基于Android的室内地图设计

I 摘要 现代社会随着用地紧张，建筑物越来越高，内部结构越来越复杂。伴随着人们 的室内活动的日益增多，室内地图应运而生。室内地图的出现，让人们可以轻松掌握所处建筑的全部情况，避免了因走错路而浪费时间，也不至于因商场的复杂而迷路。 一种以 基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备。目前 备的市场份额位居全球首位，是最受欢迎的智能手机平台。 高德地图能强大，免费开源，是目前国内开发者常用的 一。所以 为了 能方便地获取高德公司提供的基本地图， 且 能适用于大多数人的移动设备。 本设计使用 发工具包加上 言的支持，在高德 础之上进行开发。本设计的目的在于为使用移动设备（如手机、平板电脑等）的用户提供详细的室内地图，为其规划出行线路 ,方便用户出行。 它可以 将大型商场、火车站、博物馆等大型室内场所的内部精确位置信息和店铺信息直观地在 用户 的移动设 备上展现出来，通过流畅的交互体验，为用户提供室内地图、线路规划等服务。 同时支持 楼层切换、地图缩放和 方向 识别 等功能 ， 会 在很大程度上方便用户的出行，避免由于环境不熟悉导致浪费时间过多 。 关键词 ： 室内地图 高德 线路规划 n of is is of to of of of of or of is a in in s in is of PI is is of So in to to s DK of on PI of is to as of to a of It be to up on s a to an of to a to to 目录 第一章 绪论 . 1 项目背景及意义 . 1 国内外研究与发展现状 . 2 论文组织结构 . 3 第二章 开发平台选择和环境搭建 . 4 台选择 . 4 台特性 . 4 统结构 . 5 用程序框架 . 5 发环境搭建 . 9 第三章 地图模型及路径规划算法 . 11 子地图概述 . 11 子地图构成 . 11 子地图分类 . 12 子地图的特点 . 13 子地图查询 . 13 短路径规划算法 . 14 法 . 15 *算法 . 15 *算法和 法比较 . 16 第四章室 内地图和路径规划系统设计 . 18 统的需求分析 . 18 求分析 . 18 统概述 . 18 统的设计 . 19 体设计 . 19 内地图设计 . 21 径规划设计 . 23 第五章 室内地图和路径规划系统的实现 . 27 图 . 27 请高德地图 . 27 加 程 . 27 内地图功能实现 . 28 径规划功能实现 . 29 章小结 . 31 第六章 总结与展望 . 33 结 . 33 望 . 34 参考文献 . 35 致谢 . 37 附录 . 38 1 第一章 绪论 本章主要介绍了室内地图项目的研究背景以及意义，然后分析了国内外在室内地图领域的研究与发展现状，对该领域的研究进行了梳理，最后从整体上介绍了论文的结构。 项目背景及意义 近几年，随着社会的进步和发展，人们的生活水平日益提高，对地理信息的需求在衣食住行等各个方面也在不断的增长。而随着手持移动设备的普及，电子地图在访问上的便利性明显优于传统的纸质地图，通过手持移动设备可以随时随地访问电子地图。关于电子地图的各种探索和研究，相关地图系统的开发层出不穷。 据研究表明人类信息大约有 80%以上都与空间位置有关，并且平均有 80% 90%的时间是在室内度过的，由此可见用来展现室内空间位置信息的室内地图十分重要。室内地图一般指大型室内建筑的内部地图，与室外地图相比，更注重小区域、大比例尺、高 精度和精细化的内部元素展现。 室内地图作为室内位置服务的基础，其实早已存在，大型建筑内部为方便访客寻路，通常在重要通道张贴建筑各层概况以及本层地图。在室内设计领域早已使用 2 维、 3 维 等形式展现室内空间。