中国联通5G时空服务行业应用白皮书.pdf

中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书2目 录前 言 . 31. 时 空 服 务 行 业 应 用 发 展 趋 势 .41.1 政 策 背 景 .41.2 市 场 分 析 .51.3 技 术 演 进 .51.4 产 业 现 状 .81.5 问 题 与 挑 战 .92. 5G 赋 能 时 空 服 务 产 业 . 112.1 “5G+北 斗 ”提 供 无 缝 的 室 内 外 综 合 时 空 服 务 .122.2 5G 融 合 定 位 助 力 实 现 室 内 高 精 度 时 空 信 息 应 用 .132.3 边 缘 云 （ MEC） 实 现 本 地 快 速 的 时 空 信 息 处 理 .132.4 5G 安 全 机 制 保 障 时 空 信 息 安 全 .143. 中 国 联 通 时 空 服 务 产 品 体 系 . 163.1 时 空 服 务 平 台 基 础 能 力 .163.2 综 合 时 空 服 务 平 台 产 品 .174. 5G 时 空 服 务 应 用 场 景 及 典 型 案 例 . 204.1 智 慧 交 通 .214.2 工 业 互 联 网 .264.3 医 疗 卫 生 .284.4 文 化 旅 游 .304.5 教 育 养 老 .324.6 政 务 服 务 .344.7 农 林 牧 渔 .364.8 电 商 物 流 .395. 总 结 与 展 望 . 41中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书3前 言5G 为 行 业 应 用 而 生 ， 时 空 服 务 是 行 业 应 用 的 基 础 。 5G 作 为 “ 新 基 建 ” 的 重要 组 成 部 分 ， 正 在 加 速 驶 向 规 模 商 用 的 快 车 道 。 结 合 人 工 智 能 、 大 数 据 、 云 计 算等 新 一 代 信 息 技 术 ， 5G 赋 能 万 物 的 智 能 化 时 代 正 加 速 到 来 。 与 此 同 时 ， 北 斗 卫星 导 航 系 统 作 为 我 国 自 主 可 控 的 全 球 卫 星 导 航 系 统 ， 可 提 供 精 准 授 时 与 空 间 定 位服 务 ， 相 关 产 品 也 已 经 在 各 行 业 中 广 泛 应 用 。 技 术 融 合 催 生 产 业 升 级 ， “ 5G+北斗 ” 融 合 定 位 将 为 时 空 服 务 行 业 注 入 新 的 动 力 。基 于 5G 的 融 合 定 位 技 术 ， 可 大 幅 度 增 强 室 内 外 综 合 时 空 服 务 能 力 ， 推 动 垂直 行 业 应 用 落 地 ， 实 现 时 空 服 务 水 平 的 全 面 提 升 。 首 先 ， “ 5G+北 斗 ” 融 合 技 术将 北 斗 的 室 外 定 位 与 5G 室 内 定 位 相 结 合 ， 优 势 互 补 ， 可 提 供 无 缝 的 室 内 外 综 合时 空 服 务 。 然 后 ， 5G 与 UWB、 蓝 牙 、 视 觉 等 多 种 技 术 的 融 合 定 位 能 够 有 效 提 高室 内 定 位 精 度 ， 降 低 部 署 成 本 。 最 后 ， 5G 边 缘 云 可 实 现 本 地 快 速 的 位 置 信 息 处理 ， 5G 安 全 机 制 能 够 为 用 户 隐 私 及 产 业 运 营 提 供 可 靠 的 保 障 ， 依 托 于 5G 专 网可 有 效 提 高 时 空 服 务 性 能 。垂 直 行 业 对 时 空 服 务 存 在 刚 性 需 求 ， 中 国 联 通 面 向 典 型 行 业 应 用 场 景 ， 基 于5G 融 合 定 位 技 术 ， 致 力 于 将 “ 室 内 外 综 合 时 空 服 务 能 力 ” 打 造 成 可 赋 能 行 业 应用 的 重 要 基 础 能 力 。 目 前 ， 已 经 研 发 了 时 空 服 务 平 台 及 其 系 列 产 品 ， 可 提 供 “ 物联 接 入 +定 位 解 算 +业 务 服 务 ” 的 整 体 能 力 ， 助 力 各 垂 直 行 业 实 现 产 业 升 级 。