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邓中亮:室内高精度为之服务发展与展望

北京邮电大学教授、智能通信/导航与微纳系统实验室主任邓中亮在WGDC2017“智慧商业”峰会的演讲。

  以下是北京邮电大学教授、智能通信/导航与微纳系统实验室主任邓中亮以“室内高精度为之服务发展与展望”为演讲题目的特邀演讲报告(未经本文审核)。

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  邓中亮:谢谢主持人,尊敬的各位领导,各位来宾下午好!今天我也就给大家简单汇报一下,我们前期关于室内高精度位置服务的一些研究探索供大家参考。今天讲的是电子商务大数据,这个大数据应该说在咱们国家近五年和十年来变得很热,大家知道贵州有个大数据中心,那么数据很有用,很有价值,得用好了,所以数据的挖掘和数据的应用,大家关注的话题,那么在我们几个问卷问答中,第一大家关心的数据含金量到底是多少,数据挖掘的代价是多少,假设我们数据含金量很高,那挖掘代价高就高一点,假设数据量含金量很低,而我们挖掘的代价很高,可能这个数据就无法利用起来,不信大家可以关注一下咱们北京市马路上装了很多摄像头,交通部门很多数据,北京市的摄像头很多很多,那么数据量,一天的数据量非常大,电梯数量也不少,所以我们的电梯数量说,那段时间怎么用好它?前面我们讨论一下关于智能交通,自动驾驶汽车,说开着4K的高清摄像头,它的信息量九百多兆每秒钟,4G都满足不了,5G有可能用。

  所以在这里我想简单的跟大家一块介绍一下,关于空间信息,在近几年发展,包括智慧城市物联网,这块速度发展很快,在这种高速发展周期,大家都很关心什么是智慧城市,练就了很长时间,但智慧城市的标准意义好像大家很难说的太清楚,包括我们的物联网,物联网发生到现在,对物联网的细的利益,是不是又有本质性差异的特征,大家还在研究,移动互联大家很熟悉了,很普遍大家都在用,位置信息是一个基础的重要信息。大家知道在我们的几个安全管理,包括812,512也好,大家都知道能站,时间基准好说,咱们手机的时间就是好几秒,但通讯网是微秒级的,时间没问题,空间到底谁在哪里?不清楚,所以这样来说对我们对国家安全管理服务也好,面临很多新的挑战。那么时空是一个基准,这个基准信息对后续的发展是至关重要的,包括我们的服务机器人,现在机器人跟智能关联很密切,好多地方用机器人来替代人,面临好多人下岗,所以这个机器人跟人之间将来是不是一场战争咱们不好说,但至少机器人的发展它是必然的。

  第二个机器人在室内,室外也好发挥作用,它需要知道位置、时间、空间,才有可能满足服务,包括我们互联网+等等。那么能否跟每个信息打上这四个标签,将来有助于我们大数据的挖掘,这是大家共同关心的问题,刚才提到的智能驾驶,一天二十四小时下来,大家算算。目前很多的智能终端,智能设备,手机就可以感知你的健康状态,很多手机就可以用软件,包括我们的手腕,腕带等等,他们将来也提供相应的物质基础支撑,在二十年前应该说我们计算机已经实现了物联,任何时间,任何地点,任何的终端,但未来的十年,那段时间那个地点,加上那个环境,还得确保安全才能保证信息的互联互通,这是大家共同期望的。所以刚才我们跟秘书长看了一下,简单的实时调研了一下它的现场有多少人,三千二百多号人,每个人在什么位置,那个柜台上很清楚,大家最关心的安全,那么这是安全数据应用的问题。

  你们的手机应该好多手机都有了,GPS导航,几乎所有的手机都能导航,但到这屋里面给谁导航?还有很多虚拟的是不清楚的。卫星是解决了室外所有的定位问题,也就是你能看得见卫星,你就能找到你的位置。室内就面临一个定位的盲区,这个盲区80%的人都在使用,那么我们好多的大数据跟室内空间,80%跟室内是关联的,大家可以简单的想一想,室外它的数据,数量肯定比室内多,咱们把每层都平摊下去,它的信息量非常巨大,有水有电脑有笔记本,而这些信息在你的手机也好根本就找不着,就是90%以上的物品没信心,能不能构建一个天地一体化定位导航的信息,大家知道室内有卫星,卫星能解决室外广幅的。那么通讯网大家用得很多,几乎每个人都有一个手机,在这个下面到底怎么去获取,或者精确获取感知位置信息,无线网覆盖的时候,建筑空间任务是有的,而无限的其实在建筑空间里面,导致90%,或者95%以上的覆盖率这是好的。它可以弥补小范围之内的,或者局域范围的信号可以满足你的通信要求,所有的网络放在一起,它就形成了良好的覆盖。而这种覆盖情况下,能不能做好定位导航,很显然无线导航用的是通讯的方式,大家记得通讯体制,用这个体制来作为我们的定位导航,已经到厘米级,甚至毫米级的位置了,这张通讯网它的主要目的是为通讯服务提供高速的能力,在这种条件下它能否也可以提供高精度的位置感知,这就变成大家共同关心的话题,一张通讯网的建设,咱们国家至少是千亿。智联网的建设应该是能挣钱的,他们在运营商的收入是1.13万个亿,它2014年的时候1.13倍收入,其他的其实没算,要在这个网的基础上能把位置信息给它叠加,毫无疑问可以给我们未来的服务业务增长提供很好的支持。

