室内三维导航路网模型的自动生成方法与流程

1.本发明涉及室内导航领域，具体涉及一种室内三维导航路网模型的自动生成方法。


背景技术：

2.近年来各种大型建筑的修建，各种复杂的室内环境越来越多，针对室内环境下的定位导航服务需求也与日俱增。与室外空间已经形成的完备的导航路网不同，室内空间没有显式存在的道路，通常情况下将墙体、障碍物围成的开放公共区域默认为可通行的区域，可以说在室内空间中看似处处有路可寻但实际却是无路可通。在室内空间中要实现类似于室外的导航服务就必须人为的规划创建室内导航路网模型，而传统的手动创建室内导航路网模型的方法效率低下。
3.目前，大量学者根据现存的室内数据进行了深入研究，提出了一些有建设性的方法。数据源可分为位置数据、三维模型数据和二维平面数据。其中，基于位置数据的一种室内导航网络众包构建方法，其基于轨迹速度信息和st-dbscan对移动对象轨迹进行简化；然后利用改进的最近邻(k-nearest neighbor，knn)室内轨迹自适应栅格化算法生成室内轨迹图像，实现室内二维平面导航网络构建；最后，通过拓扑连通区域识别规则和cfsfdp(clustering by fast search and find ofdensity peaks)自适应聚类算法识别出楼层连通点，实现室内三维导航网络构建。由于行人轨迹充满了不确定性，容易造成大量的路线分支错误。而在繁多的三维模型数据中gml与ifc得到广泛应用，其中，基于indoorgml根据室内导航对室内空间进行单元类型分类，将墙和门视为单元，构建各单元的邻接关系图，通过去除墙壁和不可通航链接等不可通航单元，只提取图的可通航部分，推导出室内空间的可达性图。但由于提取的室内路网过于抽象，无法应用到实际距离量测。tang等从ifc文件中提取可行走的室内空间元素(即走廊元素)，将其映射至二维平面并采用骨架抽取算法s-mat(straight-medial axis transformation)构建室内拓扑网络，但针对复杂面时容易产生一些不必要的节点和弯曲路径。还有“门-门”建模法，将室内空间的门转换为节点，再基于这些节点设计算法，但是“门-门”建模方法不适用于狭窄走廊区域，而且对于凹多边形功能区内部的路径存在趋边性。
4.综上，自动构建室内路网模型的方法还有许多亟待解决的问题。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明的目的是克服现有技术中的缺陷，提供室内三维导航路网模型的自动生成方法，能够充分利用cad平面设计数据，降低了以往室内路径生成算法的难度，提高了对室内复杂环境的适应性和导航的实用性。
6.本发明的室内三维导航路网模型的自动生成方法，包括如下步骤：
7.s1.采集室内空间的cad数据信息；
8.s2.从所述cad数据信息中提取室内空间每个楼层的面要素以及转换点要素；所述
面要素包括公共空间、交通专属空间以及非交通专属空间；所述转换点要素包括平面转换点以及竖向转换点；
9.s3.对公共空间进行三角剖分处理，得到公共空间路径；对非交通专属空间进行三角剖分处理，得到专属空间路径；
10.s4.基于平面转换点对公共空间路径与专属空间路径进行连接，生成平面路网模型；
11.s5.对交通专属空间进行路径提取，得到竖向路径；所述竖向路径包括楼梯路径、扶梯路径以及直梯路径；
12.s6.基于竖向转换点对平面路网模型与竖向路径进行连接，生成室内三维导航路网模型。
13.进一步，从所述cad数据信息中提取室内空间每个楼层的面要素以及转换点要素，具体包括：
14.s21.获取cad数据信息中的图层以及图块属性信息；
15.s22.将cad数据信息转为gis数据信息；
16.s23.根据图层以及图块属性从gis数据信息中筛选出室内空间每个楼层的线要素；
17.s24.对线要素依次进行连通、矢量与栅格转换处理以及简化处理，得到初始面要素；
