無人機在大型室內體育場館中如何“長眼”絲滑穿行？觀眾進入賽場後如何快速找到自己的位置？遇到突發情況賽場管理者如何進行應急排程？……2025年第九屆亞洲冬季運動會今日在哈爾濱拉開帷幕，在這次冰雪運動盛會上，觀眾和賽事管理者都將擁有與眾不同的全新體驗。
包括北京郵電大學在內的多所高校透過“黑科技”加持，讓亞冬會的比賽場館更加智慧。由北京郵電大學教授鄧中亮及團隊研發的“5G+北斗”廣域無縫融合定位技術，可以實現從室外到室內的無縫導航，便捷地把觀眾引導到所想要去的座位上，提升觀眾的觀賽體驗，助力管理方對於場館執行和人流情況的實時掌握。
該項技術突破了室內衛星訊號弱、無人機無法起飛的行業痛點難題，將在此次亞冬會上進行應用，為賽事的安全管理及應急保障提供強大資料支援。據悉，這也是該項技術在大型體育賽事中首次進行應用。
北京郵電大學博士生王潤民在現場進行演算法除錯。受訪者供圖
解決場館內無衛星訊號的痛點
“觀眾進入場館後，怎麼知道自己在什麼位置？要找的座位離自己多遠？路線怎麼走？有突發情況出現的時候，如何知道出口在哪？最短逃生路徑是什麼？……”北京郵電大學教授鄧中亮一直在思考室內精準定位的應用模式。
“定位、導航”聽起來很尋常，但實際上背後隱藏著一個容易忽略的技術難題。大多數人在日常生活中已經對於衛星定位導航習以為常，衛星導航系統雖然功能強大，但主要解決的都是室外空曠環境的定位問題。在室內、地下、高山峽谷、水下、干擾環境等場景中，由於遮擋和干擾等原因，無法接收到衛星訊號，也就不能透過衛星定位技術獲取精準的位置資訊。
在室內體育場館中也存在同樣的問題。體育場館內衛星訊號弱，無法進行定位導航服務，大家找不到位置怎麼辦？一旦有突發緊急事件，人群怎麼疏散，管理者如何進行應急排程管理？此外，從室外到室內怎麼進行連續性的定位導航服務，實現訊號網路的無縫切換？……這些都是需要解決的問題。
“場館內沒有衛星訊號，但是有通訊訊號。”鄧中亮團隊選擇從在室內覆蓋更為廣泛強大的5G通訊訊號網路入手來解決這一問題。正是基於團隊多年來致力研究的“5G+北斗”廣域無縫融合定位技術，此次亞冬會上也實現了室內外連續定位。這種定位方式不僅提高了定位的準確性，還解決了室內外切換時的定位斷續問題，消除定位盲區。
具體到此次賽事，需要基於上述技術做到場館的“透明化管理”。鄧中亮指出，“需要把場館抽象成一個幾何模型，讓觀眾和管理者對賽場的情況瞭如指掌。這個模型要做到三維立體，從哪個角度看都可以隨意調取，還要做到實時動態，而且響應速度越快越好。”
他進一步解釋，這個模型類似於人們日常使用的車道級導航地圖。“因為整個場館的座位、通道是高低錯落的，所以需要一張高精度的三維圖。基於這樣的幾何模型，便可實現‘數字孿生’。”
這樣一來，每個人都可以透過導航軟體便捷地找到自己的目的位置，在應急救援情景下，管理者也能夠迅速瞭解人們在什麼地方並進行救援排程指揮……“消除時空障礙，一切都很透明，這就是智慧場館。”鄧中亮說道。
給自動駕駛無人機裝上“眼睛”
如何進行高精度的三維建模？團隊把這項工作交給自動駕駛無人機。
無人機的工作是完成場館內部環境的快速三維建模，並不定時進行更新維護。在有突發情況的時候，無人機需要快速進行升空，從空中監控整個場館的人流方向、災害發生點等實時性高的突發狀況，為觀眾有序離場和救援人員有序進場提供實時的資訊支撐。
那麼，無人機在室內飛行時如何感知周圍事物？如何精準將每把座椅和對應的編號準確呈現在三維建模裡？……這就要求無人機擁有機器視覺。
“給無人機裝上‘眼睛’，它要知道遇到什麼東西需要躲開，例如哪裡是牆、哪裡是電梯口，還要知道如何識別障礙物，例如座椅長什麼形狀……它必須要測繪到釐米級的精度才可以精準地服務於定位導航。”這也是研發過程中需要突破的一大難點。
對此，鄧中亮團隊研發了無人裝備室內外自主探索系統，為無人機提供了連續穿梭於室內外複雜環境的能力；同時，基於視覺資訊與AI演算法的保障，實時構建大型建築物內部的三維地圖，尤其對於長走廊、多出入口等複雜場景提供了極高的適配性。
據悉，這一技術融合了視覺採集資訊，採用了基於AI演算法的高精度實時定位和路徑規劃技術，可以為無人機在室內定位的準確性提供技術支撐。
“強大的5G網路，能夠把無人機前端採集到的資訊傳遞到伺服器，透過無人機快速建圖，可以生成實時的數字孿生系統。在北斗訊號觸及不了的地方，完成從室內到室外連續的無人自主的作業。”作為團隊核心成員之一，北京郵電大學博士後張耀解釋道。
