Osm地圖與坐標系

通過本節，你將會：1.知道如何獲得免費的地圖數據//? ? 2.理解OSM文件如何描述路網//? ? 3.簡單了解坐標轉換的方法//

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，并且所有數據全部提供下載，包括城市中的節點、路網、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據。因此OSM網站對我們十分有用。無須自己編network.xml中的數據，我們可以通過轉換OSM地圖得到。

????????OSM地圖的數據格式為.osm，網站提供多種下載數據的方式。我們介紹兩種方式，把某個地區路網的OSM文件下載到本地，作為我們路網的原始數據。

• 方法一 當你所需要的地圖范圍較小時，如幾條街道，幾公里范圍內，在OSM網站上查找你所關注的地點，同時進行縮放、拖動，直至大小滿意，點擊網頁左上角“導出”，如下面第一幅圖所示，會在網頁左側出來一列信息欄，繼續點擊“導出”，最后保存即可。
• 方法二 當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，點擊右上角的“導出”，在網頁左側欄目中下部，點擊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

導出方法1

導出方法2

2. OSM中的地圖數據

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。在學習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>的形式作為數據和關系的記錄。我們來具體看一下.osm文件對于路網的描述。

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

• id 每個節點的編號，不能重復
• lat 該節點所在的緯度
• lon 該節點所在的經度

道路- way 如果需要描述一條線（或者環繞一個公園的邊界），我們需要給出這條線一些關鍵節點的位置——至少，我們應該給出兩個節點的位置，這條線才能被確定下來。因此，對于我們的路網文件，我們首先需要定義每個節點（node），再定義路網中的道路（way），每條道路需要引用一些節點，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點<nd ref = "123456789"/>，表示對上面所定義的節點的引用。另一方面，每條道路（way）還擁有一些標簽<tag k = "a" v = "b"/>，通常有以下常用項：

• 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" 這條道路在真實世界中的名稱
• k="amenity" 有些道路（way）的標簽為這個，而沒有k = "highway"標簽，說明這條way并不是作為一條路使用的，而是一個場所

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

3. 坐標轉換

本人并不學習測量專業，只是為了獲取想要的地圖文件，不得不接觸一些坐標轉換的知識。若有理解不當之處，還請大家去他處尋找更專業的描述。
本節不打算講很理論的知識，因此大概介紹一下坐標變換。從上一節內容對.osm文件的描述，發現.osm文件是以經緯度記錄節點位置的。經緯度可以看作基于地球表面的坐標系（更專業的，稱為WGS-84坐標）。由于它是一個球面的坐標系，很不方便計算距離，以及在平面顯示。因此我們需要一種平面的坐標系，來轉換我們的坐標。
我要介紹的是墨卡托投影，如下面第一張圖所示。墨卡托投影實際上將地球的球面投影至圓柱面，通過相關公式來計算在平面上的坐標。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）！當然，在我們研究的區域內，只要緯度不是太高，變換后兩點間的距離還是可以近似利用坐標直接計算的。順便一提的是，經過墨卡托投影后的地圖，里面的一個長度近似代表實際中的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坐標系，這是一種改良后的墨卡托坐標系。該變換將地球分為若干個分區，利用更復雜的數學公式，將球面坐標作等距變換，距離精確度更高。由于轉換較為麻煩，而且對于跨分區邊界的城市，轉換效果并不好，因此筆者認為這是一種非常精確，但是對于本人并不適用的坐標轉換方法。

總結

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的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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