中国首创羲和系统，室内外联合定位迎刃而解——专访北京邮电大学邓中亮教授

中国首创羲和系统，室内外联合定位迎刃而解
——专访北京邮电大学邓中亮教授

2014年4月25日，科技部国家遥感中心、中关村科技园区管理委员会、中关村海淀园管委会，及863计划地球观测与导航技术领域导航主题专家组和导航与位置服务科技专项总体专家组，在北京共同组织召开了羲和系统科技成果合作对接会，此次会议也宣布羲和系统正式面向社会提供室内外高精度定位导航信号的播发。北京邮电大学邓中亮教授是羲和系统核心技术“TC-OFDM广域实时高精度室内外无缝定位”的负责人，并对智慧城市相关技术方案进行了深入研究。《卫星应用》期刊记者就羲和系统的若干问题，专访了邓中亮教授。

邓中亮，北京邮电大学教授、北邮科学技术发展研究院常务副院长，博士生导师，智能通信、导航与微纳系统实验室主任。近年来，致力于卫星导航、室内外无缝融合定位、无线传感器网络、多媒体应用、微电子设计、RF MEMS等方向的研究，承担国家自然科学基金、863计划、973计划、国防预研及基金、地方合作等各类课题数十项，如国家863项目“大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示范”、“城市室内外高精度定位导航关键技术与服务示范”等。

羲和系统的主要创新点：一是提出了TC-OFDM（Time & Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing） 导航与通信一体化信号体制，使得基站在进行正常的通信业务外，能够实现广域室内外无缝高精度定位。二是攻克了室内多径严重、定位能力差的问题。三是建立了星地一体无缝融合定位体系架构，国际上率先实现了广域室内外无缝定位，精度1～3米，比北斗/GPS高5～10倍，指标达国际领先水平。

记者：请您介绍一下羲和系统的产生背景？

邓中亮：人们对室内位置服务的需求正迅速增加。随着现代社会的不断发展，城镇化进程加快，大型建筑日益增多，人们80%以上的时间处于室内环境（含地下、矿井、隧道等）。全球有超60亿手机用户，近10亿的空巢老人和学龄儿童，每年各类灾害（地震、火灾、矿难等等）超百万起，餐饮、购物、地铁交通成为人们生活中十分重要的组成部分，室内外位置服务已成为智慧城市、物联网、移动互联网的重要基础。导航与位置服务产业有上万亿元的市场空间。而公共安全、生产安全、应急救援、公共卫生、物联网、特殊人群监护、大型场馆管理、智慧城市建设等领域都需要使用准确的室内定位信息，市场规模巨大。

现有卫星导航系统无法覆盖到室内。现如今，全世界的卫星导航系统都仅能对高山、海洋、城市等室外环境进行精确的定位，然而当它面对有建筑物遮挡的室内环境时，不具备室内定位能力。羲和系统建设目的是利用导航卫星系统、地基增强系统和地面通信网络资源实现室内外高精度无缝定位与导航服务，将北斗导航服务从室外拓展到室内环境，大幅提升我国北斗的核心竞争力。

“羲和”是中国古代神话中的太阳之母，掌握着时间的节奏。取自《尚书•尧典》中的“乃命羲和，钦若昊天，历象日月星辰，敬授人时”。将系统取名为“羲和”，凝聚着研究人员对全空域、全时域无缝导航定位服务系统的全部期望。

记 者：当前羲和系统已经具备室外亚米级、城市室内优于3米的无缝定位导航能力。而在国外，目前室内定位的最大精度仍然停留在三四十米左右，可以说，我国室内定位已达世界技术前沿。请问如何实现这一国际先进水平的？

邓中亮：面对基站定位误差40米到米级的巨大挑战，在国家多个重点项目支持下，我们项目团队历经十余年，取得了多项成果，主要技术有三大创新点。一是提出了TC-OFDM(Time & Code Division-Orthogonal Frequency Division Multiplexing) 导航与通信一体化信号体制，使得基站在进行正常的通信业务外，能够实现广域室内外无缝高精度定位。二是攻克了室内多径严重、定位能力差的问题。三是建立了星地一体无缝融合定位体系架构，国际上率先实现了广域室内外无缝定位，精度1～3米，比北斗/GPS民用精度高数倍，指标达国际领先水平。使北斗系统率先解决室内定位“最后一公里”的问题。本项目能面向数十亿手机用户提供广域米级精度室内外定位。

