利用OpenStreetMap（OSM）数据搭建一个地图服务

图 利用OSM数据简单发布的北京地图服务

一、OSM是什么

       开放街道图（OpenStreetMap，简称OSM）是一个网上地图协作计划，目标是创造一个内容自由且能让所有人编辑的世界地图（wiki：http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Main_Page）。尤其值得称道的是，osm数据开源，可以自由下载使用。

二、OSM数据结构

       OpenStreetMap包括空间数据以及属性数据。其中空间数据主要包括三种：点（Nodes）、路（Ways）和关系（Relations），这三种原始构成了整个地图画面。其中，Nodes定义了空间中点的位置；Ways定义了线或区域；Relations（可选的）定义了元素间的关系。

        属性数据Tags用于描述上述矢量数据基元。（http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Elements）

2.1. Node 

       node通过经纬度定义了一个地理坐标点。同时，还可以height=*标示物体所海拔；通过layer=* 和 level=*，可以标示物体所在的地图层面与所在建筑物内的层数；通过place=* and name=*来表示对象的名称。同时，way也是通过多个点（node）连接成线（面）来构成的。

 2.2. Way   

       通过2-2000个点（nodes）构成了way。way可表示如下3种图形事物（非闭合线（Open polyline ）、闭合线（Closed polyline）、区域（Area ））。对于超过2000 nodes的way，可以通过分割来处理。

       a）Open polyline 

        非闭合线：收尾不闭合的线段。通常可用于表示现实中的道路、河流、铁路等。

       b）Closed polyline 

        闭合线：收尾相连的线。例如可以表示现实中的环线地铁。

       c）Area 

        区域：闭合区域。通常使用landuse=* 来标示区域等。 

2.3. Relation 

       一个Relation是用来描述两个或多个基元的相互关系（nodes, ways 或者其他的relations），相互的关系通过role来定义，包括：

       a）route ：定义公路、自行车道、铁路等

       b）多个多边形：定义area例如建筑、河堤等

       c）边界：装门用来定义行政边界

       d）限制：用于描述限制比如“非左转”

2.4. Tag 

       标签不是地图基本元素，但是各元素都通过tag来记录数据信息。通过'key' and a 'value'来对数据进行记录（了解xml或者数据库的应该都比较清楚了吧？）。例如，可以通过highway=residential来定义居住区道路；同时，可以使用附加的命名空间来添加附加信息，例如：maxspeed:winter=*就表示冬天的最高限速。

三、OSM数据及下载

osm数据格式主要有以下几种，可以通过以下网站下载数据。

osm数据格式：

osm数据下载网站：

四、基于OSM数据搭建一个地图服务

        OSM wiki提供了张架构图，很有价值，我们可以按此架构图一步步进行探索。

4.1. 数据库

      Postgresql+插件PostGIS非常适合存储地理空间数据，上面架构图的底层数据库也是此搭配，因此我们也使用此搭配。

      a）下载postgresql+postGIS插件

  b）创建用户及数据库

c）为数据库添加空间扩展

4.2. 导入数据

      从网站上下载的osm数据一般是文件格式（如xml、pbf等），为了使用我们需要将其导入到数据库中，这就需要导入工具，架构图使用了osmpsis，但是使用起来并不友好，推荐使用osm2pgsql。

      a）安装osm2pgsql

    b）安装protobuf（为了导入pbf格式数据）

   c）导入数据库

注：osm2pgsql导入数据有两种模式， normal and slim mode。

normal mode会在内存中产生如下三张中间表，并在导入结束后丢弃，因此速度较快。

• planet_osm_nodes
• planet_osm_ways
• planet_osm_rels
  

而slim mode则将中间结果完全放置到数据库中。slim模式的好处是方便更新。

两者使用的区别在于是否加“-s”，加了表示slimmode，本文使用slim mode。

使用slim mode导入数据后在数据库中会产生如下表。

4.3. 渲染

       数据已经导入到postgresql了，下面需要将数据渲染出来，也就是将postgresql中的矢量数据渲染成图片。

4.3.1 使用Mapnik进行渲染

目前最出名的开源地图渲染引擎莫过于Mapnik。

 Mapnik可以渲染多种数据源，包括数据库如postgresql，以及文件格式数据例如shapefile、osm.xml格式等。

 这里以shapefile格式数据为例，下载需要渲染的矢量数据：http://www.naturalearthdata.com/

 1）打开python编辑器

 1 python 

2）导入mapnik python bindings

 1 import mapnik 

3）创建地图

1 m = mapnik.Map(600,300) #创建一个地图：宽600 高300
2 #m.srs 是该地图的投影，默认是'+proj=longlat +ellps=WGS84 +datum=WGS84 +no_defs'
3 m.background = mapnik.Color('steelblue') #设置背景色

4）创建样式

根据我们需求设置样式，样式决定了最终渲染的结果。

 1 s = mapnik.Style() #style对象
 2 r = mapnik.Rule() #rule对象来管理符号 
 3 #多边形填充符号
 4 polygon_symbolizer = mapnik.PolygonSymbolizer(mapnik.Color('#f2eff9'))
 5 r.symbols.append(polygon_symbolizer)
 6 #多边形边界填充符号
 7 line_symbolizer = mapnik.LineSymbolizer(mapnik.Color('rgb(50%,50%,50%)'),0.1)
 8 r.symbols.append(line_symbolizer)
 9 s.rules.append(r)
10  #将样式加入地图
11 m.append_style('My Style',s)

 5） 创建数据源

 1 ds=mapnik.Shapefile(file='Users/zhanlijun/Downloads/110m-admin-0-countries/ne_110m_admin_0_countries.shp')  

 6）创建图层

mapnik的layer是数据的基础容器。

1 layer = mapnik.Layer('world')#新建一个叫world的图层
2 #layer.srs 默认是'+proj=longlat +ellps=WGS84 +datum=WGS84 +no_defs'
3 layer.datasource = ds
4 layer.styles.append('My Style')

 7）准备map渲染

1 m.layers.append(layer) #将layer加到地图
2 m.zoom_all() #将数据zoom_all，如果不用，结果将是空白

 8）渲染地图

最后我们得到一张png格式的世界地图：world.png

4.3.2 使用TileMill进行渲染

      Mapnik使用起来并不容易，尤其是配置样式的时候，下面我们使用TileMill进行渲染，TileMill的内核是Mapnik。

      TileMill的好处是所见即所得，右边配置样式，左边能马上显示出结果。此外还可以将结果展示出来（下图就是利用TileMill渲染北京osm数据的结果）。

4.4 一体化解决方案

 GeoServer + OpenLayers +PostGIS叠加显示动态矢量数据。

安装geoserver