在计算机、手机屏幕上显示数字室内地图只是近几年才出现，时间不长进展很大，但更多关注的是诸如导航等应用的研究。室内地图缺少从地图学角度出发的理论、设计等研究 。 现如今，室外地图技术已经相当成熟，渗透到人们生活的方方面面，随时随地为所有人和事物提供个性化信息服务。但是对于大部分时间置身于日渐复杂的建筑物中人们来说， 室外电子地图已经不能满足他们的需求，这时室内地图应运而生。比如置身于一个大型商场中，必须在有限的时间内购买指定的商品，直接去找商场的平面图和商品的位置需要浪费一定的时间，如果手机上有一款室内电子地图，甚至可以在路上直接找到要买的商品的位置，规划出购买商品的最短路径，将极大的方便你的出行。室内地图可以将大型建筑物的平面图在手持移动设备上展现出来，从而使建筑物内使用手持移动设备的用户可以迅速定位到指定的商家、银行、卫生问、休息区等，疏通了人、位置、商家三者之间的关系。用户还可以随时了解建筑物内的各种消息，并且分 类搜索感兴趣的商品。为用户对未知建筑物的认识提供了极大的便利。因此，室内地图的研究十分重要，它的研究与实现不仅具有关键的学术价值，而且具有巨大的实际应用前景。 2 国内外研究与发展现状 目前，室内地图研究处于领先地位的是国外，而中国涉足此领域的公司和科研机构很少。在国外，在 201 1 年无线协会年会上，诺基亚公司发布了 出该服务主要为用户提供室内路线、室内方向和室内导航等信息。 011 年 11 月在移动设备中增加了室内地图的相关服务，超过 1 万座大型建筑的室内地图被该应用覆盖。同一年，现在已经覆盖主要欧洲国家的必应室内地图由微软发布。在国内， 2012 年 5 月百度 上线了精细化位置信息的室内导航地图。高德于同年 9 月份发布了安卓手机可以使用的室内地图功能。统计资料显示，全世界的人们有 87 90的时间在室内活动，由此带来的位置信息服务、室内定位、室内导航一定会有庞大需求。也必定有广阔的前景和空间在等待着刚兴起的中国市场。 目前市场认可度较高的包括百度、高德、上海图聚等科技巨头，在精准的信息推送，按需投放的商业广告，所见即所得的优惠折扣等领域都可 以在室内实现。一些有想法的商场已经开始行动了，也许过不了多久，人们在逛商场的时候就能切身体会到室内定位导航带来的便利和实惠。据了解，目前已经有一些商场尝试通过免费的无线网络提供室内导航服务，用户连接商场 可以看到室内地图，商户位置和打折信息。如果加入商户或折扣信息，介入消费环节，就可以构建地图 环。 除了商超，大型场馆也不甘寂寞。首先是机场这个向来以旅客服务至上的行业。今年，有的国际机场率先行动，不但将室内定位技术应用于车辆追踪、资产管理、客流统计等方面，还将在自己的官方 加“机场指引 ”功能，包括室内定位和地图导航，以方便旅客查找登机口、值机柜台，和朋友共享位置，还能知道行李在哪儿、车停哪儿了。全国多家机场已与上海图聚取得联系，希望共同优化自己机场的室内定位及导航功能。 室内地图数据是制作室内地图的基础。数据主要来自网络、线下搜集、用户提供、商家提供等途径。国内最大的室内地图数据提供商图渊公司最初的数据通过扫街获得，之后很多大型建筑如商场等看到媒体效应，主动联系提供数据。再如 许用户向 加各种建筑的室内楼层规划图。过程相对简单，只需上传“楼层的规划、蓝 图或指南的照片”，再与 的卫星图片相连。 此从一大批感兴趣的用户处免费得到室内地图资料。“点道”也通过用户贡献内容、纠错、上报的功能，希望有效、快捷地更新室内地图数据，也希望借助于“纠错”功能借助用户力量提高数据的准确性。 综上我们可以看到，室内地图的未来会越来越好。随着室内位置服务提供商与商家合作的不断深化，商家的想法和思路已经在跟着技术逐渐转变，寻求数字化经营之路。室内地图就如同一个刚出生的婴儿，但它的前途却是注定非凡。 3 论文组织结构 本论文通过对室内地图的 研究现状进行分析和总结，在室内地图服务系统中主要研究了室内地图的调用与显示以及路径规划等关键技术。 