室內(nèi)位置地圖數(shù)據(jù)處理的模型與方法研究

孫衛(wèi)新

1. 32020部隊，湖北 武漢 430070； 2. 信息工程大學(xué)地理空間信息學(xué)院，河南 鄭州 450001

隨著大型公共建筑的不斷出現(xiàn)及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)的日益復(fù)雜，室內(nèi)位置地圖作為人們認(rèn)知室內(nèi)空間環(huán)境的重要工具和各種室內(nèi)位置關(guān)聯(lián)信息的承載平臺，已經(jīng)成為導(dǎo)航與位置服務(wù)領(lǐng)域的研究熱點。但是，由于室內(nèi)外環(huán)境及對象特征存在較大差別，傳統(tǒng)地圖理論與方法對室內(nèi)位置地圖的適用性較差，特別是室內(nèi)位置地圖數(shù)據(jù)處理效率較低，很大程度上影響了大規(guī)模精準(zhǔn)室內(nèi)位置服務(wù)的開展。為此，本文以提高數(shù)據(jù)處理的自動化程度為目標(biāo)，圍繞室內(nèi)位置地圖數(shù)據(jù)處理的模型與方法開展了較為系統(tǒng)和深入的研究，主要工作及成果如下：

(1) 面向室內(nèi)位置服務(wù)的功能需求，構(gòu)建了包含空間數(shù)據(jù)處理、語義數(shù)據(jù)處理、路徑數(shù)據(jù)處理和空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換4個方面的室內(nèi)位置地圖數(shù)據(jù)處理內(nèi)容體系。其中，空間數(shù)據(jù)是地圖可視化和空間分析等功能的重要基礎(chǔ)；語義數(shù)據(jù)是對象屬性查詢和智能服務(wù)推送等功能的重要基礎(chǔ)；路徑數(shù)據(jù)是室內(nèi)導(dǎo)航與路徑規(guī)劃等功能的重要基礎(chǔ)；空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換是面向位置服務(wù)室內(nèi)外一體化的功能需求，將室內(nèi)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換至室內(nèi)外統(tǒng)一空間基準(zhǔn)。該內(nèi)容體系為今后室內(nèi)位置地圖數(shù)據(jù)處理及相關(guān)研究工作提供了理論指導(dǎo)。

(2) 針對室內(nèi)位置地圖空間數(shù)據(jù)處理，基于面向?qū)ο蟮目臻g數(shù)據(jù)建模思想，建立了適用于室內(nèi)環(huán)境特征的二維空間數(shù)據(jù)模型。以建筑平面圖為數(shù)據(jù)源，通過墻體符號連通性恢復(fù)、墻體中線提取、拓?fù)潢P(guān)系構(gòu)建等步驟，提出了一種空間數(shù)據(jù)的自動生成方法。以樓層位圖為數(shù)據(jù)源，建立了空間數(shù)據(jù)交互式生成的主要流程，總結(jié)了幾何數(shù)據(jù)采集過程中顧及要素特征的智能化處理方式。以上自動化和交互式處理方法，對于提高室內(nèi)位置地圖空間數(shù)據(jù)獲取效率具有重要作用。

(3) 針對室內(nèi)位置地圖語義數(shù)據(jù)處理，建立了室內(nèi)位置地圖語義數(shù)據(jù)模型，探討了適用于室內(nèi)對象位置信息表達(dá)的7種語義位置模型，并在此基礎(chǔ)上從位置感知、位置解析和位置匹配三個方面闡述了泛在信息室內(nèi)語義位置關(guān)聯(lián)的機制。提出了一種基于匹配度計算的語義位置匹配方法，建立了泛在信息與室內(nèi)對象的匹配關(guān)系。以上模型與方法為今后室內(nèi)位置服務(wù)中深度內(nèi)容挖掘與動態(tài)信息迭加提供了基礎(chǔ)支撐。

(4) 針對室內(nèi)位置地圖路徑數(shù)據(jù)處理，面向室內(nèi)環(huán)境中路徑信息特征，建立了一種采用柵格空間描述室內(nèi)可通行區(qū)域邊界輪廓及其連通關(guān)系的柵格通行區(qū)域模型。該模型不僅具備柵格模型易于創(chuàng)建的特點，而且兼具網(wǎng)絡(luò)模型適用于大范圍室內(nèi)場景的優(yōu)勢。另外，結(jié)合室內(nèi)位置地圖空間數(shù)據(jù)和語義數(shù)據(jù)特征，設(shè)計了室內(nèi)柵格通行區(qū)域的自動提取算法。試驗結(jié)果表明，該算法針對復(fù)雜室內(nèi)環(huán)境能夠有效實現(xiàn)柵格通行區(qū)域的自動提取，相比廣泛采用的網(wǎng)絡(luò)模型，柵格通行區(qū)域模型的路徑規(guī)劃結(jié)果更加符合人們在室內(nèi)的路徑行走特征。

(5) 針對室內(nèi)位置地圖空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換，構(gòu)建了包含6種轉(zhuǎn)換關(guān)系的統(tǒng)一空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換框架，研究了相應(yīng)的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換模型與方法。針對室內(nèi)局部平面坐標(biāo)系到地理坐標(biāo)系的轉(zhuǎn)換難點，提出一種基于過渡投影面的轉(zhuǎn)換方法，通過少量共同點實現(xiàn)了統(tǒng)一空間基準(zhǔn)的高精度轉(zhuǎn)換。試驗結(jié)果表明，基于過渡投影面的轉(zhuǎn)換方法相比仿射變換和相似變換，能夠顯著提高轉(zhuǎn)換精度，為今后室內(nèi)外統(tǒng)一空間基準(zhǔn)轉(zhuǎn)換提供了新的思路和方法。