室内定位技术已进入了一个新的时代

还记得曾凭借超强记忆力登上微博热搜的北京“西城大爷”吗？他是今年六月北京疫情复发的首位确诊患者，在对其行动轨迹进行询问时，“西城大爷”将2020年5月30日以来在北京市所去过的地方无一遗漏地回忆出来，从而使相关部门锁定了北京疫情复发的关键地点――新发地市场。

然而，当我们在对“西城大爷”啧啧称道时，是否想过，当疫情发生时，难道我们仅可以依赖人的记忆力进行轨迹回顾？能否有一种方式，以技术手段，精准地感知并记录疫情中人们的行动踪迹，而不用再“考验”人们的记忆力呢？

有一位行业学者的研究也许在未来能够解决这一问题――武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任陈锐志。

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“大概是2月份的时候，当时武汉已经封城了，我待在家里就在想，自己研究的领域能不能发挥作用，能不能有一种手段使人们不用采取这么严格的物理隔离手段，更精准地跟踪病毒传播的途径呢？”

在需要施行大范围隔离的严峻疫情下，陈锐志教授不断思考自己擅长的室内定位技术有没有可能帮助社会以最小的经济代价防疫，精准发现病毒传播途径，隔离最少的人。

很快，他不仅仅停留于“想”，在家隔离期间，陈锐志教授组织起团队，远程开始了疫情软件的开发研制，“我一直远程跟我的学生一起工作，跟他们讨论，几乎天天都在开会，研究整个架构怎么建设。”

经过近三个月的开会、讨论、研发，今年5月，陈锐志教授团队发布了一款“疫情安全感知”软件。

在疫情时期，比起何地新增多少确诊病例，人们往往更希望及时了解确诊患者的确切行动踪迹，以判断自身是否具有感染风险。 *** 机构也亟需更精确的信息以做决策。然而，通过最传统、最原始的方式获取的行动轨迹――确诊患者的自述，往往是相对模糊的。

而陈锐志教授团队所希望做到的，就是利用室内定位技术，在大数据与智慧城市的背景下，精准感知人与人之间的近距离接触历史。

“我们设计这款系统的基本思路就是，新冠疫情中最重要的就是了解（自身）有没有和病毒携带者近距离接触过，有接触过就有传播的机会，所以我们开发这个软件，基于蓝牙技术，通过两个手机同时发信号，像扫描一样，告诉对方‘我是谁’，记录下在哪个时间点跟谁接触过，把这个信息传到服务器上。”

“有这种方案的话，可以精准地把这条病毒传播的路径‘挑’出来。”陈锐志教授说道。

简单来说，当类似北京疫情复发的情况再次发生，在全民已使用该类软件的前提下，只需要获取确诊患者的相关数据，就可以马上得知患者曾在何时何地与谁接触，筛选出一条病毒传播路径，排除其他无风险人群，从而采取最小范围的精准隔离，不再需要“一刀切”。

陈锐志教授考虑到的更多是人们在疫情隔离期间最切身的感受。他表示，“完全的封城给人们带来了很多不方便，也容易造成人们的心理压力、经济压力，复工复产也面临着风险。”

然而在危及生命的疫情面前，只有获取足够精准的信息，人们才有可能打破对于未知的恐惧。

但团队也知道这项应用的难点所在――要做到精准记录，前提必须是覆盖足够多的人群。目前，这款疫情安全感知软件的安卓版本已经在应用宝上线，但由于没有进行相应的推广，下载量并不高。陈锐志教授清楚，在这样的使用数量下，即使已下载的用户也无法得到安全保障，他坦言，目前该项目“更多还是偏向科研行为”，“现在只能说是技术上做通了，但只有当全民都使用上的时候才能发挥真正的作用。”

其实，类似的疫情安全距离感知软件在国外也有所发酵，但同样面临使用人群覆盖不够广泛的问题。如德国类似的方案Corona Tracing App，在短时间内下载量达到了650万，但这个下载量也只是占德国人口的7%左右。

而放到中国来看，综合人口数量、使用条件各方面因素，要做到全民覆盖可谓是一项艰巨的任务。

其中，隐私问题显然是人们下载软件时的顾虑之一。对此，陈锐志教授表示也许不需要过于担心。一方面，系统在进行数据收集时已进行了加密处理，“我们一直说信息安全，比如像在公共空间中发信息，这个信息我们是加密了的，即便有人可能通过某种手段拦截了你的信息，但别人看到的数据是一点意义都没有的，是编码的，需要‘钥匙’才能查看，只有像是公安、防控中心这种‘超级用户’在需要做决定时才能通过密钥去查看、解译出数据。因此公众的信息其实并没有在环境中暴露。”

