无线定位与位置服务综合实验室应用方案.docx

无线定位与位置服务综合实验室解决方案郑州联睿电子科技有限公司一 背景与意义1.1 无线定位实验室建设的必要性位置服务攸关国家安全、经济发展和社会民生，在新一代信息技术这一战略性新兴产业中，具有举足轻重和不可或缺的地位，在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着重要的基础性支撑作用。近年来，随着智能手机和移动互联网的迅速普及，人们对室内外高精度定位导航的需求呈现爆发式增长趋势。发展位置信息服务产业对于扩内需、稳增长具有重大意义，也是我国战略性新兴产业的重要组成部分。在当今信息时代，其基础性和先导性的作用十分明显，正在深刻改变着人们的生产生活方式，孕育着新的经济增长点。随着现代信息社会快速发展，行业和社会公众对创新性和综合性的时空信息服务需求日益强烈，融合移动通信、互联网技术的位置服务应用，将有力推动位置信息应用产业结构升级，释放出更加广阔的市场空间。2012年12月27日，我国宣布北斗导航系统正式提供区域定位导航服务，定位精度为10米，成为第三个拥有自主卫星导航系统的国家。但是由于起步晚，北斗系统面临市场占有率低、信号覆盖有限等方面的问题。在国家科技计划的支持下，室内外定位导航技术得到了极大的发展，不仅大幅度提升了我国定位领域的科技水平，还推动了位置信息服务行业的发展，满足了人们对于全时空高精度定位导航服务的需求。2015年5月6日，863计划地球观测与导航技术领域“城市室内外高精度定位导航关键技术与服务示范”主题项目下设全部三个课题，顺利通过了科技部组织的技术验收。该课题融合地面基站系统与北斗卫星导航系统，将北斗导航服务从室外拓展到室内环境，满足了人们对于全时空高质量位置信息服务的需求。基于课题研究成果的星地融合广域高精度位置服务关键技术获得2014年度国家科学技术进步奖二等奖。上海市、合肥市、湖南衡阳市政府作为合作城市，百度、京东、中电四创、中兴通讯、长虹集团、中电24所等单位作为合作单位都已经与北邮签署了战略合作协议。这些应用与科研成果转化，提升了我国在国际室内定位领域的科技实力，对推动社会经济发展有重大意义。随着国家的大力推广和市场的强烈需求，各行业部门、地方省市提出建设或更新原有定位系统以形成广域室内外无缝定位系统；我国各大企业纷纷支持室内外一体化定位系统的建设和应用推广，中国电信、中国联通开展了定位及服务的示范；华为、长虹、合众思壮等企业开始研究将北斗信号接入手机应用中，并已取得了良好进展，基于位置的服务市场更是快速发展，例如导航信息提供商高德软件公司2012年已拥有超过1亿手机用户，年增长速度超过100%；“寻鹿”、“翼周边”等多个位置服务应用平台发展十分迅速。高精度的信号催生了位置服务的更多应用开发，餐饮、电影、旅游、游戏等领域发展迅速，应用方式和规模快速成长，极大拓展了室内外导航定位的市场空间，并提供了更多的就业机会。随着位置服务与消费应用的结合，将彻底打通定位信号、位置信息、个人消费这个链条，使虚拟世界与现实世界得到更好的链接。1.2 实验室建设意义随着数据业务和多媒体业务的快速增加，人们对于定位和导航的需求日益增大，尤其在复杂的室内环境，如机场大厅、展厅、仓库、超时、图书馆、地下停车场、矿井等复杂的室内环境中，常常需要确定移动终端或其持有者、设施与物品在室内的位置信息。室内定位时定位技术的一种，与室外定位技术相比有一定的共性，但由于室内环境的复杂性和对定位精度和安全性的特殊要求，是的室内无线定位技术有着不同于普通定位系统的鲜明特点，而且这些特点是室外定位技术所不具备的。室内定位范围相对较小，因此对定位的精度要求相对而言较室外定位要求较高。室内信号微弱，且反射现象严重，故要求定位算法对各种误差的鲁棒性要强。