基于二維碼的室內定位導向初探

摘? 要：室內定位技術在大型商場的應用顯現雛形，但精細定位需配備基站、射頻等硬件，布設成本較高，研究提出采集平面坐標并計算相對空間位置的空間數據解決方法，單獨采集平面電子地圖，測算各關鍵點坐標，將空間位置加密存儲于二維碼中;并選取智慧園區作為研究對象，通過服務端測算距離及方位，反饋至客戶端實現掃碼定位及導向，以期提升園區生活體驗感，深化園區服務內容。

關鍵詞：二維碼;智慧園區;室內定位;導向

中圖分類號：TN925.93;TP391.44 ? ? ?文獻標識碼：A 文章編號：2096-4706（2020）17-0126-03

Abstract：Indoor positioning technology has been used in the application of large shopping malls，but fine positioning needs to be equipped with base station，radio frequency and other hardware，which produces the high layout costs，this study proposes a solution to collect plane coordinates and calculate the relative spatial position，separately collect the plane electronic map，calculate the coordinates of each key point，store the spatial position encrypted in the two-dimensional code，and select the smart park as the research object. By measuring the distance and orientation of the server，the guidance will be feeded back to the client，so as to improve the efficiency of smart park and deepen the service content of the smart park.

Keywords：two-dimensional code;smart park;indoor positioning;guidance

0? 引? 言

因城市空間增長，為輔助用戶快速到達目的地，路徑規劃及引導技術逐漸應用于日常生活中。20世紀60年代，相關學者將標志與導向融合，進行了相關技術研究[1]，研究內容涵蓋布局優化[2]、虛擬現實應用[3]、數字標志[4，5]等。相關技術的早期應用以室外空間導向為主，隨著城市建筑容積率的增長，大型建筑物成為市民衣食住行的重要場所，但建筑結構及功能的愈加復雜，使用戶群體無法快速便捷到達目的地，通勤效率低下、體驗感差。為解決此類問題，室內地圖及導向研究逐步受到相關學者的關注[6，7]，目前已有若干場景利用地圖配合北斗定位、GPS、Wi-Fi網絡、RFID射頻、藍牙等技術實現室內定位、導航，有條件的地區甚至構建了室內三維模型，并研發相關APP在醫院、政府機構等業務場景中嘗試應用。

廈門信息港建設發展股份有限公司（以下簡稱信息港）作為廈門信息集團有限公司控股的大型國有高科技信息產業股份公司，在智慧城市、智慧交通、智慧政務、智能建筑、智慧旅游和IT高端服務等領域取得了長足發展，因公司負責廈門市軟件園二、三期智能化建設，所以針對園區訪客在樓宇內部的尋址問題，整合現有技術進行攻克，以提升園區內的工作、生活體驗感。高精度導航功能及三維建模需基于若干硬件設備，實現耗時較長，且對原有園區建筑增加了改造成本，還可能影響日常運營。以北斗室內定位為例，民用北斗定位結合運營商基站可將精度提升至厘米級，然而衛星信號漂移以及地圖POI數據更新不及時等Bug的出現會造成定位極其不準的問題，因此智慧園區樓宇內部的定位有別于基礎地理坐標，需確保室內定位系統在衛星信號飄移等情況下穩定可用。本研究提出基于二維碼存儲空間平面相對位置的解決方案，選取智慧園區為案例，將導向功能嵌入原有公眾號，旨在改善園區訪客在樓宇內部的尋址困難問題，以信息化提升園區工作生活體驗感。

1? 技術設計背景

信息港承接了廈門市軟件園二期及三期智慧園區項目，鑒于園區是產業發展的載體，可視為小型智慧城市綜合體，涵蓋信息化基礎設施、安全管理、企業和公眾服務、產業培育等內容，目前信息港的園區解決方案將智慧園區劃分為感知層、通訊層、平臺層、應用層、訪問層、用戶層六個層，其中感知層為獲取數據的傳感終端，通訊層為終端數據的傳輸渠道，平臺層作為基礎支撐提供數據分析，支撐業務應用，應用層涵蓋了暢行園區、互聯園區、安全園區、生態園區、五星園區和全息園區，訪問層為用戶訪問渠道，用戶層則為智慧園區的服務對象，為契合各級用戶使用，如圖1所示。