另一方面，陈锐志教授引用了李兰娟院士的观点，即当生命安全受到威胁时，生命权应高于隐私权。他相信，假如在疫情再次来临时有此类软件作为人们出行的保障，在生命安全以及人身自由面前，人们也许可以降低对隐私的顾虑。

而对于老年人等不善于使用智能手机的群体，陈锐志教授也有所考虑。他认为，“像我们现在进入商场都要扫码，如果老年人不懂使用（或没有智能手机）的话，可以发一个工牌或者手环随身携带，在他进入的时候就开始做记录，把他的身份证号等信息和这个手环关联起来，在出场所时再把手环归还，这样在技术上是可以做到的。”

可见，陈锐志教授所设想的解决 *** 并不是一味地让老年人适应新技术，而是新技术如何更便捷地为老年人服务，始终考虑到人们最切身的感受。

未来，对于这类软件的应用与设想，他认为“如果再有一次类似的传染病发生，或当疫情防控成为‘常态化’时，假如可以通过 *** 的行为来启动，成为 *** 层面的防控手段之一，让全民都安装上，再在轨迹数据里叠加上健康码等数据就更清楚了，作为用户，如果手机能警告在我附近的多少米内存在风险人员，提醒我离开这个地方，那就非常好了。”

除了疫情安全感知软件，已涉足室内定位技术领域近20年的陈锐志教授做的研究工作当然不止于此。这款软件依托的也正是由陈锐志教授主持的“十三五”国家重点研发计划项目“高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS技术”。

谈到目前还在进行的工作，陈锐志教授用一句话概况到，自己正在做的是要“从室外到室内，从地面到天上”。

此前，北斗三号最后一颗组网卫星发射成功，北斗系统全面完成部署，如今北斗可为我国各行各业赋能。不过，当问到北斗全面完成部署对室内定位技术是否有推动作用时，陈锐志教授笑言，“不是北斗推动我们，而是我们要做北斗增强。”

他表示，“北斗全面完成组网是我们国家的一个里程碑，相信也会在越来越多的方面应用。”“但北斗是无法做到室内定位的。”因此，陈锐志教授所说的“从室外到室内”指的正是把北斗的服务能力从室外拓展到室内，形成“室内外无缝”的闭环。

据陈锐志教授介绍，由于北斗在室内空间的信号较弱，无法穿透室内空间，且目前室内定位领域还没有高精度的定位技术落地，人们在室内始终无法像室外一样用手机导航，因此陈锐志教授团队目前在做的就是希望把手机室内定位技术做到落地。“像是开车从室外到室内停车场一般就无法定位了，就算有也是非常慢的，而且如果地下隧道有很多岔口的话，它并不能准确定位你的位置，但我们的技术就可以解决这个问题。”

在具体的技术方面，陈锐志教授介绍，他的团队目前主要推进的是“音频定位技术”。

事实上，室内定位可通过多种技术手段实现，包括我们较为熟知的蓝牙、wifi，以及视觉、音频等。那么为何选择音频作为主推技术呢？陈锐志教授举例为我们讲解，“以前苹果曾经有蓝牙iBeacon技术，它更大的优势就是支持所有手机、所有用户，但是缺点是定位精度很差，信号覆盖范围很小；苹果在去年又推出了超宽带技术，它的覆盖距离很长，但是做不到大众覆盖，只能支持iPhone11后的手机；另外还有谷歌的方案，之前用过视觉定位，还有wifi RTT测距方案。从某程度来看，室内情况非常复杂，不像室外可以用北斗、GPS等全覆盖，室内要根据不同的环境用不同的方案。”

他接着介绍，“我们在重点研发项目中，思路就是要在不改变大众手机的前提下做定位，这就是我的命题，我要做到像苹果当时的iBeacon技术一样，所有手机都支持，不要去改变人们手机的硬件。但同时我要克服他的难点，之一，精度提高；第二，信号覆盖能力更强。”因此，人们手机中的麦克风就是一项不错的选择。“只要你的手机能听音乐就可以支持，不需要改变任何硬件，利用手机的麦克风就能定位。”

朝着这个思路目标推进，目前，陈锐志教授团队的音频定位技术已经可以达到亚米级精度――定位精度可达约30公分，同时信号覆盖范围达50米，几乎是蓝牙iBeacon技术的十倍。他表示，“我们更大的优势就是可以大众普及，以及高精度、成本低。”