室内定位的应用场合通常决定了定位设备简单、功耗小、计算量和通信开销也不能太大，在特殊场合还需要考虑不对室内其他设备造成干扰。相对于较早就发展起来的室外定位，室内定位则起步较晚，但通过近年来研究和努力，也有了明显的进步。尤其，2001年的美国911事件，大量大楼内的工作人员和后期进入救援的消防人员由于与外界中断通信以及在室内的位置不明确而葬身火海，凸现出室内定位系统的重要性和紧迫性。自此，各国政府意识到对室内定位系统研究的重要意义，在该项目上都投入了大量的资金：其中，美国Motorola和Intel分别就室内定位系统的算法、软件和硬件设备进行开发。室内定位技术和定位算法已成为各国科技工作者研究的热点。建设基于位置信息的实训室或实验室对于学生、教师、高校都有着极大的好处和重要的科研和实践意义。1) 应用演示与理论实践相结合，培养学生学习兴趣，巩固知识，提高高校教学水平通过实际系统应用展现，可提高学生的兴趣，使之深入的学习和理解相关知识，激发其创新能力，进一步提高高校人才培养水平。2) 人才培养，提高学生实践水平，提高学生就业率 响应国家政策，正视社会需求近年来，“大学生过剩”与“技工严重缺乏”冰火两重天的反差格局，当代大学生普遍存在实践能力不强的问题，与社会需求不符。教育部副部长鲁昕认为，当前我国高等院校结构中，学术型大学比重过大，而应用技术型大学比重过小的现状，正是大学生就业难的根源所在。因此2014年，国家教育部进行全国高校改革，此次改革中，全国600多所地方本科院校，转型成为高级别的职业教育院校，重点培养工程师、高级技工、高素质劳动者等，适应社会需求。 行业需求决定人才需求当今社会，地震、火灾、矿难等状况频繁发生，餐饮、购物、地铁交通成为人们生活中十分重要的组成部分，这些变化引起人们对室内位置服务的需求正迅速增加。而公共安全、生产安全、应急救援、公共卫生、物联网、特殊人群监护、大型场馆管理、智慧城市建设等领域都需要使用准确的室内定位信息。因此，导航与位置服务产业有上万亿的市场空间。2009年中国导航与位置服务用户数量达到1650万，同比增长70%，2010年用户数量增长超过100%。2015年导航与位置服务用户超过5亿，产值将超过2千亿元，导航与位置服务成为新的经济增长点和战略性新兴产业，增加就业人口50多万，同时，海外导航与位置服务用户需求也呈现快速增长趋势，我国导航产品每年数千万套地进入国际市场。因此，定位行业人才缺口巨大，急需拥有相应知识储备和实践能力的人才。 完善实验设备，提高人才培养水平高校实验室是进行实验教学、科学研究和培养创新人才的重要基地,对于培养学生的动手能力和创新能力具有重要的意义。随着大学扩招计划的推进和国家政策的引导，落后的实验设备已不能满足日益增多的高校在校学生的需求，学生的实验以及就业实训实验室都存在巨大的缺口。因此，急需建立基于位置信息的实训室和实验室。3) 紧跟国家政策和科研趋势，完善科研设备，激发科研创新随着位置信息服务的发展，越来越多的教师和学生在进行基于精准位置信息的物联网、定位技术等相关应用研究，但实验设备不完善，导致实践和理论极易脱节。科学研究是一项“站在巨人的肩上看世界”的工作，落后的实验设施使高校师生无法掌握先进的设备和技术，增加了基础技术研究的时间，无法高效地利用当代先进技术和设备进行进一步开发和拓展。而建立基于位置信息的实训室或实验室可为高校师生提供完善先进的实验室，使之在应用体验和技术培训形结合的条件下迅速掌握理论和实践知识并进一步加深理解，通过知识普及和实际操作应用，了解行业动态和发展趋势，激发其创新能力，进行进一步科研创新、科研项目申报等。4) 打造行业技术领先实验室，人才、科研齐发展，提高高校影响力大学通过发挥教学、科研、社会服务等三大职能，来实现它对社会政治文明、经济发展、文化繁荣、科技进步等各方面的影响力。