18.s25.计算初始面要素的矩形度，并将所述矩形度大于设定阈值的初始面要素作为专属空间，将所述矩形度不大于设定阈值的初始面要素作为公共空间；其中，根据如下公式计算初始面要素的矩形度：
[0019][0020]
其中，r为矩形度；s0为初始面要素对应物体的面积；s
mer
为所述对应物体的最小外接矩形的曲积；
[0021]
s26.按照房间类型的不同将专属空间划分为交通专属空间以及非交通专属空间；
[0022]
s27.将线要素中具有出入口性质的抽象点作为转换点要素，并根据空间位置分布的不同，将转换点要素划分为平面转换点以及竖向转换点。
[0023]
进一步，对公共空间进行三角剖分处理，得到公共空间路径，具体包括：
[0024]
根据设定的剖分间距对公共空间进行三角剖分，得到若干三角形区域；
[0025]
分别提取若干三角形区域的质心点，并将所述质心点作为导航节点，得到若干导航节点；
[0026]
按照导航节点间的拓扑关系，顺序连接各导航节点，形成公共空间路径。
[0027]
进一步，所述设定的剖分间距为剖分节点之间的距离值d；所述距离值d的取值范围为2l～3l；其中，l为公共空间中的最短边长。
[0028]
进一步，对非交通专属空间进行三角剖分处理，得到专属空间路径，具体包括：
[0029]
对非交通专属空间进行三角剖分，得到若干三角形区域；
[0030]
分别提取若干三角形区域的质心点，得到若干质心点；
[0031]
根据若干质心点之间的拓扑关系，将属于同一非交通专属空间的质心点连接起
来，形成专属空间路径。
[0032]
进一步，基于平面转换点对公共空间路径与专属空间路径进行连接，生成平面路网模型，具体包括：
[0033]
s41.构建平面转换点对应的平面连接路径：
[0034]
在非交通专属空间内，将所述转换点与同一个专属空间内距离所述转换点最近的路径导航节点进行连接，形成专属空间平面连接路径；其中，所述转换点只能与具有相同空间归属属性的专属空间路径导航节点相连；
[0035]
在公共空间内，过所述转换点作公共空间路径的垂线，将所述垂线作为公共空间平面连接路径；
[0036]
s42.按照步骤s41类推，得到所有平面转换点对应的平面连接路径；
[0037]
s43.将公共空间路径、专属空间路径以及各平面转换点对应的平面连接路径进行连接，生成平面路网模型；其中，平面连接路径包括专属空间平面连接路径以及公共空间平面连接路径。
[0038]
进一步，对交通专属空间进行路径提取，得到竖向路径，具体包括：
[0039]
根据如下步骤得到楼梯路径：
[0040]
a1.根据楼梯结构，确定与楼梯路径相关的关键节点序列(n0，n1，n2，n3，n4，n5)；
[0041]
a2.获取cad设计图纸中楼梯对应的矩形区域，并确定所述矩形区域的质心点平面坐标；
[0042]
a3.以质心点平面坐标为参照并根据楼梯高度，计算关键节点序列中各关键节点的三维坐标；
[0043]
a4.按照关键节点序列的先后顺序，依次连接各关键节点的三维坐标，生成连通上下楼层的楼梯路径；
[0044]
根据如下步骤得到扶梯路径：
[0045]
b1.获取cad设计图纸中扶梯对应的矩形区域，并确定所述矩形区域的质心点平面坐标；
[0046]
b2.以质心点平面坐标为参照，分别计算所述矩形区域中扶梯下层导航点坐标e1(x1，y1)以及扶梯上层导航点坐标e2(x2，y2)；
[0047]
b3.分别为扶梯下层导航点以及扶梯上层导航点添加高度值，得到扶梯下层导航点三维坐标e1(x1，y1，z1)以及扶梯上层导航点三维坐标e2(x2，y2，z2)；
[0048]
b4.连接扶梯下层导航点三维坐标与扶梯上层导航点三维坐标，生成扶梯路径；
[0049]
根据如下步骤得到直梯路径：
[0050]
c1.获取cad设计图纸中直梯轿厢对应的矩形区域，并确定所述矩形区域的质心点平面坐标；
[0051]
