CN110880201B - 精细的室内拓扑模型构建方法、信息查询方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种精细的室内拓扑模型构建方法，包括如下步骤：获取室内三维模型的实体集、各实体集的空间特征和属性特征；根据室内语义模型的对象划分方法将室内三维模型进行数据组织以形成以主体对象为主的室内四级结构；将室内空间单元按照拓扑关系进行重新组织生成节点表和节点‑边关系表，并将生成的节点表和节点‑边关系表存储至精细拓扑模型中。本发明还公开了一种基于精细拓扑模型的信息查询方法及装置。本发明的精细的室内拓扑模型构建方法将室内模型构件根据“主体对象－连通对象－虚拟对象”的形式进行对象分类和拓扑建立，构建了可以满足精细管理的四层级室内场景，有效地提高了室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

Description

精细的室内拓扑模型构建方法、信息查询方法及装置

技术领域

本发明涉及空间分析技术领域，尤其涉及一种精细的室内拓扑模型构建方法、信息查询方法及装置。

背景技术

目前，随着智慧城市建设的不断深入，建设的内容也逐渐从城市细化到楼宇，由室外覆盖到室内。据相关统计，人类在室内空间活动的平均时间达到87％，远超户外活动所占日常生活时间的比，如何打造一个更加智慧化的室内空间是现阶段智慧城市建设面临的又一难题。

近些年，针对室内场景的研究比较广泛，成果也比较多。在数据模型方面，已经产生了集几何、语义信息为一体的三维建筑物数据模型包括CityGML、IFC、IndoorGML以及基于这几类标准发展出来的模型等，这些数据模型已作为工业标准投入使用，但是这类标准模型比较臃肿，无法满足目前Web数据浏览轻量化的要求。除了这类通用的标准规范，也有相当多的研究是针对特定的应用场景，比如侧重于室内导航的室内数据模型研究，这类研究更关注室内拓扑网络的组织和重建；针对可视化调度的数据模型则关注室内数据的分层分块组织；室内外一体化的模型则偏重于室内场景和室外场景的连通和无缝切换。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明的目的之一在于提供一种精细的室内拓扑模型构建方法，其能有效提高室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

本发明的目的之二在于提供一种电子设备，其能有效提高室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

本发明的目的之三在于提供一种计算机可读存储介质，其能有效提高室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

本发明的目的之四在于提供一种基于精细拓扑模型的信息查询方法，其能有效提高室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

本发明的目的之五在于提供一种电子设备，其能有效提高室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

本发明的目的之六在于提供一种计算机可读存储介质，其能有效提高室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

本发明的目的之一采用如下技术方案实现：

一种精细的室内拓扑模型构建方法，包括如下步骤：

获取步骤：获取室内三维模型的实体集、各实体集的空间特征和属性特征；

划分步骤：根据室内语义模型的对象划分方法将室内三维模型进行数据组织以形成以主体对象为主的室内四级结构，所述室内语义模型的对象划分方法为将室内空间单元划分为主体对象、连通对象、虚拟对象三种对象；所述主体对象包括楼栋、楼层、房间和设施四个级别的层次结构；

模型构建步骤：根据拓扑关系原理将主体对象和虚拟对象退化为节点，将连通对象抽象为边；将室内空间单元按照拓扑关系进行重新组织生成节点表和节点-边关系表，并将生成的节点表和节点-边关系表存储至精细拓扑模型中。

进一步地，在所述模型构建步骤中，所述节点表由抽象节点类型中的公共属性组成，所述节点表包含标识、节点类型、父节点、名称以及所属虚拟节点，所述虚拟节点指示当节点所属虚拟对象的标识，且所述虚拟节点用于维护主体对象和虚拟对象之间的层级关系，所述父节点指向当前节点上一级节点的标识。

