CN110634156A - 室内平面图的在线配准方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种室内平面图的在线配准方法，包括在网页端的电子地图中确定目标建筑物位置，并加载其室内平面图；在网页端进行在线地理配准，使室内平面图与电子地图上目标建筑物的轮廓相重合；在线地理配准完成后将室内平面图以图层的形式重新加载，锁定电子地图与室内平面图的相对位置；将锁定位置后的室内平面图进行矢量化处理，导出数据并保存等步骤。其显著效果是：弥补了当前网页端地理配准工具的空缺，地图配准功能在线共享，用户无需安装任何软件，使用成本非常低，便于推广；用户可上传自己的室内平面图，定制目标区域的矢量地图数据成果；用户矢量化的成果以适应网络传输需求的格式直接导出，便于数据共享、传输。

Description

室内平面图的在线配准方法

技术领域

本发明涉及到地理图像配准处理技术领域，具体涉及一种室内平面图的在线配准方法。

背景技术

地理配准在栅格图像控制点与参考点之间建立对应关系，通过平移、旋转和缩放，将栅格图像定位到给定的地理坐标系统中，使栅格图像的每一个像素点都具有真实的实地坐标，具有可量测性。地理配准是进行地图矢量化前的重要步骤，通常用于确定栅格图像数据的位置，消除其在矢量化过程中产生的误差。因此，图像配准的精确度也决定了地图矢量化成果的精度。

当前，主流地理信息系统(GIS)软件如ArcGIS，MapGIS等都提供了地理配准功能，用户只需要选择一定数量的控制点，并对应指定它们的经纬度坐标，即可实现栅格图像数据的配准。但这些软件都只能提供桌面端服务，也即是建立在桌面GIS软件的基础之上，无法实现网页端的在线配准功能。而桌面端服务存在的缺陷有：一是常见的商用GIS软件大多较贵，使用成本较高；二是开源的GIS软件普及率不高；三是所有桌面GIS软件都需安装，且安装包较大，功能较为臃肿，无法实现定制化使用，用户即使只需使用简单的地图数字化功能，也必须安装大量其它不常用的功能模块。

另外，目前国内学者对于地理配准的研究大多集中于地理配准方法的改进及其实际应用，对于在线配准工具的研究与开发还少有涉及。同时，当前GIS逐渐由室外走向室内，现有的大量室内平面图成为室内地图的主要数据来源之一，互联网环境下如何快速获取适用于网络GIS所需的室内地图数据成为一个迫切需求。因此，如何实现室内平面图的网页端在线配准成为一个亟需解决的关键技术问题。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明的目的是根据在室内三维地理信息系统开发过程中的实际应用需求，提供一种室内平面图的在线配准方法，通过平移、旋转、缩放等方法分别调整地图与室内平面图的位置及大小，使室内平面图与地图上目标建筑物的轮廓重合，且该方法可应用于网页端的室内三维地理信息系统，能跟弥补当前网页端地理配准工具的空缺。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：

一种室内平面图的在线配准方法，其关键在于包括如下步骤：

步骤1：在网页端的电子地图中确定目标建筑物位置，并加载其室内平面图；

步骤2：在网页端进行在线地理配准，使室内平面图与电子地图上目标建筑物的轮廓相重合；

步骤3：在线地理配准完成后将室内平面图以图层的形式重新加载，锁定电子地图与室内平面图的相对位置；

步骤4：将锁定位置后的室内平面图进行矢量化处理，导出数据并保存。

进一步的，步骤1中所述室内平面图采用标记点的形式进行加载。

进一步的，所述在线地理配准包括图像平移过程、图像旋转过程与图像缩放过程。

更进一步的，所述图像平移过程为：将室内平面图展现在网页端后，在网页端平移电子地图，将电子底图的目标建筑物的中心点与室内平面图中心点进行重合，并锁定电子地图平移操作。

更进一步的，所述图像旋转过程为：在网页端拾取室内平面图图片的任一顶点，通过旋转操作，使得室内平面图与目标建筑物的角度重合，并锁定室内平面图旋转操作。

更进一步的，所述图像缩放过程为：在网页端拾取室内平面图图片的任一顶点，通过缩放操作，使得室内平面图与目标建筑物轮廓重合，完成在线配准。

再进一步的，所述缩放操作的具体过程为：

步骤A1：获取缩放前室内平面图图片的宽度W0，高度H0；

步骤A2：通过监听鼠标点击事件获取控制点的屏幕坐标(X0，Y0)；

步骤A3：在鼠标移动过程中，通过监听函数随时获取控制点的屏幕坐标(X1，Y1)；

步骤A4：根据控制点位移以及图片宽高比计算出缩放后图片的宽度W1与高度H1；

步骤A5：将图片以新的高度与宽度重新渲染出来，直至鼠标抬起。

进一步的，步骤3中锁定电子地图与室内平面图的相对位置的具体过程如下：

步骤B1：获取室内平面图中标记点的经纬度(lng₀，lat₀)，以及室内平面图在水平状态下左上角端点的屏幕坐标(X₁₁，Y₁₁)以及图片的像素宽度W，像素高度H，旋转角度θ；

