室内GIS主要实现方法及在智慧消防中的应用分析

龙源期刊网主要实现方法及在智慧消防中的应用分析作者：纪永辉来源：《科学与信息化》2018年第19期摘要由于城市大型购物中心因为人员众多，构造复杂，如何在火灾发生时快速逃离和应急救援，成为智慧城市建设的重要关注点，而室内GIS的运用就显得尤为重要。本文介绍了目前常用的几种室内GIS定位技术，比较了各自优劣，并使用WIFI定位方法，构建了一个小型的室内GIS定位系统，能够对购物商场在火灾发生时实现安全疏散救援提供方法。关键词室内GIS；WIFI定位；商场定位；消防救援地理信息系统（GeographicInformationSystem，简称GIS）是一种以采集、贮存、管理、分析和描述整个或部分地球表面与空间地理分布有关数据的空间信息系统。自20世纪60年代GIS之父：罗杰·汤姆林森开发加拿大地理信息系统（CGIS）以来，GIS迅速从学术研究走向产业化应用，目前已经成功运用到城市规划，土地管理，汽车导航，环境监测，资环调查，文物保护，商业开发选址、地籍测绘、交通管理等与空间信息相关的方方面面。目前，各种室外地图定位导航绘图产品已经相当完善，并涌现出了一大批优秀的企业与产品，极大地便利了人们的生活，但室内GIS的相关研究和发展进行却比较缓慢。根据相关研究表明，现代人80%的时间都处在室内活动[1]，虽然室外GPS等全球导航卫星系统（GNSS）定位技术非常成熟，但室内因为接收不到卫星信号，难以实现可靠精度定位，导致与室内GIS一系列相关的研究都受阻。随着我国开始着力打造智慧城市，城市管理智能化、精细化、集成化程度必将显著提高，城市建筑物内部存在大量位置服务应用需求，室内智慧管理成了一个急需解决的问题。室内GIS可以运用在智慧城市的商业场所跨楼层导航、消防逃生通道路线规划、消防员实时定位、地下停车场余位管理、楼层位置视频实时显示等方面，助力于城市最终达到“万物互联，万物感知，智能智慧”。1室内GIS的实现方法及技术基础室内GIS的实现同样是多学科交叉的结果，主要由通信技术、计算机网络技术、三维建模技术、虚拟现实技术、测绘信息技术等实现。室外空间和室内空间有着诸多差异，比如数据源、比例尺、要素类别等方面[2]，室外GIS的很多研究成果并不能为室内GIS服务，因此，对室内GIS的实现方法进行系统研究非常必要。在商业应用领域，GOOGLEMAPS已经发布了室内地图服务，一个蓝色圆点表明用户所在位置，并且可以识别用户在建筑物的几层楼，目前主要支持交通枢纽如机场、火车站等场所；国内的高德地图等公司，目前已经在部分城市的购物商场等建筑内，实现了室内地图功能，不过目前主要是平面图，缺乏真实立体感和导航功能[3]；在学术领域，J.Candy通过建筑物平面图，运用带有RFID功能的手机获取精确室内位龙源期刊网置，构建了一套校园室内地图系统[4]；杨乃等基于Flex和ArcgisServer解决室内数据分类与管理、跨楼层最优路径提取等问题，在武汉光谷步行街进行了实际测试[5]。室内GIS主要的难点在于定位，目前室内GIS常用的定位实现手段有：射频识别技术（RadioFrequencyIdentification，RFID）、无线局域网技术（WIFI）、超宽带技术（UltraWideBand，UWB）、蓝牙定位（Bluetooth），室内磁场技术，这些技术的主要特点是：（1）射频识别技术目前在研究中运用比较多，主要是需要在建筑物内部布设多个RFID读写器，通过RFID读写器识别RFID电子标签进行定位，优点是费用低廉，定位准确、速率快，但可定位区域有限，易受电磁干扰波的影响[6]；（2）无线局域网（WIFI）覆盖面积较大，定位距离较远，需要投入设备数量少，信号覆盖的范围可达到90m以内的空间，伴随“无线城市”的发展和建筑物内WIFI的广泛使用，在室内定位中有很大操作性[7]；（3）蓝牙定位比较有名的是苹果推出的iBeacon。其优点在于设备体积一般比较小，功耗低，建立连接时间短，主要可以应用于小范围的定位。缺点是蓝牙系统稳定性较差，受噪声的干扰比较大；（4）超宽带技术（UWB）具有抗干扰性能强、传输速率高、带宽极宽、消耗电能小、发送功率小等诸多优势，目前应用的最大问题是遮挡，主要尝试惯导+超宽带技术解决[8]；（5）室内磁场定位技术由芬兰的工程师发明，他们从某些动物身上获得灵感，比如信鸽和龙虾，通过它们了解地球磁场异常对室内导航的帮助。优点是不需要布设硬件，无累计误差，但需要采集现场地磁数据；目前，各种室内GIS定位技术均没有进行大面积商业应用，从精度来看，UWB能够实现亚米级别的精度，但是成本高昂。