从微观的角度分析，高校影响力主要分为学术影响力、内部管理影响力、学生影响力、社会服务影响力。某大学通过对美国哈佛大学和加州大学伯克利分销两所世界一流研究型大学的发展历程进行分析，并结合研究具有中国本土特色的北京大学、清华大学、香港科技大学的管理经验，分析总结出我国大学影响力的提升策略：增强学术影响力和管理影响力是提升大学影响力根基；促进产学研成功结合是提升大学影响力的重要途径；注重人才培养质量和管理效能是提升大学影响力的关键环节。在当今信息化时代，打造基于位置信息的实训室或实验室可在学生学习知识、实训开发，教师项目研究、信息化教学等方面提供先进的完善的集硬件、软件、培训于一体的服务，高校提升学校的人才就业率、人才培养水平和整体科研水平，进一步提升高校行业影响力和整体竞争力。5) 发挥高校科研优势，推动信息行业发展 跟踪国际水平，缩小同国外的差距，并力争在我们定位领域有所突破，推动信息行业发展，为我国的经济发展和国防安全创造条件。 培养新一代高水平的科技人才； 通过伞型辐射，带动相关方面的科学技术进步； 为我国的经济发展和国防建设奠定比较先进的技术基础，并为高技术本身的发展创造良好的条件； 把阶段性研究成果同其它推广应用计划密切衔接，迅速地转化为生产力，发挥经济效益。1.3 高校现状1995年国防科技大学卫星导航研发中心成立，隶属国防科技大学电子科学与工程学院，专业从事我国自主卫星导航定位系统的研究，是我国第二代卫星导航系统导航技术方向专家组长单位，是教育部自主卫星导航定位技术工程研究中心。2001年，国防科技大学专门成立了卫星导航研发中心科研实体，专业从事导航科研与装备生产。在导航信号体制设计、系统运控技术、系统安全与抗干扰、高精度测量技术、系统仿真与测试技术、天线与射频、导航专用集成电路等方面具有深厚的技术积累，承担了我国自主卫星导航系统建设的多项重大科研任务，是导航载荷、信号体制、地面控制系统、应用系统等方面的预先研究和型号研制主承单位，突破了以北斗一号全数字快捕与接收、北斗二号关键体制、星上抗干扰、高精度测量、系统级零值测量等为代表的多项关键技术，为我国自主卫星导航系统的建设和产业化做出了重大贡献。1998年1月建立的武汉大学卫星导航定位技术研究中心，以卫星定位导航及相关领域的基础理论研究、新技术的推广应用及“高精尖”人才培养为主，目标瞄准我国卫星导航系统应用与自主卫星导航系统建设的需求，充分利用武汉大学在卫星导航相关学科建设、人才培养、对外交流及基础和应用研究等方面的优势，研究与跟踪国际卫星导航系统、终端及应用服务等方面的前沿关键技术;形成了发展我国自主卫星导航系统的新技术、新方法和新应用的探索、实验与开发的基地;促进卫星导航技术与应用的高等教育，培养高素质卫星导航专业技术人才，建成了具有世界一流水平的卫星导航定位技术的研发与创新平台。北京邮电大学通信、导航与微/纳系统实验室是由邓中亮教授所领导的科研团队经过多年努力，逐步发展壮大而形成。近年来，实验室在高精度室内定位、卫星导航、WSN/WLAN/RFID、RF MEMS、多媒体与图像处理、智能通信等方向上进行了一系列深入的研究，为国民经济与国防建设做出了重要贡献。实验室每年承担国家项目、企业合作项目等各类课题十余项，目前正承担包括国家863项目与国防预研基金项目在内的多个项目。2011年，依托该实验室，成立了育部卫星导航联合研究中心-卫星导航信号体制与通信分中心。2006年由上海市科委批准建设的上海市空间导航与定位技术重点实验室成立，该实验室利用上海天文台现有天文观测设备、相关技术和研究基础，紧密结合我台目前正在承担的探月与深空探测VLBI测轨工作，和导航定位系统数据处理系统与激光测距系统工作，面向国内相关领域的研究力量，在空间飞行器精密定轨关键技术研究及其应用方面提供支持，同时也对利用中国VLBI网（CVN）开展VLBI相关领域的观测研究工作提供支持。