室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準體系探討

任玉環(huán)，劉亞嵐，彭 玲，許 清，王 銘，池天河

(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100101)

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室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準體系探討

任玉環(huán)，劉亞嵐，彭 玲，許 清，王 銘，池天河

(中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京 100101)

室內(nèi)空間信息服務(wù)潛在的市場需求和室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展使室內(nèi)地圖得到日益廣泛的關(guān)注，但是室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)缺乏統(tǒng)一的標準規(guī)范，使得室內(nèi)地圖的生產(chǎn)、更新、維護和數(shù)據(jù)共享成為難點。本文在調(diào)研目前室內(nèi)地圖應(yīng)用和相關(guān)標準研制現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，指出室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準編制的必要性和室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準編制時應(yīng)遵循的原則，并對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的體系結(jié)構(gòu)進行了分析闡述，對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的最終確立將起到推動作用，有利于加快室內(nèi)地理空間信息產(chǎn)業(yè)化的步伐。

室內(nèi)地圖；室內(nèi)定位；標準；數(shù)據(jù)模型；編制原則

一、引 言

目前室外電子地圖已經(jīng)非常成熟和實用，廣泛用于互聯(lián)網(wǎng)位置搜索、導(dǎo)航定位等領(lǐng)域。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，人們在內(nèi)部結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜的大型室內(nèi)場所停留的時間越來越多，促使人們對空間信息的需求悄然從室外延伸到室內(nèi)[1]。與此同時，室內(nèi)定位技術(shù)的進步客觀上推動了電子地圖從室外到室內(nèi)的延伸[2]。自從百度、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)研究與應(yīng)用的熱點[3]。

室內(nèi)地圖作為一個新興事物，目前國內(nèi)外針對它的數(shù)據(jù)標準與規(guī)范還很不完善[4]。由于室內(nèi)地圖的測繪、研制、更新、服務(wù)成本巨大，目前相關(guān)標準體系的缺失，極其不利于室內(nèi)地圖的規(guī)?；a(chǎn)、應(yīng)用與共享。本文通過調(diào)研國內(nèi)外室內(nèi)地圖產(chǎn)品現(xiàn)狀和室內(nèi)地圖相關(guān)標準研制情況，分析了室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的編制范圍、目的和原則，并進一步研究了室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的體系結(jié)構(gòu)，為室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的制定奠定了基礎(chǔ)，對推動室內(nèi)地圖的標準化及其推廣應(yīng)用具有指導(dǎo)意義。

二、室內(nèi)地圖產(chǎn)品現(xiàn)狀和問題

室內(nèi)地圖在10年前就已進入研發(fā)視野，直到近幾年一些巨頭介入后才引起了普遍關(guān)注。目前國際上室內(nèi)地圖圖商主要有Micello公司、谷歌地圖、微軟必應(yīng)地圖、諾基亞等。2011年開始，隨著百度等的加入，國內(nèi)室內(nèi)地圖產(chǎn)業(yè)也開始了加速發(fā)展，相關(guān)的公司和產(chǎn)品主要有百度地圖、高德、圖聚(原名“圖淵”)、點道、四維圖新、積米、智慧圖等。其中圖聚和點道以室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)制作為主，它們分別是百度和高德室內(nèi)地圖的提供商。各圖商的室內(nèi)地圖推出時間及服務(wù)范圍見表1。據(jù)國際權(quán)威調(diào)查機構(gòu)IMS Research在2012年7月的報告[5]，目前全球有至少130家公司涉足室內(nèi)地圖、室內(nèi)定位、室內(nèi)追蹤、室內(nèi)導(dǎo)航等的研發(fā)。報告預(yù)測，到2016年將會有近12萬個室內(nèi)場所地圖供用戶使用。

表1 不同圖商室內(nèi)地圖推出時間及服務(wù)范圍

通過目前國內(nèi)外室內(nèi)地圖產(chǎn)品的對比，發(fā)現(xiàn)各家的室內(nèi)地圖產(chǎn)品存在多方面的差異，主要表現(xiàn)在：

1) 室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)來源五花八門。不同地圖服務(wù)商獲得室內(nèi)地圖的來源不盡相同，網(wǎng)絡(luò)、線下搜集、用戶提供、商家提供等均是可能的來源，不同來源的數(shù)據(jù)其格式、表現(xiàn)形式、信息量和精度等均有所不同。

2) 室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)內(nèi)容的側(cè)重點和詳細程度不一致。如谷歌室內(nèi)地圖具有豐富的樓層平面布局細節(jié)和POI標注，而百度室內(nèi)地圖的POI還比較少。不同圖商對POI深度信息的挖掘程度差異較大，圖聚室內(nèi)地圖上有關(guān)一個店鋪的屬性信息多達50～100個，谷歌、點道等室內(nèi)地圖的此類信息則一般僅有3～5個。

