在漫长的历史中，人类为了不让自己迷失在茫茫自然中，先后发明了罗盘、指南针等工具。卫星定位的问世，解决了“我在哪里”的问题。
如今，从移动互联网到物联网，位置都是不可或缺的信息。随着卫星定位的问世，基本解决了室外开阔空间“我在哪里”的问题。在室外开阔空间，人们可以借助卫星进行准确的定位导航，但是在室内，就有些捉襟见肘了。中国自主研发的室内外高精度无缝定位导航服务系统，解决了卫星导航信号不能到达室内个人移动终端的“最后一公里”问题，使中国室内定位技术和精度领跑全球。
国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮。摄影｜陈美群
“卫星定位的'最后一公里'，要有中国人的话语权。”国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮如是说。
文丨崔赫翾 李亚飞 瞭望智库
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亟待解决的全球难题
2013年10月，北京市石景山区喜隆多购物中心，一家麦当劳甜品操作间内，一辆电动自行车蓄电池在充电过程中发生电气故障，引发火灾。
灭火过程中，两名消防战士在留下“我们迷路了，氧气也不够了”的信息后就失去了联系。
电台失联，手机不通，传统的红外线感应器，也受到了高温的影响，无法发挥识别作用。在浓烟滚滚的火灾现场，战友们用手电照，用手摸，一个货架一个货架、一步一步往前找，但始终没有找到……直到9个小时之后，搜救的战友们才在废墟中看到了被埋压在倒塌墙体下的二人的遗体。而距离遗体几米外，就是商场四层的安全出口。
事后有战友悲伤地说，如果能快速精准地知道他们在哪，他们或许就不会牺牲。
北斗导航全球组网模型。图｜视觉中国
在此前的2012年12月27日，北斗导航系统正式对亚太地区提供服务，成为全球第四个卫星定位系统。或许会有人问，卫星定位不能解决这个问题吗？其实，所有的卫星导航系统都只解决了室外定位问题。
室内定位是世界各国亟待解决的难题。
一方面，最适宜导航卫星的轨道,是高度约两万千米的中圆轨道，由于轨道高度较高，卫星信号到达地面时已经比较微弱。
另一方面，环境段里的地形地貌、山丘植被、房屋建筑、城市峡谷，特别是在室内、隧道、高架桥下、各种各样的覆盖遮挡，都可以影响或干扰，甚至屏蔽卫星信号。
【注，城市峡谷是一种类似自然峡谷的都市环境。以街道切割周围稠密的建筑街区，特别是摩天大楼，从而形成人造峡谷。】
国际欧亚科学院院士、灾备技术国家工程实验室主任、北京邮电大学教授邓中亮接受瞭望智库专访时表示：“目前卫星定位导航，利用四颗卫星就能算出你的位置，定位的精度可以达到十米左右。但想要进一步提高精度到米级、分米级、厘米级，就必须有星基、地基等增强体系。不过这些增强信号，在室内、地下、城市峡谷等区域还是无法实现精准定位。”
大多数人一生80%的时间都在室内，这就意味着我们大多数时间都享受不到精准的定位服务。
邓中亮在多个公开场合提及前述石景山火灾一事，不禁感慨：卫星导航与千行百业，就差这么“最后一公里”。
以井下救灾为例，大量矿难事故调查表明，因火灾、爆炸等事故导致的瞬间死亡人数只占伤亡总人数的少部分。绝大多数矿工，是因事故发生后，不能及时逃离充满高浓度有毒有害气体的现场而窒息或中毒死亡。此外，全国有近30万家危化品生产经营单位。其中安全保障能力相对较弱的小化工企业占比较大，如果可以融合室内外无缝高精度位置信息，将有望大幅提升复杂环境的隐患感知能力，支撑实现事故主动预防。
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是去是留？回国！
1987年，22岁的邓中亮做了一个在当时人看起来难以理解的决定，他放弃湖南衡山专用汽车制造厂第六分厂副厂长的职务，毅然踏上求学之路。
触动邓中亮求学神经的是国产汽车的“心脏”——发动机技术受制于他人。
邓中亮说，“汽车产业作为一个朝阳产业，固然有很大的发展前景，但是随着自己接触事情的增多，眼界的增长，我慢慢地发现，虽然改革开放以来我国经济取得了极大的进步，然而无数事实提醒我们，我国在核心科技领域仍然与西方的发达国家存在不小的差距，我感到了压力，也激起了我提升自己的动力。”
1988年邓中亮来到北京航空航天大学攻读制造工程工学学士学位，接着又在清华大学攻读机械制造的博士。1996年，邓中亮踏入了北京邮电大学的大门。随后，他遇到了职业难题：如何将原来的机械专业知识与高速发展的信息通信产业有机结合，解决其中的关键科学技术问题。
