說(shuō)這話(huà)的人是北京郵電大學(xué)教授、博士生導師鄧中亮。作為業(yè)界頂尖科學(xué)家，鄧中亮還有多重身份，比如國際歐亞科學(xué)院院士、災備技術(shù)國家工程技術(shù)研究中心主任、國家863項目負責人等等，也證明了鄧教授在學(xué)術(shù)領(lǐng)域的重磅地位。
北京郵電大學(xué)教授 鄧中亮
許多人可能好奇，定位導航這技術(shù)的應用點(diǎn)在哪里？除了日常出行定位，這項技術(shù)的應用場(chǎng)景還有哪些？未來(lái)定位導航技術(shù)的領(lǐng)先會(huì )為國家發(fā)展、大眾生活帶來(lái)哪些變化？帶著(zhù)這些問(wèn)題，我們采訪(fǎng)了鄧中亮教授，也同時(shí)打開(kāi)了定位導航領(lǐng)域新世界的大門(mén)。
從“天網(wǎng)”到“地網(wǎng)”，定位導航領(lǐng)域面臨新課題
當今社會(huì )中，手機已經(jīng)成為了我們最為依賴(lài)的數碼設備，而出行使用導航也是當下許多人的習慣。但如果稍有留意你就會(huì )發(fā)現，無(wú)論是高德還是百度，都會(huì )有“北斗衛星為您導航”的提示，這也是北斗衛星導航商業(yè)化應用的最直接體現。其實(shí)從2020年7月31日我國開(kāi)啟了全球服務(wù)伊始，北斗衛星導航就被廣泛應用于航空、航海、通信、電力、交通、測繪等多個(gè)領(lǐng)域，如今更是覆蓋了全球200多個(gè)國家和地區用戶(hù)，成為了聯(lián)合國認可的四大全球衛星導航系統之一。
但衛星導航應用也不是萬(wàn)能的。許多人都有類(lèi)似的經(jīng)驗——當我們身處室內，比如辦公室或者商場(chǎng)的時(shí)候，衛星導航定位就會(huì )出現比較大的誤差，手機也會(huì )提示“衛星信號弱”，這時(shí)候的定位系統就需要一種全新的室內定位方式。正如鄧中亮教授在采訪(fǎng)中提到的——“遮蔽空間和半遮蔽空間的環(huán)境非常復雜，衛星信號往往無(wú)法到達，可能被阻擋或干擾，這就產(chǎn)生了與我們需求之間的矛盾，而我們面臨的問(wèn)題是如何解決這種矛盾”。
為了解決這個(gè)問(wèn)題，業(yè)界展開(kāi)過(guò)很多研究，也提出了包括圖像、無(wú)線(xiàn)、地磁、慣導等多種室內定位技術(shù)類(lèi)型，其中僅就無(wú)線(xiàn)定位技術(shù)來(lái)說(shuō)，就包括Wi-Fi、BLE、UWB、ZigBee、RFID等多種類(lèi)型，可謂是五花八門(mén)、千頭萬(wàn)緒。而面對這些選擇，鄧中亮教授在經(jīng)過(guò)多年鉆研與探索，提出了天地一體定位架構，通過(guò)北斗+移動(dòng)通信網(wǎng)等多源融合定位等系列新技術(shù)，突破了異構系統融合定位難題，實(shí)現跨物理層的信號融合，使得天地一體定位精度進(jìn)一步提高。
“5G是‘地上的網(wǎng)’，北斗是‘天上的網(wǎng)’，5G解決地面復雜空間信號覆蓋的問(wèn)題，北斗解決時(shí)間基準的問(wèn)題，北斗+5G的融合與相互賦能帶來(lái)了海量的高精度、高時(shí)效的地理大數據”，在談到技術(shù)優(yōu)勢的時(shí)候，鄧中亮教授介紹說(shuō)。在他看來(lái)，5G網(wǎng)絡(luò )的最大優(yōu)勢就是速度快、時(shí)延低、允許接入的用戶(hù)多，現在也有了高精度定位的能力；而北斗系統，無(wú)論是測速精度還是授時(shí)精度、包括服務(wù)的可靠性都在行業(yè)前列。如此一來(lái)，二者的結合就可以滿(mǎn)足全覆蓋的高精度需求，發(fā)揮強強聯(lián)手的優(yōu)勢。