综合来说，常用的定位技术还是WIFI定位和蓝牙定位，因为目前人们出行都会携带智能手机，而蓝牙模块和WIFI模块是现在移动终端的标配，相对于其他方法，这两种定位需要添置的额外设备较少。现在大型城市的购物商场内，一般布设WIFI较为普遍，所以相比蓝牙，WIFI定位的应用场景更加丰富。2室内GIS在智慧消防中的运用及实现方法目前城市中大型购物商场不断增多，人员设备密集。一旦发生大面积火灾，应急逃生和消防救援都将变得非常困难。对于建筑内部的商铺工作人员及顾客来说，需要快速找到消防通道逃生；对于消防官兵来说，需要进入火灾区域进行疏散救援。这种情况下，实时获取建筑物内部人员的准确位置尤其重要，而且现场指挥部也可以根据人员定位情况，迅速指挥消防人员到达指定位置，使消防救援更加快速高效。2.1实现方式龙源期刊网（1）本系统基于C/S模式进行开发，工作人员和消防官兵需要使用智能手机下载专用APP软件，通过互联网得到建筑物各楼层平面位置图，通过提前在各楼层布设好的WIFI定位系统进行实时定位，并将定位结果显示在手机APP上；（2）楼层地理数据库。通过拿到的建筑物CAD图纸，使用Arcmap软件将DWG格式转化为GDB数据格式，每个楼层都放在一个Datasets里边，每个Datasets里边都包括商铺、卫生间、走廊通道、电梯口等点、线、面要素类及注记要素类，最终使用ArcgisServer软件，将7层建筑物的每一层单独发布为Mapserver服务供APP调用；（3）属性数据库：采集购物商场中所有公司的信息，建立建筑物所有楼层的属性表，将各楼层商铺名称、商铺门牌号、商铺类别输入PostgreSQL数据库中，以供APP调用；（4）目前室内WIFI定位的算法主要包括近邻法、三角测量法和指纹法。相比来说指纹法的定位精度更高，而指纹法就是事先把各个位置上的信号特征（各Wi-Fi的信号强度）测量一遍，存入指纹数据库，定位的时候，将当前的信号特征与指纹库中的进行匹配从而确定位置。将WIFI定位结果通过算法解算，得到的经纬度坐标结果传送给APP，可动态在APP上显示当前WIFI定位位置；（5）整体框架为：使用ArcgisServer发布地图服务，使用VUE+JavaScript制作界面和按钮，使用cordora进行app壳封装，手机端访问后台调用定位位置经纬度信息，并将定位坐标实时显示在APP上；2.2功能实现（1）基本地图功能：可以实现手机APP地图的基础操作，比如地图缩放、地图量算、要素查询等功能；（2）空间定位功能：直接打开手机APP，可以显示目前人员所在楼层与位置，并且位置可以实时进行刷新操作；（3）商铺位置查询功能：根据商铺名称，可以直接查询商铺的所在楼层与商铺门牌号；（4）消防器材位置显示：将商场里的消防栓、灭火器等消防设施进行高亮显示，方便快速使用。3结束语本文以商场定位情景为例，从技术原理、模型构建及功能实现等方面研究基于无线局域网（WIFI）定位技术的室内GIS实现方法。作为一个小范围内的商场定位应用APP，为其他室内GIS系统的研究提供了借鉴。龙源期刊网未来，室内GIS将与BIM三维模型、虚拟现实技术、智能导航技术、云平台技术、5G通信技术紧密结合，在大型商场、医院、火车站、地下商圈的精确导航和智慧消防中占有越来越大的作用。参考文献[1]黄川林.室内移动对象轨迹分析研究[D].合肥：中国科学技术大学，2014.[2]杨乃，李悦康，陈玉成.室内地理信息系统的设计与实现方法[J].测绘通报，2014，（7）：109-112.[3]DengZ，YuY，YuanX，etal.Situationanddevelopmenttendencyofindoorpositioning[J].ChinaCommunications，2013，10（3）：42-55.[4]CandyJ.Amobileindoorlocation-basedgisapplication[C].5thInternationalSymposiumonMobileMappingTechnologies（MMT07），Padua，Italy，2007：1-5.[5]杨乃，黄婷，杨洁，等.基于Flex和ArcGISServer的室内GIS实现方法[J].测绘工程，2015，24（1）：6-12.[6]石坤，谭双权.实时GIS室内定位系统的设计与实现[J].现代计算机：中旬刊，2016，（3）：81-84.[7]聂小波，黄冠宇，陈涛，等.基于WiFi的室内位置服务GIS应用系统研究[J].地理空间信息，2017，15（5）：13-15.[8]李孝辉，刘娅，张丽荣.超宽带室内定位系统[J].测控技术，2007，26（7）：1-2.