一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法及導(dǎo)航系統(tǒng)與流程

本發(fā)明涉及室內(nèi)導(dǎo)航技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法及導(dǎo)航系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

隨著定位技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)和可視化技術(shù)的發(fā)展，基于位置服務(wù)(LBS)和室內(nèi)外無縫導(dǎo)航成為智慧城市的應(yīng)用熱點。目前基于GIS的室外地圖測繪和導(dǎo)航技術(shù)已經(jīng)十分成熟，但室內(nèi)定位導(dǎo)航的普及應(yīng)用面臨一些挑戰(zhàn)，主要表現(xiàn)室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)相對匱乏和室內(nèi)定位技術(shù)較為分散兩方面。室內(nèi)是一個三維、封閉、復(fù)雜的環(huán)境，且城市建筑數(shù)量龐大，現(xiàn)有的室內(nèi)地圖通常依賴人工測量，面臨成本高、精度不足、效率低等問題。

建筑信息模型(Building Information Modeling，BIM)是貫穿整個建筑物生命周期的技術(shù)手段，目前已在建筑工程的各個階段得到了廣泛的應(yīng)用。BIM模型綜合了建筑中所有的幾何信息、功能要求和構(gòu)件性能,將一個建筑項目整個生命周期內(nèi)的所有信息整合到一個單獨的建筑模型中，還包括施工進度、建造過程、維護管理等過程信息。準(zhǔn)確的室內(nèi)導(dǎo)航依賴于詳細的建筑幾何以及語義信息。BIM為室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用提供了豐富的信息支持。BIM模型強調(diào)微觀空間信息描述，包含大量的建筑內(nèi)部結(jié)構(gòu)信息，其完整的幾何以及語義信息是室內(nèi)空間信息重要的數(shù)據(jù)源。

目前，室內(nèi)導(dǎo)航應(yīng)用的需求很大，精確而完善的室內(nèi)地圖數(shù)據(jù)是室內(nèi)導(dǎo)航服務(wù)的基礎(chǔ)。而隨著對BIM技術(shù)的大力推廣，BIM模型越來越普及并成為建筑信息化的標(biāo)配，而從BIM模型中智能的構(gòu)建出用于室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)將省時省力，同時導(dǎo)航數(shù)據(jù)能夠與BIM模型無縫融合，后期可方便的用于在BIM模型中實現(xiàn)室內(nèi)路徑導(dǎo)航。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供一種克服上述問題或者至少部分地解決上述問題的一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法及導(dǎo)航系統(tǒng)，從BIM模型中智能的構(gòu)建出用于室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，省時省力，同時導(dǎo)航數(shù)據(jù)能夠與BIM模型無縫融合。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法，包括以下步驟：

一種室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法，包括以下步驟：

S1、提取建筑物的BIM模型中的空間信息要素，獲得包括導(dǎo)航要素的BIM簡化模型，打印出各樓層的平面格柵圖像；

S2、對平面格柵圖像進行處理獲得室內(nèi)行走區(qū)域，并獲取室內(nèi)行走區(qū)域的連接要素中心點及方向角；

S3、將室內(nèi)行走區(qū)域與BIM簡化模型相貼合，形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)；

S4、綜合水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)，生成用于室內(nèi)導(dǎo)航的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

作為優(yōu)選的，在步驟S1中，所述空間信息要素包括門、窗、梁柱、樓梯、電梯、墻和地板要素中的一個或者多個。

作為優(yōu)選的，所述步驟S1具體包括：

S11、基于BIM模型文件，提取BIM模型中的空間信息要素，過濾與導(dǎo)航無關(guān)的要素，獲得BIM簡化模型；

S12、以頂視圖對每個樓層進行動態(tài)切圖，打印出樓層動態(tài)切圖的平面格柵圖像，記錄每層的三維坐標(biāo)范圍。

作為優(yōu)選的，所述空間信息要素的類型包括障礙要素，所述步驟S2具體包括：

S21、對平面格柵圖像進行圖像處理，從每層平面格柵圖像出入口位置的像素開始進行泛洪填充，獲得該樓層的室內(nèi)行走區(qū)域；

S22、掃描平面格柵圖像，確定連接要素對象的像素集合，標(biāo)識連接要素中心到室內(nèi)行走區(qū)域的垂線的角度；

S23、對平面格柵圖像進行邊緣提取，獲得室內(nèi)行走區(qū)域的矢量邊界和連接要素中心點，計算出室內(nèi)行走區(qū)域的中心線。

作為優(yōu)選的，所述步驟S21前還包括步驟S211：

逐一訪問各平面格柵圖像，將在后處理圖像與在前處理圖像進行比較，若圖像重復(fù)則直接讀取在前處理圖像的結(jié)果并進入步驟S3，若不重復(fù)則返回步驟S21。

作為優(yōu)選的，其特征在于，所述步驟S3具體包括：

獲取與矢量邊界相交連接要素對象，將連接要素對象從中心點沿垂直方向作直線，與室內(nèi)行走區(qū)域的中心線相交，并以相交點和中心點作為結(jié)點，形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選的，所述步驟S3具體包括：

