探訪雄安未來之城場景匯①

地下空間導航如何出爐

5月22日，雄安空天信息研究院副院長路兆銘正在講解“北斗+室分地下空間導航”應用。

1月26日，雄安空天信息研究院研發團隊成員在雄安新區地下空間測試導航系統。路兆銘供圖

6月15日，雄安新區容東片區地下空間，雄安空天信息研究院工作人員正在路測。 本版圖片除署名外均由河北日報記者白雲攝

編者按

未來是什麼樣子？

在雄安未來之城場景匯上或能找到參考。

5月27日至6月26日，國內數百家企業和科創團隊帶著先進技術、創新創意，參加了北斗技術應用、下一代網絡技術（IPv6）等場景匯中9項大賽25個細分賽道的決賽。

“匯未來技術 聚未來產業 建未來場景”是雄安未來之城場景匯的主題。場景也就是應用，地下空間導航、植物工廠、零碳建筑等不少場景，已在雄安落地應用。

這些關乎未來的場景怎麼研發而來，又能為未來帶來什麼？本報推出“探訪雄安未來之城場景匯”系列報道，為讀者尋找答案。

■ 閱讀提示

大規模地下停車場，找車位找到崩潰。好不容易停好車，購物回來繞來繞去又找不著車了。開上車從地下停車場出來，卻不知道哪個出口距離下一個目的地最近。

地下空間越大，類似的需求越迫切。但由於地下空間建筑物遮擋等因素，地面上的導航系統挪到地下空間，用起來並不靈光。

雄安地下空間安全應急技術應用大賽決賽上，“北斗+室分地下空間導航”拿到了超大規模地下空間定位導航技術賽道冠軍。

記者跟隨研發團隊的路測車實地體驗，這一系統在地下空間如同安裝了眼睛，能將導航定位精確到車位級。

我們走訪了這一研發團隊，了解這一技術是如何出爐的。

當地下空間有了“眼睛”

一圈，兩圈……在燈火通明的雄安新區容東片區地下停車場轉到第5圈了，記者和同事還是沒找到目的地。

常用導航在地下空間的表現，並不盡如人意。這是因為受建筑物遮擋影響，信號在地下會衰減甚至被屏蔽，導航的精准性就大打折扣。

盡管碩大的地下停車場也懸挂了各種指示牌，但架不住這空間確實有點大，地下通行很容易迷路。在目標小區的2號樓、3號樓旁反復掉頭、路過，卻始終找不到1號樓。無奈，記者隻能從2號樓前往地面，從地面繞到1號樓。

這裡的地下空間到底有多大？

石家庄勒泰中心的地下停車場，擁有16萬平方米2600個停車位。雄安新區容東片區95個小區的地下空間基本上互連互通，有400多萬平方米約5萬個停車位。

地下空間找不到停車位，停好后又找不到車，這樣的窘境大部分人都遇到過。

不過，即將在“雄安行”App上線的“北斗+室分地下空間導航”板塊，將解決這一問題。

地下導航真有這麼神？

6月15日，記者跟隨雄安空天信息研究院研發團隊進行了路測。

路測車是一輛普通的商務車，開到雄安新區啟泰花園南門后停下來。雄安空天信息研究院博士后初星河點開手機上一款名為“北郵室內定位”的測試App，請記者隨機選擇一個目的地。

記者輸入南文營社區食堂，導航很快據此規劃出一條路線。

地面部分的導航，看起來和常用導航軟件沒太大區別，但汽車駛入地下停車場入口，導航界面也隨之一變——從以地面建筑為參照物，變為車位標號和樓棟單元。

地下導航的精度比記者想象的高。即將拐彎時，導航會提前幾米准確提示。路測車穿過一排排車位，導航界面同步顯示著通道兩側的車位標號，記者比對了下，分毫不差。

“目的地就在附近。”導航播報地下空間部分到此結束，但到終點還有一段距離。導航繼續引導測試人員從停車位走到最近的電梯間，到地面后指引步行路線，沒多遠，食堂的招牌進入視線。

