室內(nèi)地圖表達與制作方法研究

董振

（四川測繪地理信息局測繪技術服務中心，成都610081）

1 研究背景與意義

基于多種平臺的新型室內(nèi)導航技術的開發(fā)和利用受到了人們的普遍關注，加之移動儲存設備（移動終端）的普及和第三方應用程序（APP）的興起，將室內(nèi)地圖推向時代的前沿。

室內(nèi)地圖的研究和開發(fā)具有重要現(xiàn)實意義和應用價值。首先，在安全監(jiān)管、交通物流、公共安全等領域有重要作用；其次，為普通人群提供全域全時精確室內(nèi)導航，為高效現(xiàn)代化生活、辦公提供了支持[1]。相信在將來，會有越來越多令人滿意的產(chǎn)品推出。

2 室內(nèi)地圖與傳統(tǒng)電子地圖的區(qū)別

室內(nèi)地圖具有以下特點：（1）由無邊界室外導航變有界室內(nèi)位置服務。傳統(tǒng)的電子地圖多是為人們提供建筑物外廣闊范圍內(nèi)的位置信息，而室內(nèi)地圖的主要研究目的是為用戶提供特定建筑物結構信息和內(nèi)部導航服務。（2）由二維表現(xiàn)變?yōu)槿S顯示。室內(nèi)地圖的表現(xiàn)方式是矢量化、三維式的，而一般網(wǎng)絡電子地圖多是平面化、二維式的。（3）室內(nèi)地圖針對特定環(huán)境的表達方式更具個性和關聯(lián)性。（4）不同類型用戶對室內(nèi)地圖的顯示要求不同，具有定制性。

3 室內(nèi)定位相關技術

1996年，為了達成FCC對為境內(nèi)移動用戶開發(fā)E-911緊急救援服務的要求，美國移動運營商和相關企業(yè)及技術部門共同采取措施，將定位技術的研發(fā)和推廣作為重要目標，推出了一系列定位軟件并應用。以下介紹常見的室內(nèi)定位技術。

3.1 紅外線定位技術

紅外線定位的實現(xiàn)必須依靠紅外線發(fā)射和接收設備等一些高科技光學傳感器，主要原理是通過發(fā)射裝置向四周發(fā)出特定波段的紅外線，接收裝置捕捉到線譜后，將其反射到發(fā)射裝置進行定位。雖然其定位精度極高，但是有穿透力弱、傳播距離短、易受干擾，并且只能直線傳播等缺點[2]。

3.2 藍牙技術

定位原理主要是通過將藍牙設備以蜂窩狀接入室內(nèi)，確保各接收設備的局部自主性。此技術所用設備體積小、價格低、可與手機等移動設備高度集成，故適合應用于小范圍場所的定位，如觀影廳、辦公室等。然而，昂貴的接入設備價格、信號抗干擾能力弱和復雜室內(nèi)環(huán)境定位不準等缺陷使藍牙定位技術的普及制造了障礙。

3.3 超聲波定位技術

這一技術主要根據(jù)超聲波反射原理進行高精度距離測算并主要運用三角定位法、最小二乘法確定物體所在地理位置。超聲波定位的優(yōu)點比較明顯：定位精度很高、結構簡單，但是其應用于室內(nèi)定位時缺點也很突出，故廣泛用于室內(nèi)定位也并不理想。

3.4 RFID技術

RFID（射頻識別）技術可實現(xiàn)射頻產(chǎn)生發(fā)射裝置和接收裝置的遠距離快速通信，根據(jù)分析接收信號的強弱判斷距離和位置信息。其優(yōu)點是能在短時間內(nèi)準確確定大范圍內(nèi)所需信息，加之其輔助設備成本低和可實現(xiàn)視距外非接觸式雙向傳播的特點，若進一步提高射頻設備和移動終端的整合度，其在室內(nèi)定位領域的廣泛應用是指日可待的。

