本文選題：地標(biāo)　切入點(diǎn)：行人導(dǎo)航　出處：《中國地質(zhì)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：尋路是人們?nèi)粘Ｉ钪蓄l繁遭遇的現(xiàn)實(shí)問題,與民眾的生活息息相關(guān)。作為基于位置的信息服務(wù)的特殊形式,導(dǎo)航服務(wù)為用戶規(guī)劃最優(yōu)路徑并生成與這些路徑相對應(yīng)的路徑指示。本研究中,路徑指示的跟隨者是行人。地標(biāo)作為現(xiàn)有導(dǎo)航系統(tǒng)中最重要的導(dǎo)航信息,起到顯著的方位標(biāo)識和路徑引導(dǎo)作用�；诘貥�(biāo)的行人導(dǎo)航服務(wù)的首要任務(wù)是引導(dǎo)用戶在尋路過程中以最低的實(shí)際消耗和認(rèn)知消耗到達(dá)目的地。地標(biāo)是面向人類心理空間模型的外部參考點(diǎn)。行人導(dǎo)航系統(tǒng)中,地標(biāo)的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面:1)通常人們利用地標(biāo)描述位置和路徑,基于地標(biāo)的位置表達(dá)和路徑引導(dǎo)方式顯得更為自然;2)陌生環(huán)境中,人們是通過顯著地標(biāo)來確定方向的,在路徑指示中融入地標(biāo)不僅可以支持空間定向,而且還能減少不確定性和降低尋路決策錯誤的概率;3)識別顯著的地標(biāo)可以確保行人跟隨的路徑的正確性和導(dǎo)航系統(tǒng)工作的正常性,路徑上的地標(biāo)越多,其質(zhì)量越高。近年來,車載導(dǎo)航已較為成熟,相比之下面向行人的導(dǎo)航問題則日益突出:(1)缺少符合空間認(rèn)知的位置概念的數(shù)字化表達(dá)技術(shù)通常導(dǎo)航系統(tǒng)將用戶的空間位置信息映射到電子地圖上,來描述用戶在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的地理位置。然而,實(shí)際上人們通常是基于地標(biāo)描述一個位置,而不是利用導(dǎo)航地圖上顯示的當(dāng)前位置來描述。目前位置表達(dá)相關(guān)的研究中缺乏一種將人類認(rèn)知的位置語義進(jìn)行數(shù)字化表達(dá)的技術(shù)。(2)忽略了行人的空間認(rèn)知對路徑指示中地標(biāo)選擇的影響,而且無法有效捕捉行人的注視點(diǎn)以預(yù)測實(shí)際朝向用戶在利用地標(biāo)作為尋路過程中的空間參考點(diǎn)之前,正確識別環(huán)境中的地標(biāo)是導(dǎo)航任務(wù)能否成功的關(guān)鍵。在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中,行人通常需要依賴視覺搜索尋找導(dǎo)航系統(tǒng)預(yù)先指定的地標(biāo)。然而,現(xiàn)有面向行人導(dǎo)航的路徑指示中的地標(biāo)數(shù)據(jù)主要通過地標(biāo)的顯著性計算模型和在線地標(biāo)資源獲得,這些方法忽略了行人的空間認(rèn)知對于地標(biāo)選擇的影響。此外,現(xiàn)有行人導(dǎo)航主要采用電子羅盤、磁力計、手機(jī)內(nèi)置相機(jī)等確定行人的實(shí)際朝向。事實(shí)上,行人的實(shí)際朝向取決于注視點(diǎn)。然而,現(xiàn)有方法無法有效捕捉注視點(diǎn)以預(yù)測行人的實(shí)際朝向。(3)路徑指示中提供的地標(biāo)圖像和方向指示無法適應(yīng)行人位置和朝向變化相比汽車的行駛,行人的步行具有更大的靈活性,這種靈活性主要體現(xiàn)在:1)不受馬路約束;2)朝向變化較大(步行過程中可以任意改變朝向)。而現(xiàn)有路徑引導(dǎo)信息中地標(biāo)方位和導(dǎo)航方向的指示無法適應(yīng)行人位置和朝向的變化,這將導(dǎo)致路徑選擇錯誤的概率增加。