进一步地，所述设施为家电、仪器、设备中的一种或者多种，所述虚拟对象用于实现对主题对象或者连通对象实现功能上的管理。

进一步地，所述精细拓扑模型通过渲染引擎对其内主体对象以及连通对象进行渲染，且所述渲染引擎为Cesium.js。

进一步地，在所述模型构建步骤中，所述节点-边关系表由抽象边类型中的公共属性组成，所述节点-边关系表包含维护了标识、对象类型、A类型、端点A、端点B、B类型、名称、虚拟节点，所述节点-边关系表用于维护连通对象和主体对象之间的关联关系，A和B分别标识一条边的两端，所述节点-边关系表存储了一条边两端的对象类型和对象标识，每个端点为节点类型或者为边类型。

本发明的目的之二采用如下技术方案实现：

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明目的之一中任意一项所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法。

本发明的目的之三采用如下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如本发明目的之一中任意一项所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法。

本发明的目的之四采用如下技术方案实现：

一种基于精细拓扑模型的信息查询方法，包括如下步骤：

接收步骤：接收用户输入的查询信息，所述查询信息为主体对象、连通对象、虚拟对象中的一种或者多种；

显示步骤：根据查询信息与精细级的拓扑模型以在显示装置处显示与查询信息相关的模型图像，所述模型图像包括主体对象、连通对象和虚拟对象中的一种或者多种。

本发明的目的之五采用如下技术方案实现：

一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现本发明目的之四中所述的一种基于精细拓扑模型的信息查询方法。

本发明的目的之六采用如下技术方案实现：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现本发明目的之四中所述的一种基于精细拓扑模型的信息查询方法。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

本发明的精细的室内拓扑模型构建方法将室内模型构件根据“主体对象－连通对象－虚拟对象”的形式进行对象分类和拓扑建立，构建了可以满足精细管理的四层级室内场景，有效地提高了室内三维模型数据的管理效率和管理灵活度。

附图说明

图1为实施例一的精细的室内拓扑模型构建方法的流程图；

图2为实施例一中的室内三维模型的图示；

图3为实施例一中的室内语义建模的划分示意图；

图4为实施例一中室内对象“实体-对象”建模示意图；

图5为实施例一中楼栋的显示示意图；

图6为实施例一中的楼层的显示示意图；

图7为实施例一中的房间的显示示意图；

图8为实施例一中的设施的显示示意图；

图9为实施例一中的消防分区的显示示意图；

图10为实施例四的基于精细拓扑模型的信息查询方法的流程图；

图11为与二层走廊房间关联查询结果图示。

具体实施方式

下面，结合附图以及具体实施方式，对本发明做进一步描述，需要说明的是，在不相冲突的前提下，以下描述的各实施例之间或各技术特征之间可以任意组合形成新的实施例。

实施例一

随着智能楼宇建设的发展，当前室内模型的研究存在两个问题：1)现阶段的城市楼宇中除了主体的空间单元，还承载了大量的智能化设施设备，但在传统的室内地理模型中主要是对空间的管理，对于物的管理则显得比较薄弱，因而现阶段需要在室内模型层级上将模型的粒度也由建筑本身延伸到室内的设备/设施以满足楼宇中设施/设备的管理；2)现有模型比较关注室内固有空间的管理，但是大量管理的业务场景是需要对固有空间进行重新组织、划分以形成能够满足特定场景的业务单元。

针对于上述问题，如图1所示，本实施例提供了一种精细的室内拓扑模型构建方法，包括如下步骤：

S101：获取室内三维模型的实体集、各实体集的空间特征和属性特征；也即是获取三维模型的原始数据，这里的三维模型是没有经过精细模型处理过的常规的三维模型数据，具体模型图如图2所示；

S102：根据室内语义模型的对象划分方法将室内三维模型进行数据组织以形成以主体对象为主的室内四级结构，所述室内语义模型的对象划分方法为将室内空间单元划分为主体对象、连通对象、虚拟对象三种对象；所述主体对象包括楼栋、楼层、房间和设施四个级别的层次结构；所述室内语义模型的对象划分方法如图3所示，然后对获取到的三维模型按照如图4的室内对象“实体-对象”建模图进行关联。

