Wenn der Raum anfängt zu “denken”: Wie kann die Zentimetergenaue Positionsbestimmung das Verbindungsparadigma intelligenter Räume neu gestalten?

Im Mai 2025 wurde ein UWB-Fahrzeugüberwachungssystem von Quanjikeji, das in der Lage ist, "Leben zu spüren", erstmals serienmäßig in Fahrzeuge eingebaut und in einem bekannten japanisch-chinesischen Joint-Venture-Modell eingesetzt. Dies ist nicht einfach eine technische Anwendung, sondern ein Schlüsselmilestone für die Entwicklung der Positionierungstechnologie von kalten Koordinatenpunkten zu "wärmevoller Raumintelligenz". Das System fungiert wie ein unsichtbarer Wächter, der präzise die Sichtblindenbereiche unter den Sitzen und in den Fußräumen untersucht. Dies verdeutlicht eindrucksvoll, dass die hochpräzise Positionsbestimmung eine stille Revolution durchmacht - von einem "Werkzeug" zur zentralen "Infrastruktur", vergleichbar mit dem Stromnetz vor hundert Jahren. Technologien wie UWB und AOA definieren neu die "Intelligenz" von Räumen.

Die strategische Bedeutung dieser Veränderung wird immer deutlicher. Mit der Entwicklung des Internets der Dinge und von Smart Cities sind Positionsdaten zum Kernbestandteil der industriellen Digitalisierung geworden (etwa 70 % der IoT-Daten sind damit verbunden). Allerdings finden in China bis zu 80 % der menschlichen Aktivitäten in komplexen Innen- und Außenumgebungen statt, in denen das herkömmliche GPS oft völlig versagt, was ein dringend zu lösendes Problem darstellt - die "letzte Meile" der Positionsbestimmung. Daher ist die Entwicklung einer eigenständigen und kontrollierbaren hochpräzisen Positionsbestimmungstechnologie nicht nur eine industrielle Notwendigkeit, um die kritischen Blindstellen zu schließen und die zukünftige Raumintelligenz zu ermöglichen, sondern auch eine wichtige Strategie für die nationale Sicherheit.

Der zentrale Wert der hochpräzisen Positionsbestimmung liegt darin, dass das Problem der Positionsbestimmung im "letzten Meter" in komplexen Innen- und Außenräumen gelöst wird. Im Vergleich zu herkömmlichen Positionsbestimmungstechnologien hat die hochpräzise Positionsbestimmung eine qualitative Veränderung von der "Raumerfassung" zur "Punktpositionsfassung" erreicht. Sie muss nicht nur dreidimensionale Koordinaten (einschließlich der vertikalen Stockwerkshöhe) liefern, sondern auch über die Fähigkeit zur Echtzeitaktualisierung (Hz-Scanrate) und die Störungsresistenz in komplexen Umgebungen verfügen.

Es ist diese Fähigkeit, zentimetergenaue Positionsbestimmungen, Echtzeitantworten und Zuverlässigkeit zu liefern, die die hochpräzise Positionsbestimmungstechnologie über die Kategorie der Werkzeuge hinausführt und sie zur unverzichtbaren "Infrastruktur" für die digitale Transformation macht. Mit ihrer Unterstützung können Gebäude und Städte "Raumintelligenz" aufbauen, und ein neues Bild einer digitalen Zivilisation, das sicherer, effizienter und menschenfreundlicher gestaltet, beginnt sich zu entfalten. Um diese tiefgreifende Veränderung besser zu verstehen und voranzutreiben, haben wir ein dynamisches Branchenbeobachtungsrahmenwerk erstellt:

Technische Essenz: Hochpräzise Positionsbestimmung und die Grenzen ihrer Technologierouten

Industriewert: Was ist der zentrale Wert der Industrie? Wie ist der Prozess der Lokalisierung zu bewerten?

Marktverifizierung: Marktpotenzial, Anwendungsfälle und die Finanzierungsaktivität in der Branche

Investitionschancen: Wertanker, Kernkonkurrenzdimensionen und differenzierte Chancen aus Investitionsgesichtspunkten

Analyse der Entwicklung der hochpräzisen Positionsbestimmung

(I) Herausforderungen in Innenräumen und die Entwicklung der Positionsbestimmungsanforderungen

Reife und Grenzen der Positionsbestimmungstechnologie: Die GPS/GNSS-Technologie hat in der Außenraumpositionsbestimmung großen Erfolg erzielt, jedoch können ihre Signale Gebäude nicht effektiv durchdringen. In Innenräumen (z. B. Einkaufszentren, Flughäfen, Fabriken, Krankenhäusern, Lagern, Tiefgaragen) versagt es entweder völlig oder hat nur eine sehr schlechte Genauigkeit (im Meter- oder sogar Zehnmeterbereich).

Explosion des Bedarfs an Innenraumpositionsbestimmung: Mit der Entwicklung des Internets der Dinge, von Smart Cities, Industrie 4.0, Neuem Einzelhandel und Smart Healthcare hat der Bedarf an Positionsinformationen in Innenräumen stark zugenommen. Es geht weit über die einfache Frage "Auf welchem Stockwerk bin ich?" hinaus, sondern es wird eine zentimeter- bis submetergenaue Positionsbestimmung angestrebt.

