CN104103211B - 室内电子地图的构建方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内电子地图的构建方法，该方法根据室内环境确定兴趣区域，并为该区域设置兴趣区域信息；根据室内环境标记导航点并设置相应的导航信息；以及建立兴趣区域与导航点之间的映射关系，基于上述信息构建室内电子地图。该方法采用分开表示与绑定使用相结合方式处理兴趣区域信息与导航信息，可有效减少地图描述数据量，而不影响兴趣区域属性描述的充分性，实现了对室内地图丰富信息的有效、低冗余描述。

Description

室内电子地图的构建方法及系统

技术领域

本发明属于室内定位导航技术，尤其涉及室内电子地图的构建方法。

背景技术

近年来，随着我国经济的高速发展，各地修建了数量众多的大型建筑，如大型购物中心、展览馆、交通枢纽和室内游乐场等。这些建筑在丰富人们日常生活的同时，也给人们带来了不少困惑：建筑物体积庞大、内部结构复杂、方向辨识困难，往往导致人们难以快速找到自己想去的目的地。

随着无线通信技术的快速发展以及移动智能终端的日益普及，室内定位导航技术应运而生。作为室内导航应用的主要支撑技术，面向移动智能终端的室内电子地图由于具有明显不同于室外地图的各种属性及特点，需要有针对性地进行设计。

目前国内外已有部分公司开发了室内地图，例如谷歌公司对其研发的室外地图Google Maps进行了拓展，在美国、日本等地的部分机场、购物中心、大型游乐场所提供室内地图服务。目前Google Maps内嵌的室内地图仅提供统一风格的界面，不支持个性化的室内地图，对外提供的用户输入室内地图仅支持输入栅格图像，不能指定室内的兴趣点。此外，微软、苹果、Wifarer以及国内的百度、点道、图源、高德、四维等也在尝试推出室内地图服务，不过目前都不支持兴趣点搜索和导航。

考虑到室内地图和室外地图刻画的对象具有不同的特点，室内地图设计不能简单照搬室外地图构建技术。例如，室外地图构建面临的是同一平面内地图信息的描述和表征问题，难点在于需要对这个巨大的平面进行拆分；而室内地图需要解决的是同一区域上多个楼层平面地图信息的描述和表征，由于每个楼层的数据并不多，一般无需拆分，不过需要把各楼层连接起来，形成立体网状的地图。此外，室外地图兴趣点信息一般比较统一，主要有道路、湖泊、山脉等，易于归类；而室内兴趣点种类繁多，粒度更细，个性化需求强烈，兴趣点种类还会随着应用需求的不同而发生改变。一个商场的室内地图在面向顾客时需要醒目地描述各商家信息，而面向物业管理时则要标明各配电间、监控室的分布等信息。值得特别指出的是，室外导航一般是在同一平面内的导航，而室内导航是在三维空间内导航，由于不同建筑物的楼层高度并不相同，难以用海拔高度来描述不同楼层属性。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种室内电子地图的构建方法。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

一方面，本发明提供了一种室内电子地图的构建方法，包括：

步骤1）根据室内环境确定各楼层的兴趣区域；

步骤2）根据室内环境标记各楼层的导航点并确定导航点间的连通信息，其中至少在每个兴趣区域内标记一个导航点；

步骤3）建立兴趣区域与导航点之间的映射关系；

步骤4）确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射，以完成室内电子地图的构建。

上述方法中，所述步骤1）中所述兴趣区域的描述信息可包括兴趣区域的位置和形状信息。

上述方法中，所述步骤1）中所述兴趣区域的描述信息还可包括用于唯一地标识该区域的标识符、用于在电子地图上呈现的该区域的显示名称、该区域的形心坐标、该区域的最大宽度和最大高度。

