中国新基建的法门：北斗羲和

邓中亮主持研发基于移动通信网络的室内外高精度定位实验系统，实现了导航与移动通信的融合，他使中国室外以北斗全球卫星导航系统为基础、室内以移动通信网为基础的“羲和”系统实现了室内外协同实时精密定位，定位导航精度一举超过GPS。 特别是近年来他带领团队在“远海域定位导航与通信关键技术”突破了系列国际难题，取得了多项国际首创的科研成果，并在远海作业、海上勘探、港口建设、航道疏浚、海上救援等领域得到了广泛应用，取得了显著的经济效益和社会效益。

本文来自微信公众号：CC讲坛（ID：ccjt2014），作者：邓中亮（北京邮电大学教授博士生导师智能通信、导航与微纳系统实验室主任），原标题：《邓中亮：北斗羲和比GPS更精准的定位导航》，封面图：IC photo

2013年10月11日，在石景山苹果园的一个商场着火了这场火灾夺去了，我们两位武警战士宝贵的生命。更让人记忆犹新的是这两位战士，在失去生命之前提到了两句话：第一句话是我迷路了；第二句话是我的氧气不足了。大家试想一下，在浓烟滚滚的商场里面，“看”是不解决问题的，“找”因为太大，找不到。从早上9点开始到下午4点，这一段时间都在找他们俩，没找着。到了4点左右的时候，才发现他们俩被压在一个物体下面，牺牲了。

大家或许会想，我们的科学技术发展到了今天，难道连两个人在一个商场里面还找不着吗？大家每个人都会有一个手机，请大家拿出你的手机，打开看一看定位，看看我们坐在这个大礼堂里面，能否找到我们的位置。很显然你找不着，你所在的位置是一个大的圆圈，这个圆圈的半径可能是50米，甚至是数百米。卫星导航因为在天上，离地面太远，它的信号到了地面已经很弱，特别有建筑物遮挡的时候，这个信号就变得更弱了。手机收不到这种信号，它也就不能定位导航。当然你在窗边偶尔能收着，定位误差至少得几十米以外。

空间有四大卫星系统，第一个是美国的GPS，第二个是俄罗斯的格洛纳斯，第三个是咱们国家的北斗，第四个是欧洲的伽利略。

咱们的北斗从2012年底开始，已经面向亚太地区，提供位置服务和定位导航服务。咱们发现所有的卫星系统，都在天上运行，它在室外可以成功解决好我们的定位与导航的问题。当你开车的时候，你会用你的导航仪，很方便按导航的路线行进。你要找一个餐馆或者找一个商场所在地的时候，你会打开你的手机，一样地可以找到你的位置，记住你们所有的位置都是在室外进行的。我们人们80%的时间，其实都在室内呆着，那就意味着你80%时间，享受不到这种位置导航服务。那么位置导航服务，到底有什么好处呢？

咱们经常听关爱空巢老人，所谓的空巢老人就是一个人在家，孩子们都很担心，很多老人经常会走失，或者在家里发生了事故不知道。就跟刚才我们消防救援一样的，很多人死亡一个礼拜以后才能找着，才知道发生了事故了。还有我们的儿童，我们每年走失的儿童超过20万。

我们的高铁全球第一，线路很长，占到45%。大家想想，很多高铁除了隧道就是桥梁，过了桥梁又是隧道。我们的速度300公里，现在向500公里发展，那么一个隧道的任何一个物品落下，都会造成事故。

大家想想，室内的定位，包括我们当今的智慧城市，物联网等等，都离不开精确的位置信息。我从2003年回国，就开始在思考，咱们国家2005年开始启动了，16个重大专项，当时北斗重大专项是其中之一。我们用什么方法，可以把室内室外，这种高精度定位问题能够解决。北京邮电大学是从事通讯事业发展的一个高等学府，对通讯我们很熟，无论是3G、4G，还是在未来的5G，北邮发挥了很好的作用。通讯大家不陌生，在任何地方你都能打电话，它几乎覆盖了咱们国土面积的40%多，除了海洋以外。

那既然能通讯，是否可以作为精确定位？这个问题我不是第一个来思考的，全世界所有的国家都在思考这个问题。能否用这张通讯网，来获取我们的精确位置信息呢？美国、欧洲做了很多实验，特别是用2G、3G网，他最好做到了40米，当然有人在4G网可以做出28米。