本 白 皮 书 聚 焦 产 业 需 求 ， 深 度 挖 掘 行 业 痛 点 ， 剖 析 时 空 服 务 应 用 需 求 。 面 向最 具 代 表 性 的 八 大 垂 直 行 业 ， 包 括 智 慧 交 通 、 工 业 互 联 网 、 医 疗 卫 生 、 政 务 服 务 、农 林 牧 渔 、 文 化 旅 游 、 教 育 养 老 、 电 商 物 流 等 ， 依 托 中 国 联 通 时 空 服 务 产 品 ， 基于 5G 融 合 定 位 技 术 ， 提 出 各 行 业 典 型 应 用 场 景 及 其 时 空 服 务 解 决 方 案 ， 并 给 出典 型 应 用 案 例 。中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书41.时 空 服 务 行 业 应 用 发 展 趋 势1.1 政 策 背 景在 日 常 生 活 中 ， 人 们 总 爱 问 “ 什 么 时 间 ” “ 你 在 哪 里 ” “ 在 干 什 么 ” 这 三 个问 题 。 人 类 社 会 90%以 上 的 活 动 信 息 都 与 时 间 、 空 间 相 关 。 目 前 ， 时 空 信 息 服 务已 经 深 入 到 人 类 生 产 生 活 的 各 个 领 域 ， 如 同 水 电 一 样 不 可 或 缺 。时 空 信 息 服 务 泛 指 一 切 以 移 动 终 端 时 空 地 理 信 息 和 移 动 网 络 为 基 础 ， 构 成 的时 空 位 置 智 能 感 知 和 决 策 的 综 合 服 务 ， 是 云 计 算 、 移 动 互 联 网 、 物 联 网 等 新 兴 技术 的 主 要 载 体 和 应 用 形 态 。 随 着 通 信 网 络 的 不 断 升 级 ， 智 能 终 端 数 量 的 不 断 增 加以 及 行 业 应 用 的 不 断 深 入 ， 该 产 业 呈 现 出 技 术 交 叉 融 合 、 需 求 更 加 广 泛 的 趋 势 ，未 来 发 展 前 景 可 观 。国 家 层 面 相 继 出 台 系 列 政 策 ， 大 力 促 进 时 空 服 务 行 业 发 展 。 近 几 年 ， 国 家 相继 发 布 了 国 家 卫 星 导 航 产 业 中 长 期 发 展 规 划 、 国 家 民 用 空 间 基 础 设 施 中 长期 发 展 规 划 （ 2015-2025 年 ） 等 政 策 ， 要 求 建 设 北 斗 卫 星 导 航 定 位 系 统 ， 建 成国 家 民 用 空 间 基 础 设 施 体 系 。 “ 十 三 五 ” 期 间 ， 国 家 各 部 委 、 各 省 市 也 继 续 出 台相 关 规 划 ， 明 确 要 求 在 安 全 生 产 、 现 代 综 合 交 通 运 输 体 系 、 国 家 突 发 事 件 应 急 体系 等 领 域 使 用 北 斗 系 统 。 其 中 重 点 和 关 键 领 域 要 率 先 实 现 卫 星 导 航 系 统 自 主 可控 。新 基 建 提 振 市 场 需 求 ， 时 空 服 务 助 推 新 基 建 ， 也 受 益 于 新 基 建 。 今 年 的 政 府工 作 报 告 强 调 加 大 新 型 基 础 设 施 建 设 力 度 。 综 合 时 空 服 务 能 力 作 为 新 兴 的 基 础 服务 能 力 ， 将 成 为 “ 新 基 建 ” 概 念 下 的 5G 基 站 、 工 业 互 联 网 、 城 际 轨 道 交 通 等 信息 基 础 设 施 的 规 划 、 建 设 、 运 营 的 重 要 支 撑 技 术 ， 给 我 国 核 心 产 业 和 技 术 升 级 带来 新 机 遇 ， 推 动 新 消 费 形 成 ， 并 进 一 步 拉 动 GDP 稳 定 增 长 。 同 时 5G 基 站 、 人工 智 能 、 大 数 据 中 心 的 建 设 和 发 展 也 必 将 促 进 时 空 服 务 产 业 的 技 术 更 新 和 场 景 拓展 。中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书51.2 市 场 分 析北 斗 卫 星 导 航 系 统 是 继 美 国 的 GPS、 俄 罗 斯 的 格 洛 纳 斯 卫 星 导 航 系 统 之 后 ，第 三 个 成 熟 的 定 位 导 航 系 统 。 