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非暴露空间产业发展白皮书(2023版)
    更新时间:2024-06-04    点击次数:627次    编辑:宣传部


        


前  言

中央经济工作会议指出,要以科技创新推动产业创新,特别是以颠覆性技术和前沿技术催生新产业、新模式、新动能,发展新质生产力。打造生物制造、商业航天、低空经济等若干战略性新兴产业,广泛应用数智技术、绿色技术,加快传统产业转型升级。近年来,卫星导航、地理信息和轨道交通等行业迎来发展机遇,时空信息、导航定位服务成为行业应用创新的有力突破口和我国数字经济新的增长极。非暴露空间时空信息与位置服务的研究和应用顺应了新质生产力发展的核心要求,开辟了位置服务的新领域新赛道,为卫星导航与位置服务这一战略新兴产业,特别是我国北斗卫星导航产业的高质量跨越发展提供了新动能,促进了高质量经济增长。“北斗+”所带来的新模式和新业态,将促进形成新质生产力,自主可控的位置服务能力将为航天强国、交通强国、数字中国建设奠定坚实基础。

目前,北斗系统最高精度实时处理可到厘米级、事后处理可到毫米级,精准的定位与精准的时间数据相结合,使得时空位置服务拉动诸多产业变革。同时,以以智慧城市发展中的城市轨道交通系统、隧道、煤矿、工厂、商场、医院等为代表的非暴露空间内时空信息与位置服务需求不断增加,超宽带(UWB)、5G/6G、北斗等定位技术迅猛发展、拓展应用,加速促进非暴露空间产业的发展。本次《非暴露空间产业发展白皮书2023版)承接过往发布的《非暴露空间导航与位置服务产业市场分析报告》《非暴露空间产业发展白皮书(2022版)》、《非暴露空间UWB技术》蓝皮书等,总结分析非暴露空间位置服务产业发展现状发展趋势,梳理产业发展格局及重点企业情况,重点阐述2023年非暴露空间产业的技术创新进展和行业热点事件为产业发展提出措施建议,以期为产业创新发展和行业管理提供参考。如有不当之处,敬请指正


编写单位:全图通位置网络有限公司、北京工业大学城市交通学院、北京市经济技术开发区企业协会、北京市地铁运营有限公司、中国电子信息产业发展研究院、香港理工大学、中国科学院国家授时中心

编写组成员:温晓君、陈艳艳、张金颖、秦靓、徐子凡、许世琳、张凯丞、张迪、张开婷、蔺陆洲、钟涛、薛志刚、曹冲、郝明阳、范博、王金、李冬航、张凤民、蔡继征 、楚柏青、刘建、方薇、李莉、岳磊、岳勋、刘思平、张晓光、邓平科、李宇杰、张佳

专家顾问:孙家栋、范本尧、徐冠华、戚发轫 、刘经南 、杨长风 、李德仁、沈荣骏 、何质彬 、陈戈 、欧阳自远、艾克拜尔·伊拉洪 、杨元喜、贾利民、唐涛、王艳辉、郝金明、卢晓春、邵鸣、Ludo Cuypers、丁晓利、李嘉乐、黄廣揚

一、非暴露空间产业发展情况

(一)发展背景

北斗卫星导航系统是支撑我国数字经济发展的重大时空基础设施。高精度时空信息已成为国家安全、经济建设、智慧社会发展依赖的核心基础之一。党的二十大报告对近年来我国卫星导航产业的发展予以肯定,“一些关键核心技术实现突破,战略性新兴产业发展壮大,载人航天、探月探火、深海深地探测、超级计算机、卫星导航、量子信息、核电技术、大飞机制造、生物医药等取得重大成果,进入创新型国家行列。”北斗三号全球卫星导航系统自2020年建成开通以来,运行连续稳定可靠,持续提供功能强大的卫星导航服务,高精度、短报文等特色服务能力已得到充分验证。据统计,北斗自动驾驶系统农机超过10万台,覆盖深耕、插秧、播种、植保、收获、秸秆处理和烘干等各个环节;近3000处水库应用北斗短报文通信服务水文监测,650处变形滑坡体设置了北斗监测站点;搭载国产北斗高精度定位芯片的共享单车投放已突破500万辆,覆盖全国450余座城市;基于北斗高精度的车道级导航功能,已在8个城市成功试点,并逐步向全国普及,北斗在国内导航地图领域已实现主用地位;支持北斗短报文通信功能的手机已发布,成为全球首款直联卫星的智能手机。北斗系统正全面赋能各行各业,成为推动经济社会发展的时空基石和重要引擎。导航定位、地理信息、测绘遥感成为产业数字化转型、数字化治理、数字生态构建的重要基石,自主可控的位置服务能力为航天强国、交通强国、数字中国建设奠定坚实基础。

技术产业变革迸发新机遇,高精度时空信息作为重要的载体持续赋能千行百业随着5G、物联网、云计算、人工智能等新一代信息技术的快速发展与深度融合,“无人经济”等新产业、新业态、新模式持续迸发,位置数据已成为智能化时代不可或缺的关键基础信息。高精度定位技术与时空信息作为物联网感知网络的底层基础凭借其广泛的产业关联性与应用服务的大众化特征,已在智能制造、交通运输、公共安全等行业领域及通信基础设施建设等方面深度应用、规模化发展,逐渐渗透于日常生活,持续赋能千行百业,带动相关产业转型升级。非暴露空间位置数据作为位置大数据的重要组成,是信息交换共享与协同应用的重要载体,有助于实现基于统一位置信息基础下的规划、布局、分析和决策,高精度定位技术成为智慧城市、建筑信息模型(BIM)、城市信息模型(CIM)不可或缺的支撑技术,保障产业数字化转型。

