室內(nèi)地圖研究綜述*

王富強，薛志偉，齊曉飛，林 蓉

(1.信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州 450052;2.78138部隊，四川 成都 610036;3.63710部隊，山西 岢嵐 036301;4.成都軍區(qū)司令部，四川成都 610014)

室內(nèi)地圖研究綜述*

王富強1，2，薛志偉3，齊曉飛1，林 蓉4

(1.信息工程大學(xué) 測繪學(xué)院，河南 鄭州 450052;2.78138部隊，四川 成都 610036;3.63710部隊，山西 岢嵐 036301;4.成都軍區(qū)司令部，四川成都 610014)

智能手機的普及、移動定位技術(shù)的進步以及手機的廣泛應(yīng)用，為因衛(wèi)星信號問題導(dǎo)致在大規(guī)模復(fù)雜室內(nèi)空間無法提供位置服務(wù)這一難題提供了解決方案。自百度、谷歌相繼推出室內(nèi)地圖在線服務(wù)以來，室內(nèi)地圖逐漸成為地圖學(xué)研究的熱點。為此，在分析國內(nèi)外室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)獲取、地圖設(shè)計、可視化表達以及相關(guān)應(yīng)用的基礎(chǔ)上，為有效構(gòu)建和使用室內(nèi)地圖，必須在數(shù)據(jù)模型構(gòu)建、室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)獲取、組織、地圖形式化表達等方面加強研究，最終基于室內(nèi)地圖提供可交互、可定制的動態(tài)位置服務(wù)。

室內(nèi)地圖;面向位置的服務(wù);在線服務(wù)

0 引言

隨著城市化進程的快速推進和商業(yè)經(jīng)濟的迅猛發(fā)展，單一建筑物規(guī)模越來越大，內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜。與借助GPS或者北斗導(dǎo)航系統(tǒng)可以輕松獲得室外目標的定位和導(dǎo)航服務(wù)不同，在大規(guī)模建筑空間(諸如大型購物中心、博物館、展館、會議中心、機場、地下車(倉)庫、大型交通樞紐)內(nèi)部，由于衛(wèi)星信號原因，人們不得不向陌生人求助或者使用簡單的符號(箭頭、地址目錄)、示意圖來滿足其尋址和導(dǎo)航的需求，這常常讓人產(chǎn)生“迷失的感覺”。隨著智能手機的普及、移動定位技術(shù)的發(fā)展以及手機應(yīng)用的興起，人們試圖在普適計算環(huán)境下利用室內(nèi)定位技術(shù)實現(xiàn)大規(guī)模建筑空間的室內(nèi)位置服務(wù)以及與位置相關(guān)的各類定制信息服務(wù)。室內(nèi)位置服務(wù)主要通過跟蹤使用移動數(shù)據(jù)的人的位置、關(guān)鍵節(jié)點的位置以及室內(nèi)地圖信息來實現(xiàn)[1]。室內(nèi)地圖的研究主要針對任何大到足以讓人迷路的建筑的內(nèi)部空間，一經(jīng)提出，就引起了業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。室內(nèi)地圖主要供移動網(wǎng)絡(luò)終端使用，在商業(yè)拓展、公共安全、立體交通導(dǎo)航等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

1 室內(nèi)地圖研究進展

目前，很多用戶已經(jīng)習(xí)慣于手機導(dǎo)航的便利。在戶外，通過移動智能網(wǎng)絡(luò)終端訪問谷歌、百度的地圖可以實現(xiàn)基于衛(wèi)星導(dǎo)航的位置服務(wù)。而一旦進入大規(guī)模室內(nèi)空間，由于衛(wèi)星信號問題，人們則極易陷入“位置焦慮”。如今一些新興公司正在繪制購物中心、會議中心和機場等大規(guī)模建筑空間的室內(nèi)地圖，以填補建筑內(nèi)部地理信息空白。在2010年TED大會上，微軟展示了全新一代的bing搜索引擎，不僅實現(xiàn)了和Windows Phone 7終端的整合，而且加入了街景、星象、室內(nèi)地圖等內(nèi)容。但仍處于試驗階段，尚不能使用(見圖1)。2011年，百度、谷歌于10月13日、11月29日先后提供部分地區(qū)的室內(nèi)地圖在線服務(wù)功能。但僅限于局部地區(qū)，也僅支持部分手機操作系統(tǒng)，還沒有實現(xiàn)基于位置服務(wù)的后續(xù)動態(tài)信息服務(wù)。百度室內(nèi)地圖在線服務(wù)，如圖 2(a)、(b)所示。