2006年北京航空航天大学通信导航与测试实验室成立，主要研究方向为导航定位与自动测试技术，具体包括：卫星导航技术、组合导航技术、电子设备自动测试与仿真、电子系统的健康管理技术。实验室主要承担了卫星导航原理、卫星导航接收机、组合导航技术、自动测试技术、电子测量技术等本科生、研究生和留学生的课程。实验室成立以来，共承担自然科学基金5项，国家863项目4项，武器装备预研基金8项，总装预研5项，空装预研2项，国防科工局预研课题3项，国防科工局重大基础研究1项，其它横向课题50余项。2008年中国科学院精密导航定位与定时技术重点实验室成立，该实验室以高精度时间传递和信号传播研究为基础，重点开展危险导航授时及其他辅助导航授时和定时技术的研究工作。2008年10月，卫星定位技术与应用重点实验室成立，其依托于东南大学3S技术研发中心，主要开展3S技术研究与理论集成、国土资源信息化技术研究、GNSS定位设备研制。2010年8月由河南省科技厅批准的由郑州轻工业学院作为实施单位的河南省“超宽带无线通信技术”院士工作站成立，该院士工作站以电子科技集团22所电波传播专家、郑州轻工业学院“双聘”院士张明高为带头人，主要研究与超宽带无线通信技术、信息处理、导航定位为主的相关技术，院士工作站科研团队由17人组成，其中院士1人、教授2人、副教授9人、客座教授1人（联睿电子科技有限公司总经理）、讲师4人组成（其中博士学位12人）。目前，研究方向主要包括超宽带天线设计研究、超宽带信号传播信道预测及电磁兼容问题研究、超宽带实时定位收发系统信号处理技术研究、无线传感器网络技术研究等。自院士工作站成立以来，在省科技厅和学校领导的支持以及团队成员的努力下，深入开展院士合作，发挥院士及其团队的作用，开展科研创新活动，加强科技成果转化，利用院士工作站的优势，加强和院士的交流咨询工作，促进了科研快速发展，培养了一批高素质人才，促进了学校产、学、研的有机结合，提高了学校科技创新能力，建站3年来，取得了一系列高水平的科研成果。同时，随着人员结构的增加及调整，进一步凝练了学科方向，形成了多个有特色的研究方向。2015年，解放军信息工程大学、广州城市职业学院、河南工业大学分别建立超宽带定位实验室，依托于联睿电子研发的U-Loc厘米级实时定位系统进行研发和实训。二 定位实验室建设2.1 实验室需求现状随着社会科技化进程的加快，社会对于基于位置信息的产品和服务的需求越来越高，随之对于技术的要求越来越高，而我国定位相关技术与国际先进国家的技术水平还有一定差距，相关技术还有很大的提升空间，而相关技术的人才缺口问题也逐步凸显。因此，建立基于位置信息的实训室或实验室势在必行，其不仅能够为国家、社会培养相关技术人才，还能解决大学生普遍实践能力弱的现状，提高就业率和就业水平，并能激发新的创新课题，增强科研力量，提高高校整体科研水平和竞争力，缩短与国际先进技术水平之间的差距，加快我国科技化进程。因此，我公司为以下相关专业（图2.1）提供了几类实训室或实验室，以供高校选择。图2.1 实验室建设相关专业2.2 实验室建设方案根据高效现状和需求，我公司从应用、开发、研究等目的出发，为高校设计了以下四类实验室建设方案:图2.2 实验室建设四类方案物联网应用开发实训室 目的：培养综合应用定位等技术的人才；基于位置信息进行数据分析和应用开发。 原因：定位技术是物联网感知层的核心技术之一，随着社会和科技的不断发展，定位技术的应用已逐渐进入社会的各个角落，基于位置信息数据的应用也得到了越来越多的关注，社会对能够综合应用各种技术和定位技术的人才缺口十分巨大。 