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巧借5G设施，将北斗导航延伸至地下******
在雄安新区容东片区的地下停车场，看不到纷繁复杂的线路，大量装备都被“隐藏”在专门的机房里。机房的墙壁上放置着3个小盒子，既有合路器，又有北斗卫星导航室内分布单元，还有运营商的5G基站。在这里，一条线路连接楼顶上方，以获取北斗等卫星的定位信号；一条室分线路连接多个“小蘑菇头”，以实现地下停车场信号无缝覆盖。
在复杂如“迷宫”的地下停车场，找不到自己的车或者开着车找不到出口，是人们经常遇到的尴尬又让人头疼的事情。
如今，在“地上一座城、地下一座城、‘云’上一座城”的河北雄安新区（以下简称雄安新区），精准室内导航技术正在改变这一现状。雄安新区利用“5G+北斗”技术，低成本快速实现了区域地下空间准确定位与导航。即便是身处地下停车场，“智慧”定位导航系统也能够随时告知用户的具体位置，以及下一步该往哪走，让地下通行更加便捷、高效。
瞄准地下精准定位导航难题
人们的切身体会是，在室内尤其是地下开阔空间，定位导航服务远不如地上来得精准且持续。在接受科技日报记者采访时，北京邮电大学信息与通信工程学院副教授路兆铭直言：“当前的室内定位技术解决了定位服务‘有与无’的问题，但尚未解决‘服务质量有保障’的问题。”
当前，雄安新区“地下一座城”已经初具规模。除去高标准建设的、埋藏在地下的城市“大动脉”——城市综合管廊外，城市中地下停车场的面积也非常大。
例如，在雄安新区首个集中建成区——容东片区，众多小区、楼宇的地下停车场全部联通。在大规模的地下空间中，会有大量的人、车、物流动，初入其中很容易迷路，如何实现精准定位导航成为雄安新区“地下一座城”建设过程中面临的问题。
2022年，国家重点研发计划设立“交通基础设施”专项，在5G通信与信号定位领域有长期积累的北京邮电大学信息与通信工程学院，成为“雄安新区交通设施数字化建设示范应用”项目的牵头单位，展开“5G+北斗地下空间组合式定位导航”的课题研究。
作为上述课题负责人，路兆铭告诉记者，为了解决无法实现地下精准定位的难题，“5G+北斗地下空间组合式定位导航”课题组在立项时便设定了三个层级的目标：高精度车辆定位与导航、亚米级人员定位与导航、地上地下一体化无缝定位。
“项目结项时，我们要在雄安新区超大规模地下停车场内实现这三个目标的示范应用，这对我们来说是一个不小的挑战。”路兆铭表示。
北斗卫星信号赋能地下精准导航
“手机在室内有信号，不是靠室外的铁塔基站来实现，而是靠室内分布系统。”路兆铭告诉记者，这个系统并不神秘，就是人们经常在楼道或者家门口看见的那种“小蘑菇头”（信号增强器）。
在雄安新区容东片区的地下停车场，记者举目四望，看不到纷繁复杂的线路，大量装备都被“隐藏”在专门的机房里。机房的墙壁上放置着3个小盒子，既有合路器，又有北斗卫星导航室内分布单元，还有运营商的5G基站。在这里，一条线路连接楼顶上方，以获取北斗等卫星的定位信号；一条室分线路连接多个“小蘑菇头”，以实现地下停车场信号无缝覆盖。
现代楼宇建筑多由钢筋混凝土建成，室外信号被墙体“屏蔽”，需要室内分布系统进行信号的全覆盖。特别是2018年，工业和信息化部要求5G室内信号实现共建共享，运营商将各路信号“混”入统一由中国铁塔股份有限公司提供的关键设备——合路器中。这样，运营商的标准5G室内信号便被合路器分散给各个“小蘑菇头”，以实现信号扩增。
