巧借5G设施,将北斗导航延伸至地下******
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)
讲究实用的墨子(子曰诗云)******
墨家巨子田鸠去拜会楚王。楚王问他:“墨子是赫赫有名的学者。他的亲身实践还算可以,可为什么他讲的话虽然很多,却不动听呢?”
田鸠先讲了两个故事。一个是说,秦王把女儿嫁给晋国公子,陪嫁的媵妾有70人,衣着都很华丽。到了晋国,晋国人反而喜欢陪嫁的妾,而看不上秦王的女儿。
再一个故事很有名,买椟还珠,说有个楚国人到郑国去卖宝珠。他用名贵的木兰香木做了一个精美的匣子,用香料熏烤,用珠玉点缀,用玫瑰装饰,用翡翠衬托。结果郑国人只买了他的匣子,却退还了宝珠。
田鸠得出结论:当今世人的言谈,说的尽是些华丽动听的辞令。君主往往只欣赏言辞的华美,却忽视了它的实用价值。墨子的学说传授先王治国的办法,阐述圣人的言论并宣告于天下人。假如只想使言辞动听,那恐怕人们就会只追求言辞华美而忽视它的实用价值,因为言辞而损害了实用。所以墨子讲的话虽然很多,但是不动听。
上述对话见于《韩非子》,说明当时学者对于墨家学说“多而不辩”的特点很清楚。这与我们阅读《墨子》时的感觉一致。与诸子文章相比,《墨子》可能无《论语》的简约,无《孟子》的雄辩,无《荀子》的精细,无《庄子》的奇诡,这与墨子、墨家学说重实利的特点有关。
墨家祖师墨子,一般认为是春秋战国之际的鲁国人,工匠出身。儒道墨法,先秦最重要的四家学派,孔子、老子、韩非子在《史记》中都有自己的传记,唯独墨子,司马迁只在《孟子荀卿列传》里附带提了这么短短一句:“墨翟是宋国的大臣,在军事上擅长守卫,在思想上主张俭朴节约。有人说他和孔子是同时代人,也有人说他比孔子晚。”
这说明早在汉初之际,墨家就已衰落到乏人问津的田地了,接下来又沉默了几乎2000年,一直到清末民国时期,才被重新发现。当时一批著名学者整理注解《墨子》,诠释发扬墨学,让墨子重新回到人们视野中来。
于是,今天我们得以看到,墨子以一介平民的身份,保持着席不暇暖的勤奋状态,终日奔走在制止战争、劝说兼爱的路上,具有一种摩顶放踵的牺牲精神。因此,他开创的墨家,被认为是中国传统文化中最具有救世情怀的学派。其观点集中在《墨子》一书中。
《墨子》成书于战国时期,今存53篇,内容驳杂,按照胡适、梁启超等学者的观点,大概可以分成5组。
第一组《亲士》《修身》《所染》《法仪》《七患》《辞过》《三辩》这7篇,都是后人伪造的。前3篇全无墨家口气,颇有道家儒家言论。后4篇是根据墨家余论而作,可以看做墨学概要,梁启超认为应当先读。
第二组包括《尚贤》《尚同》《兼爱》《非攻》《节用》《节葬》《天志》《明鬼》《非乐》《非命》《非儒》等24篇,多“子墨子曰”的字样,应该是弟子记录、推演墨子学说的文本,也有后人加入的内容。
这些篇章每个主题都分上中下3篇,文义大同小异,为何如此?民国学者陈柱做了一番复盘:“余意墨子随地演说,弟子各有记录,言有时而详略,记有时而繁简,是以各有三篇。当时演说,或不止三次,所记亦不止三篇。然古人以三为成数,……故编辑《墨子》书者,仅存三篇,以备参考,其或以此乎?”很有道理,但细读文本可以发现每个主题的上篇往往比中下篇的逻辑更严密、论说更到位,有学者推测上篇的形成比中下篇要晚,因此更加成熟一些。编辑者把最好的文本置于最前,说明深谙传播之道。
第三组《经》《经说》《大取》《小取》等6篇,既不是墨子的书,也不是墨者记墨子学说之书,而是与惠施、公孙龙等名家学说十分接近。惠施、公孙龙的学说,差不多全保存在这6篇之内。
第四组包括《耕柱》《贵义》《公孟》《鲁问》《公输》5篇,是墨家后人将墨子言行编辑而成,类似《论语》。其中很多材料比第二组还重要。
第五组从《备城门》到《杂守》11篇,所记皆墨家守城之法,在《汉书·艺文志》的分类中属于“兵技巧”,也夹杂着一些阴阳学说。
总之,集中体现墨子思想的,是第二和第四组文章。清代学者孙诒让说,读墨子,从《尚贤》到《非命》就够了。从中可以看出,墨家是儒家最早的反对派和论敌。儒家说爱有差等,墨子就说要兼爱;儒者讲究厚葬,墨子提倡薄葬;孔子推崇音乐,墨子就说非乐;儒学远鬼知命,墨子明鬼非命……可以说,凡是儒家支持的,墨家就反对;凡是儒家反对的,墨家就支持。因此,读完《论语》看《墨子》,就像去完极地去赤道,冰火两重天。
值得一提的是,第三组和第五组文章,在逻辑学、光学、物理学、兵法等诸多方面对中国古代科技有卓越贡献。李约瑟就曾据此称赞“墨家的科学成就超过整个古希腊”。是不是过誉暂且不论,极力肯定的背后说明墨家在这方面确实有两把刷子。(熊 建)
(文图:赵筱尘 巫邓炎)