5G融合定位解决方案，赋能轨交场景安全管理

牛晖萍，陈晓明，王红欣，汪竞飞

（1.广州地铁集团有限公司，广东 广州 510000；2.中兴通讯股份有限公司，上海 201203）

1 位置服务的需求日益突显，面临问题和挑战

通过轨道交通工作人员调度系统和人员定位技术结合，一方面，可对所有工作人员位置实现可视化，掌握巡检路线，进行事后巡检路线分析；另一方面，可以根据历史路径轨迹，进行智能分析，给出路线优化建议，提升巡检效率，减少巡检人员的工作量。当发生应急事件后，可以根据人员位置分布，调度距离事发点最近人员，快速到达现场，进行应急响应，大大提升了调度效率和应急响应处置效率[1]。如图1所示。

图1 工作人员调度示意图

传统定位方式以卫星、蓝牙、UWB等定位技术为主，均存在一些局限性。卫星定位主要用于室外场景，提供5～10米定位服务，普通手机都具备卫星芯片，可满足室外应用需求，成本低，同时随着技术演进，利用RTK/RTD技术定制终端可获取厘米级定位精度。轨道交通站台大部分均属于室内场景，室内卫星信号遮挡严重，定位精度下降，无法满足定位需求；采用蓝牙、UWB定位需硬件独立部署，需要单独投资，成本高，后期维护需要单独的团队，十分复杂；视频定位依靠图像特征标识进行建模进行匹配，更适用于局域热力统计，同精度和摄像头密度有关系，部署投资大，同时需要个性化建模，易受光线影响，无法精准呈现指定人员的定位[2]。各种定位技术的对比如图2所示。

图2 各种定位技术对比

蓝牙、UWB、卫星等传统定位系统仅聚焦定位能力，无法很好兼顾轨道交通本身已有的数字化转型期的诉求。而移动蜂窝网覆盖无处不在，同时可以提供米级定位精度，并且能够复用用户已有的通信终端，其普适性比较强，比较适合作为基础定位覆盖网络。移动蜂窝网定位和传统定位技术融合互补，可满足行业的多样化定位需求[3]。

2 5G网络催生5G融合定位解决方案

蜂窝定位随着协议推进，以及5G网络的普及，逐渐实现高精度定位。但当前已有的蓝牙、UWB等室内定位技术并未形成统一的定位解决方案，因此，室内定位业务部署和维护存在较多挑战。

（1）部署和维护成本比较高，大型楼宇室内结构复杂，单独部署一张定位网络成本高，同时室内场景往往会发生变动，如楼层装修、设备修理、店面更换等，影响位置服务的准确性，后期维护成本高。

（2）室内部署困难，安全要求高。室内部署涉及管理部门众多，协调难，还需要符合业主管理和物理安全要求，同时由于定位信息是企业生产相关的数据，需要保障定位数据的安全性。

（3）各种定位技术相互独立，每种定位技术各具优劣势，未能发挥出协作提效的作用。

（4）定位相关标准缺失，网络建设、性能测试、矢量绘制图、环境特征库等方面还未形成统一的业界认可的标准。这几方面的因素，均制约着室内定位应用的发展。

（5）室内地图定制化，阻碍室内定位的发展

所有定位技术面临室内地图绘制的难题，由于其私密性要求，需要经业主、物业同意，无法像室外的地图，由百度、高德等地图厂商提供。另外，室内地图各家采集技术略有不同，还没有完全标准化。同时地图制作需要专业的设备，硬件成本高，限制室内定位的发展。

5G网络作为基础设施，5G+智慧地铁解决方案聚焦车站运营管理、乘客出行服务和列车基地维修三大场景，基于5G网络的大带宽、低时延的信息传输能力，提供多个智慧地铁应用，赋能轨交场景数字化转型。5G网络在为轨道交通业务提供网络的同时，复用用户已有的5G终端，提供5G定位能力，同时联合产业上下游位置服务合作伙伴，洞察行业需求、场景特征，融合多种定位技术，结合边缘算力，构建5G融合定位解决方案，面向轨道交通安全管理提供定位服务。

如图3所示，5G融合定位解决方案架构分为4层，包括终端层、网络层、平台层、业务层。

图3 5G融合定位解决方案示意图

（1）终端层：指被定位对象携带的终端。终端要考虑便携性，我们提供多种形态的定位终端，如手机、安全帽等形态的5G终端，以及基于蓝牙、UWB等方式的工卡式终端。目前手机已默认配置蜂窝网、蓝牙等基础定位芯片，UWB在终端上也在向标配的发展，终端通信和定位的融合已具备一定基础。随着5G RedCap定位芯片的问世，使得卡片式的5G终端应用成为可能，轻量化、低功耗、低成本终端形态将进一步丰富，5G定位方案将适应更多场景需求。当前5G终端价格最高、UWB居中、蓝牙最低，定位标签的价格高低直接影响到应用场景的多寡。虽然当前蓝牙售价已经低至几十元，但仍然比很多客户熟悉的RFID高很多，无法给每个物品都佩戴，高精度定位还是主要用于人员和高价值物资上[4]。

