CN104040289B - 利用区域或建筑物的占用率来进行人员流仿真 - Google Patents
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Abstract
用于为在预给定的区域或建筑物内的至少一个对象计算路线的方法和设备,其中,借助合适的传感器系统确定对象的当前位置数据,其中,将相应当前位置数据用于对象流仿真,其中,基于所述对象流仿真的结果为在预给定的区域或者建筑物中的输出装置分别提供所更新的路线指导信息。对象的当前位置数据尤其通过利用近场通信(NFC)的效应——例如通过RFID技术来确定。
Description
技术领域
本发明涉及一种用于为在预给定的区域或建筑物内的至少一个对象计算路线的方法和设备。此外,本发明涉及一种用于识别在预给定的区域或建筑物内的人员的危险状况的设备。
背景技术
针对对象的人员流仿真以及路线计算在规划基础设施情况下以及在从区域或建筑物中执行人员疏散情况下起越来越大的作用。
存在用于通过视频系统或RFID技术来求取空间或建筑物的占用的方法和设备。对此,例如参见美国专利文献US 7,076,441 B2。然而,在此,首先能量消耗的优化或者空间使用者的舒适很重要。因此,例如可以使工作场所照明匹配于各个需求,或者在离开工作场所时可以使工作场所照明自动地熄灭。在另一种场景中,将占用信息一起考虑进暖气装置/空调设备的调节中。此外,已经存在很多系统,其中利用所述系统能够对特定路标处的人员或对象进行计数或者标识,例如传统的入场控制系统或货物安全系统。
发明内容
本发明的任务是,提供一种用于为预给定的区域或建筑物内的至少一个对象计算对于对象的相应状况适当的路线的方法和设备。
所述任务通过一种用于为在预给定的区域或建筑物内的至少一个对象计算路线的方法来解决,其中,借助合适的传感器系统计算对象的当前位置数据,其中,将相应当前位置数据用于对象流仿真,并且其中,基于对象流仿真的结果分别为在预给定的区域或建筑物中的输出装置提供所更新的路线指导信息。通过对象流仿真尽可能逼真地模仿对象——例如人员——的运动,以便从中例如能够推导关于从对象(例如建筑物)中疏散人员的陈述。
通过位置信息用作用于对象流仿真的起点,能够专门为相应的对象计算专用路线。例如相应的对象(例如人员或车辆)如何从其当前所在地尽可能快速地到达最近的紧急出口。由此能够实现例如预给定的区域或建筑物的有效的疏散。在区域上或建筑物中的输出装置(例如屏幕或显示板)上能够为特定的对象或对象组显示逃生路径标志。此外,能够通过技术管理系统向在危险状况中的逃生人员有针对性地、专门地和协调地传送路线信息。原则上也可能的是,传送路线信息到人员的移动设备上。但对此需要的是,能够将移动设备(例如智能电话、PDA)明确地分配给人员,例如通过人员经由互联网或在进入该区域或建筑物时向管理系统事先登记。
此外,对于对象流仿真使用危险源在预给定的区域或建筑物中的排放扩散(Emissionsausbreitung)。人员的运动行为也遭受例如通过不同种类的排放引起的动态影响。由此建立对象流仿真、尤其人员流仿真和排放扩散模型之间的直接耦合。用于对危险扩散进行仿真的排放扩散参数在此通过由传感器提供的测量值(例如温度分布、空气流动)来推导。例如可以连续地计算排放的扩散。在此,将连续地计算的排放扩散与离散的人员流模型或者对象流模型耦合。在此,在每一个时间步中,排放扩散模型为接受这些值而离散化,其中,在排放扩散模型本身中始终连续地计算排放的扩散。为了高效地计算仿真模型,例如可以使用所谓的快速行进算法(Fast Marching Algorithmus)。该计算例如可以在具有相应的软件的商业上通用的PC上进行。
本发明的一个有利的构型在于,通过近场通信(NFC)确定对象的当前位置数据。在近场通信(NFC)情况下,在短路段(数厘米)上进行数据交换。由此,能够以简单的方式实现在发射器和接收器之间的安全分配,尤其是在对等分配的情况下。
