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中国打造“羲和”室内高精导航系统

如果说羲和是太阳的母亲,那他就是当代通信导航领域的夸父。 让室内外高精度定位导航系统无缝衔接,这套定位导航系统就是羲和,而这也是他十年前的一个梦想。然而,与神话故事的结局不同,他实现了自己的梦想。 在

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如果说羲和是太阳的母亲,那他就是当代通信导航领域的夸父。

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让室内外高精度定位导航系统无缝衔接,这套定位导航系统就是羲和,而这也是他十年前的一个梦想。然而,与神话故事的结局不同,他实现了自己的梦想。

在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会隆重召开之际,传来喜讯—我校邓中亮教授荣获中国工程界的最高奖项第十一届光华工程科技奖,乔建永校长称赞说,这是北邮的大喜事,极大地鼓舞了北邮人的士气!。

而今,经过十年的实践与创新,他所主持的星地一体通信导航融合定位系统已经实现了室内外高精度定位导航服务功能,并且使我国室内定位技术和精度领先全球。尽管如此,在羲和的创新与应用之路上,他依然逐梦前行。他,就是北京邮电大学教授、北邮科学技术发展研究院常务副院长邓中亮。

2014年2月,在北邮五届四次教代会上,乔建永校长提出事业型思维的理念,乔建永校长说,我们要在‘崇尚奉献,追求卓越’的北邮精神指导下看问题,我们要在长远的追求和长远的布局上下功夫。我们要在加强各学科核心要素建设的同时,大胆借助相邻学科的支撑力量,打造北邮学科建设的‘雁阵模式’,即北邮的学科群要像天空中飞翔的雁群那样排列有序,相互支撑,协调发展,稳步壮大。

近日,在他那间同时兼任会议室的办公室中,邓中亮接受了《中国科学报》记者的采访。而从时不时打进来的电话看,他最近显然很忙。

今天,来到我们演播现场的,就是一位北邮学科建设雁阵模式的杰出践行者,当代通信导航领域的夸父,邓中亮教授。欢迎您,邓教授!

逐梦破浪 砥砺前行

主持人管子键:邓教授您好!6月1日,您荣获了中国工程界的最高奖项——第十一届光华工程科技奖,极大地鼓舞了北邮人的士气!邓教授,祝贺您!

如果时光倒流至上世纪80年代,可能很多人都不会想到,那时还是20多岁的毛头小伙儿的邓中亮已经在湖南衡山专用汽车制造厂工作了。1987年,尽管彼时他才22岁,踏上工作岗位也刚两年,就已经被任命为第六分厂副厂长。

邓教授,习近平总书记5月30日,在全国科技创新大会、两院院士大会、中国科协第九次全国代表大会上指出,研究型大学要加强学科建设,重点开展自由探索的基础研究。要加强科研院所和高校合作,使目标导向研究和自由探索相互衔接、优势互补,形成教研相长、协同育人新模式,打牢我国科技创新的科学和人才基础。请您结合北邮的教学、科研和学科建设谈谈个人的理解和认识好么?谢谢。

可以说,如果继续留在厂里干,他也一定会出人头地。但他却选择了放弃很多人梦寐以求的职位,返回学校当起了学生,并且一发不可收拾,从硕士、博士,再到博士后,历经十年苦修。

邓中亮教授:好,谢谢主持人。很高兴有机会来跟各位简单谈一下我对北邮学科、教学和对人才培养的一点认识。有人说学科应该是学校培养的很重要的一个平台,因为它也是学校发展的一个基础。我是91年来到北邮,当时正好赶上咱们学校申报全国211工程建设,211的核心标准是打造一流的学科,那很显然学科是人才培养很重要的一个基础平台。

提起个中缘由,邓中亮告诉记者:那时候,国内改革开放没多久,很多产品技术都需要依靠进口,总觉得我们的东西做不过别人,心里就很别扭。另一方面,日常研发过程中,我也总觉得所学的东西不够用。

