室内定位技术与建筑信息模型（BIM）融合的测绘方法探讨

一、引言

在过去的几十年中，全球定位系统（GPS）等室外定位技术已广泛应用于测绘领域，为人们提供了准确的地理位置信息。然而，当定位需求从室外转向室内传统 GPS 技术在信号被建筑物遮挡与干扰之时，其定位精度会大幅降低，不能达到室内高精度定位的要求。就在此时，建筑信息模型（BIM）技术出现了。与此同时，随着建筑行业的不断发展，生。作为一种数字化的建筑相关信息管理手段，BIM 可以整合建筑项目从始至终各个阶段的各类信息，像几何方面的信息、物理方面的信息等。这就使其在应对室内定位方面有一定优势，因为传统 GPS 技术在室内时，信号易受建筑物遮挡与干扰，定位精度会大幅降低，难以达到室内高精度定位要求。

二、室内定位技术概述

2.1 常见室内定位技术原理及特点

2.1.1 蓝牙定位

蓝牙定位技术基于蓝牙信号的强度来估算距离。其工作原理是通过测量终端设备可接收到蓝牙信标的信号强度（RSSI），再运用特定算法来算出与蓝牙信标的距离蓝牙定位具有成本低、功耗小、设备体积小等优点，目前大部分智能手机都自带蓝牙模块，便于推广和应用。例如苹果公司的 iBeacon 协议，已在商场室内导航等场景中得到应用。不过，蓝牙信号易被外界噪声信号干扰，信号稳定性不佳，通信距离相对较短，定位精度一般在 2 -3 米。

2.1.2 Wi-Fi 定位

Wi-Fi 定位技术以室内现有的 Wi-Fi 网络为依托开展定位工作。其存在两种主要的定位方式，一种是依靠信号强度来定位，也就是借助设备对多个Wi-Fi 接入点信号强度的接收测量，再运用指纹匹配算法或者三边测量法确定位置。另一种是基于 Wi-Fi 接入点的位置信息，通过获取设备连接的 Wi-Fi 接入点的 MAC 地址，查询预先建立的数据库来获取位置信息。由于 Wi-Fi 网络在室内的广泛普及，Wi-Fi 定位成本较低，定位信号收发范围较大，适用性强，定位精度一般能达到米级。例如，一些大型商场、机场等场所采用 Wi-Fi 定位技术为用户提供室内导航服务。

2.1.3 超宽带（UWB）定位

超宽带定位技术通过发送和接收纳秒级或纳秒级以下的超窄脉冲来实现定位。其拥有超高的时间分辨率，可精准测定信号传播时间，进而达成高精度的定位。某些定位技术可实现厘米级的精度，像 Ubisense 的室内定位系统，其测距范围能够达到 50 米，精度能到 15 厘米。Zebra 的 Dart 超宽带 (UWB) 系统，其测距范围能够达到100 米，精度能达到30 厘米。UWB 定位技术抗干扰能力强、信号衰减小，但设备成本相对较高，部署难度较大。它适用于对定位精度要求极高的场景，如工业生产中的设备定位、医疗手术中的器械定位等。

2.1.4 惯性定位

物体的加速度、角速度等信息可由惯性传感器（像加速度计、陀螺仪之类）测量，这是惯性定位的方式，之后借助积分运算来推断物体位置和姿态的改变惯性定位不依赖外部信号，具有自主性强的优点，在一些无法接收到其他定位信号的环境中（如地下矿井、隧道等）能够发挥作用。但随着时间的推移，惯性导航的误差会不断累积，导致定位精度逐渐降低。

2.2 室内定位技术在测绘中的应用现状

目前，室内定位技术在测绘领域的应用越来越广泛。在建筑物内部布局测绘方面，通过室内定位技术可以快速、准确地获取建筑物内部的结构、房间分布、走廊走向等信息，为建筑设计、施工和改造提供重要依据。例如，在大型商业综合体的设计阶段，利用室内定位技术可以精确测量各个店铺的位置和面积，优化业务布局在应急响应这种紧急状况下，室内定位技术有助于救援人员迅速锁定被困人员的所在之处，提升救援的效率。

