利用OpenStreetMap（OSM）数据搭建一个地图服务

绝地灬酷狼 2022-06-03 00:28 391阅读 0赞

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**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][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][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：

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th style="margin:0px; padding:0px; font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif"> OSM XML&nbsp;– xml-format provided by the API PBF&nbsp;– highly compressed, optimized binary format similar to the API o5m&nbsp;– for high-speed processing, uses PBF coding, has same structure as XML format OSMJSON&nbsp;– json variant of OSM XML </th> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

osm数据下载网站：

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th style="margin:0px; padding:0px; font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif"> GeoFabrik：<a href="http://www.geofabrik.de/" style="text-decoration:none; outline:0px; color:rgb(61,107,167)" rel="nofollow">http://www.geofabrik.de/</a> Metro Extracts：<a href="http://metro.teczno.com/" style="text-decoration:none; outline:0px; color:rgb(61,107,167)" rel="nofollow">http://metro.teczno.com/</a> HOT Exports：<a href="http://hot.openstreetmap.org/" style="text-decoration:none; outline:0px; color:rgb(61,107,167)" rel="nofollow">http://hot.openstreetmap.org/</a> BBBike：<a href="http://extract.bbbike.org/" style="text-decoration:none; outline:0px; color:rgb(61,107,167)" rel="nofollow">http://extract.bbbike.org/</a> </th> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

## **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。

![79549241_2.png][]

### **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

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th style="margin:0px; padding:0px; font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif"> sudo&nbsp;apt-get install&nbsp;postgresql postgresql-contrib postgis postgresql-9.1-postgis 安装完毕，我们需要更改postgres用户的密码，否则我们就没法使用这个数据库服务器。以postgres这个系统用户的身份运行psql命令，在终端中输入如下： sudo su postgres -c psql template1 这时候会出现新的提示符，输入下面两个命令，用新密码替换 &lt;***password***&gt;： ALTER USER postgres WITH PASSWORD ' &lt;***password***&gt; '; </th> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

b）创建用户及数据库

c）为数据库添加空间扩展

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th style="margin:0px; padding:0px; font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif"> CREATE&nbsp;EXTENSION postgis; -- Enable Topology CREATE&nbsp;EXTENSION postgis_topology; -- fuzzy matching needed for Tiger CREATE&nbsp;EXTENSION fuzzystrmatch; -- 地理编码 CREATE&nbsp;EXTENSION postgis_tiger_geocoder; -- 用于存储属性tags，key-value CREATE&nbsp;EXTENSION hstore; </th> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

### **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

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th style="margin:0px; padding:0px; font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif"> Run&nbsp;sudo apt-get install software-properties-common&nbsp;to install the command add-apt-repository if the command can't be found. Run&nbsp;sudo add-apt-repository ppa:kakrueger/openstreetmap&nbsp;to add the PPA Run&nbsp;sudo apt-get update&nbsp;to update your packaging system. Run&nbsp;sudo apt-get install osm2pgsql&nbsp;to install the osm2pgsql package. </th> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

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。

![79549241_3.png][]

### **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/][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。

![复制代码][79549241_4.gif]

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)

![复制代码][79549241_4.gif]

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

![79549241_5.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）。

![79549241_6.png][]

### 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

<table style="color:rgb(47,47,47); font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif; font-size:16px"> 
 <tbody> 
 <tr> 
 <th style="margin:0px; padding:0px; font-family:微软雅黑,宋体,黑体,Arial,Helvetica,sans-serif"> sudo apt-get update sudo apt-get install unzip openjdk-6-jre echo 'export JAVA_HOME=/usr/lib/jvm/java-6-openjdk-amd64' &gt;&gt; ~/.bashrc source ~/.bashrc wget -c&nbsp;<a href="http://sourceforge.net/projects/geoserver/files/GeoServer/2.3.5/geoserver-2.3.5-bin.zip/download" style="text-decoration:none; outline:0px; color:rgb(61,107,167)" rel="nofollow">http://sourceforge.net/projects/geoserver/files/GeoServer/2.3.5/geoserver-2.3.5-bin.zip</a> unzip -a geoserver-2.3.5-bin.zip cd geoserver-2.3.5/bin ./startup.sh &amp; 访问：&nbsp;<a href="http://localhost:8080/geoserver/" style="text-decoration:none; outline:0px; color:rgb(61,107,167)" rel="nofollow">http://localhost:8080/geoserver/</a> </th> 
 </tr> 
 </tbody> 
</table>

[79549241_1.png]: http://image99.360doc.com/DownloadImg/2016/09/0711/79549241_1.png
[http_wiki.openstreetmap.org_wiki_Main_Page]: http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Main_Page
[http_wiki.openstreetmap.org_wiki_Elements]: http://wiki.openstreetmap.org/wiki/Elements
[79549241_2.png]: http://image99.360doc.com/DownloadImg/2016/09/0711/79549241_2.png
[79549241_3.png]: http://image99.360doc.com/DownloadImg/2016/09/0711/79549241_3.png
[http_www.naturalearthdata.com]: http://www.naturalearthdata.com/
[79549241_4.gif]: http://image99.360doc.com/DownloadImg/2016/09/0711/79549241_4.gif
[79549241_5.png]: http://image99.360doc.com/DownloadImg/2016/09/0711/79549241_5.png
[79549241_6.png]: http://image99.360doc.com/DownloadImg/2016/09/0711/79549241_6.png