本发明的另一个有利的构型在于,使用RFID技术作为传感器系统,其中,RFID应答器可靠地与所述对象连接,并且其中,所述RFID读取器的天线安置在预给定的区域或建筑物中。在特定的时刻对建筑物或者区域(例如被人员)占用的确定例如可以通过将RFID天线集成到地面中或者底板中来解决。天线基本上由金属线圈组成,所述金属线圈能够成本低地被制造。在此,在每一个地砖中装入完全能运转的天线线圈。多个地砖在此可以连接成一个天线矩阵。于是,通过RFID控制器能够相继激活和分析处理矩阵的不同元件。相应的元件的位置被保存在RFID控制器中;也就是说,如果识别到特定天线元件的特定ID,则可以由RFID控制器明确地确定,所属的对象或者所属的人员在该空间中位于哪里。RFID应答器(RFID标签)在此必须尽可能可靠地与待标识的对象或者与待标识的人员连接。用于固定地将应答器分配给人员的可能性是例如安置在鞋底中,或者另外安置在鞋袜中。该可能性尤其对于安全关键的范围是适用的,在所述安全关键的范围中原本穿戴预给定的鞋袜作为工作服的一部分(例如,实验室环境、发电厂、医院等)。此外,安置在鞋处具有以下优点:能够使用相对成本低的无源RFID应答器,其原则上仅仅在近距离中有效。通过将有效性限于近距离能够实现到激活的天线元件的明确分配。一旦在待监视的范围中识别到人员,则位置信息例如可以用作用于人员流仿真的起点。因此,例如能够计算,相应的人员如何从其当前所在地尽可能快速地到达最近的紧急出口(有效的疏散引导)。
本发明的另一个有利的构型在于,所述传感器系统由传感器网络组成,以确定所述对象的运动方向,并且其中,也将所述对象的运动方向用于所述对象流仿真。多个地砖例如可以被连接成一个天线矩阵。于是,通过RFID控制器能够相继地激活和分析处理该矩阵的不同元件。因此,能够通过简单的方式对于对象或人员识别运动模式和运动方向并且将其用于对象流仿真,以便为相应的对象计算专用路线指导。类似地,能够在传感器网络中如此对多个摄像机进行布线,使得能够执行人员位置的在地区范围内(flächendeckend)的跟踪。
排放例如包括热量排放或有害物质排放或烟雾排放,其通过排放源或火源引起。排放可以通过直接接触影响所观察的人员流,例如其方式是,通过排放使人员受伤,或者间接地影响所考虑的人员流,因为所述排放改变或影响人员的前进速度。例如人员倾向于藏身于建筑物的烟雾迷漫的范围,其中前进速度由于有限的能见度和爬行而减慢。在此,人员流也可能通过可能的排放而间接地受影响,其方式是,人员尝试通过选择替代的逃生路径或路线来绕开在该区域内的受损害区,或者使他们的行为相应地匹配该状况,例如在躲避排放时提高他们的运动速度。此外可能的是,人员也影响排放自身的规模或扩散速度,其方式是,他们例如打开建筑物中的门或窗,并且因此例如通过改变了的气流影响排放扩散。必要时也能够将通过在场人员执行的消防措施的影响一起引入所述模型中。
本发明的另一个有利的构型在于,基于相应的位置数据专门为对象或为对象组提供所述路线指导信息。由此能够例如将人员或者人员组有针对性地根据其相应的位置引导到紧急出口,而且在考虑其他第三人员的位置的情况下。由此能够实现有序的总疏散。
本发明的另一个有利的构型在于,基于与对象相关的数据专门为对象或为对象组提供所述路线指导信息。例如能够经由在调度台中的摄像机监视或紧急情况警报来识别与对象相关的物——例如人员的健康状态(受伤的人员、昏迷的人员),并且将其用于路线指导信息的计算。
本发明的另一个有利的构型在于,通过监视摄像机检测对象,并且借助视频分析来求取所述对象的当前位置。在这种情况下人员信息的跟踪在技术上较困难,而尽管如此所述方法具有以下优点:能够成本低地在现有的基础设施中被加装。视频分析处理的结果必要时可以用借助其他技术检测的结果调准并且组合。
本发明的另一个有利的构型在于用于为在预给定的区域或建筑物内的至少一个对象计算路线的设备,所述设备包括:
安装在所述区域或建筑物中的合适的传感器系统,其用于确定对象的当前位置数据;
