室內室外無縫連接 開啟全球萬物互聯
——鄧中亮教授團隊致力“羲和計劃”高精度無線網絡定位項目紀實

●　文 |　文亮

導航與位置服務是國家安全、經濟發展和社會民生依賴的重大基礎設施。目前全球已有四大衛星導航系統，但是室內無信號，人們80%的時間在室內，在移動互聯網時代，70%的基于手機對話連接和消費、支付行為及80%的互聯網數據接入都發生在室內，室內3D位置數據成為物聯網、人工智能、大數據的重要支撐。室內定位導航面臨重大難題。

無線網絡定位屬于非衛星導航技術，發達國家進行了20多年的探索，前10年，主要研究地面廣域無線網定位，但難以提高精度。隨著通信技術的發展，后10年，主要研究局域網定位技術，但覆蓋范圍小。廣域網定位雖然覆蓋面積大，但精度在百米量級；局域網定位技術雖然精度較高，但規模應用成本高。無法同時滿足覆蓋面積大、定位精度高的兩個條件。如何實現廣覆蓋、高精度、低成本定位成為國際性難題。

一、創建廣域無線網絡室內定位理論

北京郵電大學鄧中亮教授團隊研究發現室內信號突變現象，創建了廣域無線網絡室內定位理論方法，解決了無線多徑測量定位的難題。在無線網絡定位基礎之上，發明了多網多源融合定位新技術，解決了無線信號盲區定位問題，通過理論方法、關鍵技術的突破，實現了無線網絡定位導航綜合工程應用，在國家重大工程建設中發揮了關鍵作用。

室內、室外定位環境的主要區別是，室外白區多，灰區、黑區少；室內灰區、黑區多，白區少。白區：遮擋基本無遮擋，定位精度高；灰區：存在遮擋，定位精度低；黑區：遮擋嚴重，難以解算位置。為了解決無線網在建筑地下空間、復雜結構空間信號衰減快、盲區多的問題，鄧中亮教授團隊創建虛擬網格差分定位理論方法，發明了“定位-通信”融合測量方法，創新了異構無線網絡融合定位技術，室外定位3D精度優于1m，室內定位精度水平1～3m、垂直1m，首次實現廣域網精確區分樓層，超越了美歐日的室內法定標準和公開最好的定位精度，推進了廣域室內定位、物聯網新發展。

▲　羲和系統的整體架構圖

二、投身羲和系統建設

鄧中亮教授團隊致力于實施“羲和計劃”室內定位項目，并突破了廣域無線網高精度定位瓶頸，實現廣覆蓋、高精度、低成本定位，得到國內外導航界的認可和應用，使我國廣域無線網定位技術躋身國際先進行列。

羲和系統是由國家提供政策和資金，建立國家級地面室內外無縫隙定位導航系統，實現室外亞米級、室內優于1m的定位能力。截至2016年底，示范工程由公共管理向個人應用過渡，用戶量達到千萬。預計2020年實現“百城億戶”，產生直接經濟效益數十億，拉動經濟效益百億。

在國家應用方面，完成廣域定位網建設，并在全國多個省市重點地區建立了位置動態感知平臺，實現全國范圍內授權終端的位置監測，成為各行業管理平臺的基礎信息。形成了位置服務行業新業態，完成多項示范工程，包括商場/超市超過五千個，航空港超二十個，及地鐵交通、災害救援、消防搶險。實時監測商場人員位置，服務能力達數十億人次/天，精度優于1m,滿足了大規模并發的室內三維定位導航需求。

在室內外應用方面，開展了定位卡機消防定位應用。在手機應用方面，研發了多款定位軟件，并進行了推廣應用。“羲和計劃”的實施，引起了美國軍方和有關國家高度重視，并被多個國家和香港地區應用。應用于國際重大會議、活動如北京、倫敦、里約奧運會，上海世博會及北京APEC會議。

與國際同類通信制式的網絡定位系統對比，顯著優于國內外定位精度。與國際室內網絡定位系統相比，建設成本極低。

世界高度關注TC-OFDM移動無線網絡定位，并給予了積極評價。美國國防部認為中國“羲和計劃”提升了北斗/GPS等衛星導航系統的室內外定位精度與服務能力。北斗重大專項總體專家組認為該項目是導航技術自主創新的重要突破，提升了北斗產業應用競爭能力。項目鑒定專家組認為總體技術達到了國際領先水平，對提升我國相關產業的核心競爭力具有重要意義。國家民航局鑒定專家組認為基于位置的機場空間數據融合等方面達到了國際領先水平，經濟、社會效益顯著。意大利導航專家認為通過移動通信網增強室內外環境下的定位能力，是導航科學技術的進步；美國信息系統協會主席認為其能提供更廣泛的服務能力。

羲和系統獲得授權國家發明專利超過三百項，其中國際專利十余項，制定國際、國家、行業標準近三十項，發表論文六百余篇。鄧中亮教授以第一完成人分別于2010年、2014年獲國家科技進步二等獎 2 項，2017年國家技術發明二等獎1項。鄧中亮教授榮獲2016年光華工程科技獎和全國優秀科技工作者，被評為 2014年全國十大科技創新人物。

▲　羲和系統的應用效果

三、羲和系統研究成果引人關注

近兩年來，羲和系統的研究方向和領域得到了大幅擴展。

1.國家室內位置服務立法研究

“羲和計劃”先后被列入《衛星導航產業中長期規劃》《室內外高精度定位導航白皮書》以及《導航與位置服務科技發展“十三五”專項規劃》。研究我國110、119、120應急救援的室內位置服務立法，提供技術支持與應用建議，協助我國定位導航法律建設。

2.國防非衛星導航應用研究

現代戰爭高邊疆斗爭激烈，研究戰時與北斗/近軌野戰星座相適應的“機動型廣域無線網”的導航應用，平時用于抗災搶險、生命救援等行動。

3.北斗海洋工程定位關鍵技術

島礁防御、填海工程、島礁監測與建設迫切需要分米級高精度定位。創新建立北斗遠海域定位導航與通信融合技術體系，突破北斗海上惡劣環境下無基準站定位3～5m精度的瓶頸，定位精度達厘米級。鑒定委員會意見認為，整體技術達到國際先進水平，其中多元精度因子（MDOP）選星模型、智能分包的北斗短報文集群式通信方法等為國際首創。

4. 5G移動網絡定位技術研究

室內混合智能定位與室內GIS技術研究及示范應用獲得國家重點研發計劃支持，正在開展制定5G定位相關標準。

5.多源信號高精度定位

將高精度定位能力擴展至波長為100m至0.01m無線電磁波（雷達、紅外、WiFi、廣播、電視、通信等），實現能通信就能精確定位的目標。