（2）网络层：完成定位测量，是位置服务的基础。方案基于5G网络多种定位算法，同时融合传统定位算法，灵活适应各种场景的定位测量。针对各种复杂环境，基于5G网络，方案根据其环境特性采用UTDOA、AOA、ECID等多种定位算法，兼顾成本和精度，提供多种定位技术和算法融合，为企业人员定位管理系统提供位置基础。

同时兼顾亚米级别定位精度，5G网络可和定位基站共同部署，5G基站为定位基站供电并传输定位测量数据，同时将位置解算服务部署在边缘云节点，统一维护部署，提供厘米级高精度定位能力。如图4所示。

图4 5G蜂窝定位算法

（1）平台层：包括LBS（基于位置的服务）和地图服务两部分。LBS提供基于网络层测量数据的位置解算，并可以提供基础的位置、轨迹等功能；地图服务主要针对封闭园区或室内场景，提供地图制作渲染、位置信息融合呈现等功能。其部署位置灵活，可根据企业已有云边架构或者企业自身情况，灵活选择集中和分布式部署方式，同时也可以基于算力基站，提供极简算力部署，即插即用。

（2）业务层：业务层是轨道交通管理服务门户，提供面向管理人员的应用服务，是数字化平台建设的一部分，包括人员管理、紧急调度、电子考勤等服务，将轨道交通系统与工作人员管理结合。业务层和平台层解耦，灵活集成对接，轨道交通数字化平台可直接调用平台层进行应用服务呈现，也可直接使用平台层开放的位置数据，根据实际的业务需求实现面向轨道交通上层应用的位置服务。

面向轨道交通的位置服务需要考虑地图构建、端到端系统集成等方面，涉及终端、网络、平台、地图、应用集成等领域，5G 融合定位解决方案提供端、网、云、业架构的端到端定位解决方案，进行方案构建和完善，并逐步验证，推进方案成熟，运营商可发挥5G网络的规模优势，复用现有供电、传输资源和站址资源，统一行业技术和标准，统一提供定位服务。

面向轨道交通类的B端客户，5G网络定位提供两种定位架构：广域定位架构和局域定位架构。

（1）广域定位架构，主要面向全国广域的2C用户提供定位服务，如公共安全服务。广域定位架构UTDOA定位流程（UTDOA TS38.305,Figure 8.13.3.4-1: UL-TDOA positioning procedure）主要涉及核心网、基站与终端，由其共同完成定位过程。

（2）局域定位架构不涉及核心网，在本地新增定位服务器，部署灵活、快速，由基站直接上报测量数据到本地定位服务器，进行定位解算。局域定位架构主要面向轨道交通工作人员提供高精度定位服务。

3 5G融合定位助力轨道交通安全管理

5G融合定位解决方案不仅仅面向轨道交通工作人员安全管理，同时也可以用于大众。轨道交通随着城市数智化发展而迅猛发展，“找路难”成了很多人面对的难题。例如，在北上广深等一线城市中，处于线路交汇的地铁枢纽通常具有多个出入口，每天的人流量极其庞大，室内定位技术既可以为其智慧化转型提供技术支持，还可以提供位置服务，方便乘客出行，为广大客户提供精确定位与导航。同时利用位置数据提升管理水平，通过对客流热力分析，掌握人流规律、人流走向等，智能引导客流量，提前部署应对，避免旅客滞留等问题。

5G网络兼顾通信+定位能力，一网双用，投资成本低，复用2C基站资源，业主购买定位服务，而无须考虑硬件建设。在运维上，运营商在提供网络运维的同时兼顾定位运维。在定位精度上，除了米级定位精度服务，还可以融合高精度定位技术，提供亚米级定位服务。5G融合定位解决方案，基于云网通信能力，助力轨道交通数智化。

4 结束语

5G融合应用“网业协同”是行业数字化、智能化、网络转型“扬帆启航”的强大助力，5G网络大带宽、低时延、高可靠的特性为垂直行业应用提供强大的网络基础支撑，结合MEC（边缘计算）、大数据等领先技术，助力各行各业的数字化转型，助力人与人、人与物、物与物之间紧密协作，促进整个社会迈向万物智能互联。未来定位技术结合边缘计算、大数据等领先技术，赋能各行应用的数字化与智能化发展。