圖1 必應(yīng)地圖Fig.1 Answered-necessary maps

圖2 百度室內(nèi)地圖在線服務(wù)Fig.2 Indoor map online service from Baidu

大多數(shù)定位服務(wù)商的室內(nèi)地圖都是免費提供的，主要提供購物中心、機場等場所的地圖數(shù)據(jù)。在數(shù)據(jù)獲取方面，不同的定位服務(wù)商地圖數(shù)據(jù)來源不同:既可以通過購物中心的管理公司或開發(fā)商獲取，也可以通過互聯(lián)網(wǎng)獲取，甚至可以通過復(fù)制張貼于購物中心平面示意圖獲取。在日本，任何建筑一旦登記，平面圖就必須上報立法局(Legislative Bureau)，并免費提供使用，因此基于平面圖，結(jié)合地理坐標數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)構(gòu)建全國范圍的室內(nèi)地圖成為了可能[2]。獲取數(shù)據(jù)之后，服務(wù)商必須對這些地圖數(shù)據(jù)的尺寸和格式加以標準化，并完善缺損的信息。

在室內(nèi)地圖設(shè)計方面，尚未有統(tǒng)一的標準和原則。而現(xiàn)有的地圖設(shè)計原則和認知習(xí)慣在制作平面示意圖等類似地圖的過程中也未被遵循。Ciavarella and Paternò(2004)在考慮用戶移動性和使用的動態(tài)背景的前提下，提出室內(nèi)地圖設(shè)計應(yīng)遵循以下原則:網(wǎng)絡(luò)隱喻、導(dǎo)航反饋、周圍環(huán)境的方向輔助、最少化圖形交互以及必要的輸入指令[3]。Klippel(2006)等提出了緊急情況下標示有地圖用戶位置的YAH(you are here)地圖的設(shè)計在遵循地圖基本設(shè)計原則的前提下，也要遵循總體配置、局部配置、一致性[4]。YAH可以看作室內(nèi)地圖的一種典型應(yīng)用，其設(shè)計原則主要針對已經(jīng)存在的室內(nèi)地圖。而作為室內(nèi)位置服務(wù)的基礎(chǔ)，室內(nèi)地圖常是動態(tài)的、基于移動網(wǎng)絡(luò)終端的。因此室內(nèi)地圖設(shè)計必然考慮網(wǎng)絡(luò)傳輸、移動網(wǎng)絡(luò)終端分辨率等因素。Puikkonen(2009)等通過一個案例提出了內(nèi)置于移動終端的室內(nèi)導(dǎo)航地圖的特殊的用戶界面需求。與室外地圖強調(diào)街道名稱、十字路口等地標相比，室內(nèi)地圖的扶梯、電梯、帶有標示的實體等地標信息以及簡化后的建筑數(shù)據(jù)相對移動終端仍顯冗余。提出在室內(nèi)地圖界面設(shè)計過程中，要使用可視的地標，建筑樓層平面圖要在很大程度上加以化簡。室內(nèi)地圖比室外地圖更強調(diào)保持用戶界面和現(xiàn)實世界的一致性[5]。室內(nèi)地圖設(shè)計是室內(nèi)地圖制作的重要環(huán)節(jié)。室內(nèi)地圖設(shè)計的優(yōu)劣關(guān)系到室內(nèi)地圖的可用性問題。當然，僅僅依靠地圖設(shè)計，并不能解決位置服務(wù)的所有問題。