上述方法中，所述步骤1）中所述兴趣区域的描述信息还可包括标记点坐标和该兴趣区域的描述字段，所述标记点坐标用于标记显示名称在电子地图上的显示位置。

上述方法中，所述步骤2）可包括对于每一楼层执行下列步骤：

在该楼层的兴趣区域内及兴趣区域入口处标记导航点；

在该楼层的道路转折点处标记导航点；

在该楼层的道路的其他区域均匀标记导航点；

根据该楼层的实际地理信息将所标记的导航点串联成导航路径。

上述方法中，所述步骤3)可包括遍历所有导航点，对每个导航点，判断该导航点是否在某个兴趣区域内，如果是，则在该导航点与该兴趣区域之间建立映射关系。

上述方法中，所述步骤4）可包括：

根据楼梯、电梯和/或自动扶梯的层间连通信息确定不同楼层间导航点连接关系；

建立各楼层与楼层图形文件的映射关系，以完成室内电子地图的构建。

上述方法中，所述步骤4）中楼层图形文件可以为矢量图形文件或栅格图形文件。

上述方法中，所述步骤4）中可以为经过楼梯、电梯和自动扶梯的导航路径设置不同的路径长度。

又一方面，本发明提供了一种室内电子地图的构建系统，包括：

用于根据室内环境确定各楼层的兴趣区域，并为所述兴趣区域设置相应的兴趣区域信息的装置；

用于根据室内环境标记各楼层的导航点并确定导航点间的连通信息的装置；

用于建立兴趣区域与导航点之间的映射关系的装置；

用于确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射，以完成室内电子地图的构建的装置。

与现有技术相比，本发明的优点在于：

面向室内兴趣区域的多样性、个性化需求，基于导航点数据小、数量多以及导航信息为立体网状的特点，采用将兴趣区域与导航信息分开表示、绑定使用以及添加跨楼层导航点连通信息的方法，实现了对室内地图丰富信息的有效、低冗余描述，可灵活地构建出室内电子地图且运算开销少。

附图说明

以下参照附图对本发明实施例作进一步说明，其中：

图1为根据本发明实施例的室内电子地图的构建方法的流程示意图；

图2为根据本发明实施例的确定兴趣区域流程示意图；

图3为根据本发明实施例的标记导航点及确定导航点间的连通信息的流程示意图；

图4为根据本发明实施例的同楼层导航点与导航路径示意图；

图5为根据本发明实施例的跨楼层导航路径示意图；

图6为根据本发明实施例的用于构建室内电子地图的数据结构示意图；

图7为根据本发明实施例的室内电子地图效果示意图；

图8为根据本发明实施例的室内电子地图效果示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图通过具体实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

考虑到室内环境中同一区域内多楼层的地理信息不同，室内兴趣区域的多样性及个性化需求，导航点数据小、数量多以及导航信息为立体网状等特点，在本发明的实施例中，提供了一种室内电子地图的构建方法，采用将兴趣区域与导航信息分开表示、绑定使用以及添加跨楼层导航点连通信息的方法，实现了对室内地图丰富信息的有效、低冗余描述。

图1给出了根据本发明一个实施例的室内电子地图的构建方法的流程示意图。该方法包括根据室内环境地理信息和/或用户需求确定各楼层的兴趣区域，并设置相应的兴趣区域信息（步骤S1）；根据室内环境标记各楼层导航点并确定导航点间的连通信息（步骤S2）；建立兴趣区域与导航点之间的映射关系（步骤S3）；确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射（步骤S4），从而完成了室内电子地图的构建。其中，与室内各楼层相关的信息（可称为楼层信息）主要包括各楼层的兴趣区域信息和导航点信息。而各楼层图形文件可以是SVG等矢量图文件，也可以是JPEG、BMP、PNG等栅格图像。

现参考图1，在步骤S1，根据室内环境地理信息和/或用户需求确定各楼层的兴趣区域，并设置相应的兴趣区域信息。其中，所设置的兴趣区域信息可包括该兴趣区域的位置和形状信息。兴趣区域的形状可以为圆形、椭圆形、矩形、多边形，也可以是复杂的贝塞尔曲线形（即由直线与曲线共同描述的一种复杂形状）。假设采用SVG矢量格式文件作为室内地图的呈现文件，则可依照W3C制定的SVG标准对上述兴趣区域的位置和形状进行描述。例如圆形兴趣区域信息为圆心坐标、圆半径；椭圆形兴趣区域信息为椭圆中心坐标、长半轴、短半轴；矩形兴趣区域信息为左上角坐标、矩形的长、宽；多边形的兴趣区域信息为各多边形定点坐标集合。可以根据应用场景，用户需求来灵活地选择兴趣区域的形状。

