5G融合定位解決方案，賦能軌交場景安全管理

牛暉萍，陳曉明，王紅欣，汪競飛

（1.廣州地鐵集團有限公司，廣東 廣州 510000；2.中興通訊股份有限公司，上海 201203）

1 位置服務的需求日益突顯，面臨問題和挑戰

通過軌道交通工作人員調度系統和人員定位技術結合，一方面，可對所有工作人員位置實現可視化，掌握巡檢路線，進行事后巡檢路線分析；另一方面，可以根據歷史路徑軌跡，進行智能分析，給出路線優化建議，提升巡檢效率，減少巡檢人員的工作量。當發生應急事件后，可以根據人員位置分布，調度距離事發點最近人員，快速到達現場，進行應急響應，大大提升了調度效率和應急響應處置效率[1]。如圖1所示。

圖1 工作人員調度示意圖

傳統定位方式以衛星、藍牙、UWB等定位技術為主，均存在一些局限性。衛星定位主要用于室外場景，提供5～10米定位服務，普通手機都具備衛星芯片，可滿足室外應用需求，成本低，同時隨著技術演進，利用RTK/RTD技術定制終端可獲取厘米級定位精度。軌道交通站臺大部分均屬于室內場景，室內衛星信號遮擋嚴重，定位精度下降，無法滿足定位需求；采用藍牙、UWB定位需硬件獨立部署，需要單獨投資，成本高，后期維護需要單獨的團隊，十分復雜；視頻定位依靠圖像特征標識進行建模進行匹配，更適用于局域熱力統計，同精度和攝像頭密度有關系，部署投資大，同時需要個性化建模，易受光線影響，無法精準呈現指定人員的定位[2]。各種定位技術的對比如圖2所示。

圖2 各種定位技術對比

藍牙、UWB、衛星等傳統定位系統僅聚焦定位能力，無法很好兼顧軌道交通本身已有的數字化轉型期的訴求。而移動蜂窩網覆蓋無處不在，同時可以提供米級定位精度，并且能夠復用用戶已有的通信終端，其普適性比較強，比較適合作為基礎定位覆蓋網絡。移動蜂窩網定位和傳統定位技術融合互補，可滿足行業的多樣化定位需求[3]。

2 5G網絡催生5G融合定位解決方案

蜂窩定位隨著協議推進，以及5G網絡的普及，逐漸實現高精度定位。但當前已有的藍牙、UWB等室內定位技術并未形成統一的定位解決方案，因此，室內定位業務部署和維護存在較多挑戰。

（1）部署和維護成本比較高，大型樓宇室內結構復雜，單獨部署一張定位網絡成本高，同時室內場景往往會發生變動，如樓層裝修、設備修理、店面更換等，影響位置服務的準確性，后期維護成本高。

（2）室內部署困難，安全要求高。室內部署涉及管理部門眾多，協調難，還需要符合業主管理和物理安全要求，同時由于定位信息是企業生產相關的數據，需要保障定位數據的安全性。

（3）各種定位技術相互獨立，每種定位技術各具優劣勢，未能發揮出協作提效的作用。

（4）定位相關標準缺失，網絡建設、性能測試、矢量繪制圖、環境特征庫等方面還未形成統一的業界認可的標準。這幾方面的因素，均制約著室內定位應用的發展。

（5）室內地圖定制化，阻礙室內定位的發展

所有定位技術面臨室內地圖繪制的難題，由于其私密性要求，需要經業主、物業同意，無法像室外的地圖，由百度、高德等地圖廠商提供。另外，室內地圖各家采集技術略有不同，還沒有完全標準化。同時地圖制作需要專業的設備，硬件成本高，限制室內定位的發展。

5G網絡作為基礎設施，5G+智慧地鐵解決方案聚焦車站運營管理、乘客出行服務和列車基地維修三大場景，基于5G網絡的大帶寬、低時延的信息傳輸能力，提供多個智慧地鐵應用，賦能軌交場景數字化轉型。5G網絡在為軌道交通業務提供網絡的同時，復用用戶已有的5G終端，提供5G定位能力，同時聯合產業上下游位置服務合作伙伴，洞察行業需求、場景特征，融合多種定位技術，結合邊緣算力，構建5G融合定位解決方案，面向軌道交通安全管理提供定位服務。

如圖3所示，5G融合定位解決方案架構分為4層，包括終端層、網絡層、平臺層、業務層。

圖3 5G融合定位解決方案示意圖

（1）終端層：指被定位對象攜帶的終端。終端要考慮便攜性，我們提供多種形態的定位終端，如手機、安全帽等形態的5G終端，以及基于藍牙、UWB等方式的工卡式終端。目前手機已默認配置蜂窩網、藍牙等基礎定位芯片，UWB在終端上也在向標配的發展，終端通信和定位的融合已具備一定基礎。隨著5G RedCap定位芯片的問世，使得卡片式的5G終端應用成為可能，輕量化、低功耗、低成本終端形態將進一步豐富，5G定位方案將適應更多場景需求。當前5G終端價格最高、UWB居中、藍牙最低，定位標簽的價格高低直接影響到應用場景的多寡。雖然當前藍牙售價已經低至幾十元，但仍然比很多客戶熟悉的RFID高很多，無法給每個物品都佩戴，高精度定位還是主要用于人員和高價值物資上[4]。