其中應用層內的暢行園區從交通暢行、路網分析層面為入園車輛、人員提供導航;互聯園區圍繞園區網絡體系、基礎設施建設，包括研發環境、IT服務、5G覆蓋、公共Wi-Fi及物聯傳感網絡布設;安全園區以單元網格及視頻安防監控、門禁系統等保障入園企業及個人安全;生態園區從可持續發展角度圍繞自然環境保護及節能減排，降低園區運行費用;五星園區通過統一切合企業和從業者需求的服務，提升園區服務能級;全息園區基于數據儀表盤形成園區大腦及數字展廳進行可視化展示。在暢行園區服務體系中，目前可通過百度地圖、高德地圖等電子地圖實現路徑規劃及指引，但由于中小企業規模較小，單一樓宇中的尋址問題常困擾入園訪客，為提升園區服務水平，本文提出樓宇內部室內導向解決方案。

2? 室內定位導向技術體系設計

室內導向需優先解決室內定位問題，相比較為成熟的室外定位，室內定位未形成規模化的主要原因為精度、施工及定位平臺不統一等。首先，室內環境復雜多變，參與定位的設備眾多，人們對定位精度的要求也遠高于室外，尤其是部分涉及高速移動設備定位的行業，對定位精度以及定位時延的要求較為苛刻。其次，為提升精度，室內定位網絡需要在每個樓宇單獨部署站點，工作人員需要做大量的溝通工作;加上室內空間的復雜及私密性構造，也大大地增加了布網的工作量。再次，室外定位已形成大而統一的定位平臺，如高德地圖、百度地圖，而室內定位由于剛剛起步，標準還未成熟統一，室內定位平臺還不成規模。最后，碎片化的應用場景提高了更新維護室內地圖的成本。因此本次室內導向設計將設置預留參考點位置及獨立相對坐標，對室內靜態對象進行空間編碼并將其以二維碼的形式嵌入到現有的標志系統中，結合平面電子地圖實現室內定位和導向[8];并結合建筑物服務公眾號，實現獨立信息發布及位置查詢。

二維碼又稱二維條碼，其技術原理是將形狀特定的幾何圖形按規律放置在二維平面上，用黑白相間的圖形記錄用戶需要的數據信息。二維碼使用計算機內部的“0”“1”二進制的基本邏輯，使用不同形狀的幾何圖形來與二進制對應，從而表達數據信息。二維碼自動識別技術在信息存儲技術中較為底層，具備可記錄信息多、識別方式便利、容錯能力強、制作成本低、耐用性高等特點，目前二維碼已應用于身份識別、產品溯源、電子票務、電子商務等層面，并在近年地名標志設計中得到廣泛應用。

室內導向包括掃碼解析、獲取當前位置、目標位置選擇、相對距離測算、導向展示五個步驟，用戶通過移動終端掃描當前所在位置的空間坐標，選擇需到達的目標位置，服務端后臺測算相對距離，并將信息反饋客戶端，然后指引行走方位，實現定位和輔助導向功能。掃碼解析基于二維碼信息編碼技術存儲位置信息，包括位置點的高程、空間坐標、關鍵點名稱等;為提高距離測算精度、降低地圖對手機內存的占用，空間坐標不涉及與外界坐標的銜接，因此剝離坐標系概念，并采用相對位置，即將平面圖的中心點的坐標設置為（0，0，0），以此為參考點采集各關鍵點坐標。

以廈門市軟件園二期觀日路為例，選定44號樓為研究對象，選擇每層樓宇的電梯、洗手間作為關鍵點，并生成位置二維碼，實現流程如圖2所示。

流程包括：

（1）園區樓宇室內平面圖采集。基于物業CAD建筑施工圖紙，簡化樓層平面圖，本技術設計將剝離室內三維概念，建筑物以單層建筑為單元，即將樓宇分層，每層作為獨立室內空間，以高程數據區分各層。數據庫設置樓層集合字段，記錄所有樓層的基本信息，包括樓層編號、樓層名等。以層為單位，采集室內地圖涵蓋的關鍵點位置，若用戶位于一層，目標地位于三層，則客戶端先將用戶引導至三層再進行方位導向。

（2）基于平面圖生成關鍵點的坐標二維碼。因電梯為樓宇顯著標志，因此設置一個主電梯口位置為原點，坐標（0，0，0），并以此為參考點計算本層關鍵點坐標，如洗手間、飲水區、逃生通道入口等。數據庫中除關鍵點，還需設置興趣點屬性，包括樓層號、坐標、描述、公司名稱等，并通過唯一標識進行關聯，便于后續用戶對于目標的查找。關鍵點空間位置將通過二維碼生成工具轉變為二維碼，張貼于關鍵點的醒目位置，用戶掃碼即可獲得當前位置坐標點。