這也解釋了鄧中亮教授研究的初衷。作為業(yè)界頂尖學(xué)者、2014年全國十大科技創(chuàng )新人物、2020年獲全國創(chuàng )新?tīng)幭泉劔@得者，鄧中亮教授在無(wú)線(xiàn)定位理論、技術(shù)研究與工程實(shí)踐領(lǐng)域深耕了20多年，也多次榮獲國家技術(shù)發(fā)明獎和國家科技進(jìn)步獎等獎項，發(fā)表核心論文超200篇，獲授權發(fā)明專(zhuān)利超百項。在他的帶領(lǐng)下，目前北郵核心團隊已經(jīng)培養了國內外博士20余名，碩士200余名，為我國網(wǎng)絡(luò )與位置服務(wù)領(lǐng)域培養了一批富有創(chuàng )新能力的師資隊伍和產(chǎn)學(xué)研人才，為構筑國家無(wú)線(xiàn)定位領(lǐng)域研究與教學(xué)高地做出了重要貢獻。
厘米級定位，打造世界領(lǐng)先的定位平臺
早在2014年，在國家多個(gè)部委支持下，鄧中亮教授帶領(lǐng)團隊研制了“羲和”系統，提出了高精度定位與通信融合的新型信號體制，把通信網(wǎng)變成了一張既能通信網(wǎng)、又能高精度定位的網(wǎng)。
“羲和”，這個(gè)以中國傳說(shuō)中太陽(yáng)神命名的稱(chēng)呼，正如陽(yáng)光那樣普照大地，其定位能力也達到了室外亞米級、城市室內優(yōu)于3米的無(wú)縫定位導航能力，率先解決了北斗衛星導航系統的“最后一公里”瓶頸，是我國在室內位置服務(wù)科學(xué)研究技術(shù)的重大突破，經(jīng)由多名院士專(zhuān)家組成的專(zhuān)家委員會(huì )鑒定達到國際領(lǐng)先水平。值得一提的是，“羲和計劃”不僅僅是研制了一套系統，更形成了幾百項自主知識產(chǎn)權和一系列關(guān)鍵技術(shù)突破，相關(guān)研究還拉動(dòng)了從芯片到終端、從基站到網(wǎng)絡(luò )、從運營(yíng)到服務(wù)的整個(gè)導航通信產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展。
但隨著(zhù)時(shí)間的發(fā)展，鄧中亮教授已經(jīng)不滿(mǎn)足于這樣的定位精度，為此他借助通信融合“共頻帶”定位方法、無(wú)線(xiàn)融合快速定位關(guān)聯(lián)計算方法、多系統融合高可靠定位等多種前沿技術(shù)手段，打造出了天地聯(lián)合定位架構，建設了世界首個(gè)室內外無(wú)縫高精度導航位置服務(wù)平臺。
天地一體定位是鄧中亮教授多年研究的重要成果，也是解決全時(shí)空定位導航難題的關(guān)鍵。上文提到，要想解決室內外定位差異的問(wèn)題，就需要實(shí)現通信導航融合，將室外高精度定位延伸至室內，借助于5G技術(shù)實(shí)現位置精準感知服務(wù)，最終達到室內外全空間無(wú)縫高精度定位的效果。而在談到為什么選擇5G而不是其他技術(shù)的時(shí)候，鄧中亮教授也是感悟良多。
“過(guò)去的技術(shù)限制了通信網(wǎng)絡(luò )的位置服務(wù)應用范圍和效能，但現在國家花費巨資打造了全面覆蓋的5G網(wǎng)絡(luò )。隨著(zhù)5G定位技術(shù)的突破，這張網(wǎng)絡(luò )的潛力被充分釋放出來(lái)，它可以實(shí)現分米級甚至更高精度的定位，這是前所未有的進(jìn)步。未來(lái)全球范圍內的通信、導航、定位需求都可以在這張網(wǎng)絡(luò )上得到滿(mǎn)足，這讓它成為了全世界的共同選擇和共同目標”。鄧中亮教授此時(shí)有些激動(dòng)，面對如此巨大投入的網(wǎng)絡(luò )，僅產(chǎn)生通話(huà)價(jià)值是遠遠不夠的，鄧中亮教授更希望借助于5G的技術(shù)優(yōu)勢，實(shí)現無(wú)縫定位技術(shù)的突破。