室外定位增速放缓,非暴露空间导航与位置服务成为新的增长极。在过去的几十年里,GPS技术由美国国防部延展到民用市场开放,已经被广泛用于汽车、航空、航海导航等领域。卫星定位导航成为了现代社会的一个重要技术里程碑,改变了人类生活的方方面面。随着移动互联网普及、物联网应用兴起,室内定位成为刚需。但由于室内定位信号强度容易受遮挡环境、电磁、无线电等因素干扰,技术横跨通信和导航两个领域,难度极大,成为亟待解决的难点。然而,在室内等非暴露空间环境下,定位技术和信号强度容易受遮挡环境、电磁、无线电等因素干扰,无法发挥定位作用和提供可靠的导航服务,相关技术横跨通信和导航两个领域,难度极大,成为亟待解决的难点。而随着城市化进程的加速推进,现代化的大型建筑不断涌现,人类的室内活动不管是从时间维度,还是空间维度,都远远高于户外活动。研究表明,现代人的室内活动时间已经超过70%,而在城市居民尤为明显。这种情况下,室内定位需求自然日益增高,不仅仅局限在对人的活动轨迹和定位要求。泛在、精准、连续、智能的非暴露空间导航与位置服务成为亟待拓展的领域。泛在即在复杂的非暴露空间环境中依然能够实现任意位置的导航与位置服务,精准即根据用户需求提供高精度的非暴露空间位置服务,连续即实现室内外无缝衔接的导航定位,智能即根据非暴露空间环境的变化实时优化导航与位置服务,提供个性化、智能化的解决方案。

非暴露空间导航与位置服务产业赋能多领域生产方式变革,顺应新质生产力发展要求。习近平总书记在2024131日中共中央政治局第十一次集体学习时指出“发展新质生产力是推动高质量发展的内在要求和重要着力点,必须继续做好创新这篇大文章,推动新质生产力加快发展”,强调“新质生产力是创新起主导作用,摆脱传统经济增长方式、生产力发展路径,具有高科技、高效能、高质量特征,符合新发展理念的先进生产力质态。”在新发展理念、新技术突破和新应用拓展的新时代要求下,卫星导航和位置服务技术研发和相关技术融合集成取得长足发展,非暴露空间应用场景需求日益迫切,并展现出广阔的发展前景。我国的航天工业,尤其在通信、导航、遥感(通导遥)卫星技术等方面,已位居世界前列。现阶段关键任务是将卫星技术与数字化建设结合,并推动其实际应用。非暴露空间导航与位置服务在这一框架中扮演了至关重要的角色,通过提高定位精度和可靠性,也将显著提高相关行业和领域的工作效率和生产率,符合新质生产力追求全要素生产率大幅提升的核心标志。

(二)产业链结构

产业结构趋于成熟,自主可控、良性发展的内循环生态基本形成。非暴露空间位置服务产业是在室内、地下等非暴露环境,以地理信息系统(GIS)、高精度导航定位、高精度空间信息感知、融合、表达等技术为基础,提供精准位置信息的高技术服务业。非暴露空间位置服务产业链可分为上、中、下游三个环节,其中上游为基础软硬件、数据采集、辅助设备生产研发环节,中游为终端产品系统集成产品的开发与应用环节,下游为基于技术和产品应用与服务环节。

产业链上游基础软硬件、数据采集、设备生产研发环节,包括定位芯片传感器模块、存储芯片等核心硬件,芯片和传感器的精度决定了非暴露空间定位的精度和用户体验性;数据采集及处理主要涉及遥感数据、二维地图数据、三维地图数据等GIS基础数据类型;基础软件包括GIS软件、定位算法开发等,其中GIS基础软件市场长期被以ESRI(美国环境系统研究所公司,ArcGIS系列软件是其代表性产品)为代表的国外厂商占据。

产业链中游终端产品和系统集成产品的开发与应用环节,参与主体主要为数据地图供应商、定位解决方案供应商、GIS应用开发商、应用服务提供、室内地图引擎产品以及时空大数据平台等。数据地图供应商融合GISBIM技术实现空间数字化,负责提供非暴露空间定位区域测量以及基础地理信息、室内地图和相关兴趣点(POI数据采集2D/3D电子地图产品、SDK地图开发包、二次开发API调用接口等形式为应用开发提供数据来源。定位解决方案提供商为商业定位系统开发商提供集成了终端、网络(基站)设备、定位算法、地图展示、上层应用开发等系统组件的技术解决方案和综合实现方案,根据需求对非暴露空间定位系统进行设计、调试和维护,并提供相应的软件开发工具包和应用程序接口,承担硬件提供商、地图/算法开发商和应用开发商之间的协调和沟通功能。应用服务提供商通过开发非暴露空间位置服务应用,进一步挖掘位置数据价值,打造服务平台,拓宽产品覆盖场景。

产业链下游为基于技术和产品应用与服务环节,涉及公共安全、智慧城市、智慧医疗、智能制造、智慧城轨、交互感知等多种应用领域,参与主体包括机场、商场、城轨等商业生活场馆及运营者、消费者B端及C端用户

1  非暴露空间位置服务产业链结构

资料来源:赛迪智库整理

(三)产业发展趋势

时空大数据呈现爆炸式增长趋势,人工智能大模型有望成为产业发展重要驱动力。随着智能感知技术的快速发展,时空大数据已出现爆炸式增长态势,为时空大数据产业化提供充足的数据支撑。随着未来高精度时空信息、高精度地理信息、高精度遥感信息在北斗系统的支持下逐步实现,数据量将会从TB级到PB级再到EB级迅速增长,海量时空大数据的价值亟待挖掘。人工智能大模型的兴起将带动行业对数据价值的深层次挖掘,借力知识工程和人工智能算法进行智能化分析,从而挖掘知识和辅助决策,实现统一感知、关联分析和态势预测,助力时空大数据平台建设。

