北斗+4G/5G室内定位技术及应用

2021-12-28 394

室内定位技术目前正处于非常热门的研究和探索阶段，呈现出百花齐放的状态。该领域目前存在的主要问题是运营成本和投资。移动通信网络不仅可以从事通信服务，还可以利用 4G 和 5G 大规模网络部署的机会，与北斗系统一起研究和开发天地一体化、低成本、高精度的定位系统。

为什么室内定位在行业内逐渐普及？从最初的Wi-Fi定位到如今，室内定位已有十余年的发展历史，但运营成本始终是一个问题。2019年是5G元年。现阶段，5G主要由物联网（IoT）支撑，物联网赋能各行各业。这不仅带来了对人定位的需求，也带来了对物定位的需求，例如许多应急和消防应用、医疗行业的机器人导航、医疗配送物流等都离不开室内定位。

在地铁领域，尤其是在5G和STO合作的智慧地铁领域，中国电信的脱敏用户数据可以生成定位热图，从而引导客流。在新零售领域，华润集团和万达集团也已开始探索室内定位技术。新零售最初旨在变革传统零售。如今，美国的沃尔玛正计划通过分析用户选购商品的路径来改变其运营模式，这也是新零售的需求之一。在展览馆领域，中国未来将拥有巨大的市场潜力。例如，上海国际展览中心举办着大量的展览和会展活动。目前，路标主要用于指引方向。但事实上，即使有路标，有时也很难找到想要去的展馆，因此人们对大型展馆的定位也有着迫切的需求。

在不涉及图像识别和人工智能定位的领域，室内定位技术主要采用无线通信技术。无线通信技术主要由运营商提供。例如，上海电信已大规模部署了4G和5G网络，并部署了chainNET。此外，还有许多人从事物联网相关研究工作，其中比较热门的技术之一是超宽带（UWB）。苹果公司在发布iPhone 11的发布会上就提到了UWB技术。中国电信的优势是什么？就是5G。我们与华为沟通后得知，5G仿真数据可以实现约1米的室内定位精度。这是上海电信考虑的室内定位方案。我们的优势在于数据采集端。基站、Wi-Fi和有线网络都是数据采集端，我们可以了解数据上传情况。此外，我们还需要基础数据，即CAD图纸。我们使用包含网络点的建筑CAD图纸，为每栋建筑创建配线系统。这些是数据的基础。在此基础上，首先构建了室内操作员地理信息系统。该系统包含三种主要算法：指纹数据库定位、TODA定位和场强三角定位。定位数据通过该终端持续上传，然后由算法引擎计算位置。由于目前所有应用均为内部应用，平台位于机房，因此我们希望通过探索实现数据脱敏。从安全角度来看，我们也需要探索如何开放相关功能。

关于GIS解决方案的构建，首先需要与北斗系统相结合，构建一个无缝的室内外地图网络。该地图首先需要建立一个统一的坐标系。互联网地图是我们的基础地图。在这个基础地图上，通过坐标匹配连接室内信息，从而形成一个基础的地图GIS系统。此外，在定位解决方案方面，我们采用最基础的网络架构，所有架构基本都基于二级网络。也就是说，PRU作为基站，通过扫描物体和人员的终端，将上传到机房的数据收集起来。这是我们的优势之一。这些数据将被添加到定位引擎中，并集中部署，用于计算所有手机或物体的位置。上海电信也测试了几项主要的室内定位技术。其中之一是初始定位技术。经过两三年的努力，这项技术已经实现。数据包括强度信息等。初始定位可以定位到楼层。此外，还有三种主要的精确定位方法。第一种是上行链路标准。所有基站都可以扫描无线网络的宽带信号。数据传输完成后，通过路径计算点的位置和时间差。数据可能包含室外GPS信号，以及一些基站信息和信号强度信息。该方案首先生成信息地图，然后将其与其他信息相结合，最终确定住宅区楼层和小区楼层的位置。

5G定位优势。首先是标准化，即3GPP在Rel-15和Rel-16中定义了标准的定位网络源和标准效益，因此无需更改基站侧到手机侧的信息传输方式。之后我们会添加计算平台来计算这些数据。5G还有另外两个主要优势。一是高带宽。带宽越大，就越容易识别更多信号并计算时间差，从而减少延迟误差，提高定位精度。5G的另一个优势是多天线，因此接下来会引入新的计算方法。5G可以使用不同的天线对应不同的用户，从而更精确地定位用户位置。目前看来，5G在室内定位方面优势较强。因此，今年我们也探讨了与北斗合作开展5G+北斗室内外定位研究并拓展应用的可能性。

电信领域有哪些优势？我们上海电信将参与所有基础网的建设。无论从管网规模还是上海市场规模来看，我们都位居前列。借助北斗技术，我们将打造更强大的空地一体化网络。在5G发展过程中，我们希望构建以云+AI+安全为核心的支撑系统，并构建一个生态系统。5G到来之后，运营商之间的竞争就是生态系统之间的竞争，因此我们需要封装自身的能力。除了封装位置信息外，我们还希望通过现有的庞大网络资源和云资源，开放自身能力，构建系统和生态系统。

以下介绍上海电信的应用案例

案例1：网络规划网络优化室内定位的商业应用采用三维仿真、在线迭代和精确预测，进行有针对性的建设投资，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，降低成本并提高效率，定位物品，并准确管理设备资产。

案例2：医疗室内定位的商业应用基于5G高带宽、低延迟的智能流水线，连接机器人和大数据平台。借助云平台的大数据分析能力，它可以快速获取数据采集、分析和学习能力，以满足多场景应用的需求。

案例三：工业室内定位在商业领域的应用。在一些大型制造装配流程中，通过室内定位系统管理零件和工具可以显著提高效率。

案例四：商用4G/WIFI定位技术在商业应用方面具有诸多优势。例如，在室内地图上发布LOGO可以帮助用户在复杂的地图上轻松找到自己；用户可以对应用进行评论和分享；可以即时向终端推送新品通知、团购通知等，从而发现并吸引潜在客户；还可以结合各种优惠策略来吸引老客户，同时借助用户社交圈中的应用来开发新客户。

案例五：室内定位技术在客流监测中的商业应用。主要有四大应用场景：城市客流监测：结合室外数据，监测城市客流分布及趋势，并提供出行建议；站内客流监测：实时监测站内客流状况，为安全客流管控提供数据参考；交叉客流监测：统计站间客流量，并在灯带上显示列车拥堵情况；精准统计：统计各地铁线路的年客流量占比，指导利润分配。

案例六：智慧地铁室内定位的商业应用。10月31日，由上海地铁集团联合上海电信、中航科技、华为、上海康维科技有限公司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。该平台依托5G高带宽网络，支持高清移动视频、高清对讲、客服人员定位等应用，助力地铁运营企业应对客流高峰，并为进博会等客流高峰现场提供客流疏散引导等服务。平台实时监测“三线三站”及进博会场馆的客流数据，结合历史数据分析，精准预测未来15分钟的客流状况，使指挥人员能够更有效地评估当日运营组织和工作计划，并根据需要提前启动客流应急管理方案，例如提前通知乘客公交线路变更等。