中國首創(chuàng)羲和系統(tǒng)，室內(nèi)外聯(lián)合定位迎刃而解
——專訪北京郵電大學(xué)鄧中亮教授

中國首創(chuàng)羲和系統(tǒng)，室內(nèi)外聯(lián)合定位迎刃而解
——專訪北京郵電大學(xué)鄧中亮教授

2014年4月25日，科技部國家遙感中心、中關(guān)村科技園區(qū)管理委員會(huì)、中關(guān)村海淀園管委會(huì)，及863計(jì)劃地球觀測與導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域?qū)Ш街黝}專家組和導(dǎo)航與位置服務(wù)科技專項(xiàng)總體專家組，在北京共同組織召開了羲和系統(tǒng)科技成果合作對接會(huì)，此次會(huì)議也宣布羲和系統(tǒng)正式面向社會(huì)提供室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航信號的播發(fā)。北京郵電大學(xué)鄧中亮教授是羲和系統(tǒng)核心技術(shù)“TC-OFDM廣域?qū)崟r(shí)高精度室內(nèi)外無縫定位”的負(fù)責(zé)人，并對智慧城市相關(guān)技術(shù)方案進(jìn)行了深入研究。《衛(wèi)星應(yīng)用》期刊記者就羲和系統(tǒng)的若干問題，專訪了鄧中亮教授。

鄧中亮，北京郵電大學(xué)教授、北郵科學(xué)技術(shù)發(fā)展研究院常務(wù)副院長，博士生導(dǎo)師，智能通信、導(dǎo)航與微納系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室主任。近年來，致力于衛(wèi)星導(dǎo)航、室內(nèi)外無縫融合定位、無線傳感器網(wǎng)絡(luò)、多媒體應(yīng)用、微電子設(shè)計(jì)、RF MEMS等方向的研究，承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、863計(jì)劃、973計(jì)劃、國防預(yù)研及基金、地方合作等各類課題數(shù)十項(xiàng)，如國家863項(xiàng)目“大型建筑物復(fù)雜環(huán)境室內(nèi)定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與示范”、“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”等。

羲和系統(tǒng)的主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)：一是提出了TC-OFDM（Time & Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing） 導(dǎo)航與通信一體化信號體制，使得基站在進(jìn)行正常的通信業(yè)務(wù)外，能夠?qū)崿F(xiàn)廣域室內(nèi)外無縫高精度定位。二是攻克了室內(nèi)多徑嚴(yán)重、定位能力差的問題。三是建立了星地一體無縫融合定位體系架構(gòu)，國際上率先實(shí)現(xiàn)了廣域室內(nèi)外無縫定位，精度1～3米，比北斗/GPS高5～10倍，指標(biāo)達(dá)國際領(lǐng)先水平。

記者：請您介紹一下羲和系統(tǒng)的產(chǎn)生背景？

鄧中亮：人們對室內(nèi)位置服務(wù)的需求正迅速增加。隨著現(xiàn)代社會(huì)的不斷發(fā)展，城鎮(zhèn)化進(jìn)程加快，大型建筑日益增多，人們80%以上的時(shí)間處于室內(nèi)環(huán)境（含地下、礦井、隧道等）。全球有超60億手機(jī)用戶，近10億的空巢老人和學(xué)齡兒童，每年各類災(zāi)害（地震、火災(zāi)、礦難等等）超百萬起，餐飲、購物、地鐵交通成為人們生活中十分重要的組成部分，室內(nèi)外位置服務(wù)已成為智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的重要基礎(chǔ)。導(dǎo)航與位置服務(wù)產(chǎn)業(yè)有上萬億元的市場空間。而公共安全、生產(chǎn)安全、應(yīng)急救援、公共衛(wèi)生、物聯(lián)網(wǎng)、特殊人群監(jiān)護(hù)、大型場館管理、智慧城市建設(shè)等領(lǐng)域都需要使用準(zhǔn)確的室內(nèi)定位信息，市場規(guī)模巨大。

現(xiàn)有衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)無法覆蓋到室內(nèi)。現(xiàn)如今，全世界的衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)都僅能對高山、海洋、城市等室外環(huán)境進(jìn)行精確的定位，然而當(dāng)它面對有建筑物遮擋的室內(nèi)環(huán)境時(shí)，不具備室內(nèi)定位能力。羲和系統(tǒng)建設(shè)目的是利用導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)、地基增強(qiáng)系統(tǒng)和地面通信網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)室內(nèi)外高精度無縫定位與導(dǎo)航服務(wù)，將北斗導(dǎo)航服務(wù)從室外拓展到室內(nèi)環(huán)境，大幅提升我國北斗的核心競爭力。