  它灌输最大的问题就是无线网络定位问题,无线定位探测大家很熟悉,包括雷达等等这些是已经有了,而作为无线网络的定位,那是把无线网用起来以后大家关注的话题,我们把它分成两个阶段,一个阶段是感知,欢迎你来北京,欢迎你来天津等等,这些就说明你来了,但在哪儿并不知道,第二个阶段就是用新的计划来支撑高精准的服务看能不能知道你到底在哪儿。地面网络很密集,能不能用好它,这是大家关注的。所以我们生活工作都在一个移动通讯网需要覆盖区,每天沐浴在电磁波的健康,这里面全都是电磁波的辐射,所以抗辐射能力很强。再看看所有移动通讯网,包括WIFI,每一种无线通讯,都有它的定位能力,当然我们也可以从二级,三级,像这种服务里面都有,好比我们希望第一覆盖范围很快,第二精度很高,那么覆盖最好的一张网是二级,三级,四级,WIFI一般覆盖十米,一个房间或者是一个家庭装一个WIFI够了,你在这个WIFI之内,具体在哪个位置可能不一定。那么蓝牙有可能覆盖五米,那至少五米半径肯定知道你在哪儿,2G、3G肯定是小范围内的,大家知道5G是满足万物物联很重要的一张网络。

  室内跟室外之间我们对比一下,室外数字一般比较透明,你看到四颗卫星就能计算出你的位置,看不到就不知道。在室内所有的信号进来,就不知道怎么进来的,所以它整个的信号散射,折射也好,通过这种方式进到室内,全是散的,在这个条件下你要算出你的位置来,所以当时我们做了一个简单的对比,到了室内多一个误差,多一个方程,第二这种误差很大,它只有几十,这种情况下到你手机端的测得很准,我们现在可以做到0.1个拉秒,问题是你怎么知道它的直线距离多少?所以花了很长时间去解方程,建模型,我们也做了好几年没答案,做到最好的能做到误差三十米。第二个就是我们想做10个定位,从这张图就可以看出,不同的波长它的定位能力实际上是不一样的,激光可以做到一米拉米,或者是零点几个拉米的定位,另外最有用的是通信网。

  第一个特点是利用难,第二个是测量难,第三个就是我们在做到高精度也是挺难的,它的误差很多,你还没法去测量那么精确,建了几十年的模型,也还是有一大堆问题。所以这是全世界的一个问题。前面做了很多工作,第一个怎么样把多个网连贯起来,这里面不同的网观测的角度都不一样,各种各样表达的,很多很多内容,这些不同的内容能不能合起来,成为你空间基准的一个定位。这块就解决多网络多要素,包括多维度的问题。第二个不同的网络基准不同,你怎么样保障我这个误差能控制在一米以下,要控制不了对不起,肯定就到不了,进不了房间,所以现在打开你们的手机,要定到这个房间,定到这个座位是不可能实现的,假设你不装这些软件。这面就三个它覆盖都是不完整的,所以我们要实现网络化定位,但是在网络服务侧其实我们要提供一个新的服务架构,来支撑我们的位置服务。

  第二个怎么样把这复杂的计算变成一个简单的计算,我们的手机尽管能力很强,5CPU到8CPU,但是要解四个方程还是有问题的,现在你做GPS导航,要解四个方程,电耗完了,方程还没解出来,可能就是这么一个结果,所以当时我们提出了一个新的想法,通过网络化把所有的进行,把大网进行小网进行细分,这样才能把它的误差从数10控制到6%,这是我们前面做的一些,通过我们的这个分析,它可以到零点几,就达到一个房间是没问题的。第三个多元精度因子,前面提出很经典的一个叫精度因子的概念,来满足我们优化的最优定位的需要,后来我们提出了一个叫多元精度因子的概念,就把不同等级的网融合到一起,目标是希望精度更高,来达到这种要求,要不然就是不好的网跟好的网在一起的时候,它变好变坏很难评价。它的定位能力可以从零点几到几米之间,这就可以满足一个房间的定位需求。

