随着城市的发展，大型建筑物内部构造变得更加复杂，加重了人们的空间认知负担，室内寻路变得更为困难^[1]。因此，室内地理信息的研究越来越重要^[2]。

目前，室内导航系统相关技术大多着眼于室内定位技术的研究，对完整的室内导航系统所必须的室内地图模型(室内信息组织)的研究则相对薄弱^[3]。事实上，室内信息的有效组织和存储是实现系统导航功能的基础，如采用拓扑路网构建的方式可以对路径规划起到辅助作用^[4]，室内语义信息可以用于路径搜索等。

室内地图模型可以对室内各种空间要素进行有效的组织和存储，为室内定位、室内信息查询、路径规划等功能提供数据支持^[5]。目前，面向室内导航的空间模型有符号模型^[6]、对偶图的方法构建3维室内拓扑数据模型^[7](主要用于构建室内道路网络^{[8, 9]})、“门-门”的建模方式^[10]、建筑信息模型(BIM，building information model)^[11]、从建筑物模型自动生成导航模型以支持室内地图匹配的算法^[12]以及面向BIM的室内和室外组合路线规划室内网络模型^[13]等。

室内路径规划算法^[14]是路径规划技术的先关研究。路径规划方案建立在室内地图模型数据的基础之上，室内-室外组合的路网为室内外一体化的总和应用提供了基础支持，室内外一体化的无缝定位技术与路径规划成为了研究热点^{[15, 16]}。

本文设计了面向导航地图的概念模型。该模型以可视化的方式将室内信息完整、直观、及时地传递给用户；另外，提出了一种利用出入口连接室内-室外网络的算法，实现了室内外一体化路径规划。最后，开发了移动端室内导航APP，实现了室内外地图一体化视图模式、多楼层地图的分层可视化、多层室内导航路径规划和室内外一体化路径规划。

1 室内外一体化导航算法 1.1 关键技术

1) 数字化：构建室内地图数据模型。数据模型包括室内地图元信息、多层、多级室内地图基本地物要素信息、室内定位元信息、室内路径拓扑连通关系以及室内外连通点要素信息等。

2) 质量检查与自动化构建数据。室内导航专题地图的工艺制作流程如图 1所示。

3) 模型数据构建。多层导航数据的构建主要包括各个楼层独立的拓扑数据构建、各楼层道路格网索引数据构建以及各层层间连通关系的构建。

1.2 室内外一体化路径算法

室内外一体化无缝导航算法主要分为室外导航、室内导航以及室内外一体化无缝衔接3部分。室内外一体化导航算法如算法1所示。

算法1：GetNaviPath(startPoint, startStatus, endPoint, endStatus, naviData)

Input：起点；startPoint:起点状态；startStatus(true为室内，false为室外)；终点:endPoint; 终点状态:endStatus; 室内导航数据:naviData

Output：路径结果点集List < Point> pathPoint

1.If startStatus then

2.If endStatus then

3.pathPoint←IntoIn(startPoint, endPoint)

4.else

5.Point: nearest←findNearestEntrance(startPoint, naviData.entrances)

6.List of point : inPath←InToIn(startPoint, nearest)

7.List of point : outPath←OutToOut(nearest, endPoint)

8.pathPoint.addAll(inPath)

9.pathPoint.addAll(outPath)

10.end

11.else

12.If!endStatus then

13.pathPoint←OutToOut(startPoint, endPoint)

14.else

15.Point: nearest← findNearestEntrance(endPoint, naviData.entrances)

16.List of point : outPath←OutToOut(startPoint, nearest)

17.List of point : inPath←InToIn(nearest, endPoint)

18.pathPoint.addAll(outPath)

19.pathPoint.addAll(inPath)

20.end

21.end

22.return pathPoint

该算法根据起点与终点状态判断当前路径规划的情况。判断完成后，若是室内到室内的路径规划，则直接采用Dijstral算法，进行室内路径规划；若为室内到室外，则需要先搜索室内外连接点，然后分别进行室内路径规划和室外路径规划，其他情况类似。本算法主要通过出入口节点作为连接点划分室内外，将室内路径与室外路径分割，最后再对结果数据进行无缝衔接，达到室内外一体化路径规划的效果。

2 实验与效果 2.1 开发框架

建模工具使用ArcMap，插件采用ArcGIS Add-in的开发方式，使用C#语言开发，包括建模工具中所有窗体以及与用户的交互、信息的选择与展示等，而核心功能部分采用Java编程，包括模板图层的创建、所有的自动化处理、专题地图模型数据的持久化等。室内外一体化导航APP使用Java语言编程，开发工具为Android Studio。

2.2 实验区域与效果展示

以武汉大学信息学部测绘遥感信息国家重点实验室为试验区域，以该实验室地图数据为实验数据，按照本文方法进行室内导航专题地图建模，获取室内导航专题数据，并对该地图数据进行可视化，利用导航专题数据进行室内外一体化路径规划测试，与传统的室内外独立的路径生成模式对比。

2.3 实验结果与分析

与传统的室内外分割路径规划模式相比，一体化的路径规划主要有以下两个优势：

1) 数据完整性。出入口数据模块可以准确地在路径规划时找到建筑物入口，如图 2(a)所示；室内外分割的路径规划由于缺乏建筑本身准确的数据(如出入口信息等)，无法计算出合理的路线，如图 2(b)所示，不能根据路线进入建筑物内，路径规划结果不符合用户期望；

2)一步到位操作模式。室内外一体化的路径规划模式中，可以在路线选择时，直接查看室内地图，对室内空间进行选点，对室内楼层进行选择，并且一步到位获取室内外一体化结果，相比于传统的分割模式，提供了更简易的操作模式和更好的用户体验。

3 结束语

针对现在室内指引不清晰、地形复杂造成室内找路难的问题，本文提出了一种面向室内导航的专题地图模型的构建方式，并以此模型为基础，设计了一套完善的标准的工艺生产流程，用于规范化、统一化的建模工具开发。此外，基于该模型提供的多层拓扑导航数据，设计了一种室内外一体化的导航算法。为了测试该模型与导航算法的有效性，开发了一款APP，并进行测试，显示效果良好。