“賦予通信網(wǎng)高精度的定位能力是全球關(guān)注的重點(diǎn)和核心”。據2023年全球數字經(jīng)濟大會(huì )報告顯示：截至4月底，全國累計建成5G基站超過(guò)273萬(wàn)個(gè)，5G網(wǎng)絡(luò )覆蓋所有的地級市，5G移動(dòng)電話(huà)用戶(hù)6.34億戶(hù)，千兆光網(wǎng)用戶(hù)突破1億戶(hù)，移動(dòng)物聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)達19.84億戶(hù)。即便承載了如此龐大的用戶(hù)，5G網(wǎng)絡(luò )依然有著(zhù)充分的應用活力，5G網(wǎng)絡(luò )的高帶寬、低時(shí)延對于物聯(lián)網(wǎng)應用等技術(shù)覆蓋也起到了關(guān)鍵的橋梁作用。
這樣一來(lái)，以導航衛星為核心，再整合所有5G通信網(wǎng)資源，就可以形成一張用于定位服務(wù)的網(wǎng)絡(luò )，而且不需要單獨去建設。通過(guò)將衛星定位系統與無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)相結合，可以實(shí)現更加全面和智能的定位導航服務(wù)，也可以應用在交通、制造等眾多領(lǐng)域當中——“解決通信和導航之間的矛盾，將通信和導航融為一體，將產(chǎn)生非常巨大的應用前景。”
“我們取得了很大的突破，我們的定位精度在與國際巨頭的比較中處于領(lǐng)先地位，這表明我們在定位導航領(lǐng)域取得了顯著(zhù)的進(jìn)步和成就”。在采訪(fǎng)中，我可以明顯感覺(jué)到鄧教授在談及自身研究成果時(shí)的自信與底氣。當提到該技術(shù)位于“世界前列”的時(shí)候，鄧教授特別強調——不是前列，而是領(lǐng)先。
這也是頂尖科學(xué)家實(shí)事求是的態(tài)度。一直以來(lái)，科技被視為第一生產(chǎn)力，而領(lǐng)先的技術(shù)更可以推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的快速升級，從而奠定中國在該領(lǐng)域的領(lǐng)軍地位。具體到定位導航領(lǐng)域，鄧教授通過(guò)打造隱嵌信噪融合體系，解決了困擾多年的世界難題，形成了在技術(shù)上的大幅度突破。不僅如此，他已經(jīng)將該體系融入新的5G國際標準，也證明了中國在這一領(lǐng)域研究的頂尖優(yōu)勢，甚至鄧教授也自豪的表示——當2017-2018年，當其他國家還只有米級定位的時(shí)候，我們的北斗+5G室內外無(wú)縫定位技術(shù)已經(jīng)可以實(shí)現分米級以上精度的定位。
持續保持技術(shù)領(lǐng)先，打造開(kāi)放合作的生態(tài)系統
眾所周知，全球四大導航系統中，除了我們自己的北斗，還有美國全球定位系統(GPS)、俄羅斯“格洛納斯”系統和歐洲“伽利略”系統。如今，我們已經(jīng)借助于北斗+5G室內外無(wú)縫定位技術(shù)站在了世界前列，那么我們的優(yōu)勢在哪里，其他國家是否具備挑戰我們的實(shí)力，對我們造成威脅呢？針對這個(gè)問(wèn)題，鄧教授也給出了自己的回答。
在他看來(lái)，任何技術(shù)發(fā)展都需要最終的應用落地。無(wú)論是我們的北斗還是國外的GPS，也無(wú)論是5G定位還是WiFi、藍牙乃至于偽衛星，每一種技術(shù)的落地都需要獨立投資和運營(yíng)。也正因為如此，如果不加以合理規劃和整合，不同技術(shù)的應用智慧導致資源的浪費和效率低下。“我們的出發(fā)點(diǎn)是通過(guò)將5G網(wǎng)絡(luò )賦能高精度定位能力，以便在應用時(shí)更加方便和高效。通過(guò)這種方式，我們可以利用已有的通信基礎設施，同時(shí)賦能高精度定位導航的能力，從而節省大量的資源和成本，實(shí)現更好的定位服務(wù)”。