  第三个刚才提到导航,我们现在导航定位也是跟人服务的,其实在导航服务过程中,不管是驾驶汽车还是导航,周边驾驶变化的,今天下午会场是这个状态,可能明天下午就不是这个状态,那我们的位置定位,服务到底怎么弄?这里面就带了一系列的问题,那么无线导航现在做到一米范围之内,我们是不是可以把图像给它结合到一起,这样可以进入环境感知,在1-3米空间范围之内,可以做到0.7没有问题,甚至到毫米级,这些应用就可以变得很宽泛了,各种各样的视觉,途径等等,也就不光知道这个地方有人,还知道有谁。第三个就刚才我们前面研究提出了一个概念,咱们前面无线定位网,每一针的针头可以做到探测,其实这种模式相对定位能力比较弱,要在这里面能够实现连续定位,也就原来你要说这个能力,而且不影响,这是前面提的TC,就在移动通信网定位的问题。这是前面我们在一些窗口区里面,对它进行处理,它的好处实际上能通信的地方就能精确定位,这是它的要求,当然中间也有很多技术方法,包括技术方案来支撑,那这样他们就是几十米的电波可以测没问题。但到互联网的时候要求毫秒级,所以到毫秒级也没问题,另外一方空间信息变化,这么多人,这个图像没问题,但是要把很多信息快速的成像不容易。

  现在我们前面跟百度合作,每天都请求现在是350亿人次,所以一次赚一分钱,一年就是一千个亿呗,可能这个数字说出来还不够大,但内容很多。这里面要有空间信息,其实我们原有的空间信息的地理框架可能就满足不了需要了,怎么样快速的,高效的来满足位置服务应用,这就需要做很多工作。这里面也做了很多部署,做了一些研究。这个数字形成大家一看,它的路径挺复杂的,比我们现有的地图空间还复杂,那么在这个里面国家就制定了十一五开始启动新的计划,它一个是怎么样构建一个框架级的定位系统,同时在高精度的区域性,在满足大众和行业的支付需求,而有了这个标准体系作为物质基准就建立起来了。这是整个的服务框架体系。跟全世界咱们移动通信网进行对比,从数十米到一米左右,这是我们前面研究提出的一个叫位置服务的支撑,平台的技术体系,在前面这个基础之上是我们前面科技部的一个计划,这是成都附近,但是下面很不能接受的就是埋在低下到底有多少,埋在哪儿不知道,因为能不能记住手机的位置,对它进行探索,假设把它的位置定位到五米左右,那是不是就可以有效提升?哪怕提升百分之二三十也可以,当时我们就做了方案,这个方案今年刚验收完,做了一套设备,这套设备已经对灾害,所有的手机用户能够进行感知,可以做到五米左右,在这个基础上就知道对它进行实施救援,当然这是跟民政部联合起来做的一个业务服务平台。室外的高精度定位发展也很快,右边的这个是我们的网络,这个网络是全国一千一百多个,精度是满足免费的定位服务能力,那么对于我们城市的自动驾驶来讲,每一个车道级的这种服务能力必须得满足,而真正作为自动驾驶是需要到分米,小于分米就不安全了,有了这张网,城市区里面做自动驾驶就变得很方便,现在我们的车自动铺成还满足不了自动驾驶的需求。但在城市密集区里面可能要做起来也不一定能满足我们的自动驾驶要求了。在室内外的定位我们前面也做了很多的应用推广在很多大型的商场机场都有了,大家进了一些机场会知道,然后作为商场来讲就是带上你的手机就OK了,所以在这个条件下大数据的挖掘就可以做得有特色,到机场我们现在50个航站楼,包括首都机场,其实你们就享受到这种安全的保障至少你来了,后面知道在哪儿业务精准,包括一些救援也好等等。包括我们的T3航站楼,T2航站楼等等都有。

  这是在商场里面,每个人的状态,通过这些点的位置信息可以二十四小时进行监控服务,做大数据分析挖掘,它可以知道大家的需求,包括线上线下状态怎么样可以做系统的分析。这里面有两种颜色,一个灰色一个绿色的,代表两种不同类型的人,有来宾有保安人员等等,对于所有的来宾进行二十四小时的服务,安全保障。刚才说的是室内的物质服务,室内到室外再延伸到海外其实也很复杂,所以这一系列东西的生态搭建体系,就要求,最终其实是咱们国家现在是践行网络强国,这种网络的覆盖,空间变得非常重要,就是说能找位置,最后发现找了一个什么位置没找着就没了,其实找位置还是蛮重要的,包括我们的大数据,它需要做最基础的支撑。最终我们再建立一些叫天地一体化的科学,包括我们的导航卫星,通讯卫星,所有的通信网它都具备定位的能力,而我们前面研究是把一张通信网能够变成一张高精度的定位网,做了一些探索和实践,所有的通信它都可以形成一张高精度的定位服务能力,所以我们所有的位置服务提供,包括空间信息的服务提供重要的支撑,这个可控的信息承载,可靠的信息传输,满足覆盖服务的需求,通过一体化的引擎来服务可信。最终我们要构建满足全时域服务高精度的定位导航服务,最终要构建一个安全保障体系来满足服务的需求。

  还有新的问题现在要加速天地一体通信导航位置服务标准化。好,我就汇报到这儿,谢谢大家。

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