室内位置地图数据处理的模型与方法研究

孙卫新

1. 32020部队，湖北 武汉 430070； 2. 信息工程大学地理空间信息学院，河南 郑州 450001

随着大型公共建筑的不断出现及其内部结构的日益复杂，室内位置地图作为人们认知室内空间环境的重要工具和各种室内位置关联信息的承载平台，已经成为导航与位置服务领域的研究热点。但是，由于室内外环境及对象特征存在较大差别，传统地图理论与方法对室内位置地图的适用性较差，特别是室内位置地图数据处理效率较低，很大程度上影响了大规模精准室内位置服务的开展。为此，本文以提高数据处理的自动化程度为目标，围绕室内位置地图数据处理的模型与方法开展了较为系统和深入的研究，主要工作及成果如下：

(1) 面向室内位置服务的功能需求，构建了包含空间数据处理、语义数据处理、路径数据处理和空间基准转换4个方面的室内位置地图数据处理内容体系。其中，空间数据是地图可视化和空间分析等功能的重要基础；语义数据是对象属性查询和智能服务推送等功能的重要基础；路径数据是室内导航与路径规划等功能的重要基础；空间基准转换是面向位置服务室内外一体化的功能需求，将室内数据转换至室内外统一空间基准。该内容体系为今后室内位置地图数据处理及相关研究工作提供了理论指导。

(2) 针对室内位置地图空间数据处理，基于面向对象的空间数据建模思想，建立了适用于室内环境特征的二维空间数据模型。以建筑平面图为数据源，通过墙体符号连通性恢复、墙体中线提取、拓扑关系构建等步骤，提出了一种空间数据的自动生成方法。以楼层位图为数据源，建立了空间数据交互式生成的主要流程，总结了几何数据采集过程中顾及要素特征的智能化处理方式。以上自动化和交互式处理方法，对于提高室内位置地图空间数据获取效率具有重要作用。

(3) 针对室内位置地图语义数据处理，建立了室内位置地图语义数据模型，探讨了适用于室内对象位置信息表达的7种语义位置模型，并在此基础上从位置感知、位置解析和位置匹配三个方面阐述了泛在信息室内语义位置关联的机制。提出了一种基于匹配度计算的语义位置匹配方法，建立了泛在信息与室内对象的匹配关系。以上模型与方法为今后室内位置服务中深度内容挖掘与动态信息迭加提供了基础支撑。

(4) 针对室内位置地图路径数据处理，面向室内环境中路径信息特征，建立了一种采用栅格空间描述室内可通行区域边界轮廓及其连通关系的栅格通行区域模型。该模型不仅具备栅格模型易于创建的特点，而且兼具网络模型适用于大范围室内场景的优势。另外，结合室内位置地图空间数据和语义数据特征，设计了室内栅格通行区域的自动提取算法。试验结果表明，该算法针对复杂室内环境能够有效实现栅格通行区域的自动提取，相比广泛采用的网络模型，栅格通行区域模型的路径规划结果更加符合人们在室内的路径行走特征。

(5) 针对室内位置地图空间基准转换，构建了包含6种转换关系的统一空间基准转换框架，研究了相应的坐标转换模型与方法。针对室内局部平面坐标系到地理坐标系的转换难点，提出一种基于过渡投影面的转换方法，通过少量共同点实现了统一空间基准的高精度转换。试验结果表明，基于过渡投影面的转换方法相比仿射变换和相似变换，能够显著提高转换精度，为今后室内外统一空间基准转换提供了新的思路和方法。