图2给出了根据本发明一个实施例的确定兴趣区域的过程示意图。如图2所示，首先根据室内实际地理环境及用户需求确定需要被描述的室内兴趣区域，再确定兴趣区域的形状，并设置兴趣区域的位置和形状信息。在完成兴趣区域位置和形状信息编辑后，还可以设置兴趣区域的其他详细信息。这些信息主要可包括该兴趣区域的标识符（记为ID）、显示名称、形心坐标、兴趣区域最大宽度、兴趣区域最大高度、标记点坐标、兴趣区域描述字段等。其中ID用以唯一标识该区域，此ID并不呈现给用户。显示名称是用于在电子地图上给用户显示的用于表明该兴趣区域的字符串。利用兴趣区域的形心坐标与兴趣区域的最大宽度高度可以提高查找用户输入的坐标在哪一个兴趣区域的速度，因为根据形心坐标与最大宽度、高度可以得到该兴趣区域的最小外接正方形，如果该输入坐标不在这个最小外接正方形内，则该输入坐标一定不在该兴趣区域内，进而可以排除掉大多数不包含该输入坐标的兴趣区域。相比判断输入坐标点在圆、椭圆等内所需要的开方操作，这样可以减少运算开销，节约大量运算时间。所述标记点坐标用于标记显示名称在电子地图上的显示位置。标记点坐标可以是为应对不规则的凹多边形而设置的。对于圆形、正方形等凸多边形，可以把显示名称放到形心上，但对于凹多边形，其形心很有可能在兴趣区域之外，如果恰好一个凹多边形环抱着一个正方形兴趣区域，那么二者的显示名称就会重叠，造成混淆。因此可以通过标记点坐标来指定要在地图上显示的该兴趣区域的显示名称。兴趣区域描述字段可以包括对与该兴趣区域有关的其他各种信息。

在步骤S2，根据室内环境标记各楼层导航点并确定导航点间的连通信息。可以根据实际地理信息及定位系统要求标记导航点，但其中可达的兴趣区域内至少应有一个导航点。图3给出了根据本发明一个实施例的标记导航点并建立导航点间连通信息的过程。如图3所示，可以在可达的兴趣区域内和/或兴趣区域的入口处标记导航点，也可以在道路拐角处标记导航点，并且也可以根据定位系统的需求在道路的其他区域均匀标记导航点。导航点是室内导航路径的关节点。与导航点相关的信息（也可称为导航点的属性或导航信息）可包括该导航点的ID、坐标、是否是跨楼层的导航点、是否是定位点。其中导航点的ID用以唯一标识该导航点；导航点的坐标用以表示该导航点的位置；是否是跨楼层点用以判断跨楼层的导航关系，例如，在楼梯电梯导航点上需要设置此项属性；是否是定位点可以用于和指纹匹配的室内定位技术相结合。

在标记完导航点后，可根据实际的地理信息将这些离散的导航点串联成导航路径，如图4所示。每段导航路径可包括起始导航点ID、终止导航点ID、是否是双向导航路径、导航路径长度四项属性。其中起始导航点ID和终止导航点ID用以标识这一段导航路径。是否是双向导航路径用以指示本段导航路径是否是双向可通的，虽然可以用两条单向导航路径来标识一条双向导航路径，但是在实际应用场景中大多数路径都是双向的，因此用一个字段来标识双向路径可以减少地图数据量。导航路径长度可以是两导航点之间的欧氏距离。

在步骤S3，建立兴趣区域与导航点之间的映射关系。

例如，可以遍历所有导航点，对每一个导航点判断其是否在某一个兴趣区域内，如果是，则对此导航点和兴趣区域进行绑定。例如，可通过将导航点ID与兴趣区域ID来建立二者之间的映射关系。通过绑定可以使兴趣区域与导航信息联系起来。兴趣区域信息针对的是对兴趣区域内容的描述，导航点信息是针对导航信息的描述。通过兴趣区域与导航点之间的映射关系，使得兴趣区域拥有了导航功能，而关键的导航点也拥有了更详细的信息描述功能。需要说明的是，在该实施例中，没有将导航点与兴趣区域合并为一种既具备丰富描述功能又具备导航功能的复杂类型，因为导航点数量往往比兴趣区域多很多，而导航点的信息又很少，分开来可以用小数据表示导航信息，用大数据表示兴趣区域信息，再对二者进行绑定，从而在保证地图信息被充分描述的基础上，尽量减小地图数据文件尺寸。这有利于地图的保存及地图服务器向客户端传输室内地图数据。

