CN106767819B - 一种基于bim的室内导航数据构建方法及导航系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于BIM的室内导航数据构建方法及导航系统，在BIM软件中简化模型，提取出空间信息要素；获得每一个楼层的顶视图栅格图像；通过图像处理获取中走廊区域范围和连接要素中心点及方向角；走廊要素与BIM模型贴合；识别连接要素对象；创建水平网络拓扑数据、垂直方向网络拓扑数据；生成室内网络数据模型。通过从BIM模型中智能的构建出用于室内导航的数据，通过系统智能化的执行，输入BIM模型，批量输出室内三维导航数据，不需要人工干预，省时省力。

Description

一种基于BIM的室内导航数据构建方法及导航系统

技术领域

本发明涉及室内导航技术领域，更具体地，涉及一种基于BIM的室内导航数据构建方法及导航系统。

背景技术

随着定位技术、导航技术和可视化技术的发展，基于位置服务(LBS)和室内外无缝导航成为智慧城市的应用热点。目前基于GIS的室外地图测绘和导航技术已经十分成熟，但室内定位导航的普及应用面临一些挑战，主要表现室内地图数据相对匮乏和室内定位技术较为分散两方面。室内是一个三维、封闭、复杂的环境，且城市建筑数量庞大，现有的室内地图通常依赖人工测量，面临成本高、精度不足、效率低等问题。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是贯穿整个建筑物生命周期的技术手段，目前已在建筑工程的各个阶段得到了广泛的应用。BIM模型综合了建筑中所有的几何信息、功能要求和构件性能,将一个建筑项目整个生命周期内的所有信息整合到一个单独的建筑模型中，还包括施工进度、建造过程、维护管理等过程信息。准确的室内导航依赖于详细的建筑几何以及语义信息。BIM为室内导航应用提供了丰富的信息支持。BIM模型强调微观空间信息描述，包含大量的建筑内部结构信息，其完整的几何以及语义信息是室内空间信息重要的数据源。

目前，室内导航应用的需求很大，精确而完善的室内地图数据是室内导航服务的基础。而随着对BIM技术的大力推广，BIM模型越来越普及并成为建筑信息化的标配，而从BIM模型中智能的构建出用于室内导航数据将省时省力，同时导航数据能够与BIM模型无缝融合，后期可方便的用于在BIM模型中实现室内路径导航。

发明内容

本发明提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的一种基于BIM的室内导航数据构建方法及导航系统，从BIM模型中智能的构建出用于室内导航数据，省时省力，同时导航数据能够与BIM模型无缝融合。