现状：学校缺乏相关设备，无法开展实训教学，急需建设。 专业：物联网、计算机等 对象：专科、本科及以上室内定位开发实验室 目的：室内定位技术的学习；培养室内定位研究及应用方向的人才；基于位置信息进行系统联动和应用研究。 原因：随着移动互联网的高速发展，越来越多的位置服务应用占据着人们生活的每个角落。随着国家数字化、信息化发展的不断加快，政府、企业对精准位置信息都提出了相应的需求。 现状：学校缺乏完整的室内外一体化建设，需要建设完善的实验设施进行应用研发。 专业：测绘、电子信息等 等级：本科及以上室内外一体化定位实验室 目的：培养定位研究方向的人才；基于室内外进行智能联动和应用研究。 原因：随着国家数字化、信息化发展的不断加快，室外定位已不能满足需求，政府、企业等对室内精准位置信息都提出了相应的需求，人们渐渐意识到以室内定位为基础的应用风暴将成为席卷互联网的下一个爆点。 现状：学校缺乏完整的室内外一体化建设，需要建设完善的实验设施进行应用研发。 专业：测绘、电子信息等 等级：本科及以上1) 泛在信号融合定位实验室 目的：培养定位及相关智能应用及研究方向的人才；基于多信号、多领域进行联动和融合；科学研究、创新。 原因：随着国家智慧化、智能化发展，现代社会越来越倾向于数字信息化、智能一体化，因此，多种技术的融合和研发已成为了一种趋势，因此，多种定位算法的研究，多技术的融合个将会给实际应用和科学研究注入新鲜度血液，推动信息行业的发展。 现状：人才短缺，市场潜力无穷，高校需要建设完善的实验设施进行应用研发和人才培养。 专业：计算机、信号与信息处理、通信系统、自动化、控制工程与控制理论等 对象：本科及以上2.2.1 物联网应用开发实验室物联网是通过各种传感设备，把物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络，可广泛应用于各行各业，如把各种传感器嵌入或装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中，形成物联网，通过无线信息的收发，便于通讯和监管。物联网是国家决定大力发展的战略性新兴产业之一。从“智慧地球”到“感知中国”，物联网备受国际关注。随着物联网的迅速发展，社会各行各业对应用的需求越来越明显和迫切，作为国家科学技术发展主要力量的高等高校，建设物联网实验室并开展针对性的教学与科研，培养专业技术人才，有利于学校的学科发展和教学科研领域的提升。2.4.1.1 实验室建设方案1) 实验室架构物联网应用开发实训室的架构如图2.3所示：图2.3 物联网应用开发实训室架构物联网应用开发实训系统集成了位置数据采集系统以及多种组网模式，可实现多种物联网构架，面向各大高校及大专院校的专业教学、创新和竞赛，提供了完备的实践平台，便于学生熟悉和掌握物联网的构成及实际应用开发。物联网应用开发实训平台是在对超宽带定位、无线数据传输深入研究的基础上开发的、为了配合专科生、本科生、研究生的课程学习和应用实训而开发的教学实验的基础平台，也可用作研究机构了解掌握超宽带定位工作原理及其应用的培训设备。2) 实验室特点： 层次性：包含位置感应层、网络传输层、应用开发层等多个层次，学生可以从通信网络系统、位置感应系统的层次上认识通信系统和定位信息感应技术，扩展学生的认识思路。 系统性：提供精准的位置信息处理平台，有助于学生理解系统的组成及各组成部分在系统中的作用。 综合性：集成了通信原理、移动通信、数字信号处理、通信网络与交换、电磁场与电磁波、超宽带无线通信等多门课程理论知识与技术，非常利于学生对专业知识综合认识及应用能力的提高。 先进性：实验内容包含了当今测绘、通信专业一些最先进的理论，学生可以在较短的时间内掌握当今测绘、通信技术的最新发展动态，适应新技术发展的要求。 