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2020年室内定位白皮书.pdf
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1、中国移动室内定位白皮书(2020)室内定位白皮书室内定位白皮书(20202020 年)年)中国移动中国移动精准定位联盟精准定位联盟中国移动室内定位白皮书(2020)2联合编写单位及作者联合编写单位及作者(作者按姓氏笔画排序)中国移动通信有限公司研究院:中国移动通信有限公司研究院:王锐、孔露婷、孙蕾、张欣旺、张凯奕、张静文、邹司晨、景旭中国移动上海产业研究院:中国移动上海产业研究院:张琳、唐语艺、郭卫江、薛纯中国移动雄安产业研究院:中国移动雄安产业研究院:周万兴、高有军、晋晶晶、焦红灵中国移动成都产业研究院:中国移动成都产业研究院:兰天、吕铮、苏郁、何明、罗柯、袁军艳、唐飞华为技术有限公司:华为
2、技术有限公司:周信廉、赵旭、夏苏华中兴通讯:中兴通讯:查希平上海诺基亚贝尔股份有限公司:上海诺基亚贝尔股份有限公司:贾世锡高德地图:高德地图:王超、孙佳京东物流:京东物流:乔晓强,刘伟,陈亚迷,张月,者文明,童克冬,樊立鹏清研讯科科技有限公司:清研讯科科技有限公司:赵瑞祥QuQuu uppappa:盛卫东锐捷网络股份有限公司:锐捷网络股份有限公司:丁晟、杨英,陈建祥,黄增安马路创新科技:马路创新科技:何燕萌苏州真趣信息科技有限公司:苏州真趣信息科技有限公司:余彦培中国移动室内定位白皮书(2020)4前前言言随着 4G/5G 网络在国内的普及以及国家“提速降费”政策的推动,移动终端和移动互联网业
3、务在国内的渗透率达到了空前高度,越来越多的个性化需求应运而生,其中室内定位的需求越来越强烈。从 O2O业务到各行业需求,推动室内定位市场规模高速增长,技术环境也日趋成熟,室内定位产业处于蓬勃发展阶段。本研究报告针对室内定位产业发展现状及面临的挑战,深入分析了垂直行业的室内定位需求,并详细阐述了实现室内定位的技术原理,及室内定位评测体系。同时,为搭上 5G 网络建设的高速列车,本研究报告着重分析了室内定位网络和室内通信网络的融合方式,并介绍了室内定位网络平台。最后对室内定位网络的发展做出了展望与探讨,希望能够为产业界在应用室内定位技术及解决方案时提供参考和指引。本研究报告的版权归中国移动所有,未
4、经授权,任何单位或个人不得复制或拷贝本研究报告之部分或全部内容。中国移动室内定位白皮书(2020)5目目录录目录目录1 室内定位产业发展现状及挑战71.1室内定位产业发展环境分析71.2室内定位市场发展前景分析101.3室内定位产业发展挑战分析112 垂直行业的室内定位需求分析132.1智慧博物馆132.2智慧医院172.3智慧园区212.4智慧商超232.5智慧工厂252.6智慧停车场272.7垂直行业室内定位需求汇总292.8运营商布局室内定位技术的 SWOT 分析323 室内定位技术原理介绍343.1室内定位基本原理343.25G 基站定位技术403.34G 基站定位技术433.4蓝牙
5、4.2 定位技术443.5蓝牙 5.1 定位技术473.6Wi-Fi 定位技术483.7UWB 定位技术493.8vSLAM504 室内定位评测体系53中国移动室内定位白皮书(2020)64.1室内定位关键性能评价指标534.2室内定位关键性能评测方法545 室内定位网与室内通信网融合策略635.1室内定位网与室内通信网融合方式635.2室内定位网与室内通信网融合的意义655.3应用场景656 室内定位网络平台676.1室内定位网络系统架构676.2室内定位能力平台功能686.3设备管理平台功能697 展望70附录 A72参考文献74中国移动室内定位白皮书(2020)71 室内定位产业发展现状
6、及挑战室内定位产业发展现状及挑战1.1 室内定位产业发展环境分析室内定位产业发展环境分析工信部官网 2 月 27 日公布了 2019 年通信业统计公报【1】,公报表示,2019 年,我国通信业深入贯彻落实党中央、国务院决策部署,坚持新发展理念,积极践行网络强国战略,5G 建设有序推进,新型信息基础设施能力不断提升,有力支撑社会的数字化转型。自 2009 年以来的 10 年间,移动电话的普及率稳步增长。至 2019年,因第二卡槽的需求基本释放完毕,移动电话用户数增速开始放缓,达到 16 亿户,普及率达到 114.4 部/百人,如图 1.1-1 所示。全国有26 个省市的移动电话普及率超过 100