学校,有人说有四大职能:第一个是科学研究,第二个是人才培养,第三个是知识的创新和创造,第四个是服务社会。最核心就是培养人才,服务社会是目的。科学研究也好,创造知识也好,培养人才也好,还是服务社会也好,你发现,都离不开学科的建设。大家知道,学校里面有专业、有学科,其实专业和学科之间是融为一体的。有什么样的学科,我们就创造什么样的专业,培养什么样的人才。很显然,学科是专业和人才培养的核心基础。所以211的目标是打造一流的学科,后来延伸到了985,985的目标是造就一批一流水平的学校。近几年,我们提出的2011协同创新工程建设也是同样的目标,着眼于一流的学科和一流的学校,很显然,学科已经成为学校水平的一个标识。咱们北邮从建校以来被誉为信息黄埔,在我们学校有信息与通信工程、电子科学与技术、计算机科学与技术,包括信息安全还有其他一系列学科等等,这是支撑北邮发展、成长,或者北邮核心竞争力的重要组成。所以,老师们也好,同学们也好,包括我们的研究生和博士们的培养都是依托我们的重点学科来进行培养。

国家需求与切身实践催动着邓中亮追逐学业的梦想。1994年,他在清华大学获工学博士学位,并在1996年从北京航空航天大学博士后出站,随后进入北京邮电大学工作。

在前几年,我们学校的信息与通信工程学科综合排名全国第一,这个荣誉的获得是离不开数十年各位老师们和同学们的共同努力的,来之不易。它说明北邮在这个学科领域里面,在全国范围之内享有非常强的实力。北邮发展到今天因为有这些优秀的学科来支撑,所以我们在社会的声誉,特别是在通信领域内,我们位居首位,而我们学生的社会受欢迎程度,包括就业也是位居榜首,这是我们学校的特色。很显然,学科和教学之间的关系很密切,与人才的培养也很密切。其它的好多学科,不管是电子科学还是计算机科学、信息安全,还是其它相关的学科,发展速度也是飞快的。当前是一个竞争的社会,国家要打造出品牌,北邮本身在信息通信领域就是一个品牌,一方面我们要怎样保持我们的领先地位,另一方面其它学科我们要尽可能的赶超,达到世界一流水平,这是我们当前面临的一个目标。所以学校就提出了雁阵模式,雁阵模式是相互有序的、相互支撑的,包括互相的协同发展,协同就说明学科与学科之间是交叉的。毫无疑问,在原有的学科规划过程当中,我们会有许多新的科学方向发展,这些方向就意味着学科和学科之间必须要有交叉和融合,共同发展。这样就保持一个大的学科群,争取在国际中享有盛誉,享有更高的地位,这样才能说我们北京邮电大学在世界上是最有品牌的大学,我们培养的人才是国际化的人才,这是我们的最终目的。这是我对学科、教学和人才培养的一点初步认识,我们的老师们已经为此奋斗一生,我们同学也为学校的发展做出最大的努力。谢谢!

宝剑锋从磨砺出,梅花香自苦寒来。十年苦读换来的是学术之路上的迅速成长。1997年,邓中亮被聘任为北邮机械工程系副主任,并被评为北京市青年学科带头人,负责211工程项目,随后在1999年被评为博士生导师。

主持人管子键:近年来,我校也在不断加强学科建设,意欲在加强各学科核心要素建设的同时,大胆借助相邻学科的支撑力量,打造北邮学科建设的雁阵模式。邓教授,您为什么会被称作夸父?您对于雁阵模式有什么样的认识和落实的具体设想呢?谢谢。

然而不知不觉中,新一轮挑战又来了。2002年3月,邓中亮被教育部选派赴美国南加利福尼亚大学作高级访问学者。一年后,当他冒着非典的风险回到北邮时,等待他的不仅是全新的职位,还有全新的专业。