步骤B2：通过图片左上角屏幕坐标(X₁₁，Y₁₁)以及图片的像素宽度W、像素高度H，计算得到室内平面图中标记点的屏幕坐标(X₀，Y₀)；

步骤B3：以室内平面图中标记点所在屏幕坐标为坐标系原点o，分别计算室内平面图旋转后四个顶点相对于原点o的坐标A₁(x₁，y₁)、B₁(x₂，y₂)，C₁(x₃，y₃)，D₁(x₄，y₄)；

步骤B4：分别计算坐标A₁(x₁，y₁)、B₁(x₂，y₂)，C₁(x₃，y₃)，D₁(x₄，y₄)相对应的屏幕坐标A₁’(X₁₂，Y₁₂)、B₁’(X₂₂，Y₂₂)，C₁’(X₂₁，Y₂₁)，D₁’(X₁₁，Y₁₁)；

步骤B5：利用电子地图API提供的投影转换函数，将点A₁’(X₁₂，Y₁₂)、B₁’(X₂₂，Y₂₂)，C₁’(X₂₁，Y₂₁)，D₁’(X₁₁，Y₁₁)分别转换为经纬度坐标，并以此四个顶点的经纬度坐标作为图层参数，将室内平面图以图层形式重新加载进电子地图，删除之前创建的标记点。

进一步的，步骤4中矢量化室内平面图得到的数据以.txt或GeoJSON格式导出。

本发明的显著效果是：

(1)地图配准功能在线共享，用户无需安装任何软件，使用成本非常低，便于推广；

(2)用户可上传自己的室内平面图，定制目标区域的矢量地图数据成果；

(3)用户矢量化的成果以适应网络传输需求的格式直接导出，数据的共享、传输方便；

(4)弥补了当前网页端地理配准工具的空缺，对于大区域地形图的地理配准同样也适用，且在智慧城市建设领域具有较好的应用前景。

附图说明

图1是本发明的方法流程意图；

图2是电子地图中加载室内平面图后的示意图；

图3是室内平面图平移后的示意图；

图4是室内平面图缩放后的示意图；

图5是室内平面图旋转后的示意图；

图6是矩形旋转及坐标转换示意图；

图7是室内平面图在线配准后的效果图；

图8是配准后室内平面图的矢量化效果图；

图9是基于矢量化数据进行室内三维建模的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式以及工作原理作进一步详细说明。

如图1所示，一种室内平面图的在线配准方法，具体步骤如下：

步骤1：在网页端的电子地图中确定目标建筑物位置，并通过网页浏览器的上传控件，将需要进行配准的目标建筑物对应的室内平面图上传至网页端，如图2所示；

在配准工作开始前，首先需要确定目标建筑物的地理位置，在地图上搜索到后并显示在屏幕中心，便于后续工作的进行。而在电子地图中加载图片的方式很多，以基于Mapbox JS的开发为例，如通过添加图层layer、标记点marker等均可实现。考虑到地理配准的实际需求，此时需要加载的室内平面图能够支持平移、旋转、缩放等操作，且与地图操作独立。而标记点marker组件能够独立于地图进行平移，且内容样式均可自定义。因此本实施例选择将室内平面图以标记点marker的形式添加，指定锚点默认为室内平面图的中心点，且允许拖拽平移，以实现室内平面图在配准时平移的功能。

步骤2：在网页端进行在线地理配准，使室内平面图与电子地图上目标建筑物的轮廓相重合，本例中，所述在线地理配准包括图像平移过程、图像旋转过程与图像缩放过程。

对于所述图像平移：

将室内平面图展现在网页端后，在网页端平移电子地图，将电子底图的目标建筑物的中心点与室内平面图中心点进行重合，如图3所示，并锁定电子地图平移操作。

对于图像旋转过程：

在网页端拾取室内平面图图片的任一顶点作为控制点，通过旋转操作，使得室内平面图与目标建筑物的角度重合，如图4所示，并锁定室内平面图旋转操作。

对于图像缩放过程：

在网页端拾取室内平面图图片的任一顶点作为控制点，通过缩放操作，使得室内平面图与目标建筑物轮廓重合，如图5所示，完成在线配准。考虑到若室内平面图缩放变形，会影响后续的地理配准结果，因此在缩放过程中始终保持室内平面图的宽高比恒定。实现室内平面图等比例缩放的具体过程为：

