Beidou+4G/5G Indoor-Positionierungstechnologie und Anwendungen

Die Indoor-Positionierungstechnologie befindet sich derzeit in einer sehr intensiven Forschungs- und Entwicklungsphase und präsentiert sich in einem Zustand, in dem hundert Blüten erblühen.Die größten bestehenden Probleme in diesem Bereich sind die Betriebskosten und die Investitionen.Mobile Kommunikationsnetze können nicht nur Kommunikationsdienste anbieten, sondern auch die Möglichkeiten des großflächigen Netzausbaus von 4G und 5G nutzen, um gemeinsam mit dem Beidou-System weltraum- und bodenintegrierte, kostengünstige und hochpräzise Positionierungssysteme zu erforschen und zu entwickeln.

Warum gewinnt die Indoor-Positionierung in der Industrie zunehmend an Bedeutung? Seit den Anfängen der WLAN-Positionierung blickt die Indoor-Positionierung auf eine über zehnjährige Geschichte zurück, doch die Betriebskosten stellten stets ein Problem dar. 2019 markierte den Beginn von 5G. Dieses basiert maßgeblich auf dem Internet der Dinge (IoT), das alle Branchen revolutioniert. Dadurch entstehen nicht nur neue Anforderungen an die Positionierung von Personen, sondern auch von Objekten. So benötigen beispielsweise zahlreiche Anwendungen im Notfall- und Brandschutzbereich, die Roboternavigation in der Medizintechnik sowie die medizinische Logistik Indoor-Positionierung.

In der U-Bahn, insbesondere im Bereich der intelligenten U-Bahnen, wo 5G und STO zusammenarbeiten, können die anonymisierten Nutzerdaten von China Telecom Wärmebilder erstellen und so die Personenströme lenken. Auch im Bereich des neuen Einzelhandels haben China Resources und Wanda begonnen, die Indoor-Positionierung zu erforschen. Der neue Einzelhandel hatte ursprünglich das Ziel, den traditionellen Einzelhandel zu transformieren. Nun plant Wal-Mart in den USA, sein Geschäftsmodell durch die Analyse der Kundenwege bei der Warenauswahl zu verändern – ein weiterer Bedarf des neuen Einzelhandels. Im Bereich der Messehallen wird China zukünftig einen riesigen Markt haben. Beispielsweise finden im Shanghai International Exhibition Center zahlreiche Ausstellungen und Veranstaltungen statt. Derzeit dienen Wegweiser hauptsächlich der Orientierung. Tatsächlich ist es jedoch manchmal schwierig, die gewünschten Messehallen zu finden, selbst mit Wegweisern. Daher besteht auch hier Bedarf an der Positionierung großer Messehallen.

In Bereichen, die keine Bilderkennung und KI-Positionierung umfassen, kommen Indoor-Positionierungstechnologien zum Einsatz, die auf drahtloser Kommunikation basieren. Diese drahtlose Kommunikation wird hauptsächlich von Netzbetreibern bereitgestellt. Shanghai Telecom beispielsweise hat 4G- und 5G-Netze im größten Umfang ausgebaut. Darüber hinaus betreibt Shanghai Telecom auch chainNET. Zahlreiche Forscher beschäftigen sich mit dem Internet der Dinge (IoT). Eine der bekanntesten Technologien ist UWB (Underground Wireless Breitband). Apple erwähnte UWB-Technologie bei der Vorstellung des iPhone 11 auf der Pressekonferenz. Was sind die Vorteile von China Telecom? Allein 5G. Wir kommunizieren mit Huawei darüber, dass 5G-Simulationsdaten eine Indoor-Positionierungsgenauigkeit von etwa einem Meter ermöglichen. Dies ist die von Shanghai Telecom in Betracht gezogene Indoor-Positionierungslösung. Unser Vorteil liegt in der Datenerfassung. Basisstationen, WLAN und kabelgebundene Netzwerke dienen als Erfassungspunkte, sodass wir den Daten-Upload nachvollziehen können. Zusätzlich benötigen wir Basisdaten, also CAD-Zeichnungen. Wir verwenden Gebäude-CAD-Zeichnungen mit Netzwerkpunkten, um das Verteilungssystem für jedes Gebäude zu erstellen. Dies ist die Datengrundlage. Auf dieser Grundlage wird zunächst ein Geoinformationssystem für Indoor-Betreiber entwickelt. Es gibt drei Haupttypen von Algorithmen: Fingerabdruckdatenbank, TODA und Feldstärke-Triangulation. Positionsdaten werden kontinuierlich über dieses Terminal hochgeladen, und die Position kann anschließend mithilfe der Algorithmus-Engine berechnet werden. Da es sich derzeit um interne Anwendungen handelt und die Plattform im Rechenzentrum steht, planen wir, die Daten durch explorative Untersuchungen zu anonymisieren. Aus Sicherheitsgründen müssen wir außerdem untersuchen, wie wir die Zugriffsrechte erweitern können.

