基于互联网技术的公共建筑室内导向系统初探

肖慧，石振庆，王永辉，刘猛，董红影

（滁州学院地理信息与旅游学院，安徽 滁州 239000）

1 概述

随着现代城市功能的不断升级，大型公共建筑数量日趋增多，结构功能也愈加复杂，用户群体无法快捷有效的到达预订的目的地，迷路等问题突现[1]。公共建筑室内导向需求迅速增长，使得室内地图以及导航定位研究成为室内导航研究的重要发展方向[2]。随着科技的发展三维建筑模型技术也日趋成熟，如何将三维建筑模型与室内导向系统结合也成了研究者们亟待解决的问题。

二维码识别技术是自动识别技术最底层的信息存储技术,有着成本低、存储数据多、识别性强的特点。随着移动网络的普及化,愈来愈多的企业和部门在建设中增加了移动互联网的应用强度,但由于移动终端存在大量地址记忆，使用时需将相应的移动网址输入至智能手机或平板电脑等移动设备中,增加了用户的接入成本,便捷度不高。而通过基于二维码的识别解码技术处理,以二维码为互联网入口、存储移动互联网网址，可大大提高现有的移动终端网络访问的便捷度。同时,随着二维码的广泛应用,具备二维码读取功能的移动智能设备也快速普及化。通过手机等便携式移动终端扫描建筑物大堂、电梯口等处的二维码,进入公共建筑导向入口，通过简单搜索和识别便能获得建筑物内部空间信息和位置服务。

2 室内导航系统的研究现状

据相关研究表明，人们在室内空间所花费的时间平均占比高达89%，如工作、学习、社交娱乐[3]。近年来，大型公共建筑数量和结构日趋复杂，基于室外定位导航等位置服务技术日趋成熟使得人们对室内导航系统及关键技术的研究进一步探索和深入。美国Arc Second公司早在20世纪90年代便开发了第一套名为室内GPS的导航系统；2009年谷歌推出了为建筑物提供室内地图服务的Google地图；2010年诺基亚研发了通过低耗能蓝牙和Wi-Fi网络进行室内定位的导航技术；诺基亚、索尼移动以及其它19家公司在2012年联合成立了“室内定位联盟”（In-Location Alliance）[4]。但是目前的室内定位系统还存在缺陷，GPS无法在室内、地下室很好的运行，WiFi网络和低耗能蓝牙导航技术提供的位置信息精准度不高，以及一系列的室内地图都是以二维地图的方式展现而在室内无法准确指出用户所在的位置。因此，一个结合空间基本信息和三维透视建筑模型的室内导航系统值得进一步研究。

3 面向室内导向的三维建筑模型

3.1 室内空间特点及三维建模

建筑室内空间是人造空间，范围广泛。通常被简要定义为人们活动时所处的建筑环境（如住宅、房屋等）[5]。建筑室内空间本身也是人们对空间布局和位置的认知与理性思考的结果。与室外空间相比，室内空间具有多变性、多层性以及封闭性的特点[6]。一栋建筑的室内空间是由多个子空间组合而成，根据不同的访问需求每个子空间的访问权限也有所区别。

随着科技经济发展以及市场需求的增长三维建模技术以其直观、可视、便捷的特点广泛应用于数字城市、虚拟场景、3D游戏等方面。常用的三维建筑模型主要为城市三维景观模型，三维景观模型仅用于可视化目的，通常以几何模型为主。与其相比室内三维模型根据建筑的不同类型和不同结构增加了更多的拓扑信息与空间数据[7]。

3.2 室内三维模型的特征

室内空间由其结构（墙、柱、门窗等）及设施（家具、装饰等）所构成的特殊性决定了其应采用泛化建模的方式以满足不同的空间信息需求。随着三维建模技术、计算机视觉、数据融合处理等技术的发展，为室内三维建模提供了技术与理论基础。考虑到建筑室内空间和人们行为的特殊性，室内三维建模应具备细节层次高、渲染精度适用，具有较高的信息共享和相互操作的特征，同时应具备相应的位置信息、拓扑关系及查询功能。