根据本发明的一个方面，提供一种基于BIM的室内导航数据构建方法，包括以下步骤：

一种室内导航数据构建方法，包括以下步骤：

S1、提取建筑物的BIM模型中的空间信息要素，获得包括导航要素的BIM简化模型，打印出各楼层的平面格栅图像；

S2、对平面格栅图像进行处理获得室内行走区域，并获取室内行走区域的连接要素中心点及方向角；

S3、将室内行走区域与BIM简化模型相贴合，形成水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据；

S4、综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，生成用于室内导航的网络数据集。

作为优选的，在步骤S1中，所述空间信息要素包括门、窗、梁柱、楼梯、电梯、墙和地板要素中的一个或者多个。

作为优选的，所述步骤S1具体包括：

S11、基于BIM模型文件，提取BIM模型中的空间信息要素，过滤与导航无关的要素，获得BIM简化模型；

S12、以顶视图对每个楼层进行动态切图，打印出楼层动态切图的平面格栅图像，记录每层的三维坐标范围。

作为优选的，所述空间信息要素的类型包括障碍要素，所述步骤S2具体包括：

S21、对平面格栅图像进行图像处理，从每层平面格栅图像出入口位置的像素开始进行泛洪填充，获得该楼层的室内行走区域；

S22、扫描平面格栅图像，确定连接要素对象的像素集合，标识连接要素中心到室内行走区域的垂线的角度；

S23、对平面格栅图像进行边缘提取，获得室内行走区域的矢量边界和连接要素中心点，计算出室内行走区域的中心线。

作为优选的，所述步骤S21前还包括步骤S211：

逐一访问各平面格栅图像，将在后处理图像与在前处理图像进行比较，若图像重复则直接读取在前处理图像的结果并进入步骤S3，若不重复则返回步骤S21。

作为优选的，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

获取与矢量边界相交连接要素对象，将连接要素对象从中心点沿垂直方向作直线，与室内行走区域的中心线相交，并以相交点和中心点作为结点，形成水平网络拓扑数据。

作为优选的，所述步骤S3具体包括：

通过碰撞识别出与矢量边界相交的连接要素对象，对连接要素对象进行语义信息提取，获得唯一标识ID；

读取连接要素中心点到室内行走区域的方向角，将连接要素对象从中心点沿垂直方向作直线，与室内行走区域中心线相交，中心点和交点作为结点，形成水平网络拓扑数据。

作为优选的，所述各个楼层的连接要素对象包括门、电梯口、楼梯口、出入口。

作为优选的，步骤S3还包括：识别各楼层间的过渡要素，将过渡要素抽象为结点，并分别连接形成垂直网络拓扑数据；所述过渡要素包括楼梯口和/或电梯口。

一种基于BIM的室内导航系统，包括：

BIM简化模型建立模块，用于提取建筑物的BIM模型中的空间信息要素，获得包括导航要素的BIM简化模型，打印出各楼层的平面格栅图像；

行走区域定位模块，用于对平面格栅图像进行处理获得室内行走区域，并获取室内行走区域的连接要素中心点及方向角；

网络拓扑数据获取模块，用于将室内行走区域与BIM简化模型相贴合，形成水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据；

导航数据生成模块，用于综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，生成用于室内导航的网络数据集。

本申请提出一种基于BIM的室内导航数据构建方法，通过从BIM模型中智能的构建出用于室内导航数据，通过系统智能化的执行，输入BIM模型，批量输出室内三维导航数据，不需要人工干预，省时省力；构建了物理上网络模型，而非逻辑网络模型，故导航数据可以与BIM模型无缝融合，后期可方便的用于在BIM模型中实现室内路径导航，弥补了当前人工方式构建室内导航数据成本、效率、精度三方面的不足。同时BIM模型的精度很高，以BIM模型作为数据源，保证了构建的导航数据的精度。

附图说明

图1为本发明实施例1的方法流程框图；

图2为本发明实施例1的具体流程示意图；

图3为本发明实施例2的系统结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

实施例1

图1和图2示出了一种基于BIM的室内导航数据构建方法，从BIM模型中智能的构建出用于室内导航数据，实现室内路径导航，具体包括以下步骤：

S1、提取建筑物的BIM模型中的空间信息要素，获得包括导航要素的BIM简化模型，打印出各楼层的平面格栅图像；

S2、对平面格栅图像进行处理获得室内行走区域，并获取室内行走区域的连接要素中心点及方向角；

S3、将室内行走区域与BIM简化模型相贴合，形成水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据；

S4、综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，生成用于室内导航的网络数据集。

具体的在本实施例中，所述步骤S1具体包括：

S11、通过BIM软件打开BIM模型文件，对BIM模型进行简化得到建筑物的BIM简化模型提取BIM模型中的空间信息要素，所述空间信息要素包括门、窗、梁柱、楼梯、电梯、墙和地板要素中的一个或者多个，过滤与导航无关的要素，得到BIM简化模型；

S12、对BIM简化模型，从顶视图剖切各楼层，对每个楼层进行动态切图；定义要素样式表，对每类要素定义不同的颜色，根据要素样式表对每类要素设置对应的颜色样式；(在本实施例中，具体的，过滤要素的颜色记录于Ac，障碍要素的标识颜色记录于Bc，室内行走区域的颜色记录于Lc)打印出每层切图的平面格栅图像，记录打印参数和楼层的本地三维坐标。

在本实施例中，得到BIM简化模型后还需要提取BIM简化模型中的室内行走区域，通过步骤S2获取，具体的包括以下步骤：

S211、遍历各个平面格栅图像，对各平面格栅图像进行比较，将在后处理的平面格栅图像与在前处理的各个平面格栅图像进行比较，若重复则直接读取在前处理的平面格栅图像的处理结果并进入步骤S3，若不重复则进行步骤S21。

S21、通过程序对平面格栅图像进行图像处理，对每层平面格栅图像从入口位置的像素开始进行泛洪填充，当遇到墙、柱子和门等障碍要素所标识颜色的像素时停止递归泛洪，最终获得室内行走区域；

具体的，若当前像素点为P(X，Y)，其四邻域像素点M(n),n＝1，2，3，4为：

M(1)＝P(X+1,Y)

M(2)＝P(X-1,Y)

M(3)＝P(X,Y+1)

M(4)＝P(X,Y-1)

如果M(n)＝Lc，跳过该像素；

如果M(n)∈Ac||M(n)≠Lc,该邻域像素属于未访问的障碍要素，则不做处理；否则

将该邻域像素设置为当前像素，并设置M(n)＝Lc，并重复该步骤中的判断，直到递归结束，最终获得室内行走区域。递归结束后，室内行走区域的将用Lc颜色标识；

S22、扫描平面格栅图像，根据像素颜色判断出连接要素对象的像素集，计算连接要素中心点，以及中心点到室内行走区域的方向角，即标识连接要素对象中心到室内行走区域的垂线的角度；

