论文总字数：21848字

摘 要

拓扑网络构建就是通过图形表示一个区域路网的空间位置结构，使得研究的目标更为清晰直观，便于探究其结构、长度、位置等要素。相比传统构建方法，本文使用OSMNX在基于OSM大数据的基础上自动生成拓扑网络，相比于传统构建方法，避免了大量的人力工作量，以及由于人工测量绘制所导致的不准确性，最终导致研究结果产生误差的弊端。

如今地理信息传播速度很快，同时信息传播方式也发生了改变。如今的数据采集方式不仅有传统测绘与遥感，还有用户利用互联网自主提供地理信息的方式。OSM即Open Street Map正是诞生于这样的大环境之下，是VGI中具有深远应用价值的一项实例。OSM具有获取免费、更新速度及时等特点，在国内外有着广泛的应用。

本论文采用Open Street Map（OSM）数据，对南京市鼓楼区的城市道路数据进行提取、处理、分析，并通过网络数据模型与网络分析算法设计，实现了对鼓楼区内城市道路的分析，发现当城市道路存在的问题，并为解决问题提供思路。通过基于开源OSM数据城市道路网络的构建与应用，本文能有效解决由于高成本的地理数据而无法进行研究的问题；同时本文还运用到了计算机技术，通过对鼓楼区地理数据的处理与分析，实现通过数据构建城市道路网络应用研究，为基于其他基于城市道路数据的应用于研究提供参考。

关键词：OpenStreetMap；城市道路网络；网络分析

Built-in method and application of urban road topology network based on OSM data——Take Gulou District of Nanjing as an example

Abstract

Topological network construction is to graphically represent the spatial location structure of a regional road network, which makes the research goal more clear and intuitive, and it is easy to explore its structure, length, location and other factors. Compared with traditional construction methods, this paper uses OSMNX to automatically generate a topology network based on OSM big data. Compared with traditional construction methods, it avoids a lot of human workload and inaccuracies caused by labor, which ultimately leads to misleading research.

Nowadays, the spread of geographic information is fast, and the way of spreading information has also changed. Today's data collection methods include not only traditional surveying and remote sensing, but also ways for users to independently provide geographic information using the Internet. OSM, Open Street Map, was born under such a large environment, and is an example of VGI with far-reaching application value. OSM has the characteristics of free access, timely update and so on, and has a wide range of applications at home and abroad.

This paper uses Open Street Map (OSM) data to extract, process, and analyze the urban road data of Gulou District in Nanjing, and through the design of network data models and network analysis algorithms, the analysis of urban roads in Gulou District was realized. When there are problems in urban roads, and provide ideas for solving problems.Through the construction and application of urban road network based on open source OSM data, this paper can effectively solve the problem that the high-cost geographic data cannot be studied; at the same time, this paper also uses computer technology, through the processing and analysis of the geographical data of Gulou District, The application research of constructing urban road network through data can provide reference for the application research based on other urban road data.