本论文的章节安排如下： 第一章为绪论，主要介绍室内地图的研究背景和研究意义，国内外室内地图研究现状。 第二章主要阐述了两方面内容。一是 平台特性、系统架构以及应用程序框架；二是是 发环境搭建方法。 第三章是地图模型及路径规划算法。这一章主要介绍了电子地图的相关知识，同时介绍了设计中用到的路径规划算法以及室内电子地图设计和制作的特点。 第四章是对室内地图系统设计。这一章首先进行系统分 析，然后针对分析进行系统的设计，主要包括对室内地图模块和路径规划模块的设计，包括界面设计和流程设计。 第五章是室内地图和路径规划系统的实现。本章主要是在上一章进行分析和设计的基础之上进行程序开发，编写代码。 第六章为总结与展望。对全文的工作内容进行描述与总结并指出需要完善的地方和方法，对系统后续开发进行展望。 4 第二章 开发平台选择和环境搭建 本章主要介绍了两方面内容。首先阐明的是本设计选择 台的原因，介绍了包括 平台特性、系统架构以及应用程序框架等知识在内的一些特点。其次介绍的是 发环境搭建方法，详细的讲解了各个软件的安装及配置。 台选择 一种以 基础的开放源码操作系统，主要使用于便携设备。它由谷歌公司和开放手持设备联盟开发和领导。除了开放手持设备联盟之外， 作系统来延长和扩展 功能和性能。 2011 年 8 月， 8%，成为全球第一大智能手机操作系统，跃居全球最受欢迎的智能手机平台。 1由此可见， 经成为了当前智能手机行业的主流。 此外， 有以下几个优越性： 1、从开发工具到底层源代码实现了真正意义上的开放； 2、降低了软件开发的费用，促进了免费应用软件的发展； 3、在 台下运行的应用是完全平等的； 4、应用无界限，可任意结合应用创造新的应用； 5、获得多运营商服务 网络支持，设备的可选性很强； 6、 营销战略优势明显，能够从群体（消费者）开始考虑再到服务提供商（ 企业） 逐步占领市场。而 术更新有点迟钝， 品单一， 场占有率低，可以说 应用发展前景很好，也会为交通信息服务系统的发展添砖加瓦。 台特性 为 司战略的重要组成部分，由应用程序、应用程序框架、行时、 序库及 核五个部分组成。主要有以下几个特性： 1、应用程序 框架支持组建的重用及替换，在安全性限制内，一个应用程序不仅 能发布自己的功能模块而且能使用其他应用程序发布的功能模块；一个应用程序都可以 从多个应用程序中选择多个功能模块进行合并形成自己的功能模块。 2、 拟机的引进加快处理速度并优化了移动设备。 用程序是 由 言编写的，却不是在 拟机上执行的，而是将编译的类文件转换成 拟机上执行的，处理速度更快。 5 3、内部集成浏览器基于开源的 擎。 4、图形库功能变得更加全面，主要是 指 2D 和 3D 图形库，强大的图形效果推动 了游戏开发的进程。 5、采用 型的结构化数据存储模式，简单、快捷。 6、多媒体支持的文件格式比较多，包括音频、视频以及静态文件格式。 2 统结构 统架构采用了软件分层的思想，具体 分为 五个部分 ，分别是 ：应用程序层、应用程序框架层、 行时、 序库层以及 核层。 3 应用程序层： 台下的所有应用程序都是在 言的基础上实现的，核心的应用程序包括 户端、 序、通讯录、地图、浏览器等，任何一个应用程序在安全性限制内都可以发布自己的功能模块或者使用其他应用程序发布的功能模块。 应用框架层：应用程序框架是 发的基础，是用来简化应用软件的重用， 隐藏在所有应用程序后面的一系列服务与系统，主要包括视图系统（ 内容提供 器（ 资源管理器（ 通知管理器（ 活动管理器（ 窗口管理器 （ 电话管 理器（ 包管理器（ 九个组成部分。 行时： 在 言的基础上进行开发的，但这不意味着 台是利用 执行 序的，而是将编译的类文件转换成 件并 利用 运行时来执行，该部分主要由核心库和 拟机组成。 