室內(nèi)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法

楊 乃，李悅康，陳玉成

(中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

室內(nèi)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法

楊 乃，李悅康，陳玉成

(中國地質(zhì)大學(xué)信息工程學(xué)院，湖北武漢 430074)

指出室內(nèi)地理信息系統(tǒng)與室外地理信息系統(tǒng)的不同之處；根據(jù)室內(nèi)地理信息系統(tǒng)的特點(diǎn)，以世界城光谷步行街大型商場為例，從需求分析、數(shù)據(jù)組織與管理、系統(tǒng)架構(gòu)等角度，提出室內(nèi)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法；并基于Adobe Flex＋MapGIS K9成功開發(fā)出中國光谷步行街公共服務(wù)系統(tǒng)，對醫(yī)院、機(jī)場、停車場等類似服務(wù)信息系統(tǒng)的研發(fā)具有一定的參考價(jià)值。

室內(nèi)GIS；室內(nèi)空間；電子地圖；MapGIS；Flex；二次開發(fā)

一、引 言

當(dāng)前，室內(nèi)導(dǎo)航和定位已受到越來越多的關(guān)注，與之相輔相成的地理信息系統(tǒng)(GIS)從室外走向室內(nèi)已是大勢所趨，尤其是隨著數(shù)字城市、智慧城市建設(shè)的展開，不結(jié)合室內(nèi)場景的應(yīng)用將無法形成一個(gè)完整的體系[1]，室內(nèi)GIS也成為數(shù)字城市、智慧城市進(jìn)一步發(fā)展的必然。作為數(shù)字地球大亨的谷歌公司已推出自己的室內(nèi)地圖，用戶可以用其尋找最近的衛(wèi)生間，或在機(jī)場尋找登機(jī)口[2]。包括諾基亞、索尼和三星等在內(nèi)的 22家企業(yè)共同成立了 In-Location室內(nèi)定位聯(lián)盟[3]，室內(nèi)GIS必將成為該聯(lián)盟內(nèi)各家企業(yè)重要的研究內(nèi)容之一。由于室內(nèi)空間與室外空間存在較大的差異[1]，室內(nèi)電子地圖與室外電子地圖相比也各有特點(diǎn)[4]，因此，室外GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法并不完全適用于室內(nèi)GIS，有必要專門針對室內(nèi)GIS進(jìn)行系統(tǒng)研究。目前，相關(guān)文獻(xiàn)并不多見，文獻(xiàn)[5]認(rèn)為室內(nèi)GIS的核心理論和技術(shù)包括定位技術(shù)、建模方法和數(shù)據(jù)庫管理三大方面；文獻(xiàn)[6]從空間數(shù)據(jù)庫和空間數(shù)據(jù)模型的角度闡述了室內(nèi)GIS的核心構(gòu)成；文獻(xiàn)[7]考慮到室內(nèi)跨樓層的問題，討論了概念化的樓層網(wǎng)絡(luò)。本文將對室內(nèi)GIS和室外GIS進(jìn)行系統(tǒng)性對比，并通過一個(gè)實(shí)例介紹室內(nèi)GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法。

二、室內(nèi)外GIS對比分析

室內(nèi)外GIS的差異主要體現(xiàn)在空間數(shù)據(jù)及其組織管理、空間維度、用戶群體、功能特征等方面。

1.空間數(shù)據(jù)特征

(1)數(shù)據(jù)源

室外GIS的數(shù)據(jù)來源主要有地圖數(shù)據(jù)、遙感數(shù)據(jù)、測量數(shù)據(jù)、數(shù)字資料、文字報(bào)告等[8]；室內(nèi) GIS的數(shù)據(jù)來源主要有建筑平面圖、室內(nèi)規(guī)劃設(shè)計(jì)圖紙、數(shù)字資料、文字報(bào)告等。

(2)比例尺

我國共有8種基本比例尺地圖，包括1∶5000、1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬、1∶25萬、1∶50萬、1∶100萬[9]。室外 GIS涵蓋了上述大、中、小各種比例尺地理數(shù)據(jù)；室內(nèi)GIS都是大比例尺地理數(shù)據(jù)，如建筑物或構(gòu)筑物的平面圖比例包括1∶50、1∶100、1∶150、1∶200、1∶300[10]。由此可以看出，室外GIS的地理數(shù)據(jù)覆蓋范圍要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于室內(nèi)GIS。

