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从实验室到市场:千寻位置推进北斗走进大众应用

“天上好用,地上用好”,北斗系统里广为流传的这句话,要实现起来并不容易。通常而言,一项技术从实验室到产业应用,需要经历很长的过程。

前不久,小米创始人雷军在微博上发布的一则视频,引起了大量网友的兴趣。用户可以清楚地看见自己在哪条车道,实现车道级导航, 有用户评价,“再也不怕走岔路”。

这背后,得益于千寻位置率先打通从北斗高精度服务、定位技术、到手机终端、到移动应用的时空智能产业全链路,让小米、华为、荣耀等国产品牌的多款手机,率先具备了这样的超高精度定位能力,领先于全球其他品牌。

这是千寻位置成立的第6年。多年来,千寻位置一群年轻的科学家们担负使命,致力于推进北斗高精度定位和授时技术从实验室走向大众商用市场,不断进行着从0到1的技术创新、从1到N的场景应用。千寻位置的时空智能服务对象不仅包括手机,还有一批在高速公路上实现自动驾驶的汽车,以及在农田里能自主飞行作业的无人机……

在今年的第十二届中国卫星导航年会(以下简称“年会”)上,千寻位置展露“冰山一角”,来自算法、产品、技术等多个领域的专家受邀发表特邀报告,分享他们推进技术产业化的创新成果,展示千寻位置在一揽子时空智能产品及解决方案之下的能力。

图为第十二届中国卫星导航年会现场

“大众应用是北斗卫星导航领域规模最大、发展最快、与生活最贴近的应用领域,千寻位置在全场景条件下对低成本、低功耗、高性能、高安全的位置服务、定位和数据相关技术领域进行广泛研究,探索出了一个个创新的应用模式。”千寻位置首席科学家冯绍军博士说。今年是他连续第9次参加中国卫星导航年会,连续第7年担任分会主席。

面向大众市场的技术变革

高精度位置服务与定位并不是一个新概念,但是这些年大规模进入消费类市场还是罕见,一方面是手机、汽车等亿级设备对时空服务的市场需求的拉动,一方面得益于这家叫千寻位置的公司创新与推动。

以前,要获得高精度位置服务,门槛极高。一般而言,需要临时架设基准站来获得卫星定位校准数,终端层面则要用上成本高昂的设备来接收高质量的卫星信号和通信电台来接收校准数。

千寻位置在全球范围内第一个建设起一个大规模的卫星地基增强系统,并且以“全国一张网”的形式通过互联网7×24小时播发向用户提供高精度定位和授时服务。通过地基增强和星基增强一体化技术,提供“星地一体”高精度时空服务,满足智能时代用户对精准时空服务无缝、连续可用的需求。

建设这样的一张网,只是第一步。降低技术的应用门槛,还需要跨过很多道槛,比如终端层面要解决成本、功耗、算法、芯片、通信能力、计算能力等。

在年会大众应用分会上,千寻位置算法专家汪登辉分享了基于“星地一体”高精度时空服务来解决低成本设备高精度定位的算法创新实践。“如何在这类成本大幅降低的消费级终端上,实现和上万元的测量设备相当的定位精度结果,同时提供更苛刻的可用率及完好性要求,是我们要解决的难题。”他说。

目前,这一创新实践已被某国际知名汽车厂商所采纳。 “通过千寻位置积累的海量基准站数据及大规模路测的数据样本,我们还在不断调整和迭代算法性能,解决复杂动态场景下的多项关键技术难点,来实现低成本设备的星地一体厘米级时空服务快速定位和工程应用,满足如ADAS(高级驾驶辅助系统)等场景下的定位精度及终端完好性技术需求。”汪登辉说。

走向商用市场,还需要考虑很多实际问题,比如产品和服务可靠性如何,比如用了高精度定位技术能否保障无人驾驶的安全等。

为此,千寻位置突破性地将航空领域的完好性指标、以及工业界的功能安全指标等引入时空智能领域。“对高精度定位服务进行功能安全认证,算法架构的复杂性增大,在算法的代码实现难度上要求很高。”在年会自主导航与智能运行分会上,千寻位置完好性领域的算法专家陈杰介绍,团队克服困难,高效高质地完成高精度定位从云端到终端全链路的安全设计和测试验证。

目前,千寻位置的完好性风险低至10-7/小时的可信定位结果,相当于1000年才能发生一次风险。千寻位置还拿下IEC61508、ISO26262等功能安全认证、Automotive SPICE(简称“ASPICE”)能力3级认证。这意味着,基于时空智能打造车规级产品的软件开发,能够满足主流汽车厂商以及一级供应商的高标准软件开发需求。