多源融合技术是产业发展必然,赋能传统技术实现泛在融合定位。目前,多种不同的定位/通信网络共存,其技术机理、应用方式等各不相同,导致其在定位性能、覆盖范围、功耗成本等方面也各具优劣。相比于暴露空间,非暴露空间的环境往往较为复杂,考虑到现有的非暴露空间导航与位置服务技术的局限性和成熟度,关键定位技术的突破是未来的重要发展方向。一方面,非暴露空间定位技术的研究热点聚焦于视觉、音频、光源等技术,但上述定位技术大多仍处于理论研究阶段,未来还需持续突破技术壁垒,探索更低成本更高精度的定位技术以实现工业化应用。另一方面,将多种具备互补特性的定位技术组合使用以获得优于单一技术的定位性能,是目前实现非暴露空间定位的主流。

暴露空间/非暴露空间联合定位,推动场景无缝切换。未来无线定位技术将向暴露空间/非暴露空间跨场景、跨区域联合定位与无缝切换的方向演进。如今,室外暴露空间定位领域以卫星信号广域覆盖为主流解决方案,非暴露空间定位则呈现出百家争鸣、百花齐放的局面。室外暴露空间地图以道路、建筑、车道和交通规则为主要元素,非暴露空间地图则需要建立三维立体模型,提供直观的楼层信息,并且包含更多的区域功能数据、商品或服务数据、人员数据,但二者之间仍未能实现完全的网络互连、数据融通。对于未来智慧机场、智慧城市等场景,定位系统应融合室外行车路线、室内步行路线、地下车位信息、楼层信息、商户商品位置以及其他多元异构数据,为用户提供一体化导航等服务。另一方面,服务提供商也需要获得更全面精准的用户信息和管理数据,从而在服务调整和精准营销等商业行为中获得优势和助益。

位置数据隐私保护成为未来产业关注的一大方向。在数字化、互联网+、物联网等技术的推动下,位置数据已经成为各类应用场景的核心要素之一,相关位置数据信息将处于全感知、全记录状态。然而,位置数据的广泛应用也带来了用户隐私泄露的风险,引发了社会对数据安全的关注和担忧,已成为未来非暴露空间产业必须关注和解决的重要问题。位置信息的存储、传输与管理,无疑会带来隐私信息保护以及信息财产安全等全新问题。例如,通过个人行动轨迹,可以精确获得一系列隐私敏感数据,刻画出个体的生活习惯、教育情况、收入情况等。此外,位置数据隐私保护也是产业协同的必然要求。在位置数据的应用过程中,涉及多个环节和多个主体,如数据收集、处理、存储、分析、传输等。要实现位置数据隐私保护,需要各方协同合作,共同承担起保护用户隐私的责任。例如,在数据传输过程中,采用加密技术确保数据安全;在数据分析过程中,采用去标识化技术保护用户隐私等。

二、产业发展格局及重点企业发展情况

(一)市场格局

从全球市场来看,Market&Markets数据,室内定位的全球市场将以42%的年均复合增长率成长,市场规模预计从2017年的71亿美元增长到2022年的410亿美元。特别是以苹果为代表的手机企业将高精度定位系统超宽带(UWB)技术引入手机生态系统后,原本室内定位市场To B的商业模式正在快速过渡到To C的市场,预计将引起新一轮市场的快速增长。从国内市场来看,我国室内定位市场规模逐年提高,在数字消费和智能制造时代,室内定位成为刚需。消费者希望在逛街购物时通过移动互联网获取周边商品信息;零售和餐饮服务业希望通过收集分析用户在店内的行为数据,挖掘商业机会;物流和制造业希望通过追踪工作人员、快速统计和定位库存,提高运营效率;医疗、急救领域需要快速定位室内的救护对象;服务业、油气、电力、军工行业的服务机器人、侦查机器人,需要在室内、隧道等场合定位导航。以上应用均需要室内定位技术来实现。

市场规模增速稳定,产业规模化应用水平提高根据中国卫星导航定位协会发布的《2023中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》,2022年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到5007亿元,同比增长6.76%。其中,包括与卫星导航技术研发和应用直接相关的芯片、器件、算法、软件、导航数据、终端设备、基础设施等在内的产业核心产值同比增长5.05%,达到1527亿元,在总体产值中占比为30.5%。由卫星导航应用和服务所衍生带动形成的关联产值同比增长7.54%,达到3480亿元,在总体产值中占比达到69.5%

2  近十年我国卫星导航与位置服务产业市场规模及增速


数据来源:中国卫星导航定位协会,赛迪智库整理

重点区域产值稳步提升,产业集群化发展布局愈加明显。根据2023中国卫星导航与位置服务产业发展白皮书》,京津冀、珠三角、长三角、华中地区、西部地区卫星导航与位置服务产业实现总体产值3778亿元。其中,京津冀地区综合产值达到1048亿元,珠三角地区综合产值达到1028亿元,长三角地区综合产值达769亿元,华中地区综合产值达到497亿元,西部地区综合产值达到436亿元。从国家重大区域发展战略范围来看,在京津冀、长三角、粤港澳大湾区、海南自由贸易港、黄河流域、长江经济带等区域,已累计推广应用各类北斗终端近1700万台/套。从政策布局来看,京津冀、长江经济带和黄河流域所覆盖与涉及的省市进一步加大政策扶植力度,相继出台了发展全链条北斗卫星产业集群的规划,支持北斗领域技术创新、支持北斗优先大规模应用、培育壮大卫星导航市场主体、推进产业集群发展,合力推进北斗、5G、大数据、人工智能等技术在应急救援、测量测绘、形变监测、智能驾驶、地理信息、国土空间规划、耕地保护、地质灾害防治等诸多领域的深度融合,实现产业及应用的智能化升级。