序库层：该层为应用程序框架开发者提供服务与支撑，包含了一些能被 统中不同 组件使用的 C/C+库，主要库函数有以下几个：系统 C 库、媒体库、 核层： 核心系统服务是在 的内核上建立起来的； 统也为 核心服务提供了硬件抽象层，协助 成内存管理、进程管理、网络以及其他操作系统服务工作。 用程序框 架 用程序的主要特点就是一个应用程序可以利用其他应用程序的功能模块 并且不需要将其他应用程序的代码复制到该程序当中，只是启动该程序模块即可。 用程序没用单一的入口点，主要由四个重要的组件构成 ： 活动（ 服务（ 广播接收者（ 内容提供者（ 6 1、 核心类，也是使用次数最多的一个组件。每一个 用 户提供了一个可视化的界面，在这个界面里面你可以添加各种资源文件，比如 。 多少主要根据开发者设计所需，一个应用程序可以只包含一个 可以包含多个 些 间的依赖关系取决于应用程序之间的进程调度或者说是业务逻辑关系。 系统中的 通过 进行管理的，当前活动的 于栈顶，非 当前活动的 压入处于活动 下面并且等待是否可能被恢复为活动状 态。比如说一个处于活动状态的 放置于 顶，之后 一个新的启动了，则新的 于活动状态并位于 的栈顶位置，原来处于活动状 态的 分配到栈顶位置的下边，也只有当这个新的 栈时，原来的 有可能处于活动状态。 7 个生命周期，程序是的入口点在 )方法中，具体可参考 命周期图，如图 示。 方法是程序的入口点，在第一次创建 被系统自动调用，该方法的主要目的就是完成一些基础性数据 的初始化，比如说视图、组件和数据。 方法是在重新启动 调用，系统会将内存中失去焦点状态的 活。 方法是在 于屏幕上可见时调用，使得原 于可见但不可交互的状态。 方法是在 用户交互时被调用，使得原 于能交互的状态。 方法是在激活前一个处于活动状态的 调用，主要是将一些未 保存的修改数据变为持久性数据、停止占用 事 件，使得原 于可见但不可交互的状态。 方法是当前的 不再对用户可见或者失去焦点时调用，一般发生在恢复前一个 者启动一个新的 况下，使得原 于不可见的状态。 该方法是在 销毁时调用。一般是在 时或者系统需要节约空间的情况下才会发生这种事。 此外，在 生命周期中有四种非常重要的生命状态：活动、暂停、停止 、销毁。活动状态是指能被用户看见并与用户交互的活跃状态；暂停状态是指能被用户看见但又不能与用户交互的状态；停止状态是指被新的 盖了并处于不可见和失去焦点的状态；销毁状态是指所占的内存空间被系统回收或者没有被系统启动的状态。其中，从活动状态到暂停状态可能是因为处于栈顶的 7 者是透明的 盖并失去了焦点，处于被用户看见但又不能与用户交互的状态；而从暂停状态到活动状态可能是因为被覆盖的 回到栈顶，处于能被用户看见并与用户交互的活跃状态；另 外，从活动状态到停止状态可能是因为栈顶的 一个新的 盖，处于不能被用户看见的状态；而从停止状态到活动状态可能是因为原来的 回到栈顶位置，被重新激活了并处于用户可见以及能交互启 动A c t i v i t yo n C r e a t e ( )o n S t a r t ( )o n R e s u m 运 行 的 A c t i v i t yA c t i v i t y 失 去 焦 点o n P a u s e ( )A c t i v i t y 仍 未 获 得 焦点o n S t o p ( )o n D e s t o r y ( )返 回 到 A c t i v i t 被 终 止进 程 被 终 止A c t i v i t y 仍 未 获 得 焦点A c t i v i t y 仍 未 获 得 焦点o n S t a r t ( )关 闭 A c t i v i t 命周期图 8 的活跃状态；另外还有从活动状态到销毁状态可能是因为一些异常发生或者其他情况导致所占用空间被系统回收；而从销毁状态到活动状态一般是因为 实例的启动。 