Ortungssystem für die größte unterirdische Stadt der Welt

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China: Forscher entwickeln ein kostengünstiges, hochpräzises Positionierungssystem für ein 380 Kilometer langes Tunnelnetzwerk unter dem Xiong'an New Area.

Das Xiong'an New Area liegt über einem Netz unterirdischer Tunnel. Foto: Xinhua — Das Xiong'an New Area liegt über einem Netz unterirdischer Tunnel. Foto: *Xinhua*

Ein Forschungsteam der Beijing University of Posts and Telecommunications (BUPT) unter der Leitung von außerordentlichem Professor Lu Zhaoming kombinierte Chinas BeiDou-Technologie und 5G-Netzwerke, um ein Positionierungssystem für die künftig größte unterirdische Stadt der Welt zu entwickeln.

Xiong'an ist eine Smart City auf nationaler Ebene in der Provinz Hebei, etwa 120 Kilometer von Peking entfernt. Das Projekt wurde 2017 gestartet, um Unternehmen, Behörden sowie Forschungs- und Entwicklungseinrichtungen, die aus Peking umgezogen sind, unterzubringen. Bereits in der Planungsphase war der Bau eines unterirdischen Labyrinths unter der Stadt geplant. Technische Leitungen für Strom, Netzleitungen, Gas und Wasser werden unterirdisch verlegt. Für den Gütertransport wurden vier Meter hohe und 16 Meter breite Autobahnkorridore angelegt. Darüber hinaus gibt es zahlreiche Tiefgaragen für Wohngebiete und Einkaufszentren.

Zusammen bilden sie ein unterirdisches Labyrinth mit drei Hauptebenen und einer Tiefe von 22,5 m. Insgesamt befinden sich über 380 km Tunnel und 22 km2 unterirdische Parkplätze im Bau. Über diesem Komplex verläuft ein Netz unterirdischer Straßen, das alle oberirdischen Siedlungen und Parkplätze miteinander verbindet. Nach seiner Fertigstellung wird das Projekt Montreal den Rekord für die größte unterirdische Stadt der Welt brechen. Die kanadische Megacity verfügt lediglich über 32 km Tunnel mit einer Fläche von 12 km2. Im Gegensatz dazu verfügt die unterirdische Stadt im finnischen Helsinki über etwa 1 km2 unterirdische Fläche pro 100 m2 oberirdischer Fläche. In Xiong'an beträgt das Verhältnis 1/80.

Die Größe des Labyrinths stellt eine besondere Herausforderung für die Navigation dar, da sich Menschen in dem riesigen Raum leicht verirren können. Um dieses Problem zu lösen, leitet die School of Information and Communication Engineering der BUPT, die über Erfahrung in 5G und Signalortung verfügt, seit 2020 die Forschung. „Wir können im unterirdischen Raum telefonieren und eine Website aufrufen, da das Mobiltelefon ein Signal vom Signalverstärker empfängt“, sagte Lu.

Solche Verstärker empfangen ein 5G-Signal vom Boden und senden es durch den nahen Raum. Das BUPT-Team nutzte dieses Gerät als Ausgangspunkt. Könnten sie BeiDou-Positionierungssignale über ein bestehendes Relaissystem übertragen, ließe sich ein kostengünstiges und präzises unterirdisches Positionierungssystem schaffen. Die Forscher entwickelten zunächst spezielle Indoor-Geräte, um das schwache Signal, das vom Satelliten zum Boden übertragen wird, zu verstärken. Laut Chu Xinghe, Postdoktorand am BUPT, könnte das Gerät zudem irrelevante Signale herausfiltern und gleichzeitig schädliche Auswirkungen verhindern.

Die Genauigkeit des Beidou-Systems von 10 Metern über dem Boden dürfte für unterirdische Anwendungen jedoch nicht ausreichen, da insbesondere Parkplätze eine hohe Positionsgenauigkeit erfordern. Daher entwickelte das Team einen Positionierungsalgorithmus, der Beidou-Satellitensignale, 5G-Signale und Gerätefeedback integriert. Der neue Algorithmus erreicht eine beispiellose Genauigkeit der Fahrzeugortung innerhalb von 2–3 Metern. Die Kombination von Satelliten- und 5G-Signalen birgt jedoch auch Herausforderungen, da es zu Interferenzen kommen kann. Daher passte das Team die Filterfunktionen und Leistungsparameter an, um Beidou-Signale erfolgreich unterirdisch zu übertragen, ohne bestehende Kommunikationskanäle zu beeinträchtigen.

Nach der Erprobung der Technologie auf dem BUPT-Campus trugen Feldversuche in Xiong'an dazu bei, das Navigationssystem auf komplexen Straßenabschnitten zu verfeinern. Ein Fahrzeug erhält beim Einfahren in den Parkplatz Navigationsanweisungen, die es zum richtigen Parkplatz führen. Das System wurde auf einer Fläche von über 700.000 Quadratmetern unter der Erde in Xiong'an installiert.

Im Vergleich zu anderen Indoor-Positionierungstechnologien auf Basis von WLAN oder Bluetooth kostet das Projekt etwa halb so viel und kann auf Krankenhäuser, Gewerbekomplexe, Bergwerke, Flughafenterminals und andere komplexe Umgebungen ausgeweitet werden. Lu hofft, dass die Technologie auch in anderen Regionen wie Henan, Fujian und Guangdong eingesetzt werden kann.

An Khang (laut The Star )

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