五分钟学GIS | 室内导航

什么是室内导航

室内导航是让置身于大型百货商场里的消费者,即使在建筑物内,仍能利用精确的定位功能确定自己的位置并找到想去的地方。可以使用室内导航轻松找到一些大型建筑的指定场所,如卫生间、ATM和指定商家等。
室内导航的价值

据调查统计,现在人们80%时间都处于室内,虽然GPS定位技术非常精准,但在室内却由于无法接收到信号造成无法使用,所以研究室内定位和室内导航非常有必要。室内导航使用户在室内能精确确定自己的位置,还能快速找到最佳路径到达想要去的位置。
当开车进入百货商场地下停车场时,往往绕来绕去找不到空的停车位,费尽九牛二虎之力找到一个停车位,却发现找不到商场入口;当逛着百货商场,突然感觉到“内急”,但是人生地不熟的找不到卫生间,只能强忍痛苦独自苦苦寻觅。有了室内导航,这些问题都迎刃而解,室内导航使人与物之间构建了空间关系,使人们的生活变得更加便捷。

室内导航的关键技术

关键技术—室内定位
室内导航的实现是通过在室内的各处布置基站,用户凭借手机等工具在基站中产生包括距离和信号强度等指纹特征,再根据多个基站的指纹交叉确定用户的位置。
1.室内定位技术的方法多样
目前主流的有WIFI、蓝牙、超宽带(UWB)、LED灯等定位技术,下面是各种室内定位不同参数的对比表:
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近期Google 提出一种新的室内定位技术VPS,VPS 跟我们熟悉的 GPS是对应的,理论上室内室外均可以应用,VPS使用手机摄像头采集视觉信息实现定位,定位时会同时采用几十个甚至几百个视觉参考点来做定位,并配合惯性传感器进一步提升定位精度。不过定位精度究竟如何?还有待进一步验证。
就目前来讲,普遍认为WIFI技术是实现室内定位的最好选择,虽然精度低于蓝牙、超宽带等,但是伴随“无线城市”的发展,使得室内定位具有更大的操作性,下面主要介绍一下WIFI室内定位技术。
2.WIFI室内定位流程
大型建筑内在不同区域放置无线AP(路由器),当智能设备开启WIFI后,可以扫描和收集周围的AP信号,获取每个AP对应的MAC地址(每个AP对应全球唯一的MAC地址),设备将这些能够标示AP的数据发送到位置服务器,服务器检索出每一个AP的地理位置,并结合每个信号的强弱程度,计算出设备的地理位置并返回到用户设备。
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3.WIFI室内定位算法
目前室内WIFI定位的算法主要包括近邻法、三角测量法和指纹法。相比来说指纹法的定位精度更高,而指纹法就是事先把各个位置上的信号特征(各Wi-Fi的信号强度)测量一遍,存入指纹数据库,定位的时候,将当前的信号特征与指纹库中的进行匹配从而确定位置。

关键技术—路径分析技术
通过室内定位确定了起点和终点后,结合已有的路网数据,就可以使用最佳路径分析,对于单层建筑来说,室内路径分析与室外的路径分析原理一致,都是使用迪杰斯特拉算法求两点间的最短路径(迪杰斯特拉具体算法可以参考文献);而室内路径分析增加了对多楼层路网数据进行分析的功能。例如需要从百货商场大门到达二楼必胜客餐厅,室内路径分析分为三个步骤:
首先分析百货商场大门到电梯(或楼梯)入口的最佳路径,得到去往二楼的入口位置以及路线信息。
然后根据二楼的电梯(或楼梯)出口和必胜客餐厅的位置,再次进行最佳路径分析,得出路线信息。
最后整合前两个阶段的路线信息,得出最终路线信息。

关键技术—导航技术
室内导航技术与室外导航一致,使用室内定位技术进行实时定位,并结合路径分析的路线信息,确保定位点从出发点沿着预定的路线进行运动,根据定位点在该点的航向、航速和时间,推算出下一个位置点,使用语言提示进行实时播报。

案例
以某合作伙伴商业综合体室内导航项目作为案例,项目结合商业综合体的实际楼层情况,使用SuperMap iDesktop 制作了每个楼层的商家分布的矢量数据,并对数据使用拉升建模生成了如图所示的三维场景。
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项目使用SuperMap iMobile 8C for Android进行开发,实现了室内定位、跨楼层路径分析、路径导航等一系列功能。
例如小王在进入商场一楼大厅时收到必胜客餐厅的优惠券,希望进入餐厅吃饭,此时只需要使用室内定位,定位自己当前的位置,然后在搜索框中输入必胜客餐厅进行搜索定位。
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定位完成后,使用路径分析功能,分析到达必胜客餐厅的最佳路径。
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分析得到最佳路径后,开启导航模式,就可以根据导航信息顺利前往必胜客餐厅就行就餐。
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