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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）

星系：黑洞你不讲武德！******

　　近日，一个天文学家团队

　　发现了一个独特的黑洞

　　这个黑洞正向另一个星系

　　喷出44万光年长的“口水”

　　这一消息登上热搜

　　不少网友表示疑惑

　　黑洞不是可以吞噬一切吗？

　　怎么还能“吐口水”？

　　椭圆星系中形成恒星稀少之谜

　　如果说恒星是宇宙中的居民，那么星系就是宇宙中的村落或城市。根据不同的形态，星系主要被分成三类：椭圆星系、螺旋星系和不规则星系，螺旋体有大量的冷气体和尘埃，并有光学上看起来像蓝色的旋臂。在螺旋星系中，平均每年有一颗类似太阳的恒星形成。另一方面，椭圆星系的颜色是黄色的，缺乏像旋臂那样的独特特征。

　　图源：百度百科 椭圆星系

　　图源：百度百科 螺旋星系

　　就像人口并非均匀地分布于地球表面一样，这些宇宙城市和村落也是不均匀分布的。在螺旋星系中，平均每年都会产生一颗类似太阳的恒星。但在今天看到的椭圆星系中，数十亿年来没有产生任何恒星。为何在椭圆星系中恒星的产生会如此罕见？这对科学家来说一直是一个谜。

　　“吐口水”的黑洞是“凶手”？

　　一个天文学家小组在公民科学家的帮助下发现了这个独特的黑洞，它正在向另一个星系喷射火热的喷流，看起来像是在“吐口水”，这些喷流在星系中以极高的速度进行，耗尽了未来恒星形成所需要的冷气体和尘埃。

　　图像来源：Ananda Hota博士，GMRT，CFHT，MeerKAT

　　这表明，椭圆星系中形成恒星非常稀少的罪魁祸首或许就是这些大吐口水的黑洞。

　　这个黑洞位于RAD12星系中，该星系距离地球约10亿光年。RAD12中的黑洞似乎只向一个邻近的星系喷出了射流，这个星系被命名为RAD12-B。在所有情况下，喷流都是成对喷出的，以相对论的速度向相反的方向运动。为什么只看到一个喷流来自RAD12，这对天文学家来说仍然是一个谜。

　　黑洞还能喷东西？！

　　编号Sh2-101的郁金香星云

　　图片来源及版权：Peter Kohlmann

　　这片发出微红色光芒的星云

　　俗名为郁金香星云

　　星际气体和尘埃组成了

　　红色的花瓣

　　它们受到附近年轻恒星的

　　紫外光照耀而发光

　　花朵右侧那片弯曲的小叶子

　　就是黑洞喷流冲击形成的杰作

　　事件视界望远镜解析的半人马座A星系中央黑洞的中心喷流

　　图片来源：Radboud University; CSIRO/ATNF/I.Feain et al., R.Morganti et al., N.Junkes et al.; ESO/WFI; MPIfR/ESO/APEX/A. Weiss et al.; NASA/CXC/CfA/R. Kraft et al.; TANAMI/C. Mueller et al.; EHT/M. Janssen et al.

　　黑洞因贪吃而闻名，但它们却不会将落向它们的东西全都吃掉。一小部分物质会以强烈热气体喷流的形式射出，并对周围环境造成破坏，这些热气体被称作等离子体。一路上，这种等离子体以某种方式获取足够的能量来强烈地发光，并沿着黑洞的旋转轴形成两个亮柱。科学家们一直在争论，喷流中的这一过程究竟是在哪里发生和如何发生的。

　　黑洞的喷流是与黑洞周围的气体紧密相关的。要想产生喷流，首先黑洞周围要有足够的气体，这些气体形成一个气体盘，最后如果条件合适的话，那么部分的气体会在掉入黑洞的过程中，掉入到黑洞之前，沿着黑洞的转轴方向喷射出去，形成喷流。所以说喷流只是在特定情况下产生的，在宇宙当中，只有10%左右的超大质量黑洞才会产生黑洞喷流。

　　END

　　资料来源：中国国家天文、北京天文馆、国家空间科学中心、CNBeta、新疆科技馆

　　整理：董小娴

　　（文图：赵筱尘 巫邓炎）