（3）設置目標位置，反饋導向距離。通過客戶端輸入目標點位，搜索詞關聯數據庫中興趣點，服務端將通過興趣點映射與搜索條件匹配的若干目標點，客戶端確定目標點位即獲取目標點空間位置，服務端計算當前位置與目標位置相對距離，并生成導向、反饋至客戶端。

為契合園區用戶習慣、減少建筑物改造及應用開發成本，室內導向模塊將基于軟件園區原有的微信公眾號，通過該公眾號的交通暢行模塊，補充對園區內部建筑空間定位及導向的功能服務。

3? 結? 論

本文基于二維碼存儲相對空間位置，在原有靜態標志的基礎上，形成樓宇室內定位導向的思路，并基于軟件園區樓宇單層建筑進行了設計與實現。因園區場景較為單一，因此本設計將室內電子地圖簡化，待室內導向需求的精細化及基礎條件更完善時，再深化地圖可視化展現模式，或形成面向公司內部的室內辦公服務，提升園區的精準化服務水平。

2020年為“十四五”規劃開局之年，新基建、5G、移動互聯等技術應用將進入高速發展時期，根據信息港對智慧園區的發展定位，未來將更大程度地應用各類傳感器及物聯網技術，構建感知神經網絡，由點到面，采集園區各類狀態數據和業務數據;借助多種連接方式（無線、有線）串聯園區系統，實現數據互通及業務數據融合，豐富園區一張圖可視內涵，為園區事件可控、業務可管奠定基礎。因二維碼存儲量最多可達500多個漢字，本技術設計關鍵點位置常為洗手間、電梯口、逃生出口等，結合物業清掃記錄、設備巡檢等業務，可將位置信息融合原有二維碼數據庫進行字段擴充，充分應用原有物理設備，在短期實現內部尋址服務功能。隨著IOT設備的新增，結合三維建模的智能運維，使樓宇內導航成為智慧園區的建設方向，后續將結合室內導向和CIM數字孿生技術，構建園區綜合管理模型，對樓宇、設備、服務資源進行可視化管理，實現消耗可視、可診斷、可優化。

因園區可視為小型綜合體，該技術進一步可通過以點帶面的思路解決社區建筑室內定位問題。二維碼存儲空間位置存儲在全國第二次地名普查的成果轉化中得到了初步應用，目前樓門牌、室牌均可通過二維碼存儲空間位置，并在若干地區升級為“智慧門牌”，將室內導航技術結合樓門牌、室牌等場景，實現社會化功能向更多領域的延伸，如外賣快遞員在小區的建筑內導向、停車場尋車導向等，通過低成本的民生場景應用衍生，提升居民生活質量。

參考文獻：

[1] LYNCH K. The Image of the City [M].The MIT Press，1960.

[2] 王兆華，黃翔東，楊尉.全相位FFT相位測量法 [J].世界科技研究與發展，2007（4）：28-32+27.

[3] 易學鋒，閆利.基于數碼相機莫爾效應的位移測量 [J].武漢大學學報（信息科學版），2009，34（4）：427-430.

[4] RI S，FUJIGAKI M，MORIMOTO Y.Sampling Moiré Method for Accurate Small Deformation Distribution Measurement [J].Experimental Mechanics，2010，50（4）：501-508.

[5] RI S，MURAMATSU T，SAKA M，et al. Accuracy of the Sampling Moiré Method and its Application to Deflection Measurements of Large-Scale Structures [J].Experimental Mechanics，2012，52（4）：331-340.

[6] 史輝，曹聞，朱述龍，等.A～*算法的改進及其在路徑規劃中的應用 [J].測繪與空間地理信息，2009，32（6）：208-211.

[7] 李向榮.基于莫爾條紋法的扭轉測量技術研究 [D].吉林：中國科學院研究生院（長春光學精密機械與物理研究所），2006：55-73.

[8] 陳文建，王曉蒙，彭玲，等.一種基于二維碼的室內定位方法及其應用 [J].測繪科學，2016，41（7）：215-219+224.

作者簡介：羅瑾（1989.11—），女，漢族，福建明溪人，碩士，研究方向：土地、城市規劃，智慧城市的應用研究。