重复上述步骤，直至所有楼层信息编辑完毕。

在步骤S4，确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射，从而完成了室内电子地图的构建。其中，可以根据楼梯、电梯和/自动扶梯等楼层间连通信息来确定不同楼层间导航点连接关系。例如可以楼梯、电梯和/自动扶梯处设置导航点。如上文提到的，可将这样的导航点的属性设置为跨楼层导航点，并确定不同楼层间导航点的连接关系。此外，还可以通过设置不同的导航路径长度来区分经过电梯、自动扶梯和楼梯的导航路径。图6给出了根据本发明实施例的跨楼层导航路径示意图。基于这些跨楼层导航点的连通信息来实现各楼层导航信息的互联。为实现整栋楼导航提供了数据基础。图7给出根据本发明一个实施例的用于构建室内电子地图的数据结构示意。如图7所示，该数据结构最顶层是园区信息，其包括该园区中的楼宇与地面信息。对于每栋楼而言包括每个楼层的信息，每楼层图形文件和跨楼层导航点连通信息。每个楼层信息包括该楼层的兴趣区域信息、导航点信息、导航点连通信息以及兴趣区域与导航点的映射信息。每个楼层可以包括多个兴趣区域，这些兴趣区域可以具有相同或不同的形状。对于每个楼层而言，除了该楼层的兴趣区域信息、导航点信息及导航点连通信息，兴趣区域与导航点间的映射信息之外，每个楼层的信息还可应包括该楼层的楼层号、与该楼层对应的图形文件名（用以在程序运行时加载本楼层的地图图形文件）、该图形文件的宽度、图形文件的高度等等。以上的楼层信息文件和楼层图形文件一起，就可以构建出室内电子地图。整个电子地图实际上是由各楼层对应的图形文件和楼层信息文件组成。所有的楼层信息和楼层连接关系形成保存在楼层信息文件中，每个楼层都有一份对应的呈现层图形文件。建立楼层与呈现层图形文件的映射实际上就是在楼层信息文件中标注出本楼层对应的地图图形文件。

优选地，可以采用实数而不是整数来标识楼层号。用实数的好处是可以用整数部分作为呈现给用户的楼层号，小数部分作为区分同一楼层不同区域的标识。当室内地图的尺寸非常大的时候就可以通过区域标识将其拆分为多份小地图。

在一个实施例中，还提供了下面的方法来支持一个园区多个建筑物室内地图的构建：将园区不同建筑物相同楼层视为不同区域，将楼宇外部地面视为一层的一部分。比如一个园区有三栋独立的楼房，分别命名为1号楼、2号楼、3号楼。对于每栋楼的第n层楼，可用n作为楼层编号的整数部分，用楼房名作为楼层编号的小数部分。则这三栋楼第n层的楼层编号分别为n.1,n.2,n.3。特别的对于第1层，三栋楼的楼层编号分别为1.1，1.2，1.3。而1.4就代表三栋楼之外的公共空地部分。依次类推，就可以得到整个园区的地图数据。

在又一个实施例中，还提供了一种室内电子地图的构建系统，所述系统包括：用于根据室内环境确定各楼层的兴趣区域，并为所述兴趣区域设置相应的兴趣区域信息的装置；用于根据室内环境标记各楼层的导航点并确定导航点间的连通信息的装置；用于建立兴趣区域与导航点之间的映射关系的装置；以及用于确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射，以完成室内电子地图的构建的装置。

