室内导航技术目前的发展探析

雷 潭 初云燕

(山东协和学院，山东 济南 250000)

室外导航技术目前已经比较成熟，使大众在生活中已经习惯依赖于科技带来的移动信息技术的便捷。随着生活中建筑物体量越来越大，建筑物内部所承载的事物对象也就越来越多，人们在陌生的复杂建筑物内部很多时候还需要与人交流才能获得路径和定位信息，这与信息化依赖的习惯冲突，使得对室内导航的技术需求越来越显现出来。室内导航技术与室外导航技术在本质上是一样的，都需要三种技术支撑才能展开，分别为室内定位技术、室内地图、路径规划技术。

1 室内定位技术

室内导航定位技术的分类方法，学者有不同的分法。有的学者根据定位的覆盖范围、定位的位置类型、定位的精度进行分类；有的学者将定位技术从位置感知、信号测量(基站)以及传感器(卫星)的类型这个角度进行分类；还有的学者根据导航定位的算法思想进行分类。这些分类方法都促进了室内定位技术的发展。

不论基于哪一种分类方法，目前室内导航技术采用的定位方法主要有以下几种：邻近探测法、质心法、极点法、三角定位法、多边定位法、航位推算法、指纹法、遮蔽法。这些方法里有的基于基站定位，如邻近探测法、遮蔽法、质心法；有的基于地磁定位，如指纹法；有的是基于蓝牙或者超声波定位，如三角定位法和多边定位法；还有的是基于惯性导航的，如航位推算法。不管哪种方法，都有各自的优缺点，有的方法布设成本低、计算量小也易于搭建，但是精度的提高依赖于参考点的布设密度；有的方法精度比较高，对参考点的依赖程度较低，但是工作量太大，可扩展性不高或者成本太高，不适合推广使用。室内导航定位技术的精度因为采用的方法不同也不尽相同。有的室内定位技术定位精度高，但是覆盖的范围太小，且消耗的功耗太高；有的室内定位技术定位精度低，消耗功耗也很高，但是其覆盖的范围却可以比较大。

为了能利用目前流行的室内导航定位技术和方法的优点，学者在已有的技术和方法的基础上进行改进，以谋求滤除噪声干扰、优化定位的估算坐标、对计算结果进行校正，从而提高准确性的同时有更高的数据精度、稳定性和更大的覆盖范围。

2 室内地图

室内导航的实现需要预先建立相应的室内地图数据。室外导航以车载系统为主，公路路网是简单的折线和曲线集合，所以室外导航地图的构建，可以依靠传统的地图测绘方法结合数据更新技术完成。但是，室内导航以个人用户为主，人的活动区域是自由的。并且室内空间一般会由阻碍通行的结构物隔开，比如墙体、桌椅等。同时还会存在不可通行的区域以及不可直接进去的区域。所以室内导航地图构建最好可以形成不依赖专业人员的自动测绘方案。

目前，室内导航地图构建处于发展过程中，可以分为两类：一类方法是对室内地图的数据组织和存储方式进行研究，引入地图模型的设计方法，结合矢量化技术或者网格采集图层等技术，通过室内地图模型进行构建；另一类方法是通过机器人跟踪技术绘制室内障碍物的形式进行室内地图的构建。

建筑信息模型BIM是三维实体模型，它包含实体构建的位置信息、尺寸关系以及构建的材料属性等信息，以数字的形式存储，将与项目相关的信息集成，使用过程中允许工程师随时修改与获取信息。这种模型信息表达直观，可以形成交互式的操作，克服了二维图纸专业间相互割裂的弊端。因此，BIM可以在位置信息服务领域为建筑物室内导航提供数据支持，通过数据的提取，实现室内地图的构建，为室内路径规划提供基础。

3 室内路径规划技术

室内路径规划是导航服务的核心展示形式。在建筑物内部，人们会要求按照自身的需求去规划最优路径，而当发生紧急状况时，室内路径还应根据不同出入口的通过权限和流通量做出相应的调整，所以与室外导航的路径规划存在很大的区别。

复杂环境下的室内路径规划问题本质是寻找最短路径，是一类组合优化的问题。解决这类问题主要靠路径规划算法，实现路径的自动规划。目前比较流行的算法主要有A*及其改进算法、实时搜索算法、智能算法、多代理路径搜索算法。尽管学者不断的对算法进行改进，但是由于室内环境的结构比较复杂以及规划要求的多样性，目前室内路径规划的问题仍然有很大的提高空间。

室内导航的研究日益得到关注与重视，其应用也越来越普及，未来的智慧城市以及智慧建筑的建设都离不开室内导航技术。经过学者的不懈努力，未来会出现精度高、成本低、适用于大众需求的室内导航服务，使人们的生活更便捷。