一款开源软件让你从此不再为路网数据而烦恼
智能交通技术前沿2020-12-20 04:21
本款程序由美国亚利桑那州立大学ASU Trans+AI Lab团队开发
01
导语
OpenStreetMap（www.openstreetmap.org）是一款知名的开源地图数据库，可提供相关地图信息资源的下载服务。OSMnx，QGIS等软件包提供了解析.osm文件功能，将下载的地图数据包转换为常用的Excel格式。但这些软件包存在配置环境困难，操作步骤繁琐，路网文件格式不统一等问题，编程初学者较难入门操作。本文介绍的OSM2GMNS是一款配置简单、轻量化的Python依赖库，简单几步操作即可从OpenStreetMap中提取目标路网并输出为符合GMNS标准的路网文件。GMNS全称General Modeling Network Specification，其定义了一套灵活统一的多模式交通网络表示格式，方便研究人员分享、合并来自不同渠道的网络数据。关于GMNS格式详细信息可参考https://zephyrtransport.org/projects/2-network-standard-and-tools/。
下表总结了目前常用的OpenStreetMap路网解析程序和OSM2GMNS对比。对比主要从路网连通性，网络建模适用性以及交通需求支持三个层级展开。
本文通过简单介绍OSM2GMNS的使用方法帮助大家快速获取路网，详细的用户手册请访问 https://osm2gmns.readthedocs.io
02
安装方法
OSM2GMNS已在pypi.org平台发布，用户可通过pip方式安装。用户需配置Python 3或Anaconda 3环境，在相应Python环境的Terminal中输入如下命令行：
pip install osm2gmns
安装界面如下：
OSM2GMNS安装包需要Shapely等依赖库，如未安装系统会自动安装，显示上述界面代表安装成功。
目前软件仍在不断迭代优化中，可通过下述命令更新至最新版程序。
pip install ––upgrade osm2gmns
03
使用方法
（1）登陆www.openstreetmap.org下载地图数据包，这里以北京交通大学周边路网为例展示，推荐使用Overpass API镜像下载。
移动地图至需要下载的区域，点击“导出”或“Overpass API”按钮即可开始下载，随后会下载得到一个map文件，这个文件即为路网数据文件。
（2）启动Python编程环境，键入如下命令，运行程序即可。注意map文件需与程序保存在同一文件夹。
import osm2gmns as ognet = og.getNetFromOSMFile('map')og.outputNetToCSV(net,output_folder=’output’)
（3）除基本功能外，OSM2GMNS还提供了获取不同交通模式网络功能，如获取铁路网络，可修改为如下命令。network_type参数可选'auto', 'bike', 'walk'，'railway', 'aeroway'及任意组合。
net = og.getNetFromOSMFile('map', network_type=('railway'))net = og.getNetFromOSMFile('map', network_type=('auto','railway'))
如想获取POI（Point of Interest）数据，可将参数POIs设置为True：
net = og.getNetFromOSMFile('map', network_type=('railway'), POIs=True)
（4）由于真实路网中存在复杂交叉口情况，同一个交叉口存在多个网络节点（如下图左），OSM2GMNS提供了简化交叉口功能，将属于同一交叉口的节点统一为一个节点（如下图右），方便后续工作开展，命令如下：
net = og.getNetFromCSV()og.consolidateComplexIntersections(net)og.outputNetToCSV(net, output_folder='consolidated')
04
输出文件
（1）核心输出文件由node.csv（网络节点），link.csv（网络连接弧）和segment.csv（网络段）组成，如用户选择POI也会有poi.csv文件输出。所有文件格式均基于GMNS格式，方便用户进行后续交通系统分析研究。
（2）如用户选择复杂交叉口简化功能，consolidated文件加中会有简化后路网的node.csv和link.csv文件。
05
可视化展示
输出文件可直接用NEXTA/QGIS等软件打开进行可视化展示。
北京交通大学周边
东南大学四牌楼校区周边
以下可视化图片摘自OSM2GMNS用户手册
菲尼克斯空港国际机场
美国中西部铁路网
南京路网
亚利桑那州路网
伦敦路网
墨尔本路网
06
结语
OSM2GMNS具有安装简单、使用方便、快捷高效等特点，方便初学者快速构建交通网络入手研究工作，目前程序仍在不断开发完善中，欢迎大家交流和学习。
OSM2GMNS相关说明文档：
详细用户文档：https://osm2gmns.readthedocs.io；
Github链接：https://github.com/jiawei92/OSM2GMNS；
本文测试案例可参考：https://github.com/EntaiWang99/Network-API/tree/master/OpenStreetMap_to_GMNS/BJTU_Example。
另外，除了OSM2GMNS，Trans+AILab团队还推出了一款多层次网络自动生成工具Ocean。基于给定的宏观网络，Ocean能自动生成相应的中观和微观网络，以满足不同的建模需求。
Github链接：https://github.com/asu-trans-ai-lab/Ocean；
在线可视化演示：https://asu-trans-ai-lab.github.io/website_openlayer_4GMNS/。
Ocean生成多层次交通网络
07
作者简介
作者信息
陆佳炜
于东南大学获得交通运输工程硕士学位，目前在亚利桑那州立大学攻读博士学位。
Email：jiaweil9@asu.edu
王恩泰
来自北京交通大学，交通运输专业本科四年级在读，研究方向为交通流分配与铁路运行图。
Email：etwang2019@gmail.com
编辑：庄桢
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