基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法

1.本发明涉及导航的技术领域，尤其涉及基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法。

背景技术：

2.信息化、智能化是建筑业转型升级的重要渠道。运维阶段是建筑全生命周期中存续时间最长、成本占比最高的部分，室内导航是运维阶段服务的重要功能，大型复杂建筑的复杂结构、使用者动态变化导致其导航系统的高要求。
3.传统的商场室内导航规划的路径多为“静态最近”线路，存在以下3个问题：(1)未考虑建筑本身结构的变化，例如当博物馆举办活动时，往往会在中庭形成暂时性的室内封闭空间，改变路径的动线；(2)未结合环境的动态变化，例如大型复杂建筑内偶然的安全突发事件引起的通行障碍；(3)路网模型与其他信息的割裂，路网模型由bim(building information modeling，建筑信息模型)是模型提取，属于非结构性数据，与结构性数据融合困难，此外，使用者需求与环境变化数据的形式多为文本、图像、视频，亦较难融合处理。因此，亟需实现“动态最优”路径。

技术实现要素：

4.本发明的目的是为了克服以上现有技术存在的不足，提供了基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法。
5.本发明的目的通过以下的技术方案实现：一种基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法，包括以下步骤：
6.s1、bim模型数据采集模块扫描建筑室内的环境并转化为三维拓扑路网，所述三维拓扑路网分别传输到语义信息更新模块和多源异构数据融合模块；
7.s2、语义信息更新模块对步骤s1的所述三维拓扑路网进行更新，得到更新后三维拓扑路网，所述更新后三维拓扑路网传输到所述多源异构数据融合模块；
8.s3、摄像头数据采集模块对所述建筑室内的环境进行感知与获取，得到安全突发事件信息，网络传输模块将所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块；
9.s4、传感器数据采集模块采集监测环境信息，并将所述监测环境信息实时更新传感器网络，得到所述安全突发事件信息，所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块；
10.s5、所述多源异构数据融合模块将步骤s3和步骤s4的所述安全突发事件信息与步骤s1的三维拓扑路网或步骤s2的更新后三维拓扑路网进行融合，得到“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据；
11.s6、根据所述“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据和可视化模块的定位信息，路径规划模块规划出动态最优路径并传输到所述可视化模块，所述可视化模块显示所述动态最优路径。
12.更优的选择，所述步骤s1包括以下步骤：
13.s101、采用所述bim模型数据采集模块扫描所述建筑室内环境的所有空间信息，得到点云数据；
14.s102、将步骤s101的所述点云数据转化为二维障碍物信息；
15.s103、将步骤s102的所述二维障碍物信息转化为三维模型，对所述三维模型进行重构处理得到三维拓扑路网；
16.s104、将步骤s103的所述三维拓扑路网分别传输到所述语义信息更新模块和所述多源异构数据融合模块。
17.更优的选择，所述步骤s2包括以下步骤：
18.s201、将所述三维拓扑路网转化为语义信息拓扑路网；
19.s202、管理人员使用所述语义信息更新模块的标准语义动作库更新所述建筑室内的结构变化信息；
20.s203、将所述结构变化信息通过所述标准语义动作库的标准化动作分析更新步骤s202的所述语义信息拓扑路网，得到更新后语义信息拓扑路网；
21.s204、将步骤s203的所述更新后语义信息拓扑路网转化为更新后三维拓扑路网。
22.更优的选择，所述步骤s3包括以下步骤：
23.s301、将所述摄像头数据采集模块的图像信息作为所述建筑室内的数据集；
24.s302、按一定比例将步骤s301的所述数据集划分为训练集和测试集，借助视觉技术采集安全突发事件信息；
25.s303、将步骤s302的所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块。
26.更优的选择，所述步骤s4包括以下步骤：
27.s401、采用所述传感器数据采集模块采集监测环境信息；
28.s402、使用所述监测环境信息实时更新传感器网络；
29.s403、将步骤s402的所述传感器网络的变化情况转化为所述安全突发事件信息；
30.s404、将步骤s403的所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块。
31.更优的选择，步骤s402中的监测环境信息包括温度、有毒气体浓度和烟雾浓度。
32.更优的选择，所述步骤s5包括以下步骤：
33.s501、将步骤s1的所述三维拓扑路网或步骤s2的所述更新后三维拓扑路网作为底图；
