林区行人导航关键技术研究

发布时间：2020-05-06 10:40

【摘要】：森林是地球上面积最大的陆地生态系统,蕴藏着大量的资源并发挥着重要的生态功能。从早期的采摘和狩猎到农、工业时代的木材采伐,再到现在的森林巡护、资源监测、可持续经营、旅游、健身和康养活动,在不同的历史时期中,林区都是人们不可或缺的活动场所之一。步行是人们在林区重要的运动方式,由于林区往往具有位处偏远,多为高山、高原,地形地貌复杂,交通不便,通讯困难,人口稀少,经济、文化相对落后等自然和经济特点,林业从业人员工作效率较低、危险性较大,公众迷路、被困、遇险等状况时有发生,随着林区公共事件不断增加,救援工作形势复杂严峻。因此,新时期林区中的行人对精准、高效、智能的导航服务存在迫切的需求。随着移动互联网和移动终端技术的发展,各类行人导航应用层出不穷。但受限于服务模式、地图数据和运行环境,未能顾及林区行人导航的特殊性,使得现有行人导航应用难以服务于林区。针对上述问题,本文研究了林区行人导航的基础理论和关键技术,主要的研究内容如下:(1)探讨了林区行人导航研究存在的问题与不足通过对导航理论和相关技术研究成果进行综述分析,总结了现有方法无法解决林区行人导航问题的原因:①现有行人导航研究理念上的局限。②现有技术在解决林区行人导航问题时的矛盾。确立了本文的研究目标:明确林区行人导航的基础理论和技术架构,探索关键技术问题并进行应用研究。(2)研究了林区行人导航基础理论与技术架构①本文探讨了林区行人导航的基础理论。明确了林区行人导航的基本概念,提出了林区行人导航的特征和内涵,抽象出了林区行人导航的一般过程。②基于林区行人导航基础理论的研究成果,总结了林区行人导航系统的技术架构,阐述了其应用场景,提出了对相关功能的技术要求和急需解决的关键技术问题。(3)研究了基于矢量数据结构的林区行人导航关键技术①提出了基于改进导航图的林区行人路网生成方法。将林区步行环境抽象为障碍空间,提出了导航点生成、优化方法和基于动态锥形扫描法的导航边生成算法,生成稀疏的改进导航图,实现了矢量数据对开放空间的有效建模,进而融合现有道路数据生成林区行人路网。②提出了林区矢量步行路径的自然语言描述方法。以地标为引导线索,通过构造地标可视域建立空间对象间的参考关系,使用空间位置描述方法生成描述词和描述短语。提出了全局路径描述算法和局部路径描述算法,将路径输出为连续的地标和行为要求构成的文字信息。(4)研究了基于栅格数据结构的林区行人导航关键技术①提出了林区步行最优路径分析方法。引入了可步行性的概念,将林区步行环境定性划分为可行域、不可行域和易行域,通过定义并构建综合可步行性栅格,计算步行成本,进而构建栅格步行网络模型,实现了栅格数据对混合空间的建模和最优步行路径规划。②提出了林区栅格步行路径的自然语言描述方法。针对栅格路径的专题属性建立栅格路径描述数据模型,从中提取路径的三维几何形态和地标参照特征,以此为依据将栅格路径分为若干路径片段,并组合为复合路段。提出了全局和局部路径描述算法,实现了林区栅格步行路径的两类自然语言描述的自动生成。(5)对林区行人导航关键技术进行了应用研究本文以鹫峰国家森林公园为研究区,结合二类调查需要,分析、设计并实现了鹫峰森林资源二类调查系统(JF_FRSS)。分析了用户类型及需求,对系统的桌面端和移动端进行了详细的功能设计和存储设计。通过建立林区行人导航功能并实现关键技术,验证了本文所提出技术方法的可行性,同时对今后的技术应用起到了一定的示范作用。
【图文】：

电子地图,步行环境,林区

在此基础上进行了体验上的优化和交互上的改进，虽然有效，但效果并不理想逡逑（Ｍｉｌｌｏｎｉｇ邋ａｎｄ邋Ｓｃｈｅｃｈｔｎｅｒ，２００７；邋Ｓｔａｒｋ邋ｅｔａｌ．，２００７；张星、李清泉等，２０１０）。逡逑②缺乏完善的地图数据。行人导航服务所提供的地图显示，位置、兴趣点查询，逡逑路径规划和导航等功能均基于丰富的地图数据。这些数据通常包括栅格和矢量底图，逡逑公路、行人、轨道交通路网，门址、兴趣点、实景图等。然而，目前主流的电子地图逡逑软件在林区中仅有底图、部分公路和少量景点数据，无法在此基础上提供行人导航服逡逑务。逡逑③依赖互联网的运行环境。当前电子地图软件主要采取基于Ｗｅｂ或Ｗｅｂ与离线逡逑混合的服务模式。由于移动通讯基础设施建设尚不完善，，加之山体、树冠对信号的遮逡逑挡，林区中往往存在大量的信号盲区。基于互联网的服务模式不能满足离线环境下用逡逑户的需求，无法提供有效的导航服务（Ｓｏｂｅｋ邋ａｎｄ邋Ｍｉｌｌｅｒ，邋２００６）。逡逑（２）林区行人导航的特殊性逡逑①步行环境的复杂性。城市步行环境主要是已有的道路设施，包括城市街道、多逡逑类型交通系统、建筑综合体等（图１－１）。林区步行环境多为脱离路网的开放空间，无逡逑路特征明显（图１－２）。逡逑

林区,行人,产业链

１绪论逡逑②运动状态的专业性。城市中的行人主要采用最基本的步行活动方式，或是乘坐逡逑公共交通工具，运动状态偏向大众化，规则、有序。林区行人，特别是专业人员的行逡逑为往往存在较的随意性，不受规则道路限制，住？（主需要米用越野的方式，必要时需逡逑要攀爬、涉水或清除障碍，具有较强的专业性。逡逑③导航需求的多样性。城市中的行人往往具有普遍一致的寻路目标和准则，在林逡逑区进行生产、管理、休闲娱乐或灾害救援活动的各类人群存在更加多样化的需求。逡逑由此可见，林区行人导航是一类复杂性和专业性较强的空间信息服务，与一般面逡逑向大众的空间信息服务相比，具有不同的服务模式。图１－３为根据当前我国林业管理逡逑体制、数据应用现状和软件服务模式，提出的林区行人导航产业链。林区行人导航服逡逑务中的服务主体包括突发事件救援人员、一般林业工作者和户外运动爱好者等。林区逡逑经营和管理者需以辖区内林业专题数据为基础，以从数据提供者处获取的空间信息为逡逑补充，依靠软件平台，由研发者提供系统研发及维护、更新服务，为林区中的不同类逡逑型的导航用户提供能够满足其需求的导航服务。逡逑上游逦中游逦下游逡逑
【学位授予单位】：北京林业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S712

【引证文献】