室内外无缝定位实施方案设计

室内外无缝定位及位置综合服务系统
研发与示范应用
目录
一、项目研制背景 (1)
（一）、国内外发展现状 (2)
（二）、项目研制意义 (11)
二、项目研制内容 (14)
（一）、主要研制和示范应用内容 (14)
（二）、主要性能指标及先进性 (18)
三、项目研制方案 (20)
（一）、技术方案 (20)
（二）、关键技术及解决途径 (119)
（三）、项目研制基础 (137)
（四）、研制进度及实施周期 (149)
四、项目投资测算（财务）（向博、晏博？） (150)
（一）、项目总投资及测算依据 (150)
（二）、详细资金预算 (150)
（三）、年度投资计划 (150)
五、项目组织实施方案 (151)
（一）、项目分工 (151)
（二）、项目组织 (151)
（三）、项目管理 (157)
六、项目推广应用的经济和社会效益 (162)
（一）、经济效益分析 (162)
（二）、社会效益分析 (168)
七、有关附件 (170)
一、项目研制背景
随着人类社会的进步，人们越来越关注自身的精确位置信息，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。

继美国的GPS和俄罗斯的GLONASS系统之后，我国北斗导航系统的建设进展顺利，在2012年形成覆盖亚太大部分地区的服务能力。

我国北斗第二代卫星导航系统的民用开发，将服务于国民经济的各领域，是国家信息化建设、提高国家安全保障能力、从根本上扭转我国被国外卫星导航技术长期垄断的被动局面、提高国民经济效率和运行质量的至重任务。

但是卫星导航也有它的不足和脆弱性，如卫星信号在受到干扰或遮挡时，将失去定位导航能力，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。

本项目顺应我国着力发展室内外无缝导航的战略需求，以行业龙头企业为示范和推广单位，联合采用不同定位技术以达到对室内外各种定位应用的无缝覆盖，同时保证各种场景下定位技术、定位算法、定位精度和覆盖范围的平滑过渡和无缝连接，通过建立自主可控且满足多行业和公众需求的室内外无缝定位及位置综合服务系统，推动行业应用的展开和技术标准规范的建立。

本项目的建设实施，将有助于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，推广基
于北斗卫星导航系统的民用开发，可显著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。

（一）、国内外发展现状
1、室内外定位系统（704）
目前以美国的GPS、俄罗斯的GLONASS、中国的北斗、欧盟的Galileo系统等为代表的全球定位系统（GNSS：Global Navigation Satellite System）是获取室外环境位置信息的最常用方式。

卫星定位的原理是通过接收定位点上空至少三颗卫星的授时信号，再通过计算来确定该点在地球上的位置。

由于受到授时精确度、信号在不同介质中的传输速度等误差带来的影响，目前民用卫星导航系统的精确度一般为10米左右。

影响GNSS导航定位的主要误差因素包括卫星轨道误差、卫星钟差、大气延迟（对流层延迟、对流层延迟）、多路径效应。

（1）国外发展现状
国外不同的卫星导航产品生产厂家推出了各种测量型卫星导航接收天线，这些天线的类型多样，实现技术迥异，归纳起来基本为以下两种：（a）采用轴对称多馈点微带贴片天线，如Trimble公司的Eyphyr测量型天线和Topcon公司的LegAnt2&3都是四馈点微带叠层
贴片天线；（b）采用多臂平面螺旋缝隙天线，如NovAtel公司702天线、Sokkia公司的sok600天线。

轴对称多馈点的微带贴片天线通过轴对称的多馈点设计保持天线的轴对称性能。

馈点越多，对称性越好，相位中心稳定度越高，但后端有复杂的馈电网络。

此外该种天线由于采用微带贴片形式，带宽窄，叠层贴片只能满足双频需求。

多臂平面螺旋缝隙天线通过绕轴对称的缝隙螺旋臂保证天线的高稳定度相位中心，馈电网络采用串行行波微带线馈电电路，结构比叠层天线简单，但实现宽频带上有较大困难。

在天线抗多径设计技术方面，普遍采用的是扼流圈抗多径天线形式，扼流圈技术通过类似表面的波纹结构产生复合模式从而改变天线的增益分布，使之具有对称性和很低的旁瓣和后瓣。

