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      華為定位生態曝光,業界首個3D精準室內定位手機發布

      2022-05-06 09:09 物聯傳媒

      導讀:華為發布室內精準定位解決方案


      4月28日,華為召開新品發布會,公布了業內首款具備3D精準室內定位技術的折疊屏手機華為mate Xs2。該手機搭載的定位技術基于Petal Maps Platform的室內定位能力,可實現室內“店鋪級”精準定位,具有跨層自動切換、連續定位不間斷的功能。目前已覆蓋國內160+城市、1300+核心商圈、20+大型交通樞紐等大中型公共建筑。


      圖源:華為


      花瓣地圖平臺(Petal Maps Platform)是華為近年來面向開發者推出的地圖服務平臺,該平臺整合了地圖、搜索、定位、規劃四種能力,融入了多源融合信號、精準樓層識別、地圖區域匹配、AI建模和高精度3D航位推算算法等技術。


      圖源:車右智能繪制
       
      Petal Maps的出現,一方面是為了應對華為受美制裁后,旗下海外終端設備無法調用海外地圖app(如谷歌地圖)導航的困境,另一方面華為在基站業務和手機業務上有豐富的技術沉淀,并逐步走向智能網聯車的深水區,在定位技術的商業化應用上需要自成一派。

      Petal Maps較早進入大眾視野,是以華為旗下AITO問界M5車載地圖的形式亮相。如果只是作為一款高精度的地圖底圖軟件,Petal Maps應該算不上什么劃時代的應用,但高精度定位的背后,是手機硬件、智能算法、融合定位技術、地面參考站觀測量數據服務的持續支撐,是一家具有定位基因的高新技術企業的硬技術和軟實力。


      定位技術的核心在于芯片和算法,作為全球頂尖的通信基站服務商,華為在基站定位上積累了幾十年的技術經驗,海思半導體也具備了極強的集成性能控制芯片的研發能力,掌握了大量芯片技術,如此看來,華為在高精度定位領域的爆發并非偶然。

      圖源:千尋位置
       

      在研究發布華為P10系列手機的同期,華為已經開始進行定位自研,陸續形成了包括高架識別、慣性導航等定位功能。華為在麒麟芯片上加強了GNSS性能,針對城市峽谷精度——密集建筑玻璃、墻面等對電磁波的折射和干擾定位精度問題,華為與世界高校合作,將定位系統和定位模型算法結合,形成了一種“SuperGNSS-城市峽谷不錯邊技術”,提高了城市建筑密集區的車輛位置識別能力和定位精度。


      超級GNSS技術解決城市峽谷信號折射誤差
      圖源:華為

      在軌道和地庫場景,華為推出超級VDR技術,根據車胎轉速、方向盤角度,輔之以IMU(慣性制導)、軌道GPS和VDR算法,計算出車輛位置,保障車載導航在失去衛星信號后仍然持續定位。


      在4月28日華為發布會上,關于Petal maps Platform室內定位技術,華為的官方描述是采用多元融合信號,即根據室內情況利用4/5G蜂窩、藍牙beacon、WIFI、UWB、地磁等信號,結合多種算法,來實現室內的米級3D定位體驗,長遠來看,Petal maps Platform作為一個開放平臺,商用室內高精度定位市場的前景值得期待。

      諾基亞在一份研究報告中指出,人們有80%~90%的時間都在室內活動,商超、寫字樓、機場、地下車場等大型室內建筑呈指數型增長,室內導航、物品定位、資產追蹤等需求也隨之衍生,室內外定位技術和匹配算法正在成為智能終端的新需求。根據調研公司MarketsandMarkets的分析,全球室內定位市場規模將以22.5%的GAGR到2025年擁有170億美元的規模。

      目前,室內定位主流技術包括UWB、藍牙、蜂窩基站、Wi-Fi、vSLAM等方式,可以應用在商場導購、停車場尋車、家人防走散等消費場景,也可以用于人流監控分析、智能制造、緊急救援和人員資產管理等B端場景。


      不同定位技術關鍵指標圖源:中移動研究院


      超寬帶UWB室內定位技術

      UWB定位的原理是TOF (Time of Flight飛行時間測算),利用事先布置好的已知位置——錨節點與橋節點,與新加入的盲節點進行通訊,利用三角定位或指紋定位來確定位置。

      UWB定位技術成熟,有穿透力強、抗多徑效果好、安全性高、定位準確性高等優點,但其因覆蓋范圍有限、芯片供應商少、系統建設成本偏高,缺少消費級硬件支撐,難以在消費市場大規模鋪開,目前主要應用在監獄、醫院、看護等成本不敏感的場所,在車庫停車導航、礦井定位、貴重物品倉儲有很好的應用前景。


      藍牙室內定位技術

      藍牙定位技術可以分為藍牙4.2和藍牙5.1兩類。藍牙4.2技術原理是RSSI,通過定位終端發射藍牙信號,在數個Beacon節點測量信號強弱來確定終端定位,這種技術定位精度在1-3米,方案成熟;

      藍牙5.1采用AOA/AOD定位技術,精度較高可達分米級,接近UWB技術的精準度,2019年才正式面世,成熟方案相對較少。


       藍牙4.2和藍牙5.1兩類定位技術原理

       

      藍牙4.2定位覆蓋范圍較小,定位精度不夠穩定,但設備量大,應用范圍廣泛,芯片成本和功耗都較低,在地下停車場找車成為其室內定位的廣泛應用場景,藍牙定位目前仍然是部署成本最低的方案之一。 