Keywords：OpenStreetMap,Urban road network,Network analysis

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1论文研究背景与意义 1

1.2 研究状况与进展 1

1.3 城市道路网络分析拟解决的关键问题 2

1.4 论文组织结构与技术路线 2

第二章 城市路网结构特性分析 4

2.1城市路网定性分析与构成介绍 4

2.1.1城市路网基本分析 4

2.1.2城市路网结构组成 4

2.2定量评价城市路网特性指标 5

2.2.1基本指标 5

2.2.2节点中心性指标和路网密度指标 6

2.3城市路网拓扑方法分析 7

第三章 基于OSM的城市道路网络与网络数据 9

3.1自发地理信息与OpenStreetMap项目 9

3.1.1自发地理信息 9

3.1.2 OpenStreetMap项目 9

3.2 OSM数据 10

3.2.1 OSM数据质量 10

3.2.2 OSM数据格式 11

3.2.3 OSM数据的获取方式 12

3.3 OSMNX 13

3.3.1 OSMNX基本介绍 13

3.3.2 OSMNX进行城市网络拓扑的方法 13

3.3.3 OSMNX的应用 14

第四章 基于OSM的南京市鼓楼区城市网络分析 20

4.1南京市鼓楼区道路网络基本信息 20

4.2.南京市鼓楼区道路网络拓扑构建 20

4.3 鼓楼区拓扑网络分析 21

4.3.1接近中心度指标分析 22

4.3.2介数中心度指标分析 24

4.3.3密度指标分析 25

4.4结论与改善方案 25

第五章 结论与展望 27

5.1结论 27

5.2展望 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1论文研究背景与意义

在过去的20年中，随着互联网技术、计算机科技、GPS以及图形技术的进步与发展，使得地理信息的传播的速度飞速增长，与此同时，地理信息的提取和处理的方式也逐渐发生了改变。互联网从开始的“Web1.0”时期，即指以数据为中心，由大型互联网公司向用户提供网络信息和服务的状态，演变到如今的“Web2.0”时期，即以人或用户为中心出发，由用户主导而生成的内容互联网产品模式。这样的交互式一体化的双向服务模式使得地理数据的获取不再只局限于大型互联网公司或者政府测绘部门，而是由用户，即每一个互联网使用者在Web2.0的环境下借助网络工具自发的提供。Michael Goodchild将这种有别于船用测绘与遥感的地理数据的收集方式定义为“自发地理信息”。自发地理信息（Volunteered Geographic Information，简称VGI）^[1]，它指的是用户通过共享的便携式GPS终端，具有高分辨率图像的开放访问和个人空间理解的地理知识，通过在线协作创建，修改，管理和维护的地理信息。Open Street Map(OSM)就是一项具有重大实用价值的VGI应用。其目标是创建一个包含免费内容的世界地图，每个人都可以编辑该内容，并且其中包含的地理信息数据是免费且开放的。与传统的GIS系统与地图数据的提供商相比，如百度地图、高德地图、谷歌地图等，OSM的地图完全靠地图用户自己绘制，通过像手持GPS设备等方法。因此，OSM更加方便，完全免费，并且更方便访问地图数据和服务，并且具有更大的有效性。在世界许多地方，OSM数据现在比地图提供者提供的数据更加详细和广泛。本论文采用OSM数据开展对南京市鼓楼区城市道路的网络的构建、应用与分析，旨在：第一，基于OSM数据，对鼓楼区城市道路网络数据进行提取、处理、评价，第二，基于OSM数据分析之后，发现城市的道路现有的问题，并对此提出解决方案，为居民日常出行提供决策支持。

1.2 研究状况与进展

OSM数据具有开源性和便于提取的优点，已经被学者们广泛且深入的研究过，再将其与之前学者们对于城市道路网络分析的研究进行结合，这样就有了新的视角和方法来对城市网络进行分析和评价。

庞佳音等人在《基于FME实现Open Street Map数据转换》^[2]一文中，通过由加拿大Safe Software公司开发的空间数据转换处理系统，对OSM数据向GDB数据进行转换。其具体流程是利用FME Date Inspector对OSM数据的结构和属性进行分析，构建函数流实现原始数据的结构和属性基于目标数据格式要求重新构建。利用FME Workbench根据正确的格式导入，通过构建的函数流进行转换。未正式输出转换结果之前，可以通过FME Date Inspector对转换后的数据进行预览。若不符合结果求，可继续修改函数流，直到结果要求为止。构建的函数模板可以重复利用，不同区域的数据进行转换时只需修改相应的参数。其中OSM数据由Node（点）定义了一个点的经度和纬度。Way（路径）通过多个Node点构成，组成为不闭合线段、闭合线段、闭合区域。Relation（关系）定义了一系列Node和Way或其他Relation的相互约束关系。以上三者共同组成数据的基本要素，也就是OSM数据的空间要素。其详细的空间要素可以参考OSM网站。

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