TUhjnbcbe - 2023/11/1 20:58:00
在漫长的历史中，人类为了不让自己迷失在茫茫自然中，先后发明了罗盘、指南针等工具。卫星定位的问世，解决了“我在哪里”的问题。如今，从移动互联网到物联网，位置都是不可或缺的信息。随着卫星定位的问世，基本解决了室外开阔空间“我在哪里”的问题。在室外开阔空间，人们可以借助卫星进行准确的定位导航，但是在室内，就有些捉襟见肘了。中国自主研发的室内外高精度无缝定位导航服务系统，解决了卫星导航信号不能到达室内个人移动终端的“最后一公里”问题，使中国室内定位技术和精度领跑全球。国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮。摄影｜陈美群“卫星定位的最后一公里，要有中国人的话语权。”国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮如是说。文丨崔赫翾李亚飞瞭望智库本文为瞭望智库原创文章，如需转载请在文前注明来源瞭望智库（zhczyj）及作者信息，否则将严格追究法律责任。1亟待解决的全球难题年10月，北京市石景山区喜隆多购物中心，一家麦当劳甜品操作间内，一辆电动自行车蓄电池在充电过程中发生电气故障，引发火灾。灭火过程中，两名消防战士在留下“我们迷路了，氧气也不够了”的信息后就失去了联系。电台失联，手机不通，传统的红外线感应器，也受到了高温的影响，无法发挥识别作用。在浓烟滚滚的火灾现场，战友们用手电照，用手摸，一个货架一个货架、一步一步往前找，但始终没有找到……直到9个小时之后，搜救的战友们才在废墟中看到了被埋压在倒塌墙体下的二人的遗体。而距离遗体几米外，就是商场四层的安全出口。事后有战友悲伤地说，如果能快速精准地知道他们在哪，他们或许就不会牺牲。北斗导航全球组网模型。图｜视觉中国在此前的年12月27日，北斗导航系统正式对亚太地区提供服务，成为全球第四个卫星定位系统。或许会有人问，卫星定位不能解决这个问题吗？其实，所有的卫星导航系统都只解决了室外定位问题。室内定位是世界各国亟待解决的难题。一方面，最适宜导航卫星的轨道,是高度约两万千米的中圆轨道，由于轨道高度较高，卫星信号到达地面时已经比较微弱。另一方面，环境段里的地形地貌、山丘植被、房屋建筑、城市峡谷，特别是在室内、隧道、高架桥下、各种各样的覆盖遮挡，都可以影响或干扰，甚至屏蔽卫星信号。国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮接受瞭望智库专访时表示：“目前卫星定位导航，利用四颗卫星就能算出你的位置，定位的精度可以达到十米左右。但想要进一步提高精度到米级、分米级、厘米级，就必须有星基、地基等增强体系。不过这些增强信号，在室内、地下、城市峡谷等区域还是无法实现精准定位。”大多数人一生80%的时间都在室内，这就意味着我们大多数时间都享受不到精准的定位服务。邓中亮在多个公开场合提及前述石景山火灾一事，不禁感慨：卫星导航与千行百业，就差这么“最后一公里”。以井下救灾为例，大量矿难事故调查表明，因火灾、爆炸等事故导致的瞬间死亡人数只占伤亡总人数的少部分。绝大多数矿工，是因事故发生后，不能及时逃离充满高浓度有*有害气体的现场而窒息或中*死亡。此外，全国有近30万家危化品生产经营单位。其中安全保障能力相对较弱的小化工企业占比较大，如果可以融合室内外无缝高精度位置信息，将有望大幅提升复杂环境的隐患感知能力，支撑实现事故主动预防。2是去是留？回国！年，22岁的邓中亮做了一个在当时人看起来难以理解的决定，他放弃湖南衡山专用汽车制造厂第六分厂副厂长的职务，毅然踏上求学之路。触动邓中亮求学神经的是国产汽车的“心脏”——发动机技术受制于他人。邓中亮说，“汽车产业作为一个朝阳产业，固然有很大的发展前景，但是随着自己接触事情的增多，眼界的增长，我慢慢地发现，虽然改革开放以来我国经济取得了极大的进步，然而无数事实提醒我们，我国在核心科技领域仍然与西方的发达国家存在不小的差距，我感到了压力，也激起了我提升自己的动力。”年邓中亮来到北京航空航天大学攻读制造工程工学学士学位，接着又在清华大学攻读机械制造的博士。