Entwurf und Entwicklung eines Werkzeugs zur automatischen Generierung von Routingnetzen aus Gebäudemodellen

Inhaltsverzeichnis

1 Einleitung

1.1 Motivation

1.2 Zielsetzung

1.3 Aufbau der Arbeit

2 Anwendungsfall und Anforderungsanalyse

2.1 Überblick über das Forschungsvorhaben

2.2 Problematik des Brandalarmablaufes

2.3 Lösungsansatz

3 Grundlagen

3.1 Navigation und Routing

3.1.1 Definition

3.1.2 Geschichte

3.1.3 Heutiger Kenntnisstand

3.2 Einführung in Indoor-Navigation

3.2.1 Positionierung

3.2.2 Routing

3.2.3 Guidance

3.3 Graphentheorie

3.3.1 Einleitung

3.3.2 Definitionen

3.3.3 Beispiel

3.3.4 Speicherung von Graphen im Computer

3.4 Routingalgorithmen

3.4.1 Kürzeste Wege in Graphen

3.4.2 Algorithmus von Dijkstra

3.4.3 A*-Algorithmus

3.4.4 Bidirektionale Verfahren

3.4.5 Routenberechnung im Straßenverkehr

3.5 Zusammenfassung

4 Untersuchung von Gebäudedaten für Routinganwendungen

4.1 Datenaustauschformate für Gebäude

4.1.1 Anforderungen

4.1.2 Datenaustausch im Bauplanungsprozess

4.1.3 Proprietäre Dateiformate

4.1.4 Offene CAD-Dateiformate

4.1.5 XML-Formate

4.2 Vergleich der offenen Austauschformate

5 Indoor-Routing

5.1 Eigenschaften von Wegen

5.2 Definition der Wegekosten

5.3 Berechnung von Weglängen in Polygonen

5.4 Der Vorgang eines Routings

5.5 Graphenmodell

5.6 Modellierung mehrerer Stockwerke

5.7 Wahl des Routingalgorithmus

6 Verfahren der Routingnetzgenerierung

6.1 Manuelle Methoden

6.1.1 Wegpunktenetz

6.1.2 Polygonbasierte Umgebungen

6.2 Automatisierte Methoden

6.2.1 Raummittelpunkte und Türen

6.2.2 Gleichmäßige Rasterung

6.2.3 Quadtrees

6.2.4 Delaunay-Triangulierung und Voronoi-Diagramm

6.2.5 Skelettierung

6.3 Gegenüberstellung der Verfahren

6.3.1 Fazit

7 Entwicklung eines Werkzeugs zur Routingnetzherstellung

7.1 Fachliches Modell

7.1.1 Anwendungsfall

7.1.2 Funktionalitäten

7.1.3 Klassen

7.2 Datenschicht

7.2.1 Das Importformat: gbXML

7.2.2 Das Exportformat: AGF

7.3 Wahl der Programmiersprache

7.4 Verwendete Bibliotheken

7.4.1 .net Framework

7.4.2 CGAL

7.5 Beschreibung der Methoden (Ausschnitt)

7.5.1 Erzeugung eines rasterbasierten Wegenetzes

7.5.2 Erzeugung eines Straight Skeletons

8 Anwendungsbeispiel

8.1 Automatische Generierung eines Wegenetzes

8.2 Durchführung von Routings auf einer Endanwendung

8.3 Ergebnisse

9 Fazit

9.1 Zusammenfassung

9.2 Ausblick

Zielsetzung und Themen

Ziel der Arbeit ist die Untersuchung und Entwicklung von Methoden zur automatisierten Generierung von Wegenetzen innerhalb von Gebäuden auf Basis bestehender CAD-Gebäudedaten, um diese für Indoor-Navigationsanwendungen, insbesondere für Einsatzkräfte, nutzbar zu machen.

• Automatisierte Konvertierung von CAD-Gebäudeplänen in räumliche Datenmodelle für Indoor-Navigation.
• Analyse und Vergleich verschiedener Dateiformate hinsichtlich ihrer Eignung für Routingzwecke.
• Entwicklung eines Software-Prototyps zur Generierung von Graphenstrukturen für Gebäudeumgebungen.
• Anwendung und Test des entwickelten Routing-Tools in einem repräsentativen Gebäudebeispiel.