2、 一种在后台提供服务但不能与用户交互的组件， 主要有两种服务模式：本地服务和远程服务。本地服务主要运行于在应用程序内部，服务启动的时候需要调用 方法， 而服务结束的时候需要调用 方法；远程服务主要运行于应用程序之间，通过自定义的程序接口进行操作，在客户端建立一个连接到服务器的服务对象时需要调用 方法，而关闭连接的时候需要调用 方法并通过 方法进行服务加载。 生命周期比 生命周期简易了很多，分为本地服务周期和远程服务周期两种 。 本地服务流程和远程服务流程有点类似但不相同， 本地服务周期流程涉及到服务创建（ 服务开启（ 以及服务销毁（ 三种状态，其中服务开启能多次被调用；远程服务周期流程涉及到服务创建（ 服务绑定（ 服务绑定解除（ 及服务销毁（ 种状态，其中服务绑定只能绑定一次。 3、 播接受者（ 指对接收到的广播信息进行过滤、 响应的一类组件和 样，没有用户接口。其中， 播机制主要由广播、广播接收器、 个基本要素组成。 广播是一种运用在应用程序之间传输信息的机制，从广播类型来看，广播可以分为三种类型：普通广播、异步广播、有序广播。广播的生命周期主要由三部分构成，流程如下：调用对象实现（ 束；而广播接收器仅在调用对象的时候处于活动状态，在实现（ 后就处于失活状态，而处于失活状态的进程所占用内存空间被其他程序需要时，系统进行内存空间释放，进程也就结束了 ，但处于活跃状态的进程则会被保护起来，即使所占用的内存空间被其他程序需求，系统也不会释放其占用的内存空间，进程也将继续运行； 在程序之间传递消息。 4、 要采用了一种多应用程序数据共享的机制，打破了数据只能被创建者使用的规则，不仅能为自己的应用程序提供数据支持，也能为其他的应用程序提供数据支持，并将数据保存到相应的文件当中，就像轻型的 据库一样。 另外，每一个内容提供者都是一个类，需要继承 并通过该类中定义的一系列方法从其他应用程序中获取数据。 9 发环境搭建 正所谓“工欲善其事，必先利其器”，要想进行 用程序的开发，首先做的就是搭建 发环境。主要步骤包括： 1、安装 2、安装 3、安装 4、修改环境变量； 5、安装 6、安装 拟器系统版本等。 下面进 行软件安装和环境变量配置： 1 安装与配置 称 发工具包。双击下载好的 装文件，根据安装向导逐步安装。假定将 装在“ C:装成功后必须对其进行配置才能正确使用。具体步骤如下： 在桌面“计算机”图标右击，在弹出的菜单中选择“属性”选项。 在弹出的对话框中选择“高级”选项卡。 单击“环境变量”按钮，在出现的环境变量对话框中新建 境变 量，其值为 装目录，即 C: 设置好 境变量后，编辑已经存在于系统变量中的“ 量，在其中添加“ % 接下来设置 境，在系统环境变量中单击“新建”按钮，创建 量。变量名为 “ 变量值为“ .;%。 装配置完毕后，可以检验配置是否正确。单击“ 开始”选择“运行”，输入“ 令启动 口，输入“ 令，显示 本信息说明环境变量配置成功。 下载的 缩包解压到相应的安装目录即可。 安装与配置 双击下载好的 录中 序开始安装 据软件安装向导逐步进行。要使 持 用程序开发，还必须先在 安装 件 体安装配置过程如下： （ 1） 首先启动 后单击菜单栏中 择“ 命令。 （ 2） 单击 钮 ,在弹出的对话框中填写对应内容（ ）完成 载。 10 （ 3） 单击 择“ I of 项，接受安装协议后，点击“ 安装完成后重启 件生效。 （ 4） 选择 写 装目录，单击 钮。 至此 发环境配置完成，可以进行 目的开发。 11 第三章 地图模型及路径规划算法 本章节对地图及路径规划算法进行了介绍。首先对电子地图进行介绍，包括电子地图构成和电子地图查询，然后介绍最短路径规划算法，解决了实际生活中最短路径问题。最后对室内电子地图进行介绍，阐明了室内地图的设计和制作特点以及相关制作流程。 子地图概述 电子地图不仅仅是一种将数字化技术应用到传 统地图当中而产生的新型地图模式，还是一种现代化的电子信息产品，其中融合了计算机技术、 术和网络技术。