路兆铭科研团队成员“就地取材”，利用现有的4G/5G的室内分布系统，在5G基础设施上混搭北斗卫星导航信号，无需重建基础设施，只用一个简单的“加法”，就让北斗信号“混”入5G信号，构建出了一个精准的地下定位导航系统。
看似简单的操作，背后依靠的是融合定位算法的创新。“我们团队创新性地提出由信号SLAM（即时定位与建图）架构的‘5G+北斗组合式定位算法’，实现时空信息融合，使室内分布系统支持地下1米精度的定位与导航。”路兆铭表示。
从理论上来说，要给物体做空间定位，至少需要3个角度的观测值，而且观测值越多、定位越精准。“好比说，如果一辆车旁边站着10个人，每个人眼中车的位置都是1个观测值，那么当把10个观测值全部融合起来，车辆定位就会更精确。”路兆铭表示，“5G+北斗组合式定位算法”正是将北斗卫星导航信号、5G信号、加速度计等多源位置观测信息融合在一起，精确解算出车辆的当前位置。
除了创新定位算法，路兆铭科研团队还在算法的实际场景应用与优化方面做了大量工作。当技术成型后，2021年初，路兆铭科研团队先在北京邮电大学校园搭建环境进行了算法和技术验证，当年6月到雄安新区容东片区杏秋苑地下停车场搭建了试点，开展了为期一年的驻场技术研发和创新。在这期间，路兆铭科研团队解决了三四十种问题，例如异形路段、从地上到地下的定位与导航衔接等，使地下定位导航系统越来越适用于具体场景。
把导航服务送到更多地下停车场
随着大规模推广示范，目前地下定位导航系统已覆盖容东片区超过20万平方米的地下停车场。
利用“5G+北斗”定位导航技术，在雄安新区可实现停车场人员和车辆准确位置导航。路兆铭告诉记者，这套技术还可以被集成到百度地图、高德地图、雄安行等应用程序中，用户通过手机就能够实现精准定位导航。
路兆铭科研团队在容东片区地下停车场的测试结果显示，他们研发的地下定位导航系统，其室内导航定位精度在2米左右，可以实现找车位等功能。经测算，与此前技术方案相比，这套拥有完全自主知识产权的技术方案可以将整个建设成本节省50%以上。
“现如今，不光是容东片区，容西片区、启东区的地下空间也将推广使用这套地下定位导航系统。”路兆铭表示，作为在雄安新区示范应用的创新技术，这套地下定位导航方案未来还有望被推广至医院、商业综合体、地下矿区、航站楼等地上地下一体化的复杂场景中。
“雄安新区为技术创新提供了现实需求，更为创新技术应用提供了极好的验证平台。”路兆铭表示，借助雄安新区先进的设计理念和丰富齐全的场景需求，潜藏在论文里的新技术与方法得到了转化应用。
“未来，地下精准定位导航技术还将在河南、福建、广东等地不断推进建设。”路兆铭希望，能把精准定位与导航服务送到更多地下停车场中。（科技日报记者 何 亮）
东西问丨范德伟：“中华第一灯”西汉长信宫灯有何“黑科技”？******
中新社石家庄2月3日电 题：“中华第一灯”西汉长信宫灯有何“黑科技”？
——专访河北博物院研究馆员范德伟
中新社记者 牛琳
长信宫灯，一眼千年。作为河北博物院“镇馆之宝”和中国首批禁止出国(境)展览的文物之一，“中华第一灯”长信宫灯身上藏着哪些“黑科技”？它何以成为中国2000多年前就已着手治理室内空气污染的实证？其中蕴藏着古人怎样的设计理念和智慧？河北博物院学术研究部研究馆员、河北省博物馆学会秘书长范德伟近日就此接受中新社“东西问”专访，解读长信宫灯“黑科技”之谜及其在世界灯具史上的独特价值。