若当前连接要素对象的起点像素为S(X1，Y1)，终点像素为T(X2，Y2)，中心点像素为

标识颜色Mc；

如果X1≠X2，起点像素S和终点像素T构成的要素的倾斜角

否则θ＝90°；

那么，连接要素中心到行走区域的角度a＝θ±90°，从M点出发分别判断θ±90°的相邻像素是否在行走区域，即颜色值是否为Lc，如果是则表示该角度是垂线角度；

S23、通过图像边缘提取的方法获得室内行走区域的矢量边界和连接要素中心点，计算室内行走区域的中心线。

得到室内行走区域的范围后，需要将室内行走区域与BIM简化模型进行贴合，即步骤S3中，使用平面格栅图像保存的三维坐标将室内行走区域贴合到BIM简化模型中，即将矢量边界贴合到BIM简化模型的各楼层中，在本实施例中，为了建立水平、竖直方向上的数据，还需要在BIM软件中，通过碰撞检查识别出与矢量边界相交的连接要素对象，包括门、电梯口、楼梯口、出入口，对连接要素对象进行语义信息提取，获得唯一标识ID，读取连接要素中心点到行走区域的方向角。将连接要素对象从中心点沿垂直方向作直线，与室内行走区域的中心线相交，中心点和交点作为结点，保存对象ID，直线、中心线和结点形成水平网络拓扑数据；将各楼层的过渡要素：楼梯口、电梯口作为对象抽象为结点，分别连接，形成垂直网络拓扑数据。

S4、综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，借助GIS工具生成网络数据集，可用于室内导航。

实施例2

本实施例中提供了一种基于BIM的室内导航系统，如图3所示，包括：

BIM简化模型建立模块，用于提取建筑物的BIM模型中的空间信息要素，获得包括导航要素的BIM简化模型，打印出各楼层的平面格栅图像；

行走区域定位模块，用于对平面格栅图像进行处理获得室内行走区域，并获取室内行走区域的连接要素中心点及方向角；

网络拓扑数据获取模块，用于将室内行走区域与BIM简化模型相贴合，形成水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据；

导航数据生成模块，用于综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，生成用于室内导航的网络数据集。

综上所述，本发明通过从BIM模型中智能的构建出用于室内导航数据，通过系统智能化的执行，输入BIM模型，批量输出室内三维导航数据，不需要人工干预，省时省力；构建了物理上网络模型，而非逻辑网络模型，故导航数据可以与BIM模型无缝融合，后期可方便的用于在BIM模型中实现室内路径导航，弥补了当前人工方式构建室内导航数据成本、效率、精度三方面的不足。同时BIM模型的精度很高，以BIM模型作为数据源，保证了构建的导航数据的精度。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。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)

1.一种室内导航数据构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、提取建筑物的BIM模型中的空间信息要素，获得包括导航要素的BIM简化模型，打印出各楼层的平面格栅图像；具体包括：

S11、基于BIM模型文件，提取BIM模型中的空间信息要素，过滤与导航无关的要素，获得BIM简化模型；

S12、以顶视图对每个楼层进行动态切图，打印出楼层动态切图的平面格栅图像，记录每层的三维坐标范围；定义要素样式表，对每类要素定义不同的颜色，根据要素样式表对每类要素设置对应的颜色样式；过滤要素的颜色记录于Ac，障碍要素的标识颜色记录于Bc，室内行走区域的颜色记录于Lc；

S2、对平面格栅图像进行处理获得室内行走区域，并获取室内行走区域的连接要素中心点及方向角；所述空间信息要素的类型包括障碍要素，所述步骤S2具体包括：

S21、对平面格栅图像进行图像处理，从每层平面格栅图像出入口位置的像素开始进行泛洪填充，获得该楼层的室内行走区域；具体的，若当前像素点为P(X，Y)，其四邻域像素点M(n),n＝1，2，3，4为：

M(1)＝P(X+1,Y)

M(2)＝P(X-1,Y)

M(3)＝P(X,Y+1)

M(4)＝P(X,Y-1)

如果M(n)＝Lc，跳过该像素；

如果M(n)∈Ac||M(n)≠Lc,该邻域像素属于未访问的障碍要素，则不做处理；否则

将该邻域像素设置为当前像素，并设置M(n)＝Lc，并重复该步骤中的判断，直到递归结束，最终获得室内行走区域；递归结束后，室内行走区域的将用Lc颜色标识；

S22、扫描平面格栅图像，确定连接要素对象的像素集合，标识连接要素中心到室内行走区域的垂线的角度；若当前连接要素对象的起点像素为S(X1，Y1)，终点像素为T(X2，Y2)，中心点像素为