在室內(nèi)地圖的可視化表達方面，Radoczky(2007)提出建筑風(fēng)格的地圖和指定樓層平面圖是室內(nèi)環(huán)境的較好的表達方式，但其更推崇虛擬現(xiàn)實的方式[6]。認為虛擬現(xiàn)實技術(shù)是室內(nèi)地圖的最佳表達方式。Harry Beck 1930年為描述倫敦的地鐵站，創(chuàng)造性的提出了網(wǎng)絡(luò)拓撲圖的概念，忽略了地鐵站的地理精度，而保留了其相對拓撲關(guān)系?；谠撍枷耄琋ossum(2011)提出了室內(nèi)地鐵圖(室內(nèi)網(wǎng)絡(luò)拓撲地圖)的概念，探討了二維、三維、魚骨等形式的室內(nèi)地圖表達方式，并研究了其適用對象[7]。

在室內(nèi)地圖的應(yīng)用方面，出于不同目的的室內(nèi)地圖原型系統(tǒng)已經(jīng)設(shè)計并實現(xiàn)。YAH地圖可以看作室內(nèi)地圖的靜態(tài)應(yīng)用。Ciavarella and Paternò(2004)基于PDA構(gòu)建了博物館導(dǎo)引系統(tǒng)。Müller(2006)等設(shè)計了類似的移動導(dǎo)航系統(tǒng)[2，8]。由美國 PalmapInc.和上海圖淵信息技術(shù)有限公司共同開發(fā)的中國商城掌圖，不僅可以為用戶提供詳細，準確的商場內(nèi)部分布情況及商城促銷內(nèi)容，還為用戶提供了購物清單功能，如圖3所示。陶嘉明(2011)基于ArcGIS設(shè)計并實現(xiàn)了室內(nèi)地圖服務(wù)系統(tǒng)，能為用戶提供位置信息查看、名稱檢索、位置定位、路徑導(dǎo)航和設(shè)施檢索等各類地圖服務(wù)[9]。

室內(nèi)地圖一經(jīng)提出，便得到業(yè)內(nèi)人士的廣泛關(guān)注。世界各地的學(xué)者從室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)獲取、室內(nèi)地圖設(shè)計、室內(nèi)地圖的可視化表達、室內(nèi)地圖的應(yīng)用等方面做了不同程度的研究。百度、谷歌、微軟等大型公司的介入，更是加快了室內(nèi)地圖的應(yīng)用進程。但是，與其實際應(yīng)用相比，室內(nèi)地圖的理論研究還相對落后。室內(nèi)地圖制作尚沒有統(tǒng)一的指導(dǎo)原則，某些所謂的室內(nèi)地圖只是沒有地理參考的平面示意圖，甚至基本的地圖原則都得不到遵循。

2 室內(nèi)地圖研究方向

室內(nèi)地圖是網(wǎng)絡(luò)地圖與移動智能終端有效結(jié)合的必然產(chǎn)物。室內(nèi)地圖的構(gòu)建有助于用戶認知復(fù)雜的室內(nèi)地理空間，結(jié)合室內(nèi)移動定位技術(shù)，通過有針對性的信息推送或者用戶主動索取相關(guān)信息等方式，可以向用戶提供個性化、適時化、可交互、可定制的動態(tài)生活和商業(yè)信息服務(wù)，擁有潛在的巨大商機。開展室內(nèi)地圖的研究，可以為更好的實現(xiàn)移動位置服務(wù)提供理論技術(shù)支撐，具有重要的理論價值和現(xiàn)實意義。下一階段，室內(nèi)地圖的研究應(yīng)重點關(guān)注以下幾個問題。

2.1 室內(nèi)空間的空間認知問題

長期以來，地圖學(xué)主要研究室外空間的空間認知問題?；诓煌闹茍D環(huán)境和使用目的，提出了從二維地圖、紙質(zhì)地圖到三維地圖、數(shù)字地圖、電子地圖的一系列地圖制圖規(guī)則和樣式規(guī)范。與之相比，針對室內(nèi)空間問題的研究明顯不足。所謂的室內(nèi)地圖更像建筑平面示意圖，主要解決緊急情況下的疏散問題，遠遠不能解決個性化、自適應(yīng)地圖服務(wù)。與室外空間不同，室內(nèi)空間具有多墻、多障礙、多徑等顯著特點。尤其是大型購物中心，琳瑯滿目的商品常常讓人眼花繚亂，人們需要花費大量的時間尋找自己需要的商品。研究室內(nèi)空間的構(gòu)成要素和特點規(guī)律，有助于明確室內(nèi)地圖的表達內(nèi)容和表達方式。

