室內地圖數據標準體系探討

任玉環，劉亞嵐，彭 玲，許 清，王 銘，池天河

(中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100101)

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室內地圖數據標準體系探討

任玉環，劉亞嵐，彭 玲，許 清，王 銘，池天河

(中國科學院遙感與數字地球研究所，北京 100101)

室內空間信息服務潛在的市場需求和室內定位技術的發展使室內地圖得到日益廣泛的關注，但是室內地圖數據缺乏統一的標準規范，使得室內地圖的生產、更新、維護和數據共享成為難點。本文在調研目前室內地圖應用和相關標準研制現狀的基礎上，指出室內地圖數據標準編制的必要性和室內地圖數據標準編制時應遵循的原則，并對室內地圖數據標準的體系結構進行了分析闡述，對室內地圖數據標準的最終確立將起到推動作用，有利于加快室內地理空間信息產業化的步伐。

室內地圖；室內定位；標準；數據模型；編制原則

一、引 言

目前室外電子地圖已經非常成熟和實用，廣泛用于互聯網位置搜索、導航定位等領域。隨著城市化進程的快速推進和商業經濟的迅猛發展，人們在內部結構越來越復雜的大型室內場所停留的時間越來越多，促使人們對空間信息的需求悄然從室外延伸到室內[1]。與此同時，室內定位技術的進步客觀上推動了電子地圖從室外到室內的延伸[2]。自從百度、谷歌相繼推出室內地圖在線服務以來，室內地圖逐漸成為地圖學研究與應用的熱點[3]。

室內地圖作為一個新興事物，目前國內外針對它的數據標準與規范還很不完善[4]。由于室內地圖的測繪、研制、更新、服務成本巨大，目前相關標準體系的缺失，極其不利于室內地圖的規模化生產、應用與共享。本文通過調研國內外室內地圖產品現狀和室內地圖相關標準研制情況，分析了室內地圖數據標準的編制范圍、目的和原則，并進一步研究了室內地圖數據標準的體系結構，為室內地圖數據標準的制定奠定了基礎，對推動室內地圖的標準化及其推廣應用具有指導意義。

二、室內地圖產品現狀和問題

室內地圖在10年前就已進入研發視野，直到近幾年一些巨頭介入后才引起了普遍關注。目前國際上室內地圖圖商主要有Micello公司、谷歌地圖、微軟必應地圖、諾基亞等。2011年開始，隨著百度等的加入，國內室內地圖產業也開始了加速發展，相關的公司和產品主要有百度地圖、高德、圖聚(原名“圖淵”)、點道、四維圖新、積米、智慧圖等。其中圖聚和點道以室內地圖數據制作為主，它們分別是百度和高德室內地圖的提供商。各圖商的室內地圖推出時間及服務范圍見表1。據國際權威調查機構IMS Research在2012年7月的報告[5]，目前全球有至少130家公司涉足室內地圖、室內定位、室內追蹤、室內導航等的研發。報告預測，到2016年將會有近12萬個室內場所地圖供用戶使用。

表1 不同圖商室內地圖推出時間及服務范圍

通過目前國內外室內地圖產品的對比，發現各家的室內地圖產品存在多方面的差異，主要表現在：

1) 室內地圖數據來源五花八門。不同地圖服務商獲得室內地圖的來源不盡相同，網絡、線下搜集、用戶提供、商家提供等均是可能的來源，不同來源的數據其格式、表現形式、信息量和精度等均有所不同。

2) 室內地圖數據內容的側重點和詳細程度不一致。如谷歌室內地圖具有豐富的樓層平面布局細節和POI標注，而百度室內地圖的POI還比較少。不同圖商對POI深度信息的挖掘程度差異較大，圖聚室內地圖上有關一個店鋪的屬性信息多達50～100個，谷歌、點道等室內地圖的此類信息則一般僅有3～5個。

3) 室內地圖表達方式差異較大，圖形顏色、圖形符號、注記符號等各有不同。谷歌室內地圖的樓層平面布局圖色彩配置較淡，而必應室內地圖的室內布局多以紫色、綠色等色塊突出顯示；國內百度和高德的室內地圖主要用多種顏色的色塊表示樓層平面布局，配色比較亂，沒有規則可循。

