室内外一体化导航研究综述.docx

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室内外一体化导航研究综述

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陈慧徐传旺郑加柱沈怡静

摘要：随着信息化时代的迅猛发展，卫星定位解决了室外定位导航的问题，然而大型室内场所越来越多，室内的定位导航需求日趋强烈。本文首先介绍了室内外一体化导航的技术路线，然后对当前主要的一体化定位导航技术进行了阐述，最后总结了目前室内外一体化导航技术存在的一些亟待解决的问题，以此为进一步研究内外一体化导航提供技术指导。

关键词：室内外一体化;导航;定位;模型

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伴随着城市化进程的不断推进，信息与自动化技术的发展以及互联网的迅速崛起，人们的移动变得更复杂多变，对于空间信息技术的需求也在日益增加[1]。但随着城市人口的持续增长，使建筑越来越密集，精细。目前，室外导航技术发展日趋成熟，而由于建筑内部空间结构复杂、精度要求高，对室内空间信息分析方面的研究进展较为缓慢，但人们的室内活动却日益增长，单一的定位导航源往往达不到人们所需的精度要求，也不具备足够好的可靠性和鲁棒性。因此需要研究出集成多种定位技术，可在室内定位、室外定位以及室内外交界处等多场景使用的室内外一体化导航。

本文首先介绍了室内外一体化导航的技术路线，然后对室内外导航采用的关键技术作了详细介绍，最后对室内外一体化导航的难点和未来的发展趋势进行总结。

1.室内外一体化导航的技术路线

实现一体化导航大致可以分两个方向，一种是在室外采用GNSS技术进行导航定位，室内建筑建立三维模型[2]，并通过采集有价值的属性、语义、场景等信息，将三维模型可视化处理，室内定位采用WIFI、蓝牙或超宽带等高精度的定位[3]。在室内外交界处，通过判断室内外场景，利用切换定位方法来满足不同场景的定位精度需要;另一种是在室内无线定位技术的支持下，将两种室内外模型的融合以及定位数据的融合，通过提取室内外融合模型的路网进行路径规划[4]，实现室内外一体化的导航。实现一体化导航的技术路线图见图1。

2.室内外一体化导航关键技术

2.1可视化建模

二维地图的导航应用已经普及，对于室内三维模型的建立，不仅要表达出更精细化的模型，还要不断提高模型与现实场景的匹配度。室内三维地图模型通常是采用BIM建模，虽然BIM模型本身具有直观、清晰等许多特点，但为了提高模型的几何精度，还需要对模型进行可视化处理[5]。

BIM模型注重对材质、属性、语义、纹理等全要素信息进行呈现，而可视化是为了注重BIM模型的几何表达，模型可视化处理后，更便于用户对路径的搜索和选择。

室外三維模型的建立通常采用倾斜摄影建立三维模型[6]，目前用来对大区域建模的工具很多，如大疆智图、ContextCapture等。

三维模型建立完成后，在使用过程中，还要进行不断的数据更新和维护，才能确保室内导航定位的高效性。

2.2模型融合

构建室内外一体化的三维实景模型。室外采用无人机倾斜摄影三维模型，室内以室外三维模型做底图，在此基础上叠加BIM模型[7]。

无人机倾斜摄影建立的模型根据影像的数目、大小，在进行建模时会有一定的精度损失，造成空洞、扭曲等问题，可以适当的融合地面摄影或者三维激光扫描来弥补。对于室外的三维模型，建好后需要对模型进行单体化分割[8]，标注语义、属性等信息。BIM虽然有优势，但不能与外部环境联系起来进行空间分析，而GIS的空间分析功能可以弥补这一缺失。运用BIM和GIS技术[9]，可以把建筑物、道路、设备等信息融合在一起，将这些信息数据集成存储到数据库中，构建一个智能管理系统，便于在室内与外部环境之间更好的切换。

2.3室内外定位

定位分为室外定位和室内定位。室外定位可采用全天候、高精度的全球卫星导航定位系统（GNSS），GNSS以我国的北斗系统、美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统和欧盟的Galileo系统为代表[10]。目前主要采用北斗和GPS。

室内定位是指在室内环境中实现位置定位，主要采用无线信号通讯、基站定位、惯导定位等多种技术集成形成一套室内位置定位体系，从而实时获取人员、物体等在室内空间中的位置。

室内定位技术[11]的发展也十分迅速，常用的有WIFI室内定位、蓝牙室内定位、UWB室内定位和RFID室内定位等。目前室内定位方法可以分为基于测距定位方法和基于非测距定位方法。基于测距定位方法分为到达时间法TOA、到达时间差法TDOA、到达角度差法AOA和基于RSSI测距定位法;基于非测距定位的方法是指纹定位法。近年来多种定位技术组合成为了室内定位技术的发展趋势，如将PDR定位信息、惯性传感器定位信息、基站定位信息和道路信息进行融合，在保证定位精度的基础上，减少了系统成本，提高了稳定性。

2.4室内外场景识别

当前比较主流的室内外场景识