CN107480306B - 快速提取osm数据中自定义多边形区域内路网的方法 - Google Patents

快速提取osm数据中自定义多边形区域内路网的方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种快速提取OSM数据中用户自定义多边形区域内路网的方法，该方法能够快速地将用户自定义的需要研究的范围外的节点和路段删除，最终得到用户自定义多边形区域内的OSM路网数据。目前从OSM数据导出的路网区域只能是矩形，本发明可以让用户自定义多边形研究区域，并快速地自动删除自定义多边形区域外的节点和路网，节省了用户先解析矩形范围的OSM数据再手工删除区域外的节点和路段产生的额外的时间和工作量，同时也避免该过程中人工操作可能产生的错误。

Description

快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法
技术领域
本发明涉及道路交通网络计算机抽象表达技术领域，特别是涉及一种快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法。
背景技术
交通系统除了涉及多个学科、跨领域、规模巨大等复杂特性之外,还具有实验试行成本极高甚至无法进行的特征。随着计算机和网络技术的不断发展，其在交通中的应用也愈加广泛,智能交通系统的概念和方法不断成熟,交通系统也向着信息化、网络化、自动化和智能化不断发展。智能交通系统中一个重要的技术就是交通仿真技术，即运用现代计算机技术建立能够替代现实交通系统的计算机模型的技术方法。其中，宏观交通仿真能够将预测或调查得到的流量分配到道路交通网中，是交通规划、交通建设和交通管理非常重要的参考依据。而进行宏观交通仿真的前提就是建立计算机表达的道路交通网络。
Openstreetmap，简称为OSM，是一款由网络大众共同打造的免费开源、可编辑的地图服务。经过多年的发展，OSM地图数据库已经成为全球范围内最精确和完善的矢量地理数据库之一。用户可以直接在OSM上下载选定范围的路网数据，并利用一些软件将OSM文件中的节点和路网进行可视化展示或二次开发，极大的节省了使用者手工绘制图形化拓扑交通网络的时间。
但目前从Openstreetmap网站导出的路网区域只能是矩形，对于使用者，特别是城市规划者而言，他们更多时候需要自己自定义研究范围。如果先解析矩形范围的OSM数据并生成对应的交通网络，再逐条删除用户自定义区域外的线路和节点将增加用户许多的工作量。
发明内容
为了解决上述存在的问题，本发明提供一种快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，由用户自定义确定需要研究的路网范围，并将这个区域外的节点和路段进行删除，为达此目的，本发明提供一种快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，包括如下步骤：
步骤(1)设OSM矩形地图区域内的最小纬度值为minlat，最大纬度值maxlat，最小经度值minlon，最大经度值maxlon，A点经纬度坐标(minlon，minlat)，B点经纬度坐标(minlon，maxlat)，C点经纬度坐标(maxlon，minlat)，D点经纬度坐标(maxlon，maxlat)，将OSM数据中节点的经纬度坐标和A点、B点、C点和D点的经纬度坐标转换为UTM坐标系坐标；
步骤(2)设UTM坐标系下，A点坐标(xa，ya)，B点坐标(xb，yb)，C点坐标(xc，yc)，D点坐标(xd，yd)；以A点为原点，向量AB为y轴，向量AD为x轴建立平面直角坐标系R，在该坐标系下A点坐标变为(0,0)，B点坐标变为(0,yb-ya)，C点坐标变为(xc-xa,0)，D点坐标变为(xd-xa,yd-ya)；
步骤(3)设用户自定义多边形区域的顶点集合为S，S中的顶点个数为i，初始状态下S为空集，i为1；截取OSM矩形地图区域图片作为底图，图片中经度最小、纬度最小的点置于坐标系R中的A点，图片中经度最小、纬度最大的点置于坐标系R中的B点，图片中经度最大、纬度最小的点置于坐标系R中的C点；
步骤(4)用户在含有底图的坐标系R中选取自定义多边形区域的第i个顶点Ti，Ti必须要在以A,B,C和D为顶点的矩形范围内，设Ti在R中的坐标为(xi，yi)，则Ti在UTM坐标系下的坐标为(xi+xa，yi+ya)，将(xi+xa，yi+ya)放入集合S中；在底图上高亮显示点Ti的位置；
步骤(5)如果i大于4且Ti与T1重合，则认为用户选定多边形结束，进入步骤(6)；否则将i+1赋值给i，返回步骤(4)；
步骤(6)由集合S中的坐标表示的节点组成用户自定义的封闭多边形P，在UTM坐标系下，利用射线法依次判断OSM数据中每一条路段的起点和终点是否在多边形P内，如果起点和终点都不在P内，则删除该路段，否则保留该路段；最终保留在OSM数据中的路段组成的路网即为自定义多边形区域内的路网。
进一步的，所述步骤1中，采用地图学中的统一横轴墨卡托投影方法将对应点的经纬度坐标转换为UTM坐标系坐标。
进一步的，所述步骤6中，射线法判断一点是否在某个多边形区域内的过程为：从待判断的点向水平方向引射线，计算射线和多边形交点的个数n，如果n是偶数或者为0则待判断点在多边形外，如果n是奇数，则在多边形内；在多边形边界上的点可以认为在多边形内，也可认为在多边形外。
本发明公开了一种快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，本发明由用户自定义确定需要研究的路网范围，并将这个区域外的节点和路段进行删除，从而可以由用户自定义需要研究的路网范围，能够快速的将自定义范围外的节点和路段删除，节省了用户手工删除区域外的节点和路段的时间。
附图说明
图1为本发明快速提取OSM数据中用户自定义多边形区域内路网方法的流程图；