7、 部/百人,截止到 2019 年,全国绝大多数地区平均每人至少拥有一部移动电话。作为消费级市场潜在的室内定位终端,移动电话的高普及率为室内定位发展奠定了良好的用户基础。图 1.1-1 2009-2019 年固定电话及移动电话普及率发展情况中国移动室内定位白皮书(2020)8早在 2012 年,科技部导航与位置服务科技发展“十二五”专项规划中已提出突破以北斗为核心的多系统兼容互用、室内外协同实时精密定位、位置信息挖掘与智能服务等关键技术,2013 年科技部 室内外高精度定位导航白皮书 计划在大众位置服务、出行服务、物联网、智慧城市、应急救援等领域开展室内外协同实时精密定位应用示范,到 2020
8、年实现“百城亿户”的应用推广目标。随着 5G 在国内的普及以及国家“提速降费”政策的推动,移动终端和移动互联网业务在国内的渗透率达到了空前的高度。随着国家对 5G 频谱的无偿划拨、颁发商用牌照、各地补贴运营商的基站建设,越来越多的智能化终端和个性化需求将应运而生。室内定位技术的全球领导者 IndoorAtlas 在报告The Rise of Indoor Positioning-A 2016 Global ResearchReport On The Indoor Positioning Market中指出,如今人们超过80%90%的时间在室内度过,伴随着这些设备的出现,室内定位的需求将越来越强
9、烈。从 2010 年开始,O2O 的商业模式在中国进入高速发展阶段,伴随着 3G、4G 移动通信技术和移动互联网的兴起,团购和外卖作为中国 O2O 模式的本土化产物开始走进越来越多人的生活。根据艾媒咨询2016-2020 中国本地生活服务 O2O 市场规模及预测的数据显示从 2016 年至今,中国本地生活服务 O2O 市场规模持续增长,2020年预计可达到 1.3 万亿元,如图 1.1-2 所示。图 1.1-2 2016-2020 年中国本地生活服务 O2O 市场规模及预测中国移动室内定位白皮书(2020)92017 年,中国在线外卖用户规模达到 3.05 亿人,2018 年规模达到 3.58
10、 亿人,2019 年突破 4 亿人次,规模突破 2800 亿元。传统的餐饮、商超、休闲娱乐行业也纷纷开启 O2O 模式,依托万达广场等城市商业中心和公众号、小程序等服务平台提供自己的产品。商业中心的规模化建设对室内定位的要求逐渐升高,传统的室分系统已经不能满足用户的定位要求。在行业领域,智慧工业和智慧城市,这两大题材催生了大量行业应用。目前,化工厂、医院、养老院、监狱/看守所/戒毒所、施工现场等都大规模引入室内定位,增长速度极快。具体到行业,2018 年室内定位的发展前景分析报告指出,我国室内定位直接市场总量已突破 3000 亿元。表 1.1-1我国室内定位直接市场总量场所场所数量数量单价单价
11、(万元万元)市场总计(亿元市场总计(亿元)规模以上石油及化工厂30000 家80240规模以上工厂250000 家501250隧道5022 千米50100.44地铁2200 个站5011电厂1300 家40052养老院80000 家50400三级医院2000 家30060看守所7000 个4028监狱680 家50034博物馆5200 家3015.6其他(指挥大楼、桥梁、码头、地下管廊、船舶、停车场、会展、商场、机场、游乐园等)1300+合计(首次项目建设)3491+产业链方面,技术环境产业链已经完全成熟,各层面均有大量企业。中国移动室内定位白皮书(2020)10产业上游,有高通、博通、TI、
12、Decawave、NXP 等厂商提供芯片支持,以及苹果、谷歌等巨头企业开发室内定位底层接口及操作系统支持。产业中游,地图供应商方面,百度、高德、商汤科技均有较多积累;在应用解决方案方面,尚无以室内定位作为核心方向的大型上市企业,目前有大量中小规模企业,人数规模在十数人至数百人量级;硬件设备与终端厂家则比较广泛,华为、中兴、新华三、锐捷等网络设备商及小米、华为、VIVO 等智能终端厂家均有成熟的硬件支持。产业下游,应用集成方面,虽然尚未形成成熟方案,但苹果、阿里巴巴、腾讯、小米等大企业均有丰富的应用集成经验,对室内定位技术兴趣颇浓。整体来看,产业链均比较完备。1.2 室内定位市场发展前景分析室内