实用性：该系统是对位置感知信息获取非常直观的再现，促使学生全面而深层次理解感应信息的理论知识内容，为以后从事定位、物联网应用等相关工作，提高就业竞争力打下坚实的基础。 开放与开发性：该实验系统提供了一些开放的接口平台，高水平的本科生、研究生及相关专业教师可以按照自己的想法进行程序设计。3) 实验室适用范围：a.适合物联网、软件工程、通信、电子、信息、自动控制等专业的专科生、本科生、研究生基础教学实验及教学；b. 专科生、本科生、研究生应用开发；c. 毕业设计，硕士生、教师课题研究。2.4.1.2 实验室应用拓展物联网应用开发实训室建设可为学生、教师、高校带来以下应用拓展:a) 对于物联网专业的学生或教师来说，物联网实验室正是紧密结合本专业教学与科研的核心实验室，能比较全面的满足学生或教师在学习和研究物联网技术方面的需求。b) 对于开设物联网技术这一课程的学校以及选修此课程的学生来说，物联网实验室可比较全面的展示物联网技术的应用，使学生和老师可以掌握物联网基础理论和技术以及应用方法，提高学校科研实训水平和学生就业率，进而提高学校整体影响力。c) 对于其他相关专业的学生或教师来说，如计算机软硬件、通信、自动化、物流管理等专业的学生或教师，可以通过物联网实验室进一步深入掌握物联网技术在本专业的应用，为将来就业和科研提供良好的实验平台。d) 建设物联网实验室能使学生、教师、高校以及整个物联网行业共同受益，并满足社会各行各业对物联网相关人才、技术等的需求。2.2.2 室内定位开发实验室随着智能手机的普及，以及移动互联网的发展，地图与导航类软件将进入一个新的时代室内导航。近几年来，包括谷歌、微软、苹果、博通等在内的一些科技巨头，还有一些世界有名的大学都在研究室内定位技术。室内定位技术的商业化必将带来一波创新高潮，各种基于此技术的应用将出现在我们的面前。我们可以想象一些比较常见的应用场景，比如在大型商场里面借助室内导航快速找到出口、电梯，家长用来跟踪小孩的位置避免小孩在超市中走丢，房屋根据你的位置打开或关闭电灯，商店根据用户的具体位置向用户推送更多关于商品的介绍等等。因此建立一个高级别的室内定位开发实验室不仅可以提高本院校的科研实力和教师在相关领域的学术水平，还可以培养学生在新兴科技领域的学习和探索，为学生的研究方向和就业领域拓宽视野，提升就业率，更能将其融入社会实际应用中，创造更大的实用价值、经济价值和社会价值!2.4.2.1 实验室建设方案1) 实验室架构室内定位开发实验室的架构如图2.4所示：图2.4 室内定位开发实验室的架构2) 实验室特点： 改革性：推进实验教学改革，实践应用与科学研究相结合，提高教学质量。 层次性：包含定位系统等多个层次实验，学生可以从通信网络系统、位置感应系统的层次上认识通信系统和定位技术，扩展了学生的认识思路。 系统性：提供精准的位置信息处理平台，便于学生理解系统的组成及其在系统中的作用。 综合性：集成了超宽带无线通信、通信原理、移动通信、数字信号处理、通信网络与交换、地图学、大地测量学、计算机图像学等多门课程理论知识与技术，非常利于学生对专业知识综合认识及应用能力的提高。 先进性：包含了当今室内定位领域一些最先进的理论，学生可以在较短的时间内掌握当今室内定位行业的最新发展动态，适应新技术发展的要求。 实用性：该系统是对位置感知信息获取非常直观的再现，促使学生全面而深层次理解感应信息的理论知识内容，为以后从事定位技术应用、研发等相关工作，提高就业竞争力打下坚实的基础。 开放与开发性：该实验系统提供了一些开放的接口平台，学生及相关专业教师可以按照自己的想法进行程序设计，从而使他们的一些设计思路能很快的在该系统中得到验证，也可作为课程设计与毕业设计平台。3) 实验室适用范围：a.