JPL扼流圈是早期的扼流圈产品，属于典型的单槽深单频扼流圈结构，文献表明它在L2波段上的多径抑制性能改善大约10dB，但在L1波段性能改善不多。

在高精度参考站天线方面，Javad公司设计了一款双频双深度扼流圈产品。

该产品可同时跟踪GPS、GLONASS、Galileo信号，此外在这款天线设计中，在槽中增加了特殊的隔板实现了同时对L1、L2两个频段的最优化。

文献表明此产品在L1、L2两个频段上都能实现JPL 早期产品的抗多径性能，适合应用于网络RTK基准站和高精度大地测量。

目前，国外主要应用GPS系统导航定位。

在GPS技术开发和实际应用方面，国际上较为知名的接收机生产厂商有美国Trimble（天宝）
导航公司、瑞士Leica Geosystems（徕卡测量系统）、美国Javad（佳瓦特）公司、日本TOPCON（拓普康）公司和加拿大的NovAtel公司等。

Trimble（天宝）的测地型GPS接收机产品主要有R8、R7、R6及5800、5700等。

其中，5800为24通道GPS/WAAS/EGNOS接收机，它把双频GPS接收机、GPS天线、UHF无线电和电源组合在一个袖珍单元中，具有内置Trimble Maxwell 4芯片的超跟踪技术。

Leica Geosystems（徕卡测量系统）是全球著名的专业测量公司，是快速静态、动态RTK技术的先驱。

美国Javad（佳瓦特）公司生产的GPS接收机主要有Alpha、Delta、Sigma、Triumph系列。

Sigma系列是Javad公司针对高精度定位接收机市场开发的产品。

Sigma系列接收机具备216个跟踪通道，可同时跟踪GPS、GLONASS、Galileo卫星的单频、双频信号。

日本TOPCON （拓普康）公司生产的GPS接收机主要有GR-3、GB-1000、Hiper、Net-G3等。

TOPCON公司设计的HiPer Pro接收机是世界第一款无线一体化GNSS RTK高精度测量系统。

在参考站方面，TOPCON公司设计的NET-G3参考站接收机具有72个通用卫星跟踪通道，可兼容GPS+GLONASS+GALIEO卫星导航系统。

加拿大NovAtel公司设计的ProPak-V3是一款高性能型接收机。

这款接收机具备72个跟踪通道，可同时跟踪L1、L2频段的GPS+GLONASS 卫星信号。

（2）国内发展现状
目前，国内大部分厂家只是在国外OEM板的基础上进行二次开发，多是进行外设的集成，重点是数据处理方面，只有少数厂家具备完全的知识产权。

十一五早期，国内研发的与高精度测量相关的产品主要是双频GPS接收机和北斗二代区域系统监测接收机。

目前国内市场在高精度测量GPS技术开发和实际应用方面，国内民用领域较为知名的接收机生产厂商有中海达测绘仪器有限公司、上海华测公司、南方测绘仪器公司以及和芯星通科技（北京）有限公司等，国内军品导航领域较为知名的院所有国防科技大学、北京遥测技术研究所（即航天科技集团公司第九研究院第704研究所，下文简称704所）和航天五院503所等。

中海达测绘仪器有限公司的GPS接收机产品主要有HD6100网络RTK GPS、HD8200G蓝牙静态GPS、V7/8/10 CORS RTK系统等。

中海达的V10 CORS RTK系统可全面无缝兼容其他CORS。

上海华测导航的GPS接收机产品主要有X60CORS、X20单频接收机、X90一体化RTK、X60双频接收机等。

南方测绘仪器公司生产的大地测量型GPS接收机产品主要有NET-S8基准站接收机、S82/86一体化双频RTK接收机等。

2、基于位置的服务
位置服务（Location－based Service，LBS）是指通过室内外定位系统获取移动终端用户的位置信息，在电子地图平台支持下，为用户提供同空间位置相关的增值服务业务，位置服务的组成包括移动
设备、定位、通信网络、地图数据、以及服务与内容提供商。