目 前 ， 北 斗 二 号 系 统 已 向 亚 太 区 用 户 提 供 稳 定 服 务超 过 5 年 ， 在 轨 运 行 情 况 良 好 。 今 年 6 月 北 斗 三 号 最 后 一 颗 组 网 卫 星 发 射 成 功 ，北 斗 全 球 系 统 建 设 全 面 完 成 ， 迈 进 全 球 服 务 新 时 代 。目 前 ， 我 国 的 北 斗 导 航 服 务 正 处 于 抢 占 应 用 市 场 的 爆 发 期 。 作 为 全 球 最 大 的时 空 服 务 应 用 市 场 ， 北 斗 卫 星 导 航 系 统 未 来 发 展 潜 力 巨 大 。 根 据 中 国 卫 星 导 航 定位 协 会 前 瞻 产 业 研 究 院 的 统 计 ， 我 国 卫 星 导 航 市 场 需 求 总 量 持 续 上 升 ， 2019 年整 体 规 模 为 3450 亿 元 ， 其 中 与 卫 星 导 航 技 术 研 发 和 应 用 直 接 相 关 的 产 业 核 心 产值 为 1166 亿 元 ， 如 图 1.1 所 示 。 国 家 卫 星 导 航 产 业 中 长 期 发 展 规 划 中 也 提到 ， 北 斗 卫 星 导 航 系 统 及 其 兼 容 产 品 在 国 民 经 济 重 要 行 业 和 关 键 领 域 、 以 及 大 众消 费 市 场 得 到 广 泛 应 用 ， 对 国 内 卫 星 导 航 应 用 市 场 的 贡 献 率 达 到 60%， 关 键 领 域达 到 80%以 上 。图 1.1 中 国 卫 星 导 航 与 位 置 服 务 产 业 总 量 （ 单 位 ： 亿 元 ）1.3 技 术 演 进（ 1） 卫 星 定 位 技 术全 球 导 航 卫 星 系 统 是 能 在 地 球 表 面 或 近 地 空 间 的 任 何 地 点 为 用 户 提 供 全 天候 的 3 维 坐 标 和 速 度 以 及 时 间 信 息 的 空 基 无 线 电 导 航 定 位 系 统 。 常 见 的 四 大 卫 星定 位 系 统 包 括 GPS、 北 斗 、 GLONASS 和 GALILEO。中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书6RTK 定 位 技 术 能 够 进 一 步 提 升 卫 星 定 位 的 精 度 ： 通 过 地 面 差 分 基 准 参 考 站进 行 卫 星 观 测 ， 形 成 差 分 改 正 数 据 ， 再 通 过 数 据 通 信 链 路 将 差 分 改 正 数 据 播 发 到流 动 测 量 站 ， 经 处 理 后 得 到 实 时 高 精 度 定 位 结 果 。 以 北 斗 系 统 为 例 ， 普 通 卫 星 定位 精 度 为 十 米 级 ， 而 基 于 北 斗 地 基 增 强 系 统 （ RTK） 的 精 度 可 实 现 动 态 厘 米 级 。图 1.2 给 出 了 卫 星 定 位 原 理 技 术 演 进 。图 1.2 卫 星 定 位 原 理 技 术 演 进（ 2） 蜂 窝 网 络 定 位 技 术3GPP SA 工 作 组 长 期 致 力 于 LBS 的 应 用 与 开 发 ， 业 务 应 用 涵 盖 物 流 管 理 、导 航 、 城 市 旅 游 、 热 点 地 区 查 找 、 商 业 广 告 投 放 与 推 广 等 。 3GPP 的 RAN 工 作组 则 针 对 蜂 窝 网 定 位 技 术 的 网 络 架 构 、 定 位 流 程 、 定 位 方 法 展 开 研 究 ， 聚 焦Cell-ID、 ECID、 OTDOA 及 网 络 辅 助 的 GPS 定 位 等 技 术 。中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书7图 1.3 定 位 技 术 在 3GPP 标 准 中 的 演 进图 1.3 给 出 了 定 位 技 术 在 3GPP 标 准 中 的 演 进 。 3GPP 自 Release 9 开 始 就 就进 行 了 定 位 技 术 的 标 准 化 工 作 ， 一 直 到 Release 14 版 本 ， 研 究 重 点 包 括 OTDOA、和 ECID 定 位 技 术 及 其 增 强 的 研 究 ， 实 现 误 差 50 米 的 定 位 精 度 ； 利 用 WiFi、 蓝牙 、 气 压 计 、 TBS 等 方 法 进 行 室 内 定 位 ， 并 要 求 垂 直 定 位 精 度 达 到 3m， 连 续 定位 响 应 时 间 为 10s15s） 。 