三、建筑信息模型（BIM）在测绘中的应用价值

3.1 BIM 模型的特点及优势

BIM 模型具有以下显著特点首先，它具备直观呈现性，能以三维模型的形式将建筑项目各类信息直观展示出来，这样一来，项目的各个参与方就可以更透彻地明白建筑的设计意图与空间关系。其次，BIM 模型有信息整合的能力，可把建筑项目全生命周期包含的各类信息，像几何、物理、功能、进度、成本等信息汇聚起来，达成信息的共享与协同作业。例如，在建筑建造环节，施工人员可从 BIM 模型里得到建筑结构、设备管线之类的信息，进而合理规划施工进度与资源调配。

3.2 BIM 在测绘数据管理与分析中的作用

在测绘数据管理方面，BIM 模型可以作为一个统一的数据平台，将各种测绘数据进行整合和管理。例如，将通过室内定位技术获取的人员或设备的位置数据与 BIM 模型相结合，可以实时监测人员和设备在建筑内部的活动情况。同时，BIM 模型还可以对测绘数据进行分析和处理。

四、室内定位技术与 BIM 融合的实现方式

4.1 数据融合方法

4.1.1 基于坐标系统的融合

室内定位技术获取的位置数据通常基于特定的坐标系统，而 BIM 模型也有其自身的坐标系统。要实现两者的融合，首先需要统一坐标系统。通过建立转换关系，将室内定位数据的坐标转换为与 BIM 模型一致的坐标系统，从而使定位数据能够准确地映射到 BIM 模型中。例如，可以利用全站仪等测量设备，在建筑现场测量一些控制点的坐标，同时在 BIM 模型中标记这些控制点的位置，通过计算这些控制点在不同坐标系统下的坐标差异，建立坐标转换矩阵，实现坐标系统的统一。

4.1.2 语义信息融合

除了坐标信息，室内定位数据和 BIM 模型中还包含丰富的语义信息。例如，室内定位数据可能包含人员或设备的身份信息、活动类型等，而 BIM 模型中包含建筑构件的类型、功能等信息。将这些语义信息进行融合，可以为测绘应用提供更丰富的信息。例如，在建筑施工管理中，将施工人员的定位信息与 BIM模型中相应施工区域的构件信息相结合，可以实时了解施工人员的工作进度和质量情况。通过建立语义信息的关联规则，实现室内定位数据和 BIM 模型语义信息的有效融合。

4.2 技术集成方案

4.2.1 硬件集成

为了实现室内定位技术与 BIM 的融合，需要将室内定位设备与 BIM 数据处理设备进行集成。例如，对于蓝牙定位系统，可以将蓝牙信标与 BIM 模型的部署相结合，根据建筑结构和定位需求合理安装蓝牙信标。同时，将蓝牙定位数据采集设备与 BIM 数据服务器进行连接，实现定位数据的实时传输和处理。对于 UWB 定位系统，需要安装 UWB 基站和标签，并将其与 BIM 系统进行集成，确保定位数据能够准确地与 BIM 模型进行关联。在硬件集成过程中，要考虑设备的兼容性、稳定性和可扩展性，以满足不同应用场景的需求。

4.2.2 软件集成

在软件方面，需要开发相应的接口和算法，实现室内定位软件与 BIM 软件的集成。例如，为 BIM 软件开发专门的插件，以此实现室内定位功能的集成，这样 BIM 软件能够实时接收和处理室内定位数据。同时，利用算法对定位数据进行滤波、校正等处理，提高定位数据的精度和可靠性。此外，还需要开发可视化界面，将室内定位数据在 BIM 模型中以直观的方式展示出来，方便用户进行查看和分析。

五、结论

室内定位技术与建筑信息模型（BIM）的融合为测绘领域带来了新的发展机遇。通过对常见室内定位技术的分析，了解了它们各自的原理、特点和应用现状。BIM 在测绘数据管理与分析中具有重要作用，其可视化、信息集成借助数据融合的手段与技术集成的方案，达成了室内定位技术和 BIM 的高效融合，等优势为测绘应用提供了有力支持。并在实际应用案例中取得了良好的效果，如在大型商场的室内导航与运营管理、医院的医疗设备管理与患者护理等方面，显著提高了工作效率和服务质量。

参考文献：

[1] 李亚裒 . 基于传感器融合与众包的行人室内定位技术研究 [D]. 山东 : 青岛科技大学 ,2024.

[2] 张保 . 面向车间环境的点云数据室内定位与建图技术研究 [D]. 贵州 : 贵州大学 ,2024.

[3]王文杰. 基于WiFi的室内定位技术研究与实现[D]. 山东:青岛大学,2016.