(3)要素類別

室外GIS既包含自然地理要素，又包含人文地理要素，主要有水系、居民地及設(shè)施、交通、管線、境界與政區(qū)、地貌、土質(zhì)與植被等[11]；室內(nèi)GIS以人文地理要素為主，包括服裝店、餐飲店、家具店、電器店、教育培訓(xùn)場所、娛樂場所、公共設(shè)施等。

2.空間數(shù)據(jù)組織管理

室內(nèi)外GIS在空間數(shù)據(jù)組織管理上的差異主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：①室外GIS的數(shù)據(jù)均處于同一個(gè)平面層上，并輔以Z方向上的高程屬性；而室內(nèi)GIS由于樓層的原因，同一區(qū)域內(nèi)往往對應(yīng)有不同樓層的數(shù)據(jù)，在空間數(shù)據(jù)組織管理上需分樓層考慮。②室外GIS經(jīng)過數(shù)10年的發(fā)展，已經(jīng)形成了一套完善的基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼國家標(biāo)準(zhǔn)[11]，上文已指出室內(nèi)GIS在要素類別方面與室外GIS存在較大差異，因此，在其分類編碼上也需重新進(jìn)行設(shè)計(jì)與規(guī)劃。

3.空間維度

室外GIS是基于地形表面的相關(guān)應(yīng)用，其空間維度嚴(yán)格意義上應(yīng)為2.5D；室內(nèi)GIS是基于建筑結(jié)構(gòu)模型的應(yīng)用，在垂直方向上分布有不同的樓層及其相關(guān)地物，其空間維度可達(dá)真3D[1]。室內(nèi)外GIS一體化融合將是今后GIS發(fā)展的一個(gè)方向。

4.用戶群體

室外GIS的用戶群體相對廣泛，面向不同的行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，需要根據(jù)行業(yè)性質(zhì)劃分不同的用戶群體，這些用戶群體往往具有較強(qiáng)的專業(yè)性；面向大眾應(yīng)用領(lǐng)域，并沒有特定的用戶群體，用戶需求呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)。室內(nèi)GIS的用戶群體相對單一，針對不同的室內(nèi)場景，具有特定的用戶群體，這些用戶群體具有較強(qiáng)的目標(biāo)指向。如在商場內(nèi)，室內(nèi)GIS主要針對逛街人群，這類用戶以找到某一店鋪為主要目的；在機(jī)場內(nèi)，室內(nèi)GIS主要針對登機(jī)乘客，這類用戶以找到安檢通道和登機(jī)口為主要目的。

5.功能特征

由于空間上的約束，室內(nèi)GIS在功能特征方面與室外GIS也存在差異。①路徑查詢功能：人們在室內(nèi)大多以步行為主，在樓層分隔的地方有人行步梯、手動(dòng)扶梯和垂直升降梯3種選擇；而在室外的出行方式則更加多樣化。因此，路徑查詢功能必定有所不同。②統(tǒng)計(jì)功能：室外GIS常以某街區(qū)、某行政區(qū)域等為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；室內(nèi)GIS則主要以樓層、房間為單位進(jìn)行統(tǒng)計(jì)[1]。③空間分析功能：室外GIS提供的多是基于地理特征的空間分析功能；而室內(nèi)GIS提供的多是基于建筑結(jié)構(gòu)特征的空間分析功能[1]。

三、室內(nèi)GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

室內(nèi)GIS在大型商場、醫(yī)院、機(jī)場、停車場等場所大有用武之地，能夠?yàn)橛脩籼峁┵徫飳?dǎo)航、門診科室導(dǎo)航、登機(jī)口查詢、停車位查詢、緊急疏散、逃生路線選擇等服務(wù)。本文通過中國光谷步行街公共服務(wù)系統(tǒng)的研制，對室內(nèi)GIS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。

1.需求分析

世界城光谷步行街位于武漢市武昌區(qū)魯巷廣場，全長1350 m，是目前世界上最長的步行街，也是武漢最大的商業(yè)綜合體，形成了集購物、餐飲娛樂、旅游觀光、休閑健身、商務(wù)辦公、酒店于一體的一站式服務(wù)體系，已成為武漢市乃至華中地區(qū)人氣最高的消費(fèi)娛樂中心和節(jié)慶中心，日均客流量達(dá)15萬人次，周末客流量達(dá)30萬人次，節(jié)假日高峰客流達(dá)100萬人次。用戶對中國光谷步行街公共服務(wù)系統(tǒng)的需求主要表現(xiàn)在商鋪信息(位置、類型、商品、價(jià)格、店主等)、路線信息(安全通道、最優(yōu)路徑等)、基礎(chǔ)設(shè)施信息(消防栓、洗手間、咨詢服務(wù)點(diǎn)等)等方面的查詢、統(tǒng)計(jì)、分析、管理、顯示等。