2.2 基于實體的室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)模型構(gòu)建

與室外空間地圖數(shù)據(jù)?？沙橄鬄辄c線面以矢量或者柵格數(shù)據(jù)模型表達不同，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)常需要作為實體來顯示，因此這就需要研究基于實體的室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)模型構(gòu)建問題。

2.3 大規(guī)模室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的獲取和組織問題

室內(nèi)地圖常受到無線網(wǎng)絡(luò)傳送速率和移動網(wǎng)絡(luò)終端分辨率的限制。為更好的實現(xiàn)位置服務(wù)，則需要研究室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的獲取和組織問題，在用戶需要的時間、地點和環(huán)境下，將相關(guān)信息提供給用戶，從而更加貼近用戶需求和使用場景。

2.4 大規(guī)模室內(nèi)空間的地圖可視化表達問題

與常規(guī)地圖常以地物地貌等為主要表達對象、人們對其表達方式已經(jīng)具有既定思維一樣，大規(guī)模室內(nèi)空間的地圖可視化表達也要充分考慮現(xiàn)有商場導(dǎo)引符號、平面示意圖的使用習(xí)慣，甚至可以考慮以虛擬現(xiàn)實技術(shù)來構(gòu)建相應(yīng)的物品模型。

2.5 室內(nèi)地圖的可定制、可交互的動態(tài)信息服務(wù)

隨著Web2.0技術(shù)的廣泛應(yīng)用和VGI的興起，可互動、可參與、可共享成為網(wǎng)絡(luò)地圖信息服務(wù)的顯著特征。作為位置服務(wù)基礎(chǔ)的室內(nèi)地圖，常面臨地圖用戶可移動、地圖內(nèi)容經(jīng)常變化(商場倒閉、內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整等等)、地圖應(yīng)用個性化等問題。因此，需要根據(jù)用戶位置提供可定制、可交互的動態(tài)信息服務(wù)。

3 結(jié)束語

3G時代，移動位置服務(wù)正逐漸走入人們的日常生活，引起人們工作、生活和娛樂方式的深刻變革。隨著室內(nèi)定位技術(shù)的成功應(yīng)用，室內(nèi)地圖及基于室內(nèi)地圖的位置服務(wù)具有巨大的潛在商機和廣闊的發(fā)展前景。室內(nèi)地圖作為地理信息技術(shù)在移動網(wǎng)絡(luò)終端的應(yīng)用，對其開展相關(guān)理論和技術(shù)的系統(tǒng)研究，必將推動室內(nèi)智能空間位置服務(wù)以及相關(guān)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

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A Review of Researches on Indoor Maps

WANG Fu-qiang1，2，XUE Zhi-wei3，QI Xiao-fei1，LIN Rong4
(1.Institute of Surveying and Mapping，Information Engineering University，Zhengzhou Henan 450052，China;2.78138 Troops，Chengdu Sichuan 610036，China;3.63710 Troops，Kelan Shanxi 036301，China;4.Chengdu Military Command Headquarters，Chengdu Sichuan 610014，China)

The popularity of intelligence mobile telephones，the development of mobile communication technique and the rise of telephone application have provided a new solution for the indoor location service problem，which is induced by the satellite signals.With the emergence of online indoor map services provided by Google and Baidu，indoor maps have gradually become a new hotspot of cartography.This article deeply analyzes the foreign and domestic research on the data acquisition，map design，visual representation and relevant application of indoor maps.In order to construct and apply indoor maps，it suggests that we should strength the research on the data modeling，acquisition，organization，visual representation in map styles of indoor maps.Finally，it can afford an interactive，custom-built，dynamic location services.

indoor map;location-oriented service;online service

P 208

A

1007-9394(2012)02-0001-03

2012-01-09

王富強(1982～)，男，河南開封人，博士研究生，工程師，主要研究方向為空間知識地圖和全文檢索。