适合通信、电子、信息、测量、自动控制、导航、遥控遥测等专业的专科生、本科生、研究生基础教学实验及教学；b. 专科生、本科生、研究生应用开发；c. 毕业设计，硕士生、教师课题研究。2.4.2.2 实验室应用拓展1、全面展示室内定位系统的应用，使学生深入理解和掌握包括单片机、传感器、嵌入式、应用软件开发、定位技术等一系列知识。2、预留多种接口，可在精准位置信息的基础上加设多种传感器模块，并可与自动化等设备进行联动，使学生通过平台掌握更多知识和实践经验，提高学校科研实训水平和学生就业率。3、提供以精准位置信息为基础的开发实验台，让学生和老师可以进行精准位置信息的二次开发和实训，提高学校整体科研水平和行业影响力。4、建设室内定位开发实验室能使学生、教师、高校以及整个定位行业共同受益，并满足社会各行各业对定位相关人才、技术等的需求。2.2.3 室内外一体化定位实验室随着人类社会的进步，人们越来越关注自身的精准位置信息以及兴趣点的定位和导航。全球卫星定位系统(GNSS)提供了有效的室外定位手段，成为很多人出行导航的必备工具。但是卫星导航也有它的不足和脆弱性，如卫星信号在收到干扰或遮挡时，将失去定位导航的能力，在高楼林立的城市区域以及大型场馆的室内，卫星定位的精度会大幅度降低，甚至无法定位，然而，大型公共场馆内部建筑结构复杂、人员密度高、场馆内设备数量大，对室内定位的需求十分迫切，定位与位置服务的“最后一公里”问题日益突出。因此，我国提出了着力发展室内外无缝导航的战略需求。建立室内外一体化定位实验室，将加快室内外定位导航基础设施建设、促进设备研发和产业化，提高高校就业率和科研水平；并可带动社会投资和消费需求，为现代服务业带来新的发展机会；也为通信产业等结构调整打下基础，支撑导航与位置服务战略性新兴产业发展，促进传统产业结构转型。2.4.3.1 实验室建设方案室内外一体化定位实验室融合了当下先进的超宽带高精度实时定位技术、GNSS实时定位技术和底层GIS平台搭建技术，实现了从地形测量、GIS平台搭建到室内外一体化定位，再到多样终端应用、二次开发完整的建设，在学术研究、实践实训、应用开发、算法研究、科技创新、智能控制等方面均有很好的应用和开发意义。1) 实验室架构室内外一体化定位实验室的架构如图2.5所示：图2.5 室内外一体化定位实验室架构图2) 实验室特点： 多样终端支持计算机、平板、手机等终端设备。 先进性实验内容包含了当今通信专业一些最先进的理论，学生可以在较短的时间内掌握当今通信技术的最新发展动态，适应新技术发展的要求；室内外一体化定位系统采用国际领先的定位技术和优化算法，在定位精度、稳定性等方面均具有绝对优势。 完善性室内外一体化开发实验室所需设备均由中海达上市公司协同联睿等子公司研发制造，保证设备的兼容性和稳定性。 综合性集成了大地测量学、超宽带无线通信、卫星导航定位技术、通信原理、移动通信、数字信号处理、通信网络与交换等门课程理论知识与技术，利于学生对专业知识的综合认识及应用能力的提高。 层次性：包含底层GIS平台搭建、定位系统、上层开发等多个层次，学生可以从大地测量学、定位系统等层次上认识通信系统、定位技术和测绘知识，扩展学生的认识思路。 实用性：促使学生全面而深层次理解感应信息的理论知识内容，为以后从事室内外定位导航及应用开发等相关工作，提高就业竞争力打下坚实的基础。 开发性：该实验系统提供了一些开放的接口平台，学生及相关专业教师可以按照自己的想法进行研究和开发。3) 实验室适用范围：a.适合通信、电子、信息、信号、测量、自动控制、导航、遥控遥测等专业的专科生、本科生、研究生基础教学实验及教学；b.本科生、研究生应用开发；c. 毕业设计，硕士生、教师课题研究。