      WiFi室內定位技術

      Wi-Fi 定位技術在區域內安置無線基站,根據待定位 Wi-Fi 設備的信號特征,結合無線基站的拓撲結構,綜合確定待定位 Wi-Fi 設備的坐標。相當于將室內劃分成n個小格子,記錄每一個WiFi信號特征值,當終端進入室內進行特征值比對,進而得出終端位置,又被稱為“指紋定位”。




      Wi-Fi 定位的優勢在與利用現有的無線設備實現定位功能,可以實現復雜的大范圍定位,但精度只能達到2米左右。因此適用于對人或車的定位導航,在一些醫療機構、主題公園、工廠、商場等場合下應用。Wi-Fi定位的劣勢在于前期特征值錄入工程較大,同時設備必須處于聯網狀態,否則無法實現定位,此外需要打眼走線,部分環境施工較為困難。


      5G蜂窩基站定位

      5G不止是作為通信網絡,定位網絡也是一大亮點。在已經凍結的3GPP R16協議中,通過多基站RTT、AoA/AoD、TDOA等技術,5G NR基站定位已經可以達到室內3米80%室外10米80%的精度。

      在R17協議中,5G引入了一項LPHAP(低功耗高精度定位)計劃,目標是進一步提升定位精度,做到0.5米90%甚至更高精度,定位終端電池續航能力達到“月”“年”級,滿足普通商用場景米級定位的需求。

      當前5G定位產業處于起步階段,在當前5G基站覆蓋率提升之下,通過5G基站搭建定位網絡,實現1/4~1/3的站間距的精度,能夠滿足商場人流量統計和個人導航定位的基本需求。

      在5G小基站室內定位商用場景中,華為通過LampSite小基站和MEC多接入邊緣計算,在蘇州地鐵完成了5G室內定位的驗證,在站臺與站廳90%的區域實現了3-5米的定位精度,未來分米級、厘米級的5G定位精度和商用化仍有待后續探索。


      移動互聯網時代的到來,移動端對精準時空定位需求日漸膨脹。當前手機主流導航軟件提供的是基于衛星的普通定位,受大氣等因素干擾容易存在10米以上的精度誤差。華為在2021年底聯合“千尋位置”發布了基于RTK(Real Time Kinematic)實時動態差分定位技術的“高精度車道級導航”,這種技術在GNSS數據基礎上,利用地面基站的位置來觀察誤差、推算并修正位置,這是華為高精度定位首次在手機上應用。


      高精度車道級導航,圖源:華為


      通過高精度地圖+GNSS載波觀測量+RTK算法實時解算坐標信息,可以做到1米左右的車道級精準定位導航,目前僅支持在部分搭載麒麟芯片的中高端華為機型中推廣該服務,在廣深蘇杭成渝津莞8個城市可用。

      除了高精度地圖,華為在AR地圖上開發了河圖(Cyberverse)技術系統。AR地圖是華為河圖技術的第一個商用AR產品,得益于AREngine、無線網絡定位、攝像頭影像感知融合等算法技術,實現厘米級的3D定位,具有AI強環境理解、直觀信息獲取、精準定位、虛實融合拍照、人性化步行導航這五大功能,但目前僅開放在華為P40系列終端。

      圖源:華為

      高精定位和高精地圖技術之前主要應用于自動駕駛車輛,本次華為mateXs2將室內定位技術融入手機終端,或許將帶來定位技術消費者端商用的變革。

      此前小米將Zigbee等通信協議用在智能家居場景,帶動了智能家居領域的AIOT化場景;蘋果率先將UWB定位技術融入iphone11與Airtag移動終端,后續包括小米開發手機UWB一指連、OPPO嘗試UWB一鍵聯手機殼等UWB應用方案,有望帶動UWB的芯片、模組與應用方案拓展。


      最新消息顯示,在4月28日的第19屆全球分析師大會上,華為發布了業界首個面向行業的5G室內定位商用解決方案。該解決方案成功解決了在復雜場景下定位難、增加信標部署等工程難題,提供UTDOA(Uplink Time Difference of Arrival),無線指紋和場強三種定位技術,可提供1~3米90%的精準定位能力。

      2021年底,我國已建成開通142.5萬個5G基站,5G基站廣覆蓋的時代已經來臨,未來以5G基站定位網絡為主,藍牙AOA、Wi-Fi輔助定位的室內定位方案前景可期。

      IDC中國助理副總裁王吉平曾預測2022智能終端市場,他認為“未來的智能終端設備將不再是單品規?;鲩L,而將走向以系統和軟件為核心驅動的生態化發展模式”。

      被美制裁后,面對消費者業務的腰斬和折戟,華為不止將業務重心調整至B端業務,同時也在構筑一種全新的數字地圖與定位生態,向廣闊的物聯網終端領域,向華為已有的、未來的生態鏈終端提供新的消費與科技生活價值。

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      參考資料:
      1.驅動之家,-華為推出“亞米級”高精度定位服務:助力實現真正車道級導航
      2.華為終端服務,華為高精度定位+高德高精度地圖底圖=真正的高精度車道級導航
      3.劉延,從AirTag說起,聊聊未來的室內定位技術
      4.36氪,華為發布Petal Maps:與人類想象力共振地圖的邊界
      5.中國移動,5G定位能力開發產業白皮書
      6.電子發燒友,衛星定位室內沒眼看,5G、UWB藍牙三雄爭奪厘米級高精度


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