2.數(shù)據(jù)的組織與管理

系統(tǒng)對涉及的各種數(shù)據(jù)分類別、按樓層進(jìn)行組織與管理。目前對于室內(nèi)地理信息要素的分類并沒有形成國家標(biāo)準(zhǔn)，因此，該系統(tǒng)參考《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)國家標(biāo)準(zhǔn)。在系統(tǒng)的研發(fā)過程中，要素分類采用線分類法，要素類型按從屬關(guān)系依次分為4級：大類、中類、小類、子類。其中，大類包括商店、餐飲、娛樂、生活、公共設(shè)施、服務(wù)管理、教育培訓(xùn)和其他8個(gè)大類；中類在上述各大類基礎(chǔ)上劃分出日用百貨商店、化妝品店、家用電器、鞋店等24類；要素名稱作為隱含類在小類中體現(xiàn)；子類旨在為區(qū)別名稱相同的店面(如連鎖店)或獨(dú)立要素(如停車位，滅火器等)而設(shè)置的類別碼。

綜合考慮光谷步行街的要素?cái)?shù)量、分布、類別等因素，分類代碼采用9位十進(jìn)制數(shù)字碼，將大類、中類、小類、子類分別設(shè)置為1位、2位、3位、3位。不同場合的室內(nèi)GIS可依據(jù)以上3種因素設(shè)置這4種要素類型所占的位數(shù)。具體代碼結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 要素分類編碼圖解

1)左起第1位為大類碼。

2)左起第2、3位為中類碼，是在大類基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類。

3)左起第4、5和6位為小類碼，是在中類基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類。

4)左起第7、8和9位為子類碼，是在小類基礎(chǔ)上細(xì)分形成的要素類。

如本系統(tǒng)中光谷商城一樓商場達(dá)芙妮(全國知名鞋店)的分類代碼為108058000；新粵粥府(廣州特色小吃店)的分類代碼為204015000；韋伯英語(英語培訓(xùn)機(jī)構(gòu))的分類代碼為700006000。

3.體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)分為三大模塊：基礎(chǔ)模塊、特色模塊和輔助模塊，各模塊又由若干子系統(tǒng)組成，總體架構(gòu)如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)體系架構(gòu)設(shè)計(jì)

1)基本功能子系統(tǒng)：提供地圖縮放、漫游、鷹眼、店面查詢等最基礎(chǔ)的應(yīng)用功能。

2)數(shù)據(jù)管理子系統(tǒng)：提供地理數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫的檢查、更新、維護(hù)等功能。

3)查詢子系統(tǒng)：提供要素查詢和最優(yōu)路徑查詢功能。其中，要素查詢功能為用戶提供精確查詢或模糊查詢，用戶通過在搜索欄輸入要素名稱，系統(tǒng)將根據(jù)用戶輸入的關(guān)鍵字模糊查找地理數(shù)據(jù)庫中的相關(guān)要素，并將要素名顯示在提示下拉框中，當(dāng)用戶精確輸入或選擇某一要素名稱時(shí)，該要素在地圖中將閃亮顯示。最優(yōu)路徑查詢功能通過調(diào)用MapGIS的NetAnalyse模塊即可實(shí)現(xiàn)，提供兩種使用模式：一是輸入起始位置周圍的某一要素名和終點(diǎn)位置周圍的某一要素名，然后單擊路徑搜索，系統(tǒng)將迅速顯示合適的路徑，如果要素名有重復(fù)，系統(tǒng)會提示用戶進(jìn)行二次選擇；二是用戶可以根據(jù)自己所處的位置在地圖上標(biāo)注起始點(diǎn)和終止點(diǎn)，然后點(diǎn)擊搜索生成最佳路徑，如圖3所示。

