室内地图表达与制作方法研究

董振

（四川测绘地理信息局测绘技术服务中心，成都610081）

1 研究背景与意义

基于多种平台的新型室内导航技术的开发和利用受到了人们的普遍关注，加之移动储存设备（移动终端）的普及和第三方应用程序（APP）的兴起，将室内地图推向时代的前沿。

室内地图的研究和开发具有重要现实意义和应用价值。首先，在安全监管、交通物流、公共安全等领域有重要作用；其次，为普通人群提供全域全时精确室内导航，为高效现代化生活、办公提供了支持[1]。相信在将来，会有越来越多令人满意的产品推出。

2 室内地图与传统电子地图的区别

室内地图具有以下特点：（1）由无边界室外导航变有界室内位置服务。传统的电子地图多是为人们提供建筑物外广阔范围内的位置信息，而室内地图的主要研究目的是为用户提供特定建筑物结构信息和内部导航服务。（2）由二维表现变为三维显示。室内地图的表现方式是矢量化、三维式的，而一般网络电子地图多是平面化、二维式的。（3）室内地图针对特定环境的表达方式更具个性和关联性。（4）不同类型用户对室内地图的显示要求不同，具有定制性。

3 室内定位相关技术

1996年，为了达成FCC对为境内移动用户开发E-911紧急救援服务的要求，美国移动运营商和相关企业及技术部门共同采取措施，将定位技术的研发和推广作为重要目标，推出了一系列定位软件并应用。以下介绍常见的室内定位技术。

3.1 红外线定位技术

红外线定位的实现必须依靠红外线发射和接收设备等一些高科技光学传感器，主要原理是通过发射装置向四周发出特定波段的红外线，接收装置捕捉到线谱后，将其反射到发射装置进行定位。虽然其定位精度极高，但是有穿透力弱、传播距离短、易受干扰，并且只能直线传播等缺点[2]。

3.2 蓝牙技术

定位原理主要是通过将蓝牙设备以蜂窝状接入室内，确保各接收设备的局部自主性。此技术所用设备体积小、价格低、可与手机等移动设备高度集成，故适合应用于小范围场所的定位，如观影厅、办公室等。然而，昂贵的接入设备价格、信号抗干扰能力弱和复杂室内环境定位不准等缺陷使蓝牙定位技术的普及制造了障碍。

3.3 超声波定位技术

这一技术主要根据超声波反射原理进行高精度距离测算并主要运用三角定位法、最小二乘法确定物体所在地理位置。超声波定位的优点比较明显：定位精度很高、结构简单，但是其应用于室内定位时缺点也很突出，故广泛用于室内定位也并不理想。

3.4 RFID技术

RFID（射频识别）技术可实现射频产生发射装置和接收装置的远距离快速通信，根据分析接收信号的强弱判断距离和位置信息。其优点是能在短时间内准确确定大范围内所需信息，加之其辅助设备成本低和可实现视距外非接触式双向传播的特点，若进一步提高射频设备和移动终端的整合度，其在室内定位领域的广泛应用是指日可待的。

3.5 W i Fi定位技术

Wi Fi（无线网）网络技术的成熟，对社会生活发挥的作用愈发重要。无线网技术具有设计和使用成本低、与移动终端兼容性互联性好、传播距离较、信号强度较强等优点，适用于室内定位。

3.6 无线局域网技术

无线局域网技术的成熟运用推动了其在室内定位领域的广泛研究和应用，该技术凭借广阔的网络信息资源和无附加硬件设备等优势，到达低成本、高精度的目标，是如今这一领域的研究热点。

4 室内地图的表达

路径是指从一个地点到另一个地点的线路。因为2点之间有多条甚至无数条可能到达方式，为了减少路径选择的盲目性和时间浪费，需要找到最为合理的一条或者多条最佳路径。下面对室内地图路径表达进行简要说明：对于最短路径的计算和选择，现在主要运用D（行列式）算法和A*（伴随矩阵）算法计算得出一条起止点之间的最经济、省时、安全的路径。但是鉴于Dijkstra算法的发散性和无目的地性，越来越多的程序倾向于采用A*算法。A*算法的高效，要归功于启发式搜索的引入，它使终点位置信息融入了路径计算全过程，简化了计算步骤。精确高效算法的应用，让最短路径的生成成为现实。

5 室内地图的制作

5.1 空间认识问题

对于空间实体及其相互关系的认识，要从最基本的点、线、面、体入手，这是描述空间实体特征属性和彼此联系的基本方法和切入点。在地理信息系统中，点、线、面、体分别是对具有相应形状的物体及其位置、大小与运动状态等空间属性的描述和表示。此外，空间实体之间还包括毗邻、包容或关联等拓扑关系。

5.2 数据格式问题

室内地图的立体表达和制作离不开表示空间实体位置信息的矢量数据。用于精确记录空间三维实体坐标的矢量数据的存储格式以SHP格式为主，能统一对空间物体的几何特性进行规范描述并将这些数据以二进制编码的形式存储于数据包中。

5.3 瓦片图技术

电子地图数据的访问可依靠瓦块图技术实现，其原理是将需要显示的室内三维地图放大后进行栅格化处理并以一定规律分割成若干个小文件，最后将其存储与服务器端，供用户在访问时调取、查看使用。既能减少终端CPU占用量、提升系统运行速度，还能提高数据的安全性。

6 结语

在快速发展的信息时代背景下，位置信息成了人们日常不可或缺的宝贵信息资源之一。人们对基于位置的服务也越来越重视，特别是新兴的室内导航服务。目前，基于位置服务的室内地图客户端软件已经投入使用，比如，i Phone客户端版室内地图服务系统和基于android系统的室内地图APP等。各大系统总计已囊括了全国400多个城市的4300多个大型超市、体育场、写字楼、地下车库以及学校等建筑物。而在使用过程中，用户反馈的宝贵信息也在不断的为其功能、界面的改进和完善提供重要依据。今后，更应加大对这一领域的重视程度，增加科研力量和资金的投入，努力攻克前进道路上的技术障碍，为人们提供更加全面化、人性化的室内LBS服务。