c2.为同一质心点平面坐标的若干楼层分别设置相应的高度值，得到所述若干楼层的三维坐标序列{k1，k2，...，ki...，k
l
}；其中，l为楼层数；ki为第i个楼层的三维坐标；
[0052]
c3.依次连接所述三维坐标序列中各坐标，生成直梯路径。
[0053]
进一步，步骤a3中，根据如下公式计算关键节点序列中各关键节点的三维坐标：
[0054][0055]
其中，(xm，ym)为楼梯对应的矩形区域的质心点平面坐标；l为楼梯对应的矩形区域的长度；w为楼梯对应的矩形区域的宽度；z
α
为楼梯的下层所在的高度；z
β
为楼梯的上层所在的高度。
[0056]
进一步，步骤b2中，根据如下公式计算所述矩形区域中扶梯下层导航点坐标e1(x1，y1)以及扶梯上层导航点坐标e2(x2，y2)：
[0057][0058]
其中，(xn，yn)为扶梯对应的矩形区域的质心点平面坐标；h为扶梯的提升高度；a为扶梯与楼层平面垂直方向的倾斜角度；β为扶梯映射在楼层平面的方位角。
[0059]
进一步，基于竖向转换点对平面路网模型与竖向路径进行连接，生成室内三维导航路网模型，具体包括：
[0060]
s61.构建竖向转换点对应的竖向连接路径：
[0061]
判断是否存在与竖向路径上的导航节点具有相同空间归属性的竖向转换点，若是，则将竖向路径上的导航节点与具有相同空间归属性的竖向转换点连接，形成竖向连接路径；若否，则在公共空间内，过竖向转换点作公共空间路径的垂线，并将所述垂线作为竖向连接路径；其中，在与平面楼层路网相连时，只有高程相同的导航节点或转换点之间能连接；
[0062]
s62.按照步骤s61类推，得到所有竖向转换点对应的竖向连接路径；
[0063]
s63.将平面路网模型、竖向路径以及各竖向转换点对应的竖向连接路进行连接，生成室内三维导航路网模型。
[0064]
本发明的有益效果是：本发明公开的一种室内三维导航路网模型的自动生成方法，通过利用传统的cad设计数据，自动提取室内空间必要要素转换为gis数据，提高了对cad平面设计数据的利用率；对公共空间使用最佳剖分间距进行约束型delaunay三角剖分生成的路网模型，解决了导航节点过多产生的直行区域蛇形路径的问题和导航节点过少转弯处产生的穿墙而过的问题。此外，同样对专属空间进行约束型delaunay三角剖分提取质心点形成几何中轴，这样生成的室内路径降低了以往室内路径生成算法的难度，提高了对室内复杂环境的适应性和导航的实用性；基于同一楼层原则、最短距离原则，利用竖向转换
点将各个楼层平面楼层路网模型和竖向路径连接，实现了室内三维导航路网模型的自动提取。
附图说明
[0065]
下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
[0066]
图1为本发明的方法流程示意图；
[0067]
图2(a)为本发明的门的处理结果示意图；
[0068]
图2(b)为本发明的线要素的提取结果示意图；
[0069]
图2(c)为本发明的面域栅格的处理结果示意图；
[0070]
图2(d)为本发明的面要素的构建结果示意图；
[0071]
图3(a)为本发明的路径穿墙示意图；
[0072]
图3(b)为本发明的蛇形路径示意图；
[0073]
图3(c)为本发明的公共空间路径示意图；
[0074]
图4(a)为本发明的专属空间路径模型构建示意图；
[0075]
图4(b)为本发明的专属空间路径示意图；
[0076]
图5为本发明的平面转换点到专属空间的路径示意图；
[0077]
图6为本发明的平面转换点到公共空间的路径示意图；
[0078]
图7为本发明的楼层平面路网模型示意图；
[0079]
图8(a)为本发明的双跑楼梯路径图；
[0080]
图8(b)为本发明的楼梯内部模型示意图；
[0081]
图8(c)为本发明的楼梯图块；
[0082]
图9为本发明的扶梯路径示意图；
[0083]