用于执行位于所述区域或建筑物中的对象的对象流仿真的计算单元,其中,将相应当前位置数据和危险源在预给定的区域或建筑物(Obj1)中的排放扩散用于所述对象流仿真,和
用于基于所述对象流仿真的结果输出分别更新的路线指导信息的输出装置。所述设备可以从商业上通用的硬件部件和软件部件创建。作为传感器系统例如可以使用商业上通用的RFID传感器系统或者具有人员识别(视频分析)的摄像机系统。作为计算单元可以使用个人计算机(具有处理器、输入/输出装置和通信装置(有线的或无线的)。在计算单元上通过合适的仿真程序执行对象流仿真或人员流仿真。作为用于输出路线指导信息的输出装置可以使用监视器、显示板、具有活动灯光字幕的LCD显示器等。此外,可选地能够操控用于保障和/或加速人员疏散的执行器。执行器可以是用于操作门、窗、梯等的执行器。例如,执行器也可以是用于主动阻止相应事件的装置,例如是洒水设备等等。
对于技术人员显而易见的是,所描述的方法和设备并不限于来源于视频分析或RFID分析处理的数据。对此所需的人员位置数据也能够利用其他技术求取,例如借助压敏底板、激光扫描仪或光栅。
附图说明
在附图中示出并且下面阐述本发明的实施例。
在此:
图1示出本发明的示例性的第一原理图;
图2示出本发明的示例性的第二原理图,其具有在输出媒介上的示例性的与人员相关的提示;
图3示出用于将RFID应答器安全地安置在人员处的例子;以及
图4示出示例性的地面覆层,其由RFID天线矩阵组成。
具体实施方式
图1示出用于本发明的用于确定建筑物或者区域占用的示例性的第一原理图。在特定时刻对建筑物或者区域被人员P1占用的确定例如通过将RFID天线Rl、R2集成到地面F1中(用于确定建筑物占用)或者底板(用于确定区域占用)中来解决。天线Rl、R2基本上由金属线圈组成,所述金属线圈能够成本低地被制造。在每一个地砖Fl中,在此装入完全能运转的天线线圈。多个地砖在此可以被连接成一个天线矩阵(见图4)。于是,通过RFID控制器能够相继激活和分析处理矩阵的不同元件。相应的元件的位置保存在RFID控制器中;也就是说,如果识别到特定天线元件Rl、R2的特定ID,则可以由RFID控制器明确地确定,所属的对象或者所属的人员P1在该空间中位于哪里。RFID控制器例如可以监视多个RFID读取器并且发起所识别的位置数据到调度台的通信。
RFID应答器(RFID标签)Tl在此必须尽可能可靠地与待标识的对象(例如工厂中的车辆或无人驾驶运输系统)、与待标识的人员P1连接。用于固定地将应答器Tl分配给人员P1的可能性例如是安置在鞋底中,或者另外安置在鞋袜中(见图3)。所述可能性尤其对于安全关键的范围是适用的,在所述安全关键的范围中原本穿戴预给定的鞋袜作为工作服的一部分(例如,实验室环境、发电厂、医院等)。此外,安置在鞋处具有以下优点:能够使用相对成本低的无源RFID应答器,其仅仅在近距离有效。通过将有效性限于近距离也才能够实现到激活的天线元件(图4;AE)的明确分配。一旦在待监视的范围中识别到了人员P1,则位置信息例如可以用作用于对象流仿真或者用于人员流仿真的起点。因此,例如能够计算,相应的人员P1如何从其当前所在地尽可能快速地到达最近的紧急出口(见图2)。通过对象或者人员P1的准确的定位,能够通过对象流仿真或者人员流仿真专门为相应的对象或者相应的人员计算路线信息。通过通知用于相应的对象或者相应的人员的这些专用路线信息,例如能够实现有效的和与其他位于建筑物中或者区域中的人员或者对象的行为(例如停留地点、运动方向)协调的疏散。因此,能够计算对于单个人员最优的疏散路线,但也可以在考虑所有位于建筑物或者区域中的人员或者对象的情况下计算最优的总疏散。
RFID标签可以非常容易地被携带在身体上,或者例如集成在登机牌、身份证、工作证或访客证中。RFID的优点在于,典型地能够使用用于标识人员P1的证件(身份证、工作证等)。在此可区分有源标签和无源标签。无源标签很便宜并且能够以大的件数作为一次性产品制造。有源标签较贵,但所述有源标签不会需要手动地使卡触碰基础设施,或者能够实现与RFID读取器的较大的间距。不仅有源标签而且无源标签均需要读卡器Rl、R2,所述读卡器能够定位在建筑物或者区域中的在战略上有益的部位处。