步骤A1：获取缩放前室内平面图图片的宽度W0，高度H0；

步骤A2：通过监听鼠标点击事件获取控制点的屏幕坐标(X0，Y0)；

步骤A3：在鼠标移动过程中，通过监听函数随时获取控制点的屏幕坐标(X1，Y1)；

步骤A4：根据控制点位移以及图片宽高比，计算出缩放后图片的宽度W1与高度H1；

W₁＝W₀+X₁-X₀，

H₁＝H₀+(X₁-X₀)*H₀/W₀；

步骤A5：将图片以新的高度与宽度重新渲染出来，直至鼠标抬起。

通过以上过程即可实现室内平面图的等比例缩放。

矢量化过程不可避免需要对地图进行平移、缩放、旋转等操作，在地理配准工作完成后，室内平面图与地图上目标建筑物的轮廓虽已重合，但由于室内平面图与地图的相对位置并未锁定，在进行这些操作时，以标记点marker形式加载的室内平面图的状态(位置、尺寸、旋转角度)并不会随着地图状态的改变而改变，此时会破坏地图与室内平面图之间的匹配关系，需要重新进行地理配准。因此，地理配准完成后，在进行矢量化前，还需要将地图与室内平面图的相对位置进行锁定，防止误操作。将室内平面图以图层layer的形式加载进来，则室内平面图与地图的相对位置将始终不变，可以有效解决这个问题。因此，在地理配准完成后，将以标记点marker形式加载的室内平面图删除，记录其之前的位置，再将其以图层layer的形式重新加载进来，实现地图与室内平面图相对位置的锁定，进入步骤3。

步骤3：在线地理配准完成后将室内平面图以图层的形式重新加载，锁定电子地图与室内平面图的相对位置；

由于标记点marker的位置是通过锚点(默认情况下为图片中心点)确定的，而图层layer的位置是通过左上、右上、右下、左下四个顶点的确定的。因此，在加载图层layer前首先需要根据标记点marker锚点的经纬度以及室内平面图的宽度、高度计算出室内平面图四个顶点所在的经纬度。具体过程如下：

步骤B1：获取室内平面图中标记点的经纬度(lng₀，lat₀)，以及室内平面图在水平状态下左上角端点的屏幕坐标(X₁₁，Y₁₁)以及图片的像素宽度W，像素高度H，旋转角度θ；

步骤B2：通过图片左上角屏幕坐标(X₁₁，Y₁₁)以及图片的像素宽度W、像素高度H，计算得到室内平面图中标记点的屏幕坐标(X₀，Y₀)；

X₀＝X₁₁+W*0.5，

Y₀＝Y₁₁+H*0.5；

步骤B3：如图6所示，假定坐标系XOY为屏幕坐标系，坐标系xoy为直角坐标系，二者均以屏幕像素为单位。假设标记点marker锚点位于直角坐标系原点o，坐标为(0，0)，A点(x，y)按逆时针旋转θ角度后点的坐标为A₁点(x₁，y₁),设OA向量r和x轴的角度为α，则逆时针转过θ后，OA₁向量r和x轴的角度为α+θ。使用圆的参数方程表示点A的坐标为：

x＝r*cosα，

y＝r*sinα；

则A₁的坐标可以表示为(带入A点坐标后进行化简)：

x₁＝r*cos(α+θ)＝xcosθ-ysinθ，

y₁＝r*sin(α+θ)＝xsinθ+ycosθ；

写成矩阵形式如下：

以此类推，分别计算得到图片旋转后其他三个顶点相对于直角坐标系原点o(0,0)的坐标B₁(x₂，y₂)，C₁(x₃，y₃)，D₁(x₄，y₄)；

步骤B4：根据屏幕坐标系原点O与直角坐标系原点o，将点A₁，B₁，C₁，D₁分别由直角坐标转换为屏幕坐标。以点A₁为例，点A₁位于直角坐标系第一象限，位于直角坐标系原点o的右上方，则点A₁对应的为屏幕坐标A₁’(X₁₂，Y₁₂)应为：

X₁₂＝X₀+x₁，

Y₁₂＝Y₀-y₁；

以此类推，分别计算得到图片旋转后其他三个顶点相对于屏幕坐标系原点O(0,0)的坐标B₁’(X₂₂，Y₂₂)，C₁’(X₂₁，Y₂₁)，D₁’(X₁₁，Y₁₁)；

步骤B5：利用电子地图API提供的投影转换函数，将点A₁’(X₁₂，Y₁₂)、B₁’(X₂₂，Y₂₂)，C₁’(X₂₁，Y₂₁)，D₁’(X₁₁，Y₁₁)分别转换为经纬度坐标，并以此四个顶点的经纬度坐标作为图层参数，将室内平面图以图层形式重新加载进电子地图，删除之前创建的标记点marker。至此，便实现了地图与底图相对位置的锁定。

