北斗+4G/5G室內定位技術及應用

2021-12-28 393

室內定位技術目前正處於非常熱門的研究與探索階段，呈現出百花齊放的狀態。該領域目前存在的主要問題是營運成本和投資。行動通訊網路不僅可以從事通訊服務，還可以利用 4G 和 5G 大規模網路部署的機會，與北斗系統一起研究和開發天地一體化、低成本、高精度的定位系統。

為什麼室內定位在業界逐漸普及？從最初的Wi-Fi定位到如今，室內定位已有十餘年的發展歷史，但營運成本始終是個問題。 2019年是5G元年。現階段，5G主要由物聯網（IoT）支撐，物聯網賦能各行各業。這不僅帶來了對人定位的需求，也帶來了對物定位的需求，例如許多緊急和消防應用、醫療行業的機器人導航、醫療配送物流等都離不開室內定位。

在地鐵領域，尤其是在5G和STO合作的智慧地鐵領域，中國電信的脫敏用戶資料可以產生定位熱圖，進而引導客流。在新零售領域，華潤集團和萬達集團也開始探索室內定位技術。新零售最初旨在改變傳統零售。如今，美國的沃爾瑪正計劃透過分析用戶選購商品的路徑來改變其營運模式，這也是新零售的需求之一。在展覽館領域，中國未來將擁有龐大的市場潛力。例如，上海國際展覽中心舉辦大量的展覽和會展活動。目前，路標主要用於指引方向。但事實上，即使有路標，有時也很難找到想要去的展館，因此人們對大型展館的定位也有迫切的需求。

在不涉及影像辨識和人工智慧定位的領域，室內定位技術主要採用無線通訊技術。無線通訊技術主要由營運商提供。例如，上海電信已大規模部署了4G和5G網絡，並部署了chainNET。此外，還有許多人從事物聯網相關研究工作，其中比較熱門的技術之一是超寬頻（UWB）。蘋果公司在發布iPhone 11的發表會上就提到了UWB技術。中國電信的優點是什麼？就是5G。我們與華為溝通後得知，5G模擬資料可達到約1公尺的室內定位精確度。這是上海電信考慮的室內定位方案。我們的優勢在於資料擷取端。基地台、Wi-Fi和有線網路都是資料擷取端，我們可以了解資料上傳情況。此外，我們還需要基礎數據，即CAD圖。我們使用包含網路點的建築CAD圖紙，為每棟建築創建配線系統。這些都是數據的基礎。在此基礎上，首先建構了室內操作員地理資訊系統。系統包含三種主要演算法：指紋資料庫定位、TODA定位和場強三角定位。定位資料透過該終端持續上傳，然後由演算法引擎計算位置。由於目前所有應用均為內部應用，平台位於機房，因此我們希望透過探索實現資料脫敏。從安全角度來看，我們也需要探索如何開放相關功能。

關於GIS解決方案的構建，首先需要與北斗系統結合，建構一個無縫的室內外地圖網路。地圖首先需要建立一個統一的座標系。網路地圖是我們的基礎地圖。在這個基礎地圖上，透過座標匹配連接室內訊息，從而形成一個基礎的地圖GIS系統。此外，在定位解決方案方面，我們採用最基礎的網路架構，所有架構基本上都基於二級網路。也就是說，PRU作為基地台，透過掃描物體和人員的終端，將上傳到機房的資料收集起來。這是我們的優勢之一。這些數據將被添加到定位引擎中，並集中部署，用於計算所有手機或物體的位置。上海電信也測試了幾項主要的室內定位技術。其中之一就是初始定位技術。經過兩三年的努力，這項技術已經實現。數據包括強度資訊等。初始定位可以定位到樓層。此外，還有三種主要的精確定位方法。第一種是上行鏈路標準。所有基地台都可以掃描無線網路的寬頻訊號。資料傳輸完成後，透過路徑計算點的位置和時間差。數據可能包含室外GPS訊號，以及一些基地台資訊和訊號強度資訊。此方案首先產生資訊地圖，然後將其與其他資訊結合，最終確定住宅區樓層和小區樓層的位置。

5G定位優勢。首先是標準化，即3GPP在Rel-15和Rel-16中定義了標準的定位網路來源和標準效益，因此無需更改基地台側到手機側的資訊傳輸方式。之後我們會加入計算平台來計算這些數據。 5G還有另外兩個主要優勢。一是高頻寬。頻寬越大，就越容易辨識更多訊號並計算時間差，從而減少延遲誤差，提高定位精度。 5G的另一個優點是多天線，因此接下來會引入新的計算方法。 5G可以使用不同的天線來對應不同的用戶，從而更精確地定位用戶位置。目前看來，5G在室內定位優勢較強。因此，今年我們也探討了與北斗合作進行5G+北斗室內外定位研究並拓展應用的可能性。

電信領域有哪些優勢？我們上海電信將參與所有基礎網的建置。無論從管網規模或上海市場規模來看，我們都位居前列。透過北斗技術，我們將打造更強大的空地一體化網路。在5G發展過程中，我們希望建構以雲端+AI+安全為核心的支撐系統，並建構一個生態系統。 5G到來之後，營運商之間的競爭就是生態系統之間的競爭，因此我們需要封裝自身的能力。除了封裝位置資訊外，我們還希望透過現有的龐大網路資源和雲端資源，開放自身能力，建構系統和生態系統。

以下介紹上海電信的應用案例

案例1：網路規劃網路優化室內定位的商業應用採用三維模擬、線上迭代和精確預測，進行有針對性的建設投資，透過室內定位確定用戶位置，高效處理用戶投訴，透過室內定位進行虛擬CQT測試，降低成本並提高效率，定位物品，並準確管理設備資產。

案例2：醫療室內定位的商業應用基於5G高頻寬、低延遲的智慧管線，連接機器人和大數據平台。借助雲端平台的大數據分析能力，它可以快速獲取資料收集、分析和學習能力，以滿足多情境應用的需求。

案例三：工業室內定位在商業領域的應用。在一些大型製造組裝流程中，透過室內定位系統管理零件和工具可以顯著提高效率。

案例四：商用4G/WIFI定位技術在商業應用上有許多優勢。例如，在室內地圖上發布LOGO可以幫助用戶在複雜的地圖上輕鬆找到自己；用戶可以對應用程式進行評論和分享；可以即時向終端推送新品通知、團購通知等，從而發現並吸引潛在客戶；還可以結合各種優惠策略來吸引老客戶，同時藉助用戶社交圈中的應用來開發新客戶。

案例五：室內定位技術在客流監測的商業應用。主要有四大應用情境：城市客流監測：結合室外數據，監測城市客流分佈及趨勢，並提供出行建議；站內客流監測：即時監測站內客流狀況，為安全客流管控提供數據參考；交叉客流監測：統計站間客流量，並在燈帶上顯示列車擁堵情況；精準統計：統計流量。

案例六：智慧地鐵室內定位的商業應用。 10月31日，由上海地鐵集團聯合上海電信、中航科技、華為、上海康維科技有限公司等合作夥伴共同打造的「5G+智慧地鐵平台」在上海地鐵徐涇東站正式上線。該平台依托5G高頻寬網絡，支援高清行動視訊、高清對講、客服人員定位等應用，協助地鐵營運企業應對客流高峰，並為進博會等客流高峰現場提供客流疏散引導等服務。平台即時監測「三線三站」及進博會場館的客流數據，結合歷史數據分析，精準預測未來15分鐘的客流狀況，使指揮人員能夠更有效地評估當日運營組織和工作計劃，並根據需要提前啟動客流應急管理方案，例如提前通知乘客公交線路變更等。