چینی‌ها یک موقعیت‌یاب تجاری عمومی جدید عرضه می‌کنند

رقیب جدید GPS به میدان می‌آید

کنسرسیومی متشکل از شرکت‌های شیائومی، مدیاتک و چاینا تلکام، دستیابی به فناوری نوین موقعیت‌یابی با دقت بالا مبتنی بر شبکه ۵G را اعلام کرد. این سیستم جدید که با بهره‌گیری از تکنیک RTK (سینماتیک آنی) توسعه یافته، قادر است خطای موقعیت‌یابی را در فضای باز به کمتر از ۱ متر کاهش دهد و زمینه را برای تحول در حوزه‌هایی مانند رانندگی خودران و زیرساخت‌های شهر هوشمند فراهم سازد.

به گزارش خبرگزاری آنا؛ این همکاری استراتژیک سه‌جانبه بر پایه ادغام سه رکن اصلی فناوری مدرن زیرساخت شبکه پرسرعت ۵G متعلق به اپراتور چاینا تلکام، تراشه‌های پردازشی پیشرفته شرکت مدیاتک و اکوسیستم یکپارچه نرم‌افزاری و سخت‌افزاری شرکت شیائومی استوار است. هدف این پروژه، شکستن انحصار سیستم‌های گران‌قیمت صنعتی و ارائه یک راه‌حل موقعیت‌یابی بسیار دقیق است که بتواند به صورت تجاری و در مقیاس انبوه در دستگاه‌های مصرفی مانند تلفن‌های هوشمند و خودرو‌ها پیاده‌سازی شود. این دستاورد، دقت موقعیت‌یابی را از خطای چندین متری در سیستم‌های GPS استاندارد، به سطح سانتیمتری ارتقاء می‌دهد.

پیشینه موقعیت‌یابی ماهواره‌ای

سیستم موقعیت‌ی‌یابی جهانی (GPS) که در دهه ۱۹۷۰ میلادی توسط وزارت دفاع ایالات متحده آمریکا برای مقاصد نظامی توسعه یافت، در دهه‌های بعد به یک ابزار عمومی و حیاتی در سراسر جهان تبدیل شد. این سیستم با استفاده از شبکه‌ای متشکل از حدود ۳۰ ماهواره در مدار زمین، به گیرنده‌ها اجازه می‌دهد تا با دریافت سیگنال از حداقل چهار ماهواره، موقعیت خود را به روش سه‌جانبه‌نگاری محاسبه کنند. با این حال، GPS استاندارد به طور ذاتی با محدودیت‌هایی مواجه است. سیگنال‌های ماهواره‌ای در مسیر خود تا رسیدن به سطح زمین، از لایه‌های اتمسفر (یونسفر و تروپوسفر) عبور می‌کنند که باعث ایجاد تأخیر و انحراف در سیگنال می‌شود. این خطاها، به همراه خطا‌های ساعت ماهواره و گیرنده و پدیده چندمسیری، دقت نهایی را در بهترین حالت به ۳ تا ۱۰ متر محدود می‌کنند.

این سطح از دقت برای کاربرد‌های عمومی مانند مسیریابی در اپلیکیشن‌های نقشه کافی است، اما برای کاربرد‌های نوظهور و حساس، ناکارآمد محسوب می‌شود. به عنوان مثال، یک خودروی خودران برای ماندن دقیقاً در مرکز یک لاین سه متری، تشخیص لبه جاده یا پارک کردن در یک فضای محدود، به دقتی در سطح سانتیمتر نیاز دارد. همین نیاز در ربات‌های تحویل کالا، پهپاد‌های بازرسی صنعتی و کشاورزی دقیق نیز وجود دارد. این شکاف فناوری، زمینه را برای توسعه تکنیک‌های پیشرفته‌تری مانند RTK فراهم کرد.

