在雄安新区容东片区的地下停车场,看不到纷繁复杂的线路,大量装备都被“隐藏”在专门的机房里。机房的墙壁上放置着3个小盒子,既有合路器,又有北斗卫星导航室内分布单元,还有运营商的5G基站。在这里,一条线路连接楼顶上方,以获取北斗等卫星的定位信号;一条室分线路连接多个“小蘑菇头”,以实现地下停车场信号无缝覆盖。
在复杂如“迷宫”的地下停车场,找不到自己的车或者开着车找不到出口,是人们经常遇到的尴尬又让人头疼的事情。
如今,在“地上一座城、地下一座城、‘云’上一座城”的河北雄安新区(以下简称雄安新区),精准室内导航技术正在改变这一现状。雄安新区利用“5G+北斗”技术,低成本快速实现了区域地下空间准确定位与导航。即便是身处地下停车场,“智慧”定位导航系统也能够随时告知用户的具体位置,以及下一步该往哪走,让地下通行更加便捷、高效。
瞄准地下精准定位导航难题
人们的切身体会是,在室内尤其是地下开阔空间,定位导航服务远不如地上来得精准且持续。在接受科技日报记者采访时,北京邮电大学信息与通信工程学院副教授路兆铭直言:“当前的室内定位技术解决了定位服务‘有与无’的问题,但尚未解决‘服务质量有保障’的问题。”
当前,雄安新区“地下一座城”已经初具规模。除去高标准建设的、埋藏在地下的城市“大动脉”——城市综合管廊外,城市中地下停车场的面积也非常大。
例如,在雄安新区首个集中建成区——容东片区,众多小区、楼宇的地下停车场全部联通。在大规模的地下空间中,会有大量的人、车、物流动,初入其中很容易迷路,如何实现精准定位导航成为雄安新区“地下一座城”建设过程中面临的问题。
2022年,国家重点研发计划设立“交通基础设施”专项,在5G通信与信号定位领域有长期积累的北京邮电大学信息与通信工程学院,成为“雄安新区交通设施数字化建设示范应用”项目的牵头单位,展开“5G+北斗地下空间组合式定位导航”的课题研究。
作为上述课题负责人,路兆铭告诉记者,为了解决无法实现地下精准定位的难题,“5G+北斗地下空间组合式定位导航”课题组在立项时便设定了三个层级的目标:高精度车辆定位与导航、亚米级人员定位与导航、地上地下一体化无缝定位。
“项目结项时,我们要在雄安新区超大规模地下停车场内实现这三个目标的示范应用,这对我们来说是一个不小的挑战。”路兆铭表示。
北斗卫星信号赋能地下精准导航
“手机在室内有信号,不是靠室外的铁塔基站来实现,而是靠室内分布系统。”路兆铭告诉记者,这个系统并不神秘,就是人们经常在楼道或者家门口看见的那种“小蘑菇头”(信号增强器)。
在雄安新区容东片区的地下停车场,记者举目四望,看不到纷繁复杂的线路,大量装备都被“隐藏”在专门的机房里。机房的墙壁上放置着3个小盒子,既有合路器,又有北斗卫星导航室内分布单元,还有运营商的5G基站。在这里,一条线路连接楼顶上方,以获取北斗等卫星的定位信号;一条室分线路连接多个“小蘑菇头”,以实现地下停车场信号无缝覆盖。
现代楼宇建筑多由钢筋混凝土建成,室外信号被墙体“屏蔽”,需要室内分布系统进行信号的全覆盖。特别是2018年,工业和信息化部要求5G室内信号实现共建共享,运营商将各路信号“混”入统一由中国铁塔股份有限公司提供的关键设备——合路器中。这样,运营商的标准5G室内信号便被合路器分散给各个“小蘑菇头”,以实现信号扩增。
路兆铭科研团队成员“就地取材”,利用现有的4G/5G的室内分布系统,在5G基础设施上混搭北斗卫星导航信号,无需重建基础设施,只用一个简单的“加法”,就让北斗信号“混”入5G信号,构建出了一个精准的地下定位导航系统。
看似简单的操作,背后依靠的是融合定位算法的创新。“我们团队创新性地提出由信号SLAM(即时定位与建图)架构的‘5G+北斗组合式定位算法’,实现时空信息融合,使室内分布系统支持地下1米精度的定位与导航。”路兆铭表示。
