CN111854758A - 一种基于建筑楼cad图的室内导航地图转换方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法及系统，所述方法包括：对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；通过轮廓检测得到独立的房间数据，构造得到PATH标签下的SVG地图数据。本发明实现了DXF文件到SVG文件下PATH标签的数据自动化转换，减少了现有阶段的人工干预度，提高开发的效率。

Description

一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法及系统

技术领域

本发明属于室内场景的导航地图技术领域，具体涉及一种基于建筑楼CAD 图的室内导航地图转换方法及系统。

背景技术

室内导航从2010年以来成为研究的热门话题，与之密切相关的导航地图的获取制作成为研究中的关键步骤。室内导航指的是通过确定自身当前的位置从而寻找一条规划好的路径，帮助导航者从起始位置移动到最终的目标位置的一个过程。一般情况下，室内或者室外的路线导航规划，其均是通过计算用户当前位置与相应的多个路标点之间的距离以及方向来实现，通过不断地重复这个信息确定的过程就可以规划出最终的相应路径。目前导航有借助地图以及不借助地图两种方式，前者需要记录下所有的路况信息，后者则只需要借助路标等关键信息来达到动态决策的目的。但是研究表明，基于地图的可视化方式更受大众的推崇喜爱，即，借助地图以及基于路标等关键点的路径规划。在这种方式下必须借助地图，通过计算当前的实际位置与路标之间的距离和角度就可以得到用户的下一步的行动方案。

因此，获取实际可用的导航地图是需要解决的首要问题。为了获取最终的地图，势必需要既包含建筑物的轮廓信息又包括建筑物的比例信息的参照图。 CAD图——作为现在工程制图中使用最多的一种图形文件，同时也是伴随着大型建筑一起存在的文件而被如今的室内导航市场采用作为参照源图。SVG由于它多分辨率下不失真等特点被室内导航市场广泛采用作为最终的导航地图格式。而CAD图形和SVG图形之间的格式存在很大的差距，怎么从CAD图获取我们需要的SVG格式对应标签PATH下的地图成为亟待解决的问题。

现阶段室内导航地图的获取主要有两种方式，一种是人工阶段，即大部分工作都是由人辅助完成的。如：国内地图制造商蜂鸟云、易景等通过提供在线的地图编辑器帮助使用者完成地图的设计制作，其中用户需要根据提供的底图完成建筑物布局图的设计，各种POI兴趣点、导航点等的设计制作。另一种是通过高精度设备获取。如：图聚云公司则通过二维激光雷达来扫描周边信息以便获得房间的点云信息，然后通过对该点云数据进行拟合拼接进而来制作室内地图，相比传统的手动测绘来说精度高、效率高，成本高，但是该方法需要设备在真实的环境下扫描运作，对于一些不希望透露内部具体信息的公司则有点投鼠忌器，同时该方法针对CAD图来获取导航地图也不可用。因此研究基于建筑楼CAD图的室内定位与导航的导航地图的转换方法很有研究意义。

现有技术对DXF文件的提取已有相关的研究，但是针对DXF到SVG标签 PATH下的转换还没有解决方案。部分实际项目的需求中需要限制SVG的PATH 标签，因此需要研究基于DXF到SVG下PATH标签的数据转换方法。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法及系统，用于解决DXF文件到SVG文件PATH标签下的数据转换问题。

本发明第一方面，提出一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，所述方法包括：

S1、对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；

S2、对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；

S3、对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；

S4、通过轮廓检测得到独立的房间数据，构造得到PATH标签下的SVG地图数据。

优选的，所述步骤S1中，所述原始CAD文件为按层绘图的CAD文件， window层绘制窗户，wall层绘制墙体，所述CAD文件的具体对象中，采用分隔标志来指示直线之间的拼接。

优选的，所述步骤S1中，所述提取模型具体为：

从CAD文件数据中读取实体Entities，判断实体对象类型，若为INSERT 实体，存储图块的插入点坐标；若否，分别判断是否为Line、LWPolyLine、Circle 或Arc，分别读取并存储直线数据、折线数据、圆数据或圆弧数据；

对于图块，分别判断是否为Line、LWPolyLine、Circle或Arc，对于Line，读取直线数据和插入点坐标后存储，对于LWPolyLine，读取折线数据和插入点坐标后存储，对于Circle，读取圆形数据和插入点坐标后存储，对于Arc，读取圆弧数据和插入点坐标后存储。