本实施例中的主体对象指占据一定空间，具有明确的边界形态，具备一定的内向性、收敛性和向心性的空间单元。将室内空间按照“整体到局部”、“先垂直后水平”的顺序进行空间剖分，可将主体对象划分为“楼栋-楼层-房间-设施”四个级别的层次结构：楼栋：在地理空间中每个室内场景通过建筑楼栋来进行要素区分，所以从语义上楼栋是每个室内场景数据组织的基本单位，用于区分、标识每个独立的室内空间，在地理场景中具有明确的空间范围边界。楼层：在垂直方向上，楼层是室内空间结构的重要组成部分，是建筑物中用来分隔空间的水平分隔构件，它将室内空间沿竖直方向分隔成若干楼层，在逻辑概念上，向上连接楼栋，向下承载房间。房间：在水平方向上，也就是楼层空间上，通过房屋和走廊对空间进行二次划分，每个房间形成一个封闭的有界空间，房间是室内空间中最基础的有界空间单元，体现出一定的内向性、收敛性和向心性的特征。

设施：“楼栋-楼层-房间”三级划分只能满足室内主体空间管理需求，但无法满足目前越来越多的精细场景的管理需求，比如化学药品的定位管理、智能楼宇的楼控设备管理等，从而需要划分出设施层级。设施对象是指附属于走廊和房屋，不具备空间容纳属性、但具备功能属性的一类室内元素，包括家电、仪器、设备等。通过设置设施这一选项使得空间的整体划分更为的具体，可以实现更多的功能查询与模型管理。所述设施为家电、仪器、设备中的一种或者多种，所述虚拟对象用于实现对主题对象或者连通对象实现功能上的管理，其用于使得用户可以从更细粒度的层面去进行管理。

连通对象主要为了解决空间/设备的联系和疏散问题，具备一定的空间界限，具有通透性、流动性和发散性。具备容纳属性的主体对象将室内空间划分为了四个级别，每个级别内的空间对象之间并不是独立的，相互之间通过连通空间或者设施进行连通，楼栋之间的连通对象是室外走廊、桥梁等；楼层之间通过电梯、楼梯等连通空间进行空间连接；房间之间通过室内走廊进行空间连通；设备设施之间通过管道或者管线这类线状连通对象进行连通。除了同一层级对象的连通，对于跨级别的连通对象之间也可以进行相互连通，比如楼梯和室内走廊。

虚拟对象是为了实现对室内空间单元的精细管理而抽象出来的虚拟空间，借助虚拟对象可以实现对物理空间的二次组织，例如可以将多个房间划分为一个重点消防管理区域，该消防区域就可以划分为一个虚拟对象，虚拟空间对象只存储和管理对物理对象的引用，虚拟节点在概念上只属于一级主体对象-楼栋。具体的结构如图5、图6、图7、图8以及图9所示。

S103：根据拓扑关系原理将主体对象和虚拟对象退化为节点，将连通对象抽象为边；将室内空间单元按照拓扑关系进行重新组织生成节点表和节点-边关系表，并将生成的节点表和节点-边关系表存储至精细拓扑模型中。所述精细拓扑模型通过渲染引擎对其内主体对象以及连通对象进行渲染，且所述渲染引擎为Cesium.js。

基于上述对室内空间的语义划分，本实施例将主体对象、连通对象、虚拟对象作为模型组织关注的重点，并对每种类型里面包含的实体对象进行“实体-关系”建模，得到图4所示的室内对象关系图。为了能够对空间对象进行更好的管理，本文基于拓扑关系原理将主体对象和虚拟对象退化为节点，将连通对象抽象为边，将室内对象按照拓扑关系进行重新组织，得到如表1所示节点表和表2所示“节点-边”关系表。