“羲和”是中國古代神話中的太陽之母，掌握著時(shí)間的節(jié)奏。取自《尚書?堯典》中的“乃命羲和，欽若昊天，歷象日月星辰，敬授人時(shí)”。將系統(tǒng)取名為“羲和”，凝聚著研究人員對全空域、全時(shí)域無縫導(dǎo)航定位服務(wù)系統(tǒng)的全部期望。

記 者：當(dāng)前羲和系統(tǒng)已經(jīng)具備室外亞米級、城市室內(nèi)優(yōu)于3米的無縫定位導(dǎo)航能力。而在國外，目前室內(nèi)定位的最大精度仍然停留在三四十米左右，可以說，我國室內(nèi)定位已達(dá)世界技術(shù)前沿。請問如何實(shí)現(xiàn)這一國際先進(jìn)水平的？

鄧中亮：面對基站定位誤差40米到米級的巨大挑戰(zhàn)，在國家多個(gè)重點(diǎn)項(xiàng)目支持下，我們項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)歷經(jīng)十余年，取得了多項(xiàng)成果，主要技術(shù)有三大創(chuàng)新點(diǎn)。一是提出了TC-OFDM(Time & Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 導(dǎo)航與通信一體化信號體制，使得基站在進(jìn)行正常的通信業(yè)務(wù)外，能夠?qū)崿F(xiàn)廣域室內(nèi)外無縫高精度定位。二是攻克了室內(nèi)多徑嚴(yán)重、定位能力差的問題。三是建立了星地一體無縫融合定位體系架構(gòu)，國際上率先實(shí)現(xiàn)了廣域室內(nèi)外無縫定位，精度1～3米，比北斗/GPS民用精度高數(shù)倍，指標(biāo)達(dá)國際領(lǐng)先水平。使北斗系統(tǒng)率先解決室內(nèi)定位“最后一公里”的問題。本項(xiàng)目能面向數(shù)十億手機(jī)用戶提供廣域米級精度室內(nèi)外定位。

記者：請您談?wù)勽撕拖到y(tǒng)示范工程建設(shè)的主要進(jìn)展和下一步計(jì)劃？

鄧中亮：“十一五”期間，在城市大型建筑定位技術(shù)研究方面，北京郵電大學(xué)牽頭完成的863課題“大型建筑物復(fù)雜環(huán)境室內(nèi)定位系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與示范”研究成果成功應(yīng)用于北京、上海、廣州、成都、重慶、深圳、西安等城市的重點(diǎn)區(qū)域。包括首都機(jī)場、白云機(jī)場等8大機(jī)場共22個(gè)航站樓的室內(nèi)位置服務(wù)，實(shí)現(xiàn)了3～5米精度室內(nèi)定位。目前，覆蓋面積已達(dá)1000萬平方米。

依托取得的研究成果，2011年北京郵電大學(xué)在校園開展了示范應(yīng)用，2012年下半年，北京郵電大學(xué)聯(lián)合其他單位成功研制出了基于室內(nèi)外高精度無縫定位的消防應(yīng)急救援應(yīng)用平臺，并開始在消防領(lǐng)域進(jìn)行示范應(yīng)用。2013年底完成了覆蓋范圍達(dá)200平方千米的消防應(yīng)急救援應(yīng)用，并逐步推廣到天津市及全國范圍。前期示范測試結(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。

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)的功能組建也在日益完善，伴隨著更多技術(shù)難題的突破，更多創(chuàng)新點(diǎn)的提出，復(fù)雜環(huán)境下室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)米級、亞米級的精度指日可待。

北京郵電大學(xué)聯(lián)合北京智慧圖科技有限公司已成功建設(shè)國內(nèi)多家機(jī)場、大型連鎖商業(yè)機(jī)構(gòu)、公共文化場館等項(xiàng)目，是國家科技部“羲和計(jì)劃”中率先投入商用的室內(nèi)定位導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)，在全國84家萬達(dá)廣場，北京、上海、重慶等地的大型商場中得到了廣泛應(yīng)用，市場占有率超過60%。

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)的功能組建也在日益完善，伴隨著更多技術(shù)難題的突破，更多創(chuàng)新點(diǎn)的提出，復(fù)雜環(huán)境下室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)米級、亞米級的精度指日可待。

在科技部的大力支持下，羲和系統(tǒng)的國際標(biāo)準(zhǔn)化工作正在展開，初步形成了室內(nèi)外高精度無縫定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系，爭取在未來幾年內(nèi)，羲和系統(tǒng)相關(guān)的廣域室內(nèi)外無縫定位技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。