优选的，所述步骤S2中，对所述初始房间数据进行中线提取具体包括：

墙体中线提取：读取候选直线，将所述候选直线作为外循环的直线，选取一条区别于外循环的直线作为内循环直线，判断两根直线是否平行，若是，判断两根直线是否符合墙体标准，对符合墙体标准的两根直线，计算所述两根直线对应的中线并保存；将此时内循环的直线标记为被处理，进行内循环，直到内循环结束；将外循环的直线标记为被处理，循环直到所有符合墙体标准的候选直线处理完成；

窗户中线提取：读取候选直线，将所述候选直线作为外循环的直线，选取一根区别于外循环的直线作为内循环直线，判断两条直线是否平行，若是，判断两根直线是否符合窗户标准，对于符合窗户标准的两根直线，更新最外面的两根窗户直线，并做标记，进行内循环，直到内循环结束；根据最外面的两条直线计算窗户中线，循环直到所有符合窗户标准的候选直线处理完成。

优选的，所述中线的计算方法为：

将相隔一定距离的多根平行线在简化为一根直线，设线段a₁a₂与线段b₁b₂平行，点b₁、b₂在a₁a₂上的垂直投影点分别为b₁′、b₂′，b₁′、b₂′的坐标计算公式为：

b₁和b₁′的中点m₁、b₂和b₂′的中点m₂的坐标计算公式为：

线段m₁m₂即为提取出的中线。

优选的，所述步骤S2中，所述近点连接采用阈值处理法，将距离在一定阈值范围内的断点被连接合并成一个点。

优选的，所述步骤S4中，所述构造得到PATH标签下的SVG地图数据具体为：

获取轮廓检测得到的各个房间的四个角点数据，设为(A,B,C,D)，自定义函数实现形如：<path d＝"M(A.x,A.y)L(B.x,B.y)L(C.x,C.y)L(D.x,D.y)Z"/>的拼接数据，构造得到完成的PATH标签下的SVG地图数据。

本发明第二方面，提供一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换系统，所述系统包括：

预处理模块：对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；

数据简化模块：对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；

数据构造模块：对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；通过轮廓检测得到独立的房间数据，构造得到PATH 标签下的SVG地图数据。

本发明的相对于现有技术具有以下有益效果：

1)通过分析建筑楼CAD图的相关格式的文件，从中提取导航所需的建筑物轮廓信息，过滤对导航没用的建筑物内部的相关物品的信息，提高了导航精度；

2)实现了DXF文件到SVG文件下PATH标签的数据自动化转换，SVG文件下PATH标签的数据符合实际项目的需求，同时极大减少了现有阶段的人工干预度，提高开发的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中系统的整体框架图；

图2为本发明实施例中初始CAD文件图；

图3为本发明实施例中绘制具体对象的作图方式示意图；

图4为本发明实施例中提取初始数据的流程图；

图5为本发明实施例中墙体和窗户中线的提取流程图；

图6为本发明实施例中中线提取坐标计算示意图；

图7为本发明实施例中中线提取结果示意图；

图8为本发明实施例中近点连接图；

图9为本发明实施例中对初始CAD文件的简化处理结果示意图。

图10为本发明实施例中未经细化的轮廓检测示意图；

图11为本发明实施例中的最终提取结果示意图。

具体实施方式

本发明通过通过分析原始CAD建筑图对应的格式文件DXF，从语义分析的角度提取出必要的初始房间轮廓信息；然后进行中线提取以及断点连接操作来进一步简化处理数据，最后利用图像处理的技术，先修复上一步断点连接中的缺陷，再通过骨架提取以及轮廓检测得到完整的独立个体数据，最后构造得到PATH标签下的SVG导航地图。

下面将结合本发明实施方式，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法的整体框架图，整体的框架包括三个部分，分别是数据预处理、数据简化以及数据的构造。其中数据预处理部分是指从原始CAD文件中提取初始房间数据。数据简化部分是指中线提取以及断点连接。数据的构造就包括后来的图像处理技术，如：开闭操作修复连接漏洞，骨架提取以及轮廓检测还原SVG 数据。

本发明的输入数据为原始CAD文件，初始CAD文件对应的图如2所示，所述原始CAD文件需为严格按层绘图的CAD文件，比如window层绘制窗户， wall层绘制墙体，并且其绘制具体对象的作图方式中，采用分隔标志来指示直线之间的拼接，请参阅图3，图中线条上的“图中代表分隔标志，指示这不是一条直线而是两条直线拼接而成。