图10为本发明的直梯图块；
[0084]
图11为本发明的直梯路径示意图；
[0085]
图12(a)为本发明的楼梯路径连接示意图；
[0086]
图12(b)为本发明的扶梯路径连接示意图；
[0087]
图12(c)为本发明的直梯路径连接示意图；
[0088]
图13(a)为本发明的某教学楼cad设计示意图；
[0089]
图13(b)为本发明的某教学楼平面楼层路网模型示意图；
[0090]
图13(c)为本发明的某教学楼三维导航路网模型示意图；
[0091]
图14(a)为手动路网模型中平面公共空间寻路分析示意图；
[0092]
图14(b)为本发明的平面公共空间寻路分析示意图；
[0093]
图14(c)为手动路网模型中专属空间寻路分析示意图；
[0094]
图14(d)为本发明的专属空间寻路分析示意图。
具体实施方式
[0095]
以下结合说明书附图对本发明做出进一步的说明，如图所示：
[0096]
本发明的室内三维导航路网模型的自动生成方法，包括如下步骤：
[0097]
s1.采集室内空间的cad数据信息；其中，建筑物的室内空间为典型的人造空间，建
成前已积累了大量的建筑设计数据和施工数据。这类建筑设计图均采用autocad及其类似的软件绘制而成，包含了建筑的平面形式、大小尺寸、房间布置、建筑入口、门厅及楼梯布置的情况，标明墙、柱的位置、厚度和所用材料以及门窗的类型、位置等情况，是室内地图最易获取的数据源。
[0098]
s2.从所述cad数据信息中提取室内空间每个楼层的面要素以及转换点要素；所述面要素包括公共空间、交通专属空间以及非交通专属空间；所述转换点要素包括平面转换点以及竖向转换点；其中，由于建筑设计图的目的是指导施工，其包含的信息远远多于地图数据，如尺寸标注、定位轴线和制图单位等信息，因此利用cad数据构建地图空间的首要步骤是对数据进行清洗，提取出室内空间每个楼层的面要素以及转换点要素；
[0099]
s3.对公共空间进行三角剖分处理，得到公共空间路径；对非交通专属空间进行三角剖分处理，得到专属空间路径；
[0100]
s4.基于平面转换点对公共空间路径与专属空间路径进行连接，生成平面路网模型；
[0101]
s5.对交通专属空间进行路径提取，得到竖向路径；所述竖向路径包括楼梯路径、扶梯路径以及直梯路径；
[0102]
s6.基于竖向转换点对平面路网模型与竖向路径进行连接，生成室内三维导航路网模型。
[0103]
本实施例中，从所述cad数据信息中提取室内空间每个楼层的面要素以及转换点要素，具体包括：
[0104]
s21.基于autocad软件绘制的设计图一般采用图层来组织管理数据，即将具有相同线型、线宽、颜色和属性的对象绘制在同一图层上，如墙、门窗、楼梯、阳台等图层。另外，为了制图的方便，autocad软件将一些重复使用的图形(如门、楼梯、电梯)定义为图块，在绘图时作为单个的图形符号使用，因此，可以充分利用图层、图块的信息实现室内空间必要要素的提取。通过分析大量建筑平面图，总结出autocad设计图中对地图要素提取有用的图层和图块信息，如表1以及表2所示：
[0105]
表1室内地图所需图层
[0106]
图层名称内容balcony阳台及其对应的标注column/colu柱、剪力墙、及其对应的标注wall/wall-curt/wall-shea各类型的墙体stair/楼梯楼梯段、坡道、台阶、休息平台flor-strs楼梯与扶梯及其标注信息evtr/flor-evtr电梯轿厢及其标注信息window门、窗要素及其对应的标注pub_text空间的名称标注或功能标注
[0107]
表2室内地图所需图块
[0108]
图块名称所在图层内容门window各种类型的门窗window各类窗户
直梯evtr/flor-evtr直梯符号楼梯stair/楼梯楼梯符号扶梯flor-strs扶梯符号
[0109]
s22.将cad数据信息转为gis数据信息；