13、定位市场发展前景分析全球范围内,根据市场调研公司 Markets and Markets 的分析预测报告,室内定位技术的市场规模将从 2017 年的 71.1 亿美元增长到2022 年的 409.9 亿美元,复合年增长率高达 42%【2】。在 Indoor Atlas的研究报告【3】中,301 家机构、单位参加了调研,99%的受访单位已经或计划安装室内定位系统。图 1.2-1 计划部署室内定位系统的机构占比及用于部署的预算比例中国移动室内定位白皮书(2020)11另外,在这些已经安装室内定位系统的机构中,47%选择了 Wi-Fi,选择 beacon 和地磁方法的分别占 26%和 17%。但是在
14、试点或计划部署 IPS 的机构中,选择 beacon 和地磁方法的机构占比有明显提升,分别达到了 54%和 49%。从应用场景方面,机场、酒店、医院、办公楼和商场是受访机构最愿意部署室内定位的场景,其中机场占比最高,达到 38%,酒店紧随其后,占比 28%,而医院、办公楼和商业区则均达到 24%的比例。具体到需求而言,商场、机场、车站等人流密集场所需要高效的人流监控和动态分析手段,以提高运营效率、挖掘商业潜力;而现代化工厂需要实现智能仓储管理、生产过程追踪、自动货物搬运、自动对象加工,达到降本增效目的;矿井和高层建筑等存在特殊工种的场景需要在紧急状态下实时定位内部人员;医疗护理机构则需要实时定
15、位护理对象,尽可能争取时间提供最及时的医护服务。1.3 室内定位产业发展挑战分析室内定位产业发展挑战分析室外卫星定位已形成大而完整的室外定位网络,但是室内定位没有发展形成室外定位网络的规模,究其原因主要有以下几点。第一、精度要求。室内环境复杂多变,房间、物品之间的距离更近,参与定位的设备更多,人们对定位精度的要求也远高于室外,尤其是部分涉及到高速移动设备定位的行业,对精度的要求可能是厘米级,同时对定位时延要求也非常苛刻。第二、施工部署难。形成室外定位网络需要发射卫星,对接的管理部门线条清晰,但室内定位网络需要在每个楼宇单独部署站点,需要大量的物业协调沟通工作。而且室内相比室外,空间私密性更强,
16、人们对隐私保护的要求也更高,这也增加了布网时候的工作量。第三、定位平台不统一。室外定位已形成大而统一的定位平台,例如国外的谷歌地图,国内的高德、百度地图,而室内定位由于刚刚中国移动室内定位白皮书(2020)12起步,标准还未成熟统一,室内定位平台还不成规模。另外碎片化的应用场景更增加了更新维护室内地图的成本。中国移动室内定位白皮书(2020)132 垂直垂直行业行业的室内定位需求分析的室内定位需求分析随着智慧化浪潮的兴起,垂直行业对室内定位的需求日益迫切。本章将重点介绍智慧博物馆、智慧医院、智慧园区、智慧商超、智慧工厂、智慧停车场等室内定位的典型应用场景,并给出各行业对室内定位的需求指标。2.
17、1 智慧博物馆智慧博物馆2.1.1 市场规模分析市场规模分析根据国家文物局 2018 年数据显示,近年来,我国博物馆发展比较迅猛。截止 2018 年年底,全国在各级政府备案的博物馆就达到了5136 家。每年新增的博物馆都在 180 家左右4。图 2.1-1 2012-2018 年国内博物馆数量变化2018 年,我国博物馆参观人数已经达到了 10.08 亿人次5。近 5年来博物馆年收入稳步增长,2017 年博物馆年收入首次突破 300 亿元(325.56 亿元),同比增长达 38.6%6。中国移动室内定位白皮书(2020)14图 2.1-2 2012-2017 年国内博物馆收入趋势目前国内博物馆
18、行业正在积极拥抱新科技、新体验、新技术,多媒体互动手段逐渐成熟:多媒体展示技术已经在博物馆陈列展览中不断渗透,采用声、光、电多媒体技术和自动控制手段,把幻影成像、实时人景合成、虚拟、激光、三维动态成像乃至 VR、AR、全息技术等高新技术结合传统的展示内容,合成脚本,产生全新的展示效果,增加了展示的可看性和参与性。采用室内定位技术来吸引游客前来观览、提升游客到场体验正成为国内博物馆行业的强烈需求。综上,通过分析 2012-2018 年国内博物馆行业的数据趋势,包括国内博物馆数量的历年变化、国内博物馆收入的历年变化,可以看出:国内博物馆发展势头良好,市场规模庞大且逐年增加,行业收入明显逐年递增。同
19、时,博物馆行业对于室内定位需求旺盛,具有健康的投入期望。2.1.2 业务需求分析业务需求分析智慧博物馆对于室内定位的需求,主要集中在游客导览、展品讲解、展品管理、客流统计等方面。中国移动室内定位白皮书(2020)15 游客导览游客导览图 2.1-3 室内定位应用于游客导览示意图通过提供人员的定位与导航服务,游客可以在手机端实时了解自己当前的位置,可以查询想去的地点在哪里(包括展品、文创商店、卫生间、楼梯等等),可以按照手机导航指引直接前往目的地,提升游客体验。展品讲解展品讲解图 2.1-4 室内定位应用于展品讲解示意图通过融合人员的定位信息与展品的讲解信息,游客可以在手机端自主选择要听的展品的
