室內地理信息系統的設計與實現方法

楊 乃，李悅康，陳玉成

(中國地質大學信息工程學院，湖北武漢 430074)

室內地理信息系統的設計與實現方法

楊 乃，李悅康，陳玉成

(中國地質大學信息工程學院，湖北武漢 430074)

指出室內地理信息系統與室外地理信息系統的不同之處；根據室內地理信息系統的特點，以世界城光谷步行街大型商場為例，從需求分析、數據組織與管理、系統架構等角度，提出室內地理信息系統的設計與實現方法；并基于Adobe Flex＋MapGIS K9成功開發出中國光谷步行街公共服務系統，對醫院、機場、停車場等類似服務信息系統的研發具有一定的參考價值。

室內GIS；室內空間；電子地圖；MapGIS；Flex；二次開發

一、引 言

當前，室內導航和定位已受到越來越多的關注，與之相輔相成的地理信息系統(GIS)從室外走向室內已是大勢所趨，尤其是隨著數字城市、智慧城市建設的展開，不結合室內場景的應用將無法形成一個完整的體系[1]，室內GIS也成為數字城市、智慧城市進一步發展的必然。作為數字地球大亨的谷歌公司已推出自己的室內地圖，用戶可以用其尋找最近的衛生間，或在機場尋找登機口[2]。包括諾基亞、索尼和三星等在內的 22家企業共同成立了 In-Location室內定位聯盟[3]，室內GIS必將成為該聯盟內各家企業重要的研究內容之一。由于室內空間與室外空間存在較大的差異[1]，室內電子地圖與室外電子地圖相比也各有特點[4]，因此，室外GIS的設計與實現方法并不完全適用于室內GIS，有必要專門針對室內GIS進行系統研究。目前，相關文獻并不多見，文獻[5]認為室內GIS的核心理論和技術包括定位技術、建模方法和數據庫管理三大方面；文獻[6]從空間數據庫和空間數據模型的角度闡述了室內GIS的核心構成；文獻[7]考慮到室內跨樓層的問題，討論了概念化的樓層網絡。本文將對室內GIS和室外GIS進行系統性對比，并通過一個實例介紹室內GIS的設計與實現方法。

二、室內外GIS對比分析

室內外GIS的差異主要體現在空間數據及其組織管理、空間維度、用戶群體、功能特征等方面。

1.空間數據特征

(1)數據源

室外GIS的數據來源主要有地圖數據、遙感數據、測量數據、數字資料、文字報告等[8]；室內 GIS的數據來源主要有建筑平面圖、室內規劃設計圖紙、數字資料、文字報告等。

(2)比例尺

我國共有8種基本比例尺地圖，包括1∶5000、1∶1萬、1∶2.5萬、1∶5萬、1∶10萬、1∶25萬、1∶50萬、1∶100萬[9]。室外 GIS涵蓋了上述大、中、小各種比例尺地理數據；室內GIS都是大比例尺地理數據，如建筑物或構筑物的平面圖比例包括1∶50、1∶100、1∶150、1∶200、1∶300[10]。由此可以看出，室外GIS的地理數據覆蓋范圍要遠遠大于室內GIS。

(3)要素類別

室外GIS既包含自然地理要素，又包含人文地理要素，主要有水系、居民地及設施、交通、管線、境界與政區、地貌、土質與植被等[11]；室內GIS以人文地理要素為主，包括服裝店、餐飲店、家具店、電器店、教育培訓場所、娛樂場所、公共設施等。

2.空間數據組織管理

室內外GIS在空間數據組織管理上的差異主要體現在兩個方面：①室外GIS的數據均處于同一個平面層上，并輔以Z方向上的高程屬性；而室內GIS由于樓層的原因，同一區域內往往對應有不同樓層的數據，在空間數據組織管理上需分樓層考慮。②室外GIS經過數10年的發展，已經形成了一套完善的基礎地理信息要素分類與代碼國家標準[11]，上文已指出室內GIS在要素類別方面與室外GIS存在較大差異，因此，在其分類編碼上也需重新進行設計與規劃。

3.空間維度

室外GIS是基于地形表面的相關應用，其空間維度嚴格意義上應為2.5D；室內GIS是基于建筑結構模型的應用，在垂直方向上分布有不同的樓層及其相關地物，其空間維度可達真3D[1]。室內外GIS一體化融合將是今后GIS發展的一個方向。