3GPP 自 Release 15 开 始 进 入 5G 标 准 阶 段 ， 在 Release15（ 第 一 阶 段 ） 中 主 要 聚 焦 组 网 方 式 （ NSA/SA） 以 及 三 大 业 务 场 景 关 键 技 术 的研 究 ， 在 定 位 方 面 未 有 太 多 进 展 。 Release 16（ 第 二 阶 段 ） 明 确 了 两 大 类 定 位 精度 要 求 ， 定 位 技 术 方 面 引 入 了 NR-TDOA（ UL/DL） 、 UL AoA、 Multi-RTT 和E-CID 增 强 等 定 位 技 术 。 未 来 的 Release 17 版 本 将 针 对 IoT、 V2X 等 垂 直 行 业 开展 定 位 技 术 增 强 研 究 ， 实 现 厘 米 级 定 位 的 同 时 进 一 步 优 化 定 位 时 延 和 可 靠 性 。（ 3） 室 内 定 位 技 术写 字 楼 、 大 型 商 超 、 地 下 停 车 场 、 智 慧 工 厂 等 场 景 环 境 复 杂 且 人 员 密 集 ， 对室 内 定 位 技 术 提 出 了 更 高 的 需 求 。 由 于 传 统 的 卫 星 信 号 会 受 到 建 筑 物 的 明 显 干扰 ， 因 此 多 种 室 内 定 位 技 术 争 相 绽 放 。 目 前 室 内 定 位 技 术 还 不 具 备 统 一 的 技 术 规范 ， 现 行 的 技 术 手 段 都 是 在 各 个 企 业 各 自 定 义 的 私 有 协 议 和 方 案 下 发 展 。 目 前 主流 的 室 内 定 位 技 术 有 UWB、 北 斗 伪 卫 星 、 蓝 牙 、 Wifi 等 。 表 1.1 给 出 了 常 见 的室 内 定 位 技 术 能 达 到 的 精 度 和 覆 盖 范 围 等 参 数 指 标 。表 1.1 常 见 的 室 内 定 位 技 术定 位 技 术 定 位 精 度 覆 盖 范 围 设 备 成 本 终 端 适 配 性UWB 0.3m 100m 高 专 用 模 组北 斗伪 卫 星 载 波 相位 技 术 0.3m 100m 高 新 型 号 手 机（ 除 苹 果 ）信 号 感知 技 术 5-10m 50m 低5G 3m 200m 低 5G手 机蓝 牙 BLE 4 5-10m 30m 低 普 通 手 机BLE 5 1mWiFi 5-15m 100m 低 普 通 手 机惯 性导 航 取 决 于 器 件 特性 有 累 积 误 差 无 与 器 件 特性 成 正 比 普 通 手 机高 精 度 惯 导 设备中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书8计 算 机 视觉 厘 米 级 无 中 普 通 手 机1.4 产 业 现 状综 合 时 空 服 务 产 业 链 主 要 包 括 核 心 元 器 件 、 终 端 产 品 设 备 、 解 决 方 案 集 成 以及 平 台 运 营 。 核 心 元 器 件 包 括 全 球 卫 星 导 航 系 统 定 位 芯 片 （ 尤 其 是 适 应 北 斗 导 航系 统 的 芯 片 ） 、 板 卡 、 导 航 天 线 、 室 内 定 位 传 感 元 器 件 、 GIS 及 导 航 引 擎 软 件等 。 终 端 产 品 设 备 主 要 包 括 移 动 智 能 手 机 、 车 载 导 航 设 备 、 专 业 型 北 斗 终 端 等 终端 设 备 。 方 案 及 系 统 集 成 指 面 向 各 行 业 的 软 硬 件 系 统 集 成 及 应 用 服 务 。 平 台 运 营包 括 精 密 卫 星 定 轨 与 定 位 数 据 处 理 、 航 测 遥 感 数 据 获 取 与 处 理 、 电 子 地 图 采 集 和生 产 等 各 类 数 据 的 采 集 、 管 理 与 综 合 分 析 ， 同 时 具 备 与 第 三 方 行 业 应 用 平 台 对 接能 力 ， 为 多 样 化 的 行 业 应 用 场 景 提 供 时 空 服 务 。 