邓中亮教授:谢谢主持人!夸父是说之有愧,应该说我03年回国,当时正好赶上咱们国家的重大专项建设,咱们国家有十六个重大专项,其中咱们学校精力投入最多的专项叫新一代宽带无线通讯,还有一个重大专项叫北斗导航,当时我觉得北邮百分之七八十的研究人员都驰骋在通信领域,我喜欢导航,那么我就选择导航的领域,去面对的是北斗专项。

他被调任电子工程学院做院长,专业也从原来的机械工程转移到电子工程与通信。由此,压力也就来了。如何在陌生环境中建设深层发展平台?如何在短时间内和同领域的研究者们站到同一起跑线上?如何化弱势为强势,找到自己的位子并被新的圈子所接受?这些无一不是难题。

可是北斗前期研究的很多,而北邮当时在这方面的基础相对来讲还是比较薄弱。北邮在通讯方面是很强的,也包括我们的电子科学技术。既然如此,当时我们在想,在北斗重大专项里面,我应该选择一个什么样的研究方向是比较适合我在北邮发展,这也是一个命题。再后来,我分析了一下,全国包括学校、研究院所,从事GPS研究的很多,一种办法,我跟在别人的研究后面继续研究,但也可能做一些大的创新。这种研究我们觉得代价会很高,投入精力会很大,因为我们的基础前期相对比较弱势。

在挑战面前,基础越好无疑能力越强,成功概率越高。否则就很难达到预期目标。面对问题,邓中亮认识到,生活中处处都有可能产生创新火花的交集点,关键是要善于发现它们,学科之间也是如此。

而北斗建起来以后,全国所有公众最关心的问题是什么?北斗也好,GPS也好,包括俄罗斯的GLONASS系统,还是欧洲的GALILEO系统也好,哪个卫星好用我肯定就用哪个,哪个性价比好我会用谁来定位导航。很显然,GPS比我们早了20多年,而且GPS在市场上占了95%的市场。所以老百姓最关心的北斗的定位能力能不能赶超GPS,这是第一个命题。

找到其中的交叉点,有时候就会产生创新的火花;同时,如果把另一学科的思维和创新方式及理念用到新学科上来,也许就能找到新的突破点。他说。

第二个命题是什么呢,四大卫星导航系统在室外是可以定位的,不信可以打开你的手机看一看,在这个屋里面你是定不了位的,也就是室内不定位,无定位能力,原因是因为信号太弱了,衰减以后不够检测,达不到这种值。那在这个条件下,什么样的东西可以来支撑室内定位?所有的卫星系统都不行,不管是美国的GPS,咱们国家的北斗,俄罗斯的GLONASS系统,还是欧洲的GALILEO系统。

而多年来的研究实践也让邓中亮练就了一双发现问题的火眼金睛。十一五期间,他就在微纳米器件研究方面找到了机械与电子学的突破点,通过交叉学科研究实现了技术创新。

所以科技部当时就启动了羲和计划,羲和这两个字呢,它是引用上古时期一个神的名字。她是太阳神的母亲,管理的是星座,管理的是我们的时间,时空基础。用这套系统想解决什么问题呢,第一个把室外卫星信号定位的能力增强,能不能从十米增强到厘米级甚至是毫米级。第二把室内的问题通过我们无线网络能不能支撑到一到三米的定位能力。这个一到三米是有说法的,原因是屋里的高度只有三米高,所以高度发生正负一米,就成了两米了。九平米的房间很正常,所以就正负三米。

而今,旧梦依稀。提起往事,邓中亮表示:人的一生中时刻都会面临挑战。所以,不管是在读书还是工作期间都要学习,否则就会落伍。只要你努力,就有希望做成你想做的事,就会发现付出的努力总会有所回报。

在这个精度情况下,我们就是在室内进行定位,好处是什么?比如现在的智慧城市、物联网、应急救援等等,你都需要找到这个人或者物在什么位置,你才能便于导航,便于我们的指挥,便于我们的生产生活。