年，邓中亮踏入了北京邮电大学的大门。随后，他遇到了职业难题：如何将原来的机械专业知识与高速发展的信息通信产业有机结合，解决其中的关键科学技术问题。“在北邮，大家都跟通信打交道。在这里对通信不熟，好像觉得自己不是北邮人。那个时候我花费了大量的精力来实践、了解、学习。我把互联网从底层做了一遍。”从那时开始，一只无形的手将邓中亮的命运与通信捆绑到了一起。很快，邓中亮再一次站在了人生的岔路口。年，他作为高级访问学者在美国南加利福尼亚大学学习期满，即将回国，此时一些国外知名企业也向他伸出了橄榄枝。是去是留，邓中亮面临艰难的抉择。同年10月15日，中国自行研制的神舟五号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,把中国首位航天员杨利伟送入太空。这一消息让旅美各界华人深感振奋。回国！邓中亮当下作出了选择。回顾当年的心路历程，邓中亮用最朴素的语言道出了他对祖国的一片热爱之情。“在国外只能服务于别人国家，在自己国家才能将自己的理想和抱负实现并助推国家的发展。”他回国后不久，我国发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（—年）》，确定了16个科技重大专项，北斗导航就是其中之一。3“弯道超车”的关键当时，邓中亮觉得“北邮百分之七八十的研究人员都驰骋在通信领域，我喜欢导航，那么我就选择导航的领域，去对应的是北斗专项。”在北斗专项中选择什么样的方向成为摆在他面前的新命题。邓中亮发现，从室外导航定位能力来讲，北斗跟美国全球定位系统（GPS）基本接近或者一致，二者在高精度专业测量上都能达到以分米、厘米计精度。不过，无论是GPS、俄罗斯“格洛纳斯”系统、欧洲“伽利略”系统还是北斗系统，在室内定位领域仍存在空白。“卫星定位信号易受遮挡等环境因素干扰而难以在室内定位。现有的室内定位技术如WLAN、UWB等系统，要实现局域室内高精度定位,须布置大量节点，信号覆盖成本较高,不利于向广域推广,这使得室内位置服务发展遇到了很大瓶颈。”因此，邓中亮认为室内精准定位是北斗在技术上实现“弯道超车”关键因素之一。从“十一五”开始，我国已启动“羲和计划”，旨在解决室内定位的难题。《尚书》记载：乃命羲和，钦若昊天，厤象日月星辰，敬授人时。羲和是中国古代神话中的太阳之母，掌握着时间，是美好、温暖的象征，是中国人最原始的崇拜对象。这样的名字已经隐含了科技工作者的初心——为人类社会提供更好的服务。但项目尚未启动，一位业界前辈质疑：“国际上都没办法，人家研究了几十年的问题，靠我们能做成？”对此，邓中亮的体会是，“在美国学习时，总思考我们的科技为何不能超越西方。原来觉得缺钱，国外条件好，但如今国内投入并不亚于西方，再做不出来就是人的问题。”面对众多业内专家的怀疑，邓中亮到地方一线做实验，收集数据。半年后，他拿着数据回到北京验证、汇报后，才终于获得支持。如今，已经成为“羲和计划”室内无线导航系统主要负责人的邓中亮很庆幸，人生*金年代的每一次选择都踩对了点，完成了一次次技术迭代。4“北斗+5G”的潜力导航卫星很强大、手机终端也很“聪明”，假如能够把天上的卫星网与地面上的通信网有效融合起来，构成强大的“天地一体”网络，就能实现信号覆盖与服务能力的互补，进而可以推动我国定位导航从产业化走向位置服务商业化。年11月12日，工作人员在湖北省襄阳市保康县马桥镇一处5G基站上进行设备调试（无人机照片）。图｜ICphoto据邓中亮介绍，用通信信号替代卫星信号，定位服务就可以从室外跑到室内来了。让原本只用于通信的地面基站也能提供定位功能，两者的信号覆盖互为补充，就能大大提高位置服务能力。5G高速度、大容量的特点，可以稳定传输北斗地基增强时空位置修正信号，使得北斗的时空精度更高，再加上移动通信网络的强覆盖能力，可以把高精度定位服务覆盖到人类、机器能涉及的所有空间。邓中亮表示，5G和北斗的融合与相互赋能，本质上是时间和空间位置基于通信的融合，二者同时作用，能产生颠覆性的技术，在不同场景下会催生出不同应用。在交通领域，以往卫星信号无法抵达地下，导致隧道里存在监控盲区。如今，利用“通导融合”的思路，隧道中也可以实现高精度定位，有助于提升隧道通行效率，降低隧道内事故发生频率，减少隧道事故导致的财产损失。