地下空间如何导航？当卫星导航信号在地下空间不够灵敏，就需要地下空间高精度定位导航的帮助。
日前，一项国家重点研发计划项目——“地下大空间高精度定位导航与控制技术”顺利通过科技部验收，标志着我国在地下空间综合时空网络方向取得重大原创成果。这个项目由中国电子科技集团网络通信研究院（以下简称“网通院”）综合时空网络与装备技术全国重点实验室牵头研制。
应用体验
[ 地下停车 ]
“跟着导航走，车位一目了然”
“地下停车再也不用满场转悠，跟着导航走，车位状态一目了然。”河北雄安新区，网通院工程师陈冲驾车来到雄安科学园地下停车场，打开星原导航APP，点击“去停车”，车位总数、空闲数量和具体位置清晰呈现。
选定车位后，导航直接从地面延伸至地下，引导直达目标车位。“如果途中车位被占用，系统还会及时推荐新的空闲车位。”陈冲说。“如果乘坐网约车，只需输入车牌号，就能找到车辆所在的楼层和车位。”
部署微基站辐射北斗信号
陈冲体验的这套地下停车场智能导航服务，背后的技术支撑，就是实验室团队研发的“星原”北斗微基站地下空间定位导航系统。
传统的地下停车场导航，往往有3个弊端——卫星信号进不去、普通手机定不准、导航入口不连续。
实验室主任、项目负责人蔚保国介绍，团队通过在地下停车场部署北斗微基站辐射北斗信号，突破智能布网和地上地下无缝定位导航技术，实现普通智能手机在地下空间定位导航。导航还可以引导车辆直达充电桩，未来还可为自主泊车、地下物流配送、地下机器人作业、应急疏散等提供精准的定位导航授时支撑。
[ 地下物流 ]
无人车辆实现亚米级导航
在雄安新区，“星原”北斗微基站地下空间定位导航系统，可支撑人员巡检、群体作业管控、无人物流等应用：巡检人员进入危险区域时，后台及时发出预警；无人运输车辆在没有卫星信号的地下通道内，也能稳定行驶、准确停靠……
“我们自主研制的这套地下空间定位导航系统实测数据显示，地下空间人员静态定位精度优于0.2米，高速无人车辆可实现亚米级稳定导航。”陈冲介绍。
“三重保险”确保车辆不迷路
在地下空间，不仅要导得准，还要足够智能。“比如，要让无人车自主运行，首先得解决‘在哪儿’的问题。我们设计了‘图、网、端’三级弹性定位标准。这就像给无人车上了‘三重保险’，即便地下环境恶劣导致某一种定位失效，其他定位也能立刻补位，确保车辆不迷路。”项目团队导航控制课题负责人潘树国说。
突破地下定位导航技术瓶颈，不仅能解决行业实际需求，还能保障国家产业链供应链安全、赋能全域空间智能化。蔚保国介绍，团队的目标就是构建一套全自主、全链条、可规模化落地的地下综合时空网络技术体系。
[ 煤矿井下 ]
准确显示矿工所在位置
在内蒙古鄂尔多斯市门克庆煤矿，一名矿工携带矿用智能手机从地面进入井下。穿过纵横交错的巷道，系统不仅能显示他所在的巷道，还能准确判断其所在水平和高度。即使进入工作面、水泵房等金属设备密集区域，定位仍能保持连续稳定。
需要前往另一作业地点时，矿工可直接用手机发起叫车请求，系统根据其位置调度无人接驳车辆；车辆沿规划路线自主穿过岔路、弯道，精准到达指定地点，完成接送。
位置可在三维空间中呈现
“上述应用背后就是团队部署的井下空间综合时空网络。过去，矿井定位更多是在一条线上寻找大致位置，地图也是静态、平面的，遇到井下金属遮挡区域还易出现定位盲区。现在，人员和车辆位置可以在三维空间中连续呈现，北斗定位能够从井上延伸到井下，矿用车辆也具备了精准自主导航控制能力。”项目团队系统集成技术负责人杜世通表示。
杜世通介绍，系统还配套煤矿业务数字化管理平台，实现井上井下统一时空基准，为人员和车辆提供网络化导航服务，支持安全生产作业管理调度。
破解难题
地下场景跨度大网络部署难
“卫星导航信号无法穿透厚重的岩土、混凝土与金属结构。而且地下空间巷道狭窄、结构遮蔽严重，加之金属设备、粉尘等，无线信号会受到多重影响，使得电磁传播环境极端恶劣。”蔚保国介绍。
地下场景跨度大、形态也各不相同，既有狭长的矿井巷道、隧道，也有开阔的地下车场、物流空间，网络部署难度很高。加之自动化智能化的业务需求涌现，各类地下自主作业设备都需要亚米级甚至更高精度的定位支撑，靠传统技术难以满足。
无线环境图让信号看清测准
地下空间信号“看不清、测不准”，是制约定位导航的首要问题。
另辟蹊径，团队创新提出在线实时数据采集与离线模型优化相结合的数字孪生信道建模方法。前端实时感知现场变化，后台结合长期积累的数据反复计算、校准模型。
技术的核心是绘制一张“地下无线环境图”，信号哪里强、哪里弱，从哪个方向传来、经过多长时间到达等直观地呈现出来。“借助这张图，原本看不见、摸不着的无线信号变得可观察、可预测、可推演。”蔚保国解释道。
自主芯片定位精度媲美地面
在地下定位导航领域，核心芯片是产业链的“心脏”，也是制约行业发展的关键因素。经过反复摸索，团队终于成功研制出国内首款全自主可控“探界100”脉冲定位芯片。“在环境复杂的地下空间，这款芯片能够实现媲美地面北斗导航的超高定位精度，从根本上解决了地下定位模糊、误差偏大的痛点。”芯片研发负责人赵军表示。
蔚保国表示，“未来我们将拓展技术应用场景，推动成果在地下管廊、地铁隧道、深层矿山等领域规模化应用落地，树立地下空间智能开发的‘中国标准’。”
据人民日报 张存 制图