记者：请您谈谈羲和系统示范工程建设的主要进展和下一步计划？

邓中亮：“十一五”期间，在城市大型建筑定位技术研究方面，北京邮电大学牵头完成的863课题“大型建筑物复杂环境室内定位系统关键技术与示范”研究成果成功应用于北京、上海、广州、成都、重庆、深圳、西安等城市的重点区域。包括首都机场、白云机场等8大机场共22个航站楼的室内位置服务，实现了3～5米精度室内定位。目前，覆盖面积已达1000万平方米。

依托取得的研究成果，2011年北京邮电大学在校园开展了示范应用，2012年下半年，北京邮电大学联合其他单位成功研制出了基于室内外高精度无缝定位的消防应急救援应用平台，并开始在消防领域进行示范应用。2013年底完成了覆盖范围达200平方千米的消防应急救援应用，并逐步推广到天津市及全国范围。前期示范测试结果表明，系统定位精度达到室内外水平精度优于3米、垂直精度优于1米。

随着羲和计划应用示范项目的进一步开展，羲和系统的功能组建也在日益完善，伴随着更多技术难题的突破，更多创新点的提出，复杂环境下室内外无缝定位系统实现米级、亚米级的精度指日可待。

北京邮电大学联合北京智慧图科技有限公司已成功建设国内多家机场、大型连锁商业机构、公共文化场馆等项目，是国家科技部“羲和计划”中率先投入商用的室内定位导航应用系统，在全国84家万达广场，北京、上海、重庆等地的大型商场中得到了广泛应用，市场占有率超过60%。

随着羲和计划应用示范项目的进一步开展，羲和系统的功能组建也在日益完善，伴随着更多技术难题的突破，更多创新点的提出，复杂环境下室内外无缝定位系统实现米级、亚米级的精度指日可待。

在科技部的大力支持下，羲和系统的国际标准化工作正在展开，初步形成了室内外高精度无缝定位技术标准体系，争取在未来几年内，羲和系统相关的广域室内外无缝定位技术标准成为国际标准。

目前，北斗地面增强网络与室内外无缝定位网络建设已经启动，为实现羲和系统“百城起步，亿户使用”的目标奠定了基础。2015年，将会在全国10个城市展开大规模的应用示范。同时，我国各大企业纷纷支持羲和系统建设和应用推广，中国电信、中国联通开展了定位信号及服务的示范；联想、华为、长虹、合众思壮等企业开始研究将北斗信号接入手机应用中，并取得了较好进展；基于位置的服务市场更是快速发展，例如导航信息提供商高德软件公司2012年已拥有超过1亿手机用户，增长超过100%。

未来，羲和系统将提供广域室内外精密定位导航与位置服务，一方面应用于交通、农业、国土、海洋、公共安全、应急救援、生产安全监控、智慧城市、物联网等行业领域；另一方面在用户授权下开展大众应用，开发各类基于室内外无缝精确定位的位置服务业务，如特殊人群关爱、社交网络、个人位置服务、商业和旅游区域的位置服务等；同时可以向第三方位置服务提供商提供开放接口，共享精确定位数据，开发更加丰富的、个性化的行业和个人位置服务。

我国已经与文莱、老挝、柬埔寨、泰国等国签署了合作意向，以技术和产业优势，与东盟国家科研机构合作建立北斗应用系统的“交钥匙工程”，推动羲和系统在东盟地区的合作建设。国际跨国公司如美国高通、韩国三星、爱立信等通信巨头也通过各种渠道，征询羲和系统进展情况和政策措施，探讨合作的可能性。

记者：请您谈谈羲和系统研发过程中克服的主要难点和取得的经验和成果？

邓中亮：在羲和系统的研发过程中，我们遇到了许多困难，因此也获得了多方面经验，取得了预期的成果。

在该系统的研发初期，由于要进行大量的测试、研制多种原理验证样机，为此需要的科研经费也非常多。但是，羲和系统还处于研发初始阶段，研究经费来源有限。一方面有国家财政的支持，另一方面，多个企业在系统的研发阶段给予了大力支持。