本发明所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法包括如下步骤：

S1、对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；

请参阅图4，图4为根据建立的提取模型提取初始数据的流程图，参见图4 (左)，首先从CAD文件数据中读取实体Entities，读取一行代码判断实体对象类型，若为INSERT图元，存储图块的插入点坐标；若否，分别判断是否为Line、 LWPolyLine、Circle或Arc，分别读取并存储直线数据、折线数据、圆数据或圆弧数据；让后再读取一行代码，重复上述过程，直到Entities结束；

对于图块，参阅图4(右)，分别判断是否为Line、LWPolyLine、Circle或 Arc，对于Line，读取直线数据和插入点坐标后存储，对于LWPolyLine，读取折线数据和插入点坐标后存储，对于Circle，读取圆形数据和插入点坐标后存储，对于Arc，读取圆弧数据和插入点坐标后存储；再读取一行代码，重复上述过程，直到完成所有图块的提取。

通过分析对应的DXF文件具体内部表现规律，确定提取数据的方案。采用分层提取的方式，结合建立的提取模型可提取得到建筑物的初始房间数据，该初始房间数据为室内定位与导航所需的建筑物关键轮廓信息。提取得到初始房间数据后，可根据实际需要采用人工检查核对的方式进一步保证提取的准确性。

S2、对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；所述中线提取具体可分为墙体中线提取和窗户中线提取，请参阅图5，图5 为本发明实施例提供的墙体和窗户中线的提取流程图；

图5(左)为墙体中线提取流程图，首先读取候选直线，将所述候选直线作为外循环的直线，选取一条区别于外循环的直线作为内循环直线，判断两根直线是否平行，若是，判断两根直线是否符合墙体标准，对符合墙体标准的两根直线，计算所述两根直线对应的中线并保存；将此时内循环的直线标记为被处理，进行内循环，直到内循环结束；将外循环的直线标记为被处理，循环直到所有符合墙体标准的候选直线处理完成；

图5(右)为窗户中线提取流程图，首先读取候选直线，将所述候选直线作为外循环的直线，选取一根区别于外循环的直线作为内循环直线，判断两条直线是否平行，若是，判断两根直线是否符合窗户标准，对于符合窗户标准的两根直线，更新最外面的两根窗户直线，并做标记，进行内循环，直到内循环结束；根据最外面的两条直线计算窗户中线，循环直到所有符合窗户标准的候选直线处理完成。

请参阅图6，所述中线的计算方法为：

将相隔一定距离的多根平行线在简化为一根直线，设线段a₁a₂与线段b₁b₂平行，b₁、b₂在a₁a₂上的垂直投影点分别为b₁′、b₂′，b₁′、b₂′的坐标计算公式为：

b₁和b₁′的中点m₁、b₂和b₂′的中点m₂的坐标计算公式为：

线段m₁m₂即为提取出的中线，图7为中线提取结果示意图，图7中虚线即为中线。

所述近点连接采用阈值处理法，请参阅图8的近点连接示意图，将距离在一定阈值范围内的断点，连接合并成一个点。

本发明通过中线提取处理来简化数据，使得相隔一定距离的多根平行线在简化为一根直线的同时仍旧保留最初的轮廓形状，消除多余线段数据，然后进行近点连接修复断点，从而尽可能的构造封闭的整体，对图2的初始CAD文件的简化处理结果请参阅图9。

S3、对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；

通过开闭操作可修复连接的漏洞，由于实际作图的多样性，不存在一个阈值能够处理所有的断点情况，因此需要辅助图像的开闭操作进一步修复断点处；且上一步的开闭操作会改变图形的像素宽度，不经过细化的前提下检测轮廓存在干扰信息，如图10所示，图形检测出来的轮廓不止一个，因此需要进行细化处理。通过骨架提取操作，可进一步提高构造结果的正确性。

S4、通过轮廓检测得到各个独立的房间数据，构造得到PATH标签下的SVG 地图数据。

通过轮廓检测可以得到各个房间的四个角点数据，如某个房间的四个角点数据为(A，B，C，D)；PATH标签下的数据形式为：<path d＝"M250 150 L150 350 L350 350Z"/>。因此可以自定义函数实现形如：<path d＝"M(A.x,A.y) L(B.x,B.y)L(C.x,C.y)L(D.x,D.y)Z"/>的拼接数据，从而实现SVG上的PATH 标签下的完整房间数据构造。附图2的原始CAD文件处理的最终结果如附图11 所示。