目前，北斗地面增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)與室內(nèi)外無縫定位網(wǎng)絡(luò)建設(shè)已經(jīng)啟動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)羲和系統(tǒng)“百城起步，億戶使用”的目標(biāo)奠定了基礎(chǔ)。2015年，將會(huì)在全國10個(gè)城市展開大規(guī)模的應(yīng)用示范。同時(shí)，我國各大企業(yè)紛紛支持羲和系統(tǒng)建設(shè)和應(yīng)用推廣，中國電信、中國聯(lián)通開展了定位信號及服務(wù)的示范；聯(lián)想、華為、長虹、合眾思壯等企業(yè)開始研究將北斗信號接入手機(jī)應(yīng)用中，并取得了較好進(jìn)展；基于位置的服務(wù)市場更是快速發(fā)展，例如導(dǎo)航信息提供商高德軟件公司2012年已擁有超過1億手機(jī)用戶，增長超過100%。

未來，羲和系統(tǒng)將提供廣域室內(nèi)外精密定位導(dǎo)航與位置服務(wù)，一方面應(yīng)用于交通、農(nóng)業(yè)、國土、海洋、公共安全、應(yīng)急救援、生產(chǎn)安全監(jiān)控、智慧城市、物聯(lián)網(wǎng)等行業(yè)領(lǐng)域；另一方面在用戶授權(quán)下開展大眾應(yīng)用，開發(fā)各類基于室內(nèi)外無縫精確定位的位置服務(wù)業(yè)務(wù)，如特殊人群關(guān)愛、社交網(wǎng)絡(luò)、個(gè)人位置服務(wù)、商業(yè)和旅游區(qū)域的位置服務(wù)等；同時(shí)可以向第三方位置服務(wù)提供商提供開放接口，共享精確定位數(shù)據(jù)，開發(fā)更加豐富的、個(gè)性化的行業(yè)和個(gè)人位置服務(wù)。

我國已經(jīng)與文萊、老撾、柬埔寨、泰國等國簽署了合作意向，以技術(shù)和產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，與東盟國家科研機(jī)構(gòu)合作建立北斗應(yīng)用系統(tǒng)的“交鑰匙工程”，推動(dòng)羲和系統(tǒng)在東盟地區(qū)的合作建設(shè)。國際跨國公司如美國高通、韓國三星、愛立信等通信巨頭也通過各種渠道，征詢羲和系統(tǒng)進(jìn)展情況和政策措施，探討合作的可能性。

記者：請您談?wù)勽撕拖到y(tǒng)研發(fā)過程中克服的主要難點(diǎn)和取得的經(jīng)驗(yàn)和成果？

鄧中亮：在羲和系統(tǒng)的研發(fā)過程中，我們遇到了許多困難，因此也獲得了多方面經(jīng)驗(yàn)，取得了預(yù)期的成果。

在該系統(tǒng)的研發(fā)初期，由于要進(jìn)行大量的測試、研制多種原理驗(yàn)證樣機(jī)，為此需要的科研經(jīng)費(fèi)也非常多。但是，羲和系統(tǒng)還處于研發(fā)初始階段，研究經(jīng)費(fèi)來源有限。一方面有國家財(cái)政的支持，另一方面，多個(gè)企業(yè)在系統(tǒng)的研發(fā)階段給予了大力支持。

記者：您主持的“星地一體室內(nèi)外無縫位置服務(wù)平臺與應(yīng)用項(xiàng)目”獲得了中國產(chǎn)學(xué)研合作創(chuàng)新成果獎(jiǎng)，請您介紹一下這一項(xiàng)目的進(jìn)展和推廣前景？

鄧中亮：在北京、上海、湖北、天津等多個(gè)地區(qū)成功開展了應(yīng)用示范。目前，聯(lián)想手機(jī)已經(jīng)預(yù)裝了基于該成果研發(fā)的應(yīng)用軟件，使用用戶已近7000萬；到2015年，用戶將超過1億。未來3年內(nèi)在5～10個(gè)城市進(jìn)行大規(guī)模的廣域高精度室內(nèi)外無縫定位系統(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)施與應(yīng)用建設(shè)。

記者：請您介紹一下發(fā)改委衛(wèi)星應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目——基于室內(nèi)外無縫高精度定位的消防應(yīng)急救援應(yīng)用平臺的進(jìn)展與推廣應(yīng)用情況？

位置服務(wù)已經(jīng)成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，也是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。而作為位置服務(wù)重要組成部分的室內(nèi)定位服務(wù)也必然會(huì)隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而壯大，未來兩者的融合成為必然趨勢。