产业市场整体稳定,终端产品销量稳步增长。根据中国卫星导航定位协会研究分析,2022年国内卫星导航定位终端产品总销量约3.76亿台,其中具有卫星导航定位功能的智能手机出货量达到2.64亿部,车载导航仪市场终端销量超过1200万台,包括物联网、穿戴式、车载、高精度等在内的各类定位终端设备销量超过1亿台。北斗正在成为智能手机的标准配置,2022年国内智能手机出货量达到2.64亿部,其中2.6亿部手机支持北斗功能,占比达到98.5%。目前国内大多数涉及地图服务、导航和购物等的手机APP中,绝大部分已经支持北斗应用。全球首款支持北斗三号区域短报文通信服务的手机已正式发布,用户不换卡不换号不增加外设,就能通过北斗卫星发送短信。在庞大的市场需求驱动下,我国非暴露空间产业市场未来将持续扩容。

(二)国内外重点企业

2022年,我国卫星导航与位置服务领域企事业单位总数量仍保持在14000家左右,从业人员数量超过50万。截至2022年底,在境内上市的业内相关企业(含新三板)总数为92家,上市公司涉及卫星导航与位置服务的相关产值约占全国总体产值的9.02%左右。从全球市场竞争格局来看,CloudNavInpixonPoleStar等国外公司研发了多种非暴露空间定位方案,国内包括清华大学、北京邮电大学、大连理工大学、华中科技大学等在内的多个研究团队正在积极开展相关定位技术研究。就企业竞争情况而言,国内非暴露空间定位企业竞争格局相对分散,参与者大体可分为四大类型:地图先行者、技术服务商、硬件研发商、工业级室内定位专营商等。

1  国内外部分企业导航与位置服务解决方案


数据来源:互联网数据整理

CloudNavCloudNav是一家美国私营企业,总部位于加利福尼亚州圣何塞,正在解决音频、运动跟踪和定位方面的多个已知算法问题。其软件产品套件包括传感器融合、上下文感知、计步器、位置跟踪、室内导航/行人航位推算和可专利算法,以帮助校准传感器以实现世界一流的消费和工业电子产品。CloudNav软件解决方案旨在轻松集成到客户平台中。

DecaWave:总部位于爱尔兰,其市场占有率高达99%,用户遍布爱尔兰、中国、法国、韩国、美国、英国、俄罗斯等国家。目前Decawave的芯片已经在超过500万台设备上部署,受到全球2500多家企业的青睐,被广泛应用于工业、汽车、消费级应用等行业,为这些行业的高精度位置服务提供了保障。作为目前已知唯一支持IEEE802.15.4UWB定位芯片厂商,DecaWave提供低成本的芯片出售,零售价格在几美元。型号为DW1000的芯片,符合IEEE802.15.4-2011UWB标准协议(在理想条件下,最大可测量范围为300m)。应用于政府大楼、高货值仓库、超级市场、大型制造车间、医院、敬老院、幼儿园、酒店、大型餐馆、娱乐场所、监狱、住宅小区、物流公司、博物馆、科研机构、实验室等人员和重要物资的定位监控。

UbisenseUbisense公司成立于20031月,由来自剑桥大学的工程师队伍组成,是全球实时定位系统(RTLS)的领导者,通过精确实时定位系统追踪人员和资产以实现企业业务自动化,增强管理者对室内/室外追踪的可视性和控制力。Ubisense UWB的显著特点是精确可靠的实时定位,有源射频标签适用于室内/户外环境且高精度,可达到15厘米,基座设施可互相替换,具备高可靠性(两个感应器跟踪三维定位),为客户端提供成熟的软件平台。应用范围包括物流、工业、危险环境、医疗保健、军事等。其研发的SmartSpace平台通过在工具和物品上放置标签,并与传感器连接,从而实现实时定位及工厂运作监控,并监测和控制计划外活动。Ubisense目前已成功运用于主要汽车制造生产工厂。

恩智浦UWB重要的芯片供应商20196月的年度开发者大会上,恩智浦宣布推出UWB技术,旨在服务包括移动终端、汽车、物联网和工业等多个应用市场。恩智浦与大众合作,将UWB技术应用到汽车门锁。恩智浦的产品方案是以手环或手机为移动终端,采用蓝牙+UWB双重控制,即UWB技术用于精准定位,蓝牙用于数据交换和认证,同时采用NFC作为备份保证,确保移动终端在没有电的情况下,仍然能打开车门。恩智浦UWB芯片在视距下其定位精度在10厘米之内,复杂环境下也有1米的精确度

华大北斗:深圳华大北斗科技股份有限公司脱胎于中国电子信息产业集团有限公司(CEC)旗下导航芯片设计业务,是国家级高新技术企业、深圳市高新技术企业、中关村高新技术企业,也是深圳市政府2016年度重点引进的产业链薄弱环节企业,同时,孙家栋院士领衔的院士(专家)工作站以及广东省北斗卫星导航和定位技术工程技术研究中心也落户在此。华大北斗专注从事导航定位芯片、算法及产品的自主设计、研发、销售及相关业务。目标面向民用消费类电子市场和国家命脉行业、汽车领域、物联网领域等专用终端市场,提供芯片及应用解决方案。华大北斗针对行业应用的不同需求,重点围绕共享单车、车载应用、无人机、智能终端、高精度等应用,规划了完整的芯片产品线。同时根据不同的应用需求,设计了多款可以和市面上其它主流GNSS模组管脚兼容的标准精度、高精度、惯导模组。公司开发了北斗芯片开放平台,该平台基于其自主研发的Cynosure III北斗三号信号体制多系统多频高精度系列GNSS芯片,面向核心算法研发,开放芯片原始测量数据;面向应用集成研发,开放芯片内核接口资源。为产业链上分散的算法研发和应用集成研发团队提供芯片硬件和技术支持,在共同打造“核心硬件”+“核心算法”的国产北斗导航定位芯片“双核心”研发和产品架构的同时,使产业链企业有条件根据自身需求,针对芯片资源进行应用功能的二次开发,使芯片的综合能力得到再一次提升。