[0110]
s23.根据图层以及图块属性从gis数据信息中筛选出室内空间每个楼层的线要素；其中，本发明利用arcgis软件的数据互操作扩展模块(arcgis data interoperability)将cad数据转换为gis数据，并根据表1、2中对应的图层或图块属性筛选出必要要素，构建室内空间点、线要素数据库，如表3所示：
[0111]
表3室内空间点、线要素数据库
[0112][0113]
s24.在cad建筑平面图中利用墙体将室内空间划分为功能不同的区域，墙体一般表现为不同宽度的双线，而且常常被柱子、门和窗等要素截断，导致墙体没有直接形成封闭的空间，使得空间面要素的构建困难，因此，墙体连通性的恢复是室内空间分类识别的关键所在，具体步骤如下：
[0114]
门的处理：将象形复杂的门符号转化为简单的线符号，并确保门线的端点与邻接的墙体连通；如图2(a)所示。
[0115]
线要素的提取：综合墙体、窗、柱和门的线要素，通过“要素转栅格”获得栅格数据，利用栅格综合中的“众数滤波”与“重分类”工具进行栅格二值矢量化可实现对墙体中心线要素的提取；如图2(b)所示。
[0116]
面域栅格的处理：线要素提取后，通过“要素转面”与“面转栅格”工具即可获得空间面域栅格，并对其进行区域合并来消除柱子等小的凸出部分；如图2(c)所示。
[0117]
面要素的构建：利用“栅格转面”工具即可得到相对规则的空间面要素；如图2(d)所示。
[0118]
通过上述操作，得到初始面要素。
[0119]
s25.计算初始面要素的矩形度，并将所述矩形度大于设定阈值的初始面要素作为专属空间，将所述矩形度不大于设定阈值的初始面要素作为公共空间；所谓矩形度，即物体的面积与其最小外接矩形面积的比值，矩形度体现物体对其外接矩形的充满程度，其中，根据如下公式计算初始面要素的矩形度：
[0120]
[0121]
其中，r为矩形度；s0为初始面要素对应物体的面积；s
mer
为所述对应物体的最小外接矩形的曲积；矩形度的取值范围在0～1之间，对于规则矩形物体其取值为1，对于狭长弯曲类物体矩形度取值介于0-1之间，而且物体越狭长、形状越不规则，矩形度越小。根据该定义，将空间面要素的矩形度计算出来，存储在属性表中的“矩形度”字段中，实现几何信息与要素间的一一对应关系；
[0122]
通过对大量样本数据进行统计分析(见表4)，发现形状不规则的公共空间的矩形度一般较小，低于0.5；而形状相对规则的专属空间矩形度介于0.5～1之间。因此设置矩形度的阈值为0.5，用以区别专属空间和公共空间。
[0123]
表4空间矩形度对比表
[0124][0125]
室内语义信息常用于支持室内的空间类型推理，也可以在一定程度上支持位置查询、范围查询、最邻近查询等位置服务。通过对autocad数据的分析发现：地图需要的语义信息储存在“pub_text”图层属性表“textstring”字段下。
[0126]
因此，在公共空间和专属空间分类的基础上，计算各个要素质心点坐标后显示xy数据，并导出为label点要素；随后对label点要素和室内专属空间面要素进行空间连接，得到语义信息的归属性并将其存储到属性表中的“房间属性”字段中，从而实现语义信息与要素间的对应关系。另外，由于autocad数据缺失各个楼层高程信息，因此需要人为添加每层楼室内空间的高程z值(或高度值)，存储在属性表的“高程”字段中。
[0127]
s26.按照房间类型的不同将专属空间划分为交通专属空间以及非交通专属空间；其中，基于“房间属性”区分交通专属空间和非交通专属空间，划分策略如表5所示：
[0128]
表5专属空间划分策略
[0129]
类型标准交通专属空间房间属性like楼梯或扶梯或直梯非交通专属空间房间属性not like楼梯或扶梯或直梯
[0130]