从理论上来说,要给物体做空间定位,至少需要3个角度的观测值,而且观测值越多、定位越精准。“好比说,如果一辆车旁边站着10个人,每个人眼中车的位置都是1个观测值,那么当把10个观测值全部融合起来,车辆定位就会更精确。”路兆铭表示,“5G+北斗组合式定位算法”正是将北斗卫星导航信号、5G信号、加速度计等多源位置观测信息融合在一起,精确解算出车辆的当前位置。
除了创新定位算法,路兆铭科研团队还在算法的实际场景应用与优化方面做了大量工作。当技术成型后,2021年初,路兆铭科研团队先在北京邮电大学校园搭建环境进行了算法和技术验证,当年6月到雄安新区容东片区杏秋苑地下停车场搭建了试点,开展了为期一年的驻场技术研发和创新。在这期间,路兆铭科研团队解决了三四十种问题,例如异形路段、从地上到地下的定位与导航衔接等,使地下定位导航系统越来越适用于具体场景。
把导航服务送到更多地下停车场
随着大规模推广示范,目前地下定位导航系统已覆盖容东片区超过20万平方米的地下停车场。
利用“5G+北斗”定位导航技术,在雄安新区可实现停车场人员和车辆准确位置导航。路兆铭告诉记者,这套技术还可以被集成到百度地图、高德地图、雄安行等应用程序中,用户通过手机就能够实现精准定位导航。
路兆铭科研团队在容东片区地下停车场的测试结果显示,他们研发的地下定位导航系统,其室内导航定位精度在2米左右,可以实现找车位等功能。经测算,与此前技术方案相比,这套拥有完全自主知识产权的技术方案可以将整个建设成本节省50%以上。
“现如今,不光是容东片区,容西片区、启东区的地下空间也将推广使用这套地下定位导航系统。”路兆铭表示,作为在雄安新区示范应用的创新技术,这套地下定位导航方案未来还有望被推广至医院、商业综合体、地下矿区、航站楼等地上地下一体化的复杂场景中。
“雄安新区为技术创新提供了现实需求,更为创新技术应用提供了极好的验证平台。”路兆铭表示,借助雄安新区先进的设计理念和丰富齐全的场景需求,潜藏在论文里的新技术与方法得到了转化应用。
“未来,地下精准定位导航技术还将在河南、福建、广东等地不断推进建设。”路兆铭希望,能把精准定位与导航服务送到更多地下停车场中。(科技日报记者 何 亮)
物联网集群擦亮“城市名片”******
2400台工业触摸屏的订单,紧急要求3天内交货,可企业该产品产能只有每天600台。这样的订单,接还是不接?
“以前遇到这种订单,工厂接不了。”无锡普洛菲斯电子有限公司生产运营负责人石勇说,按照以往生产组织模式,临时搭建生产线要向装备厂商订货,周期基本是3到6个月,还要调试、安装,“不过,今年3月,这样的单子我们不仅接了,而且按时保质保量交付了。”
底气来自“5G+积木式柔性生产单元”和“5G+柔性生产执行系统”。由协作机器人以及组装、耐压测试、激光打标、洁净单元等组成的六边形工作台,只用15分钟,就完成了硬件组装。石勇说,经过软件调试,半小时内,每天350台产能的5G柔性生产线就正式投入生产。“新老产线合力,原本4天才能完成的生产任务被压缩到2天半完成,获得了客户的称赞。”
无锡普洛菲斯电子有限公司,是5G与物联网赋能制造业数字化转型的标杆企业。自2009年获批全国唯一国家传感网创新示范区以来,无锡以应用带产业、以示范拓市场、以模式促推广,物联网已成为这座城市的产业地标和城市名片。在工信部2019年组织的国家级先进制造业集群竞赛中,无锡市物联网集群成为首批国家先进制造业集群。2021年,无锡物联网产业以26%的同比增速、3563亿元的产业规模,展现出强劲的发展后劲。
应用先行
完善产业生态,物联网促进生产、走进生活、造福百姓
初冬时节,位于江苏宜兴丁蜀镇的无锡市茶叶研究所山地茶园里,工作人员正在为茶树修剪枝叶、追加有机肥。绿油油的山坳里,4根10多米高的杆子,格外醒目。
“春节前后,茶树开始抽芽。这时无锡的最低温度可能降到零度左右,山坳里湿气大,容易形成霜冻。抽芽期的茶树遭遇霜冻,芽就毁掉了。”技术员董奇说,最近几年,借助茶叶物联网平台,无需安排人工半夜巡视,茶园也没再遭受霜冻的侵害。