針對國內外地圖服務商的室內地圖產品存在的諸多差異，究其原因主要是因為至今在室內地圖領域國內外尚沒有統一的行業規范和標準。各公司分別獨立包攬地圖采集制作的所有環節，根據自己的實際需要制定相應的數據生產技術方案。由于室內地圖原始資料來源有所差異，且各公司數據處理團隊技術水平、軟硬件設施不一致，從而造成數據格式不一，數據內容各異，地圖表達方式不同，給數據共享、交換帶來極大不便，室內地圖數據更新和維護也難以有效進行。室內地圖數據的標準化問題已成為當前制約室內地理信息應用的一大瓶頸，開展室內地圖數據標準研究是當務之急。

三、國內外同類標準概況

目前室外地圖數據標準比較完善。在我國，由國家歸口管理，以企業為主開展標準編制工作，形成了《國家地理信息標準體系框架》，并在該體系指導下已形成10余項導航地圖數據標準，涵蓋交換格式、數據生產、存儲格式、數據模型、質量規范等各個方面[6]。工業和信息化部牽頭的“衛星導航應用系統標準研究制定”專項制定了一系列有關導航電子地圖的國家標準和行業標準，涉及導航電子地圖數據的采集、處理、交換及服務各個方面[7]。因室內地圖與室外地圖在數據內容、展現方式等方面有諸多不同，室外地圖標準的相關內容很難直接借鑒，但其體系結構等可以作為室內地圖標準研制的參考。

由于室內地圖相關標準不完善帶來的數據生產、應用和共享等方面的各種問題，逐漸引起了國際標準化機構對室內地圖數據標準研制的關注[8]。工業基礎類(industry foundation classes，IFC)制定的三維建筑模型—建筑信息模型(building information modeling，BIM)，對建筑內部三維模型進行了具體規定。開放式地理信息系統協會(Open Geospatial Consortium，OGC)的城市地理標記語言(city geography markup language，CityGML)，是一種用來表示和傳輸城市三維對象的通用信息模型，它是最新的城市建模開放標準。CityGML第4層涉及室內空間[9]。然而，IFC和CityGML僅規定了建筑三維模型的相關內容，沒有涉及具有地理位置信息的地理數據，無法支持室內導航等位置服務。OGC也在制定室內空間數據模型標準 IndoorGML。2014年2月，IndoorGML標準工作組(Standards Working Group,SWG)在OGC網站上公布了IndoorGML v.0.8.2版本，提出了一種表示室內空間的多層空間模型，面向大眾征集意見和建議[10]，計劃2014年4月正式提交OGC技術委員會。

國內僅有個別公司以非官方方式公布了室內地圖數據制作的部分流程，但沒有對室內地圖數據的數據模型、數據格式等作具體說明。國內外研究人員對室內地圖的設計和制作方法進行了研究[11-13]，但尚沒有達成共識的室內地圖數據制作方案。

總之，室內地圖數據標準研制已經引起國內外機構的注意，但距離完善的室內地圖標準的制定還有很長的道路。

四、室內地圖數據標準編制目的與范圍

室內地圖數據標準編制的目的在于規范室內地圖數據的采集、制作、發布、交換和共享，便于室內地圖的標準化及其推廣應用。

室內地圖數據標準規定室內地圖的數據源、數據模型、數據格式、數據質量要求、地圖符號及數據處理一般流程等內容。標準將普遍適用于表示室內地理空間信息的電子地圖編制、地圖數據屏幕顯示和紙張地圖出版。

室內地圖數據標準的用戶包括室內地圖數據的生產者和使用者。例如, 標準可以用于室內地圖數據采集，生產者可以用它來規范自己的產品。而室內地圖數據產品的使用者也可以用它來陳述需求，因此，也是該標準的用戶。

五、室內地圖數據標準編制原則

標準制定時依據的原則將直接影響數據標準的制作，進而影響室內地圖數據的生產和應用。鑒于室內地圖數據內容、數據結構等的特殊性，在制定數據標準時除了考慮與已有國家標準、行業標準相兼容，并遵循實用性、時效性、可擴展性等一般室外地圖數據標準的原則外，還應著重考慮以下幾個方面的問題。