s27.将线要素中具有出入口性质的抽象点作为转换点要素，并根据空间位置分布的不同，将转换点要素划分为平面转换点以及竖向转换点。其中，转换点要素的获得，是将复杂的门符号转换为点要素，利用上述语义信息提取方法构建转换点的专属空间归属性信息。
[0131]
根据上述步骤建立了室内空间要素数据库，包含了若干楼层数据集，每个楼层中包含公共空间、交通专属空间、非交通专属空间和转化点，如表6所不：
[0132]
表6室内空间要素数据库
[0133][0134]
本实施例中，对公共空间进行三角剖分处理，得到公共空间路径，具体包括：
[0135]
根据设定的剖分间距对公共空间进行三角剖分，得到若干三角形区域；其中，采用约束型delaunay三角剖分；
[0136]
分别提取若干三角形区域的质心点，并将所述质心点作为导航节点，得到若干导航节点；
[0137]
按照导航节点间的拓扑关系，顺序连接各导航节点，形成公共空间路径或公共空间骨架线。
[0138]
而影响上述算法成败的关键是剖分出的三角形区域的大小。如果剖分三角形区域过大，骨架线连接时会出现道路骨架线跨墙而过的现象，如图3(a)所示；如果剖分三角形区域过小，骨架线连接时则直行区域会出现明显的蛇形路径特征，如图3(b)所示，路径长度将远远大于实际路径。
[0139]
因此，寻找恰当大小的三角形剖分区域是公共空间路径生成的难点。经过大量实验发现当剖分节点之间的距离值d＝2l～3l时得到的剖分三角形最佳，其中，l是公共空间面要素中的最短边长。
[0140]
基于上述思想，利用arcengine组件式开发工具，获得了公共空间面要素中的最短边长l，并对面边界线按照d加密节点，获得最佳剖分三角形，依据三角形间的拓扑关系将三角形质心点连接起来构成公共空间骨架线，结果如图3(c)所示。
[0141]
本实施例中，对非交通专属空间进行三角剖分处理，得到专属空间路径，具体包括：
[0142]
对非交通专属空间进行三角剖分，得到若干三角形区域；其中，采用约束型delaunay三角剖分；
[0143]
分别提取若干三角形区域的质心点，得到若干质心点；
[0144]
根据若干质心点之间的拓扑关系，将属于同一非交通专属空间的质心点连接起来，形成专属空间路径。其中，通过非交通专属空间的隶属度信息来判断若干质心点是否属于同一非交通专属空间；
[0145]
利用arcgis软件中model builder工具搭建专属空间路径自动构建模型，结果如图4(a)所示；进而得到专属空间路径，结果如图4(b)所示。
[0146]
本实施例中，在室内空间中，专属空间路径与公共空间路径不能直接相连，必须通过转换点进行连接。
[0147]
基于平面转换点对公共空间路径与专属空间路径进行连接，生成平面路网模型，具体包括：
[0148]
s41.构建平面转换点对应的平面连接路径：
[0149]
在非交通专属空间内，将所述转换点与同一个专属空间内距离所述转换点最近的路径导航节点进行连接，形成专属空间平面连接路径；其中，所述转换点只能与具有相同空间归属属性的专属空间路径导航节点相连；利用arcgis软件中model builder工具搭建模型，得到转换点到专属空间的平面连接路径，结果如图5所示，图中粗路径为专属空间平面连接路径，细路径为专属空间路径；
[0150]
在公共空间内，过所述转换点作公共空间路径的垂线，将所述垂线作为公共空间平面连接路径；利用arcgis软件中model builder工具搭建模型，得到转换点到公共空间的平面连接路径，结果如图6所示，图中粗路径为公共空间平面连接路径，细路径为公共空间路径；
[0151]
s42.按照步骤s41类推，得到所有平面转换点对应的平面连接路径；
[0152]
s43.将公共空间路径、专属空间路径以及各平面转换点对应的平面连接路径进行连接，生成平面路网模型；其中，平面连接路径包括专属空间平面连接路径以及公共空间平面连接路径。通过将上述各路径进行汇总连接，得到如图7所示的楼层平面路网模型。
[0153]
