雷 潭 初云燕

(山東協(xié)和學(xué)院，山東 濟(jì)南 250000)

室外導(dǎo)航技術(shù)目前已經(jīng)比較成熟，使大眾在生活中已經(jīng)習(xí)慣依賴于科技帶來的移動(dòng)信息技術(shù)的便捷。隨著生活中建筑物體量越來越大，建筑物內(nèi)部所承載的事物對象也就越來越多，人們在陌生的復(fù)雜建筑物內(nèi)部很多時(shí)候還需要與人交流才能獲得路徑和定位信息，這與信息化依賴的習(xí)慣沖突，使得對室內(nèi)導(dǎo)航的技術(shù)需求越來越顯現(xiàn)出來。室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)與室外導(dǎo)航技術(shù)在本質(zhì)上是一樣的，都需要三種技術(shù)支撐才能展開，分別為室內(nèi)定位技術(shù)、室內(nèi)地圖、路徑規(guī)劃技術(shù)。

1 室內(nèi)定位技術(shù)

室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)的分類方法，學(xué)者有不同的分法。有的學(xué)者根據(jù)定位的覆蓋范圍、定位的位置類型、定位的精度進(jìn)行分類；有的學(xué)者將定位技術(shù)從位置感知、信號測量(基站)以及傳感器(衛(wèi)星)的類型這個(gè)角度進(jìn)行分類；還有的學(xué)者根據(jù)導(dǎo)航定位的算法思想進(jìn)行分類。這些分類方法都促進(jìn)了室內(nèi)定位技術(shù)的發(fā)展。

不論基于哪一種分類方法，目前室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)采用的定位方法主要有以下幾種：鄰近探測法、質(zhì)心法、極點(diǎn)法、三角定位法、多邊定位法、航位推算法、指紋法、遮蔽法。這些方法里有的基于基站定位，如鄰近探測法、遮蔽法、質(zhì)心法；有的基于地磁定位，如指紋法；有的是基于藍(lán)牙或者超聲波定位，如三角定位法和多邊定位法；還有的是基于慣性導(dǎo)航的，如航位推算法。不管哪種方法，都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，有的方法布設(shè)成本低、計(jì)算量小也易于搭建，但是精度的提高依賴于參考點(diǎn)的布設(shè)密度；有的方法精度比較高，對參考點(diǎn)的依賴程度較低，但是工作量太大，可擴(kuò)展性不高或者成本太高，不適合推廣使用。室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)的精度因?yàn)椴捎玫姆椒ú煌膊槐M相同。有的室內(nèi)定位技術(shù)定位精度高，但是覆蓋的范圍太小，且消耗的功耗太高；有的室內(nèi)定位技術(shù)定位精度低，消耗功耗也很高，但是其覆蓋的范圍卻可以比較大。

為了能利用目前流行的室內(nèi)導(dǎo)航定位技術(shù)和方法的優(yōu)點(diǎn)，學(xué)者在已有的技術(shù)和方法的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，以謀求濾除噪聲干擾、優(yōu)化定位的估算坐標(biāo)、對計(jì)算結(jié)果進(jìn)行校正，從而提高準(zhǔn)確性的同時(shí)有更高的數(shù)據(jù)精度、穩(wěn)定性和更大的覆蓋范圍。

2 室內(nèi)地圖

室內(nèi)導(dǎo)航的實(shí)現(xiàn)需要預(yù)先建立相應(yīng)的室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)。室外導(dǎo)航以車載系統(tǒng)為主，公路路網(wǎng)是簡單的折線和曲線集合，所以室外導(dǎo)航地圖的構(gòu)建，可以依靠傳統(tǒng)的地圖測繪方法結(jié)合數(shù)據(jù)更新技術(shù)完成。但是，室內(nèi)導(dǎo)航以個(gè)人用戶為主，人的活動(dòng)區(qū)域是自由的。并且室內(nèi)空間一般會由阻礙通行的結(jié)構(gòu)物隔開，比如墻體、桌椅等。同時(shí)還會存在不可通行的區(qū)域以及不可直接進(jìn)去的區(qū)域。所以室內(nèi)導(dǎo)航地圖構(gòu)建最好可以形成不依賴專業(yè)人員的自動(dòng)測繪方案。

目前，室內(nèi)導(dǎo)航地圖構(gòu)建處于發(fā)展過程中，可以分為兩類：一類方法是對室內(nèi)地圖的數(shù)據(jù)組織和存儲方式進(jìn)行研究，引入地圖模型的設(shè)計(jì)方法，結(jié)合矢量化技術(shù)或者網(wǎng)格采集圖層等技術(shù)，通過室內(nèi)地圖模型進(jìn)行構(gòu)建；另一類方法是通過機(jī)器人跟蹤技術(shù)繪制室內(nèi)障礙物的形式進(jìn)行室內(nèi)地圖的構(gòu)建。

建筑信息模型BIM是三維實(shí)體模型，它包含實(shí)體構(gòu)建的位置信息、尺寸關(guān)系以及構(gòu)建的材料屬性等信息，以數(shù)字的形式存儲，將與項(xiàng)目相關(guān)的信息集成，使用過程中允許工程師隨時(shí)修改與獲取信息。這種模型信息表達(dá)直觀，可以形成交互式的操作，克服了二維圖紙專業(yè)間相互割裂的弊端。因此，BIM可以在位置信息服務(wù)領(lǐng)域?yàn)榻ㄖ锸覂?nèi)導(dǎo)航提供數(shù)據(jù)支持，通過數(shù)據(jù)的提取，實(shí)現(xiàn)室內(nèi)地圖的構(gòu)建，為室內(nèi)路徑規(guī)劃提供基礎(chǔ)。

3 室內(nèi)路徑規(guī)劃技術(shù)

室內(nèi)路徑規(guī)劃是導(dǎo)航服務(wù)的核心展示形式。在建筑物內(nèi)部，人們會要求按照自身的需求去規(guī)劃最優(yōu)路徑，而當(dāng)發(fā)生緊急狀況時(shí)，室內(nèi)路徑還應(yīng)根據(jù)不同出入口的通過權(quán)限和流通量做出相應(yīng)的調(diào)整，所以與室外導(dǎo)航的路徑規(guī)劃存在很大的區(qū)別。

復(fù)雜環(huán)境下的室內(nèi)路徑規(guī)劃問題本質(zhì)是尋找最短路徑，是一類組合優(yōu)化的問題。解決這類問題主要靠路徑規(guī)劃算法，實(shí)現(xiàn)路徑的自動(dòng)規(guī)劃。目前比較流行的算法主要有A*及其改進(jìn)算法、實(shí)時(shí)搜索算法、智能算法、多代理路徑搜索算法。盡管學(xué)者不斷的對算法進(jìn)行改進(jìn)，但是由于室內(nèi)環(huán)境的結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜以及規(guī)劃要求的多樣性，目前室內(nèi)路徑規(guī)劃的問題仍然有很大的提高空間。

室內(nèi)導(dǎo)航的研究日益得到關(guān)注與重視，其應(yīng)用也越來越普及，未來的智慧城市以及智慧建筑的建設(shè)都離不開室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)。經(jīng)過學(xué)者的不懈努力，未來會出現(xiàn)精度高、成本低、適用于大眾需求的室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)，使人們的生活更便捷。