3) 室內(nèi)地圖表達方式差異較大，圖形顏色、圖形符號、注記符號等各有不同。谷歌室內(nèi)地圖的樓層平面布局圖色彩配置較淡，而必應(yīng)室內(nèi)地圖的室內(nèi)布局多以紫色、綠色等色塊突出顯示；國內(nèi)百度和高德的室內(nèi)地圖主要用多種顏色的色塊表示樓層平面布局，配色比較亂，沒有規(guī)則可循。

針對國內(nèi)外地圖服務(wù)商的室內(nèi)地圖產(chǎn)品存在的諸多差異，究其原因主要是因為至今在室內(nèi)地圖領(lǐng)域國內(nèi)外尚沒有統(tǒng)一的行業(yè)規(guī)范和標準。各公司分別獨立包攬地圖采集制作的所有環(huán)節(jié)，根據(jù)自己的實際需要制定相應(yīng)的數(shù)據(jù)生產(chǎn)技術(shù)方案。由于室內(nèi)地圖原始資料來源有所差異，且各公司數(shù)據(jù)處理團隊技術(shù)水平、軟硬件設(shè)施不一致，從而造成數(shù)據(jù)格式不一，數(shù)據(jù)內(nèi)容各異，地圖表達方式不同，給數(shù)據(jù)共享、交換帶來極大不便，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)更新和維護也難以有效進行。室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的標準化問題已成為當前制約室內(nèi)地理信息應(yīng)用的一大瓶頸，開展室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準研究是當務(wù)之急。

三、國內(nèi)外同類標準概況

目前室外地圖數(shù)據(jù)標準比較完善。在我國，由國家歸口管理，以企業(yè)為主開展標準編制工作，形成了《國家地理信息標準體系框架》，并在該體系指導(dǎo)下已形成10余項導(dǎo)航地圖數(shù)據(jù)標準，涵蓋交換格式、數(shù)據(jù)生產(chǎn)、存儲格式、數(shù)據(jù)模型、質(zhì)量規(guī)范等各個方面[6]。工業(yè)和信息化部牽頭的“衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用系統(tǒng)標準研究制定”專項制定了一系列有關(guān)導(dǎo)航電子地圖的國家標準和行業(yè)標準，涉及導(dǎo)航電子地圖數(shù)據(jù)的采集、處理、交換及服務(wù)各個方面[7]。因室內(nèi)地圖與室外地圖在數(shù)據(jù)內(nèi)容、展現(xiàn)方式等方面有諸多不同，室外地圖標準的相關(guān)內(nèi)容很難直接借鑒，但其體系結(jié)構(gòu)等可以作為室內(nèi)地圖標準研制的參考。

由于室內(nèi)地圖相關(guān)標準不完善帶來的數(shù)據(jù)生產(chǎn)、應(yīng)用和共享等方面的各種問題，逐漸引起了國際標準化機構(gòu)對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準研制的關(guān)注[8]。工業(yè)基礎(chǔ)類(industry foundation classes，IFC)制定的三維建筑模型—建筑信息模型(building information modeling，BIM)，對建筑內(nèi)部三維模型進行了具體規(guī)定。開放式地理信息系統(tǒng)協(xié)會(Open Geospatial Consortium，OGC)的城市地理標記語言(city geography markup language，CityGML)，是一種用來表示和傳輸城市三維對象的通用信息模型，它是最新的城市建模開放標準。CityGML第4層涉及室內(nèi)空間[9]。然而，IFC和CityGML僅規(guī)定了建筑三維模型的相關(guān)內(nèi)容，沒有涉及具有地理位置信息的地理數(shù)據(jù)，無法支持室內(nèi)導(dǎo)航等位置服務(wù)。OGC也在制定室內(nèi)空間數(shù)據(jù)模型標準 IndoorGML。2014年2月，IndoorGML標準工作組(Standards Working Group,SWG)在OGC網(wǎng)站上公布了IndoorGML v.0.8.2版本，提出了一種表示室內(nèi)空間的多層空間模型，面向大眾征集意見和建議[10]，計劃2014年4月正式提交OGC技術(shù)委員會。

國內(nèi)僅有個別公司以非官方方式公布了室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)制作的部分流程，但沒有對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)格式等作具體說明。國內(nèi)外研究人員對室內(nèi)地圖的設(shè)計和制作方法進行了研究[11-13]，但尚沒有達成共識的室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)制作方案。

總之，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準研制已經(jīng)引起國內(nèi)外機構(gòu)的注意，但距離完善的室內(nèi)地圖標準的制定還有很長的道路。