本实施例中，对交通专属空间进行路径提取，得到竖向路径，具体包括：
[0154]
根据如下步骤得到楼梯路径：
[0155]
a1.楼梯一般由双向梯段、休息平台和楼层平台组成，如图8(a)所示。其路径可以抽象为梯段飞行路径(最低一级踏步和最高一级踏步中点的连线)、楼层停泊路径(休息平台质心点与邻近梯段特征点的连线)和楼梯连接路径(楼层楼梯平台质心点与邻近梯段特征点的连线)三部分，由此楼梯的路径构建最终归结为6个关键节点的提取，如图8(b)所示，即可得到与楼梯路径相关的关键节点序列(n0，n1，n2，n3，n4，n5)；
[0156]
a2.分析楼梯在autocad设计图纸中的表示方法，其一般表示为矩形轮廓，其中填充楼梯的图块，而且其图块的样式会随着楼层的不同而不同，如图8(c)所示；基于交通专属空间要素，对“房间属性＝楼梯”的面要素，根据矩形轮廓可以得到楼梯对应的矩形区域，进而可以确定所述矩形区域的质心点平面坐标；
[0157]
a3.楼梯在autocad设计图纸中的矩形轮廓，一般无法获取休息平台和楼层平台信息，为了简化提取算法，基于《民用建筑设计统一标准》gb 50352-2019中对楼梯的规范要求，按最小休息平台宽、最小梯段宽和最小楼层平台宽将矩形楼梯面依30：49：30横向分割成三部分，构建一个双跑楼梯模型，基于该内部模型推导出各关键节点相对于楼梯转换点的三维坐标计算公式；其中，参照图8(b)，对于楼梯默认靠右上行；
[0158]
a4.按照关键节点序列的先后顺序，依次连接6个关键节点的三维坐标，生成连通上下楼层的楼梯路径；
[0159]
根据如下步骤得到扶梯路径：
[0160]
b1.扶梯在autocad软件中的布置方式主要分为单梯放置、双梯并列放置和双体交叉放置，一般为垂直方向倾斜角度30
°
的梯段直接连接上下两个楼层，其在autocad设计图纸中一般表示为矩形轮廓，其中填充扶梯的图块和对应的文字标注；通过对轮廓线要素进行要素转面，即可得到扶梯的交通专属空间面要素，进而提取扶梯面要素质心点平面坐标；
[0161]
b2.以质心点平面坐标为参照，分别计算所述矩形区域中扶梯下层导航点坐标e1(x1，y1)以及扶梯上层导航点坐标e2(x2，y2)；
[0162]
b3.分别为扶梯下层导航点以及扶梯上层导航点添加高度值，得到扶梯下层导航点三维坐标e1(x1，y1，z1)以及扶梯上层导航点三维坐标e2(x2，y2，z2)；其中，所述高度值可根据室内空间所在的cad设计图信息中获取；
[0163]
b4.连接扶梯下层导航点三维坐标与扶梯上层导航点三维坐标，生成扶梯路径；如图9所示。
[0164]
根据如下步骤得到直梯路径：
[0165]
c1.直梯的构造相对简单，一般由轿厢和层站组成，其路径可以抽象相邻轿厢质心点的连线，其在autocad设计图纸中一般表示为正方形轮廓，其中填充直梯的图块，如图10所示。基于多层的交通专属空间要素，对“房间属性＝直梯”的面要素，根据正方形轮廓可以得到直梯对应的正方形区域，进而可以确定所述正方形区域的质心点平面坐标；
[0166]
c2.为同一质心点平面坐标的若干楼层分别设置相应的高度值，得到所述若干楼层的三维坐标序列{k1，k2，...，ki...，k
l
}；其中，l为楼层数；ki为第i个楼层的三维坐标；
[0167]
c3.依次连接所述三维坐标序列中各坐标，生成直梯路径，如图11所示。
[0168]
本实施例中，步骤a3中，根据如下公式计算关键节点序列中各关键节点的三维坐标：
[0169][0170]
其中，(xm，ym)为楼梯对应的矩形区域的质心点平面坐标；l为楼梯对应的矩形区域的长度；w为楼梯对应的矩形区域的宽度；z
α
为楼梯的下层所在的高度；z
β
为楼梯的上层所在的高度。所述高度即为高程，所述高度或高程可通过cad设计图信息中获取。
[0171]
本实施例中，步骤b2中，根据如下公式计算所述矩形区域中扶梯下层导航点坐标e1(x1，y1)以及扶梯上层导航点坐标e2(x2，y2)：