1.考慮用戶習慣的延續性

室內建筑CAD圖的應用已經有多年歷史，對于圖紙上的房間、房門等基本要素的表示方法已經形成了普遍的國際性符號體系認同習慣；通用的標志用公共信息圖形符號(如衛生間等)[14]，也已經在人們的日常生活中形成習慣。因此，在本項標準中應合理吸納建筑CAD圖圖式標準和通用公共信息圖形符號圖式，以保持對室內地理要素認知的延續性。

2.滿足室內地圖可視化表達的需要

室內地圖利用矢量數據展示室內空間要素的幾何、屬性和拓撲信息。與室外地圖相比，室內地圖更注重小區域、大比例尺、高精度和精細化的內部元素展現。因此室內地圖數據標準應滿足室內地圖可視化表達的需要，包括三維立體可視化表達，能準確表現室內地物空間對象和對象特征。

3.滿足室內位置服務的需要

室內地圖最重要最廣泛的應用是室內位置服務，因此，室內地圖數據標準編制時應通過合理的數據制作技術方法保證室內地圖數據的空間位置精度。與此同時，通過矢量數據拓撲規則與科學的三維室內地圖數據模型設置，確保室內地圖數據的空間分析支撐能力，尤其是跨樓層的一體化空間分析、路徑規劃等能力。

4.為室內地圖數據規模化生產提供指導

室內地圖數據標準的作用主要是指導室內地圖數據的采集和生產，消除室內地圖不同生產部門在數據內容和格式、地圖表達方式等多方面的差異，便于數據的交換和共享。因此，室內地圖數據標準需要通過對室內地圖數據的采集、生產和表達各環節的規范和約束，實現室內地圖數據采集獲取、生產、質量檢查等環節既獨立又完整，為規模化生產提供規范基礎和作業指導。

六、室內地圖數據標準體系結構

室內地圖數據標準應包含一套完整的室內地圖空間數據采集、處理、編碼、索引、更新、集成、應用和服務標準和技術規范體系，對室內地圖數據的采集、處理與集成過程中的元數據信息、數據模型、交換格式、數據精度等具體細節進行統一規定。具體包括但不僅限于以下幾項標準。

1.元數據標準

元數據標準是室內地圖數據標準的重要組成部分。元數據標準從數據標識、空間特征、屬性特征、時間特征、質量評價、數據管理、數據形式等各個方面全面描述室內地圖數據本身及其產生過程。

2.空間參考標準

平面坐標系、高程系是制定室內地圖數據標準的基礎。室內地圖數據空間坐標系應完整支持空間分析、語義關聯、拓撲關系和地圖展現等，尤其能夠結合樓層高度標識室內三維空間的區域性位置。

3.數據模型標準

數據模型標準規定室內地圖數據所包含的要素、屬性和關系，并說明如何進行數據分層、分類、編碼與拓撲表達等。其中圖層劃分時應著重考慮用于地圖顯示的圖層(如房間格局)和用于數據分析的圖層(如路徑分布)的結合與區別。在編碼體系方面，室內地圖數據的基本對象是房間、走廊、POI等，可采用從樓宇到樓層再到房間/走廊/POI的層級編碼方法對數據進行分類和編碼，由上往下、由主到次形成系統有機的整體。

4.地圖符號標準

地圖符號包括圖形符號和注記符號，地圖符號標準通過對室內地圖的圖形符號和注記符號的具體規定，實現地圖表達風格的統一，便于室內地圖理解。由于建筑用途類型多樣，其室內空間的屬性差異較大，應在建筑大類的基礎上，對其內部空間的地圖符號進行歸類設置，避免符號太過龐雜。

5.數據質量控制標準

數據質量控制標準從圖形精度、屬性精度、圖形屬性邏輯一致性等方面對室內地圖數據進行質量控制規定。這與室外地圖類似，但其精度(尤其是圖形精度)要求更高，以便更好地支撐室內定位。

6.數據交換標準

數據交換標準應該包括數據描述標準、權限描述標準、信息采集標準、信息發布標準及數據交換接口標準等，從而使數據生產與應用各單位之間進行數據層面的互訪互通，便于數據交換與共享。

