室内地图研究综述*

王富强，薛志伟，齐晓飞，林 蓉

(1.信息工程大学 测绘学院，河南 郑州 450052;2.78138部队，四川 成都 610036;3.63710部队，山西 岢岚 036301;4.成都军区司令部，四川成都 610014)

室内地图研究综述*

王富强1，2，薛志伟3，齐晓飞1，林 蓉4

(1.信息工程大学 测绘学院，河南 郑州 450052;2.78138部队，四川 成都 610036;3.63710部队，山西 岢岚 036301;4.成都军区司令部，四川成都 610014)

智能手机的普及、移动定位技术的进步以及手机的广泛应用，为因卫星信号问题导致在大规模复杂室内空间无法提供位置服务这一难题提供了解决方案。自百度、谷歌相继推出室内地图在线服务以来，室内地图逐渐成为地图学研究的热点。为此，在分析国内外室内地图数据获取、地图设计、可视化表达以及相关应用的基础上，为有效构建和使用室内地图，必须在数据模型构建、室内地图数据获取、组织、地图形式化表达等方面加强研究，最终基于室内地图提供可交互、可定制的动态位置服务。

室内地图;面向位置的服务;在线服务

0 引言

随着城市化进程的快速推进和商业经济的迅猛发展，单一建筑物规模越来越大，内部结构越来越复杂。与借助GPS或者北斗导航系统可以轻松获得室外目标的定位和导航服务不同，在大规模建筑空间(诸如大型购物中心、博物馆、展馆、会议中心、机场、地下车(仓)库、大型交通枢纽)内部，由于卫星信号原因，人们不得不向陌生人求助或者使用简单的符号(箭头、地址目录)、示意图来满足其寻址和导航的需求，这常常让人产生“迷失的感觉”。随着智能手机的普及、移动定位技术的发展以及手机应用的兴起，人们试图在普适计算环境下利用室内定位技术实现大规模建筑空间的室内位置服务以及与位置相关的各类定制信息服务。室内位置服务主要通过跟踪使用移动数据的人的位置、关键节点的位置以及室内地图信息来实现[1]。室内地图的研究主要针对任何大到足以让人迷路的建筑的内部空间，一经提出，就引起了业内人士的广泛关注。室内地图主要供移动网络终端使用，在商业拓展、公共安全、立体交通导航等领域具有广泛的应用前景。

1 室内地图研究进展

目前，很多用户已经习惯于手机导航的便利。在户外，通过移动智能网络终端访问谷歌、百度的地图可以实现基于卫星导航的位置服务。而一旦进入大规模室内空间，由于卫星信号问题，人们则极易陷入“位置焦虑”。如今一些新兴公司正在绘制购物中心、会议中心和机场等大规模建筑空间的室内地图，以填补建筑内部地理信息空白。在2010年TED大会上，微软展示了全新一代的bing搜索引擎，不仅实现了和Windows Phone 7终端的整合，而且加入了街景、星象、室内地图等内容。但仍处于试验阶段，尚不能使用(见图1)。2011年，百度、谷歌于10月13日、11月29日先后提供部分地区的室内地图在线服务功能。但仅限于局部地区，也仅支持部分手机操作系统，还没有实现基于位置服务的后续动态信息服务。百度室内地图在线服务，如图 2(a)、(b)所示。

图1 必应地图Fig.1 Answered-necessary maps

图2 百度室内地图在线服务Fig.2 Indoor map online service from Baidu

大多数定位服务商的室内地图都是免费提供的，主要提供购物中心、机场等场所的地图数据。在数据获取方面，不同的定位服务商地图数据来源不同:既可以通过购物中心的管理公司或开发商获取，也可以通过互联网获取，甚至可以通过复制张贴于购物中心平面示意图获取。在日本，任何建筑一旦登记，平面图就必须上报立法局(Legislative Bureau)，并免费提供使用，因此基于平面图，结合地理坐标数据和网络数据构建全国范围的室内地图成为了可能[2]。获取数据之后，服务商必须对这些地图数据的尺寸和格式加以标准化，并完善缺损的信息。