奥秘就在那4根高高的杆子上。“上面装着温度传感器等物联网设备和风扇。传感器检测到茶园上部气温低于3摄氏度时,平台系统会自动启动风扇,将山坳里的冷空气吹走,防止结霜。”董奇介绍。
茶叶物联网,只是丁蜀农业物联网小镇众多应用案例中的一个。
“有了物联网,稻田的温度、降雨量、光照强度、风速风向等气象指标能随时查询,还可以通过肥情监测设备收集农作物叶面反射的光谱,分析出农作物的生长指数,获得最优施肥方案。”无锡莲花荡农场技术员许冠华介绍,通过大田物联网平台以及手机应用,坐在办公室,远程遥控水肥一体机灌溉的同时完成精准施肥,不仅一亩地能节约5%的氮肥,出产的“莲花荡”牌大米更是多次获得中国绿色食品博览会金奖。
江苏中农物联网科技有限公司打造的农业物联网总平台,已建成水产养殖、畜禽养殖、大田作物、茶叶种植和设施园艺等农业生产主要领域的物联网示范工程。其中,水产养殖物联网已覆盖宜兴市主要水产养殖乡镇,建成标准化示范区5万亩,并在23个省份推广,取得明显的社会效益和经济效益。
物联网技术与传统农业擦出火花,让农民从田间走向“云端”, 同样的转变在其他行业不胜枚举。
“物联网产业发展初期,无锡坚持典型引路、以点带面,建立了‘试点—示范—推广’的长效激励机制。”无锡物联网创新促进中心理事会秘书长崔健敏说,无锡在全国率先部署电力、食品溯源、水利、车联网等重大应用示范工程22个,涵盖工业、交通、环保、医疗健康、公共安全、城市管理等重点领域,并逐步拓展到全市300多个细分行业,形成一系列“促进生产、走进生活、造福百姓”的智慧解决方案和商业运营“无锡模式”,为全国乃至全球物联网规模化应用提供了示范样板。
应用市场的开拓,离不开生态体系的完善。
——在基础设施方面,无锡在全国率先实现商用NB—IoT窄带物联网全域覆盖,部署全国首个IPv6规模商用网络,5G建设密度、流量驻留比全国领先;建成全球首个城市级车联网LTE—V2X网络,获批建设全国首个国家级车联网先导区。
——在金融方面,建立了“产业基金+银行信贷+保险服务”的综合性金融服务体系,物联网领域基金规模超600亿元,总量全国领先。
——在人才方面,立足“太湖人才计划”,建立了开放、包容、共享的人才机制。截至目前,无锡已集聚物联网各类人才20万人。
创新驱动
培育链主企业,物联网领域超半数的国际标准由无锡主导制定
走进缝纫机生产企业杰克科技股份有限公司浙江台州工厂,原先需要1000多名工人的机壳加工车间里只有30人,复杂的26道加工工序被合并成一个智能机壳加工中心,加工一台缝纫机机壳的时间从1小时缩短至1分钟。
“通过实施‘未来工厂’建设,杰克科技的生产效率提升20%,产品不良率降低20%,企业产品研发周期缩短30%,能源利用率提高10%。”数字化解决方案供应商瀚云科技有限公司工程师宋雅军说,好成绩源自数字化,而数字化的基础是准确采集企业各种机器的生产数据。与不少企业一样,杰克科技的生产设备大多是国外品牌,种类繁多、接口和通信协议不统一,给数据采集和制造执行系统推进带来不小的阻力。瀚云科技独立研发的4G/5G网关、数控网关、多功能开发板等硬件设备,帮助杰克科技解决了350余台高端CNC机床的数据采集难题,并提供了“一键上云”的能力。
作为朗新科技集团的子公司,瀚云科技开发的瀚云HanClouds工业互联网平台,目前已连接5000余家企业、1600余万台设备/产品,先后获得工信部工业互联网产业联盟评定的五星级平台、APP优秀解决方案等国家级奖项60余项。
瀚云工业互联网平台,是无锡物联网产业集群坚持创新驱动、不断增强产业升级动能的一个典型代表。