這也是“北斗+室分地下空間導航”的另一個特點——地上地下一體化定位導航。

幾公裡外的雄安空天信息研究院，團隊負責人路兆銘站在地下北斗時空信息平台前，緊盯著屏幕上路測車的軌跡，他也是北京郵電大學信息與通信工程學院教授。

“每次路測都在找bug。”路兆銘說，這是他們團隊在4年裡重復做的事——研發，路測，找出bug，修復bug，再研發，再路測……

最新優化的功能中，導航能幫助車主尋找最近的地下空間充電車位。容東片區的充電樁約700個，對不熟悉地下空間的車主來說，從幾萬個車位中精准找到充電車位也很難。

初星河在目的地一欄輸入充電樁，導航迅速給出一條最近的路線。路測車跟著導航在密密麻麻的車位中左拐右拐，停在距離最近的C075充電車位前。

“目前，地下空間導航的精度能達到車位級，約2—3米。”路兆銘說，這相當於給地下空間安裝了一雙銳利的眼。

當應用場景需求推動科研研發

地下空間導航的需求一直有，為什麼最先在雄安新區被研發出來？

“是雄安新區的超大規模地下場景推動的研發。”6月14日，北京郵電大學，路兆銘帶記者前往教學三號樓6樓會議室的路上，邊走邊回答。

雄安新區是國內首個大規模開發利用地下空間的城市，擁有380公裡的地下綜合管廊以及超2200萬平方米的地下停車場。

新區巨大的地下空間，放大了地下導航不夠准和人們的需求之間的矛盾。

“容東片區即將交付時，由於沒有對應的參照物，地下施工的工人師傅，經常找不到出口。”路兆銘回憶。

2020年，北京郵電大學和中國鐵塔股份有限公司組成了聯合研發團隊，路兆銘帶隊前往新區搞地下空間導航研發之初，在地下空間也經常迷路。

地下空間導航的需求並不是首次產生，但從沒像新區這麼集中和迫切。

那為什麼常用的導航在地下空間會失靈呢？

導航借助的是衛星定位，其原理是通過北斗或者GPS衛星，測定衛星與接收器之間的距離，鎖定接收器所在的位置並指引路線。

來到地下空間，因為建筑物的遮擋，地面上能用的方案到地下就行不通了。

此前，關於地下空間導航也有一些探索方案。但這些方案要麼費用高昂，要麼無法解決運維，要麼手機端無法應用。

“地下空間導航，要技術新、價格低、可持續性強。”路兆銘說。這一難題之所以交到路兆銘團隊手上，是此前他們一直在研究用無線信號做感知定位，尤其在4G/5G領域積累了很多經驗。

也因此，2020年剛接觸這一課題時，他們想借助已有的4G/5G信號在地下空間為人和車做定位。“很快就發現這條路不通。”路兆銘說，地下空間的4G/5G大多採用無源室分系統覆蓋，來自不同天線的信號合路傳輸，導致無法區分信號來源，也就無法定位。

能不能把擅長定位的北斗衛星信號引入地下空間？

安裝在小區頂部的天線，很順利將北斗信號引入地下，但這路信號要並入原有的5G室內分布系統，和電信運營商原有4G/5G信號會產生干擾。

研發團隊在地下空間增加了北斗室分定位單元，並研究出一套新的濾波算法，增強北斗信號的同時，還讓它和其他信號達到相對平衡，各司其職。

有了定位信號，接下來是怎麼定准。

北斗信號在地面的定位精度約10米。但在地下空間，10米范圍可能分布著幾排車位。“怎麼把定位精度做到車位級，困擾了我們一年多。”路兆銘說。

反復嘗試了上百種算法后，他們創造性提出了“5G+北斗組合式定位算法”。定位依賴於各種各樣的觀測量，觀測參考量越多越准。“比如一個人站在群山環抱中，每個山頭觀察到的這個人位置都不同。1個人觀測和10個人觀測相比，肯定是觀測點位越多，被觀測位置的精准性就越高。”路兆銘說，同理，新算法將北斗衛星信號、5G信號等多源位置觀測信息融合在一起，算出人或車更精准的位置。

解決了定位，還要解決成本問題。

6月15日，容東片區地下空間，抬頭看會發現頂部布設著很多線，每隔15—30米就有兩個白色“蘑菇頭”，也被稱為室分設備。

“室分天線加上機房裡的合路器、5G的RRU等，都是原來就有的。我們新增的設備隻有北斗室分定位單元。”初星河說。這一設備每8000—10000平方米安裝一個，就能實現地下空間精准定位，比此前的方案節約成本50%以上。

研發工作進行到這兒，路兆銘團隊和地下空間定位導航之間，就差一張地下空間數字地圖了。

“這可能是整個研發過程中，最簡單的一環。”路兆銘說，他們將數字地圖加入導航系統中，這雙“眼睛”終於能將新區地下空間看清楚了。

讓科研擁有生命力

6月26日，雄安空天信息研究院，傅彬正在研究“北斗+室分地下空間導航”的應用場景。

在團隊中，傅彬負責產業推廣和模式探索，比如網約車直接開到乘客家的單元口、車主用導航反向找車，比如怎麼和導航平台談運營、和商家談合作等。

這也是路兆銘團隊在科研過程中，比較獨特的一環。

以往高校的研發團隊，關注點都在技術創新和產品研發上，產業化、推廣應用都不擅長。

搞產業化推廣，是研發團隊缺錢嗎？

早在2022年，在國家重點研發計劃“交通基礎設施”專項中，北京郵電大學信息與通信工程學院就成為“雄安新區交通設施數字化建設示范應用”課題的牽頭單位，拿到了一筆科研經費用於“5G+北斗地下空間組合式定位導航”課題研究。