位置服务涵盖细分市场众多，产业资源丰富。

随着卫星导航技术的进一步发展、无线通信技术和智能移动终端的广泛应用，位置服务得到了飞速发展与普及。

导航与位置服务产业在国际上已成为继互联网、移动通信之后的发展最快的新兴信息产业之一，近年来持续保持50%以上的年增长势头，具有十分巨大的市场潜力。

（1）国外发展现状
早在1996年，美国联邦通讯委员会FCC要求移动运营商为手机用户提供紧急911服务，强制规定所有的移动网络运营商必须采取某种方法对拨打“911”电话的用户提供其当前的位置信息，促成了位置服务的出现。

Bell移动公司在加拿大率先推出了基于位置的娱乐、信息查询、导航、紧急救助等服务，到2003年12月，Bell移动公司的MyFinder移动业务已占据市场的半壁江山，并于2004年9月发布首款基于GPS的移动游戏swordfish，在该游戏中移动定位技术被充分利用，而且能够将地球微缩成像一个可测量的鱼塘。

在亚洲，日本于2001年下半年便开始在本国范围内提供位置服务，2004年10月开始提供GPS地图服务；韩国KTF于2002年2月利用GPSONE技术成为韩国首家在全国范围内通过移动通信网络向用户提供商用移动定位业务的公司，2004年7月，韩国最大的移动运营商SK电讯率先推出全球首项保障儿童安全的网络定位服务I-Kids，用来确认孩子当前的位置和活动路径，一旦孩子的活动超出设置的范围，就会自动
发出报警短信。

2009年，全球首个基于LBS的手机社交网络Foursquare面世，Foursquare是一个通过“50%地理信息记录、30%社交分享、20%游戏”的运营模式，将传统互联网，移动互联网以及LBS进行融合，提供了一种新型的社交网络，随后Google Buzz、Gowalla、MyTown、Yelp、Facebook等一大批互联网公司也相继推出了其专属的地理位置服务应用。

Google公司推出了Google Places平台，Nokia推出了OVI Friend view平台，并与Facebook合作推出了OVI Lifecast平台，允许用户将实时位置信息功能与社会网络融合。

2010年6月，Twitter 正式推出地理位置服务Twitter Places，并整合了独立地理位置服务Foursquare和Gowalla。

2010年8月，Facebook正式推出了称为Facebook Places的移动位置应用。

在室内位置服务方面，谷歌已经在美国、英国、法国、日本、加拿大、瑞典、丹麦、瑞士这8个国家推出了室内地图服务，并制作出了大约1万个场所的室内地图，其中包括商场、机场和博物馆。

同谷歌的室外地图服务类似，谷歌的室内地图服务也可以让用户搜索室内特定位置，然后进行逐级导航。

与普地图服务不同的是，室内版本还可以追踪某一建筑内处于不同楼层的位置。

2012年8月包括诺基亚、三星、索爱等在内的二十多家公司联合成立了室内定位联盟，旨在推动室内导航技术及相关服务的创新和普及。

目前，在谷歌、苹果、诺基亚、Facebook等巨头的推动下，位置服务应用正以惊人的速度扩展。

谷歌以其经营多年的谷歌地图为核
心，在位置服务上具备坚实的技术和市场基础，微软的Bing Maps随着功能的增加也正在迎头赶上，2012年，苹果正式推出 iOS 6系统，备受用户称赞的谷歌地图被替换成了苹果自家的地图服务，产品推出后，由于存在数据丢失、导航不准、地理位置标注错误等问题，倍受质疑。