4.用戶群體

室外GIS的用戶群體相對廣泛，面向不同的行業應用領域，需要根據行業性質劃分不同的用戶群體，這些用戶群體往往具有較強的專業性；面向大眾應用領域，并沒有特定的用戶群體，用戶需求呈現多樣化的特點。室內GIS的用戶群體相對單一，針對不同的室內場景，具有特定的用戶群體，這些用戶群體具有較強的目標指向。如在商場內，室內GIS主要針對逛街人群，這類用戶以找到某一店鋪為主要目的；在機場內，室內GIS主要針對登機乘客，這類用戶以找到安檢通道和登機口為主要目的。

5.功能特征

由于空間上的約束，室內GIS在功能特征方面與室外GIS也存在差異。①路徑查詢功能：人們在室內大多以步行為主，在樓層分隔的地方有人行步梯、手動扶梯和垂直升降梯3種選擇；而在室外的出行方式則更加多樣化。因此，路徑查詢功能必定有所不同。②統計功能：室外GIS常以某街區、某行政區域等為單位進行統計；室內GIS則主要以樓層、房間為單位進行統計[1]。③空間分析功能：室外GIS提供的多是基于地理特征的空間分析功能；而室內GIS提供的多是基于建筑結構特征的空間分析功能[1]。

三、室內GIS的設計與實現

室內GIS在大型商場、醫院、機場、停車場等場所大有用武之地，能夠為用戶提供購物導航、門診科室導航、登機口查詢、停車位查詢、緊急疏散、逃生路線選擇等服務。本文通過中國光谷步行街公共服務系統的研制，對室內GIS的設計與實現方法進行了研究。

1.需求分析

世界城光谷步行街位于武漢市武昌區魯巷廣場，全長1350 m，是目前世界上最長的步行街，也是武漢最大的商業綜合體，形成了集購物、餐飲娛樂、旅游觀光、休閑健身、商務辦公、酒店于一體的一站式服務體系，已成為武漢市乃至華中地區人氣最高的消費娛樂中心和節慶中心，日均客流量達15萬人次，周末客流量達30萬人次，節假日高峰客流達100萬人次。用戶對中國光谷步行街公共服務系統的需求主要表現在商鋪信息(位置、類型、商品、價格、店主等)、路線信息(安全通道、最優路徑等)、基礎設施信息(消防栓、洗手間、咨詢服務點等)等方面的查詢、統計、分析、管理、顯示等。

2.數據的組織與管理

系統對涉及的各種數據分類別、按樓層進行組織與管理。目前對于室內地理信息要素的分類并沒有形成國家標準，因此，該系統參考《基礎地理信息要素分類與代碼》(GB/T 13923—2006)國家標準。在系統的研發過程中，要素分類采用線分類法，要素類型按從屬關系依次分為4級：大類、中類、小類、子類。其中，大類包括商店、餐飲、娛樂、生活、公共設施、服務管理、教育培訓和其他8個大類；中類在上述各大類基礎上劃分出日用百貨商店、化妝品店、家用電器、鞋店等24類；要素名稱作為隱含類在小類中體現；子類旨在為區別名稱相同的店面(如連鎖店)或獨立要素(如停車位，滅火器等)而設置的類別碼。

綜合考慮光谷步行街的要素數量、分布、類別等因素，分類代碼采用9位十進制數字碼，將大類、中類、小類、子類分別設置為1位、2位、3位、3位。不同場合的室內GIS可依據以上3種因素設置這4種要素類型所占的位數。具體代碼結構如圖1所示。

圖1 要素分類編碼圖解

1)左起第1位為大類碼。

2)左起第2、3位為中類碼，是在大類基礎上細分形成的要素類。

3)左起第4、5和6位為小類碼，是在中類基礎上細分形成的要素類。

4)左起第7、8和9位為子類碼，是在小類基礎上細分形成的要素類。

如本系統中光谷商城一樓商場達芙妮(全國知名鞋店)的分類代碼為108058000；新粵粥府(廣州特色小吃店)的分類代碼為204015000；韋伯英語(英語培訓機構)的分類代碼為700006000。