Hinsichtlich der Entwicklung der GIS-Lösung muss diese zunächst mit dem Beidou-System kombiniert werden, um ein nahtloses Kartennetzwerk für Innen- und Außenbereiche zu schaffen. Für diese Karte wird zunächst ein einheitliches Koordinatensystem erstellt. Die Internetkarte dient als Basiskarte. Auf dieser Basiskarte werden Indoor-Informationen durch Koordinatenabgleich verknüpft, wodurch ein grundlegendes Karten-GIS-System entsteht. Für die Positionierungslösung nutzen wir ein möglichst einfaches Netzwerk, und alle Architekturen basieren im Wesentlichen auf Sekundärdaten. Das heißt, die PRU dient als Basisstation und sammelt die hochgeladenen Daten durch Scannen der Endgeräte von Objekten und Personen im Rechenzentrum. Dies ist einer unserer Vorteile. Die Daten werden in die Positionierungs-Engine integriert und zentral bereitgestellt, um den Standort aller Mobiltelefone oder Objekte zu berechnen. Shanghai Telecom hat zudem mehrere wichtige Technologien für die Indoor-Positionierung getestet. Eine davon ist die Initialpositionierungstechnologie. Nach zwei bis drei Jahren intensiver Arbeit wurde diese Technologie realisiert. Die Daten umfassen unter anderem Intensitätsinformationen. Die Initialpositionierung ermöglicht die Bestimmung der Etage. Darüber hinaus gibt es drei Hauptmethoden für die präzise Positionierung. Die erste ist der Uplink-Standard. Alle Basisstationen können das Breitbandsignal des drahtlosen Netzwerks scannen. Nach der Datenübertragung werden Position und Zeitdifferenz entlang des Übertragungswegs berechnet. Die Daten können GPS-Signale im Freien sowie Informationen zur Basisstation und deren Signalstärke enthalten. Dieses Verfahren wurde umgesetzt, indem zunächst eine Informationskarte erstellt und diese anschließend mit weiteren Informationen kombiniert wurde, um schließlich die Wohngebiete und die einzelnen Stockwerke des Siedlungssystems zu lokalisieren.

Die Positionierungsvorteile von 5G liegen in der Standardisierung. Da 3GPP in Rel-15 und Rel-16 standardisierte Positionierungsnetzwerkquellen und -vorteile definiert hat, ist keine Änderung der Datenübertragung von der Basisstation zum Mobiltelefon erforderlich. Später wird eine Rechenplattform zur Datenverarbeitung hinzugefügt. 5G bietet zwei weitere wesentliche Vorteile: Zum einen die hohe Bandbreite. Je größer die Bandbreite, desto einfacher lassen sich mehr Signale identifizieren und die Zeitdifferenz berechnen. Dadurch werden Verzögerungsfehler vermieden und die Genauigkeit verbessert. Zum anderen ermöglicht 5G die Nutzung mehrerer Antennen, was zukünftig ein neues Berechnungsverfahren ermöglicht. 5G kann verschiedenen Nutzern unterschiedliche Antennen zuweisen und so deren Standort präziser bestimmen. Aktuell scheint 5G insbesondere in Innenräumen deutliche Vorteile zu bieten. Daher haben wir dieses Jahr auch die Möglichkeit einer Zusammenarbeit mit Beidou zur Erforschung und Erweiterung der 5G+Beidou-Positionierung in Innen- und Außenbereichen erörtert.

Welche Vorteile bietet die Telekommunikation? Shanghai Telecom wird am Aufbau aller Basisnetze beteiligt sein. Unabhängig vom Leitungsnetz oder der Marktgröße Shanghais nimmt Shanghai eine führende Position ein. Mit Beidou entsteht ein stärker integriertes Weltraum- und Bodennetz. Im Zuge der 5G-Entwicklung wollen wir ein Unterstützungssystem aufbauen, das Cloud, KI und Sicherheit vereint, und ein Ökosystem schaffen. Nach der Einführung von 5G wird der Wettbewerb zwischen den Betreibern zum Wettbewerb zwischen Ökosystemen. Daher müssen wir unsere eigenen Kompetenzen bündeln. Neben der Erfassung von Standortinformationen wollen wir durch die Nutzung bestehender großer Netzwerk- und Cloud-Ressourcen auch neue Möglichkeiten eröffnen, um ein System und ein Ökosystem aufzubauen.

Im Folgenden werden die Anwendungsfälle von Shanghai Telecom vorgestellt.

Bei 1:NetzwerkplanungDie Geschäftsanwendung der Netzwerkoptimierung mittels Indoor-Positionierung nutzt dreidimensionale Simulation, Online-Iteration und genaue Vorhersage, gezielte Bauinvestitionen, ermittelt den Benutzerstandort durch Indoor-Positionierung, bearbeitet Benutzerbeschwerden effizient, führt virtuelle CQT-Tests durch Indoor-Positionierung durch, senkt Kosten und steigert die Effizienz, lokalisiert Gegenstände und verwaltet Geräteanlagen präzise.