同倍受质疑的苹果地图相比，诺基亚早在2008年斥资81亿美元收购了总部位于芝加哥的地图服务提供商Navteq，该公司一直有数千名员工在全球范围收集地理数据，不断改进地理位置产品，这一点要远强于iPhone和搭载谷歌Android操作系统的设备。

2011年2月，著名风险投资公司KPCB（Kleiner Perkins Caufield & Byers）合伙人约翰•杜尔（John Doerr）把移动互联网时代最热门的三个关键词整合到了一起：Social（社会的）、Local（位置）和Mobile（移动），第一次提出了“SoLoMo”这个概念。

这一概念也成为公众领域位置服务在移动互联网时代的特征概括。

（2）国内发展现状
在国内，位置服务业务的出现也基本与世界保持同步。

中国移动在 2002 年 11月首次开通位置服务，如移动梦网品牌下面的业务“我在哪里”、“你在哪里”、“找朋友”等；2003 年，中国联通在其 CDMA 网上推出“定位之星”业务，用户可以在较快的速度下体验下载地图和导航类的复杂服务；此外，新浪、腾讯、人人、以及诸多团购网站也涉足LBS行业，以作为布局移动互联网的重要一步棋。

据赛迪顾问（CCID）和长城战略咨询（GEI）估计，2010年，我国导航市场规模
超过800亿人民币，预计未来五年我国导航与位置服务产业将保持至少30%-40%的复合增长，到2015年预计实现1500亿的产值，在2020年形成4000亿元的产值。

国内LBS产业现阶段的一个重要特征是以基于位置服务的社交网络（LBSN）为重点。

LBSN使社交从“静止空间的交往”变成了以“位置作为交往的重要参数”。

LBSN将成为各大互联网公司的标配。

网易于2010年9月推出基于地理位置服务的移动社交平台“网易八方”，混合了社交、探索、游戏等多种元素。

百度于2010年10月推出“百度身边”，打造以美食、购物、休闲娱乐、酒店、健身、旅游等为主，并提供便民服务和优惠信息的本地生活信息搜索和分享平台。

腾讯于2010年12月推出手机QQ地图，展现了基于位置而开发的功能应用，旨在为用户提供全新的应用体验。

新浪于2011年4月推出基于位置的社区互动产品“微领地”，宣告正式进军LBS领域。

盛大于2010年11月推出“切客网”，具有手机客户端实境功能和精准定位能力，自动识别使用者所在地，在摄像头捕捉到的真实影像旁显示所在地附近的位置信息标签。

其他的国内LBSN厂商还包括人人网、玩转四方、街旁、嘀咕网、图钉社区、开开、在哪、邻讯、拉手网、大众点评网以及时光网等等。

目前中国大大小小的以手机为终端、以LBSN为核心的LBS厂商已经超过五十家。

2011年的互联网大会，移动互联网和LBS被视为未来的发展趋势之一，这又为LBS在国内受追捧“添油加柴”，一时间无公司不谈LBS。

艾媒咨询(iiMedia Research)发布了《2012Q2中国手机LBS市
场季度监测报告》，报告显示，截止2012Q2，中国手机LBS累计用户达到2.17 亿，活跃用户达到7595万。

关于中国手机用户使用LBS 的原因，艾媒咨询调查发现，33.0%的用户使用LBS 的原因是为了地图和位置查询，29.2%的用户是为了社交需求，获取优惠即LBS+电商这种模式有14.5%用户选择。

报告同时指出，大部分用户使用LBS服务是在街边、家里和公交地铁，比例分别各占 30.2%，18.5%和25.6%。

调查结果显示，网民的主要应用方向包括地图、交友、优惠以及签到等。

在政府层面，目前，我国正在积极构建以古代神话中太阳神“羲和”命名的广域室内外高精度定位导航系统，瞄准解决卫星导航全方位服务到手机用户的“最后一公里”问题，进一步提升和延拓卫星导航系统服务能力。