步骤4：在线地理配准完成后，即可配准后的室内平面图基础上进行矢量化，具体实现可利用地图API提供的点、线、多边形等绘制工具将房间、地板等室内构造描绘出来，以.txt或GeoJSON格式导出数据并保存。

本例将上述的室内平面图配准方法应用于基于Mapbox GL JS API开发的室内三维地理信息系统：

首先，通过系统的添加楼层功能将中国地质大学(武汉)图书馆的室内平面图以标记点marker的形式添加并显示在地图上。然后，调整底图透明度(避免因底图不透明遮盖地图影响配准过程)，运用室内平面图在线配准方法进行地理配准，通过缩放、平移、旋转等操作使室内平面图与地图上图书馆的轮廓保持重合，然后，将配准好的室内平面图以图层layer形式重新加载进来，完成室内平面图的在线配准过程。配准结果如图7所示。在此基础上进行室内平面图矢量化(如图8所示)，矢量化的数据可直接用于某些应用场景，如室内三维建模(如图9所示)。

以上对本发明所提供的技术方案进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种室内平面图的在线配准方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤1：在网页端的电子地图中确定目标建筑物位置，并加载其室内平面图；

步骤2：在网页端进行在线地理配准，使室内平面图与电子地图上目标建筑物的轮廓相重合；

步骤3：在线地理配准完成后将室内平面图以图层的形式重新加载，锁定电子地图与室内平面图的相对位置；

步骤4：将锁定位置后的室内平面图进行矢量化处理，导出数据并保存。

2.根据权利要求1所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：步骤1中所述室内平面图采用标记点的形式进行加载。

3.根据权利要求1所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：所述在线地理配准包括图像平移过程、图像旋转过程与图像缩放过程。

4.根据权利要求3所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：所述图像平移过程为：将室内平面图展现在网页端后，在网页端平移电子地图，将电子底图的目标建筑物的中心点与室内平面图中心点进行重合，并锁定电子地图平移操作。

5.根据权利要求3所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：所述图像旋转过程为：在网页端拾取室内平面图图片的任一顶点，通过旋转操作，使得室内平面图与目标建筑物的角度重合，并锁定室内平面图旋转操作。

6.根据权利要求3所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：所述图像缩放过程为：在网页端拾取室内平面图图片的任一顶点，通过缩放操作，使得室内平面图与目标建筑物的轮廓重合，完成在线配准。

7.根据权利要求6所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：所述缩放操作的具体过程为：

步骤A1：获取缩放前室内平面图图片的宽度W0，高度H0；

步骤A2：通过监听鼠标点击事件获取控制点的屏幕坐标(X0，Y0)；

步骤A3：在鼠标移动过程中，通过监听函数随时获取控制点的屏幕坐标(X1，Y1)；

步骤A4：根据控制点位移以及图片宽高比计算出缩放后图片的宽度W1与高度H1；

步骤A5：将图片以新的高度与宽度重新渲染出来，直至鼠标抬起。

8.根据权利要求1所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：步骤3中锁定电子地图与室内平面图的相对位置的具体过程如下：

步骤B1：获取室内平面图中标记点的经纬度(lng₀，lat₀)，以及室内平面图在水平状态下左上角端点的屏幕坐标(X₁₁，Y₁₁)以及图片的像素宽度W，像素高度H，旋转角度θ；

步骤B2：通过图片左上角屏幕坐标(X₁₁，Y₁₁)以及图片的像素宽度W、像素高度H，计算得到室内平面图中标记点的屏幕坐标(X₀，Y₀)；

步骤B3：以室内平面图中标记点所在屏幕坐标为坐标系原点o，分别计算室内平面图旋转后四个顶点相对于原点o的坐标A₁(x₁，y₁)、B₁(x₂，y₂)，C₁(x₃，y₃)，D₁(x₄，y₄)；

步骤B4：分别计算坐标A₁(x₁，y₁)、B₁(x₂，y₂)，C₁(x₃，y₃)，D₁(x₄，y₄)相对应的屏幕坐标A₁’(X₁₂，Y₁₂)、B₁’(X₂₂，Y₂₂)，C₁’(X₂₁，Y₂₁)，D₁’(X₁₁，Y₁₁)；

步骤B5：利用电子地图API提供的投影转换函数，将点A₁’(X₁₂，Y₁₂)、B₁’(X₂₂，Y₂₂)，C₁’(X₂₁，Y₂₁)，D₁’(X₁₁，Y₁₁)分别转换为经纬度坐标，并以此四个顶点的经纬度坐标作为图层参数，将室内平面图以图层形式重新加载进电子地图，删除之前创建的标记点。

9.根据权利要求1所述的室内平面图的在线配准方法，其特征在于：步骤4中矢量化室内平面图得到的数据以.txt或GeoJSON格式导出。

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