2.4.3.2 实验室应用拓展a) 人才培养结合应用体验，加深对室内外定位等技术的理解，提高学生兴趣，促进师生创新研究，提高学生的知识储备和实践能力，提高就业竞争力。b) 科技创新建立以精准位置信息为基础的开发实验台，让学生和老师可以进行室内外无缝定位的研究和二次开发应用。c) 项目研究预留多种接口，将定位行业先进技术内容融入实验室，可在现有平台上进行进一步算法优化、开拓创新、申报科研项目、多技术融合、智能联动等，实现自身科研水平、社会科技水平和智慧生活方面的大幅度提升。d) 提升实力充分利用先进、完善的实验室可提高高校教学水平，人才培养水平，科研水平，进而提高高校就业率、综合实力、领域知名度和影响力。2.2.4 泛在信号融合定位实验室目前，室内外定位技术各有特点，适用范围和定位精度各不相同。卫星定位技术实现了室外的广域覆盖，定位精度达到米级、分米级甚至更高精度，但无室内定位能力。在室内定位技术方面，UWB/Wi-Fi/WSN/RFID等能实现局部的米级室内定位，因此导航卫星与地面网络协同、多种地面定位技术的协同以及室内外协同的高精度无缝定位技术已成为未来的发展趋势。2.4.4.1 融合定位实验室建设的必要性 位置服务的必要性导航与位置服务攸关国家安全、经济发展和社会民生，在新一代信息技术这一战略性新兴产业中，具有举足轻重和不可或缺的地位，在物联网、智慧地球、节能减排、救灾减灾等领域发挥着重要的基础性支撑作用。 室内定位技术遇到的主要问题及未来可能的研究热点随着智能通信技术、物联网技术的兴起和发展，工业、农业、商业、物流、军事等领域对于人员和设备等定位有着越来越多的需求。尽管目前室外定位技术已经有较为成熟的解决方案,但是在室内环境下，目前尚无比较经济且成熟的技术，根本原因是室内定位存在环境复杂、定位面积小。 高精度室内外无缝定位技术成为发展趋势位置基础信息，它需要更多的人在这个基础之上建立增值服务，包括相应的运营模式，才能有价值。因此，位置服务产业是开放的，需要不断地给予和培育，只有当全社会都用某一地理位置服务时，它的产业价值才能体现出来。近年来，随着社会信息化的发展，人们对于全时空高质量位置信息服务的需求越来越大，单独的室外定位已不能满足人们的需求，人们对室内外高精度定位导航的需求已呈现爆发式增强趋势。 高精度室内外无缝定位技术趋向于多系统协同（1）定位技术互补融合 随着互联网、无线通信、计算机技术、测绘技术和设备制造等关键技术的飞速发展，室内定位向着多技术互补融合的方向发展。通过多技术融合互补的方式弥补某一项定位技术的劣势，如何将不同的技术融合起来将是研究的热点。 （2）室内定位应用领域不断扩展 精准的室内定位技术向室内用户提供有用的、有针对性的市场与服务内容的关键，是一个需要填补的技术缺口。人们大部分时间都是在室内，室内定位技术与其实现的应用之间，绝对存在着协同效应。2.4.4.2 实验室建设方案1) 实验室架构泛在信号融合定位实验室的架构如图2.5所示：图2.5 泛在信号融合定位实验室架构2) 实验室适用范围：a.适合通信、电子、信息、测量、自动控制、导航、遥控遥测等专业的本科生、研究生基础教学实验及教学；b.本科生、研究生应用开发；c.毕业设计，硕士生、教师课题研究。3) 实验室介绍泛在信号融合定位实验室的建设流程为：底层地图+定位系统+GIS应用开发=行业应用解决方案i. 底层地图的建立三维地图建模a) 室内（小范围）场景建模 三维激光扫描与建模三维矢量地图模型（具有三维地图坐标信息） 全站仪室内测图被测区域坐标信息（无地图坐标信息，需将地图坐标信息嵌入三维模型） 倾斜摄影与建模三维模型（利用无人机拍摄室外实景图片制作三维模型，需结合RTK等测量手段嵌入地图坐标信息）b) 室外场景建模 CORS + RTK地图测量 全站仪地形测量地图测量 无人机正射影像+COR