表1节点表

表2节点-边关系表

表1的节点表由抽象节点类型中的公共属性组成，包含标识、节点类型、父节点、名称以及所属虚拟节点，维护了主体对象和虚拟对象之间的层级关系，父节点类型指向当前节点上一级节点的标识，如果没有上级节点则标识-1；虚拟节点指示当节点所属虚拟对象的标识，如果不存在虚拟节点，则此处默认为-1。

节点-边关系表由抽象边类型中的公共属性组成，包含维护了标识、对象类型、A类型、端点A、端点B、B类型、名称、虚拟节点，维护了连通对象和主体对象之间的关联关系，A和B分别标识一条边的两端，边表存储了一条边两端的对象类型和对象标识，每个端点上既可以是节点也可以是边类型，这样就可以避免需要针对Portal类型单独从主体对象中划分出一个类型出来，此处端点类型：0表示端点类型为点类型，1表示端点类型为边类型。

在本实施例中，以图2所示的建筑物为实验对象，根据室内语义模型的对象划分进行室内三维模型的数据组织，形成以主体对象为主的室内四级结构，具体如图5、图6、图7以及图8所示，其分别表示“楼栋-楼层-房屋-设施”；再使用虚拟对象对二层划分为五个消防分区如图9所示，来实现二次管理空间对象。

本实施例的模型将室内空间构件分为“主体对象-连通对象-虚拟对象”三种类型。以主体对象为基准，在垂直方向上又将室内空间划分为“楼栋-楼层-房间-设备”四个级别，并抽象出虚拟对象实现对对象的二次划分，然后针对同级别对象和跨级别对象建立了拓扑组织规则，最后结合三维引擎Cesium.js对模型进行了管理可视化验证，结果表明：该数据模型能够有效的满足精细场景的数据管理需求。

实施例二

实施例二公开了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器以及程序，其中处理器和存储器均可采用一个或多个，程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，处理器执行该程序时，实现实施例一的一种精细的室内拓扑模型构建方法。该电子设备可以是手机、电脑、平板电脑等等一系列的电子设备。

实施例三

实施例三公开了一种计算机可读存储介质，该存储介质用于存储程序，并且该程序被处理器执行时，实现实施例一的一种精细的室内拓扑模型构建方法。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述基于内容更新通知装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

实施例四

如图10所示，本实施例提供了一种基于精细拓扑模型的信息查询方法，包括如下步骤：

S201：接收用户输入的查询信息，所述查询信息为主体对象、连通对象、虚拟对象中的一种或者多种；也即是接收用户输入的查询信息，比如在本实施例中，用户输入查询与二层走廊关联的房间对象；这时即可对这样的查询信息进行处理。

S202：根据查询信息与精细级的拓扑模型以在显示装置处显示与查询信息相关的模型图像，所述模型图像包括主体对象、连通对象和虚拟对象中的一种或者多种。根据步骤S201输入的信息，也即是与二层走廊关联的房间对象，将其输入模型中即可得到如图11所示的查询结果，能够获取到所有的与二层走廊相关的房间。在本实施例中，除了可以获取到所有的与走廊相关的房间数据外，还可以获取到所有的位于楼栋中的具体设置的位置显示图，比如位于三层楼的空调等。该数据模型能够有效的满足精细场景的数据管理需求。

实施例五

实施例五公开了一种电子设备，该电子设备包括处理器、存储器以及程序，其中处理器和存储器均可采用一个或多个，程序被存储在存储器中，并且被配置成由处理器执行，处理器执行该程序时，实现实施例一的一种基于精细拓扑模型的信息查询方法。该电子设备可以是手机、电脑、平板电脑等等一系列的电子设备。