20、讲解材料,形式不限于语音、视频、文字、图片,以及更加智慧化的 AR 讲解,带来具有互动效果的讲解新体验。中国移动室内定位白皮书(2020)16 展品管理展品管理图 2.1-5 室内定位应用于展品管理示意图智慧博物馆可以为展品加装距离传感器和惯性传感器,判断展品是否受到了非法接近,再通过通信模块上报传感器信息和位置信息。在传感器信号强度超过阈值后,信息管理平台收到对应展品的异常信号,激活馆内警报或直接报警,并在定位平台上实时跟踪展品的位置动态,为展品的安全提供了强有力的保证。客流统计客流统计图 2.1-6 室内定位应用于客流统计示意图用户购票后,信息管理平台会完成全天的客流统计,同时室内定位还可
21、以通过通信模块检测接入用户设备的通信状态和 ID 信息统计中国移动室内定位白皮书(2020)17实时客流量。针对每个游客,系统可以结合用户的位置信息在数据分析平台生成游客的热点区域从而分析游客的喜好,形成游客画像。游客数据库的建立可以帮助博物馆为游客提供更精准的服务信息。2.2 智慧医院智慧医院2.2.1 市场规模分析市场规模分析国家卫生与健康委员会在 2018 年 4 月发布的全国医院信息化建设标准与规范(试行)中,明确提出了对三级医院和二级医院,在患者定位,资产和物资管理,医院范围内的车位定位、地图导航、科室分布导航,医疗废弃物实时定位和监控等业务方面的要求。在2019 年 3 月发布的医
22、院智慧服务分级评估标准体系(试行)中,明确列出了针对患者的就医路径规划,科室导诊导航等基于室内定位技术的业务,为医院智慧服务分级的评估项。根据国家卫生健康委员会的统计数据,截至 2019 年 5 月,全国三级医院共计 2608 家,全国的三级医院每年增加约 150 家。全国二级医院共计 9172 家,全国的二级医院每年增加约 490 家。据估计,三级医院的室内定位部分一次性建设成本约为 300 万元(不含后续数据运营价值)。根据国家卫生健康委员会的统计数据,2019 年全国三级医院每月的诊疗人次数约 1.6 亿人次,并且该数字的年均增长率在 5%以上。2019 年二级医院的每月诊疗人次数约为
23、1.1 亿人次,年均增长率在3%以上。因此,在医院院内的室内定位导航服务存在巨大的市场空间,并且持续呈高速增长的态势。2.2.2 业务需求分析业务需求分析智慧医院对于室内定位的需求,主要集中在医院资产智能定位管中国移动室内定位白皮书(2020)18理、病患精细化定位管理、智慧导诊导航等方面。医院资产智能定位管理医院资产智能定位管理图 2.2-1 室内定位应用于医院资产只能定位管理示意图针对医院资产管理的相关痛点,利用室内定位技术实现的医院资产智能定位管理需要覆盖以下相关业务:资产定位监控对被定位的资产进行位置监控,可以按资产类型选择实时监控或者按一定频率上报位置信息,能够在定位平台上看到被定位
24、资产所在的具体位置。定位精度应该在 3 米左右,能够定位到具体的房间。维保管理对被定位的资产进行物联网信息采集,能够记录资产的维保信息,包含但不限于维保时间,次数,维保人等信息。资产清算能够对所有被定位的资产在定位系统上进行清算盘点,能够看到每一个被定位资产所在的位置,并且应该显示包括但不限于是否在合理位置,是否处于正常使用状态等信息。定位精度应该在 3 米左右,能够准确显示清算资产所在的位置。中国移动室内定位白皮书(2020)19 设备状态监控能够对被定位的设备进行状态监控,能够显示包括但不限于设备开关状态,设备能耗,设备使用频率等信息。病患精细化定位管理病患精细化定位管理图 2.2-2 室
25、内定位应用于病患精细化定位管理示意图针对病患管理的相关痛点,利用室内定位技术实现的病患精细化定位管理需要覆盖以下相关业务。电子围栏对被定位的病患提供可定制化的电子围栏设定服务,可以针对每个病患划分电子围栏区域,病患离开电子围栏区域及时告警。电子围栏的精度应该为亚米级,一旦发生越界应当及时告警,避免危险事故发生。实时定位监控对特殊病患进行实时定位监控,提供精细化的监管服务,减少护理人员的工作量。利用实时定位监控能够及时发现危险,对病人活动进行及时的人工干预。实时定位的精度应该在 3 米左右,能够精确到某楼层的某区域。轨迹查询能够记录被定位人员的移动轨迹,可以进行回溯和分析。用于发中国移动室内定位
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