记者：您主持的“星地一体室内外无缝位置服务平台与应用项目”获得了中国产学研合作创新成果奖，请您介绍一下这一项目的进展和推广前景？

邓中亮：在北京、上海、湖北、天津等多个地区成功开展了应用示范。目前，联想手机已经预装了基于该成果研发的应用软件，使用用户已近7000万；到2015年，用户将超过1亿。未来3年内在5～10个城市进行大规模的广域高精度室内外无缝定位系统基础设施与应用建设。

记者：请您介绍一下发改委卫星应用及产业发展专项项目——基于室内外无缝高精度定位的消防应急救援应用平台的进展与推广应用情况？

位置服务已经成为移动互联网的标准配置，也是当前学术界和产业界共同关心的热点。而作为位置服务重要组成部分的室内定位服务也必然会随着移动互联网的发展而壮大，未来两者的融合成为必然趋势。

邓中亮：2012年，北京邮电大学主持科技部国家863主题项目“城市室内外高精度定位导航关键技术与服务示范”，并参与国家发改委卫星应用及产业发展专项项目“基于室内外无缝高精度定位的消防应急救援应用平台”，开始在天津率先展开全球首套广域室内外米级精度无缝定位系统的建设。截止目前，北京邮电大学牵头，联合多家项目参与单位成功研制定位服务基站、移动定位服务终端、室内增补系统等工程用核心设备，在天津滨海新区华苑产业园开展了基于TC-OFDM应急消防救援示范200多平方千米示范区建设。经过实际测试与体验，系统整体水平达到室内水平定位精度优于3米，垂直定位精度优于1米，时间同步精度优于5纳秒的设计要求。

记者：请您谈谈位置服务与移动互联网跨界融合的发展趋势？

邓中亮：位置服务已经成为移动互联网的标准配置，也是当前学术界和产业界共同关心的热点。而作为位置服务重要组成部分的室内定位服务也必然会随着移动互联网的发展而壮大，未来两者的融合成为必然趋势。

首先，利用移动终端上网成为互联网的发展趋势，移动互联网与移动通信是密不可分的。2012年中国移动网民规模为4.2亿人，移动网民渗透率为75.0%。同时，三大电信运营商早已经开始了4G网络的布局，中国即将正式迎来4G高速网络时代。移动互联网用户量将会快速增加。

通信与位置服务的发展是相辅相成的，两者一直是处于不可分割的状态。因此，以通信为媒介，移动互联网与位置服务的融合已经成为现实，未来两者之间的关系将更为紧密。

中国移动网民用户以年轻群体为主，其对位置服务的需求也更为强烈。通过对用户及相关室内位置的感知，室内位置信息满足年轻用户的多种个性化服务需求。这也要求移动互联网与位置服务必然是要深度融合的。

我们项目团队提出的TC-OFDM定位系统突破多项基于移动通信网络的室内高精度定位关键技术，精度较传统移动通信网定位系统大幅提高，实现了广域高精度室内定位。这就为移动互联网与位置服务的融合提供了重要技术支撑。

记者：请问您认为目前室内外导航定位服务能力推广、大规模应用还需要解决哪些问题？

邓中亮：为了加快室内外导航定位服务能力推广和大规模应用还需要解决以下几个问题：

一是进一步加快定位基础设施建设。目前，在国家发改委的支持下，我国有5～10个城市开始进行室内外定位基础设施的建设，但是为了建成一张覆盖全国的位置服务网，需要国家部委、地方政府给与更多的政策、财政支持。

二是加快建立和完善我国室内外高精度定位导航技术体系标准。目前，我国在室内外导航定位核心关键技术方面申请了非常多的国内外专利。但是，在室内技术方面还未能建立一个成熟的标准体系，这就制约了我国室内定位技术的快速发展。

三是加快位置服务商业模式的探索。目前，室内外导航定位技术已经非常成熟，但是室内外导航定位服务模式则相对较少，特别是在室内位置服务商业模式方面，还有待更进一步的挖掘。

· 本刊记者_ 贠敏 靳颖· 摄影_ 孙宝忱