视频：【东西问·镇馆之宝】范德伟：“中华第一灯”西汉长信宫灯何以成为绿色环保灯具“鼻祖”？来源：中国新闻网
现将访谈实录摘要如下：
中新社记者：拥有2000多年历史的西汉长信宫灯，为什么被誉为“中华第一灯”？
范德伟：长信宫灯约制成于西汉前期，距今已2000多年。这盏灯1968年出土于河北省保定市满城汉墓，为西汉时期中山靖王刘胜之妻窦绾墓中随葬品。因灯身有“长信”字样的铭文，遂定名为“长信宫灯”。
长信宫灯整体造型是一位跪地持灯的汉代年轻宫女，两臂之间托持着一盏带罩铜灯，通体鎏金。其造型一改以往青铜器皿的神秘厚重，显得轻巧华丽，实为罕见。这位宫女梳发髻，覆巾帼，身穿广袖长衫，跣足跪坐，把汉代宫女的一个日常姿态定格在灯具之上，造型优美、大气朴拙，具有突出的审美价值。
西汉长信宫灯，现藏于河北博物院。河北博物院供图灯最基本的功能是照明。这款灯高48厘米，放置于案几之上与古人跽坐时的视线同高，符合当时人们席地而坐的生活习惯。令人惊奇的是，它还能对照明效果进行调整。长信宫灯的灯罩部分由两个弧形屏板组成，合拢后为圆形，嵌于灯盘的槽之中，其中一块屏板可以左右开合，以调节灯光的照射方向和亮度，类似于今天使用的台灯。
从科学性看，长信宫灯带有导烟管和灯罩，使用时油烟进入中空的灯体，解决了油灯的烟熏问题。并且，长信宫灯采取分铸套接，宫女身体的头部、身躯、右臂和灯座、灯盘、灯罩分别铸造组合而成。各部分严丝合缝又装插自如，清理烟灰烟垢十分方便。其制作工艺水平之高，在汉代宫灯中首屈一指。
承载着汉代青铜灯具独特造物美学的长信宫灯，将人物、灯与排烟功能完美结合，浑然天成，其功能性与艺术性和谐统一，达到极致，是展示汉文化精髓的经典之物，亦是中国古代青铜灯具中的巅峰之作，因此被誉为“中华第一灯”。
中新社记者：为何美国前国务卿基辛格在参观完长信宫灯后称“中国在两千多年前的汉代就具有环保意识”？它蕴含着中国古人什么样的设计理念和智慧？
范德伟：长信宫灯的设计中，最为突出的是它蕴含的环保理念。由于当时还没有蜡烛，都是点灯烛，主要成分是动植物油脂。以此作为照明燃料，虽实现了照明功能，但燃烧时烟尘较大，往往使室内空气污浊、烟雾弥漫，并伴有刺鼻的气味。
长信宫灯将玄机隐藏在宫女右臂宽大的袖口所形成的排烟通道——导烟管之中。宫女一手执灯，另一手袖似在挡风，实为导烟管，它的一端连接灯盘，另一端连接宫女中空的身体，点燃后产生的烟气烟灰在热力推动作用下，沿着袖管进入并存储在灯体内，直到落入宫女身体底部，从而实现收纳污浊烟尘、清洁空气的目的。
这样的设计类似今天的烟道，但在2000多年前，实在堪称最先进的发明创造，说明中国早在西汉就已着手于居住环境空气污染的治理。
西汉长信宫灯(局部)。翟羽佳摄并且，长信宫灯的灯罩可以开合，既可挡风，又可调节灯光的照度和方向，关闭它，则可以防止烟尘和异味的外泄。
长信宫灯腹部藏烟、分向取光、鎏金灯体、分段设计，构思极其精妙，传达出古人超前的环保意识和器以载道、重己役物、以人为本、天人合一的设计理念。