全图通:全图通位置网络有限公司成立于20164月,以北斗地基增强系统全国一张网为基础,将卫星遥感技术、通信技术、物联网技术、大数据云服务等技术有效融合,构建高精度位置服务平台,提供米级、亚米级、厘米级的高精准位置服务,以满足国家、行业、公众对精准位置服务的需求。公司提供基于高精度定位的智能设备软硬件的解决方案,面向用户,不仅提供包含芯片、模块、终端生产的硬件装备,也提供包含SDKOS改造的软件方案,并在开发过程中提供技术支持服务。适用于测绘、交通、农业以及大众穿戴设备、车载电子等领域,并且支持定制服务,灵活提供符合用户需求的解决方案。综合运用蓝牙、WiFiUWB等技术,实现室内高精度定位,结合卫星定位技术,提供室内外一体化定位,为智慧工地、智慧工厂、石油石化等领域提供技术支持。

千寻位置:千寻位置网络有限公司是全球领先的精准位置服务公司,公司基于北斗卫星系统(兼容GPSGLONASSGalileo)基础定位数据,利用遍及全国的超过2000个地基增强站及自主研发的定位算法,通过互联网技术进行大数据运算,为遍布全国的用户提供精准准定位及延展服务,是IoT时代重要的基础设施之一。公司成立于20158月,由中国兵器工业集团和阿里巴巴集团共同发起成立。20171011日,千寻位置发布了三大解决方案,在业内首次将产业级市场上应用的高精准位置服务全面引入消费级市场。这将在未来3年,带来上亿终端定位能力的升级,人们日常使用的手机、单车、可穿戴设备等各类终端将可全面获得3秒完成初始定位,定位精度高达1米的强大能力。

精彩旅图:一家国际领先的高科技导航及信息技术位置服务公司,也是一家服务于中国的专注3D数字孪生世界的人工智能公司,为运营商、系统集成商、行业解决方案商、项目方提供覆盖全行业、多领域的高质量数字技术服务。通过多年技术深耕,精彩旅图开发和拥有了全球仅5家企业才有的3D拓扑GIS地图平台、先进算法的导航软件引擎等技术,开发了三维模型处理等多个工具库,以及全球地标模型等多个资源库,拥有全球232个国家和地区的精准全面的地图和导航地图数据。目前,精彩旅图有以GIS沉浸式地图、工业元宇宙及VR MR虚拟培训三大产品体系为代表的众多受行业高度认可的产品。其中全球3D沉浸式地图更是全球首个推出,远早于同行业其他公司的3D沉浸式地图。

三、非暴露空间产业技术创新进展

(一)UWB设备无线电管理新规优化调整技术参数发展要求

为促进无线电产业发展,提高频谱使用效率,加强无线电发射设备管理,20231月工业和信息化部无线电管理局发布《超宽带(UWB)设备无线电管理规定(征求意见稿)》(以下简称“新版《规定》”)。这是2008年工信部《超宽带(UWB)技术频率使用规定》发布14年以来的首次重要修订。

新版《规定》适用于7235-8750 MHz频段超宽带无线电发射设备的研制、生产、进口、销售和使用。该类设备的发射信号带宽(-10 dB带宽)不少于500MHz,主要应用于短距离高速无线数据通信、定位、测距、感知等领域。该规定明确要求,生产或者进口在国内销售、使用的超宽带(UWB)无线电发射设备应当符合“超宽带(UWB)无线电发射设备的射频技术要求”,并向国家无线电管理机构申请无线电发射设备型号核准;使用此类设备将参照地面公众移动通信终端进行管理,无需取得无线电台执照。此外,该规定还明确了射电天文台址周围1公里范围内禁止使用超宽带(UWB)无线电发射设备等内容。

“频率”和“功率”是新版《规定》最值得关注的两块内容,“细化”和“限制”是最显著的特点,提出对于国内UWB使用频段规定在7235-8750 MHz,以及对发射功率上的约束。新版《规定》反映出政策层面上对新技术开放、鼓励的态度,将有效促进国内UWB技术和产业发展。此外,新版《规定》对超宽带设备的无线电管理也提出了更为细致的管理办法,并进一步优化调整了超宽带无线电发射设备的射频技术的参数要求。

(二)磁力场辅助惯性导航系统突破室内定位局限性

2023年,瑞典林雪平大学提出了一种用于室内导航的磁场辅助惯性导航系统(MAINS)的研究成果。MAINS利用一系列磁力计阵列测量磁场的空间变化,评估传感系统的位移和方向变化,将磁场信息与惯性测量相结合,显著提高室内定位的准确性和稳定性。实验表明,MAINS的性能具有明显的优势,相较于独立的惯性导航系统(INS)位置误差降低了两个数量级。此外,与最先进的磁场辅助导航方法相比,所提出的方法表现出略微提高的水平位置精度。另一方面,它在磁场变化较大的数据集上具有明显更大的垂直误差。然而,与最先进的技术相比,MAINS的主要优势之一是它支持灵活的传感器配置。实验结果表明,使用30个磁力计阵列时,大多数情况下导航2分钟后的位置误差小于3米。因此,所提出的导航解决方案有可能解决当前磁场同步定位和绘图(SLAM)解决方案面临的关键挑战之一:在绘制未访问区域的探索阶段的允许长度非常有限。