作为中国导航与位置服务的国家基础设施重要组成部分，“羲和”系统将加速推动北斗的应用与产业化进程。

“羲和”系统建成后，可实现室内外协同实时精密定位，具备室内外无缝定位导航能力和业务可控的亿级用户在线位置服务能力。

3、技术发展趋势
导航与位置服务产业是融合了信息业、制造业、服务业等多行业的复合型高技术产业。

该产业以卫星导航为核心，以位置信息服务为内容，包含导航卫星、芯片、卫星接收模块和终端的研发制造，信息采集、融合、发布的基础设施建设，安全、运输、个人、高精度应用服务等众多领域。

目前全球卫星导航系统及其产业当前和今后10年
内将经历前所未有的四大转变：
①从单一GPS向多星座并存兼容的GNSS转变，由单一GPS定位转变为多星座组合定位和增强多模化；
②从以卫星导航为应用主体转变为以基于位置的服务为主体并与移动通信和因特网等信息载体融合，为用户提供智能化服务；
③从产品应用为主转变为运营服务为主的，开创应用大众化和服务产业化，以及信息服务智能化；
④从室外导航转变为室内外无缝导航，建立以卫星导航为基石的多手段融合、天地一体化、服务泛在化和智能化。

以上四大趋势发展的直接结果是使导航与位置服务的应用领域扩大，应用规模跃升，大众化市场和产业化服务迅速形成。

随着中国北斗全球导航卫星系统的建设和营运，我国的卫星导航与位置服务产业发展将以北斗系统建设及其应用产业化作为核心推动力，且这种推动力正在逐步增强、逐步壮大、逐步从量变到质变，并结合多系统兼容应用的服务体系建设，形成“跳板”作用，推动产业的爆发性跨越式增长。

（二）、项目研制意义
《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006-2020）》明确指出要发展我国自主的北斗卫星导航系统，为导航与位置服务产业提供基础数据。

《导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划》指出，位置服务产业是带动相关产业转型升级的有效途径，对带动农业、现代
服务业、交通运输业、电子制造业、移动通信业等多个产业升级改造具有重要的促进作用。

基于北斗卫星导航系统的接口控制文件（ICD文件）和北斗兼容型导航终端及其核心组件，融合无线通信和广播等技术，建立天地一体化的室内外无缝定位系统，可以推动基于智能位置服务、室内外定位融合服务的技术和系统集成，推动北斗导航系统在灾害救援、煤矿安全生产、物资运输等公共安全领域以及大众应用领域的深度应用以及公共领域的规模化应用，可为加快我国北斗卫星导航应用产业链的协同发展，突破卫星导航领域系统性、整体性应用的制约提供强有力的支撑。

1、拓宽空间定位覆盖范围，提升位置服务能力
基于北斗的室内外无缝定位及位置综合服务系统研发与应用项目的实施，一方面可以提高现有定位精度，另一方面可以大大扩大空间定位的覆盖范围，实现从室外到室内的广域覆盖，形成全方位定位导航信号服务技术，建设室内地图数据库，并进行定位设施铺设与维护，覆盖大型商场、停车场、机场、车站、码头、学校、医院、展览馆、博物馆、会展中心、景区景点等大型公共设施内部，其中以全国大型机场为主。

室外高精度定位终端的研发、室内导航地图的采集、以及室内定位系统的研制与示范推广，可以推进国家导航与位置服务的国家基础设施建设，将有助于解决定位导航中的“最后一公里”问题，进一步
提升和延拓卫星导航系统服务能力。

2、打造导航与位置服务产业链，促进相关产业转型升级
现代服务业是在工业化高度发展阶段产生的，主要依托信息技术和现代管理理念而发展起来的服务业，其显著的产业特征为高成长、高增值、高科技含量和强辐射性。

加快发展现代服务业，是不断丰富中国经济内涵、完善城市功能的需要；同时也是优化城市经济结构、转变经济增长方式的需要；更是适应国际国内形势变化、顺应产业发展和国际服务业全球转移趋势的需要。