面向新场景的市场创新

直面客户,在场景中探索,是技术产业化的最好方式。千寻位置具有大量丰富的应用场景优势,为北斗高精度技术的大众应用提供了助推的燃料。

很长时间,由于技术难度高,商业模式不明确,让手机这样一款最广泛使用的大众消费电子产品具备高精度定位能力,业内无人敢于尝试。但如果手机能具备高精度定位能力,会给导航、游戏、本地生活等超级应用带来革命性的用户体验升级。

从2019年开始,千寻位置联合芯片厂商、终端厂商、应用提供商等全产业链上下游通力协作,去解决成本、功耗、芯片、算法等问题。

千寻位置高级专家金玉洁在年会上发表演讲时介绍,让手机集成高精度定位并不像软件升级那么简单。这离不开手机定位天线、定位算法、定位芯片三方面技术要素的支持,手机厂商必须在量产之前就进行调优。普通卫星导航的定位精度达5到10米,高精度定位技术在传统单点定位的基础上,可以实现亚米级的定位精度。

2020年10月,千寻位置联合华为、高德地图共同宣布,集成千寻位置时空智能服务的手机量产上市。千寻位置历经19个月,在业内率先打通了从北斗高精度定位技术、到手机终端、到移动应用的全链路,同时优化定位服务算法、完善播发能力,支持亿级用户大规模高并发接入需求。

手机只是千寻位置推进北斗高精度技术产业化努力的缩影。在千寻位置的助推下,一批具备北斗高精度定位能力的时空智能新物种结合新场景诞生,在智能物联、智能城市、智能驾驶、智能电网等各个领域渗透。

在年会的北斗与新基建论坛上,千寻位置研究院院长赵毅认为,以北斗为基础的时空智能产业呈现三个特征:频度大大提高、广度进一步拓展、深度进一步加深。

“首先是使用频度大大提高,二十年前高精度的卫星导航技术基本上只用于测绘与地理信息行业,使用频度很低,如今,手机、汽车、无人机等智能终端都将逐渐配备高精度定位能力;

“其次是广度的进一步拓展,时空智能正赋能产业升级、社会治理、大众生活的方方面面;

“第三,应用的深度进一步加深,行业对定位性能的衡量不只是精度,还关注定位的可靠性、可用性、完好性等指标,关注良好定位性能所带来的卓越用户体验,卫星导航定位正在迈入时空智能的新发展阶段。”

面向未来的基础科学探索

从开创性的“全国一张网”技术模式,再到突破性的“星地一体”融合方案,千寻位置从未停止在时空智能技术领域探索的脚步,率先推动北斗高精度技术成果产业化、商业化。

着眼未来,千寻位置不断在基础科学领域不断投入,继续深化GNSS(全球导航卫星系统)的研究,同时探索室内外无缝导航、GNSS与惯性导航系统、多GNSS融合导航定位等时空智能技术新路径。

为了破解“电离层对卫星导航信号的干扰”这一世界难题,千寻位置复旦大学科研团队共同启动了“基于北斗地基增强网大数据驱动的电离层建模和预报技术”项目的研究。

在年会卫星导航系统与增强分会上,千寻位置复旦大学联合成立的上海北斗智慧应用创新研究中心博士研究生眭韵,分享了这个项目的最新研究成果,介绍对基于北斗地基增强系统的日食期间赤道异常区域的电离层稀疏重构的研究情况。眭韵在金亚秋院士等老师的指导下,以实习生身份在千寻位置从事电离层研究。在眭韵看来,千寻位置北斗地基增强系统的“全国一张网”,为构建我国高精度实时电离层层析模型提供了实时高质量时空大数据。

年会上,千寻位置的算法专家佘承莉则分享了正在开发的中国地区高精度电离层监测系统。“我们希望在全国范围内构建精细化的电离层电子总含量的实时监测系统,可以更大程度上缓解电离层对于高精度定位的影响,如果这个监测系统未来可以像日常的天气实况播报一样,那么能发挥更大的应用价值。”佘承莉说。

千寻位置资深算法工程师赵洪松在年会的PNT体系与PNT新技术分会上,就分享了多传感器融合定位的研究成果。他在实际工作中发现,MEMS-INS/GNSS组合导航系统在车辆上的初始安装校准必要但又困难,他提出一种任意安装条件下的初始安装角快速估计方法。这种方法操作简便、用时较短、估计精度稳定,对车辆机动动态和机动过程中的振动环境要求都不高,能够广泛应用于民用乘用车、小型无人车、农业机车等领域,对于实际工程有着重要的意义。