(三)华中科技大学研究提出大规模室内在线批量定位方案

随着普适计算与物联网的出现,室内定位的需求与日俱增。位置感知对于智慧机场、火车站、医院、商场和智慧城市等大规模室内环境中的智能系统至关重要。目前大多数基于现场勘测的Wi-Fi指纹室内定位方法都涉及独立或逐个在线定位的方法,这些方法成本高昂,且在大规模室内环境中计算时间、内存、能耗效率低,难以在大规模室内环境中实施。

为解决这些难题,华中科技大学提出了大规模室内环境在线批量定位方案OBLocOBLoc方案的基本思想是,在Wi-Fi指纹室内定位系统中,信号域中相互靠近的指纹在物理域中也是相互靠近的。当大规模室内环境中存在大量在线定位请求时,可根据其信号域将其聚类成批,并指定具有代表性的指纹,用于粗精度子区域的定位,而不是对每个请求逐—进行独立的精确定位搜索。此外,代表性指纹还用于为成员更精细的精确定位确定更小的搜索空间。这极大限度地减少了在庞大的指纹数据库中搜索精确定位估计所需的较长的处理时间。研究者提出的这种方法集成了对大规模同时请求的定位和对单个用户的定位。OBLoc方案的贡献包括提出了批处理技术和代表指纹定位,有效地降低了计算复杂性和内存需求,并提高了能源利用效率。此外,研究者还设计了一种用于识别和去除异常值的技术,这些异常值是由错误的Wi-Fi信号测量或位置标注引起的。通过将搜索空间减少到更重要的训练数据和实现异常值减少策略的方法相结合,用以改进位置估计。研究者在三个实地测量数据集上进行了实验,以评估所提出方法的性能。实验结果表明,在三个数据集中与同类方案相比,这一方案的定位精度分别提高了21.34%17.38%27.24%.

(四)南方测绘推出音频高精度室内定位解决方案

南方测绘联合深圳沧穹针对北斗卫星定位信号无法穿透室内空间、室内定位精度低、成本高的难题推出了高精度音频定位整体解决方案。该方案突破了精准测距、窄频带漫游和多源融合定位三个技术瓶颈,构建了自主可控、精测距、准定位、广覆盖的优质室内导航定位解决方案。

从技术原理来看,高精度音频定位技术是利用通电即用的基站持续向室内空间进行定位信号广播,利用手机和定位芯片等终端接收和解码测距信号,并通过专研的定位算法进行解算得出高精度的位置信息。该技术的核心硬件、软件、算法均为自主研发,技术安全可靠,并具有精度高(0.5-1m),维护方便,支持多终端接入,不限用户容量,用户数据安全等优势。

从定位芯片看,该套解决方案采用的音频高精度定位基站芯片内嵌信号调制单元,具备完全自主的知识产权,是全球首个基于RISC-V架构的音频定位芯片,具备抗干扰、广覆盖、高精度、高稳定等特点。定位基站独立自主研发,高度自主可控。基站发射信号,结合手机、定制标签、定制设备等终端实时接收基站发射的信号,通过融合定位算法实现终端的位置解算。

从定位算法看,采用数字与模型双驱动智能混合定位理论与方法,以“高精基准控制,紧耦多源融合”为核心,并以自适应滤波为纽带,将精准测距和精准航迹有机耦合,建立数模联合驱动的高精度、广覆盖的耦合定位新范式,确保音频定位精度稳定,不漂移。数据支持第三方程序调用,可接入小程序(IOS、安卓系统均可使用),也可基于嵌入式系统进行开发。

从整体架构看,该方案提供一体化室内外高精度位置服务解决方案,包括数据感知与采集层、数据层、能力层、应用层与用户层,涵盖了从数据获取到用户应用的全流程,打包解决用户的室内外定位导航难题。


从优势特点看,一是芯片、板卡等硬件设备到定位算法与应用软件全部纯国产、自主可控;二是实现亚米级定位精度,支持高速状态稳定定位;三是声波为机械波,不会与电场、磁场产生干扰,抗干扰能力强;四是覆盖范围广、无需网线同步,部署及维护难度小、成本低;五是手机等终端直接解算,私有化部署,不限容量。

从应用场景看,该套音频高精度室内定位解决方案能够应用于工厂、电站、水利设施、博物馆、体育馆、大型商场、医院、高铁站、地铁、机场、隧道等系列非暴露空间。例如,在地下道路及环隧道,作为卫星信号覆盖盲区和交通事故高发地段,应用音频室内定位技术,能够提供精准位置服务;在停车场,通过在匝道和停车场内部部署音频定位基站,手机终端、定位标签可接收基站信号进行位置解算,能够提供地下道路无缝导航至车位、反向寻车等场景提供服务;在大型交通枢纽,通过定位管理及公众导航,为管理部门提供实时人员定位(站厅巡视员、站台巡视员、安保人员、养护维修工作人员等)、一键式紧急呼救报警、特殊区域电子围栏报警、历史移动轨迹查询、视频监控联动、智能调度管理等服务,并能与武警、反恐、地方公安、铁路公安的位置信息调用系统协同,实现统一指挥和调度。同时可以为大众用户提供站内导航、商铺查询、停车找车、接站找人等服务;在大型商超,结合室内地图的室内数字化应用,向用户提供场馆地图浏览、位置和服务查询和定位导航服务以及位置共享等社交型服务可有效提升客户购物体验。面向商超管理人员,可基于室内地图,对场馆资产、人员、安全等方面进行智能化监控和管理;结合人流信息,可进行人流控制、商铺价值评估、引流活动等行为,提升商超场所舒适度与商业价值。在文旅场馆,借助实景三维、数字孪生、精准定位等新技术,赋能文旅发展,以虚实结合的实时互动,增强游客的沉浸式体验感,助力文旅实现数实融合新发展。在厂区及重点安防场所,基于厂房、设备、管道等的精细化、部件级三维模型,结合室内定位技术,可实现厂区及重点安防场所的数字化、智能化管理。