PATH标签下的SVG数据是指将得到的房间坐标数据转换为SVG中指定的标签—PATH对应形式下的数据，而不是其他的内置标签，如Circle、PloyLine、 Rect等。这里限制SVG的PATH标签符合实际项目的需求，比如手机端室内导航，由于PATH标签用来定义形状的通用元素，PATH标签可以表示任意的矢量形状，通用性强。本发明将CAD的数据格式按照手机智能导航的SVG格式转换后去掉了原CAD中跟智慧导航无关的内容，并转化至PATH标签下，使之更加贴合手机端的要求，便于后续开发。

本发明发明提供了一种基于建筑楼CAD图的室内定位与导航的导航地图的转换方法及系统，利用DXF、SVG两种文件的共性来进行数据转换的自动化，极大减少了现有阶段的人工干预度，提高开发效率。

与所述方法实施例相对应，本发明还提出一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换系统，所述系统包括：

预处理模块：对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；

数据简化模块：对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；

数据构造模块：对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；通过轮廓检测得到独立的房间数据，构造得到PATH 标签下的SVG地图数据。

以上系统实施例与方法实施例是一一对应的，系统实施例简略之处，参见方法实施例即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施方式而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；

S2、对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；

S3、对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；

S4、通过轮廓检测得到独立的房间数据，构造得到PATH标签下的SVG地图数据。

2.根据权利要求1所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述原始CAD文件为按层绘图的CAD文件，window层绘制窗户，wall层绘制墙体，所述CAD文件的具体对象中，采用分隔标志来指示直线之间的拼接。

3.根据权利要求1所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述步骤S1中，所述提取模型具体为：

从CAD文件数据中读取实体Entities，判断实体对象类型，若为INSERT实体，存储图块的插入点坐标；若否，分别判断是否为Line、LWPolyLine、Circle或Arc，分别读取并存储直线数据、折线数据、圆数据或圆弧数据；

对于图块，分别判断是否为Line、LWPolyLine、Circle或Arc，对于Line，读取直线数据和插入点坐标后存储，对于LWPolyLine，读取折线数据和插入点坐标后存储，对于Circle，读取圆形数据和插入点坐标后存储，对于Arc，读取圆弧数据和插入点坐标后存储。

4.根据权利要求1所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述步骤S2中，对所述初始房间数据进行中线提取具体包括：

墙体中线提取：读取候选直线，将所述候选直线作为外循环的直线，选取一条区别于外循环的直线作为内循环直线，判断两根直线是否平行，若是，判断两根直线是否符合墙体标准，对符合墙体标准的两根直线，计算所述两根直线对应的中线并保存；将此时内循环的直线标记为被处理，进行内循环，直到内循环结束；将外循环的直线标记为被处理，直到所有符合墙体标准的候选直线处理完成；

窗户中线提取：读取候选直线，将所述候选直线作为外循环的直线，选取一根区别于外循环的直线作为内循环直线，判断两条直线是否平行，若是，判断两根直线是否符合窗户标准，对于符合窗户标准的两根直线，更新最外面的两根窗户直线，并做标记，进行内循环，直到内循环结束；根据最外面的两条直线计算窗户中线，直到所有符合窗户标准的候选直线处理完成。

5.根据权利要求4所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述中线的计算方法为：

将相隔一定距离的多根平行直线简化为一根直线，设线段a₁a₂与线段b₁b₂平行，点b₁、b₂在a₁a₂上的垂直投影点分别为b₁′、b₂′，b₁′、b₂′的坐标计算公式为：

b₁和b₁′的中点m₁、b₂和b₂′的中点m₂的坐标计算公式为：

线段m₁m₂即为提取出的中线。

6.根据权利要求1所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述近点连接采用阈值处理法，将距离在一定阈值范围内的断点连接合并成一个点。

7.根据权利要求1所述基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换方法，其特征在于，所述步骤S4中，所述构造得到PATH标签下的SVG地图数据具体为：

获取轮廓检测得到的各个房间的四个角点数据，设四个角点数据为(A,B,C,D)，自定义函数实现形如：<path d＝"M(A.x,A.y)L(B.x,B.y)L(C.x,C.y)L(D.x,D.y)Z"/>的拼接数据，构造得到完成的PATH标签下的SVG地图数据。

8.一种基于建筑楼CAD图的室内导航地图转换系统，其特征在于，所述系统包括：

预处理模块：对原始CAD文件进行语义分析，建立提取模型，分层提取得到初始房间数据；

数据简化模块：对所述初始房间数据进行中线提取和近点连接，得到简化后的图像数据；

数据构造模块：对所述简化后的图像数据进行开闭操作修复漏洞或断点，通过骨架提取进行细化；通过轮廓检测得到独立的房间数据，构造得到PATH标签下的SVG地图数据。

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