通过上述实施例可见，本发明提供的室内电子地图构建方法具有以下特点：

a)采用分开表示与绑定使用相结合方式处理兴趣区域信息与导航信息，可有效减少地图描述数据量，而不影响兴趣区域属性描述的充分性。使用该方法，将导航路径转换为文字描述时，使用导航点绑定的兴趣区域信息，可获取更加详细的转换结果。

b)采用基于基本与复杂几何结构相结合的拓扑描述方式，可支持各种复杂形状兴趣区域几何拓扑的信息描述，以满足不同应用场景、不同用户对室内地图的个性化需求。

c)采用基于楼梯/自动扶梯/电梯的层间连通信息设置方法，实现跨楼层导航路径规划。

d)采用导航路径长度动态配置方式，通过设置不同的路径长度以区分电梯、自动扶梯和楼梯，为不同导航路径规划要求提供基础数据。

e)采用实数标识方式（用整数部分标识楼层号，用小数部分区分不同区域），实现一个园区内多栋建筑物室内地图信息的高效描述。

图7是在手机上执行上述方法生成的室内电子地图的兴趣点高亮效果。图8所示在手机上执行上述方法生成的室内电子地图的导航路径显示效果。图中的底图为矢量图。通过上述方法构建的室内地图数据量小，且与呈现给用户的显示层图片格式无关，支持矢量图或栅格图。支持兴趣点搜索、通过手指点击某一兴趣区域边界内的点选中该兴趣区域，支持跨楼层的导航，支持计算导航路径长度计算，如果是矢量图，还能够支持地图的无失真缩放。

虽然本发明已经通过优选实施例进行了描述，然而本发明并非局限于这里所描述的实施例，在不脱离本发明范围的情况下还包括所作出的各种改变以及变化。

Claims (10)

1.一种室内电子地图的构建方法，所述方法包括：

步骤1）根据室内环境确定各楼层的兴趣区域；

步骤2）根据室内环境标记各楼层的导航点并确定导航点间的连通信息，其中至少在每个兴趣区域内标记一个导航点；

步骤3）建立兴趣区域与导航点之间的映射关系；

步骤4）确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射，以完成室内电子地图的构建。

2.根据权利要求1所述的方法，所述步骤1）中所述兴趣区域的描述信息包括兴趣区域的位置和形状信息。

3.根据权利要求2所述的方法，所述步骤1）中所述兴趣区域的描述信息还包括用于唯一地标识该区域的标识符、用于在电子地图上呈现的该区域的显示名称、该区域的形心坐标、该区域的最大宽度和最大高度。

4.根据权利要求3所述的方法，所述步骤1）中所述兴趣区域的描述信息还包括标记点坐标和该兴趣区域的描述字段，所述标记点坐标用于标记显示名称在电子地图上的显示位置。

5.根据权利要求1所述的方法，所述步骤2）包括对于每一楼层执行下列步骤：

在该楼层的兴趣区域内及兴趣区域入口处标记导航点；

在该楼层的道路转折点处标记导航点；

在该楼层的道路的其他区域均匀标记导航点；

根据该楼层的实际地理信息将所标记的导航点串联成导航路径。

6.根据权利要求1所述的方法，所述步骤3)包括遍历所有导航点，对每个导航点，判断该导航点是否在某个兴趣区域内，如果是，则在该导航点与该兴趣区域之间建立映射关系。

7.根据权利要求1所述的方法，所述步骤4）包括：

根据楼梯、电梯和/或自动扶梯的层间连通信息确定不同楼层间导航点连接关系；

建立各楼层与楼层图形文件的映射关系，以完成室内电子地图的构建。

8.根据权利要求1所述的方法，所述步骤4）中楼层图形文件为矢量图形文件或栅格图形文件。

9.根据权利要求1所述的方法，所述步骤4）中为经过楼梯、电梯和自动扶梯的导航路径设置不同的路径长度。

10.一种室内电子地图的构建系统，所述系统包括：

用于根据室内环境确定各楼层的兴趣区域，并为所述兴趣区域设置相应的兴趣区域信息的装置；

用于根据室内环境标记各楼层的导航点并确定导航点间的连通信息的装置；

用于建立兴趣区域与导航点之间的映射关系的装置；

用于确定不同楼层间导航点的连接关系并建立各楼层与楼层图形文件的映射，以完成室内电子地图的构建的装置。