在本发明的一个示例性的应用场景中,人员P1或者事先通过互联网或者在进入建筑物或者区域中时向管理系统LS1注册。在人员P1注册时,给人员P1分配明确的标识信息(ID)。标识信息(ID)一对一地分配给RFID标签,所述RFID标签与人员可靠地连接。RFID标签Tl例如能够被携带在人员的衣服上(例如通过别住或夹住技术)或者也可以集成在衣服中。但标识信息到人员P1的分配也可以例如通过ID卡(例如身份证、工作证、车票、登机牌)来实现。用于注册人员P1的管理系统LS1包括用于以电子方式检测人员P1和用于存储人员特定的数据的计算机系统C1(例如个人计算机、工作站)。此外,管理系统LS1包括数据库DB1,尤其是用于存储由传感器系统(RFID读取器、RFID控制器)提供的数据和用于存储用于对象流仿真或者人员流仿真的参数或者文件。
如果现在具有分配给其的信息的人员P1进入相应的建筑物或者区域,则通过集成在地面覆层F1中的传感器R2、R3(例如RFID读取器)确定,人员P1在建筑物或者区域中位于哪里。管理系统LS1通过数据连接V1与传感器Rl、R2连接。无线缆的连接V1(例如WLAN、无线电、红外线)是有利的,因为由此使得设备的安装和维护变得容易。
图2示出用于本发明的具有在输出媒介AM上的示例性的与人相关的提示(例如,“访问者P2必须立即通过营救梯TR离开建筑物”)的示例性的第二原理图。输出媒介AM例如可以是建筑物Obj1或者区域中的显示板,但也可以是安置在建筑物Obj1或者区域中的扬声器。当然,不同输出媒介AM的混合或者并置也是可能的。RFID应答器可靠地分配给人员P2并且可靠地安置在人员P2处。通过数据连接V2持久地通过安置在建筑物Obj1中的传感器系统将位于建筑物Obj1中的人员P2的停留地点通知给管理系统LS2。调度台LS2的计算机系统C2基于人员P2在建筑物Obj1中的由传感器系统提供的停留地点执行人员流仿真并且分别专门地求取与人员相关的路线并且专门地在能够由相应的人员P2感知的输出媒介AM上输出该路线信息。
如上面已经描述的那样,在人员P2注册时给人员P2分配明确的标识信息(ID)。将标识信息(ID)一对一地分配给RFID标签,所述RFID标签与人员P2可靠地连接。在管理系统LS2中有利地也保存位于建筑物Obj1中或者位于区域上的输出媒介AM的所在地。
通过在计算机系统C2中调准(Abgleich)所述信息,能够为特定人员P2在对于所述人员P2分别可感知的输出媒介AM上输出与人员相关的路线信息,也具有相应的图形提示(例如方向箭头)。
原则上也可能的是,将用于人员P2的与人员相关的路线信息也在分配给该人员的移动设备(例如手机、PDA、智能电话、导览机(Audioguide))上输出。但是对此,必须将移动设备到特定人员P2的明确的分配保存在调度台LS2中。这例如可以在访问者P2在进入建筑物Obj1时注册时进行。也可以将这些数据存放在数据库DB2中。移动设备在此可能已经被访问者P2拥有。但是移动设备也可能被建筑物(例如博物馆)拥有并且在建筑物Obj1中才被交付给访问者P2(例如导览机)。
有利地,RFID技术适合作为传感器系统,但原则上其他类型的传感器系统(例如视频监视、蓝牙)也能够被使用或者能够与RFID技术组合地使用。合适的模式识别软件能够实现视频监视的分析处理以及与人员或者人员组有关的例外状况(例如事故或恐慌行为)的识别。所述信息也可以在人员流仿真时被用作输入参数。
调度台LS2配备有一个或多个具有相应的存储媒介DB2的计算机C2(例如PC、工作站),用于执行对象流仿真(对于位于建筑物Obj1中的人员P2)以及用于对危险源(例如火)的排放扩散进行仿真。