Aber die Realisierung einer so hochpräzisen Positionsbestimmung in Innenräumen wie im Außenbereich mit GPS ist mit großen Herausforderungen verbunden:

Schwächung und Streuung der Signale: Innenräume sind voller Wände, Möbel, Metallregale und sogar Menschen selbst. Wenn die Positionsbestimmungssignale diese Hindernisse passieren, werden sie stark geschwächt und können wie Billardkugeln in alle Richtungen reflektiert und gebrochen werden (Mehrwegeeffekt). Dies führt dazu, dass die Ankunftszeit und der Pfad der Signale am Empfangsgerät unklar werden, was die Positionsberechnung stark beeinträchtigt.

"Unsichtbare" Hindernisse: Oftmals besteht keine direkte Sichtlinie zwischen den Positionsbestimmungsgeräten (z. B. wenn eine Wand oder ein Regal dazwischen ist), so dass die Signale umgeleitet oder durchdringt werden müssen (Nicht-Sichtlinienverbindung). Diese umgeleiteten oder durchdrungenen Signale können zu großen Fehlern in der Positionsberechnung führen.

Veränderliche Umgebungen: Innenräume sind nicht statisch. Menschen gehen hin und her, Türen werden geöffnet und geschlossen, Waren werden bewegt und Möbel werden umgestellt. All dies führt zu dynamischen Veränderungen der Signalausbreitungsumgebung und stört die Stabilität der Positionsbestimmung.

Komplizierte Raumstruktur: Große Innenräume haben oft mehrere Stockwerke, viele Räume und komplizierte Gänge. Die Positionsbestimmung muss daher nicht nur die horizontale Position bestimmen, sondern auch die Stockwerkshöhe genau unterscheiden können (3D-Positionsbestimmung).

Um diese "typischen Innenraumprobleme" zu überwinden, wurde die "hochpräzise Positionsbestimmung" entwickelt. Selbst in komplexen und sich ständig ändernden Umgebungen wie Einkaufszentren, Fabriken und Krankenhäusern kann es die Position von Personen oder Gegenständen in Echtzeit auf ein Niveau von weniger als einem Meter oder sogar einigen Zentimetern genau bestimmen.

(II) Was bedeutet "hochpräzise" Positionsbestimmung?

Nachdem wir verstanden haben, warum es notwendig ist und warum es schwierig ist, schauen wir uns nun genauer an, was "hochpräzise Positionsbestimmung" tatsächlich bedeutet. Es ist nicht einfach nur "genauer", sondern umfasst mehrere Schlüsseldimensionen:

1. Genauigkeitskriterium - "Genauigkeit" kommt zuerst

Submetergenauigkeit (< 1 Meter): Dies ist die grundlegende Schwelle für die hochpräzise Positionsbestimmung. Es bedeutet, dass das System Ihnen sagen kann, "Das Ziel befindet sich neben diesem Schreibtisch" oder "Der Gabelstapler befindet sich jetzt in der Mitte des Ganges 3 im Lager". Der Fehlerbereich ist kleiner als der Schrittweite eines Erwachsenen.

Zentimetergenauigkeit (< 10 Zentimeter): Dies ist ein höherer Anspruch. Es bedeutet, dass die Genauigkeit so hoch ist, dass Sie sagen können, "Das Ziel befindet sich vor dem zweiten Fach auf der dritten Ebene dieses Regals" oder "Die Spitze des Robotersarms ist jetzt noch 5 Zentimeter vom Montagepunkt entfernt". Der Fehlerbereich ist nur so breit wie eine Handfläche.

Der entscheidende Unterschied: Das Kernmerkmal der "hochpräzisen" Positionsbestimmung ist die Fähigkeit, den Positionsfehler von "Raum-/Bereichsebene" auf "Punkt-/Positionsniveau" zu reduzieren und so eine wirklich praktikable und feingliedrige Positionsbestimmung zu ermöglichen.

2. 3D-Positionsbestimmung - "Höhe" ist auch wichtig

In komplexen Gebäuden mit mehreren Stockwerken reicht es nicht aus, nur die horizontale Position (X,Y-Koordinaten) zu kennen. Die hochpräzise Positionsbestimmung muss "Raumvorstellung" haben: Sie muss gleichzeitig sagen können, auf welchem Stockwerk sich das Ziel befindet und wie hoch es über dem Boden ist (Z-Koordinate). So kann man im Parkhaus genau feststellen, ob Ihr Auto im B2- oder B3-Stockwerk steht; im Krankenhaus kann man sicherstellen, dass die Notfallausrüstung in den Operationssaal auf der 3. Etage gebracht wird und nicht in den auf der 2. Etage; in der Fabrik kann man unterscheiden, ob der Bedienungsmann an der Montagelinie im Erdgeschoss oder am Überwachungspult im ersten Stockwerk ist.