圖3 最優(yōu)路徑查詢

4)系統(tǒng)管理子系統(tǒng)：提供用戶注冊、意見反饋、系統(tǒng)維護(hù)等功能。該子系統(tǒng)將用戶分為游客、普通注冊用戶、店主和系統(tǒng)管理員4類。游客(未注冊用戶)可以進(jìn)行縮放、瀏覽、查詢等基本操作；游客經(jīng)過注冊成為普通注冊用戶，可以對感興趣的店面進(jìn)行收藏，并且具有提問、投訴等權(quán)限；店主可以更新自己店面的信息，包括LOGO、促銷信息、聯(lián)系方式等，并能與普通注冊用戶進(jìn)行互動(dòng)，回復(fù)普通用戶的提問；管理員具有維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的最大權(quán)限，包括更新店主信息、為未出租商店注冊信息成為新的商店、注銷撤走的商店、回復(fù)普通注冊用戶或店主的提問和投訴、用攝像頭監(jiān)控商場實(shí)時(shí)情況等。

5)分析子系統(tǒng)：提供按樓層分類統(tǒng)計(jì)分析、按店面類型分類統(tǒng)計(jì)分析和按用戶收藏點(diǎn)擊量分類統(tǒng)計(jì)分析等功能。按樓層分類統(tǒng)計(jì)分析功能主要實(shí)現(xiàn)各個(gè)樓層的各類商店(如服裝店、百貨商店、化妝品店等)數(shù)目統(tǒng)計(jì)及對比分析顯示；按店面類型分類統(tǒng)計(jì)分析功能可以統(tǒng)計(jì)同一種類型的店鋪在不同樓層中的分布情況，如圖4所示。

圖4 分析子系統(tǒng)運(yùn)行示例

6)綜合業(yè)務(wù)子系統(tǒng)：提供攝像頭監(jiān)測、店面收藏等功能。攝像頭監(jiān)測主要為系統(tǒng)管理員提供監(jiān)控商場實(shí)時(shí)信息，對突發(fā)情況(如火災(zāi)、打架斗毆等)作出及時(shí)響應(yīng)等功能；店面收藏功能主要便于普通注冊用戶收藏感興趣的店面，同時(shí)提供修改收藏原因、刪除收藏店面、顯示收藏店面信息等功能。

7)幫助子系統(tǒng)：提供友情鏈接和查看商場介紹視頻等功能。用戶通過該子系統(tǒng)可以訪問其他與光谷步行街相關(guān)的網(wǎng)站，并可以觀看相關(guān)視頻，了解更多的光谷步行街信息。

4.系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

系統(tǒng)開發(fā)語言為C＃＋ActionScript，開發(fā)環(huán)境為Adobe Flex 3.0，地理信息軟件開發(fā)包為MapGIS K9 sp3二次開發(fā)大賽版。系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)后的用戶界面如圖5所示。

圖5 系統(tǒng)用戶界面

四、結(jié)束語

本文對室內(nèi)外 GIS進(jìn)行了系統(tǒng)比較，并基于Adobe Flex＋MapGIS K9研發(fā)了中國光谷步行街公共服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)榮獲2012年全國MapGIS二次開發(fā)B/S高級組大賽優(yōu)秀獎(jiǎng)。該系統(tǒng)的成功研制對其他場合的室內(nèi)GIS設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)具有一定的借鑒意義。隨著室內(nèi)導(dǎo)航與定位技術(shù)不斷取得突破，相信未來在移動(dòng)終端的室內(nèi)GIS將大有所為；盡管如此，譬如跨樓層、不同類型樓梯之間的最優(yōu)路徑分析等更深層次的問題還有待進(jìn)一步研究。

致謝:感謝中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)計(jì)算機(jī)學(xué)院龔題、王沙沙，以及信息工程學(xué)院盧素齋、高廣旗、王新瑋等同學(xué)在中國光谷步行街公共服務(wù)系統(tǒng)研發(fā)過程中作出的貢獻(xiàn)。

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Design and Realization of Indoor GIS

YANG Nai，LI Yuekang，CHEN Yucheng

P208

B

0494-0911(2014)07-0109-04

2013-04-11

國家自然科學(xué)基金(41201474)；中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金(CUG120834)

楊 乃(1984—)，男，湖北監(jiān)利人，博士，講師，研究方向?yàn)槿S地圖可視化。

楊乃，李悅康，陳玉成.室內(nèi)地理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方法[J].測繪通報(bào)，2014(7)：109-112.

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