在一种可能的实施方式中,排放扩散参数——例如流动参数——以传感方式(sensorisch)被检测并且被报告给调度台LS2。此外,作为排放扩散参数,可以从数据库DB中读取例如材料参数或建筑物参数。根据对象流模型和排放扩散模型通过调度台LS2的计算机C2计算在建筑物Obj1内的人员P2的运动。在此,计算机C2可以在出现危险状况时从数据库DB2中读取对象流模型或者人员流模型以及排放扩散模型。对于不同类型的危险状况,能够在数据库DB2中存放不同类型的排放扩散模型。例如在出现火灾时通过计算机C2从数据库DB2加载与例如在水渗入到房间的情况下不同的排放扩散模型。
图3示出用于将RFID应答器T2安全地安置在人员P3的鞋中的例子。在底板F2中集成有RFID读取器R3,当RFID应答器T2在RFID读取器R3的接收范围中接近底板F2时,所述RFID读取器被激活。也就是说,当人员P3以集成有RFID应答器T2的鞋踩上底板F2时。
所述可能性尤其对于安全关键的范围是适用的,在所述安全关键的范围中原本穿戴预给定的鞋袜作为工作服的一部分(例如,实验室环境、发电厂、医院等)。此外,安置在鞋处具有以下优点:能够使用相对成本低的无源RFID应答器,其仅仅在近距离有效。通过将有效性限于近距离也才能够实现到激活的天线元件(图4;AE)的明确分配。
图4在左边的图区中示出示例性的地面覆层F3,其由RFID天线的矩阵组成。RFID读取器的天线可以直接集成到地面F3中。通过模块式构造能够使底板成本低地装备RFID技术并且连接到传感器网络。此外,可以相对简单地改装现有的基础设施。地面的在地区范围内配备有近距离RFID接收器开启了大量应用可能性,其能够被用于专用路线规划或者疏散优化。RFID天线矩阵的元件AE(从左第三列、从上第三行)作为所谓的激活的元件AE被加粗边框。元件AE已经在其天线接收范围中感知到应答器,并且通过RFID读取器(在图4中左下方)能够确定设有感知到的应答器的人员的位置。应答器例如能够集成在人员的鞋中。
在图4的右边片段中,更详细地示出地面片段F3的元件AE。在中间螺旋形或圆形地布置天线,RFID读取器识别所述天线的激活并且将该信息转发给调度台。元件AE沿朝南的方向(也即向下)与元件NE1邻接并且沿朝东的方向(也即向右)与元件NE2邻接。
通过在此提出的本发明尤其解决了以下问题:确定在特定时刻位于建筑物中的人员或对象的停留地点。该技术尤其适合于在安全关键的使用范围中使用。但此外,所述方法也适合于传统的优化解决方案,例如节能或室温的调节。在此受到关注的安全关键的使用范围中,所提出的技术尤其适合于以下场景:
a)借助“占用检测”的逃生路径仿真:
通过所示方法此外能够确定,哪些人员在建筑物中位于哪里。基于该信息,能够借助人员流仿真单独为每个人员(或者特定的人员组)计算最优逃生路径。然后,能够以合适的方式显示如此计算的逃生路径(例如动态的逃生路径标志、移动电话、工作场所计算机,...)。此外,根据本发明的方法可选地能够实现单个人员的标识。如果除位置以外,应将人员的其他特定的单独的特性(例如行走不便、盲的或聋的人员,其需要特殊形式的警告和逃生路径记号)一起引入到人员流仿真中,则这是有利的。
b)确定地面接触:
所述监视形式适合于以下所有场景:在所述场景中在正常状态下不期望通过特定对象或人员的特定身体部分接触地面。因此,在有风险的工作环境中可以例如当人员昏厥地跌倒在地时触发警报。尤其对于场景b)能够利用:将传感器系统的有效性限于近距离。这里,尤其利用:人身体的大部分位于安置在地面中的RFID天线的接收范围之上。因此,携带在身体上的应答器在正常状态下不由RFID读取器检测。只有当人员跌倒在地时,例如由于昏厥,才识别应答器并且给出警报。通过所述设备的良好的位置分辨率能够可靠地定位事故位置。除工业应用以外,在天线元件的相应地成本低的制造中也可以设想在家庭范围中的使用,例如用于需要照顾者的护理。在场景b)中由人员有意地出于相应的使用目的而在相应的部位处携带应答器,以便在正常状态下不能进行通过读取器的接收。