3.5 W i Fi定位技術

Wi Fi（無線網(wǎng)）網(wǎng)絡技術的成熟，對社會生活發(fā)揮的作用愈發(fā)重要。無線網(wǎng)技術具有設計和使用成本低、與移動終端兼容性互聯(lián)性好、傳播距離較、信號強度較強等優(yōu)點，適用于室內(nèi)定位。

3.6 無線局域網(wǎng)技術

無線局域網(wǎng)技術的成熟運用推動了其在室內(nèi)定位領域的廣泛研究和應用，該技術憑借廣闊的網(wǎng)絡信息資源和無附加硬件設備等優(yōu)勢，到達低成本、高精度的目標，是如今這一領域的研究熱點。

4 室內(nèi)地圖的表達

路徑是指從一個地點到另一個地點的線路。因為2點之間有多條甚至無數(shù)條可能到達方式，為了減少路徑選擇的盲目性和時間浪費，需要找到最為合理的一條或者多條最佳路徑。下面對室內(nèi)地圖路徑表達進行簡要說明：對于最短路徑的計算和選擇，現(xiàn)在主要運用D（行列式）算法和A*（伴隨矩陣）算法計算得出一條起止點之間的最經(jīng)濟、省時、安全的路徑。但是鑒于Dijkstra算法的發(fā)散性和無目的地性，越來越多的程序傾向于采用A*算法。A*算法的高效，要歸功于啟發(fā)式搜索的引入，它使終點位置信息融入了路徑計算全過程，簡化了計算步驟。精確高效算法的應用，讓最短路徑的生成成為現(xiàn)實。

5 室內(nèi)地圖的制作

5.1 空間認識問題

對于空間實體及其相互關系的認識，要從最基本的點、線、面、體入手，這是描述空間實體特征屬性和彼此聯(lián)系的基本方法和切入點。在地理信息系統(tǒng)中，點、線、面、體分別是對具有相應形狀的物體及其位置、大小與運動狀態(tài)等空間屬性的描述和表示。此外，空間實體之間還包括毗鄰、包容或關聯(lián)等拓撲關系。

5.2 數(shù)據(jù)格式問題

室內(nèi)地圖的立體表達和制作離不開表示空間實體位置信息的矢量數(shù)據(jù)。用于精確記錄空間三維實體坐標的矢量數(shù)據(jù)的存儲格式以SHP格式為主，能統(tǒng)一對空間物體的幾何特性進行規(guī)范描述并將這些數(shù)據(jù)以二進制編碼的形式存儲于數(shù)據(jù)包中。

5.3 瓦片圖技術

電子地圖數(shù)據(jù)的訪問可依靠瓦塊圖技術實現(xiàn)，其原理是將需要顯示的室內(nèi)三維地圖放大后進行柵格化處理并以一定規(guī)律分割成若干個小文件，最后將其存儲與服務器端，供用戶在訪問時調(diào)取、查看使用。既能減少終端CPU占用量、提升系統(tǒng)運行速度，還能提高數(shù)據(jù)的安全性。

6 結語

在快速發(fā)展的信息時代背景下，位置信息成了人們?nèi)粘２豢苫蛉钡膶氋F信息資源之一。人們對基于位置的服務也越來越重視，特別是新興的室內(nèi)導航服務。目前，基于位置服務的室內(nèi)地圖客戶端軟件已經(jīng)投入使用，比如，i Phone客戶端版室內(nèi)地圖服務系統(tǒng)和基于android系統(tǒng)的室內(nèi)地圖APP等。各大系統(tǒng)總計已囊括了全國400多個城市的4300多個大型超市、體育場、寫字樓、地下車庫以及學校等建筑物。而在使用過程中，用戶反饋的寶貴信息也在不斷的為其功能、界面的改進和完善提供重要依據(jù)。今后，更應加大對這一領域的重視程度，增加科研力量和資金的投入，努力攻克前進道路上的技術障礙，為人們提供更加全面化、人性化的室內(nèi)LBS服務。