导航与位置服务具有广泛的产业关联性、普适，应用与服务的大众化、全球化特征，以及与通信产业和互联网产业良好的互补性、融合性等优势，对带动农业、现代服务业、交通运输业、电子制造业、移动通信业等多个产业升级改造具有重要的促进作用，是带动传统产业升级改造的有效途径。

导航与位置服务产业链由定位信号提供商、地图提供商、内容提供商、位置信息集成商、位置服务提供商、终端制造商和各类用户组成。

其中，位置信息集成商将定位信息、地图信息和位置关联信息进行综合集成处理，由位置服务提供商发布给各类用户。

本项目的实施，有利于行业内的优势企业强强联合，催生一条从定位芯片、终端、定位和服务软件以及到用户系统和服务提供商的导航与位置服务产业链，直接带动产业链上各环节的规范化和产业化，形成从运营商到地图制造商、信息提供商、终端制造商以及软件企业的完整体系，凝聚和整合行业优势资源，培育良性发展的卫星导航应用环境，从而完善
我国自主的导航位置服务产业链，提升国家自主创新能力，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。

3、拓展位置服务应用领域，推动北斗卫星导航系统产业化
从全球的导航与位置服务产业发展来看，由于产业发展时间相对较短，世界各国基本在同一水平线上。

美国借助GPS系统的先发优势，在技术上略占优势；日本已形成5000万以上的位置服务用户群体，目前是规模最大的车载导航和个人位置服务市场。

2011年12月，我国的北斗卫星导航系统（北斗二代）正式试运行，北斗系统和巨大的市场规模是我国导航与位置服务市场快速发展的两大推动力，基于北斗的室内外无缝定位及位置综合服务系统的建设，是推广北斗系统进入大众市场应用的有力支撑。

本项目的实施有助于加快北斗终端的规模化生产，推动北斗二代导航系统的落地，提升北斗二代导航系统产业化应用的规模化水平。

二、项目研制内容
（一）、主要研制和示范应用内容
1、研制目标
面向基于室内外无缝定位的位置综合服务市场巨大需求，突破定位技术一（待定）、定位技术二（待定）、室内外无缝导航地图一体化数据组织方法、多源异构数据融合、处理、更新等关键技术，研制高
精度室内外无缝定位系统，建设室内外无缝导航地图数据库，研发位置综合服务平台，并在机场、大型商场、停车场、及会展中心，开展全国范围的示范应用，满足海量用户智能化、个性化位置服务需求，形成完全开放的运营模式、服务体系，降低使用和运营门槛，开展室内外无缝定位和位置综合服务的规模化融合应用。

完善自主的导航与位置服务产业链，拓宽导航与位置服务应用领域，推动我国北斗卫星导航系统应用产业化进程，提升我国导航与位置服务产业核心竞争力。

2、研制内容及功能（待系统建设方案完成后补充）
本项目的研制内容主要包括：研发室内外高精度定位系统，研制室内为外无缝定位终端，建设室内外无缝导航地图数据库，研发位置综合服务平台，开发面向机场、大型商场、停车场、会展中心的不同场景的应用系统。

基于北斗的网络差分RTK（Real-Time Kinematic）导航定位技术，开发北斗导航与MEMS姿态位置传感器紧耦合实时处理固件，模拟导航卫星实时广播定位信息，研制基于伪卫星的室内高精度定位系统，采用Wi-Fi定位技术，设计面向公众应用的室内定位系统，研制集成卫星导航和Wi-Fi模块的室内外无缝定位终端，制定室内导航地图制作标准规范，研制室内导航地图制作工具，设计室内外一体化的导航地图模型，进行室内地图数据采集，建设室内外无缝导航地图数据库，采用高并发的位置综合服务云架构，开发位置综合服务平台，提供PaaS级的基础导航与位置服务，基于位置服务平台，。