guó)土資源調(diào)查、精細(xì)農(nóng)業(yè)、車輛監(jiān)控與導(dǎo)航、實(shí)時(shí)位移監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域也取得了良好的應(yīng)用效果。

在羲和的推動(dòng)下，一個(gè)室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航的新時(shí)代已經(jīng)到來(lái)。

立足位置創(chuàng)未來(lái)

2014年4月，羲和系統(tǒng)科技成果合作對(duì)接會(huì)上，羲和系統(tǒng)室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航信號(hào)正式播發(fā)，將支持相關(guān)芯片、模塊、終端及關(guān)鍵設(shè)備的研制生產(chǎn)，使公眾享受諸如車道級(jí)導(dǎo)航、米級(jí)室內(nèi)定位等服務(wù)。

2014年11月22日，首款米級(jí)定位北斗手機(jī)亮相，應(yīng)用的正是羲和芯片。隨著羲和計(jì)劃應(yīng)用示范項(xiàng)目的進(jìn)一步開展，羲和系統(tǒng)的功能日益完善，其應(yīng)用范圍更加廣泛。北斗手機(jī)的出現(xiàn)，是羲和實(shí)實(shí)在在走近人們生活的又一例證。

鄧中亮介紹：“目前，基于前期的科研成果，廣域室內(nèi)外高精度無(wú)縫定位芯片正在準(zhǔn)備MPW（多項(xiàng)目晶圓），預(yù)計(jì)年底進(jìn)行量產(chǎn)。屆時(shí)，基于該芯片生產(chǎn)的定位終端會(huì)大量出現(xiàn)，更豐富的室內(nèi)定位應(yīng)用服務(wù)將會(huì)進(jìn)行大規(guī)模的推廣應(yīng)用。”到那個(gè)時(shí)候，導(dǎo)航與位置服務(wù)業(yè)將催生更大的市場(chǎng)空間。

事實(shí)上，現(xiàn)在已經(jīng)有更多的人看到了這個(gè)行業(yè)的無(wú)限發(fā)展前景。國(guó)家各個(gè)層面，社會(huì)各個(gè)行業(yè)，都在大力推動(dòng)，積極部署，期望搭上導(dǎo)航與位置服務(wù)這個(gè)新興行業(yè)所拉動(dòng)的高速列車。

按照科技部對(duì)羲和系統(tǒng)的總體規(guī)劃部署，2015年前，將在我國(guó)10個(gè)城市、3個(gè)行業(yè)開展羲和系統(tǒng)示范工程建設(shè)，并逐步向全國(guó)推廣;開展在大眾位置服務(wù)、交通出行服務(wù)、物聯(lián)網(wǎng)、智慧城市、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、應(yīng)急救援等領(lǐng)域的應(yīng)用示范;2020年，實(shí)現(xiàn)“百城億戶”的應(yīng)用推廣目標(biāo)，通過提供高品質(zhì)位置服務(wù)，提升市場(chǎng)容量，創(chuàng)新應(yīng)用服務(wù)與商業(yè)模式，促進(jìn)導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

目前，多個(gè)部委均已展開北斗地面增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)相關(guān)的論證工作，為實(shí)現(xiàn)羲和系統(tǒng)“百城起步，億戶使用”的目標(biāo)奠定了一定的基礎(chǔ)。同時(shí)，在科技部的大力支持下，羲和系統(tǒng)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化工作正在展開，在未來(lái)幾年內(nèi)，羲和系統(tǒng)相關(guān)的廣域室內(nèi)外無(wú)縫定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有望進(jìn)入國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)體系。

北斗手機(jī)亮相的同一天，“羲和導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng)新聯(lián)盟”宣布成立。聯(lián)盟由科技部指導(dǎo)成立，匯聚了北京郵電大學(xué)、武漢大學(xué)、中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通、百度、騰訊、華為、中興、泰斗微電子、合眾思?jí)训榷嗉覐氖聦?dǎo)航與位置服務(wù)的相關(guān)單位。羲和聯(lián)盟的成立旨在落實(shí)國(guó)家創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展戰(zhàn)略，形成產(chǎn)學(xué)研一體化的創(chuàng)新體系，促進(jìn)國(guó)家863計(jì)劃科技成果的轉(zhuǎn)化，推動(dòng)導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)的自主創(chuàng)新和跨越式發(fā)展。

而在市場(chǎng)上，撇開基于位置服務(wù)的導(dǎo)航信息提供商高德軟件、百度地圖等積極融入不提，其他傳統(tǒng)行業(yè)企業(yè)也已大刀闊馬加入，以期搶占先機(jī)—中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通開展了定位信號(hào)及服務(wù)的示范;華為、長(zhǎng)虹、合眾思?jí)训绕髽I(yè)開始研究將北斗信號(hào)接入手機(jī)應(yīng)用中，并取得了良好進(jìn)展;而其他諸如餐飲、電影、旅游、游戲、社交網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)也在蠢蠢欲動(dòng)……

正如鄧中亮所說(shuō)，未來(lái)羲和系統(tǒng)的應(yīng)用，將只受限于人們的想象力。