在室内地图设计方面，尚未有统一的标准和原则。而现有的地图设计原则和认知习惯在制作平面示意图等类似地图的过程中也未被遵循。Ciavarella and Paternò(2004)在考虑用户移动性和使用的动态背景的前提下，提出室内地图设计应遵循以下原则:网络隐喻、导航反馈、周围环境的方向辅助、最少化图形交互以及必要的输入指令[3]。Klippel(2006)等提出了紧急情况下标示有地图用户位置的YAH(you are here)地图的设计在遵循地图基本设计原则的前提下，也要遵循总体配置、局部配置、一致性[4]。YAH可以看作室内地图的一种典型应用，其设计原则主要针对已经存在的室内地图。而作为室内位置服务的基础，室内地图常是动态的、基于移动网络终端的。因此室内地图设计必然考虑网络传输、移动网络终端分辨率等因素。Puikkonen(2009)等通过一个案例提出了内置于移动终端的室内导航地图的特殊的用户界面需求。与室外地图强调街道名称、十字路口等地标相比，室内地图的扶梯、电梯、带有标示的实体等地标信息以及简化后的建筑数据相对移动终端仍显冗余。提出在室内地图界面设计过程中，要使用可视的地标，建筑楼层平面图要在很大程度上加以化简。室内地图比室外地图更强调保持用户界面和现实世界的一致性[5]。室内地图设计是室内地图制作的重要环节。室内地图设计的优劣关系到室内地图的可用性问题。当然，仅仅依靠地图设计，并不能解决位置服务的所有问题。

在室内地图的可视化表达方面，Radoczky(2007)提出建筑风格的地图和指定楼层平面图是室内环境的较好的表达方式，但其更推崇虚拟现实的方式[6]。认为虚拟现实技术是室内地图的最佳表达方式。Harry Beck 1930年为描述伦敦的地铁站，创造性的提出了网络拓扑图的概念，忽略了地铁站的地理精度，而保留了其相对拓扑关系。基于该思想，Nossum(2011)提出了室内地铁图(室内网络拓扑地图)的概念，探讨了二维、三维、鱼骨等形式的室内地图表达方式，并研究了其适用对象[7]。

在室内地图的应用方面，出于不同目的的室内地图原型系统已经设计并实现。YAH地图可以看作室内地图的静态应用。Ciavarella and Paternò(2004)基于PDA构建了博物馆导引系统。Müller(2006)等设计了类似的移动导航系统[2，8]。由美国 PalmapInc.和上海图渊信息技术有限公司共同开发的中国商城掌图，不仅可以为用户提供详细，准确的商场内部分布情况及商城促销内容，还为用户提供了购物清单功能，如图3所示。陶嘉明(2011)基于ArcGIS设计并实现了室内地图服务系统，能为用户提供位置信息查看、名称检索、位置定位、路径导航和设施检索等各类地图服务[9]。

室内地图一经提出，便得到业内人士的广泛关注。世界各地的学者从室内地图数据获取、室内地图设计、室内地图的可视化表达、室内地图的应用等方面做了不同程度的研究。百度、谷歌、微软等大型公司的介入，更是加快了室内地图的应用进程。但是，与其实际应用相比，室内地图的理论研究还相对落后。室内地图制作尚没有统一的指导原则，某些所谓的室内地图只是没有地理参考的平面示意图，甚至基本的地图原则都得不到遵循。

2 室内地图研究方向

室内地图是网络地图与移动智能终端有效结合的必然产物。室内地图的构建有助于用户认知复杂的室内地理空间，结合室内移动定位技术，通过有针对性的信息推送或者用户主动索取相关信息等方式，可以向用户提供个性化、适时化、可交互、可定制的动态生活和商业信息服务，拥有潜在的巨大商机。开展室内地图的研究，可以为更好的实现移动位置服务提供理论技术支撑，具有重要的理论价值和现实意义。下一阶段，室内地图的研究应重点关注以下几个问题。