34.s502、所述多源异构数据融合模块将步骤s3和步骤s4的所述安全突发事件信息转换为“节点-时间-突发事件”的结构化数据；
35.s503、将步骤s502的所述“节点-时间-突发事件”的结构化数据与步骤s501中的所述底图结合，得到“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据。
36.更优的选择，所述步骤s6包括以下步骤：
37.s601、引入路径安全评价模型，将步骤s5中的所述“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据与所述路径安全评价模型的安全临界点进行对比，调整所述“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据的权重，得到调整权重后“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据；
38.s602、引入所述寻路算法，将步骤s601的所述调整权重后“三维节点-时间-突发事
件”的多源异构数据导入所述路径规划模块，得到规划后的路径；
39.s603、引入所述深度学习算法，所述可视化模块向所述路径规划模块传输定位信息，所述路径规划模块不断优化步骤s601的所述权重和步骤s602的所述寻路算法，得到所述动态最优路径；
40.s604、所述路径规划模块将步骤s603的所述动态最优路径传输到可视化模块，所述可视化模块显示所述动态最优路径。
41.更优的选择，步骤s6的所述可视化模块包括led屏幕和智能手机端。
42.更优的选择，步骤s4的所述监测环境信息包括温度、有毒气体浓度和烟雾浓度。
43.本发明相对现有技术具有以下优点及有益效果：
44.本发明通过一种基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法，解决传统大型复杂建筑室内导航规划路径未考虑动态环境变化进而无法规划最合适路径的问题，在路网模型的基础上融合室内安全突发事件的动态变化，调整建筑空间三维拓扑地图，自动规避室内安全突发事件路段，为使用者提供安全高效的室内导航，增加大型公共建筑运维管理效能。
附图说明
45.图1是本发明基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法的流程图；
46.图2是本发明基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法的示意图；
47.图3是本发明基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法的led屏幕放置及显示内容示意图；
48.图4是本发明基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法的语义信息更新模块的使用效果示意图。
具体实施方式
49.下面结合附图和具体实施例对本发明的发明目的作进一步详细地描述,实施例不能在此一一赘述,但本发明的实施方式并不因此限定于以下实施例。
50.如图1所示，一种基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法，包括以下步骤：
51.s1、bim模型数据采集模块扫描建筑室内的环境并转化为三维拓扑路网，三维拓扑路网分别传输到语义信息更新模块和多源异构数据融合模块；步骤s1包括以下步骤：
52.s101、采用bim模型数据采集模块(即是三维激光扫描仪)扫描建筑室内环境的所有空间信息，得到点云数据；
53.s102、借助三维激光扫描仪的投影功能将步骤s101的点云数据(立体的墙、柱构建)转化为二维障碍物信息；
54.s103、将步骤s102的二维障碍物信息转化为三维模型，对三维模型进行重构处理得到三维拓扑路网，作为疏散路网的参考地图，该三维拓扑路网的格式形如
(d m,n)代表节点m和节点n之间的距离)，其中如果两个节点间的无连接，该边则为∞；
55.s104、bim模型数据采集模块将步骤s103的三维拓扑路网分别传输到语义信息更新模块和多源异构数据融合模块。
56.s2、语义信息更新模块对步骤s1的三维拓扑路网进行更新，得到更新后三维拓扑路网，更新后三维拓扑路网传输到多源异构数据融合模块，如图4所示；步骤s2包括以下步骤：
57.s201、将三维拓扑路网转化为语义信息拓扑路网；形如“节点a-相邻-节点b”；
58.s202、建筑室内的运维管理人员在语义信息更新模块(即是erp运维系统)上使用语义信息更新模块的标准语义动作库更新建筑的结构变化信息，形如“节点a-拆分为-节点a1-拆分为-节点a2”与“节点a2-相邻-节点b”；
59.s203将结构变化信息通过标准语义动作库的标准化动作分析智能更新步骤s202的语义信息拓扑路网，得到更新后语义信息拓扑路网，形如“节点a1-相邻-节点a2-相邻-节点b”；
60.s204、将步骤s203的更新后语义信息拓扑路网转化为更新后三维拓扑路网。
61.s3、摄像头数据采集模块对建筑室内的环境进行感知与获取，得到安全突发事件信息，网络传输模块将安全突发事件信息传输到多源异构数据融合模块；步骤s3包括以下步骤：