(五)北斗星基定位技术首次在铁路勘测领域应用

2023214日,由中铁第四勘察设计院集团有限公司承担的国家重点研发计划项目《陆路交通基础设施智能化设计共性关键技术》北斗星基增强系统,在沪渝蓉高铁五峰至恩施段开建,该技术可解决复杂山区沿线路段大范围连续定位的难题,进一步提高铁路勘测效率与技术水平。沪渝蓉高铁五峰至恩施段长170公里,穿行于鄂西南低中山区,地形起伏大,植被厚,沿线不良地质种类繁多。复杂的环境条件为铁路勘察设计高精度定位带来巨大挑战。设计团队在沿线布设了12个地基观测站和4个星基观测站,建立起基于北斗地基、星基增强服务的高精度工程控制网,为铁路勘测及后续施工建设提供高精度位置服务。设计人员根据线路走向及环境制定了严密的建网方案,保证所有的施工路段均在观测站的有效服务范围之内。为保证观测卫星信号质量以及定位的精度,设计团队在每个观测站进行了连续8小时的信号检测。

北斗星基定位技术综合了精密单点定位技术和实时动态定位技术,在定位范围上更具优势,用户可通过无线网络或者星地通信方式接收相关信号,即可实现实时厘米级定位。与地基增强系统相比,北斗星基定位技术建网效率更高,可解决复杂山区沿线路段大范围连续定位的难题。

(六)电科网通北斗实时高精度室内外定位关键技术取得突破

20232月,中国电科网络通信研究院“北斗实时高精度室内外定位技术研究及芯片终端研发与应用推广”项目通过验收,项目突破了卫星信号接收处理和高精度定位算法关键技术、开发了实时厘米级精度北斗/GNSS卫星定位导航芯片、攻克室内复杂空间环境与导航信号作用机理、室内定位多源误差传递机制与混合智能定位理论、室内大规模人群时空行为模式及自适应位置服务机制等关键技术,解决北斗导航室内定位“最后一公里”难题,进一步丰富了北斗卫星导航和室内外无缝定位理论体系,成果的完成将加速推进北斗技术应用与产业化。

(七)中国移动建成全球首个5G+北斗高精度定位系统

中国移动依托自身建设的,全球规模最大、覆盖最广、制式最新的5G+北斗高精度定位系统”全面建成重庆解放碑地下环道,5G+北斗精准导航工程为广大司乘人员提供和地面完全一致的精准定位导航服务。重庆解放碑地下环道是世界首个超大繁华中心城区地下环道交通工程,总长度约7.5公里,由“一环、七联络、N连通”组成,串联近30个地下车库2.3万个车位,并配套红绿灯、载车电梯等交通设施。由于其地形复杂,车主通行中很容易迷路、错过正确出口,大大降低了出行效率。

中国移动全球首创的室内外无缝定位导航系统普适性强,兼容亿级存量智能手机、车载等导航设备,无需改造终端及安装额外APP,支持车辆高速移动,即使车速达100km/h,也不会影响其定位的精度,全面提供车道级、连续稳定的导航体验。中国移动室内外无缝定位导航系统,通过提升时钟同步的精度和稳定性,提升了室内北斗定位精度,切实确保了导航信号连续、稳定,大大提升了地下环道的通行效率。如今,解放碑地下隧道日均通行车辆,从原来的0.2万辆提升至1.2万辆。面对地面和地下道路重叠时,传统室内定位系统的地图识别效率低,车辆通过速度过快时无法识别蓝牙,导航分不清是在地上还是地下。中国移动室内外无缝定位导航系统,在国内首次将时空分层,将定位技术与地图算法打通,可精准识别隧道内外、地面上下,识别率达100%,实现了精准分层立体通行。

四、2023年非暴露空间产业热点事件

(一)《数字中国建设整体布局规划》提出大力推进北斗规模应用

2023227日,中共中央、国务院印发《数字中国建设整体布局规划》(以下简称《规划》)。《规划》指出,建设数字中国是数字时代推进中国式现代化的重要引擎,是构筑国家竞争新优势的有力支撑。加快数字中国建设,对全面建设社会主义现代化国家、全面推进中华民族伟大复兴具有重要意义和深远影响。

《规划》指出,要夯实数字中国建设基础。一是打通数字基础设施大动脉。加快5G网络与千兆光网协同建设,深入推进IPv6规模部署和应用,推进移动物联网全面发展,大力推进北斗规模应用。系统优化算力基础设施布局,促进东西部算力高效互补和协同联动,引导通用数据中心、超算中心、智能计算中心、边缘数据中心等合理梯次布局。整体提升应用基础设施水平,加强传统基础设施数字化、智能化改造。二是畅通数据资源大循环。构建国家数据管理体制机制,健全各级数据统筹管理机构。推动公共数据汇聚利用,建设公共卫生、科技、教育等重要领域国家数据资源库。释放商业数据价值潜能,加快建立数据产权制度,开展数据资产计价研究,建立数据要素按价值贡献参与分配机制。

(二)工信部公布《关于电信设备进网许可制度若干改革举措的通告》

202326日,工业和信息化部公布《关于电信设备进网许可制度若干改革举措的通告》(以下简称“《通告》”)。《通告》提出,调整部分电信设备监管方式。对固定电话终端、无绳电话终端、集团电话、传真机、调制解调器(含卡)、无线寻呼机、窄带综合业务数字网络终端(ISDN终端)、接入移动通信网络的多媒体终端、帧中继交换机、异步传输模式交换机(ATM交换机)、呼叫中心设备等11种电信设备,不再受理和审批新的进网许可申请;对卫星互联网设备、功能虚拟化设备,按照《电信条例》《电信设备进网管理办法》等规定,纳入现行进网许可管理。