RTK چگونه محدودیت‌های GPS را دور می‌زند؟

فناوری موقعیت‌یابی سینماتیک آنی یا RTK، یک روش تفاضلی برای حذف خطا‌های مشترک در سیگنال‌های GNSS (سیستم ماهواره‌ای ناوبری جهانی، که شامل GPS، گلوناس، گالیله و بیدو می‌شود) است. این تکنیک که از دهه ۱۹۹۰ در نقشه‌برداری دقیق و ژئودزی مورد استفاده قرار می‌گرفت، بر اساس یک معماری دو-گیرنده‌ای عمل می‌کند:

۱. ایستگاه مرجع: یک گیرنده GNSS با کیفیت بالا که در یک مکان ثابت با مختصات ژئودتیک کاملاً دقیق نصب می‌شود. این ایستگاه به طور مداوم سیگنال‌های تمام ماهواره‌های قابل مشاهده را دریافت می‌کند. از آنجا که موقعیت دقیق خود را می‌داند، می‌تواند تفاوت بین موقعیت محاسبه‌شده از سیگنال‌ها و موقعیت واقعی خود را محاسبه کند. این تفاوت، نمایانگر خطای لحظه‌ای ناشی از اتمسفر و سایر منابع است. ایستگاه مرجع این داده‌های تصحیحی را تولید می‌کند.

۲. گیرنده متحرک: این گیرنده بر روی دستگاه متحرک مانند خودرو، پهپاد، گوشی هوشمند نصب شده و همزمان با ایستگاه مرجع، سیگنال‌های ماهواره‌ای را دریافت می‌کند.

فرآیند اصلی در RTK، تفکیک ابهام فاز موج حامل است. سیگنال‌های ماهواره‌ای علاوه بر کد‌های اطلاعاتی، بر روی یک موج حامل سوار هستند. با اندازه‌گیری فاز این موج حامل، می‌توان به دقتی در حد میلی‌متر دست یافت. اما مشکل اینجاست که گیرنده تعداد کل طول‌موج‌های کامل بین ماهواره و خود را نمی‌داند (ابهام عدد صحیح). ایستگاه مرجع با ارسال داده‌های تصحیحی به گیرنده متحرک، به آن کمک می‌کند تا این ابهام را در لحظه حل کرده و موقعیت خود را نسبت به ایستگاه مرجع با دقت سانتیمتری محاسبه نماید.

چالش تاریخی RTK، هزینه بالا و نیاز به زیرساخت ارتباطی اختصاصی مانند رادیو مودم برای ارسال داده‌های تصحیحی بود که استفاده از آن را به کاربرد‌های تخصصی محدود می‌کرد.

نقش محوری ۵G و همکاری سه‌جانبه

موفقیت پروژه شیائومی، مدیاتک و چاینا تلکام در دموکراتیزه کردن فناوری RTK نهفته است. این کنسرسیوم با جایگزین کردن اجزای گران‌قیمت و اختصاصی با فناوری‌های موجود در مقیاس انبوه، هزینه را به شدت کاهش داده است.

نقش چاینا تلکام: بزرگترین مانع برای RTK عمومی، کانال ارتباطی برای ارسال داده‌های تصحیحی بود. شبکه ۵G با دو ویژگی کلیدی مشکل تأخیر بسیار پایین و پهنای باند بالا را حل می‌کند. این شبکه به ایستگاه‌های مرجع اجازه می‌دهد تا داده‌های تصحیحی را به صورت آنی و با تأخیر کمتر از چند میلی‌ثانیه به میلیون‌ها گیرنده متحرک در یک منطقه جغرافیایی وسیع ارسال کنند. این معماری تحت عنوان NRTK شناخته می‌شود که در آن شبکه‌ای از ایستگاه‌های مرجع، یک مدل تصحیحی منطقه‌ای ایجاد می‌کنند.

نقش مدیاتک: این شرکت تراشه‌ساز، چیپست‌هایی را توسعه داده که قادر به پردازش همزمان سیگنال‌های چند فرکانسی از چندین صورت فلکی GNSS هستند. این قابلیت به گیرنده امکان می‌دهد تا از سیگنال‌های بیشتری استفاده کرده و در محیط‌های شهری با دید محدود به آسمان مانند دره‌ها و خیابان‌های باریک نیز عملکرد پایداری داشته باشد. مهم‌تر از آن، این تراشه‌ها مودم ۵G را به صورت یکپارچه در خود جای داده‌اند و پردازش داده‌های RTK را به صورت بهینه و با مصرف انرژی کم انجام می‌دهند.