(4)缺少規(guī)避復(fù)雜決策點(diǎn)的路徑規(guī)劃方法現(xiàn)有研究提出了在路徑計算問題中使實(shí)際消耗和認(rèn)知消耗最小化,例如:1)面向車載和行人導(dǎo)航的最少轉(zhuǎn)彎路徑和最簡單路徑等;2)面向車載導(dǎo)航的規(guī)避復(fù)雜決策點(diǎn)(其復(fù)雜度由節(jié)點(diǎn)個數(shù)衡量)的路徑計算方法。然而,很少有研究針對基于地標(biāo)的行人導(dǎo)航服務(wù)發(fā)展一種規(guī)避復(fù)雜決策點(diǎn)(其復(fù)雜度是通過現(xiàn)實(shí)場景中的地標(biāo)數(shù)據(jù)定量表達(dá))的方法。本文針對上述問題提出了相應(yīng)的解決方案,并通過實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)行了相關(guān)驗(yàn)證:(1)本文提出并測試了一種形式模型以捕捉人類認(rèn)知的位置概念,該模型借鑒機(jī)器人學(xué)的指紋概念,即一個位置可用其周圍的地標(biāo)進(jìn)行描述。為了真實(shí)的測試面向人類認(rèn)知的位置也可以用指紋描述,本文提出了一種基于指紋計算位置的算法,并設(shè)計了現(xiàn)場實(shí)驗(yàn)捕捉這些位置和這些位置對應(yīng)的指紋。結(jié)果表明,具有相同指紋的所有空間位置的組合可以用于描述人類認(rèn)知的位置。(2)首先以位置描述認(rèn)知實(shí)驗(yàn)結(jié)果和前人的研究為基礎(chǔ),提出了一種顧及可視性、接近性和離心率的地標(biāo)數(shù)據(jù)選擇規(guī)則,并給出了具體的選擇算法流程。然后,提出了一種基于啟發(fā)式圖像插值法的行人朝向預(yù)測模型。該模型利用了圖像的匹配程度以及行人和全景圖之間的位置關(guān)系進(jìn)行預(yù)測。其中,圖像的匹配程度是在統(tǒng)計意義上根據(jù)匹配的SIFT(scale-invariant feature transform:尺度不變特征變換)特征的百分比求得。朝向預(yù)測模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的方法顯著優(yōu)于忽略了行人與全景圖之間的位置關(guān)系的朝向預(yù)測方法。(3)本文以位置描述認(rèn)知實(shí)驗(yàn)結(jié)果和前人的研究為基礎(chǔ),利用街景視圖服務(wù)商提供的全景數(shù)據(jù),提出了一種適應(yīng)行人位置和朝向變化的地標(biāo)圖像提取方法。然后,實(shí)現(xiàn)了地標(biāo)方位和導(dǎo)航方向的定性表達(dá)。最后,采用C++編程語言實(shí)現(xiàn)了基于地標(biāo)的自適應(yīng)路徑指示自動生成模擬程序。模擬實(shí)驗(yàn)表明,本文提出的算法可以提供以行人為中心、適應(yīng)行人位置和朝向變化的動態(tài)路徑指示生成服務(wù)。(4)本文提出了一種規(guī)避包含難以識別的地標(biāo)的復(fù)雜決策點(diǎn)的方法。具體而言,本文首先發(fā)展了一種基于街景視圖服務(wù)商提供的全景圖中提取的地標(biāo)的尺寸和文本的復(fù)雜決策點(diǎn)確認(rèn)模型。然后設(shè)計了一種遺傳算法,并利用該算法實(shí)現(xiàn)了規(guī)避復(fù)雜決策點(diǎn)的路徑規(guī)劃。在該遺傳算法中,距離也是計算目標(biāo)之一。案例研究的結(jié)果表明,本文設(shè)計的遺傳算法具有一定的靈活性,而且該算法規(guī)劃的最優(yōu)路徑在規(guī)避復(fù)雜決策點(diǎn)的同時,還能保證路徑行程距離最短。本文提出的路徑規(guī)劃方法對于構(gòu)建一個包含其它用戶群體偏好(如規(guī)避分支數(shù)量較多的決策點(diǎn))的完整行人導(dǎo)航系統(tǒng)至關(guān)重要。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：中國地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P289;P208

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本文編號：1613036