Auszug aus dem Buch

Zusammenfassung der Kapitel

1 Einleitung: Beschreibt die Motivation für moderne Indoor-Navigationssysteme und die Zielsetzung der Arbeit.

2 Anwendungsfall und Anforderungsanalyse: Analysiert die Problematik der Brandalarmierung und definiert Anforderungen für ein Navigationssystem.

3 Grundlagen: Vermittelt theoretische Kenntnisse zu Navigation, Graphentheorie und Routingalgorithmen.

4 Untersuchung von Gebäudedaten für Routinganwendungen: Vergleicht verschiedene Dateiformate im Hinblick auf ihre Tauglichkeit für Routing-Netzwerke.

5 Indoor-Routing: Behandelt die mathematischen und geometrischen Anforderungen an Wegerechnungen in Gebäuden.

6 Verfahren der Routingnetzgenerierung: Diskutiert und vergleicht manuelle und automatisierte Methoden zur Erzeugung von Wegenetzen.

7 Entwicklung eines Werkzeugs zur Routingnetzherstellung: Beschreibt das fachliche Modell, die Implementierung und verwendete Technologien.

8 Anwendungsbeispiel: Demonstriert die praktische Anwendung des generierten Routing-Modells am Beispiel eines Gebäudes.

9 Fazit: Fasst die Ergebnisse zusammen und gibt einen Ausblick auf zukünftige Entwicklungen.

Schlüsselwörter

Indoor-Navigation, Gebäudemodell, Routing, Graphentheorie, CAD, gbXML, Wegnetz, Brandalarm, Gebäudeplanung, Wegesuche, räumliche Daten, AGF, Straight Skeleton, A*-Algorithmus, Dijkstra-Algorithmus

Häufig gestellte Fragen

Worum geht es grundsätzlich in dieser Arbeit?

Die Arbeit beschäftigt sich mit der Entwicklung eines Systems zur automatischen Generierung von Wegenetzen in Gebäuden, um Einsatzkräften eine schnelle und präzise Orientierung in Notfällen zu ermöglichen.

Was sind die zentralen Themenfelder?

Die Arbeit verknüpft Gebäudeplanung (CAD/BIM), Graphentheorie, Algorithmen für die Wegesuche und spezifische Anforderungen der Indoor-Navigation.

Was ist das primäre Ziel der Untersuchung?

Das Ziel ist die Erstellung eines Software-Werkzeugs, das aus vorhandenen CAD-Daten von Gebäuden automatisch ein für mobile Endgeräte nutzbares Navigationsmodell generiert.

Welche wissenschaftlichen Methoden kommen zum Einsatz?

Es werden Methoden der Graphentheorie, mathematische Verfahren zur Wegberechnung (z.B. Dijkstra, A*) sowie geometrische Algorithmen (z.B. Straight Skeleton) zur Skelettierung von Raumgeometrien verwendet.

Was wird im Hauptteil behandelt?

Der Hauptteil umfasst eine detaillierte Analyse geeigneter Dateiformate, die mathematische Modellierung von Wegen in Innenräumen und die technische Umsetzung in einem Software-Prototyp.

Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?

Die Arbeit lässt sich durch Begriffe wie Indoor-Navigation, Routing, Graphenmodellierung, CAD-Datenaustausch und Gebäudeinformationsmodelle charakterisieren.

Wie unterscheidet sich die Indoor- von der Outdoor-Navigation?

Im Gegensatz zur Outdoor-Navigation mit GPS fehlen im Gebäude standardisierte Netze und Karten, weshalb diese erst aus komplexen Gebäudestrukturen wie Räumen, Türen und Treppen mathematisch abgeleitet werden müssen.

Welche Rolle spielt das gbXML-Format in diesem Projekt?

Das gbXML-Format dient als Importformat, aus dem die notwendigen geometrischen Informationen (Räume, Wände) extrahiert werden, um daraus den für das Routing notwendigen Graphen zu generieren.