鄧中亮：2012年，北京郵電大學(xué)主持科技部國家863主題項(xiàng)目“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”，并參與國家發(fā)改委衛(wèi)星應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)目“基于室內(nèi)外無縫高精度定位的消防應(yīng)急救援應(yīng)用平臺”，開始在天津率先展開全球首套廣域室內(nèi)外米級精度無縫定位系統(tǒng)的建設(shè)。截止目前，北京郵電大學(xué)牽頭，聯(lián)合多家項(xiàng)目參與單位成功研制定位服務(wù)基站、移動(dòng)定位服務(wù)終端、室內(nèi)增補(bǔ)系統(tǒng)等工程用核心設(shè)備，在天津?yàn)I海新區(qū)華苑產(chǎn)業(yè)園開展了基于TC-OFDM應(yīng)急消防救援示范200多平方千米示范區(qū)建設(shè)。經(jīng)過實(shí)際測試與體驗(yàn)，系統(tǒng)整體水平達(dá)到室內(nèi)水平定位精度優(yōu)于3米，垂直定位精度優(yōu)于1米，時(shí)間同步精度優(yōu)于5納秒的設(shè)計(jì)要求。

記者：請您談?wù)勎恢梅?wù)與移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)跨界融合的發(fā)展趨勢？

鄧中亮：位置服務(wù)已經(jīng)成為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)配置，也是當(dāng)前學(xué)術(shù)界和產(chǎn)業(yè)界共同關(guān)心的熱點(diǎn)。而作為位置服務(wù)重要組成部分的室內(nèi)定位服務(wù)也必然會(huì)隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展而壯大，未來兩者的融合成為必然趨勢。

首先，利用移動(dòng)終端上網(wǎng)成為互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展趨勢，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與移動(dòng)通信是密不可分的。2012年中國移動(dòng)網(wǎng)民規(guī)模為4.2億人，移動(dòng)網(wǎng)民滲透率為75.0%。同時(shí)，三大電信運(yùn)營商早已經(jīng)開始了4G網(wǎng)絡(luò)的布局，中國即將正式迎來4G高速網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)用戶量將會(huì)快速增加。

通信與位置服務(wù)的發(fā)展是相輔相成的，兩者一直是處于不可分割的狀態(tài)。因此，以通信為媒介，移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與位置服務(wù)的融合已經(jīng)成為現(xiàn)實(shí)，未來兩者之間的關(guān)系將更為緊密。

中國移動(dòng)網(wǎng)民用戶以年輕群體為主，其對位置服務(wù)的需求也更為強(qiáng)烈。通過對用戶及相關(guān)室內(nèi)位置的感知，室內(nèi)位置信息滿足年輕用戶的多種個(gè)性化服務(wù)需求。這也要求移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與位置服務(wù)必然是要深度融合的。

我們項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)提出的TC-OFDM定位系統(tǒng)突破多項(xiàng)基于移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)的室內(nèi)高精度定位關(guān)鍵技術(shù)，精度較傳統(tǒng)移動(dòng)通信網(wǎng)定位系統(tǒng)大幅提高，實(shí)現(xiàn)了廣域高精度室內(nèi)定位。這就為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)與位置服務(wù)的融合提供了重要技術(shù)支撐。

記者：請問您認(rèn)為目前室內(nèi)外導(dǎo)航定位服務(wù)能力推廣、大規(guī)模應(yīng)用還需要解決哪些問題？

鄧中亮：為了加快室內(nèi)外導(dǎo)航定位服務(wù)能力推廣和大規(guī)模應(yīng)用還需要解決以下幾個(gè)問題：

一是進(jìn)一步加快定位基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。目前，在國家發(fā)改委的支持下，我國有5～10個(gè)城市開始進(jìn)行室內(nèi)外定位基礎(chǔ)設(shè)施的建設(shè)，但是為了建成一張覆蓋全國的位置服務(wù)網(wǎng)，需要國家部委、地方政府給與更多的政策、財(cái)政支持。

二是加快建立和完善我國室內(nèi)外高精度定位導(dǎo)航技術(shù)體系標(biāo)準(zhǔn)。目前，我國在室內(nèi)外導(dǎo)航定位核心關(guān)鍵技術(shù)方面申請了非常多的國內(nèi)外專利。但是，在室內(nèi)技術(shù)方面還未能建立一個(gè)成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，這就制約了我國室內(nèi)定位技術(shù)的快速發(fā)展。

三是加快位置服務(wù)商業(yè)模式的探索。目前，室內(nèi)外導(dǎo)航定位技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是室內(nèi)外導(dǎo)航定位服務(wù)模式則相對較少，特別是在室內(nèi)位置服務(wù)商業(yè)模式方面，還有待更進(jìn)一步的挖掘。

· 本刊記者_(dá) 贠敏 靳穎· 攝影_ 孫寶忱