还有我们常用的手机打车——一打开打车软件，车在哪里、人在哪里立马清清楚楚。这靠单纯的卫星定位是做不到的。如今，将卫星定位和地面的通信定位融合，就能实现人和车的精确定位。在采矿领域，以5G网络为依托，结合北斗定位技术，有望实现矿山挖装、运输、监测等环节的无人化远程操控。在我国煤矿从业人员中，从事采煤、掘进、运输、安控等危险繁重岗位人员占比在60%以上，精准定位可最大限度提高生产安全性，支撑主动预防，减少事故损失。除了交通和采矿，“5G+北斗”还可用于测量测绘、无人农机作业、无人机电力巡检、智慧养老、重大活动指挥管理等各个方面。中国移动发布的数据显示，截至目前，我国已建成个高精度定位基准站，形成全球规模最大的“5G+北斗”高精定位地基增强网络。邓中亮说，“未来，‘5G+北斗’的应用潜力，将只会受限于我们的想象力。”5“强大的网络、聪明的服务”如今，包括北斗在内的卫星导航系统，为人类带来了巨大的经济效益和社会效益，广泛应用于航空、航海、通信、电力、交通、测绘、智慧农业等领域。我国的北斗系统也实现了定位导航的大规模产业化应用。数据显示，年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到亿元人民币。目前，北斗的全球用户总量突破了5亿。但面对GPS的先发优势，我们需要新的突破或抓手。邓中亮表示，最有可能的路径是通过实现位置服务的商业化。年9月21日，在河南举行的中国北斗应用大会上，工作人员展示北斗短报文腕表。图｜中新社据科技行业资讯公司IDTechEx分析，年以前室内定位市场总规模将超过亿美元，年复合增长率高达38%。未来将逐步细分为面向消费端的智慧商场、智慧体育等，及面向工业端的工业4.0、仓储物流等。面对巨大的行业“蛋糕”，技术突破为中国抢占市场赢得了机遇。“羲和计划”不仅仅是研制了一套系统,更形成了几百项自主知识产权和一系列关键技术,相关研究还拉动了从芯片到终端、从基站到网络、从运营到服务的整个导航通信产业链的发展。如今，有关“羲和”系统的知识产权和相关专利共计多项已经在国内和国际范围得到注册和保障。邓中亮高兴地说：“这意味着国内企业走向国际市场铺设羲和系统时，企业赚的不再是辛苦钱，还有包括知识产权费在内的更多的增值费用。”下一步，邓中亮认为，要从高精度、高可信的技术保障向高安全、高智能、高质量的服务转型，进而从“强大的卫星、聪明的终端”阶段向“强大的网络、聪明的服务”转变，最终实现可信、安全、智慧的位置导航新时代。届时，“依靠我们的技术，让大家可以在地下停车场快速找到合适的停车位；可以在展览馆找到自己感兴趣的展品；可以为地震废墟搜救的人员和机器人提供被困人员的精准位置，实现从定位导航的产业化，走向位置服务的商业化。”邓中亮说。6得标准者得天下在经济全球化的今天，中国的技术想要在激烈的国际竞争中脱颖而出，就一定要形成国际标准。于是，邓中亮带领团队，积极参与国际标准化组织“第三代合作伙伴计划”（3GPP）的5G标准制定工作，推动了我国5G定位信号体制的国际标准制定。目前，邓中亮团队形成了14项3GPPR16、R17国际标准提案，并收录于3GPP国际标准化组织TR38.、TS38.通信标准技术方案中。团队提出的5G共频带定位体制已进入R16、R.标准，成为国际3GPP认可的新型5G定位方案。邓中亮说：“我们申请了美国专利、欧洲专利和日本专利。美国高通曾经希望能买断我们的专利，站在国家利益来讲，我不能卖给他们。把技术变成国际标准，最终引领全世界的产业发展，这才能凸显我们的优势。”从年回国投身室内定位至今，已经过去了20年。“当年我可以选择否回国。回顾20多年来，我深刻感受到把科研做好，报效自己的国家，这条路一生无悔。”邓中亮说。在接下来的科研探索中，邓中亮为自己规划了三个“阶段性定位导航研究计划”：第一个阶段，为人类和平做贡献；第二个阶段，要为生态和谐做贡献；第三个阶段，只是一个“猜”字。他解译说，猜，也是定位导航，要为那些“暗物质”定位导航领域做贡献，与蚂蚁通信、和天上的飞鸟“对话”、定位蝗虫让它不再叨扰人类……运用“通导一体”，构建万物与智慧的互联。