2.1 室内空间的空间认知问题

长期以来，地图学主要研究室外空间的空间认知问题。基于不同的制图环境和使用目的，提出了从二维地图、纸质地图到三维地图、数字地图、电子地图的一系列地图制图规则和样式规范。与之相比，针对室内空间问题的研究明显不足。所谓的室内地图更像建筑平面示意图，主要解决紧急情况下的疏散问题，远远不能解决个性化、自适应地图服务。与室外空间不同，室内空间具有多墙、多障碍、多径等显著特点。尤其是大型购物中心，琳琅满目的商品常常让人眼花缭乱，人们需要花费大量的时间寻找自己需要的商品。研究室内空间的构成要素和特点规律，有助于明确室内地图的表达内容和表达方式。

2.2 基于实体的室内地图数据模型构建

与室外空间地图数据常可抽象为点线面以矢量或者栅格数据模型表达不同，室内地图数据常需要作为实体来显示，因此这就需要研究基于实体的室内地图数据模型构建问题。

2.3 大规模室内地图数据的获取和组织问题

室内地图常受到无线网络传送速率和移动网络终端分辨率的限制。为更好的实现位置服务，则需要研究室内地图数据的获取和组织问题，在用户需要的时间、地点和环境下，将相关信息提供给用户，从而更加贴近用户需求和使用场景。

2.4 大规模室内空间的地图可视化表达问题

与常规地图常以地物地貌等为主要表达对象、人们对其表达方式已经具有既定思维一样，大规模室内空间的地图可视化表达也要充分考虑现有商场导引符号、平面示意图的使用习惯，甚至可以考虑以虚拟现实技术来构建相应的物品模型。

2.5 室内地图的可定制、可交互的动态信息服务

随着Web2.0技术的广泛应用和VGI的兴起，可互动、可参与、可共享成为网络地图信息服务的显著特征。作为位置服务基础的室内地图，常面临地图用户可移动、地图内容经常变化(商场倒闭、内部结构调整等等)、地图应用个性化等问题。因此，需要根据用户位置提供可定制、可交互的动态信息服务。

3 结束语

3G时代，移动位置服务正逐渐走入人们的日常生活，引起人们工作、生活和娱乐方式的深刻变革。随着室内定位技术的成功应用，室内地图及基于室内地图的位置服务具有巨大的潜在商机和广阔的发展前景。室内地图作为地理信息技术在移动网络终端的应用，对其开展相关理论和技术的系统研究，必将推动室内智能空间位置服务以及相关产业的快速发展。

[1]Klingbeil，L.，Wark，T..Demonstration of a Wireless Sensor Network for Real-time Indoor Localisation and Motion Monitoring[C].2008 International Conference on Information Processing in Sensor Networks，2008:9-50.

[2]NAKAJIMA M..Path Planning Using Indoor Map Data Generated by the Plan View of Each Floor[C].Pairs:25thInternational Cartographic Conference，2011.

[3]Carmine Ciavarella，Fabio Paterno`.The design of a Handheld，Location-aware Guide for Indoor Environments[J].Personal and Ubiquitous Computing，2004(8):82-91.

[4]Klippel，A.，Freksa，C.，Winter，S..You-are-here Maps in E-mergencies-The Danger of Getting Lost[J].Journal of Spatial Science，2006，51(1):117-131.

[5]Arto Puikkonen，Ari-Heikki Sarjanoja，Merja Haveri，Jussi Huhtala，Jonna Häkkilä.Towards Designing Better Maps for Indoor Navigation– Experiences from a Case Study[C].Proceedings of the 8th International Conference on Mobile and Ubiquitous Multimedia，2009.

[6]V.Radoczky.How to Design a Pedestrian Navigation System for Indoor and Outdoor environments[J].Location Based Services and Tele-Cartography Lecture Notes in Geoinformation and Cartography，2007(4):301-316.

[7]Nossum，Alexander Salveson.IndoorTubes A Novel Design for Indoor Maps[J].Cartography and Geographic Information Science，2011，38(2):192-200.

[8]Hans Jörg Müller，Johannes Schöning ，Antonio Krüger.Mobile Map Interaction-Evaluation in an Indoor Scenarios[J].GI Jahrestagung，2006(2):403-410.

[9]陶嘉明.基于ArcGIS的室内地图服务系统的设计与实现[D].北京:北京邮电大学，2011.

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

王富强(1982～)，男，河南开封人，博士研究生，工程师，主要研究方向为空间知识地图和全文检索。