室内地理信息系统的设计与实现方法

2014-06-27李悦康陈玉成

测绘通报 2014年7期

关键词：光谷步行街店面

杨乃，李悦康，陈玉成

(中国地质大学信息工程学院，湖北武汉 430074)

室内地理信息系统的设计与实现方法

杨乃，李悦康，陈玉成

(中国地质大学信息工程学院，湖北武汉 430074)

指出室内地理信息系统与室外地理信息系统的不同之处；根据室内地理信息系统的特点，以世界城光谷步行街大型商场为例，从需求分析、数据组织与管理、系统架构等角度，提出室内地理信息系统的设计与实现方法；并基于Adobe Flex＋MapGIS K9成功开发出中国光谷步行街公共服务系统，对医院、机场、停车场等类似服务信息系统的研发具有一定的参考价值。

室内GIS；室内空间；电子地图；MapGIS；Flex；二次开发

一、引言

当前，室内导航和定位已受到越来越多的关注，与之相辅相成的地理信息系统(GIS)从室外走向室内已是大势所趋，尤其是随着数字城市、智慧城市建设的展开，不结合室内场景的应用将无法形成一个完整的体系[1]，室内GIS也成为数字城市、智慧城市进一步发展的必然。作为数字地球大亨的谷歌公司已推出自己的室内地图，用户可以用其寻找最近的卫生间，或在机场寻找登机口[2]。包括诺基亚、索尼和三星等在内的 22家企业共同成立了 In-Location室内定位联盟[3]，室内GIS必将成为该联盟内各家企业重要的研究内容之一。由于室内空间与室外空间存在较大的差异[1]，室内电子地图与室外电子地图相比也各有特点[4]，因此，室外GIS的设计与实现方法并不完全适用于室内GIS，有必要专门针对室内GIS进行系统研究。目前，相关文献并不多见，文献[5]认为室内GIS的核心理论和技术包括定位技术、建模方法和数据库管理三大方面；文献[6]从空间数据库和空间数据模型的角度阐述了室内GIS的核心构成；文献[7]考虑到室内跨楼层的问题，讨论了概念化的楼层网络。本文将对室内GIS和室外GIS进行系统性对比，并通过一个实例介绍室内GIS的设计与实现方法。

二、室内外GIS对比分析

室内外GIS的差异主要体现在空间数据及其组织管理、空间维度、用户群体、功能特征等方面。

1.空间数据特征

(1)数据源

室外GIS的数据来源主要有地图数据、遥感数据、测量数据、数字资料、文字报告等[8]；室内 GIS的数据来源主要有建筑平面图、室内规划设计图纸、数字资料、文字报告等。

(2)比例尺

我国共有8种基本比例尺地图，包括1∶5000、1∶1万、1∶2.5万、1∶5万、1∶10万、1∶25万、1∶50万、1∶100万[9]。室外 GIS涵盖了上述大、中、小各种比例尺地理数据；室内GIS都是大比例尺地理数据，如建筑物或构筑物的平面图比例包括1∶50、1∶100、1∶150、1∶200、1∶300[10]。由此可以看出，室外GIS的地理数据覆盖范围要远远大于室内GIS。

(3)要素类别

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、居民地及设施、交通、管线、境界与政区、地貌、土质与植被等[11]；室内GIS以人文地理要素为主，包括服装店、餐饮店、家具店、电器店、教育培训场所、娱乐场所、公共设施等。

2.空间数据组织管理

室内外GIS在空间数据组织管理上的差异主要体现在两个方面：①室外GIS的数据均处于同一个平面层上，并辅以Z方向上的高程属性；而室内GIS由于楼层的原因，同一区域内往往对应有不同楼层的数据，在空间数据组织管理上需分楼层考虑。②室外GIS经过数10年的发展，已经形成了一套完善的基础地理信息要素分类与代码国家标准[11]，上文已指出室内GIS在要素类别方面与室外GIS存在较大差异，因此，在其分类编码上也需重新进行设计与规划。

3.空间维度

室外GIS是基于地形表面的相关应用，其空间维度严格意义上应为2.5D；室内GIS是基于建筑结构模型的应用，在垂直方向上分布有不同的楼层及其相关地物，其空间维度可达真3D[1]。室内外GIS一体化融合将是今后GIS发展的一个方向。