(三)非暴露空间国际学术论坛在香港成功举办

2023129日,非暴露空间国际学术论坛在香港理工大学举办,论坛邀请了多位专家学者分享了卫星通讯、遥感、北斗+UWB、实景三维等技术在城市轨道交通、船舶港口、煤矿隧道等非暴露空间领域的发展和应用,交流研讨了移动激光扫描系统、城市复杂环境多源PNT数据弹性融合技术等研究成果,共同探讨当前非暴露空间领域的最新成果和未来应用发展方向。

(四)非暴露空间PNT国际学术论坛北京论坛举办

2023917日,非暴露空间PNT(导航、定位、授时)国际学术论坛在北京成功举办,论坛以“时空赋能,数智聚变”为主题,与会专家学者及业界代表共同探讨非暴露空间领域的典型应用场景。会上正式发布了《城市轨道交通智能客服设备技术要求》《多模态人机交互技术要求》两项团体标准。

(五)国内首个隧道内北斗增强基站落户国家能源集团

20235月,我国首个隧道内北斗增强基站在国家能源集团包神铁路神朔线正式投入运行。该隧道内北斗增强基站,首次采用非暴露空间导航定位、高精度差分定位、惯性导航定位、里程计定位和基于速度传感器的测速定位等多源融合定位技术,实现隧道内机车及现场作业人员连续不间断高精度定位,授时精度达到纳秒级,静态定位精度达到厘米级,支持120千米每小时以下高速移动物体接入系统。依托正在实施的“基于‘北斗+’技术的铁路人身安全防护研究”科技创新项目,集聚各方科研力量,开展技术攻关,率先研发并投运国内首个隧道内北斗增强基站。

隧道内北斗增强基站的成功研发投运,有效解决隧道内等非暴露空间作业环境下卫星定位信号受遮挡问题,大大提升铁路人身安全管理水平,对构建人、车、地多方联动协同保安全的立体化防控体系,对实现铁路人身安全防护“保安、提效、降本、可持续发展”的整体目标具有十分重要的意义。

(六)北斗定位系统首都机场线示范应用研究项目竣工

202311月,北京地铁运营有限公司“地铁北斗定位系统首都机场线示范应用研究项目”顺利竣工验收,该项目的“收官”标志着“超大城市轨道交通系统高效运输与安全服务关键技术”取得重要阶段性成果。

该项目顺利完成了以北斗和空间数字化技术为基础的地铁定位系统和空间数字化地理信息平台的建设示范工作,打破了室内与室外空间的边界壁垒,为智慧地铁提供室内外一体化、高精度的时间、空间位置信息,实现人员、设备、物资的实时、快速、高精度定位,可有效提升地铁运行和管理效率、维护地铁公共安全和安全生产、促进产业经济发展。经测试,系统定位精度优于50厘米、相邻基站间时间同步精度优于50纳秒、系统通信速率有线不低于1000兆比特每秒,具有定位精度准、时间精度高、通信传输速率快的特点;平台的北斗定位一张图实现了对地铁三维模型、人员位置等各类数据的综合展示,以及对人员位置信息的室内外监控管理。本项目圆满实现预期目标。

五、产业发展建议

(一)加强顶层设计,推动产业集聚,拓展导航定位的服务范围

加强系统谋划和顶层设计,进一步完善高精度非暴露空间产业的政策环境,加大对产业的支持力度。在税收、融资、研发等方面给予相关政策优惠,降低企业的经营成本,激发企业的发展活力。优化非暴露空间产业布局,支持产业集聚发展,打造具有竞争力的产业集群。推动导航定位新兴技术与实体经济的深度融合,逐步渗透到经济社会发展的方方面面,以加快实现更加泛在、更加融合、更加智能的时空服务体系。

(二)强化产学研协同创新,促进上下游融通发展

充分发挥高校、科研院所的技术创新优势,强化企业在科技创新中的主体地位,加快产学研协同创新,共同开展产业基础理论和共性技术研发攻关,加快创新成果孵化、转化和产业化,构建高效的技术创新和产业创新体系。建立产业技术创新平台,促进各方之间的信息交流和资源共享,实现技术创新、人才培养和产业发展的紧密结合。依托我国超大规模市场优势,促进产业链上下游企业资源整合、技术融合、项目联合、人才聚合,以行业用户和大众用户市场应用为牵引,共同寻求解决实际问题的非暴露空间定位创新应用服务模式,实现供需匹配。

(三)推进非暴露空间行业标准技术体系建设

坚持科学和系统的标准体系建立原则,充分整合、继承和发展现有的可用标准,利用国内外有效的标准资源,建立开放兼容的标准体系。尽快建立室内/非暴露空间定位的国家或行业标准体系,充分融合北斗卫星导航标准体系,兼容5G、蓝牙、WiFiUWB、声波等技术标准,建立产业配套的统一规范、标准、协议、接口等;推进地理信息科技创新和标准化建设,包括测绘地理信息自主创新体系和标准体系、智慧城市地理空间框架和时空信息平台建设等,以行业技术标准推动产业应用发展。

(四)提高国际合作水平,加大对外开放力度

加强国际交流与合作,共享全球科技与市场资源。非暴露空间技术涉及众多领域,需要巨额资金投入和高素质人才队伍,通过国际合作,引进先进技术,学习借鉴国际经验,提高我国非暴露空间产业技术研发水平。借助我国国际合作机制、合作平台推动与其他国家和地区共享产业发展成果,拓展我国产品的应用领域和市场份额,提升我国在全球产业链中的地位。积极参与国际标准制定,推动国际间的技术交流与合作,推动“一带一路”建设,加强与沿线国家的合作,实现非暴露空间产业的共同发展。


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