通過碰撞識別出與矢量邊界相交的連接要素對象，對連接要素對象進行語義信息提取，獲得唯一標(biāo)識ID；

讀取連接要素中心點到室內(nèi)行走區(qū)域的方向角，將連接要素對象從中心點沿垂直方向作直線，與室內(nèi)行走區(qū)域中心線相交，中心點和交點作為結(jié)點，形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)。

作為優(yōu)選的，所述各個樓層的連接要素對象包括門、電梯口、樓梯口、出入口。

作為優(yōu)選的，步驟S3還包括：識別各樓層間的過渡要素，將過渡要素抽象為結(jié)點，并分別連接形成垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)；所述過渡要素包括樓梯口和/或電梯口。

一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，包括：

BIM簡化模型建立模塊，用于提取建筑物的BIM模型中的空間信息要素，獲得包括導(dǎo)航要素的BIM簡化模型，打印出各樓層的平面格柵圖像；

行走區(qū)域定位模塊，用于對平面格柵圖像進行處理獲得室內(nèi)行走區(qū)域，并獲取室內(nèi)行走區(qū)域的連接要素中心點及方向角；

網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)獲取模塊，用于將室內(nèi)行走區(qū)域與BIM簡化模型相貼合，形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)；

導(dǎo)航數(shù)據(jù)生成模塊，用于綜合水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)，生成用于室內(nèi)導(dǎo)航的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

本申請?zhí)岢鲆环N基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法，通過從BIM模型中智能的構(gòu)建出用于室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)智能化的執(zhí)行，輸入BIM模型，批量輸出室內(nèi)三維導(dǎo)航數(shù)據(jù)，不需要人工干預(yù)，省時省力；構(gòu)建了物理上網(wǎng)絡(luò)模型，而非邏輯網(wǎng)絡(luò)模型，故導(dǎo)航數(shù)據(jù)可以與BIM模型無縫融合，后期可方便的用于在BIM模型中實現(xiàn)室內(nèi)路徑導(dǎo)航，彌補了當(dāng)前人工方式構(gòu)建室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)成本、效率、精度三方面的不足。同時BIM模型的精度很高，以BIM模型作為數(shù)據(jù)源，保證了構(gòu)建的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精度。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例1的方法流程框圖；

圖2為本發(fā)明實施例1的具體流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例2的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖和實施例，對本發(fā)明的具體實施方式作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發(fā)明，但不用來限制本發(fā)明的范圍。

實施例1

圖1和圖2示出了一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)構(gòu)建方法，從BIM模型中智能的構(gòu)建出用于室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，實現(xiàn)室內(nèi)路徑導(dǎo)航，具體包括以下步驟：

S1、提取建筑物的BIM模型中的空間信息要素，獲得包括導(dǎo)航要素的BIM簡化模型，打印出各樓層的平面格柵圖像；

S2、對平面格柵圖像進行處理獲得室內(nèi)行走區(qū)域，并獲取室內(nèi)行走區(qū)域的連接要素中心點及方向角；

S3、將室內(nèi)行走區(qū)域與BIM簡化模型相貼合，形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)；

S4、綜合水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)，生成用于室內(nèi)導(dǎo)航的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

具體的在本實施例中，所述步驟S1具體包括：

S11、通過BIM軟件打開BIM模型文件，對BIM模型進行簡化得到建筑物的BIM簡化模型提取BIM模型中的空間信息要素，所述空間信息要素包括門、窗、梁柱、樓梯、電梯、墻和地板要素中的一個或者多個，過濾與導(dǎo)航無關(guān)的要素，得到BIM簡化模型；

S12、對BIM簡化模型，從頂視圖剖切各樓層，對每個樓層進行動態(tài)切圖；定義要素樣式表，對每類要素定義不同的顏色，根據(jù)要素樣式表對每類要素設(shè)置對應(yīng)的顏色樣式；(在本實施例中，具體的，過濾要素的顏色記錄于Ac，障礙要素的標(biāo)識顏色記錄于Bc，室內(nèi)行走區(qū)域的顏色記錄于Lc)打印出每層切圖的平面格柵圖像，記錄打印參數(shù)和樓層的本地三維坐標(biāo)。

在本實施例中，得到BIM簡化模型后還需要提取BIM簡化模型中的室內(nèi)行走區(qū)域，通過步驟S2獲取，具體的包括以下步驟：

S211、遍歷各個平面格柵圖像，對各平面格柵圖像進行比較，將在后處理的平面格柵圖像與在前處理的各個平面格柵圖像進行比較，若重復(fù)則直接讀取在前處理的平面格柵圖像的處理結(jié)果并進入步驟S3，若不重復(fù)則進行步驟S21。

S21、通過程序?qū)ζ矫娓駯艌D像進行圖像處理，對每層平面格柵圖像從入口位置的像素開始進行泛洪填充，當(dāng)遇到墻、柱子和門等障礙要素所標(biāo)識顏色的像素時停止遞歸泛洪，最終獲得室內(nèi)行走區(qū)域；