4.用户群体

室外GIS的用户群体相对广泛，面向不同的行业应用领域，需要根据行业性质划分不同的用户群体，这些用户群体往往具有较强的专业性；面向大众应用领域，并没有特定的用户群体，用户需求呈现多样化的特点。室内GIS的用户群体相对单一，针对不同的室内场景，具有特定的用户群体，这些用户群体具有较强的目标指向。如在商场内，室内GIS主要针对逛街人群，这类用户以找到某一店铺为主要目的；在机场内，室内GIS主要针对登机乘客，这类用户以找到安检通道和登机口为主要目的。

5.功能特征

由于空间上的约束，室内GIS在功能特征方面与室外GIS也存在差异。①路径查询功能：人们在室内大多以步行为主，在楼层分隔的地方有人行步梯、手动扶梯和垂直升降梯3种选择；而在室外的出行方式则更加多样化。因此，路径查询功能必定有所不同。②统计功能：室外GIS常以某街区、某行政区域等为单位进行统计；室内GIS则主要以楼层、房间为单位进行统计[1]。③空间分析功能：室外GIS提供的多是基于地理特征的空间分析功能；而室内GIS提供的多是基于建筑结构特征的空间分析功能[1]。

三、室内GIS的设计与实现

室内GIS在大型商场、医院、机场、停车场等场所大有用武之地，能够为用户提供购物导航、门诊科室导航、登机口查询、停车位查询、紧急疏散、逃生路线选择等服务。本文通过中国光谷步行街公共服务系统的研制，对室内GIS的设计与实现方法进行了研究。

1.需求分析

世界城光谷步行街位于武汉市武昌区鲁巷广场，全长1350 m，是目前世界上最长的步行街，也是武汉最大的商业综合体，形成了集购物、餐饮娱乐、旅游观光、休闲健身、商务办公、酒店于一体的一站式服务体系，已成为武汉市乃至华中地区人气最高的消费娱乐中心和节庆中心，日均客流量达15万人次，周末客流量达30万人次，节假日高峰客流达100万人次。用户对中国光谷步行街公共服务系统的需求主要表现在商铺信息(位置、类型、商品、价格、店主等)、路线信息(安全通道、最优路径等)、基础设施信息(消防栓、洗手间、咨询服务点等)等方面的查询、统计、分析、管理、显示等。

2.数据的组织与管理

系统对涉及的各种数据分类别、按楼层进行组织与管理。目前对于室内地理信息要素的分类并没有形成国家标准，因此，该系统参考《基础地理信息要素分类与代码》(GB/T 13923—2006)国家标准。在系统的研发过程中，要素分类采用线分类法，要素类型按从属关系依次分为4级：大类、中类、小类、子类。其中，大类包括商店、餐饮、娱乐、生活、公共设施、服务管理、教育培训和其他8个大类；中类在上述各大类基础上划分出日用百货商店、化妆品店、家用电器、鞋店等24类；要素名称作为隐含类在小类中体现；子类旨在为区别名称相同的店面(如连锁店)或独立要素(如停车位，灭火器等)而设置的类别码。

综合考虑光谷步行街的要素数量、分布、类别等因素，分类代码采用9位十进制数字码，将大类、中类、小类、子类分别设置为1位、2位、3位、3位。不同场合的室内GIS可依据以上3种因素设置这4种要素类型所占的位数。具体代码结构如图1所示。

图1 要素分类编码图解

1)左起第1位为大类码。

2)左起第2、3位为中类码，是在大类基础上细分形成的要素类。

3)左起第4、5和6位为小类码，是在中类基础上细分形成的要素类。

4)左起第7、8和9位为子类码，是在小类基础上细分形成的要素类。

如本系统中光谷商城一楼商场达芙妮(全国知名鞋店)的分类代码为108058000；新粤粥府(广州特色小吃店)的分类代码为204015000；韦伯英语(英语培训机构)的分类代码为700006000。

3.体系架构设计

系统分为三大模块：基础模块、特色模块和辅助模块，各模块又由若干子系统组成，总体架构如图2所示。

图2 系统体系架构设计

1)基本功能子系统：提供地图缩放、漫游、鹰眼、店面查询等最基础的应用功能。

2)数据管理子系统：提供地理数据库和属性数据库的检查、更新、维护等功能。

3)查询子系统：提供要素查询和最优路径查询功能。其中，要素查询功能为用户提供精确查询或模糊查询，用户通过在搜索栏输入要素名称，系统将根据用户输入的关键字模糊查找地理数据库中的相关要素，并将要素名显示在提示下拉框中，当用户精确输入或选择某一要素名称时，该要素在地图中将闪亮显示。最优路径查询功能通过调用MapGIS的NetAnalyse模块即可实现，提供两种使用模式：一是输入起始位置周围的某一要素名和终点位置周围的某一要素名，然后单击路径搜索，系统将迅速显示合适的路径，如果要素名有重复，系统会提示用户进行二次选择；二是用户可以根据自己所处的位置在地图上标注起始点和终止点，然后点击搜索生成最佳路径，如图3所示。