3.體系架構設計

系統分為三大模塊：基礎模塊、特色模塊和輔助模塊，各模塊又由若干子系統組成，總體架構如圖2所示。

圖2 系統體系架構設計

1)基本功能子系統：提供地圖縮放、漫游、鷹眼、店面查詢等最基礎的應用功能。

2)數據管理子系統：提供地理數據庫和屬性數據庫的檢查、更新、維護等功能。

3)查詢子系統：提供要素查詢和最優路徑查詢功能。其中，要素查詢功能為用戶提供精確查詢或模糊查詢，用戶通過在搜索欄輸入要素名稱，系統將根據用戶輸入的關鍵字模糊查找地理數據庫中的相關要素，并將要素名顯示在提示下拉框中，當用戶精確輸入或選擇某一要素名稱時，該要素在地圖中將閃亮顯示。最優路徑查詢功能通過調用MapGIS的NetAnalyse模塊即可實現，提供兩種使用模式：一是輸入起始位置周圍的某一要素名和終點位置周圍的某一要素名，然后單擊路徑搜索，系統將迅速顯示合適的路徑，如果要素名有重復，系統會提示用戶進行二次選擇；二是用戶可以根據自己所處的位置在地圖上標注起始點和終止點，然后點擊搜索生成最佳路徑，如圖3所示。

圖3 最優路徑查詢

4)系統管理子系統：提供用戶注冊、意見反饋、系統維護等功能。該子系統將用戶分為游客、普通注冊用戶、店主和系統管理員4類。游客(未注冊用戶)可以進行縮放、瀏覽、查詢等基本操作；游客經過注冊成為普通注冊用戶，可以對感興趣的店面進行收藏，并且具有提問、投訴等權限；店主可以更新自己店面的信息，包括LOGO、促銷信息、聯系方式等，并能與普通注冊用戶進行互動，回復普通用戶的提問；管理員具有維護整個系統的最大權限，包括更新店主信息、為未出租商店注冊信息成為新的商店、注銷撤走的商店、回復普通注冊用戶或店主的提問和投訴、用攝像頭監控商場實時情況等。

5)分析子系統：提供按樓層分類統計分析、按店面類型分類統計分析和按用戶收藏點擊量分類統計分析等功能。按樓層分類統計分析功能主要實現各個樓層的各類商店(如服裝店、百貨商店、化妝品店等)數目統計及對比分析顯示；按店面類型分類統計分析功能可以統計同一種類型的店鋪在不同樓層中的分布情況，如圖4所示。

圖4 分析子系統運行示例

6)綜合業務子系統：提供攝像頭監測、店面收藏等功能。攝像頭監測主要為系統管理員提供監控商場實時信息，對突發情況(如火災、打架斗毆等)作出及時響應等功能；店面收藏功能主要便于普通注冊用戶收藏感興趣的店面，同時提供修改收藏原因、刪除收藏店面、顯示收藏店面信息等功能。

7)幫助子系統：提供友情鏈接和查看商場介紹視頻等功能。用戶通過該子系統可以訪問其他與光谷步行街相關的網站，并可以觀看相關視頻，了解更多的光谷步行街信息。

4.系統實現

系統開發語言為C＃＋ActionScript，開發環境為Adobe Flex 3.0，地理信息軟件開發包為MapGIS K9 sp3二次開發大賽版。系統實現后的用戶界面如圖5所示。

圖5 系統用戶界面

四、結束語

本文對室內外 GIS進行了系統比較，并基于Adobe Flex＋MapGIS K9研發了中國光谷步行街公共服務系統，該系統榮獲2012年全國MapGIS二次開發B/S高級組大賽優秀獎。該系統的成功研制對其他場合的室內GIS設計與實現具有一定的借鑒意義。隨著室內導航與定位技術不斷取得突破，相信未來在移動終端的室內GIS將大有所為；盡管如此，譬如跨樓層、不同類型樓梯之間的最優路徑分析等更深層次的問題還有待進一步研究。

致謝:感謝中國地質大學(武漢)計算機學院龔題、王沙沙，以及信息工程學院盧素齋、高廣旗、王新瑋等同學在中國光谷步行街公共服務系統研發過程中作出的貢獻。

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Design and Realization of Indoor GIS

YANG Nai，LI Yuekang，CHEN Yucheng

P208

B

0494-0911(2014)07-0109-04

2013-04-11

國家自然科學基金(41201474)；中央高校基本科研業務費專項資金(CUG120834)

楊 乃(1984—)，男，湖北監利人，博士，講師，研究方向為三維地圖可視化。

楊乃，李悅康，陳玉成.室內地理信息系統的設計與實現方法[J].測繪通報，2014(7)：109-112.

10.13474/j.cnki.11-2246.2014. 0239