2023年，北京郵電大學與雄安新區、河北交通投資集團聯合成立雄安空天信息研究院。研究院一年有5000萬元資金支持用於搞科研。

“這些資金解決了團隊的后顧之憂，大家可以全身心投入研發。科技創新要做到‘四個面向’，高校研發成果的價值需要在應用中實現，因此我們想的比研發本身要遠一點。”路兆銘說，需求驅動產生的科研成果會更好地轉化應用。

以訂餐、購物等應用平台為例，應用場景多、有盈利模式，才能推動平台不斷優化，也會提高用戶黏性，形成正向循環。

“我們的研發成果如果不推廣、不盈利，服務一個小規模的用戶群體，后續誰來承擔地圖更新、軟件維護等工作？”路兆銘說，科研成果也要形成成果轉化閉環，科研項目才更有生命力。

持續更新是互聯網思維。一錘子買賣是項目思維。

對於“北斗+室分地下空間導航”即將在“雄安行”上線，中國雄安集團交通有限公司副總經理王邵騫很期待。從去年開始，他也對導航提了一些意見，包括頁面設計以及這一系統體量要更小、功能要更全。

“產品是研發成果的載體。這一研發成果在‘雄安行’上線，是基於用戶需求，而不是科研。”王邵騫說，解決導航問題，僅是這項科研成果的初級探索，抓住用戶在地下空間應用中的其他痛點，比如充電、付費等，會形成更細化的邏輯閉環。

關於這一點，路兆銘團隊已經有了一些“想象”。他們准備在導航系統接入充電平台，車主可從導航系統預約並在限定時間內鎖定充電樁，實現一鍵導航、到達目的地就有樁可用。他們還准備和管理地下停車的物業公司對接，實現導航、結算一體化。總的目的是，讓導航更有用。

從科研延伸出更多的場景應用，是雄安空天信息研究院在努力探索的另一件事。他們也組合出了新的導航定位“神器”。

北斗+UWB地下管廊高精度定位，可以為巡檢地下各類管廊的無人機或機器人提供導航，精度能達到厘米級。目前，這一導航定位已經在山東電力系統有了應用。

在0—3000米的低空空域，他們也同合作單位一起研發出精度在厘米級的導航定位芯片。這一研究能為無人機等提供室內外一體化的高精度定位。

路兆銘說，基於北斗，他們正運用各種方案來實現各種+，支撐空天地一體、室內外無縫的應用場景，讓科研更多服務人們的生產生活。

■ 記者手記

一個idea和應用之間的距離

被問及研發“北斗+室分地下空間導航”最難的是什麼？

路兆銘脫口而出：“是idea。”

問題就在那，用什麼辦法解決，需要一個創造性idea以及強大的技術支撐來實現。

在這一項目研發中，創造性idea不是把北斗信號引入地下，而是怎麼引入地下。

北京郵電大學教學三號樓6樓的天花板和其他樓層不同，密密麻麻都是各種線。就連會議室的牆上，路兆銘隨手一拽，也拽出一根測試線。

北斗信號從衛星到地面經過了一波衰減，再從近百米高的樓頂順著密閉弱電井來到地下，又經歷了第二波衰減。怎麼把這個信號放大，讓它發揮定位導航應有的作用，就是在這裡反復試驗出來的。

帶著試驗結果，路兆銘和學生多次到雄安新區地下開展現場測試。2021年夏末，路兆銘第一次到新區搞現場測試，地下空間還在建設中。他們打開汽車后備箱當小桌板，早上八九點買兩個煎餅幾瓶礦泉水帶下去，晚上九十點鐘才出來。

那幾年，北京的教學、試驗和雄安新區的測試，讓路兆銘過起了雙城生活。

現在一場匯報就能講清楚的運轉邏輯，是當年科研人員無數次試驗和無數場測試的結果。

在沒有科研經費前，路兆銘帶著學生貼錢、搭時間。

被問及是什麼支撐他？

路兆銘想了想回答：“是成就感。”

他的成就感來自兩點。首先他判斷通導（通信和導航）一體技術，在解決地下空間導航定位上前景很好。同時，他們探索的是這一領域的無人區，提出的技術方案創新且獨特，就會有很強的創造欲。

其次，地下空間的問題在、需求在，總得有人去干，遲早得解決。問題擺到了他這兒，他就有一種使命感：“想把它解決掉。”

“原始創新需要的不只是經費和科研條件。能夠在雄安新區建設過程中發揮微薄之力，從創新角度又是一件特別有價值有意義的事，這是最大的驅動力。”路兆銘說。

三四年的堅持和奮斗，化作風輕雲淡。

採訪結束前，路兆銘帶記者參觀了北京郵電大學信息與通信工程學院的實驗室。實驗室門口挂著很多塊牌子：先進信息網絡北京實驗室、開源5G聯合實驗室等。實驗室內非常安靜，學生們緊盯著屏幕上正在跑的數據，專注到沒有人回頭看一眼誰進來。

屏幕上的曲線和數字，記者完全看不懂。但看到那麼多年輕人埋頭研究具體問題，解決具體應用，心裡升起一種莫名的踏實感。（記者白雲）

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