62.s301、将通过摄像头数据采集模块的摄像头采集的图像信息作为建筑室内的数据集；
63.s302、按一定比例将步骤s301的数据集划分为训练集和测试集，训练集和测试集的比例为7:3(7:3的比侧符合计算机视觉目标检测深度学习的基本公理)借助视觉技术(yolov5为专用名词，一种主流的两阶段目标检测模型)采集安全突发事件信息；
64.s303、将步骤s302的安全突发事件信息传输到多源异构数据融合模块。
65.s4、传感器数据采集模块对建筑室内的环境进行采集，得到监测环境信息，并将监测环境信息实时更新传感器网络得到安全突发事件信息，将安全突发事件信息传输到多源异构数据融合模块；步骤s4包括以下步骤：
66.s401、采用传感器数据采集模块采集监测环境信息，监测环境信息包括温度、有毒气体浓度和烟雾浓度；
67.s402、使用监测环境信息实时更新传感器网络，传感器网络的建模标准为sensorml；
68.s403、将步骤s402的传感器网络的变化情况转化为安全突发事件信息；
69.s404、将步骤s404的安全突发事件信息传输到多源异构数据融合模块。
70.s5、多源异构数据融合模块在步骤s1的三维拓扑路网和步骤s2的更新后三维拓扑路网中选择其一，并与步骤s3和步骤s4的安全突发事件信息进行融合，得到“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据；步骤s5包括以下步骤：
71.s501、将步骤s1的三维拓扑路网或步骤s2的更新后三维拓扑路网作为底图；
72.s502、从步骤s3和步骤s4的安全突发事件信息、bim模型数据采集模块的数据(步骤s1中的三维拓扑路网的信息)和语义信息更新模块的数据(步骤s2中的更新后三维拓扑路网的信息)进行结合，得到“节点-时间-突发事件”的结构化数据；
73.s503、将步骤s502的“节点-时间-突发事件”的结构化数据与步骤s501中的底图进行结合，得到“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据。
74.s6、根据“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据和可视化模块的定位信息，引入路径安全评价模型，判断路径安全是否安全，即可以躲避安全突发事件路段的最短路径，路径规划模块规划出动态最优路径并传输到可视化模块，可视化模块显示动态最优路径；步骤s6包括以下步骤：
75.s601、引入路径安全评价模型，当步骤s5中的“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据超过路径安全评价模型的安全临界点(安全临界点是由管理人员在路径安全评价模型里面设定的安全性阈值)时，在“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据的三维节点的连通路径上剔除安全突发事件路段(即是躲避安全突发事件的最短路径)，即是在“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据的三维节点的连通路径上增加权重，得到调整权重后“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据；
76.s602、引入寻路算法，将步骤s601的调整权重后“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据导入路径规划模块，得到规划后的路径；
77.s603、引入深度学习算法，建筑室内的人员在可视化模块(led屏幕和智能手机端)输入定位信息，该定位信息传输到向路径规划模块，路径规划模块不断优化步骤s601的权重和步骤s602的寻路算法，得到动态最优路径，该动态最优路径不仅在动态结构更新的网路上生成，也规避了建筑室内的安全突发事件路段，即是动态最优路径包括动态最优路径导航和已经规避了的安全突发事件路段信息；
78.s604、路径规划模块将步骤s603的动态最优路径传输到可视化模块，可视化模块显示动态最优路径。led屏幕和智能手机端均设有无需输入导航指令的页面和导航键，包括标记有使用者位置(即放置led屏幕的位置)的室内三维地图，可以显示所在位置的led屏幕或者智能手机端的节点空间(三维地图显示led屏幕或智能手机端的当前位置)；人员触摸导航键跳转至路径规划页面，路径规划页面呈现可视化的动态最优路径。
79.如图2所示，一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航系统，包括摄像头数据采集模块、传感器数据采集模块、多源异构数据融合模块、bim模型数据采集模块、语义信息更新模块、路径规划模块和可视化模块，bim模型数据采集模块分别与语义信息更新模块和多源异构数据融合模块连接，传感器数据采集模块、摄像头数据采集模块和语义信息更新模块均与多源异构数据融合模块连接，多源异构数据融合模块通过路径规划模块与可视化模块连接。