目 前 综 合 时 空 服 务 产 业 链 已 相 对成 熟 ， 呈 现 一 定 规 模 的 竞 争 与 合 作 共 存 的 态 势 。 室 外 时 空 信 息 产 业 链 中 下 游 已 相对 稳 定 ， 重 心 逐 步 转 向 系 统 集 成 和 服 务 运 营 。 室 内 时 空 信 息 领 域 多 种 技 术 并 存 ，现 阶 段 以 研 发 +产 品 生 态 构 建 为 主 ， 缺 少 标 准 化 产 品 和 方 案 ， 市 场 主 要 以 行 业 端需 求 为 主 ， 需 求 方 和 供 给 方 呈 碎 片 化 分 布 。时 空 服 务 给 人 们 的 日 常 生 活 带 来 了 极 大 便 利 ， 已 经 成 为 国 民 经 济 社 会 发 展 不可 或 缺 的 基 础 组 成 部 分 。 时 空 服 务 未 来 的 发 展 将 聚 焦 基 于 工 业 互 联 网 、 公 共 安 全 、交 通 运 输 、 农 林 水 利 、 应 急 救 援 等 领 域 的 行 业 应 用 和 面 向 个 人 用 户 的 消 费 级 应 用 ，如 地 图 导 航 、 生 活 服 务 、 旅 游 出 行 、 弱 势 群 体 关 爱 等 领 域 。 随 着 工 业 互 联 网 的 快速 发 展 ， 面 向 智 能 制 造 、 智 慧 物 流 等 工 业 领 域 的 室 内 时 空 信 息 需 求 较 为 迫 切 。 此外 ， 随 着 人 们 活 动 的 室 内 空 间 越 来 越 多 元 化 ， 针 对 消 费 者 服 务 的 商 场 、 医 院 、 停车 场 等 室 内 场 景 的 时 空 信 息 需 求 也 逐 渐 显 现 。 人 们 对 时 空 信 息 的 需 求 正 在 逐 步 从室 外 向 室 内 拓 展 ， 如 图 1.5 所 示 。中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书9图 1.5 定 位 技 术 成 熟 度 及 行 业 需 求 分 布1.5 问 题 与 挑 战从 定 位 技 术 的 整 体 演 进 和 产 业 化 进 程 来 看 ， 时 空 服 务 产 业 还 处 于 萌 芽 阶 段 。尽 管 当 前 时 空 服 务 产 业 发 展 态 势 向 好 ， 但 仍 存 在 以 下 几 个 问 题 需 要 解 决 ：（ 1） 加 强 时 空 服 务 技 术 标 准 规 范 化目 前 与 时 空 服 务 相 关 的 标 准 比 较 少 ， 尤 其 是 室 内 定 位 技 术 还 未 形 成 统 一 的 技术 规 范 。 因 此 ， 推 动 时 空 服 务 在 国 际 、 国 家 和 行 业 标 准 的 起 草 、 制 定 与 认 证 工 作是 未 来 发 展 时 空 服 务 产 业 的 重 要 一 环 。（ 2） 探 索 “ 5G+时 空 服 务 ” 在 垂 直 领 域 的 商 业 模 式5G 已 经 实 现 商 业 落 地 ， 随 之 而 来 的 海 量 创 新 业 务 应 用 对 时 空 服 务 提 出 了 更高 的 要 求 ， 但 是 “ 5G+时 空 服 务 ” 整 体 产 业 还 处 于 探 索 阶 段 ， 整 体 商 业 模 式 尚 不清 晰 。 需 要 整 个 产 业 积 极 探 索 “ 5G+时 空 服 务 ” 在 各 垂 直 行 业 领 域 的 典 型 应 用 ，加 快 推 动 “ 5G+时 空 服 务 ” 商 业 化 应 用 ， 拉 动 新 的 利 润 增 长 点 。（ 3） 加 强 时 空 服 务 信 息 安 全 及 用 户 隐 私 保 护中 国 联 通 5G时 空 服 务 行 业 应 用 白 皮 书10对 于 用 户 来 讲 ， 位 置 信 息 属 于 隐 私 信 息 。 人 们 在 享 受 时 空 服 务 带 来 巨 大 便 利的 同 时 也 承 受 着 位 置 隐 私 泄 露 的 风 险 。 因 此 需 要 从 法 规 制 度 、 技 术 与 平 台 等 多 个维 度 考 虑 如 何 在 “ 位 置 信 息 服 务 时 代 ” 最 大 程 度 保 护 用 户 的 位 置 信 息 安 全 。