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楼宇三维路径的生成、规划及表达

杜建庚  
【摘要】: 寻路是人们日常生活中必不可少的基本问题。通常根据应用环境的不同,可以将寻路问题分为两大类:室外和室内。室外寻路问题的一个典型应用就是交通寻路。用于交通寻路的例子有基于web的电子地图和车载GPS导航等。室外的寻路问题得到了人们很大的关注。然而,室内的路径查找则常常被忽视。事实上很多人在高层的建筑物中进行寻路时是非常低效的。尤其是在一个陌生的建筑物环境当中,人们的室内寻路会更加低效。因此,高效的室内寻路问题成为目前的一个研究热点。如何帮助人们有效地在室内寻路尤其是高层建筑物内寻路是本文的研究重点。论文的主要内容如下: 1)路径模型的自动生成。详细介绍了路径模型的生成过程:首先,使用基于数学形态学的细化算法、特征点提取算法等建立一层楼的楼道路径,并将房间等楼层实体作为结点连接到楼道路径上。房间内部结构可以单独考虑,从而建立好一层楼的路径图;然后利用楼梯结点和电梯结点将相邻的楼层路径图相互连接起来,从而生成整个建筑的三维路径模型。该路径模型是由弧和结点结构组成的带权图结构。根据弧上赋予的权值不同,路径模型可以应用到很多的领域。例如在火灾发生的建筑物环境当中,权值可以代表通过路径的代价,该代价由火势,温度,烟雾浓度等定义。 2)路径规划。首先提出了路径权值的更新方法,这些权值是由安装在建筑物各个部位的真实传感器数据进行综合而得到的。这样的权值信息能够符合建筑物内部的实时环境。然后介绍了启发式搜索,并利用启发式的A~*算法在路径模型中实现了最佳路径检索。最后提出了一个根据生成的路径模型制定人员疏散计划的数学模型。该数学模型利用时间展开网络和最小费用流的线性规划方法求得最佳疏散计划。 3)路径表达。路径表达分为图形化表达和自然语言表达。图形化的路径表达是将检索到的最佳路径显示在三维建筑场景当中。在三维的显示中,提供了基本的交互界面,即:选择起始实体(结点)和目标实体(结点)。在这一交互的过程中主要用到二维屏幕坐标到三维空间坐标的变换和三维对象拾取。最后,讨论了如何将这些由结点和弧组成的最佳路径通过自然语言进行表达。


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