图3 最优路径查询

4)系统管理子系统：提供用户注册、意见反馈、系统维护等功能。该子系统将用户分为游客、普通注册用户、店主和系统管理员4类。游客(未注册用户)可以进行缩放、浏览、查询等基本操作；游客经过注册成为普通注册用户，可以对感兴趣的店面进行收藏，并且具有提问、投诉等权限；店主可以更新自己店面的信息，包括LOGO、促销信息、联系方式等，并能与普通注册用户进行互动，回复普通用户的提问；管理员具有维护整个系统的最大权限，包括更新店主信息、为未出租商店注册信息成为新的商店、注销撤走的商店、回复普通注册用户或店主的提问和投诉、用摄像头监控商场实时情况等。

5)分析子系统：提供按楼层分类统计分析、按店面类型分类统计分析和按用户收藏点击量分类统计分析等功能。按楼层分类统计分析功能主要实现各个楼层的各类商店(如服装店、百货商店、化妆品店等)数目统计及对比分析显示；按店面类型分类统计分析功能可以统计同一种类型的店铺在不同楼层中的分布情况，如图4所示。

图4 分析子系统运行示例

6)综合业务子系统：提供摄像头监测、店面收藏等功能。摄像头监测主要为系统管理员提供监控商场实时信息，对突发情况(如火灾、打架斗殴等)作出及时响应等功能；店面收藏功能主要便于普通注册用户收藏感兴趣的店面，同时提供修改收藏原因、删除收藏店面、显示收藏店面信息等功能。

7)帮助子系统：提供友情链接和查看商场介绍视频等功能。用户通过该子系统可以访问其他与光谷步行街相关的网站，并可以观看相关视频，了解更多的光谷步行街信息。

4.系统实现

系统开发语言为C＃＋ActionScript，开发环境为Adobe Flex 3.0，地理信息软件开发包为MapGIS K9 sp3二次开发大赛版。系统实现后的用户界面如图5所示。

图5 系统用户界面

四、结束语

本文对室内外 GIS进行了系统比较，并基于Adobe Flex＋MapGIS K9研发了中国光谷步行街公共服务系统，该系统荣获2012年全国MapGIS二次开发B/S高级组大赛优秀奖。该系统的成功研制对其他场合的室内GIS设计与实现具有一定的借鉴意义。随着室内导航与定位技术不断取得突破，相信未来在移动终端的室内GIS将大有所为；尽管如此，譬如跨楼层、不同类型楼梯之间的最优路径分析等更深层次的问题还有待进一步研究。

致谢:感谢中国地质大学(武汉)计算机学院龚题、王沙沙，以及信息工程学院卢素斋、高广旗、王新玮等同学在中国光谷步行街公共服务系统研发过程中作出的贡献。

[1] 李德仁，刘强，朱庆.数码城市GIS中建筑物室外与室内三维一体化表示与漫游[J].武汉大学学报：信息科学版，2003，28(3)：253-258.

[2] 唐隆辉.谷歌升级移动地图服务室内导航或成杀手级应用[N].通信信息报，2011-12-07(A14).

[3] POTTLE J.GNSS：In Pole Position[J].Geospatial World，2012(11)：21-24.

[4] 盛庆，邓中亮，徐连明，等.基于GIS室内定位和导航的电子地图设计与应用[J].北京联合大学学报：自然科学版，2012，26(1)：23-27.

[5] 肖森，李响.室内空间地理信息系统的研究与应用[J].测绘与空间地理信息，2010(5)：38-40.

[6] 钱小敏，陈斌.室内GIS的研究现状与前景[J].地理空间信息，2012(4)：73-75.

[7] 徐效波，吴华玲，郭先春，等.基于GIS交通网络的室内3维网络模型研究[J].地理信息世界，2012(2)：61-64.

[8] 吴信才.地理信息系统原理与方法[M].2版.北京：电子工业出版社，2009：86-87.

[9] 祝国瑞.地图学[M].武汉：武汉大学出版社，2004：3-4.

[10] 中国建筑标准设计研究院.GB 50104—2010建筑制图统一标准[S].北京：中国标准出版社，2010：8-9.

[11] 国家测绘局测绘标准化研究所.GB/T 13923—2006基础地理信息要素分类与代码[S].北京：中国标准出版社，2006：1-2.