实施例六

实施例六公开了一种计算机可读存储介质，该存储介质用于存储程序，并且该程序被处理器执行时，实现实施例一的一种基于精细拓扑模型的信息查询方法。

当然，本发明实施例所提供的一种包含计算机可执行指令的存储介质，其计算机可执行指令不限于如上所述的方法操作，还可以执行本发明任意实施例所提供的方法中的相关操作。

通过以上关于实施方式的描述，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，本发明可借助软件及必需的通用硬件来实现，当然也可以通过硬件实现，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如计算机的软盘、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、随机存取存储器(RandomAccess Memory，RAM)、闪存(FLASH)、硬盘或光盘等，包括若干指令用以使得一台电子设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。

值得注意的是，上述基于内容更新通知装置的实施例中，所包括的各个单元和模块只是按照功能逻辑进行划分的，但并不局限于上述的划分，只要能够实现相应的功能即可；另外，各功能单元的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本发明的保护范围。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种精细的室内拓扑模型构建方法，其特征在于，包括如下步骤：

获取步骤：获取室内三维模型的实体集、各实体集的空间特征和属性特征；

划分步骤：根据室内语义模型的对象划分方法将室内三维模型进行数据组织以形成以主体对象为主的室内四级结构，所述室内语义模型的对象划分方法为将室内空间单元划分为主体对象、连通对象、虚拟对象三种对象；所述主体对象包括楼栋、楼层、房间和设施四个级别的层次结构；主体对象指占据空间，具有边界形态、内向性、收敛性和向心性的空间单元；连通对象指具备空间界限，具有通透性、流动性和发散性的空间单元；虚拟对象为实现室内空间单元管理将物理空间再次组织形成的虚拟空间；

模型构建步骤：根据拓扑关系原理将主体对象和虚拟对象退化为节点，将连通对象抽象为边；将室内空间单元按照拓扑关系进行重新组织生成节点表和节点-边关系表，并将生成的节点表和节点-边关系表存储至精细拓扑模型中。

2.如权利要求1所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法，其特征在于，在所述模型构建步骤中，所述节点表由抽象节点类型中的公共属性组成，所述节点表包含标识、节点类型、父节点、名称以及所属虚拟节点，所述虚拟节点指示当节点所属虚拟对象的标识，且所述虚拟节点用于维护主体对象和虚拟对象之间的层级关系，所述父节点指向当前节点上一级节点的标识。

3.如权利要求1所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法，其特征在于，所述设施为家电、仪器、设备中的一种或者多种，所述虚拟对象用于实现对主体对象或者连通对象实现功能上的管理。

4.如权利要求1所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法，其特征在于，所述精细拓扑模型通过渲染引擎对其内主体对象以及连通对象进行渲染，且所述渲染引擎为Cesium.js。

5.如权利要求1所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法，其特征在于，在所述模型构建步骤中，所述节点-边关系表由抽象边类型中的公共属性组成，所述节点-边关系表包含维护了标识、对象类型、A类型、端点A、端点B、B类型、名称、虚拟节点，所述节点-边关系表用于维护连通对象和主体对象之间的关联关系，A和B分别标识一条边的两端，所述节点-边关系表存储了一条边两端的对象类型和对象标识，每个端点为节点类型或者为边类型。

6.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1-5中任意一项所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法。

7.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-5任意一项所述的一种精细的室内拓扑模型构建方法。

8.一种基于精细拓扑模型的信息查询方法，其特征在于，应用于如权利要求1-7任意一项所构建的精细拓扑模型，包括如下步骤：

接收步骤：接收用户输入的查询信息，所述查询信息为主体对象、连通对象、虚拟对象中的一种或者多种；

显示步骤：根据查询信息与精细级的拓扑模型以在显示装置处显示与查询信息相关的模型图像，所述模型图像包括主体对象、连通对象和虚拟对象中的一种或者多种。

9.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求8所述的一种基于精细拓扑模型的信息查询方法。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于：所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求8所述的一种基于精细拓扑模型的信息查询方法。

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