化身夸父 意在羲和

人百分之八十的时间都是在室内,你可以统计一下,假设没有这套系统,也就意味着你有百分之八十的时间享受不到定位导航服务。而我们牵头来做室内定位,想用通讯网解决室内定位问题。提出这个想法的时候,其实也还是有参考,原因是所有的导航卫星,它的体制是用的是通讯体制,比如GPS、北斗也好,还有大家熟悉的CDMA。既然用通讯体制能进行那么精确的定位导航,那么为什么我们地面有这么丰富的移动通讯网络资源,为什么它就不能提供高精度定位能力呢?

2003年,当邓中亮从美国访问回国后,他发现了一个问题:无论是我国的北斗卫星、美国的全球定位系统GPS、俄罗斯的GLONASS系统,还是欧洲的GALILEO系统,这全球四大定位导航系统都只解决了室外定位问题,而室内定位却仍是空缺。

在导航年会上,我们做了一个报告,介绍了咱们国家的羲和计划。室外定位精度可以达到两个厘米,室内我们可以做到1米左右,这样从室外到室内,实现一个服务的过渡,我们都称之为高精度,但这两个精度等级还不太一样,从理论上讲,室内可以做到一毫米没有问题,但这需要一个时间和技术积累。

卫星定位信号强度弱,易受遮挡等环境因素干扰,因而难以在室内定位。而现有室内定位技术如WLAN、UWB等系统虽实现了局域室内高精度定位,但须布置大量节点,信号覆盖成本较高,不利于向广域推广,这使得室内位置服务发展遇到了很大瓶颈。邓中亮解释说。

所以这样来讲,利用递级增强系统把室外的卫星导航能力提升到了厘米级,室内利用移动通信网络,可以实现一到三米的服务能力。这是我们羲和前面做的总体目标,当然也在十二五取得很大突破,在应用推广方面,也发展很快。

糖果派对官网,而现实却是,日常生活中大多数人80%的时间都在室内,这就意味着我们大多数时间都享受不到定位服务。然而,如果遇到地震等灾害应急救援怎么办?矿井事故怎么办?我国越来越多的高铁运营,如果隧道里不安全怎么办?这成了邓中亮的心头之问。

前十多年我就一直在做基于移动通讯网和无线网络的高精度定位问题。从全世界比较来看,我们把全球移动通信网定位精度从数十秒提升到了1-3秒,所以就能给我们一个信号说你是羲和的夸父,那我们觉得受之有愧,因为我们做的工作还是很小的一部分,离国家、社会的发展需求还是有距离。十三五我们的目标是做成一米以下,这是前面我们做的一点工作,当然从这些工作你会发现他是一个交叉领域,既结合了通信,又结合了导航,包括测绘还有计算机等。

跟着这些问号,羲和系统诞生了。该系统以北斗全球卫星导航系统、移动通信、互联网和卫星通信系统为基础,融合了广域实时精密定位和室内定位等技术,可以实现室内外协同实时精密定位。

我刚才提到过,我们从事这个方向的研究跟学科之间的关系。因为我是在北邮,北邮在通信领域有很强的优势,这是学科给我提供的支撑。有了这些支撑包括电子科学、信息通信、计算机、internet服务,都给科学研究提供了非常关键的一个平台,而这个平台,就促使我能够找到规律,能够发现问题,能够突破关键技术,能够解决这项服务应用。所以从科技发展,从关键突破,从基础领域的建立,到最终的服务应用,全链条的都要依托我们的学科基础。这是北邮的优势。

事实上,邓中亮已经用自己的实践行动重新书写了夸父逐日的梦想。当前羲和系统已经具备室外亚米级、城市室内优于3米的无缝定位导航能力。而在国外,目前室内定位的最大精度仍然停留在三四十米左右。

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