نقش شیائومی: شیائومی به عنوان غول دستگاه‌های مصرفی، نقش یکپارچه‌ساز نهایی را ایفا می‌کند. این شرکت با ادغام سخت‌افزار مدیاتک در پلتفرم نرم‌افزاری و سیستم‌عامل HyperOS خود، یک الگوریتم بهینه‌سازی‌شده را پیاده‌سازی کرده است. این الگوریتم، هماهنگی بین داده‌های GNSS، داده‌های سنسور‌های داخلی گوشی مانند شتاب‌سنج و ژیروسکوپ و داده‌های تصحیحی دریافتی از شبکه ۵G را مدیریت می‌کند تا در کوتاه‌ترین زمان ممکن به دقت بالا دست یابد.

تحلیل بازار، کاربرد‌ها و چشم‌انداز آینده

این پیشرفت فناورانه صرفاً یک ارتقاء تدریجی نیست، بلکه یک توانمندساز کلیدی برای موج بعدی نوآوری‌های فناورانه است. بازار جهانی GNSS با دقت بالا تا سال ۲۰۳۰ ارزشی بالغ بر ده‌ها میلیارد دلار خواهد داشت و این همکاری، شرکت‌های چینی را در موقعیتی ممتاز برای تسخیر سهم عمده‌ای از این بازار قرار می‌دهد.

کاربرد‌های تحول‌آفرین:

رانندگی خودران (سطوح ۴ و ۵): این فناوری، جزء لاینفک سیستم‌های ناوبری خودرو‌های کاملاً خودران است و به آنها اجازه می‌دهد تا موقعیت خود را حتی در صورت قطع موقت سیگنال مانند تونل‌ها با ترکیب داده‌های RTK و IMU با دقت حفظ کنند.

لجستیک و حمل‌ونقل هوشمند: ردیابی دقیق کانتینر‌ها در بنادر، مدیریت ناوگان کامیون‌ها، و هدایت ربات‌های انباردار به صورت کاملاً خودکار امکان‌پذیر می‌شود.

واقعیت افزوده مبتنی بر مکان: اپلیکیشن‌های AR می‌توانند اشیاء مجازی را با دقتی بی‌سابقه در دنیای واقعی پین کنند، که تجربه‌های کاربری کاملاً جدیدی را در بازی، آموزش و ناوبری شهری ایجاد می‌کند.

کشاورزی دقیق: تراکتور‌ها و پهپاد‌های مجهز به RTK می‌توانند عملیات کاشت، سم‌پاشی و برداشت را با دقت سانتیمتری انجام دهند که منجر به کاهش مصرف نهاده‌ها و افزایش بهره‌وری می‌شود.

خدمات اضطراری: مکان‌یابی دقیق افراد در حوادث و هدایت سریع‌تر تیم‌های امداد و نجات.

این اقدام همچنین بخشی از استراتژی کلان شیائومی برای فراتر رفتن از یک تولیدکننده صرف گوشی هوشمند و تبدیل شدن به یک غول فناوری با اکوسیستم یکپارچه «انسان × خودرو × خانه» است. با ورود جدی شیائومی به صنعت خودروسازی، تملک این فناوری موقعیت‌یابی یک مزیت رقابتی استراتژیک برای این شرکت محسوب می‌شود. انتظار می‌رود این فناوری ابتدا در مدل‌های پرچمدار گوشی‌های هوشمند و سپس به صورت استاندارد در خودرو‌های برقی شیائومی و سایر دستگاه‌های متصل به اکوسیستم آن عرضه شود و استاندارد‌های جدیدی را برای تعامل هوشمند انسان و ماشین در دهه پیش رو تعریف کند.