7.數據制作實用作業規范

室內地圖數據制作實用作業規范需明確基于不同來源的原始數據，室內地圖制作所用的工具軟件，以及數據準備、地圖配準、數字化、質量檢查、外業調查等步驟的操作流程。根據該實用作業規范，室內地圖制作人員經過簡單培訓即可以完成室內地圖制作，數據成果符合室內地圖數據相關其他標準規范的要求。

七、結束語

室內地圖數據標準是室內地圖數據生產、交換與共享遵照的指標與原則。室內地圖數據標準的編制是室內位置服務的基礎與核心，是室內空間地理信息產業建設能否邁上一個新臺階的關鍵所在。

目前，筆者所在的團隊以面向消防應用的室內地圖為例，已經初步研制了相關的數據標準規范，并應用于指導天津濱海新區的消防室內地圖數據制作。雖然目前本文對于室內地圖標準的具體細節規定方面還有待進一步研究與完善，但對于我國第一個有關室內地圖的行業標準的出臺意義非同一般，它對室內地圖標準的最終確立將起到重要的推動作用，有利于加快室內地理空間信息產業化的步伐。

[1] 齊曉飛,崔秀飛,李懷樹，等.室內地圖設計現狀分析[J].測繪與空間地理信息,2013,36(2):10-14.

[2] 張玉梅.救援隊員室內定位技術分析[J].消防科學與技術，2012，31(6):1-2.

[3] 張棟海,韓麗華,肖雄兵，等.導航地圖發展現狀和趨勢分析[J].地理信息世界,2013(2):20-23.

[4] 王富強,薛志偉,齊曉飛，等.室內地圖研究綜述[J].地礦測繪,2012,28(2):1-3.

[5] 福布斯中文網.室內地圖服務“圖淵”融資1200萬元[EB/OL].2013-09-12[2014-04-12].http:∥www.forbeschina.com/review/201309/0028272.shtml.

[6] 地理信息標委會秘書處.關于印發《國家地理信息標準體系框架》的通知[EB/OL].2007-10-18[2014-04-10].http:∥gts.sbsm.gov.cn/article/zygfxwj/200811/2008 1100043350.shtml.

[7] 國家基礎地理信息中心.我國地理信息標準化進展和存在問題述評[EB/OL].2009-12-10 [2014-03-10].http:∥www.3snews.net/index.php?m=content&c=index&a=show&catid=20&id=1047.

[8] 張蘭,王光霞,袁田，等.室內地圖研究初探[J].測繪與空間地理信息 ,2013(9):43-47.

[9] OGC.OGC City Geography Markup Language (CityGML)En-coding Standard[EB/OL].2012-04-04[2014-04-20].https:∥portal.opengeospatial.org/files/?artifact_id=47842.

[10] OGC.OGC?IndoorGML[EB/OL].2014-01-28[2014-04-20].https:∥portal.opengeospatial.org/files/?artifact_id=56923.

[11] 劉兆宏，王科，豐江帆，等.矢量室內地圖建模與制作方法[J].數字通信,2012,39(4):77-80.

[12] 盛慶，鄧中亮，徐連明，等.基于GIS室內定位和導航的電子地圖設計與應用[J].北京聯合大學學報：自然科學版,2012,26(1):23-27.

[13] NOSSUM A S．Indoor Tubes a Novel Design for Indoor Maps[J]． Cartography and Geographical Information Science，2011，33(2): 192-200．

[14] 中國國家標準化管理委員會.GB/T 10001.1—2012標志用公共信息圖形符號 第1部分：通用符號[S].北京：中國標準出版社，2012.

Research on Data Standard of Indoor Maps

REN Yuhuan，LIU Yalan,PENG Ling,XU Qing,WANG Ming，CHI Tianhe

任玉環，劉亞嵐，彭玲，等.室內地圖數據標準體系探討[J].測繪通報，2015(7)：50-53.

10.13474/j.cnki.11-2246.2015.0209

2014-06-02

科技部國家工程技術研究中心再建項目(2011FU125Z24)；國家發改委衛星及應用產業發展專項；天津市科技計劃(12ZCZDSF00800)

任玉環(1982—)，女，博士，助理研究員，研究方向為遙感信息提取及其應用、地理信息數據標準化。E-mail：renyuhuan_2001@163.com

彭 玲。E-mail：plqiqi@126.com

P28

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：0494-0911(2015)07-0050-04