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华为定位生态曝光,业界首个3D精准室内定位手机发布 -IOTE物联网展

发布时间:2022-05-05

4月28日,华为召开新品发布会,公布了业内首款具备3D精准室内定位技术的折叠屏手机华为mate Xs2。该手机搭载的定位技术基于Petal Maps Platform的室内定位能力,可实现室内“店铺级”精准定位,具有跨层自动切换、连续定位不间断的功能。目前已覆盖国内160+城市、1300+核心商圈、20+大型交通枢纽等大中型公共建筑。



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图源:华为

花瓣地图平台(Petal Maps Platform)是华为近年来面向开发者推出的地图服务平台,该平台整合了地图、搜索、定位、规划四种能力,融入了多源融合信号、精准楼层识别、地图区域匹配、AI建模和高精度3D航位推算算法等技术。



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图源:车右智能绘制

Petal Maps的出现,一方面是为了应对华为受美制裁后,旗下海外终端设备无法调用海外地图app(如谷歌地图)导航的困境,另一方面华为在基站业务和手机业务上有丰富的技术沉淀,并逐步走向智能网联车的深水区,在定位技术的商业化应用上需要自成一派。



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Petal Maps较早进入大众视野,是以华为旗下AITO问界M5车载地图的形式亮相。如果只是作为一款高精度的地图底图软件,Petal Maps应该算不上什么划时代的应用,但高精度定位的背后,是手机硬件、智能算法、融合定位技术、地面参考站观测量数据服务的持续支撑,是一家具有定位基因的高新技术企业的硬技术和软实力。

定位技术的核心在于芯片和算法,作为全球顶尖的通信基站服务商,华为在基站定位上积累了几十年的技术经验,海思半导体也具备了极强的集成性能控制芯片的研发能力,掌握了大量芯片技术,如此看来,华为在高精度定位领域的爆发并非偶然。



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图源:千寻位置

在研究发布华为P10系列手机的同期,华为已经开始进行定位自研,陆续形成了包括高架识别、惯性导航等定位功能。华为在麒麟芯片上加强了GNSS性能,针对城市峡谷精度——密集建筑玻璃、墙面等对电磁波的折射和干扰定位精度问题,华为与世界高校合作,将定位系统和定位模型算法结合,形成了一种“SuperGNSS-城市峡谷不错边技术”,提高了城市建筑密集区的车辆位置识别能力和定位精度。



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超级GNSS技术解决城市峡谷信号折射误差

图源:华为

在轨道和地库场景,华为推出超级VDR技术,根据车胎转速、方向盘角度,辅之以IMU(惯性制导)、轨道GPS和VDR算法,计算出车辆位置,保障车载导航在失去卫星信号后仍然持续定位。

在4月28日华为发布会上,关于Petal maps Platform室内定位技术,华为的官方描述是采用多元融合信号,即根据室内情况利用4/5G蜂窝、蓝牙beacon、WIFI、UWB、地磁等信号,结合多种算法,来实现室内的米级3D定位体验,长远来看,Petal maps Platform作为一个开放平台,商用室内高精度定位市场的前景值得期待。



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诺基亚在一份研究报告中指出,人们有80%~90%的时间都在室内活动,商超、写字楼、机场、地下车场等大型室内建筑呈指数型增长,室内导航、物品定位、资产追踪等需求也随之衍生,室内外定位技术和匹配算法正在成为智能终端的新需求。根据调研公司MarketsandMarkets的分析,全球室内定位市场规模将以22.5%的GAGR到2025年拥有170亿美元的规模。

目前,室内定位主流技术包括UWB、蓝牙、蜂窝基站、Wi-Fi、vSLAM等方式,可以应用在商场导购、停车场寻车、家人防走散等消费场景,也可以用于人流监控分析、智能制造、紧急救援和人员资产管理等B端场景。



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不同定位技术关键指标图源:中移动研究院

超宽带UWB室内定位技术

UWB定位的原理是TOF (Time of Flight飞行时间测算),利用事先布置好的已知位置——锚节点与桥节点,与新加入的盲节点进行通讯,利用三角定位或指纹定位来确定位置。

UWB定位技术成熟,有穿透力强、抗多径效果好、安全性高、定位准确性高等优点,但其因覆盖范围有限、芯片供应商少、系统建设成本偏高,缺少消费级硬件支撑,难以在消费市场大规模铺开,目前主要应用在监狱、医院、看护等成本不敏感的场所,在车库停车导航、矿井定位、贵重物品仓储有很好的应用前景。

蓝牙室内定位技术

蓝牙定位技术可以分为蓝牙4.2和蓝牙5.1两类。蓝牙4.2技术原理是RSSI,通过定位终端发射蓝牙信号,在数个Beacon节点测量信号强弱来确定终端定位,这种技术定位精度在1-3米,方案成熟;