4 面向室内导向的三维建模与实例分析

4.1 室内导向三维模型构建

目前可提供三维建模的软件有有3DMax、Vega、Sketchup、AutoCAD、IMAGIS等，本文在已有的三维建模研究基础上对室内三维模型构建方法进行简要的分析，室内空间三维模型构建主要分为手工建模和自动化建模2种。

手工建模主要分为4步：①模型几何数据的获取，有建筑设计图则可以通过计算机导出数据获取，若无图纸则需要采用激光扫描仪、钢尺等工具进行人工测量；②纹理数据获取，主要通过相机拍照采集，再利用Photoshop进行修正处理获得；③构建室内三维模型，使用AutoCAD绘制室内平面图，再用Sketchup构建草图成品，最后用3dsMax软件进行渲染和贴图；④模型完善后将形成所适用的三维可视模型导出。

自动化建模则需要基于手持激光扫描仪或利用双目相机的SLAM（Simultaneous Localization And Mapping）系统[8]等多传感器对室内空间进行扫描以获取高精度数据，进行室内建筑三维模型初步构建与细化。但相比于手工建模，自动化建模设计算法更加复杂且价格昂贵，本文主要以传统的手工建模方式进行面向公共建筑室内导向的三维建模探索。

4.2 实例分析

本文以某学院办公楼（全楼共6层，各层布局相同）为例，首先经人工测量收集建筑的长宽尺寸、进深尺寸等外观数据。后根据获得的数据使用AutoCAD软件绘制某办公楼的各层平面草图，如图1所示。

图1 某办公楼一层平面图

将各层平面图导入至SketchuP软件中，在AutoCAD底图上利用建筑前期的实测信息建立办公楼内外三维模型，如图2所示。

图2 某办公楼三维模型

将模型导入3DMAX软件中进行渲染、贴图等修饰，增加三维模型的精细度，后利用FME转换为gml文件格式，将选取的已知点落于建筑物的主要出入口处，进行本地坐标与实际坐标互相转换，获取室内位置坐标信息。为实现三维建筑模型的精确性和可视化优越性模型必须具有一定的可维护性以及较强的扩展性，CityGML4J扩展包可提供技术支持，并能够对三维模型进行解析，将相关的语义信息及标志信息同时添加。要形成完整的面向室内定位的三维模型还需利用LandXplorer City GML Viewer对三维模型进行最后的修缮以及可视化编辑。

4.3 二维码的制作与使用

公共建筑导向系统以二维码作为导向系统入口，用户通过扫描二维码进入单体建筑导向系统。主要功能是提供信息检索、模型加载、场景匹配和组织，通过用户检索要求提取相关数据信息发送至个人移动终端。

二维码利用组件dotNetBarcode.dll进行制作。在系统中导入该动态链接库后，使用时即可生成该对象。该控件自带Type属性，可指定条码的类型，属性值包括 QRCode、Jan13、Jan8、Code39。本系统可选用QRCode作为二维码的码制类型，使用QRW rite Bar指定二维码大小，Save File Type用于保存二维码的文件类型，QR Save为保存生成的二维码。

在公共建筑导向系统中实现制作二维码的过程主要分为五个步骤：①定义二维码对象；②定义生成二维码对象的类型；③定义二维码对象的具体内容；④定义二维码对象的生成属性；⑤定义二维码对象的保存属性。二维码扫描界面初步设计如图3所示。

4.4 系统运用反馈

将制作出的二维码打印出来，张贴于办公楼入口处，通过对多位访客进行使用情况调查发现，系统营造一目了然的建筑内部空间分布信息，可避免使用者盲目寻找和进错门的各种尴尬，并且可以用情景导向的方式令使用者以最便捷的路径到达目的地，节约时间。另外通过系统可提供该建筑的全部信息，也为建筑文化爱好者提供了一个良好的信息平台。通过访客的使用情况满意度调查分析，该系统的运用推广具有广泛前景。

图3 二维码扫描界面初步设计

5 总结

智能导向的运用可以快速提高公共建筑内部信息化、数字化、动态化管理水平,并可与现代科学技术水平紧密结合。互联网的发展和智能化移动终端的普及决定了公共建筑室内导向位置服务发展的必然性。室内定位的传统定位的方式还存在准确和精度方面的问题，由于三维模型渲染和实时更新数据信息量过于庞大，个人移动终端后台加载模式有待进一步优化。