电子地图在数字地图基础上采用多种媒体相结合的方式向用户展示了各城市、各地区地形分布面貌并有效利用了 航系统的定位信号，在其基础功能上进行扩展，使得 航系统的功能呈现多样化；此外，电子地图将导航定位信号与周围的地理形势进行结合，动态并直观地对机动车终端进行管理，达到便捷交通、方便出行的目的。 电子地图存储的数据主要分为两类， 一是空间数据，二是非空间数据。其中， 空间数据主要是指描述物体的 位置、形态、大小及分布四种属性信息；而非空间数据主要是指描述物体的专题属性、质量以及时间因素等关键信息，是对空间数据的本质描述。 子地图构成 导航电子地图是包含空间位置地理坐标的数字地图，能够利用空间定位系统的电子地图集数据集，它不但是整个系统与用户的交互接口，而且将导航定位信号与周围的地理形势进行结合，动态并直观地对机动车终端进行管理。目前的电子地图主要由软件部分和数据部分紧密构成，如图 示。 数据部分主要有三个重要成分：数字地图，多媒体数据以及其他专业数据，这些数据是通过数据库形式组 织的。其中，数字地图主要承载了一些基础的地理空间信息，这些信息存储于地图的数据库当中，由数据库系统做数据支撑；另外，多媒体数据和其他专业地图数据都是叠加在数字地图之上的。 而电子地图的数据特征主要体现在质量、数量、时间以及空间四个方面，可以将其划分为四类数据特征。其中，质量特征是指从多种研究方向对地图中数据进行描述，比如有物理、化学、经济等方面；数量特征主要是指将数据进行量化，比如说线条的长度、连通面的面积和人口数量等；12 时间特征主要是指地图存在的一个完整生命周期，从何时存在到何时被销毁总的整个生命段；空间特 征主要是指地理空间的分布情况及相互联系。 电子地图的软件部分主要分成了两个单元：地图设计单元和地图浏览单元。其中，地图设计单元主要是对数据进行采集、处理、存储以及管理。首先要将采集到数据进行处理和整合，接着将处理完成的数据存储到数据库由数据库管理系统统一管理，形成一个完成的数据库数据系统；而电子浏览单元主要让用户能操作电子地图并使用电子地图的各个功能模块，该单元不仅能让用户浏览静态的电子地图，还能让用户了解基于电子地图的动态变化信息。 子地图分类 电子地图 按照内容可以分为室外电子地图和室内电子地图，本论文设计的是室内电子地图。在室内地图服务系统开发中，地理信息系统作为基础知识而存在。地理信息系统 (写： 利用计算机的先进技术对地球电 子 地 图数 据数 字 地图多 媒 体数 据其 他 专业地 图 设计地 图 浏览软 件地 图 数据 库 系统地 图 符号 系 统符 号 化表 达缩 放 与漫 游多 媒 体播 放查 询 与分 析图 子地图构成图 13 表面的环境和物体所固有的信息进行获取、存储、检索、分析并以地理空间定位数据的形式进行显示，并建立相应的数据库管理系统。 室内地图服务系统应该针对地铁、展会、商场等建筑物的室内地图的以下特点进行设计和制作： 1、多数建筑物是分楼层的，一个建筑物的设计就必须支持多个楼层进行设计，将每个楼层单独设计成一幅室内地图。 2、根据建筑物特点记录其中的 息，例如商场中记录扶梯、公共设施、商铺等。 3、要可以详细记录室内地图上各楼层之间的联通关系，用于路径规划。 因此虽然在室内地图服务系统中，一个室内地图显示窗通常展示的是一个场所的地图，是可以根据用户指定的楼层和比例尺显示指定的图片，但是室内地图并不仅仅是一张图片，它还包含着在地图图片上的浮层标记和地图控件。 在室内地图制作过程中首先要有建筑管理者提供一份建筑物实际比例 的 ，确保所有楼层结构和实际情况相符合。此外还需要调整采集室内数据的比例与方位角，进行经纬度配准，最后还要制作室内道路图层等。 子地图的特点 电子地图与纸质地图相比较有以下特点： 1、电子地图以计算机屏幕和投影大屏幕为媒介，而传统地图一般