四、室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準編制目的與范圍

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準編制的目的在于規(guī)范室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的采集、制作、發(fā)布、交換和共享，便于室內(nèi)地圖的標準化及其推廣應(yīng)用。

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準規(guī)定室內(nèi)地圖的數(shù)據(jù)源、數(shù)據(jù)模型、數(shù)據(jù)格式、數(shù)據(jù)質(zhì)量要求、地圖符號及數(shù)據(jù)處理一般流程等內(nèi)容。標準將普遍適用于表示室內(nèi)地理空間信息的電子地圖編制、地圖數(shù)據(jù)屏幕顯示和紙張地圖出版。

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的用戶包括室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)者和使用者。例如, 標準可以用于室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)采集，生產(chǎn)者可以用它來規(guī)范自己的產(chǎn)品。而室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)產(chǎn)品的使用者也可以用它來陳述需求，因此，也是該標準的用戶。

五、室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準編制原則

標準制定時依據(jù)的原則將直接影響數(shù)據(jù)標準的制作，進而影響室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的生產(chǎn)和應(yīng)用。鑒于室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)內(nèi)容、數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等的特殊性，在制定數(shù)據(jù)標準時除了考慮與已有國家標準、行業(yè)標準相兼容，并遵循實用性、時效性、可擴展性等一般室外地圖數(shù)據(jù)標準的原則外，還應(yīng)著重考慮以下幾個方面的問題。

1.考慮用戶習(xí)慣的延續(xù)性

室內(nèi)建筑CAD圖的應(yīng)用已經(jīng)有多年歷史，對于圖紙上的房間、房門等基本要素的表示方法已經(jīng)形成了普遍的國際性符號體系認同習(xí)慣；通用的標志用公共信息圖形符號(如衛(wèi)生間等)[14]，也已經(jīng)在人們的日常生活中形成習(xí)慣。因此，在本項標準中應(yīng)合理吸納建筑CAD圖圖式標準和通用公共信息圖形符號圖式，以保持對室內(nèi)地理要素認知的延續(xù)性。

2.滿足室內(nèi)地圖可視化表達的需要

室內(nèi)地圖利用矢量數(shù)據(jù)展示室內(nèi)空間要素的幾何、屬性和拓撲信息。與室外地圖相比，室內(nèi)地圖更注重小區(qū)域、大比例尺、高精度和精細化的內(nèi)部元素展現(xiàn)。因此室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準應(yīng)滿足室內(nèi)地圖可視化表達的需要，包括三維立體可視化表達，能準確表現(xiàn)室內(nèi)地物空間對象和對象特征。

3.滿足室內(nèi)位置服務(wù)的需要

室內(nèi)地圖最重要最廣泛的應(yīng)用是室內(nèi)位置服務(wù)，因此，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準編制時應(yīng)通過合理的數(shù)據(jù)制作技術(shù)方法保證室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的空間位置精度。與此同時，通過矢量數(shù)據(jù)拓撲規(guī)則與科學(xué)的三維室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)模型設(shè)置，確保室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的空間分析支撐能力，尤其是跨樓層的一體化空間分析、路徑規(guī)劃等能力。

4.為室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)規(guī)?；a(chǎn)提供指導(dǎo)

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的作用主要是指導(dǎo)室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的采集和生產(chǎn)，消除室內(nèi)地圖不同生產(chǎn)部門在數(shù)據(jù)內(nèi)容和格式、地圖表達方式等多方面的差異，便于數(shù)據(jù)的交換和共享。因此，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準需要通過對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的采集、生產(chǎn)和表達各環(huán)節(jié)的規(guī)范和約束，實現(xiàn)室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)采集獲取、生產(chǎn)、質(zhì)量檢查等環(huán)節(jié)既獨立又完整，為規(guī)?；a(chǎn)提供規(guī)范基礎(chǔ)和作業(yè)指導(dǎo)。

六、室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準體系結(jié)構(gòu)

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準應(yīng)包含一套完整的室內(nèi)地圖空間數(shù)據(jù)采集、處理、編碼、索引、更新、集成、應(yīng)用和服務(wù)標準和技術(shù)規(guī)范體系，對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的采集、處理與集成過程中的元數(shù)據(jù)信息、數(shù)據(jù)模型、交換格式、數(shù)據(jù)精度等具體細節(jié)進行統(tǒng)一規(guī)定。具體包括但不僅限于以下幾項標準。

1.元數(shù)據(jù)標準

元數(shù)據(jù)標準是室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的重要組成部分。元數(shù)據(jù)標準從數(shù)據(jù)標識、空間特征、屬性特征、時間特征、質(zhì)量評價、數(shù)據(jù)管理、數(shù)據(jù)形式等各個方面全面描述室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)本身及其產(chǎn)生過程。