现在我们所在的这个大厅很大，在你的宿舍恐怕也就3米高，十几平米。高度方向不能超过正负1米的误差，水平方向不能超过正负3米。卫星在室外的定位能力，是10米到15米。就算把这个能力搬进到室内，也解决不了你的问题，就不能精确到楼层房间。而打电话到处都可以打，你的手机不会串音，你就是你，他就是他。

这张网如果能够作为精确定位，是非常有价值，非常有优势的。地面有600多万个基站，咱们国家有200万个基站，任何一张网的建设，我们投入都超千亿，远高于我们的卫星系统。而它每年的营业收入，也是上万亿，所以它是一张非常好的运营状态的网。那么在这张网的基础上，把它功能进一步地挖掘发挥，实现这个高精度位置服务，就可以解决卫星解决不了的问题。

当时有人提出来，国外做了那么长时间没做好，你是否可以?

所以，面对压力和挑战，我们努力去尝试。

这张图展示了我们的手机终端在室外可以接受到卫星信号，同时也可以接收到基站信号，四颗卫星就可以算出你的位置来。算的方法就是把卫星到你手机端的直线距离算出来，知道卫星的位置，就能算出你的位置。这是很简单的一个几何原理，在地面我们试想一下，是否可以测到手机到基站的距离，知道三个基站的位置，就能算出你的位置来呢？当然原理上没有问题，但你怎么去做，全世界都没有做出来。

第一，说明这个信号本身有问题，咱们回想一下，卫星导航用的就是通讯体制，没有通讯技术，就没有卫星导航。既然如此，它依托的是通讯技术，可以做出定位，在地面其实也是可以的。

第二，卫星到你手机端的定位解算是要算出直线距离，可是我们在这屋里面是看不见任何基站的。基站到你手机信号的传播的时间是把所有的传播路径都加在一起，这个路径是远超过于我们的直线距离的，在城市平均误差达500米，你必须得晓得还有多径等等。在晓得这个误差以后，你才有可能获得你的高精度位置信息。那么其他的通信技术又能怎么样呢？我们看看，大家熟悉的wifi 蓝牙，苹果手机用wifi蓝牙定位。它可以在局部范围内定得很精确，误差是10%到30%，100米的范围，可以产生30米的误差。而卫星是千分之一到万分之一的误差。我们在基站里面，它是几十米误差，基站能否做到1米，这是全世界的一个难点，是我们大家共同要攻克的一个难题。

我和我的团队，差不多将近10年的奋战，我们提出一套TC-OFDM体制。TC是导航，OFDM是通讯，导航跟通讯的紧密融合，它就可以产生新的效果。是多少？1-3米。跟全球所有的通讯体制的定位导航技术相比，它的定位能力，从40米提升到1-3米。在很多实际情况下，我们在1.5米以里，在我们实验条件下，我们可以达到亚米级。

有人说，你可以做到1个毫米，也就是说张三坐在李四的旁边，在这屋里是非常清楚的。这套技术就利用原有的资源，在功能上进一步进行挖掘，提升它的服务能力。但它可以让我们的通讯运营网，从运营的收入也好，从运营的业务也好，可以再翻上一翻，上万亿的产业链。同时通讯网的技术，它全世界是统一体制，不管4G、5G等等。那么这张网一旦做成，我们所有的通讯网，都可以变成一张高精度位置网，同时又不影响你的通讯能力。它既能定位又能通讯，这是很重要的一个突破。

咱们国家从十一五开始，启动了一个羲和计划。羲和这个名字是来源于我们上古时期一个神的传说，太阳神的母亲叫羲和，她管理的是时间和星座，所以我们把它取名为羲和系统。做这个系统的目的：第一，提升我们北斗室外的定位能力；第二，解决四大卫星导航系统没有解决的室内定位难题。

在室外我们是用北斗，还是用GPS，对老百姓来讲，他只关心哪个卫星好用就会用哪个，并不关心这个导航是哪个国家的。在这个条件下，我们只有把室外的定位能力赶上或者超越GPS，才可能得到推广应用。而GPS占了95%以上的市场，我们要从95%的市场当中，把它争夺回来。

我们的室内定位能力，这两个一对接，我们就可以实现，室外有1米，室内有3米的服务定位能力，提供大位置的服务。大家已经非常了解我们手机的位置服务业务的发展速度，它在2012年的时候，已经超过微信和微博。有了这张网，我们就可以提供，繁杂的位置服务，不管是行业还是领域。

我们在天津，在全国其他40多个城市，开展了羲和系统的应用服务。在天津用于消防，大屏幕上展示的是每一个被救援现场的设备地图，在这个地图上可以反映消防栓，消防官兵，包括被救人员所在位置，一旦清楚这些位置，你可以迅速地到达现场把人救出来。