Bei 2:Die Geschäftsanwendung der medizinischen Indoor-Positionierung basiert auf der intelligenten Pipeline von 5G mit hoher Bandbreite und geringer Latenz, die Roboter und Big-Data-Plattformen verbindet. Durch die Big-Data-Analysefunktionen der Cloud-Plattform können schnell Datenerfassungs- und Analysefunktionen sowie Lernfunktionen erworben werden, um den Anforderungen von Anwendungen in verschiedenen Szenarien gerecht zu werden.

Fall drei:Geschäftsanwendungen der industriellen Indoor-Positionierung. In einigen groß angelegten Fertigungs- und Montageprozessen kann die Effizienz durch die Verwaltung von Teilen und Werkzeugen mithilfe von Indoor-Positionierungssystemen erheblich gesteigert werden.

Fall vier:Geschäftsanwendungen der kommerziellen 4G/WLAN-Positionierung. Beispielsweise erleichtert die Veröffentlichung eines Logos auf einer Indoor-Karte die Orientierung der Nutzer in komplexen Umgebungen. Nutzer können Anwendungen kommentieren und teilen; Produktneuheiten, Gruppenkäufe usw. können umgehend an Endgeräte gesendet werden, um potenzielle Kunden zu gewinnen und zu binden. Zudem lassen sich Präferenzstrategien kombinieren, um bestehende Kunden zu halten und gleichzeitig mithilfe von Anwendungen im sozialen Umfeld der Nutzer neue Kunden zu gewinnen.

Fall fünf:Anwendung von Indoor-Positionierung zur Überwachung von Personenströmen im Geschäftsleben. Vier Hauptanwendungsszenarien: Überwachung des städtischen Fahrgastaufkommens: Kombination mit Daten aus dem Außenbereich zur Überwachung der Verteilung und Entwicklung des Fahrgastaufkommens in der Stadt und zur Bereitstellung von Reiseempfehlungen; Überwachung des Fahrgastaufkommens in Bahnhöfen: Echtzeitüberwachung der Fahrgastströme im Bahnhof und Bereitstellung von Daten für eine sichere Fahrgastflusssteuerung; Querschnittsüberwachung des Fahrgastaufkommens: Zählung des Fahrgastaufkommens zwischen Bahnhöfen und Anzeige der Zugauslastung auf Ampeltafeln; präzise Abrechnung: Ermittlung des jährlichen Fahrgastaufkommensanteils jeder U-Bahn-Linie zur Steuerung der Gewinnverteilung.

Fall sechs:Intelligente Indoor-Positionierung in der U-Bahn: Anwendung für Unternehmen. Am 31. Oktober wurde die von der Shanghai STO Metro Group und Partnern wie Shanghai Telecom, CASCO, Huawei und Shanghai Comservice gemeinsam entwickelte „5G+ Smart Metro Platform“ offiziell am Bahnhof Xujing Ost der Shanghaier U-Bahn in Betrieb genommen. Die Plattform nutzt 5G-Hochgeschwindigkeitsnetz-Anwendungen wie hochauflösendes mobiles Video, hochauflösende Gegensprechanlagen und die Positionsbestimmung von Kundendienstmitarbeitern. Sie ermöglicht es U-Bahn-Betreibern, Notfallpläne für große Fahrgastaufkommen umzusetzen und Evakuierungsmaßnahmen sowie weitere Services für den Großraum China International Import Expo (CIIE) zu implementieren. Die Plattform überwacht die Fahrgastdaten der „Drei Linien und Drei Stationen“ sowie des CIIE-Geländes in Echtzeit, analysiert sie anhand historischer Daten und prognostiziert die Fahrgastsituation für die nächsten 15 Minuten präzise. Dies erlaubt es den Einsatzleitern, die Tagesorganisation und Arbeitsplanung effektiver zu gestalten und gegebenenfalls frühzeitig Notfallmaßnahmen einzuleiten, beispielsweise die Fahrgäste über geänderte Buslinien zu informieren.

Bei 7:Anwendung der Indoor-WLAN-Positionierung für die öffentliche Sicherheit. Wählen Sie die zu überwachende Etage, um die Standortinformationen des Positionsgeräts in Echtzeit zu verfolgen; wählen Sie das Mobiltelefon und den Zeitraum, um den Bewegungsablauf des Mobiltelefons wiederzugeben.

Wir hoffen, dass die Integration von Beidou und 5G in Zukunft mehr Vorteile und Gewinnpotenziale für industrielle Anwendungen bringen wird!

Dieser Artikel wurde mit freundlicher Genehmigung des „Shanghai Beidou Navigation Innovation Research Institute“ nachgedruckt, das den Schutz geistigen Eigentums unterstützt. Bitte geben Sie bei einem Nachdruck die Originalquelle und den Autor an. Sollten Urheberrechte verletzt werden, bitten wir Sie, uns zu kontaktieren, damit wir den entsprechenden Artikel entfernen können.