崔健敏介绍,通过探索建立“技术+模式”自主创新体系,集群内部应用和行业领域高端创新资源加速集聚,获批创建国内首个芯片封装测试领域国家先进制造业创新中心,国家超算中心、国家智能交通综合测试基地、国家物联网感知装备产业计量测试中心等178家“国字号”创新载体相继建成投用。面向行业市场需求的高性能制造执行系统传感器、异构感知数据融合、物联网终端安全防护等一大批创新成果达到国际领先水平。物联网领域超半数的国际标准由无锡主导制定。
创新驱动下的内涵式发展,引导物联网步入量质并重的新阶段。
“截至目前,无锡企业承接的物联网工程已遍及全球78个国家和地区的830多座城市。”无锡市工信局有关负责人介绍,2020年,无锡物联网企业已达3657家,涵盖关联芯片、感知设备、网络通信、智能硬件、应用服务等全产业链条。以卓胜微、先导、信捷为代表的物联网相关领域上市企业高达79家,国家级专精特新“小巨人”企业和制造业单项冠军企业33家,涌现出一批以远景智能、朗新科技、中科微至、航天大为等为代表的行业领军企业,一批“生力军”正在奋力长成“主力军”。以雪浪工业大数据、南山车联网、慧海湾先进感知为特色的差异化产业布局基本形成。
政策保障
注重规划引领,健全市场化、强融合、跨区域的协同体系
初冬时节,一个特殊的车队行进在无锡市锡山区先锋中路上。前向碰撞预警、异常车辆预警、弱势交通参与者碰撞预警、限速预警、闯红灯预警、协作式自适应巡航……“驾驶”这些车辆在全长6.3公里开放道路上平稳行驶的,是一张车、路、云协同的智能网络。
2020年以来,锡山区先后实施了车联网一期、二期示范工程,实现45平方公里内智能网联路侧设施全覆盖。如今,在“车联网小镇”里,一辆辆自动驾驶小巴,悄无声息地接送着居民;一台台造型别致的无人驾驶清扫车,自动洒扫着路面……
融合“聪明的车”“智慧的路”,赋能“智慧的城”,离不开政策先行。仅半年时间内,无锡就发布了《智能网联道路基础设施建设指南第1部分:总则》、起草完成《无锡市车联网发展行动计划(2022—2025年)》,“1个地方法规+1个行动计划+N个标准规范”的车联网规划体系基本形成。
政府与车联网运营主体同步推进、统一运维的常态化建设模式,吸引近300家车联网及智能网联汽车相关企业聚集无锡,其中近65%为智能网联汽车零部件及自动驾驶相关企业,去年核心产业产值已近300亿元。
车联网产业的快速发展,是无锡物联网产业集群发展中强化政策保障、持续优化产业发展环境的缩影。以《无锡国家传感网创新示范区发展规划纲要(2012—2020年)》《无锡市“十四五”物联网产业发展规划》为引领,无锡已滚动实施4轮物联网产业发展三年行动计划,通过“精准滴灌”形成具有系统性和迭代性的推进体系。
把服务落实落细,2018年无锡成立了专门的集群促进组织——无锡物联网创新促进中心。崔健敏介绍,促进中心采取“事业+企业”双轨运营的模式,统筹推进“攻研发”与“建生态”。促进中心建立以来,引进中科院微电子所领军团队研发产业链急需的关键共性技术,创立省级制造业创新中心和产业创新中心,构建了市场化、强融合、跨区域的系统性协同体系,打造了涵盖载体、投资、展会、联盟、智库等多元能力的综合赋能体系。
“1家促进机构+10家专业协会+12家行业联盟”的系统性协同服务网络,让产业集群内企业受益良多。据介绍,无锡每年开展技术研讨、应用推广、合作配套等交流活动500余场,其中尤以供给侧、需求侧对接成效最为突出。注重激活创新“存量”,实施“一所一策”计划,充分释放公安部交研所、中船702所、中电58所等在锡“大院大所”的创新优势,促进技术与资本、成果与市场的有效对接,推动产学研用深度融合,让集群内企业协同创新效率大大提升。
“数字产业集群的一大特点是打破地域界限。”崔健敏说,去年,无锡与上海嘉定、合肥、杭州共建长三角面向物联网领域“感存算一体化”超级中试中心,就是纵深推进跨区域协同、激活产业发展动能的新尝试。
依托先发优势,近三年无锡物联网产业营收平均增速超20%,一场实体经济与数字经济的深度融合正在无锡的产业沃土上生发激荡。记者 王 政
(文图:赵筱尘 巫邓炎)