成立6年多来,千寻位置共申请专利达559件,其中,发明专利537件,涵盖卫星导航技术、人工智能机器学习技术等多领域、多学科。

“时空智能的应用,只受想象力的限制。”千寻位置以拓荒者的角色出发,从无到有,跑出了一条“生于北斗,不止于北斗”的时空智能新赛道。

“面向未来,由无数个0和1组成的虚拟世界里,我们还需要一张高连续性、高稳定性、高可用性、高安全性的时空网,让时空智能变成像水、电、煤这样的基础设施,成为连接虚拟和现实世界的桥梁,激发万物智能时代的创新潜力。”千寻位置CEO陈金培表示。

产业
相关数据
华为机构

华为创立于1987年,是全球领先的ICT(信息与通信)基础设施和智能终端提供商,我们致力于把数字世界带入每个人、每个家庭、每个组织,构建万物互联的智能世界:让无处不在的联接,成为人人平等的权利;为世界提供最强算力,让云无处不在,让智能无所不及;所有的行业和组织,因强大的数字平台而变得敏捷、高效、生机勃勃;通过AI重新定义体验,让消费者在家居、办公、出行等全场景获得极致的个性化体验。目前华为约有19.4万员工,业务遍及170多个国家和地区,服务30多亿人口。

https://www.huawei.com/cn/
复旦大学机构

复旦大学(Fudan University),简称“复旦”,位于中国上海,由中华人民共和国教育部直属,中央直管副部级建制,国家双一流(A类)、985工程、211工程建设高校,入选珠峰计划、111计划、2011计划、卓越医生教育培养计划、卓越法律人才教育培养计划、国家建设高水平大学公派研究生项目,九校联盟(C9)、中国大学校长联谊会、东亚研究型大学协会、环太平洋大学协会的重要成员,是一所世界知名、国内顶尖的全国重点大学。

相关技术
机器学习技术

机器学习是人工智能的一个分支,是一门多领域交叉学科,涉及概率论、统计学、逼近论、凸分析、计算复杂性理论等多门学科。机器学习理论主要是设计和分析一些让计算机可以自动“学习”的算法。因为学习算法中涉及了大量的统计学理论,机器学习与推断统计学联系尤为密切,也被称为统计学习理论。算法设计方面,机器学习理论关注可以实现的,行之有效的学习算法。

重构技术

代码重构(英语:Code refactoring)指对软件代码做任何更动以增加可读性或者简化结构而不影响输出结果。 软件重构需要借助工具完成,重构工具能够修改代码同时修改所有引用该代码的地方。在极限编程的方法学中,重构需要单元测试来支持。

人工智能技术

在学术研究领域,人工智能通常指能够感知周围环境并采取行动以实现最优的可能结果的智能体(intelligent agent)

基准技术

一种简单的模型或启发法,用作比较模型效果时的参考点。基准有助于模型开发者针对特定问题量化最低预期效果。

无人机技术

无人机(Uncrewed vehicle、Unmanned vehicle、Drone)或称无人载具是一种无搭载人员的载具。通常使用遥控、导引或自动驾驶来控制。可在科学研究、军事、休闲娱乐用途上使用。

定位技术技术

通常是指机器人领域的定位技术,see SLAM for details

航信机构

航天信息股份有限公司是由中国航天科工集团有限公司控股、以信息安全为核心技术的IT行业高新技术国有上市公司,于2000年11月1日成立,2003年7月11日在A股市场成功挂牌上市,是中国IT行业最具影响力的上市公司之一。 面对国家信息化建设的发展机遇,航天信息积极贯彻集团公司“大防务、大安全”的发展理念,依托航天的技术优势、人才优势和组织大型工程的丰富经验,重点聚焦IT民用领域,业务领域涉及政府及行业信息化,重点发展税务、政务、公安、交通、金融、广电、教育等行业的信息化市场,并积极拓展企业的信息化市场。

http://www.aisino.com/
千寻位置机构

千寻位置是全球领先的时空智能基础设施公司,成立于 2015 年 8 月。公司基于北斗卫星系统(兼容 GPS、GLONASS、Galileo)基础定位数据,利用遍布全球的地基增强站网、自主研发的定位算 法及大规模互联网服务平台,为用户提供厘米级定位、毫米级感知、纳秒级授时的时空智能服务。 2019 年 10 月,公司完成 10 亿元 A 轮融资,估值超过 130 亿元。

www.qxwz.com/
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