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本书主要介绍了人工智能中的室内导航技术。图书从专业的角度，详细介绍了基于智能手机的行人定位与追踪对室内空间信息的需求，系统研究了几类典型室内空间模型支持下的行人位置估计方法，多层语义位置模型支持下的连续行人符号位置、相对位置估计方法。

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＆M	143
　　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NAVPAL	181
　　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

译者序
　　
进入21世纪，随着无线通信技术和互联网技术的快速发展，人们对基于位置的服务需求日益增长，无线导航定位技术因此取得了长足的进步。GPS始于1958年美国军方的一个研发项目，到20个世纪70年代，GPS系统已经能够为海、陆、空三军提供全天候、实时、全方位的导航服务。虽然GPS的定位速度快、精度高，但是仅适合室外使用。在室内环境下，由于建筑物的遮挡，GPS信号快速衰减，无法从中获得有效的位置信息，导致定位效果较差。而随着人们对室内定位需求的增加，开发适用于室内导航的各种技术成为了迫切需求。
本书内容主要围绕室内导航技术展开，提供了既有广度又有深度的室内导航知识，方便读者了解室内导航系统存在的问题和面临的挑战，以及目前解决这些问题的方法和技术。本书的独特之处在于从认知、定位、测绘和应用等多个角度讨论了室内导航技术。本书的多维视角有助于读者更好地了解构建室内导航系统的问题和挑战、室内与室外系统和服务的区别，以及如何在具有挑战性的场合有效地应用这些系统。
本书前两章从认知角度描述了导航，第3章和第4章则讨论了适用于室内定位的几种传感器和适用于室内环境的特殊定位传感器；第5章给出了地下隧道内定位的例子；第6章讨论了地图辅助室内导航；第7章至第10章则聚焦于盲人和视障者的导航问题，并讨论了解决这些问题的方法和技术。最后一章解决室内导航的隐私问题。本书是一本适合高等院校相关师生教学参考和相关领域科研人员阅读的书籍。
　　本书由李海滨、夏辉、王大海、毛友泽和洪灵菲翻译，夏辉对译稿进行了审阅并提出了许多宝贵意见。
　　由于译者水平有限，书中难免存在错误和不足之处，恳请读者批评指正。
　　
            译者
　　
　　
序言
　　
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（最近常通过智能手机），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。
本书为读者提供既有广度又有深度的知识，以便于了解室内导航系统和服务存在的问题和面临的挑战，以及目前解决这些问题的方法和技术。本书的独特之处在于从认知、定位、建图和应用的角度讨论室内导航技术。本书的多维视角有助于读者更好地了解构建室内导航系统和服务存在的问题和面临的挑战、室内导航系统和服务与室外的区别，以及如何在复杂场合有效地应用这些系统。然而，尽管有独特性，但对于“导航”这个术语的看法通常一致，并如文献中所述，本书中的有些章节基于前面定义的导向和导航的不同含义，而另一些章节对这两个术语互换使用。
前两章从认知角度描述导向与导航；第3章和第4章则讨论了适用于室内定位的几种可能的传感器和适用于室内环境的一种特殊传感器；第5章给出了一个特殊环境下导航的例子；第6章讨论了地图辅助室内导航；第7章至第10章则关注盲人和视障人士相关的导航问题，并讨论了解决这些问题现有的方法和技术。最后一章解决室内导航的隐私问题。下面对各个章节进行详细介绍。
第1章从认知的角度讨论了复杂环境中的导航。这是至关重要的，导向和导航系统和服务与其他应用的系统和服务一样，如果是基于导向和导航的认知原理设计的，那么就可以提供所需要的可靠解决方案。第2章中描述了一个室内空间认知的例子。GPS适用于几乎所有的室外导航场合，但对于室内导航，没有一种单一的传感器能够满足所有场合定位精度的要求，第3章描述了适用于室内定位的多种传感器。第4章介绍了通过磁场进行定位的技术，这是室内导航的一个特殊例子。同样，第5章介绍了另一个特例，即地下隧道的定位技术。考虑到在任何环境中地图都是导航系统和服务的核心组成部分，第6章讨论了地图辅助室内导航。构建室内导航系统和服务与室外存在不一样的问题和挑战，另一方面，为充分解决残疾人导向和导航的需求又面临独特的挑战。接下来的4章致力于讨论和分析盲人或视障者的导向和导航需求，以及为满足这些需求可用的方法和技术。第7章给出了盲人或视障者室内导向和导航所面临的挑战。第8章讨论了可用于盲人或视障者室内导向和导航的多种技术。第9章讨论了可以辅助盲人或视障者在室内环境中导向和导航的NavPal软件工具套装。第10章讨论了盲人或视障者室内导航系统和服务的未来发展方向。第11章讨论了室内导航系统和服务的隐私问题。
本书适用于对室内导航相关的方法、构图、传感器、技术和应用等感兴趣的人士。研究人员可以学习室内导航相关的最新研究成果，开发者们可以学习构建新的室内导向和导航系统和服务过程中可能遇到的问题和面临的挑战，学生们可以学习室内导航系统的基础知识。
　　
　　
　　
编者

计算机/网络/人工智能

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专家。

本书内容主要围绕室内导航技术展开，提供了既有广度又有深度的室内导航知识，方便读者了解室内导航系统存在的问题和面临的挑战，以及目前解决这些问题的方法和技术。本书的独特之处在于从认知、定位、测绘和应用等多个角度讨论了室内导航技术，多维视角帮助读者更好地了解构建室内导航系统的问题和挑战、室内与室外系统和服务的区别，以及如何在具有挑战性的场合有效地应用这些系统。

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室内导航（精装版）