图2为本发明一个实施例的区域地图；
图3为本发明一个实施例的用户自定义多边形区域示意图；
图4为本发明一个实施例未提取用户自定义多边形区域路网前的路网计算机抽象示意图；
图5为本发明一个实施例提取过用户自定义多边形区域路网后的路网计算机抽象示意图。
具体实施方式
下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：
本发明提供一种快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，由用户自定义确定需要研究的路网范围，并将这个区域外的节点和路段进行删除。
一种快速提取OSM数据中用户自定义多边形区域内路网的方法，其流程如图1所示。本发明实施例范围为以新街口为中心，半径8公里左右的区域，区域形状为矩形，如图2所示。
步骤(1)设OSM矩形地图区域内的最小纬度值为minlat，最大纬度值maxlat，最小经度值minlon，最大经度值maxlon，A点经纬度坐标(minlon，minlat)，B点经纬度坐标(minlon，maxlat)，C点经纬度坐标(maxlon，minlat)，D点经纬度坐标(maxlon，maxlat)，将OSM数据中节点的经纬度坐标和A点、B点、C点和D点的经纬度坐标转换为UTM坐标系坐标；
本实施例中，OSM矩形地图区域内的最小纬度值为31.9944000，最大纬度值32.1166000，最小经度值118.7014000，最大经度值118.8577000，A点、B点、C点和D点的经纬度坐标和对应的UTM坐标系坐标如表1所示。
表1 A,B,C和D节点的经纬度坐标和对应的UTM坐标系坐标
节点 经度 纬度 UTM纵坐标 UTM横坐标
A 118.7014000 31.9944000 3541079.600787386 660726.5297759229
B 118.7014000 32.1166000 3554627.2953361487 660512.949893132
C 118.8577000 31.9944000 3541322.6954402537 675493.9466581749
D 118.8577000 32.1166000 3554870.894885617 675260.7241398427
步骤(2)设UTM坐标系下，A点坐标(xa，ya)，B点坐标(xb，yb)，C点坐标(xc，yc)，D点坐标(xd，yd)；以A点为原点，向量AB为y轴，向量AD为x轴建立平面直角坐标系R，在该坐标系下A点坐标变为(0,0)，B点坐标变为(0,yb-ya)，C点坐标变为(xc-xa,0)，D点坐标变为(xd-xa,yd-ya)；
步骤(3)设用户自定义多边形区域的顶点集合为S，S中的顶点个数为i，初始状态下S为空集，i为1；截取OSM矩形地图区域图片作为底图，图片中经度最小、纬度最小的点置于坐标系R中的A点，图片中经度最小、纬度最大的点置于坐标系R中的B点，
图片中经度最大、纬度最小的点置于坐标系R中的C点；
步骤(4)用户在含有底图的坐标系R中选取自定义多边形区域的第i个顶点Ti，Ti必须要在以A,B,C和D为顶点的矩形范围内，设Ti在R中的坐标为(xi，yi)，则Ti在UTM坐标系下的坐标为(xi+xa，yi+ya)，将(xi+xa，yi+ya)放入集合S中；在底图上高亮显示点Ti的位置；
步骤(5)如果i大于4且Ti与T1重合，则认为用户选定多边形结束，进入步骤(6)；否则将i+1赋值给i，返回步骤(4)；
本实施例中，建立坐标系R并加入底图，用户逐个选取多边形顶点并将顶点坐标放入集合S中，最终形成的多边形区域如图3所示，图中编号为用户建立顶点的顺序。该区域由扬子江大道、应天大街高架、内环西线、汉中路、中山东路、西安门隧道、内环东线、龙蟠路、建宁路和郑和北路围成，最终的集合S中的坐标如表2所示。
表2集合S中的顶点坐标
节点 UTM纵坐标 UTM横坐标
1 3553192.84954889 663744.918071595
2 3544989.17356118 661118.410847547
3 3542786.72096368 666227.261247306
4 3545636.61097422 666898.762241530
5 3546637.62145791 666400.652123592
6 3546431.69783902 670050.112999002
7 3548322.12268723 670358.562274517
8 3548255.11376273 670992.453491306
9 3549503.97624197 671396.432828874
10 3551192.17911617 670225.574108062
11 3552336.75492756 668365.536367985
12(1) 3553192.84954889 663744.918071595
步骤(6)由集合S中的坐标表示的节点组成用户自定义的封闭多边形P，在UTM坐标系下，利用射线法依次判断OSM数据中每一条路段的起点和终点是否在多边形P内，如果起点和终点都不在P内，则删除该路段，否则保留该路段；最终保留在OSM数据中的路段组成的路网即为自定义多边形区域内的路网。
本实施例中，OSM矩形地图区域没有提取自定义范围内路网前的道路网络如图4所示。将该OSM数据中不在以集合S中坐标为顶点的多边形P外的节点和路网删除，得到用户自定义区域内的道路网络如图5所示，这一方法大大节省了使用者手工删除多余路网的时间。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非是对本发明作任何其他形式的限制，而依据本发明的技术实质所作的任何修改或等同变化，仍属于本发明所要求保护的范围。