80.摄像头数据采集模块为高清摄像头，用于监控，高清摄像头感知、监控人流量信息，识别突发事件。高清摄像头在传统安防功能上添加了突发状态的识别功能，丰富了高清摄像头的使用功能，降本增效，摄像头采集模块仅需要商场原始安置的摄像头大大节约预埋及设备成本，在固定摄像头支出的前提下实现更多功能，保证每个交叉路口均有对应摄像；其核心是已建成的建筑室内高清摄像头，高清摄像头的型号无特殊要求(如海康威视、大华、松下等全彩摄像头即可)高清摄像头的布置在符合公共建筑室内安装标准上，尽量满
足路口处满铺，以保证室内全方位感知，其目的是实现室内真实场景的实时感知与获取。
81.网络传输模块为无线网络传输设备(包括1.3
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5.8ghz wlan产品)，借助高清摄像头的终端程序，将视频图像实时动态输出；网络传输模块用于将摄像头数据采集模块(即是建筑室内的高清摄像头)采集的图像信息实时传输至多源异构数据融合模块的高性能计算机，借助高清摄像头的终端程序，将视频图像输出，其目的是实现室内真实场景的快速传输。
82.传感器数据采集模块为传感器系统，用于监控室内环境变化信息，识别安全突发事件。传感器网络由多种传感器设备组成，包括感烟探测器、感温探测器、火焰光探测器和有毒气体探测器，采用分布式综合探测方法，充分考虑多种火灾环境因素，目的是得到正确的安全突发事件报信息，避免传感器种类单一导致的误报警情况发生。
83.多源异构数据融合模块为高性能计算机，将三维拓扑路网与图像信息、传感器信息结合，得到结构化数据形式的室内动态安全临界点(包括安全突发事件节点)，可以实现动态躲避室内不安全路段的“动态最优路径”室内导航；多源异构数据融合模块将语义信息更新模块中的文字信息、bim模型数据采集模块中的拓扑信息、摄像头数据采集模块中的视频图像信息、传感器数据采集模块中的监测环境信息转换为结构化数据并融合。该高性能计算机硬件要求intel(r)core(tm)i7-10750h cpu及以上；计算机配置最低2gb内存，最小20gb硬盘；操作系统支持windows10及以上版本。
84.bim模型数据采集模块为三维激光扫描仪，其作用是通过三维激光扫描仪获得建筑室内地图，将建筑室内环境转化为系统中的三维拓扑路网存储。
85.语义信息更新模块为erp(enterprise resource planning，企业资源计划)运维系统，建筑运维管理人员可以在erp运维系统上按标准语义动作更新建筑室内的结构变化信息，自动更新建筑室内的地图，即得到更新后语义信息拓扑路网。
86.路径规划模块为高性能计算机，为使用者提供最优的路线，其配置与多源异构数据融合模块相同。输入经多源异构数据融合模块导出的“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据，输出兼顾规避安全突发事件路段与更新结构路网的“动态最优路径”，其作用是为规划出“最优”路径，即可以躲避安全突发事件路段的最短路径
。
87.可视化模块包括智能手机端和led屏幕，智能手机端由使用者手持并需要下载app使用；led屏幕位于建筑室内的主要交叉口醒目处，如图3所示。用户既可以在固定的led屏幕上查询路径，亦可以在智能手机移动端上随时查询导航路径，较现有的仅固定点查询路径提供了更便捷的思路；即对已经规划后的路径结合bim模型可视化输出，使用户更清晰明了地看到最终的路径规划结果。
88.上述具体实施方式为本发明的优选实施例，并不能对本发明进行限定，其他的任何未背离本发明的技术方案而所做的改变或其它等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：

1.一种基于多源异构数据融合的大型复杂建筑室内疏散导航方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、bim模型数据采集模块扫描建筑室内的环境并转化为三维拓扑路网，所述三维拓扑路网分别传输到语义信息更新模块和多源异构数据融合模块；s2、语义信息更新模块对步骤s1的所述三维拓扑路网进行更新，得到更新后三维拓扑路网，所述更新后三维拓扑路网传输到所述多源异构数据融合模块；s3、摄像头数据采集模块对所述建筑室内的环境进行感知与获取，得到安全突发事件信息，网络传输模块将所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块；s4、传感器数据采集模块采集监测环境信息，并将所述监测环境信息实时更新传感器网络，得到所述安全突发事件信息，所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块；s5、所述多源异构数据融合模块将步骤s3和步骤s4的所述安全突发事件信息与步骤s1的三维拓扑路网或步骤s2的更新后三维拓扑路网进行融合，得到“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据；s6、根据所述“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据和可视化模块的定位信息，路径规划模块规划出动态最优路径并传输到所述可视化模块，所述可视化模块显示所述动态最优路径。2.