“從衛星訊號到通訊訊號，再到機器視覺，透過這些聯合構建起一個多元定位導航系統。”鄧中亮告訴記者。賽事期間，這項技術可賦能亞冬會無人機安防，應急管理和室內導覽等需求。低空安防方面，透過高精度定位技術，可以實時監控無人機等低空飛行物，確保賽事安全；應急管理方面，高精度定位技術可以快速定位事故現場，為救援人員提供準確的導航資訊；室內導覽方面，透過三維地圖建模，可以為觀眾提供清晰的室內導航服務，提升觀賽體驗。
鄧中亮團隊成員在亞冬會場館內進行測試。受訪者供圖
20餘年科研突破室內定位導航的國際難題
據鄧中亮介紹，團隊從去年4月份開始接到運營商提出的這一需求，設計方案、透過認證、實驗驗證、現場測試、調整最佳化……經過一系列複雜周密的幕後工作，終於能讓觀眾們在此次賽事中獲得前所未有的全新體驗，全方位保障賽事順利進行。
實際上，鄧中亮團隊對於此次亞冬會相關問題的迅速響應和突破，依賴於其在該領域內20多年來不斷突破打下的技術基礎。
“大家對用通訊訊號打電話、發訊息很熟悉了，但是不一定了解用通訊訊號進行定位導航。用通訊訊號做定位導航，挑戰性很大，最早是一個世界性的難題。”鄧中亮告訴記者，其中的主要瓶頸在於，透過原來的技術，要想精準測量通訊訊號，很容易出現巨大誤差，很難實現在室內短距離範圍內的精準定位。
“我們一直在研究這個問題。能不能利用豐富的通訊網路資源，用技術為它重新賦能來解決高精度的定位導航問題。這樣一來，很多問題就都好解決了。”鄧中亮說。
據悉，鄧中亮長期致力於無線網路定位科學研究與工程實踐，率領團隊在基於行動網路的廣域室內外定位關鍵技術方面取得了重大突破。
團隊在多個北斗重大專項、國家重點研發計劃、863計劃等國家重大專案支援下，首創了TC-OFDM通導融合定位新體制。該體制在行動通訊網路的通訊訊號背景噪聲下嵌入一個可連續測量的定位訊號，攻克了多徑與非視距識別測量、定位-通訊耦合測距、相關干擾等系列難題，與室外衛星導航系統結合，形成了廣域無線網路室內定位理論與技術體系，建立了室內外多尺度無線網路定位導航架構，實現了導航通訊一體化，室內外廣域實時定位精度優於1米，成功解決了“無線通訊網高精度定位與低成本應用”國際難題。據悉，經業內多位院士專家鑑定，該技術已達到國際領先水平。經過團隊多年努力，這項技術也演變成了5G國際標準中的一部分，使5G網路擁有了室內外高精度定位能力。
這樣一個多元定位導航系統，涉及多個學科交叉融合。通訊、電子、控制、測繪……鄧中亮所率的團隊就有著多學科交叉的背景。記者瞭解到，這個團隊中，有不少是青年教師，還有大量的博士生、碩士生成為研究的主力軍。
鄧中亮指出，碩士生、博士生的創新能力是在面向國家重大需求的專案中，提取關鍵技術與科學問題、進行突破來培養的。“比較艱苦，但只有經過這個過程才能更好地創新，成為高水平人才。”
“有問題、有挑戰才有研究價值，做科研就是要尋找問題、解決問題，對我來說，這是一種樂趣，我樂在其中。”鄧中亮說道。
“5G+北斗”融合將創造大量新應用模式
“5G+北斗”廣域無縫融合定位技術的成功應用，展示了科技賦能體育賽事的廣闊前景。隨著技術的不斷進步和應用場景的拓展，這項突破性成果不僅可服務於體育場景，還能夠在物流運輸、應急救援、工業自動化等領域創造更多價值。
伴隨著“一帶一路”“網際網路+”“中國製造2025”等重大戰略的提出，以及移動網際網路和電子商務的快速發展，對室內外位置服務的需求與日俱增。記者瞭解到，室內外無縫位置服務已成為我國發展戰略新興產業的重大需求，是國際科技經濟競爭焦點。
而5G可以助力北斗解決室內“最後一公里”問題。“北斗和5G的融合會產生質的變化。”鄧中亮介紹，二者可以相互配合形成“衛星主外、5G主內”的局面，從而為海量使用者提供室內外無縫高精度的時空資訊服務。5G網路可以利用自身優亞米級的定位能力，與北斗形成室內外定位覆蓋互補。
這項技術為國家應急救援、公共安全及廣域室內外導航定位服務提供了重要的技術基礎，具有廣泛的應用前景。
他進一步指出，人們生活中80%的資訊與“位置”有關，室內外位置服務（LBS）已成為人們日常工作、生活所必須的一項基本服務需求，尤其在大型複雜的室內環境中，如大型商超群、機場、醫院、地下礦井等區域。精準室內外位置服務在國家安全、應急救援、車輛導航、反恐維穩、特殊人群關愛等領域至關重要。
同時，室內外無縫的高精度時空資訊也是支撐國家安全、智慧城市、移動互聯以及多業態服務的重要基礎。“隨著智慧醫療、智慧工廠、智慧樓宇、智慧交通等應用場景的普及，海量位置服務資料請求將對現有的北斗定位系統提出挑戰。我們要從消費網際網路走向工業網際網路。不只是為人服務，而是成為萬物智聯的基礎。”
鄧中亮表示，“5G+北斗”的融合將創造出大量的新型應用模式，推動未來虛擬實境、智慧製造、自動駕駛等垂直行業應用落地，對國家安全和智慧社會的發展具有重大的戰略意義。
新京報記者 馮琪
編輯 繆晨霞 校對 楊利