c)对象或人员的标识:
停放在地上的物体能够被标识,以便将所述物体与潜在地有危险的物体进行区分,所述潜在地有危险的物体必须被进一步检查以澄清事实真相。此外,能够实现所述物体到所有者的分配。这里列举停放在机场/火车站的行李件作为例子,所述行李件可以潜在地用作爆炸设备的载体。在该范围中错误警报的减少可以导致明显的成本节省。
在场景c)中,首先应答器是有利的,所述应答器与临时随身携带的标识特征——如入场券、机票或行李牌连接。这些标识特征或者原本基于现有过程被分配给这些对象(例如机场处的行李办理),或者能够作为主办者的措施来分发(例如展会上的行李牌)。如果相应地经标记的行李件现在停放或遗忘在所监视的区域中,则可以进行行李件的简单的定位和标识。因此,通常取消依据危险物质对对象的耗费的检查。此外,通过地面中的天线,没有人必须接近行李件以进行检查或检测。
用于为在预给定的区域或建筑物内的至少一个对象计算路线的方法和设备,其中,借助合适的传感器系统确定对象的当前位置数据,其中,将相应当前位置数据用于对象流仿真,其中,基于所述对象流仿真的结果为在预给定的区域或者建筑物中的输出装置分别提供所更新的路线指导信息。对象的当前位置数据尤其通过利用近场通信(NFC,NearField Communication)的效应例如通过RFID技术来确定。
附图标记:
LS1、LS2 控制台(Leitstand)
Cl、C2 计算机
DB1、DB2 数据库
P1-P3 人员
Tl、T2 RFID应答器
Rl-R3 RFID读取器
V1、V2 连接
Fl-F3 地面
Obj1 对象
AM 输出装置
AE 激活的元件
NE1、NE2 最近的元件。
Claims (7)
1.用于为在预给定的区域或建筑物(Objl)内的至少一个对象(P1-P3)计算路线的方法,
其中,借助传感器系统(Tl,T2,Rl-R3)确定所述对象(P1-P3)的当前位置数据,
其中,将相应当前位置数据和危险源在预给定的区域或建筑物(Objl)中的排放扩散用于对象流仿真,以及
其中,基于所述对象流仿真的结果为在预给定的区域或者建筑物(Objl)中的输出装置(AM)分别提供所更新的路线指导信息,
其中,基于所述相应当前位置数据专门为对象(P1-P3)或为对象组提供所述路线指导信息。
2.根据权利要求1所述的方法,其中,通过近场通信(NFC)确定所述对象(P1-P3)的当前位置数据。
3.根据权利要求1或2所述的方法,其中,使用RFID技术作为传感器系统,其中,RFID应答器(Tl,T2)可靠地与所述对象(P1-P3)连接,并且其中,所述RFID读取器(Rl-R3)的天线安置在预给定的区域或建筑物(Objl)中。
4.根据权利要求1或2所述的方法,其中,所述传感器系统(Tl,T2,Rl-R3)由传感器网络组成,用以确定所述对象(P1-P3)的运动方向,并且其中,也将所述对象的运动方向用于所述对象流仿真。
5.根据权利要求1所述的方法,其中,基于与对象相关的数据专门为对象(P1-P3)或为对象组提供所述路线指导信息。
6.根据权利要求1或2所述的方法,其中,通过监视摄像机检测对象,并且借助视频分析来求取所述对象的当前位置。
7.用于为在预给定的区域或建筑物(Objl)内的至少一个对象(P1-P3)计算路线的设备,所述设备包括:
安装在所述区域或建筑物(Objl)中的传感器系统(Rl-R3),其用于确定对象(P1-P3)的当前位置数据;
用于执行位于所述区域或建筑物(Objl)中的对象(P1-P3)的对象流仿真的计算单元,其中,将相应当前位置数据和危险源在预给定的区域或建筑物(Objl)中的排放扩散用于所述对象流仿真,和
用于基于所述对象流仿真的结果输出分别更新的路线指导信息的输出装置(AM),
其中,基于所述相应当前位置数据专门为对象(P1-P3)或为对象组提供所述路线指导信息。
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