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室外导航系统和服务已经存在了很长一段时间，并且已经成为人们在陌生环境中行动所不可或缺的一部分。近年来，一些关键技术（比如定位设备和移动设备）的进步引起了人们对室内导航系统和服务进行研究和开发的兴趣。

《室内导航（精装版）》在设计和建造室内导航系统及服务方面提供了广泛和深入的知识。它涵盖了适用于在建筑物内部用户进行定位的各种不同类型的实用传感器技术。

《室内导航（精装版）》讨论了目前解决室内导航系统和服务存在的问题所用的方法和技术，包括认知、定位、构图和应用等不同的视角，整合了不常用但十分有用的信息。不同观点的组合可以帮助我们更好地了解建立室内导航系统和服务存在的问题和面临的挑战、与室外导航的区别，以及如何在复杂的环境中有效地应用它们。

《室内导航（精装版）》由该领域的知名专家撰写，涉及室内导航的各个方面，包括有关该主题的新研究动态，并简洁地介绍了室内导航的基本原理，同时详细描述了构建新系统和服务存在的问题和面临的挑战。有了这些信息，人们可以更好地为各种环境和用户设计室内导航系统。

第1章 复杂环境下室内导航的认知1

　　1.1 简介2

　　1.2 历史方法3

　　1.3 任务导向的研究4

　　1.4 认知结构的观点5

　　1.5 空间句法5

　　1.6 一般原则6

　　1.7 未来的研究方向7

　　1.7.1 技术问题7

　　1.7.2 理论问题7

　　1.7.3 空间问题7

　　1.8 总结8

　　参考文献9

第2章 扩大室内空间认知影响作用的研究15

　　2.1 简介16

　　2.2 认识新的空间：实验验证17

　　2.2.1 方法17

　　2.2.2 设计20

　　2.2.3 过程21

　　2.3 实验结果22

　　2.3.1 空间能力与学习22

　　2.3.2 学习空间23

　　2.3.3 扩展空间27

　　2.4 讨论31

　　致谢33

　　参考文献33

第3章 室内定位技术37

　　3.1 简介38

　　3.2 基于射频的定位技术40

　　3.2.1 基于Wi-Fi的定位40

　　3.2.2 基于蜂窝电话的定位44

　　3.2.3 基于蓝牙的定位45

　　3.2.4 基于RFID的定位45

　　3.2.5 其他射频定位技术46

　　3.3 基于非射频的定位技术46

　　3.3.1 声学定位47

　　3.3.2 航位推算或惯性导航47

　　3.3.3 标牌和地图48

　　3.3.4 组合方案48

　　3.4 讨论49

　　3.5 总结49

　　参考文献50

第4章 室内磁场定位系统55

　　4.1 简介56

　　4.2 MILPS：室内磁场定位系统56

　　4.2.1 基于磁场的定位56

　　4.2.2 MILPS的结构和原理57

　　4.2.3 线圈磁场58

　　4.2.4 实验系统59

　　4.3 测量原理和信号处理62

　　4.3.1 集群检测和数字滤波64

　　4.3.2 自适应滤波65

　　4.4 实验系统性能评价66

　　4.4.1 旋转对称性67

　　4.4.2 量程和精度68

　　4.4.3 校准70

　　4.4.4 低成本传感器71

　　4.5 位置估计72

　　4.5.1 二维空间位置估计73

　　4.5.2 三维空间位置估计75

　　4.6 结论和展望78

　　致谢79

　　参考文献79

第5章 地下隧道定位系统83

　　5.1 地下隧道或类似环境中的定位84

　　5.2 定位追踪传感器和技术85

　　5.3 大型强子对撞机隧道内定位87

　　5.3.1 大型强子对撞机的特点87

　　5.3.2 用于辐射保护的定位应用89

　　5.4 大型强子对撞机隧道定位技术90

　　5.4.1 泄漏同轴电缆RSSI指纹91

　　5.4.2 实验91

　　5.4.3 实验结果94

　　5.5 结论和未来面临的挑战101

　　参考文献102

第6章 地图辅助室内导航105

　　6.1 简介106

　　6.1.1 基于基础设施的方法107

　　6.1.2 无基础设施的方法108

　　6.1.3 多传感器方法108

　　6.1.4 地图未知的方法109

　　6.1.5 行人运动与概率图110

　　6.2 楼层布局和卫星图像生成的概率图114

　　6.2.1 基本扩散算法114

　　6.2.2 扩展到户外环境115

　　6.2.3 扩展到多层环境117

　　6.2.4 生成概率图117

　　6.2.5 概率地图与基于PF的位置估计器结合120

　　6.3 基于FOOTSLAM的人体运动概率图120

　　6.3.1 构图和定位121

　　6.3.2 协同构图122

　　6.4 基于WISLAM的概率图123

　　6.5 量化地图和实验结果125

　　6.5.1 实验设置125

　　6.5.2 熵比较125

　　6.5.3 定位误差比较128

　　6.6 结论130

　　致谢130

　　参考文献130

第7章 视力障碍者室内导航面临的挑战139

　　7.1 简介140

　　7.2 盲人或视障者的行动定位141

　　7.2.1 历史142

