Osm地圖與坐標(biāo)系

通過本節(jié)，你將會：1.知道如何獲得免費(fèi)的地圖數(shù)據(jù)//? ? 2.理解OSM文件如何描述路網(wǎng)//? ? 3.簡單了解坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的方法//

1. 開源地圖 Open Street Map

Open Street Map(OSM)是一個開源的地圖庫，網(wǎng)站為http://www.openstreetmap.org，如圖所示。這個地圖由世界各國人士繪制，并且所有數(shù)據(jù)全部提供下載，包括城市中的節(jié)點(diǎn)、路網(wǎng)、建筑等信息。而我們的交通流仿真正需要基于城市的道路數(shù)據(jù)。因此OSM網(wǎng)站對我們十分有用。無須自己編network.xml中的數(shù)據(jù)，我們可以通過轉(zhuǎn)換OSM地圖得到。

????????OSM地圖的數(shù)據(jù)格式為.osm，網(wǎng)站提供多種下載數(shù)據(jù)的方式。我們介紹兩種方式，把某個地區(qū)路網(wǎng)的OSM文件下載到本地，作為我們路網(wǎng)的原始數(shù)據(jù)。

• 方法一 當(dāng)你所需要的地圖范圍較小時，如幾條街道，幾公里范圍內(nèi)，在OSM網(wǎng)站上查找你所關(guān)注的地點(diǎn)，同時進(jìn)行縮放、拖動，直至大小滿意，點(diǎn)擊網(wǎng)頁左上角“導(dǎo)出”，如下面第一幅圖所示，會在網(wǎng)頁左側(cè)出來一列信息欄，繼續(xù)點(diǎn)擊“導(dǎo)出”，最后保存即可。
• 方法二 當(dāng)你所需要的范圍較大，如整個城市，同樣將OSM地圖拖動到你感興趣的地方，點(diǎn)擊右上角的“導(dǎo)出”，在網(wǎng)頁左側(cè)欄目中下部，點(diǎn)擊Overpass API，如下面第二幅圖所示，并在彈出的保存界面中，將保存名稱命名為xx.osm即可

導(dǎo)出方法1

導(dǎo)出方法2

2. OSM中的地圖數(shù)據(jù)

首先需要在電腦中安裝Notepad++，下載地址為https://notepad-plus-plus.org/download。這是一款非常輕便、快捷的文本編輯器。在學(xué)習(xí)Matsim的過程中，我們需要查看和編輯一些.xml文件，使用Notepad++會帶來很大的便捷。

右鍵點(diǎn)擊剛剛下載的.osm文件，選擇使用Notepad++打開（右鍵文件，Edit with Notepad++）。.osm文件比較類似于.xml文件的組織形式，都是以<\start tag><\description><\end tag>的形式作為數(shù)據(jù)和關(guān)系的記錄。我們來具體看一下.osm文件對于路網(wǎng)的描述。

節(jié)點(diǎn)- node 節(jié)點(diǎn)（node）是平面內(nèi)元素最基本的屬性，要想描述一條線段、一個圖形，都需要最基本的節(jié)點(diǎn)信息。從下圖中可以看出.osm文件所描述的節(jié)點(diǎn)主要包括以下屬性：

• id 每個節(jié)點(diǎn)的編號，不能重復(fù)
• lat 該節(jié)點(diǎn)所在的緯度
• lon 該節(jié)點(diǎn)所在的經(jīng)度

道路- way 如果需要描述一條線（或者環(huán)繞一個公園的邊界），我們需要給出這條線一些關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的位置——至少，我們應(yīng)該給出兩個節(jié)點(diǎn)的位置，這條線才能被確定下來。因此，對于我們的路網(wǎng)文件，我們首先需要定義每個節(jié)點(diǎn)（node），再定義路網(wǎng)中的道路（way），每條道路需要引用一些節(jié)點(diǎn)，以確定這條道路的形狀，如下圖所示，每一條道路都擁有一些節(jié)點(diǎn)<nd ref = "123456789"/>，表示對上面所定義的節(jié)點(diǎn)的引用。另一方面，每條道路（way）還擁有一些標(biāo)簽<tag k = "a" v = "b"/>，通常有以下常用項(xiàng)：

• k = "highway" 表示這條是一條路，v = "secondary"屬性說明這條路的等級，道路在城市中作用越重要，等級則越高
• k = "name" 這條道路在真實(shí)世界中的名稱
• k="amenity" 有些道路（way）的標(biāo)簽為這個，而沒有k = "highway"標(biāo)簽，說明這條way并不是作為一條路使用的，而是一個場所

關(guān)系- relation 在OSM路網(wǎng)中還有一些更復(fù)雜的圖形，如城市中某個行政區(qū)的邊界，需要使用關(guān)系（relation）來表示，如下圖所示。由于關(guān)系與我們的路網(wǎng)無關(guān)，這里僅僅簡單提一下。

3. 坐標(biāo)轉(zhuǎn)換

本人并不學(xué)習(xí)測量專業(yè)，只是為了獲取想要的地圖文件，不得不接觸一些坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的知識。若有理解不當(dāng)之處，還請大家去他處尋找更專業(yè)的描述。
本節(jié)不打算講很理論的知識，因此大概介紹一下坐標(biāo)變換。從上一節(jié)內(nèi)容對.osm文件的描述，發(fā)現(xiàn).osm文件是以經(jīng)緯度記錄節(jié)點(diǎn)位置的。經(jīng)緯度可以看作基于地球表面的坐標(biāo)系（更專業(yè)的，稱為WGS-84坐標(biāo)）。由于它是一個球面的坐標(biāo)系，很不方便計(jì)算距離，以及在平面顯示。因此我們需要一種平面的坐標(biāo)系，來轉(zhuǎn)換我們的坐標(biāo)。
我要介紹的是墨卡托投影，如下面第一張圖所示。墨卡托投影實(shí)際上將地球的球面投影至圓柱面，通過相關(guān)公式來計(jì)算在平面上的坐標(biāo)。墨卡托投影的效果較好，但是越靠近地球兩極，距離尺度變形越大，可以從多數(shù)地圖軟件看出（如：百度地圖、谷歌地圖），變換后的格陵蘭島甚至和南美洲一樣大（如下面第二張圖所示）！當(dāng)然，在我們研究的區(qū)域內(nèi)，只要緯度不是太高，變換后兩點(diǎn)間的距離還是可以近似利用坐標(biāo)直接計(jì)算的。順便一提的是，經(jīng)過墨卡托投影后的地圖，里面的一個長度近似代表實(shí)際中的1m。
如果大家對變換后城市中距離的要求較高，我建議使用UTM坐標(biāo)系，這是一種改良后的墨卡托坐標(biāo)系。該變換將地球分為若干個分區(qū)，利用更復(fù)雜的數(shù)學(xué)公式，將球面坐標(biāo)作等距變換，距離精確度更高。由于轉(zhuǎn)換較為麻煩，而且對于跨分區(qū)邊界的城市，轉(zhuǎn)換效果并不好，因此筆者認(rèn)為這是一種非常精確，但是對于本人并不適用的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換方法。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的大型交通流仿真平台——Matsim中文使用手册05的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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