[0172][0173]
其中，(xn，yn)为扶梯对应的矩形区域的质心点平面坐标；h为扶梯的提升高度；a为扶梯与楼层平面垂直方向的倾斜角度；β为扶梯映射在楼层平面的方位角。
[0174]
本实施例中，基于竖向转换点对平面路网模型与竖向路径进行连接，生成室内三
维导航路网模型，具体包括：
[0175]
s61.构建竖向转换点对应的竖向连接路径：
[0176]
判断是否存在与竖向路径上的导航节点具有相同空间归属性的竖向转换点，若是，则将竖向路径上的导航节点与具有相同空间归属性的竖向转换点连接，形成竖向连接路径；若否，则在公共空间内，过竖向转换点作公共空间路径的垂线，并将所述垂线作为竖向连接路径；其中，在与平面楼层路网相连时，只有高程相同的导航节点或转换点之间能连接；
[0177]
s62.按照步骤s61类推，得到所有竖向转换点对应的竖向连接路径，如图12所示，图中加粗路径即为竖向连接路径。
[0178]
s63.将平面路网模型、竖向路径以及各竖向转换点对应的竖向连接路进行连接，生成室内三维导航路网模型；其中，通过将上述各路径进行汇总连接，得到室内三维导航路网模型。
[0179]
为更好地理解本发明，现对本发明进行实例验证如下：
[0180]
以某学校教学楼六层cad建筑设计图为数据源，生成室内三维导航路网模型。原始cad设计图如图13(a)所示，内容构成较为复杂，有85个图层，楼层平面长86米，宽55米，面积约为4730平方米，平均每个教室约77平方米，走廊宽度为3.6米。根据本发明的生成方法得到一层平面导航路网模型，如图13(b)所示，重复提取其余五个楼层路网模型，最终与跨楼层路网模型连接形成整个教学楼三维导航路网模型，如图13(c)所示。
[0181]
统计整个教学楼手动三维导航路网模型和自动三维导航路网模型的节点数、路径数、路径长度和平均路径长度。如表7所示：
[0182]
表7
[0183][0184][0185]
从统计结果分析，由于自动生成的三维路网模型中平面楼层路网对专属空间和平面公共空间都进行了约束delaunay三角剖分，节点数是手动模型的3倍。从表7中还可以看出自动模型路径长度和路径数都比手动模型有所增加，这是因为路径依据节点进行曲折连接，使路径数增多、路径长度变长。
[0186]
在上述路网完整的分析基础上，分析本发明的自动生成平面楼层路网模型准确程度，由此可以判定路网模型的精准度是否理想。主要判定平面公共空间路径588个导航节点与手动生成的道路中心线距离是否小于阈值。设定以通道宽度的25％作为阈值(0.9m)，超出此距离的点为不合格点。结果如表8所示：
[0187]
表8
[0188][0189]
通过节点距离分析，588个导航点中距离道路中心线最远距离为0.89m，小于阈值0.9m，所有结点均在设定阈值范围内，合格率为100％，导航节点位置表现较好。
[0190]
进一步，利用arcgis软件构建网络数据集，进行三维路网导航情况分析，比较相同起、终点情况下，构建的最短路径相似度，分别从形状和长度进行对比来衡量其相似性。图14中(a)、(b)进行了手动路网和自动路网平面公共空间-平面公共空间寻路对比，图14中(c)、(d)进行了手动路网和自动路网专属空间-专属空间寻路对比。
[0191]
平面公共空间寻路中，图14(a)中路径长度为169.11米，图14(b)中为180.92米，其多于长度占7％；专属空间寻路中，图14(c)中路径长度为140.60米，图14(d)中为145.34米，其多余长度占3.4％。对比分析发现，两种路网模型下，得到的路径形状基本一致，路径长度相差不超过10％。因此，自动生成的室内三维导航路网模型在导航服务方面表现较好。
[0192]
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。