具體的，若當(dāng)前像素點為P(X，Y)，其四鄰域像素點M(n),n＝1，2，3，4為：

M(1)＝P(X+1,Y)

M(2)＝P(X-1,Y)

M(3)＝P(X,Y+1)

M(4)＝P(X,Y-1)

如果M(n)＝Lc，跳過該像素；

如果M(n)∈Ac||M(n)≠Lc,該鄰域像素屬于未訪問的障礙要素，則不做處理；否則

將該鄰域像素設(shè)置為當(dāng)前像素，并設(shè)置M(n)＝Lc，并重復(fù)該步驟中的判斷，直到遞歸結(jié)束，最終獲得室內(nèi)行走區(qū)域。遞歸結(jié)束后，室內(nèi)行走區(qū)域的將用Lc顏色標(biāo)識；

S22、掃描平面格柵圖像，根據(jù)像素顏色判斷出連接要素對象的像素集，計算連接要素中心點，以及中心點到室內(nèi)行走區(qū)域的方向角，即標(biāo)識連接要素對象中心到室內(nèi)行走區(qū)域的垂線的角度；

若當(dāng)前連接要素對象的起點像素為S(X1，Y1)，終點像素為T(X2，Y2)，中心點像素為標(biāo)識顏色Mc；

如果X1≠X2，起點像素S和終點像素T構(gòu)成的要素的傾斜角否則θ＝90°；

那么，連接要素中心到行走區(qū)域的角度a＝θ±90°，從M點出發(fā)分別判斷θ±90°的相鄰像素是否在行走區(qū)域，即顏色值是否為Lc，如果是則表示該角度是垂線角度；

S23、通過圖像邊緣提取的方法獲得室內(nèi)行走區(qū)域的矢量邊界和連接要素中心點，計算室內(nèi)行走區(qū)域的中心線。

得到室內(nèi)行走區(qū)域的范圍后，需要將室內(nèi)行走區(qū)域與BIM簡化模型進行貼合，即步驟S3中，使用平面格柵圖像保存的三維坐標(biāo)將室內(nèi)行走區(qū)域貼合到BIM簡化模型中，即將矢量邊界貼合到BIM簡化模型的各樓層中，在本實施例中，為了建立水平、豎直方向上的數(shù)據(jù)，還需要在BIM軟件中，通過碰撞檢查識別出與矢量邊界相交的連接要素對象，包括門、電梯口、樓梯口、出入口，對連接要素對象進行語義信息提取，獲得唯一標(biāo)識ID，讀取連接要素中心點到行走區(qū)域的方向角。將連接要素對象從中心點沿垂直方向作直線，與室內(nèi)行走區(qū)域的中心線相交，中心點和交點作為結(jié)點，保存對象ID，直線、中心線和結(jié)點形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)；將各樓層的過渡要素：樓梯口、電梯口作為對象抽象為結(jié)點，分別連接，形成垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)。

S4、綜合水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)，借助GIS工具生成網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集，可用于室內(nèi)導(dǎo)航。

實施例2

本實施例中提供了一種基于BIM的室內(nèi)導(dǎo)航系統(tǒng)，如圖3所示，包括：

BIM簡化模型建立模塊，用于提取建筑物的BIM模型中的空間信息要素，獲得包括導(dǎo)航要素的BIM簡化模型，打印出各樓層的平面格柵圖像；

行走區(qū)域定位模塊，用于對平面格柵圖像進行處理獲得室內(nèi)行走區(qū)域，并獲取室內(nèi)行走區(qū)域的連接要素中心點及方向角；

網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)獲取模塊，用于將室內(nèi)行走區(qū)域與BIM簡化模型相貼合，形成水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)；

導(dǎo)航數(shù)據(jù)生成模塊，用于綜合水平網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)和垂直網(wǎng)絡(luò)拓撲數(shù)據(jù)，生成用于室內(nèi)導(dǎo)航的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)集。

綜上所述，本發(fā)明通過從BIM模型中智能的構(gòu)建出用于室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)，通過系統(tǒng)智能化的執(zhí)行，輸入BIM模型，批量輸出室內(nèi)三維導(dǎo)航數(shù)據(jù)，不需要人工干預(yù)，省時省力；構(gòu)建了物理上網(wǎng)絡(luò)模型，而非邏輯網(wǎng)絡(luò)模型，故導(dǎo)航數(shù)據(jù)可以與BIM模型無縫融合，后期可方便的用于在BIM模型中實現(xiàn)室內(nèi)路徑導(dǎo)航，彌補了當(dāng)前人工方式構(gòu)建室內(nèi)導(dǎo)航數(shù)據(jù)成本、效率、精度三方面的不足。同時BIM模型的精度很高，以BIM模型作為數(shù)據(jù)源，保證了構(gòu)建的導(dǎo)航數(shù)據(jù)的精度。

最后，本申請的方法僅為較佳的實施方案，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。