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，所述步骤s1包括以下步骤：s101、采用所述bim模型数据采集模块扫描所述建筑室内环境的所有空间信息，得到点云数据；s102、将步骤s101的所述点云数据转化为二维障碍物信息；s103、将步骤s102的所述二维障碍物信息转化为三维模型，对所述三维模型进行重构处理得到三维拓扑路网；s104、将步骤s103的所述三维拓扑路网分别传输到所述语义信息更新模块和所述多源异构数据融合模块。3.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，所述步骤s2包括以下步骤：s201、将所述三维拓扑路网转化为语义信息拓扑路网；s202、管理人员使用所述语义信息更新模块的标准语义动作库更新所述建筑室内的结构变化信息；s203、将所述结构变化信息通过所述标准语义动作库的标准化动作分析更新步骤s202的所述语义信息拓扑路网，得到更新后语义信息拓扑路网；s204、将步骤s203的所述更新后语义信息拓扑路网转化为更新后三维拓扑路网。4.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，所述步骤s3包括以下步骤：s301、将所述摄像头数据采集模块的图像信息作为所述建筑室内的数据集；s302、按一定比例将步骤s301的所述数据集划分为训练集和测试集，借助视觉技术采集安全突发事件信息；
s303、将步骤s302的所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块。5.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，所述步骤s4包括以下步骤：s401、采用所述传感器数据采集模块采集监测环境信息；s402、使用所述监测环境信息实时更新传感器网络；s403、将步骤s402的所述传感器网络的变化情况转化为所述安全突发事件信息；s404、将步骤s403的所述安全突发事件信息传输到所述多源异构数据融合模块。6.根据权利要求5所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，步骤s402中的监测环境信息包括温度、有毒气体浓度和烟雾浓度。7.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，所述步骤s5包括以下步骤：s501、将步骤s1的所述三维拓扑路网或步骤s2的所述更新后三维拓扑路网作为底图；s502、所述多源异构数据融合模块将步骤s3和步骤s4的所述安全突发事件信息转换为“节点-时间-突发事件”的结构化数据；s503、将步骤s502的所述“节点-时间-突发事件”的结构化数据与步骤s501中的步骤s501的所述底图进行结合，得到“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据。8.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，所述步骤s6包括以下步骤：s601、引入路径安全评价模型，将步骤s5中的所述“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据与所述路径安全评价模型的安全临界点进行对比，调整所述“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据的权重，得到调整权重后“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据；s602、引入所述寻路算法，将步骤s601的所述调整权重后“三维节点-时间-突发事件”的多源异构数据导入所述路径规划模块，得到规划后的路径；s603、引入所述深度学习算法，所述可视化模块向所述路径规划模块传输定位信息，所述路径规划模块不断优化步骤s601的所述权重和步骤s602的所述寻路算法，得到所述动态最优路径；s604、所述路径规划模块将步骤s603的所述动态最优路径传输到可视化模块，所述可视化模块显示所述动态最优路径。9.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，步骤s6的所述可视化模块包括led屏幕和智能手机端。10.根据权利要求1所述一种基于多源异构数据融合的建筑室内导航方法，其特征在于，步骤s4的所述监测环境信息包括温度、有毒气体浓度和烟雾浓度。

技术总结

本发明公开了一种基于多源异构数据融合的建筑室内疏散导航方法，包括：BIM模型数据采集模块扫描建筑室内的环境并转化为三维拓扑路网，语义信息更新模块对其进行更新得到更新后三维拓扑路网，摄像头数据采集模块对环境进行感知与获取得到安全突发事件信息，传感器数据采集模块对环境进行感知与获取处理得到安全突发事件信息；多源异构数据融合模块将三维拓扑路网或更新后三维拓扑路网与安全突发事件信息进入融合得到多源异构数据；根据多源异构数据和定位信息，路径规划模块规划出动态最优路径并显示于可视化模块。本发明在路网模型的基础上融合室内安全突发事件的动态变化，自动规避室内安全突发事件路段，为使用者提供安全高效的室内导航。全高效的室内导航。全高效的室内导航。