“在北邮，大家都跟通信打交道。在这里对通信不熟，好像觉得自己不是北邮人。那个时候我花费了大量的精力来实践、了解、学习。我把互联网从底层做了一遍。”从那时开始，一只无形的手将邓中亮的命运与通信捆绑到了一起。
很快，邓中亮再一次站在了人生的岔路口。2003年，他作为高级访问学者在美国南加利福尼亚大学学习期满，即将回国，此时一些国外知名企业也向他伸出了橄榄枝。
是去是留，邓中亮面临艰难的抉择。
同年10月15日，中国自行研制的神舟五号载人飞船在酒泉卫星发射中心成功发射,把中国首位航天员杨利伟送入太空。这一消息让旅美各界华人深感振奋。
回国！邓中亮当下作出了选择。
回顾当年的心路历程，邓中亮用最朴素的语言道出了他对祖国的一片热爱之情。“在国外只能服务于别人国家，在自己国家才能将自己的理想和抱负实现并助推国家的发展。”
他回国后不久，我国发布了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，确定了16个科技重大专项，北斗导航就是其中之一。
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“弯道超车”的关键
当时，邓中亮觉得“北邮百分之七八十的研究人员都驰骋在通信领域，我喜欢导航，那么我就选择导航的领域，去对应的是北斗专项。”在北斗专项中选择什么样的方向成为摆在他面前的新命题。
邓中亮发现，从室外导航定位能力来讲，北斗跟美国全球定位系统（GPS）基本接近或者一致，二者在高精度专业测量上都能达到以分米、厘米计精度。不过，无论是GPS、俄罗斯“格洛纳斯”系统、欧洲“伽利略”系统还是北斗系统，在室内定位领域仍存在空白。“卫星定位信号易受遮挡等环境因素干扰而难以在室内定位。现有的室内定位技术如WLAN、UWB等系统，要实现局域室内高精度定位,须布置大量节点，信号覆盖成本较高,不利于向广域推广,这使得室内位置服务发展遇到了很大瓶颈。”
因此，邓中亮认为室内精准定位是北斗在技术上实现“弯道超车”关键因素之一。
从“十一五”开始，我国已启动“羲和计划”，旨在解决室内定位的难题。
《尚书》记载：乃命羲和，钦若昊天，厤象日月星辰，敬授人时。羲和是中国古代神话中的太阳之母，掌握着时间，是美好、温暖的象征，是中国人最原始的崇拜对象。这样的名字已经隐含了科技工作者的初心——为人类社会提供更好的服务。
但项目尚未启动，一位业界前辈质疑：“国际上都没办法，人家研究了几十年的问题，靠我们能做成？”对此，邓中亮的体会是，“在美国学习时，总思考我们的科技为何不能超越西方。原来觉得缺钱，国外条件好，但如今国内投入并不亚于西方，再做不出来就是人的问题。”面对众多业内专家的怀疑，邓中亮到地方一线做实验，收集数据。半年后，他拿着数据回到北京验证、汇报后，才终于获得支持。
如今，已经成为“羲和计划”室内无线导航系统主要负责人的邓中亮很庆幸，人生黄金年代的每一次选择都踩对了点，完成了一次次技术迭代。
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“北斗+5G”的潜力
导航卫星很强大、手机终端也很“聪明”，假如能够把天上的卫星网与地面上的通信网有效融合起来，构成强大的“天地一体”网络，就能实现信号覆盖与服务能力的互补，进而可以推动我国定位导航从产业化走向位置服务商业化。
2021年11月12日，工作人员在湖北省襄阳市保康县马桥镇一处5G基站上进行设备调试（无人机照片）。图｜IC photo
据邓中亮介绍，用通信信号替代卫星信号，定位服务就可以从室外跑到室内来了。让原本只用于通信的地面基站也能提供定位功能，两者的信号覆盖互为补充，就能大大提高位置服务能力。
5G高速度、大容量的特点，可以稳定传输北斗地基增强时空位置修正信号，使得北斗的时空精度更高，再加上移动通信网络的强覆盖能力，可以把高精度定位服务覆盖到人类、机器能涉及的所有空间。
邓中亮表示，5G和北斗的融合与相互赋能，本质上是时间和空间位置基于通信的融合，二者同时作用，能产生颠覆性的技术，在不同场景下会催生出不同应用。
在交通领域，以往卫星信号无法抵达地下，导致隧道里存在监控盲区。如今，利用“通导融合”的思路，隧道中也可以实现高精度定位，有助于提升隧道通行效率，降低隧道内事故发生频率，减少隧道事故导致的财产损失。