蓝牙5.1采用AOA/AOD定位技术,精度较高可达分米级,接近UWB技术的精准度,2019年才正式面世,成熟方案相对较少。



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蓝牙4.2和蓝牙5.1两类定位技术原理

蓝牙4.2定位覆盖范围较小,定位精度不够稳定,但设备量大,应用范围广泛,芯片成本和功耗都较低,在地下停车场找车成为其室内定位的广泛应用场景,蓝牙定位目前仍然是部署成本最低的方案之一。

WiFi室内定位技术

Wi-Fi 定位技术在区域内安置无线基站,根据待定位 Wi-Fi 设备的信号特征,结合无线基站的拓扑结构,综合确定待定位 Wi-Fi 设备的坐标。相当于将室内划分成n个小格子,记录每一个WiFi信号特征值,当终端进入室内进行特征值比对,进而得出终端位置,又被称为“指纹定位”。



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Wi-Fi 定位的优势在与利用现有的无线设备实现定位功能,可以实现复杂的大范围定位,但精度只能达到2米左右。因此适用于对人或车的定位导航,在一些医疗机构、主题公园、工厂、商场等场合下应用。Wi-Fi定位的劣势在于前期特征值录入工程较大,同时设备必须处于联网状态,否则无法实现定位,此外需要打眼走线,部分环境施工较为困难。

5G蜂窝基站定位

5G不止是作为通信网络,定位网络也是一大亮点。在已经冻结的3GPP R16协议中,通过多基站RTT、AoA/AoD、TDOA等技术,5G NR基站定位已经可以达到室内3米80%和室外10米80%的精度。

在R17协议中,5G引入了一项LPHAP(低功耗高精度定位)计划,目标是进一步提升定位精度,做到0.5米90%甚至更高精度,定位终端电池续航能力达到“月”“年”级,满足普通商用场景米级定位的需求。

当前5G定位产业处于起步阶段,在当前5G基站覆盖率提升之下,通过5G基站搭建定位网络,实现1/4~1/3的站间距的精度,能够满足商场人流量统计和个人导航定位的基本需求。

在5G小基站室内定位商用场景中,华为通过LampSite小基站和MEC多接入边缘计算,在苏州地铁完成了5G室内定位的验证,在站台与站厅90%的区域实现了3-5米的定位精度,未来分米级、厘米级的5G定位精度和商用化仍有待后续探索。



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移动互联网时代的到来,移动端对精准时空定位需求日渐膨胀。当前手机主流导航软件提供的是基于卫星的普通定位,受大气等因素干扰容易存在10米以上的精度误差。华为在2021年底联合“千寻位置”发布了基于RTK(Real Time Kinematic)实时动态差分定位技术的“高精度车道级导航”,这种技术在GNSS数据基础上,利用地面基站的位置来观察误差、推算并修正位置,这是华为高精度定位首次在手机上应用。



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高精度车道级导航,图源:华为

通过高精度地图+GNSS载波观测量+RTK算法实时解算坐标信息,可以做到1米左右的车道级精准定位导航,目前仅支持在部分搭载麒麟芯片的中高端华为机型中推广该服务,在广深苏杭成渝津莞8个城市可用。

除了高精度地图,华为在AR地图上开发了河图(Cyberverse)技术系统。AR地图是华为河图技术的第一个商用AR产品,得益于AREngine、无线网络定位、摄像头影像感知融合等算法技术,实现厘米级的3D定位,具有AI强环境理解、直观信息获取、精准定位、虚实融合拍照、人性化步行导航这五大功能,但目前仅开放在华为P40系列终端。



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图源:华为

高精定位和高精地图技术之前主要应用于自动驾驶车辆,本次华为mateXs2将室内定位技术融入手机终端,或许将带来定位技术消费者端商用的变革。

此前小米将Zigbee等通信协议用在智能家居场景,带动了智能家居领域的AIOT化场景;苹果率先将UWB定位技术融入iphone11与Airtag移动终端,后续包括小米开发手机UWB一指连、OPPO尝试UWB一键联手机壳等UWB应用方案,有望带动UWB的芯片、模组与应用方案拓展。

最新消息显示,在4月28日的第19届全球分析师大会上,华为发布了业界首个面向行业的5G室内定位商用解决方案。该解决方案成功解决了在复杂场景下定位难、增加信标部署等工程难题,提供UTDOA(Uplink Time Difference of Arrival),无线指纹和场强三种定位技术,可提供1~3米90%的精准定位能力。

2021年底,我国已建成开通142.5万个5G基站,5G基站广覆盖的时代已经来临,未来以5G基站定位网络为主,蓝牙AOA、Wi-Fi辅助定位的室内定位方案前景可期。

IDC中国助理副总裁王吉平曾预测2022智能终端市场,他认为“未来的智能终端设备将不再是单品规模化增长,而将走向以系统和软件为核心驱动的生态化发展模式”。

被美制裁后,面对消费者业务的腰斩和折戟,华为不止将业务重心调整至B端业务,同时也在构筑一种全新的数字地图与定位生态,向广阔的物联网终端领域,向华为已有的、未来的生态链终端提供新的消费与科技生活价值。


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