3. Echtzeitfähigkeit - "Schnelligkeit" ist notwendig, um mit dem Tempo Schritt zu halten

In vielen Szenarien ändert sich die Position schnell. Beispielsweise beim Verfolgen eines Gabelstaplers, der Waren transportiert; beim Echtzeitleiten von Kunden in einem großen Einkaufszentrum; beim Überwachen einer sich schnell bewegenden Notfallkutsche im Krankenhaus.

Die hochpräzise Positionsbestimmung muss "schnell reagieren": Sie muss die Position sehr häufig aktualisieren können (z. B. mehrere Male oder sogar mehrerezig Male pro Sekunde). So kann man sicherstellen, dass die Navigationsanweisungen zeitnah sind und nicht erst nach dem Passieren einer Kreuzung erscheinen; dass die Verfolgung von bewegten Zielen kontinuierlich ist und nicht "hin und her springt"; dass die Sicherheitsüberwachung (z. B. Alarm bei Annäherung an gefährliche Bereiche) effektiv ist.

4. Stabilität - "Stabilität" ist notwendig, um zuverlässig zu sein

Die hochpräzise Positionsbestimmung darf nicht nur in idealen Umgebungen genau sein, sondern in komplexen Umgebungen "schwanken" oder "stoppen". Die hochpräzise Positionsbestimmung muss "robust" sein:

Reduzierung der Drift: Die Positionsmarkierungen dürfen nicht wie das Symbol eines GPS ohne Signal auf dem Bildschirm hin und her schwanken.

Reduzierung von Sprüngen: Die Position darf nicht plötzlich von einem Punkt auf einen anderen Punkt mehrere Meter entfernt springen.

Aufrechterhaltung der Stabilität: Selbst in Ecken mit schwachem Signal, an Stellen mit vielen Menschen oder in Gebieten mit viel Metall sollte die Genauigkeit auf einem akzeptablen Niveau bleiben. Es darf nicht ab und zu funktionieren.

5. Abdeckungsbereich und Machbarkeit - "Breite" ist notwendig, um einsetzbar zu sein

Eine hochpräzise Positionsbestimmungstechnologie ist nur schwer für eine Massenanwendung geeignet, wenn die Kosten exorbitant hoch sind, die Installation und Wartung extrem kompliziert sind und die Geräte so dicht wie Lampen im ganzen Raum verteilt werden müssen. Um eine Massenanwendung zu ermöglichen, muss man daher ein Gleichgewicht zwischen Genauigkeit, Kosten, Abdeckung, Stromverbrauch und Benutzerfreundlichkeit finden, damit die hochpräzise Positionsbestimmungstechnologie tatsächlich in verschiedene komplexe Szenarien eingesetzt werden kann und nicht nur ein teures Laborspielzeug bleibt.

Die gängigen Technologien der hochpräzisen Positionsbestimmung und ihre Grenzen

Im Bereich der hochpräzisen Positionsbestimmung hat sich derzeit ein Zustand mit mehreren Technologien entwickelt. Jede Technologie zeigt in verschiedenen Dimensionen einzigartige Vorteile, aber auch deutliche physikalische Grenzen und Anwendungsbeschränkungen.

(I) Analyse der gängigen Technologien

1. Ultrabreitband (UWB) - Technologie: Der Wegbereiter für die höchste Genauigkeit

Technischer Grundsatz und Durchbrüche: Die UWB-Technologie nutzt das Prinzip der Flugzeitmessung (TOA/TDOA) zur Positionsbestimmung. Dieser Zeitbereichssignalverarbeitungsmechanismus verleiht ihr eine natürliche Resistenz gegen Mehrwegeeffekte, so dass sie auch in Umgebungen mit vielen Metallen oder hoher Bevölkerungsdichte stabile Leistung erbringt.

Genauigkeitsleistung: Unter idealen Bedingungen kann UWB eine Positionsgenauigkeit von 10 - 30 Zentimetern erreichen. Es ist derzeit die am genauesten arbeitende drahtlose Positionsbestimmungstechnologie im zivilen Bereich. In komplexen Szenarien wie der unterirdischen Verkehrsführung in Chongqing Jiefangbei oder im Unterseetunnel des Shenzhen-Zhongshan-Kanals behält das UWB-System auch bei einer Fahrgeschwindigkeit von 120 km/h eine submetergenaue Positionsbestimmung bei.

Anwendungsgrenzen:

Vorteilhafte Anwendungsbereiche: Industrieautomatisierung (Genauigkeit der AGV-Navigation ± 10 cm), Personenpositionsbestimmung in gefährlichen Umgebungen (Sicherheitsüberwachung in Chemiefabriken), Verfolgung von wertvollen Vermögenswerten (Verwaltung von medizinischen Geräten).

Kostenengpass: Die Kosten für eine einzelne Basisstation betragen mehrere tausend Yuan. Für eine Massenanwendung sind mehrerezig oder sogar hunderte Basisstationen erforderlich, was einen hohen Vorabinvestitionen erfordert.