还有我们常用的手机打车——一打开打车软件，车在哪里、人在哪里立马清清楚楚。这靠单纯的卫星定位是做不到的。如今，将卫星定位和地面的通信定位融合，就能实现人和车的精确定位。
在采矿领域，以5G网络为依托，结合北斗定位技术，有望实现矿山挖装、运输、监测等环节的无人化远程操控。在我国煤矿从业人员中，从事采煤、掘进、运输、安控等危险繁重岗位人员占比在60%以上，精准定位可最大限度提高生产安全性，支撑主动预防，减少事故损失。
除了交通和采矿，“5G+北斗”还可用于测量测绘、无人农机作业、无人机电力巡检、智慧养老、重大活动指挥管理等各个方面。
中国移动发布的数据显示，截至目前，我国已建成4400个高精度定位基准站，形成全球规模最大的“5G+北斗”高精定位地基增强网络。邓中亮说，“未来，‘5G+北斗’的应用潜力，将只会受限于我们的想象力。”
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“强大的网络、聪明的服务”
如今，包括北斗在内的卫星导航系统，为人类带来了巨大的经济效益和社会效益，广泛应用于航空、航海、通信、电力、交通、测绘、智慧农业等领域。我国的北斗系统也实现了定位导航的大规模产业化应用。数据显示，2022年我国卫星导航与位置服务产业总体产值达到5007亿元人民币。目前，北斗的全球用户总量突破了5亿。但面对GPS的先发优势，我们需要新的突破或抓手。邓中亮表示，最有可能的路径是通过实现位置服务的商业化。
2022年9月21日，在河南举行的中国北斗应用大会上，工作人员展示北斗短报文腕表。图｜中新社
据科技行业资讯公司IDTechEx分析，2024年以前室内定位市场总规模将超过100亿美元，年复合增长率高达38%。未来将逐步细分为面向消费端的智慧商场、智慧体育等，及面向工业端的工业4.0、仓储物流等。面对巨大的行业“蛋糕”，技术突破为中国抢占市场赢得了机遇。
“羲和计划”不仅仅是研制了一套系统,更形成了几百项自主知识产权和一系列关键技术,相关研究还拉动了从芯片到终端、从基站到网络、从运营到服务的整个导航通信产业链的发展。如今，有关“羲和”系统的知识产权和相关专利共计2000多项已经在国内和国际范围得到注册和保障。邓中亮高兴地说：“这意味着国内企业走向国际市场铺设羲和系统时，企业赚的不再是辛苦钱，还有包括知识产权费在内的更多的增值费用。”
下一步，邓中亮认为，要从高精度、高可信的技术保障向高安全、高智能、高质量的服务转型，进而从“强大的卫星、聪明的终端”阶段向“强大的网络、聪明的服务”转变，最终实现可信、安全、智慧的位置导航新时代。届时，“依靠我们的技术，让大家可以在地下停车场快速找到合适的停车位；可以在展览馆找到自己感兴趣的展品；可以为地震废墟搜救的人员和机器人提供被困人员的精准位置，实现从定位导航的产业化，走向位置服务的商业化。”邓中亮说。
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得标准者得天下
在经济全球化的今天，中国的技术想要在激烈的国际竞争中脱颖而出，就一定要形成国际标准。于是，邓中亮带领团队，积极参与国际标准化组织“第三代合作伙伴计划”（3GPP）的5G标准制定工作，推动了我国5G定位信号体制的国际标准制定。目前，邓中亮团队形成了14项3GPP R16、R17国际标准提案，并收录于3GPP国际标准化组织TR38.855、TS38.211通信标准技术方案中。团队提出的5G共频带定位体制已进入R16、R1738.255标准，成为国际3GPP认可的新型5G定位方案。
邓中亮说：“我们申请了美国专利、欧洲专利和日本专利。美国高通曾经希望能买断我们的专利，站在国家利益来讲，我不能卖给他们。把技术变成国际标准，最终引领全世界的产业发展，这才能凸显我们的优势。”
从2003年回国投身室内定位至今，已经过去了20年。“当年我可以选择否回国。回顾20多年来，我深刻感受到把科研做好，报效自己的国家，这条路一生无悔。”邓中亮说。
在接下来的科研探索中，邓中亮为自己规划了三个“阶段性定位导航研究计划”：第一个阶段，为人类和平做贡献；第二个阶段，要为生态和谐做贡献；第三个阶段，只是一个“猜”字。他解译说，猜，也是定位导航，要为那些“暗物质”定位导航领域做贡献，与蚂蚁通信、和天上的飞鸟“对话”、定位蝗虫让它不再叨扰人类……运用“通导一体”，构建万物与智慧的互联。