這不僅是技術(shù)問(wèn)題，更是運營(yíng)成本與可持續發(fā)展的問(wèn)題。“衛星定位導航之所以被選擇，一個(gè)重要的原因是其成本相對較低，只需投入600多億人民幣就可以實(shí)現全球覆蓋，只要沒(méi)有遮擋，就可以實(shí)現定位導航。對于很多空間目標來(lái)說(shuō)，它已經(jīng)能夠解決問(wèn)題，所以這是一個(gè)很有吸引力的方案。另一方面，現在通信網(wǎng)的能力已經(jīng)相對較強，比如5G網(wǎng)絡(luò )已經(jīng)達到了Gbps級的通信能力。在這種情況下，是否還需要類(lèi)似Wifi、藍牙、超寬帶和偽衛星這樣的技術(shù)來(lái)建設地面定位網(wǎng)，確實(shí)是一個(gè)值得探討和思考的問(wèn)題。因此，未來(lái)的發(fā)展趨勢需要仔細研究和評估”。
對于那些還在糾結于使用何種技術(shù)的研究人員來(lái)說(shuō)，鄧教授的一席話(huà)可謂是醍醐灌頂，也從技術(shù)、應用、發(fā)展等多個(gè)角度對當下的定位導航領(lǐng)域進(jìn)行了深度分析。當然他也承認未來(lái)或許還有更先進(jìn)的技術(shù)出現，這也恰恰要求科學(xué)家們持續的研發(fā)和創(chuàng )新，但就目前應用來(lái)說(shuō)，5G已經(jīng)成為業(yè)界最主流、也是最佳的選擇。“我們走在世界領(lǐng)先地位，更是在整個(gè)通信定位技術(shù)領(lǐng)域的最前沿。我們將繼續努力保持這一領(lǐng)先地位，為世界的科技進(jìn)步和社會(huì )發(fā)展做出更大的貢獻”。
這就是鄧中亮教授的家國情懷，也是他“技術(shù)報國”精神的最好體現。當然對于應用來(lái)說(shuō)，如何能夠快速、高效、低成本、大范圍的落地也是關(guān)乎未來(lái)國家發(fā)展與大眾應用的關(guān)鍵問(wèn)題。在談到生態(tài)建設與合作伙伴拓展的時(shí)候，鄧中亮教授也表示愿意打造“一個(gè)開(kāi)放、合作的生態(tài)系統”——如果我們能夠建立更加開(kāi)放的共識，充分利用互聯(lián)網(wǎng)和信息技術(shù)的優(yōu)勢，將我們的成果共享給需要的人，不僅可以推動(dòng)技術(shù)的快速發(fā)展，也可以獲得更多的合作和支持。因此，我堅信，只有形成更加開(kāi)放、包容的科技生態(tài)系統，我們才能更好地促進(jìn)科技成果的轉化和應用，為國家和社會(huì )經(jīng)濟的發(fā)展作出更大的貢獻。這需要我們共同努力，解決相關(guān)的問(wèn)題，形成更加開(kāi)放和合作的科技文化。
我們正處在一個(gè)數字化發(fā)展、萬(wàn)物互聯(lián)的智能化時(shí)代。在這個(gè)時(shí)代中，人與人的交互已經(jīng)不是全部，未來(lái)我們更多要像科幻電影中看到的那樣，進(jìn)行人與物甚至物與物之間的交互，這將是萬(wàn)物互聯(lián)的世界。而要實(shí)現這一點(diǎn)，就意味著(zhù)需要精準的感知，需要讓數據在萬(wàn)物之間自由流動(dòng)，而鄧中亮教授所研究的、所要實(shí)現的也正是如此。
如今，“北斗+5G”室內外無(wú)縫定位技術(shù)憑借著(zhù)技術(shù)上的領(lǐng)先優(yōu)勢，已經(jīng)應用在諸多領(lǐng)域中，比如智慧城市管理中的城市精細化管理、現代物流中的倉儲配送與存放、綠色智慧樓宇、智慧醫療、智能制造、智慧礦山等多個(gè)場(chǎng)景中。
正如鄧中亮教授在采訪(fǎng)中提到的：“’要服務(wù)全球、造福于人類(lèi)’，這就對我們的技術(shù)和服務(wù)提出了更高的要求。我們也將積極尋求解決方案，使得整個(gè)系統能夠更加精準地測量定位，實(shí)現網(wǎng)絡(luò )之間的協(xié)同工作，并融入智能控制，以應對各種復雜場(chǎng)景”。
