Hệ thống định vị cho thành phố ngầm lớn nhất thế giới

Các nhà nghiên cứu phát triển một hệ thống định vị chi phí thấp và độ chính xác cao cho mạng lưới đường hầm 380km chạy bên dưới tân khu Hùng An.

Nhóm nghiên cứu ở Đại học Bưu điện và Viễn thông Bắc Kinh (BUPT), đứng đầu là phó giáo sư Lu Zhaoming, kết hợp công nghệ Bắc Đẩu của Trung Quốc và mạng lưới 5G để tạo ra hệ thống định vị cho khu đô thị sẽ trở thành thành phố dưới lòng đất lớn nhất thế giới.

Tân khu Hùng An nằm bên trên một mạng lưới đường hầm dưới lòng đất. (Ảnh: Xinhua).

Hùng An là thành phố thông minh cấp quốc gia ở tỉnh Hà Bắc, cách Bắc Kinh khoảng 120 km. Dự án được khởi công vào năm 2017 để đặt các cơ sở kinh doanh, cơ quan chính phủ, cơ sở nghiên cứu và phát triển chuyển tới từ Bắc Kinh. Từ giai đoạn thiết kế, một mê cung dưới lòng đất được lên kế hoạch xây dựng bên dưới thành phố. Những đường ống kỹ thuật như điện, đường truyền mạng, khí gas và nước đặt dưới lòng đất. Các hành lang cao tốc cao 4 m và rộng 16 m được xây dựng nhằm phục vụ vận chuyển hàng hóa. Ngoài ra, có một lượng lớn bãi đậu xe dưới lòng đất cho khu dân cư và trung tâm mua sắm.

Chúng kết hợp với nhau tạo thành một mê cung ngầm bao gồm 3 tầng chính và sâu 22,5 m. Tổng cộng, hơn 380 km đường hầm và 22km² bãi đậu xe dưới lòng đất đang được thi công. Bên trên tổ hợp này là mạng lưới đường sá dưới mặt đất kết nối tất cả cộng đồng dân cư trên mặt đất và bãi đỗ xe. Khi hoàn thành, công trình sẽ đoạt kỷ lục thành phố ngầm lớn nhất thế giới từ Montreal. Siêu đô thị của Canadia chỉ có 32km đường hầm bao phủ 12km². Trong khi đó, thành phố ngầm ở Helsinki, Phần Lan, có khoảng một km² không gian dưới lòng đất tương ứng với 100m² diện tích trên mặt đất. Tỷ lệ ở Hùng An là 1/80.

Quy mô của mê cung trên đặt ra thách thức đặc biệt về định vị, do con người dễ lạc đường trong không gian rộng mênh mông. Để giải quyết vấn đề, trường kỹ thuật thông tin và liên lạc thuộc BUPT với kinh nghiệm về 5G và định vị tín hiệu, đi đầu nghiên cứu từ năm 2020. "Chúng ta có thể gọi điện thoại và xem một trang web trong không gian dưới lòng đất do điện thoại di động nhận được tín hiệu từ bộ khuếch đại tín hiệu", Lu cho biết.

Những bộ khuếch đại như vậy nhận tín hiệu 5G từ mặt đất và truyền qua không gian gần đó. Nhóm nghiên cứu ở BUPT sử dụng thiết bị này như khởi điểm. Nếu có thể truyền tín hiệu định vị Bắc Đẩu thông qua sử dụng hệ thống chuyển tiếp có sẵn, họ sẽ tạo ra được một hệ thống định vị chính xác dưới lòng đất với chi phí thấp. Đầu tiên, các nhà nghiên cứu phát triển thiết bị chuyên dụng trong nhà để tăng cường tín hiệu yếu truyền từ vệ tinh tới mặt đất. Theo Chu Xinghe, nhà nghiên cứu sau tiến sĩ ở BUPT, thiết bị cũng có thể lọc tín hiệu không liên quan đồng thời ngăn chặn tác động độc hại.

Nhưng độ chính xác trong phạm vi 10 m trên mặt đất của hệ thống Bắc Đẩu nhiều khả năng không đủ đáp ứng yêu cầu dưới lòng đất, bởi các bãi đỗ xe đặc biệt cần độ chính xác cao trong định vị. Vì vậy, nhóm nghiên cứu phát triển một thuật toán định vị tích hợp tín hiệu vệ tinh Bắc Đẩu, tín hiệu 5G và phản hồi từ thiết bị. Thuật toán mới giúp tính toán về vị trí phương tiện đạt độ chính xác chưa từng có trong phạm vi 2 - 3m. Việc kết hợp tín hiệu vệ tinh và 5G cũng đặt ra nhiều thách thức, có khả năng bị nhiễu. Do đó, nhóm nghiên cứu điều chỉnh khả năng lọc và thông số công suất để truyền thành công tín hiệu Bắc Đẩu xuống dưới lòng đất mà không ảnh hưởng tới các kênh giao tiếp có sẵn.

Sau khi kiểm nghiệm công nghệ ở sân trường BUPT, thử nghiệm thực địa tại Hùng An giúp tinh chỉnh hệ thống định vị ở những đoạn đường phức tạp. Một phương tiện bắt đầu nhận chỉ dẫn định vị từ lúc tiến và bãi đỗ xe, dẫn tới chỗ đậu chính xác. Hệ thống đã được triển khai trên diện tích hơn 700.000m² dưới lòng đất ở Hùng An.

So với những công nghệ định vị trong nhà khác dựa trên Wi-fi hoặc Bluetooth, chi phí của dự án chỉ bằng khoảng một nửa và có tiềm năng mở rộng tới các bệnh viện, tổ hợp thương mại, hầm mỏ, nhà ga sân bay và nhiều môi trường phức tạp khác. Lu hy vọng công nghệ có thể được triển khai ở nhiều vùng khác như Hà Nam, Phúc Kiến và Quảng Đông.