同时，陈锐志教授表示，他很希望他们所做的项目可以真正落地实现产业化，而不仅仅停留在实验室环境。因此，据透露，他们已经与一些导航公司进行合作，并在部分地下空间进行示范，他表示“从室外到室内的闭合，从技术上已经做通了，也已经放入商业平台在推动了”，目前“距离落地已经不远了。”

此外，陈锐志教授谈到另一件正在进行的研究事项，即“从室外到室内，从地面到天上”这句话中的后半句。

陈锐志教授所说的要“到”天上的就是地面上的一个个CORS基准站。

“这是一个比较前沿的研究。”“大家应该知道武汉大学‘珞珈一号’，‘珞珈一号’最为人熟知的就是夜光遥感，但其实它也是我们之一颗真正把导航和遥感集成的科学实验卫星，我们在这颗卫星上做了很多新的导航实验。北斗的卫星是中轨、高轨卫星，但现在还没有人能做到在低轨卫星发射导航信号，我们的卫星就是之一颗。”

陈锐志教授向来访领导介绍“珞珈一号”星基增强技术

据陈锐志教授介绍，他们所做的实验研究，正是通过“珞珈一号”探索是否有将CORS站搬到低轨空间的可能。“现在大家在室外空间中有很多CORS *** ，能提供高精度的服务，但是其服务范围只有 *** 覆盖的范围内， *** 覆盖范围外就不能了，所以我们‘珞珈一号’做的研究就是在探索一些途径，（研究）能不能把CORS站搬到天上。”不过，陈锐志教授也表示，目前该研究还处在理论探索的阶段，“因为如果把CORS站搬到天上的话，很多算法、信号传播途径都不一样，和地面 *** 很多理论都不一样。”

但他相信，“从我们国家讲的制信息权来看，在我们的空间信息（领域），定位（技术）上，现在地面是最主要的战场，但未来低轨空间的确也是一个值得讨论的新空间。”

目前，陈锐志教授研究的室内定位技术精度可达亚米级，项目也有了不少新的突破，而这些都是他在20年前初涉足室内定位技术这一冷门领域时无法想象的。

他感叹道，“室内定位技术在这两到三年进入了一个新的时代。”

陈锐志教授之所以这样认为，是基于两方面。一方面，是其他技术在近年的快速发展对室内定位技术起到了推动作用；另一方面，是室内定位技术领域整体生态环境的转变。这两方面的结合，为室内定位技术领域打开了一扇新的大门。

陈锐志教授认为，主要有三项技术一直影响着室内定位技术的发展。之一个是传感器技术，“其实在我们室内定位技术里面，像惯导（惯性导航）技术，要用到很多传感器。”“传感器做积分定位，以前是不可能做的，因为精度太差，而现在的传感器质量很好，我们就可以做了，传感器性能的提升令我们的定位精度也提高了，算法也不一样了。”

第二，是计算机技术。“以前的手机里一个CPU 只有200赫”，“很多算法，像卡尔曼滤波等根本算不过来，但现在的手机处理功能非常强大，从内存到计算速度，都在算法层面上给我们的研究领域提供了很多可能性。”

第三，是无线通信技术。“以前通信就只是通电话，但现在5G也能定位了，wifi也能定位了，蓝牙也能定位了，在无线通信的阵营里面，他们也把‘定位’作为功能来考虑，写进了无线通信协议。”

此外，领域生态环境的转变，给予了室内定位技术更多的想象空间，它再也不像20年前那么“小众”了。“以前室内定位就是我们做导航、测绘的人去研究，但现在诸如阿里、腾讯、谷歌等大公司也在涉足，人工智能领域也对室内定位技术产生了很多需求。其他行业也开始考虑室内定位的因素，像中国移动，他们新的战略里也考虑到了定位的需求，当还是2G/3G的时候，定位功能并没有被考虑进去，但5G就专门有定位功能。当大公司也参与推动这个技术时，整个生态环境就不一样了，想象空间还是很大的。”

在这样的生态环境下，他认为，“真正做到室内外无缝是有可能的，不会太远，大概3到5年就可以落地，只要有其中1到2个技术落地就能开始全面铺开了。”

在采访过程中，不难感受到，陈锐志教授打心眼里热爱自己正在从事的研究工作，事实上也的确如此。“我觉得做科研一定要找到一个自己喜欢做的事，如果你不热爱你的工作就会觉得很难。”

