面向路径查询的室内语义建模

Indoor Semantic Modeling to Support Path-Finding

Sisi Zlatanova、Liu Liu 等编写

Walter Yu 译

 

1、室内导航

      导航与位置服务是GIS领域发展很快的应用之一。目前，室内导航或室内外无缝导航得到人们的广泛关注。由于人们绝大部分时间都处在室内空间（如图1所示），当人们在复杂的大型室内环境时往往需要类似室外导航的许多应用服务。

图1 复杂室内空间示例

2、存在问题

      在室内数据获取、室内建模和用户个性化路径规划等方法存在许多挑战。虽然已经有一些不同类型的3D几何建筑模型以及面向不同目的的语义模型（如CityGML、BIM），但它们缺乏支持大量不同类型用户室内导航服务的有效信息。此外，由于导航网络和导航语义的差异，导致有些情况下室外路径规划方法难以完全应用在室内环境中。

3、室内语义建模研究

      Liu Liu 博士和Sisi Zlatanova教授研究了面向室内导航的语义建模，特别是针对复杂室内环境。他们提出了一种语义建模方法，叫做Indoor Navigation Space Model （INSM），与任意指定类型的建筑物划分密切相关，如图2所示。它不仅定义了支持导航的所有需要的建筑要素，而且与建筑组件（如房间、门、楼梯灯）的几何进行关联。

      INSM的一个优点之一就是能够用于几乎所有类别的几何模型。INSM的基本语义包括Navigable Space Cell(如房间或空间)，简称NSC，Opening（如门或窗户），Obstacles（如桌子、护栏、其他家具等）。NSC的重要概念包括：1)支持水平移动的水平单元（Horizontal Unit），包括水平连接空间（如走廊）和End（仅仅连接了一个其他的房间）；2）支持上下移动的垂直单元（Vertical Unit），如楼梯或电梯；3）垂直连接空间（Vertical Connector），它是一种特殊的水平单元，表达了其他水平单元和垂直单元。基于INSM的语义，就可以提取出路径模式（path pattern），并利用路径模式支持路径查询。

图2 Indoor Navigation Space Model （INSM）

      他们也提供了一种从一些语义数据格式（如CityGML LoD4 或者BIM IFC）进行转换的方式。INSM中的语义不是许多现有的数据格式中所固有的要素。例如，可以将CityGML LoD4和BIM IFC两种类型的语义数据作为输入，用INSM的语义丰富这些数据。这种转换方式也支持包含有所需分类信息（如楼梯和电梯）的数字楼层平面图。

      从CityGML数据中导出连通图（Connectivity Graph），如图3、4所示。

图3 生成逻辑模型

图4 从Floor Plans生成导航模型

      从IFC模型中导出连通图（Connectivity Graph），如图5所示。

图5 从IFC模型中导出连通图

4、两层导航方法研究（Two level approach for navigation）

      在INSM基础上，设计实现了一种两层室内路径规划方法。在粗略层（Coarse Level），从INSM中导出连通图，即逻辑路径；在详细层（Detailed Level），计算出没有障碍物房间的详细几何路径。通过结合室内语义建模和两层策略，能够生成用户个性化室内路径。在多路径选择时用户属性和偏好时重要的依据。

      粗略层的路径，如图6所示。

图6 粗略层路径

      详细层路径，如图7所示。

图7 详细层路径

5、参考资料

[1] https://3d.bk.tudelft.nl/projects/indoor/

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