2.空間參考標準

平面坐標系、高程系是制定室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的基礎(chǔ)。室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)空間坐標系應(yīng)完整支持空間分析、語義關(guān)聯(lián)、拓撲關(guān)系和地圖展現(xiàn)等，尤其能夠結(jié)合樓層高度標識室內(nèi)三維空間的區(qū)域性位置。

3.數(shù)據(jù)模型標準

數(shù)據(jù)模型標準規(guī)定室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)所包含的要素、屬性和關(guān)系，并說明如何進行數(shù)據(jù)分層、分類、編碼與拓撲表達等。其中圖層劃分時應(yīng)著重考慮用于地圖顯示的圖層(如房間格局)和用于數(shù)據(jù)分析的圖層(如路徑分布)的結(jié)合與區(qū)別。在編碼體系方面，室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)的基本對象是房間、走廊、POI等，可采用從樓宇到樓層再到房間/走廊/POI的層級編碼方法對數(shù)據(jù)進行分類和編碼，由上往下、由主到次形成系統(tǒng)有機的整體。

4.地圖符號標準

地圖符號包括圖形符號和注記符號，地圖符號標準通過對室內(nèi)地圖的圖形符號和注記符號的具體規(guī)定，實現(xiàn)地圖表達風(fēng)格的統(tǒng)一，便于室內(nèi)地圖理解。由于建筑用途類型多樣，其室內(nèi)空間的屬性差異較大，應(yīng)在建筑大類的基礎(chǔ)上，對其內(nèi)部空間的地圖符號進行歸類設(shè)置，避免符號太過龐雜。

5.數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標準

數(shù)據(jù)質(zhì)量控制標準從圖形精度、屬性精度、圖形屬性邏輯一致性等方面對室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)進行質(zhì)量控制規(guī)定。這與室外地圖類似，但其精度(尤其是圖形精度)要求更高，以便更好地支撐室內(nèi)定位。

6.數(shù)據(jù)交換標準

數(shù)據(jù)交換標準應(yīng)該包括數(shù)據(jù)描述標準、權(quán)限描述標準、信息采集標準、信息發(fā)布標準及數(shù)據(jù)交換接口標準等，從而使數(shù)據(jù)生產(chǎn)與應(yīng)用各單位之間進行數(shù)據(jù)層面的互訪互通，便于數(shù)據(jù)交換與共享。

7.數(shù)據(jù)制作實用作業(yè)規(guī)范

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)制作實用作業(yè)規(guī)范需明確基于不同來源的原始數(shù)據(jù)，室內(nèi)地圖制作所用的工具軟件，以及數(shù)據(jù)準備、地圖配準、數(shù)字化、質(zhì)量檢查、外業(yè)調(diào)查等步驟的操作流程。根據(jù)該實用作業(yè)規(guī)范，室內(nèi)地圖制作人員經(jīng)過簡單培訓(xùn)即可以完成室內(nèi)地圖制作，數(shù)據(jù)成果符合室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)相關(guān)其他標準規(guī)范的要求。

七、結(jié)束語

室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準是室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)生產(chǎn)、交換與共享遵照的指標與原則。室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)標準的編制是室內(nèi)位置服務(wù)的基礎(chǔ)與核心，是室內(nèi)空間地理信息產(chǎn)業(yè)建設(shè)能否邁上一個新臺階的關(guān)鍵所在。

目前，筆者所在的團隊以面向消防應(yīng)用的室內(nèi)地圖為例，已經(jīng)初步研制了相關(guān)的數(shù)據(jù)標準規(guī)范，并應(yīng)用于指導(dǎo)天津濱海新區(qū)的消防室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)制作。雖然目前本文對于室內(nèi)地圖標準的具體細節(jié)規(guī)定方面還有待進一步研究與完善，但對于我國第一個有關(guān)室內(nèi)地圖的行業(yè)標準的出臺意義非同一般，它對室內(nèi)地圖標準的最終確立將起到重要的推動作用，有利于加快室內(nèi)地理空間信息產(chǎn)業(yè)化的步伐。

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科技部國家工程技術(shù)研究中心再建項目(2011FU125Z24)；國家發(fā)改委衛(wèi)星及應(yīng)用產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項；天津市科技計劃(12ZCZDSF00800)

任玉環(huán)(1982—)，女，博士，助理研究員，研究方向為遙感信息提取及其應(yīng)用、地理信息數(shù)據(jù)標準化。E-mail：renyuhuan_2001@163.com

彭 玲。E-mail：plqiqi@126.com

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