标识颜色Mc；

如果X1≠X2，起点像素S和终点像素T构成的要素的倾斜角

否则θ＝90°；

连接要素中心到行走区域的角度a＝θ±90°，从M点出发分别判断θ±90°的相邻像素是否在行走区域，即颜色值是否为Lc，如果是则表示该角度是垂线角度；

S23、对平面格栅图像进行边缘提取，获得室内行走区域的矢量边界和连接要素中心点，计算出室内行走区域的中心线；

S3、将室内行走区域与BIM简化模型相贴合，形成水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据；

S4、综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，生成用于室内导航的网络数据集。

2.根据权利要求1所述的室内导航数据构建方法，其特征在于，在步骤S1中，所述空间信息要素包括门、窗、梁柱、楼梯、电梯、墙和地板要素中的一个或者多个。

3.根据权利要求1所述的室内导航数据构建方法，其特征在于，所述步骤S21前还包括步骤S211：

逐一访问各平面格栅图像，将在后处理图像与在前处理图像进行比较，若图像重复则直接读取在前处理图像的结果并进入步骤S3，若不重复则返回步骤S21。

4.根据权利要求1所述的室内导航数据构建方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

获取与矢量边界相交连接要素对象，将连接要素对象从中心点沿垂直方向作直线，与室内行走区域的中心线相交，并以相交点和中心点作为结点，形成水平网络拓扑数据。

5.根据权利要求4所述的室内导航数据构建方法，其特征在于，所述步骤S3具体包括：

通过碰撞识别出与矢量边界相交的连接要素对象，对连接要素对象进行语义信息提取，获得唯一标识ID；

读取连接要素中心点到室内行走区域的方向角，将连接要素对象从中心点沿垂直方向作直线，与室内行走区域中心线相交，中心点和交点作为结点，形成水平网络拓扑数据。

6.根据权利要求5所述的室内导航数据构建方法，其特征在于，所述各个楼层的连接要素对象包括门、电梯口、楼梯口、出入口。

7.根据权利要求1所述的室内导航数据构建方法，其特征在于，步骤S3还包括：识别各楼层间的过渡要素，将过渡要素抽象为结点，并分别连接形成垂直网络拓扑数据；所述过渡要素包括楼梯口和/或电梯口。

8.一种基于BIM的室内导航系统，其特征在于，包括：

BIM简化模型建立模块，用于提取建筑物的BIM模型中的空间信息要素，获得包括导航要素的BIM简化模型，打印出各楼层的平面格栅图像；具体包括：

基于BIM模型文件，提取BIM模型中的空间信息要素，过滤与导航无关的要素，获得BIM简化模型；

以顶视图对每个楼层进行动态切图，打印出楼层动态切图的平面格栅图像，记录每层的三维坐标范围；定义要素样式表，对每类要素定义不同的颜色，根据要素样式表对每类要素设置对应的颜色样式；过滤要素的颜色记录于Ac，障碍要素的标识颜色记录于Bc，室内行走区域的颜色记录于Lc；

行走区域定位模块，用于对平面格栅图像进行处理获得室内行走区域，并获取室内行走区域的连接要素中心点及方向角，具体包括：

对平面格栅图像进行图像处理，从每层平面格栅图像出入口位置的像素开始进行泛洪填充，获得该楼层的室内行走区域；具体的，若当前像素点为P(X，Y)，其四邻域像素点M(n),n＝1，2，3，4为：

M(1)＝P(X+1,Y)

M(2)＝P(X-1,Y)

M(3)＝P(X,Y+1)

M(4)＝P(X,Y-1)

如果M(n)＝Lc，跳过该像素；

如果M(n)∈Ac||M(n)≠Lc,该邻域像素属于未访问的障碍要素，则不做处理；否则

将该邻域像素设置为当前像素，并设置M(n)＝Lc，并重复该步骤中的判断，直到递归结束，最终获得室内行走区域；递归结束后，室内行走区域的将用Lc颜色标识；

扫描平面格栅图像，确定连接要素对象的像素集合，标识连接要素中心到室内行走区域的垂线的角度；若当前连接要素对象的起点像素为S(X1，Y1)，终点像素为T(X2，Y2)，中心点像素为

标识颜色Mc；

如果X1≠X2，起点像素S和终点像素T构成的要素的倾斜角

否则θ＝90°；

连接要素中心到行走区域的角度a＝θ±90°，从M点出发分别判断θ±90°的相邻像素是否在行走区域，即颜色值是否为Lc，如果是则表示该角度是垂线角度；

对平面格栅图像进行边缘提取，获得室内行走区域的矢量边界和连接要素中心点，计算出室内行走区域的中心线；

网络拓扑数据获取模块，用于将室内行走区域与BIM简化模型相贴合，形成水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据；

导航数据生成模块，用于综合水平网络拓扑数据和垂直网络拓扑数据，生成用于室内导航的网络数据集。

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