　　7.2.2 指导顺序和熟悉142

　　7.2.3 技术和O＆M143

　　7.3 相关工作143

　　7.4 需求评估方法144

　　7.4.1 参与者145

　　7.4.2 数据收集145

　　7.5 需求评估结果146

　　7.5.1 室内定向与位置识别技术147

　　7.5.2 室内导航技术148

　　7.5.3 导航地图149

　　7.5.4 使用的技术150

　　7.5.5 技术偏好151

　　7.5.6 技术采用障碍152

　　7.5.7 紧急疏散153

　　7.6 结论和未来研究155

　　致谢156

　　参考文献157

第8章 盲人和视障人员室内导航辅助设备159

　　8.1 简介160

　　8.2 室内导航技术面临的挑战161

　　8.2.1 熟悉161

　　8.2.2 定位162

　　8.2.3 路径规划164

　　8.2.4 沟通与交互165

　　8.3 室内导航辅助示例166

　　8.3.1 熟悉工具166

　　8.3.2 增强型传统导航辅助工具168

　　8.3.3 基于智能手机的导航辅助工具169

　　8.3.4 定制设备171

　　8.3.5 支持性基础设施172

　　8.4 结论173

　　致谢174

　　参考文献175

第9章 增强室内导航的软件工具NAVPAL181

　　9.1 简介182

　　9.2 旅行计划和无障碍地图184

　　9.3 熟悉和路线规划187

　　9.4 交通协助、动态指导和寻求协助188

　　9.5 标注地图和共享信息191

　　9.6 结论和设计指南192

　　致谢194

　　参考文献195

第10章 盲人室内导航技术的未来发展方向197

　　10.1 简介198

　　10.2 短期可行性199

　　10.2.1 用户接口199

　　10.2.2 众包202

　　10.2.3 定位和约束路径规划204

　　10.3 更长期的愿景206

　　10.3.1 辅助机器人206

　　10.3.2 信息交换和对象操作209

　　10.3.3 迈向智能无障碍城市210

　　10.4 总结211

　　致谢213

　　参考文献213

第11章 室内定位系统中的隐私保护219

　　11.1 简介220

　　11.2 隐私风险和攻击221

　　11.3 基于空间隐藏的技术和挑战223

　　11.4 基于混合区域的保护和限制225

　　11.5 其他位置隐私保护技术230

　　11.6 总结231

　　参考文献231

海森 A. 卡瑞密是人工智能专家，擅长于计算机编程、人工智能、巡航导航系统、定位等科技领域研发，国际人工智能学术带头人。

李海滨、夏辉、毛友泽、王大海等人精通人工智能技术，并致力于此方面的研发，是中国航天部科研所人工智能研究

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前言

当在文献、报告或者网站上提到有关导航和运输的信息时，导向和导航这两个术语经常被混用。虽然这两个词在语义上有重叠，但它们之间存在着极其微小但又非常重要的区别，即导向是寻找两个地点之间的路径，而导航则是在选择的路径上移动并接收连续且实时的引导信息。另一种区别这两个词语的方法是用于导向和导航的通用技术不同。地理信息系统（GIS）技术被广泛应用于导向，而GPS和GIS技术（以及其他技术）的集成则用于导航。“导向和导航系统”与“导向与导航服务”之间也存在差别，前者是指提供导向和导航解决方案的专业设备，不需要与其他系统相连，也不需要第三方供应商；后者是指提供导向和导航解决方案的服务（近常通过智能手机），通过有线或无线的通信链路与远程系统相连，由第三方供应商提供支持。从计算的角度看，导向和导航系统是集中式平台，导向和导航服务是分散式平台，分布在客户端（智能手机）和服务器（由供应商维护）上。

　　用于室外行驶的汽车导向和导航系统和服务已经存在了很长一段时间，并且成为人们日常行动中不可或缺的一部分，特别是人们处在陌生环境中的时候。汽车导航系统和服务的普遍性和高需求性主要归功于GPS技术的进步，目前GPS系统已经变得结构紧凑、经济实惠并且随处可见。其他技术领域（比如智能手机）所表现出的类似趋势促进了行人导航系统和服务的进步。由于行人在不同的环境（室外到室内，反之亦然）间连续行走，室内导航需要不同的数据和技术，虽然室内导航技术和服务才刚刚起步，但对其需求已经日益增强。

　　然而，从概念上来说，虽然室外和室内的导航包含相似的活动，但从物理空间和功能的角度来看，它们又存在差别。举例来说，行人室外导航的物理空间（或环境）一般指包含人行道路段和路口处的人行道网络，而不考虑城市或附近导航活动的需求。这有别于室内的物理空间（或环境），室内建筑物结构并不一致（比如，建筑物内的不同楼层布局，以及单层与多层建筑物）。另一个物理空间方面的区别在于仅利用二维地图数据就可以提供室外导航系统和服务的解决方案，而在建筑物内，则必须要有三维（或2.5维）的地图数据才能实现不同楼层间的导航。举一个功能上差异的例子，室外导航系统和服务主要基于GPS这种单一的定位传感器，然而没有任何一种定位传感器可以满足所有建筑物内的导航需求。简言之，室内导航所面临的独特挑战是室外导航中没有的。