（2）網絡層：完成定位測量，是位置服務的基礎。方案基于5G網絡多種定位算法，同時融合傳統定位算法，靈活適應各種場景的定位測量。針對各種復雜環境，基于5G網絡，方案根據其環境特性采用UTDOA、AOA、ECID等多種定位算法，兼顧成本和精度，提供多種定位技術和算法融合，為企業人員定位管理系統提供位置基礎。

同時兼顧亞米級別定位精度，5G網絡可和定位基站共同部署，5G基站為定位基站供電并傳輸定位測量數據，同時將位置解算服務部署在邊緣云節點，統一維護部署，提供厘米級高精度定位能力。如圖4所示。

圖4 5G蜂窩定位算法

（1）平臺層：包括LBS（基于位置的服務）和地圖服務兩部分。LBS提供基于網絡層測量數據的位置解算，并可以提供基礎的位置、軌跡等功能；地圖服務主要針對封閉園區或室內場景，提供地圖制作渲染、位置信息融合呈現等功能。其部署位置靈活，可根據企業已有云邊架構或者企業自身情況，靈活選擇集中和分布式部署方式，同時也可以基于算力基站，提供極簡算力部署，即插即用。

（2）業務層：業務層是軌道交通管理服務門戶，提供面向管理人員的應用服務，是數字化平臺建設的一部分，包括人員管理、緊急調度、電子考勤等服務，將軌道交通系統與工作人員管理結合。業務層和平臺層解耦，靈活集成對接，軌道交通數字化平臺可直接調用平臺層進行應用服務呈現，也可直接使用平臺層開放的位置數據，根據實際的業務需求實現面向軌道交通上層應用的位置服務。

面向軌道交通的位置服務需要考慮地圖構建、端到端系統集成等方面，涉及終端、網絡、平臺、地圖、應用集成等領域，5G 融合定位解決方案提供端、網、云、業架構的端到端定位解決方案，進行方案構建和完善，并逐步驗證，推進方案成熟，運營商可發揮5G網絡的規模優勢，復用現有供電、傳輸資源和站址資源，統一行業技術和標準，統一提供定位服務。

面向軌道交通類的B端客戶，5G網絡定位提供兩種定位架構：廣域定位架構和局域定位架構。

（1）廣域定位架構，主要面向全國廣域的2C用戶提供定位服務，如公共安全服務。廣域定位架構UTDOA定位流程（UTDOA TS38.305,Figure 8.13.3.4-1: UL-TDOA positioning procedure）主要涉及核心網、基站與終端，由其共同完成定位過程。

（2）局域定位架構不涉及核心網，在本地新增定位服務器，部署靈活、快速，由基站直接上報測量數據到本地定位服務器，進行定位解算。局域定位架構主要面向軌道交通工作人員提供高精度定位服務。

3 5G融合定位助力軌道交通安全管理

5G融合定位解決方案不僅僅面向軌道交通工作人員安全管理，同時也可以用于大眾。軌道交通隨著城市數智化發展而迅猛發展，“找路難”成了很多人面對的難題。例如，在北上廣深等一線城市中，處于線路交匯的地鐵樞紐通常具有多個出入口，每天的人流量極其龐大，室內定位技術既可以為其智慧化轉型提供技術支持，還可以提供位置服務，方便乘客出行，為廣大客戶提供精確定位與導航。同時利用位置數據提升管理水平，通過對客流熱力分析，掌握人流規律、人流走向等，智能引導客流量，提前部署應對，避免旅客滯留等問題。

5G網絡兼顧通信+定位能力，一網雙用，投資成本低，復用2C基站資源，業主購買定位服務，而無須考慮硬件建設。在運維上，運營商在提供網絡運維的同時兼顧定位運維。在定位精度上，除了米級定位精度服務，還可以融合高精度定位技術，提供亞米級定位服務。5G融合定位解決方案，基于云網通信能力，助力軌道交通數智化。

4 結束語

5G融合應用“網業協同”是行業數字化、智能化、網絡轉型“揚帆啟航”的強大助力，5G網絡大帶寬、低時延、高可靠的特性為垂直行業應用提供強大的網絡基礎支撐，結合MEC（邊緣計算）、大數據等領先技術，助力各行各業的數字化轉型，助力人與人、人與物、物與物之間緊密協作，促進整個社會邁向萬物智能互聯。未來定位技術結合邊緣計算、大數據等領先技術，賦能各行應用的數字化與智能化發展。