相比西汉的长信宫灯，西方直到15世纪才由意大利科学家达·芬奇发明铁皮导烟灯罩，比长信宫灯晚了1500多年。因此，中国是最早发明利用导烟管和灯罩解决灯烟污染的国家，在环保造物实践中占据世界领先地位。以至于美国前国务卿基辛格在参观完长信宫灯后盛赞：“中国在两千多年前的汉代就具有环保意识。”
中新社记者：这款堪称“国宝”的汉代灯具，身上刻着的珍贵铭文揭示出它怎样的传奇经历和身世之谜？
范德伟：长信宫灯上刻有“阳信家”“长信尚浴”等9处共65字铭文，从内容、字迹和刻工看，不是一次刻上去的，说明是几经辗转才最终到了中山王后窦绾手中。但是对于这件灯具最初的主人是谁，有过怎样的流转经历，有不同的说法。
长信宫灯上刻有“阳信家”等铭文。河北博物院供图《满城汉墓发掘报告》认为，铜灯最初的持有者应该是阳信夷侯刘揭家，刘揭的儿子因“有罪国除”，这件华美的灯具也被没收，归窦太后居住的长信宫所有。窦太后是汉武帝刘彻及中山靖王刘胜的祖母，窦太后的娘家在清河观津(今河北省武邑县)，距中山国(都卢奴，即今河北省定州市，领14县，辖区大致在今河北省石家庄市北部和保定市中南部的部分地域)不远，因而推测窦绾与窦太后有亲缘关系，灯是窦太后赐予窦绾。
另有专家推测，长信宫灯最初的持有者“阳信家”指的是阳信长公主，即汉武帝刘彻的亲姐姐，她把这件灯具献给了窦太后，窦太后又转赠给了窦绾。
近期又有学者通过对铭文细节的梳理，提出长信宫灯最初的持有者是“长信尚浴”的窦太后，窦太后把灯赐给了阳信长公主，阳信长公主转赠给了窦绾。
西汉长信宫灯(局部)。河北博物院供图皇太后、诸侯王、长公主，再加上王后窦绾，这其中又有怎样曲折的流传经历或惊心动魄的故事？随着研究的不断深入和新的考古资料不断面世，真相会离我们越来越近。
中新社记者：为何说像长信宫灯这样的环保灯具在汉代就已盛行？它所带来的历史“灵感”如何启示今天？
范德伟：汉代是中国古代历史上繁荣和发展的时期之一，社会生产力水平得到极大恢复和提升，呈现盛世局面。
釭灯是灯具发展到汉代的一种创新灯型，这类灯具将减少烟尘污染的环保思想通过独特的灯具造型和结构加以实现，达到了科学、技术、美观、适用的完美结合。汉代釭灯堪称中国古代绿色环保灯具，长信宫灯正是其中的代表性精品。
有趣的是，像长信宫灯这样具有环保功能的汉代灯具并非孤例。如江苏省扬州市甘泉汉墓出土的错银铜牛灯，牛背上的灯盏同样设有灯罩，点燃后的烟尘通过灯罩、导烟管进入牛头和中空的牛腹；山西省朔州市平朔汉墓出土的西汉雁鱼铜灯，烟尘亦可以通过鱼和雁颈进入中空的雁腹，等等。这说明在中国汉代环保灯具已然盛行。
参观者拍摄错银铜牛灯。苏阳 摄2000多年后的今天，长信宫灯再次火出圈：北京2022年冬奥会火炬接力火种灯的创意即源于“中华第一灯”——西汉长信宫灯，是希望借“长信”之义，表达人们对光明和希望的追求和向往。
长信宫灯代表了中国汉代青铜灯具设计的最高水平，是汉代设计的典范，其技艺与理念均启示着当下。(完)
受访者简介：
范德伟，河北博物院学术研究部研究馆员，河北省博物馆学会秘书长。《大汉绝唱——满城汉墓》展览主创团队成员，先后受邀在央视“国宝档案”等栏目做专家访谈，央视“百家讲坛——满城汉墓”专题主讲人。主持或参与的《行山——中国传统文化的当代形塑》等多个展项在全国陈列展览评选中获奖。
（文图：赵筱尘 巫邓炎） [责编：天天中] 阅读剩余全文（）  视觉焦点
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