陈锐志教授表示，在这近20年的室内定位研究中，感受最深的就是一定要做自己真正喜欢的事。他回忆起与室内定位结缘的经历，“其实，我还是博士生的时候，做的论文和室内定位没有很大关系，但我毕业后就觉得还是想做一些我自己更喜欢的工作。”

2001年，陈锐志教授有了一个可以自己决定未来研究方向的机会。当时，芬兰大地测量研究所成立导航定位研究室，陈锐志教授成功应聘成为研究室主任，“当时只有我一个人，大地所所长就让我规划研究室发展方向，这是我的之一个任务。”在这个难得的机会面前，结合曾经在诺基亚手机部的工作经历，以及对LBS（基于位置的服务）技术的关注，陈锐志教授毫不犹豫地选择了室内定位技术这一虽然冷门，但自身极为感兴趣的方向。“我认为，一个人的一生中，研究生涯也就几十年，能够有机会让我自己定下研究方向，是很难得的。”

说起自己负责的之一个室内定位项目，陈锐志教授也依然历历在目。那是2010年的上海世博，当你到达芬兰馆，会看到提醒游客打开手机蓝牙的提示，随后，当你走进展馆内的展点驻足观看时，手机就会收到相应的资讯网页链接。听上去是不是十分简单，并不稀奇？但放在十年前的背景下，却引来了不少人的好奇，成为了当时芬兰馆的一大特色。该项目更是因上海世博的示范项目，曾登上美国导航领域期刊《GPS world》封面报道。

“这是我们之一次在手机上做了三维导航。”事实上，由于当时的手机计算能力较差，要在手机上做导航和定位面临着如今难以想象的困难，最终项目得以成功也让团队收获了不少成就感。

然而，陈锐志教授在室内定位领域的研究也不是一帆风顺的。2012年，他感到基于当时手机传感器的发展水平，自己的研究领域较难有新的突破，从而将研究方向转为对手机应用层面的思考，提出了“手机思维引擎”。

直到2016年，陈锐志教授回国担任武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室主任，同年7月，由他主持的“高可用高精度室内智能混合定位与室内GIS技术”“十三五”国家重点研发计划项目正式立项。

陈锐志教授与李德仁院士合影

时隔四年，为何选择重新投入室内定位技术的怀抱？陈锐志教授表示，还是离不开“热爱”两字，“回国时感觉到室内定位技术像迎来了‘第二春’，伴随着新的技术出现，很多算法都不一样了，所以又激起了我很大的兴趣，很多以前不敢想的现在都敢想了，新技术为室内定位技术提供了新的可能性。”

不过，“手机思维引擎”研究对于陈锐志教授来说也并不是一个“退而求其次”的选择。他坦言，从个人兴趣来看，他仍然很想继续这个方向的研究，并对此表示看好。

简单来说，“手机思维引擎”是让手机根据使用者的行为进行理解和推理，从而智能地为使用者提供服务，其中位置信息也是关键的推理依据，陈锐志教授表示，希望在退休前可以继续该方向的研究。

除了自己对于研究的“热爱”，陈锐志教授也总是希望自己的学生一定要选择喜欢的方向来做科研。在芬兰大地测量研究所导航定位研究室担任主任期间，他曾对学生说，“做科研，之一，要做自己感兴趣的方向；第二，你做的研究是要能拿到科研经费的，必须要做到这两点，找到平衡点，自己喜欢、团队喜欢，同时又要能拿到项目经费，才能维持你所做的科研发展。”

回国后，陈锐志教授团队也曾三度参加国际室内定位赛事并捧回冠军，让学生们在实践中感受学科的魅力，将课程与比赛合二为一。

如今，陈锐志教授仍然奋斗在科研的道路上。尽管肩负实验室主任的职责与工作，同时还需要投入部分时间为研究生上课，但陈锐志教授并没有因此减少投入科研的时间，他称，现在仍然会有60%的时间放在科研上，并希望能够尽力投入更多时间。

“我的大部分科研时间都是晚上，经常从下午5点多吃完晚饭就去实验室，可以一直待到晚上11点多。”用陈锐志教授妻子的话来说，他对于科研工作就像“着了魔”，这一份“热爱”着实让人敬佩。

未来，陈锐志教授希望在退休前把自己研究的室内定位技术都做到落地、产业化，为社会真正带来效益，就让我们期待陈锐志教授为室内定位技术领域带来的更多可能吧。