大家知道，这里边面临几大问题：

第一，我们的基础设施，包括我们的地图，室外地图大家很熟悉，但室内的地图，可不是那么简单，比想象得要复杂。我们把一个房间，把楼层所有都平摊开，北京市建筑的图，室内图比我们室外图要大得多，而且它也复杂得多。所有的这些图，在我们定位过程当中都必须提供好的支撑。

室外地图大家熟悉的人知道，我们开着个汽车，就可以把三维的图，给它生产出来了，边开边生产。而室内的图，在屋里面开不了汽车，而它的面积比室外更复杂，所以室内图的制作过程和它的制作流程，它的应用标准，成了近几年大家关心的重要问题。

第二，通过刚才的位置服务，实际我们就解决了，两年前在苹果园火灾当中发生的问题，有了这个精确的位置信息，至少我们不用担心武警官兵的生命安全。可以有效保障的不光是我们的救援官兵，同时包括我们所有的被救人员的生命财产安全。

刚才提到的老人关爱服务，我们国家有1.6亿的空巢老人，全球有几个亿的空巢老人，有数亿的少年儿童。而老人最害怕的是出了事，没人关心，没人知道，在室外好歹都有人看得见，在屋里没人看得见，所以当时有人说给老人装个摄像头。我跟他开玩笑说：洗澡间不能装摄像头吧，卧室是不能装摄像头，他要摔倒在洗澡间，谁知道呢，死在卧室也没人知道。所以在这个条件下，老人的位置信息非常重要。我记得我们老家，曾经有一个老太太到北京，在鸟巢就走丢了，她的孩子们找了一整个晚上没找着，第三天到收容所把老太太领回来了。老太太非常感慨说：北京人真好，饿了有吃的，还有收容所管我。这样的故事有很多，所以老人关爱变得十分重要，也非常突出。

大家看看这张图，图上的每一个红点是你的位置，当然不是我们今天会堂的位置，我没有去监测大家的位置，这是个商场。我们在全国40多个城市，很多商场都已经配上了这套系统，包括22大航站楼。大家进入商场的时候，你就被感知，被提供服务了。

图上很多区域是按柜台划分的，它不是马路上，不是一个建筑，你在这个商场里面，到过哪些柜台，待了多长时间，你和谁在一起一清二楚。一个商场十几万人，全国上千万人在商场，5秒钟刷新一次，有什么用呢？大家想一想，咱们当今的O2O最担心的是我们产品销售的成本，每个人都希望在线下看线上买，在网上购物的比例，我相信比在商店买东西比例要高得多。商家也担心我下个月生产什么，我下季度生产什么，以往靠的是人海战术，去调查去分析，获得这些数据。而现在我们就可以用这些高科技的技术来作为支撑，进行大数据的挖掘和分析来获取预测我们生产的规模。

去年的光棍节，听说产品退货率最高的达到40%。那么你有什么办法，能够控制这40%到10%，在这个条件下，我们就需要这种高端技术，知道你去过哪儿，爱好什么，喜欢什么，通过这些喜欢爱好行为的分析，来挖掘得出这个结论，货物生产流向，应该是什么样子。所以七天无条件退货，是降低成本很重要一个支撑。

当然位置信息和时间信息都是支撑所有事物运转，支撑所有的建设进程的一个重要的基础元素。有了位置，我们才能够进行各种各样的活动。把位置定位跟互联网，跟移动通讯网，紧密地融合到一起，它会带来新的业务和增值空间，它会创出新的服务模式，从而大幅地提升我们的服务能力。

比方说像咖啡店，像餐饮店，一看人排队很长，我们就走了，想喝杯咖啡，买杯水，你不乐意等。现在手机可以支付，点一下知道你的位置在哪儿，货物就可以送过来，很方便。

我们已经进入了一个大数据时代，在这个时代当中，我们通常在想，到底有什么人，在什么地方，会干什么事。有了这些精确的位置信息，你就可以很容易地联想未来的世界，比方说酒后驾车越来越严重，我相信在座各位很多人都开着车，能不能酒后还可以驾车呢？有，无人驾驶，喝酒就喝酒，喝完了以后，由车子自己驾驶。那就要求我们车道级的定位能力和室内泊车的能力，咱们从北京开到天津无所谓，没问题。

有了这些的技术，我们未来的生活，会发生很大的改变，所以有人说，互联网改变了人们的生活方式，我认为位置网将会改变整个世界。

本文来自微信公众号：CC讲坛（ID：ccjt2014），作者：邓中亮