Claims (3)

1.快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，包括如下步骤，其特征在于：
步骤(1)设OSM矩形地图区域内的最小纬度值为minlat，最大纬度值maxlat，最小经度值minlon，最大经度值maxlon，A点经纬度坐标(minlon，minlat)，B点经纬度坐标(minlon，maxlat)，C点经纬度坐标(maxlon，minlat)，D点经纬度坐标(maxlon，maxlat)，将OSM数据中节点的经纬度坐标和A点、B点、C点和D点的经纬度坐标转换为UTM坐标系坐标；
步骤(2)设UTM坐标系下，A点坐标(xa，ya)，B点坐标(xb，yb)，C点坐标(xc，yc)，D点坐标(xd，yd)；以A点为原点，向量AB为y轴，向量AD为x轴建立平面直角坐标系R，在该坐标系下A点坐标变为(0,0)，B点坐标变为(0,yb-ya)，C点坐标变为(xc-xa,0)，D点坐标变为(xd-xa,yd-ya)；
步骤(3)设用户自定义多边形区域的顶点集合为S，S中的顶点个数为i，初始状态下S为空集，i为1；截取OSM矩形地图区域图片作为底图，图片中经度最小、纬度最小的点置于坐标系R中的A点，图片中经度最小、纬度最大的点置于坐标系R中的B点，图片中经度最大、纬度最小的点置于坐标系R中的C点；
步骤(4)用户在含有底图的坐标系R中选取自定义多边形区域的第i个顶点Ti，Ti必须要在以A,B,C和D为顶点的矩形范围内，设Ti在R中的坐标为(xi，yi)，则Ti在UTM坐标系下的坐标为(xi+xa，yi+ya)，将(xi+xa，yi+ya)放入集合S中；在底图上高亮显示点Ti的位置；
步骤(5)如果i大于4且Ti与T1重合，则认为用户选定多边形结束，进入步骤(6)；否则将i+1赋值给i，返回步骤(4)；
步骤(6)由集合S中的坐标表示的节点组成用户自定义的封闭多边形P，在UTM坐标系下，利用射线法依次判断OSM数据中每一条路段的起点和终点是否在多边形P内，如果起点和终点都不在P内，则删除该路段，否则保留该路段；最终保留在OSM数据中的路段组成的路网即为自定义多边形区域内的路网。
2.根据权利要求1所述的快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，其特征在于：所述步骤( 1) 中，采用地图学中的统一横轴墨卡托投影方法将对应点的经纬度坐标转换为UTM坐标系坐标。
3.根据权利要求1所述的快速提取OSM数据中自定义多边形区域内路网的方法，其特征在于：所述步骤( 6) 中，射线法判断一点是否在某个多边形区域内的过程为：从待判断的点向水平方向引射线，计算射线和多边形交点的个数n，如果n是偶数或者为0则待判断点在多边形外，如果n是奇数，则在多边形内；在多边形边界上的点可以认为在多边形内，也可认为在多边形外。
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