Bild1: Beispiel-Darstellung von einigen Wegen nach OSM-Schema

In Bild1 ist  Beispielhaft ein Ausschnitt aus einer möglichen Karte aus den Rohdaten zu sehen, die allerdings für eine Wegsuche viele unnötige Knoten enthält und deren Datenstruktur für unsere Zwecke nicht sonderlich praktisch ist. Wir brauchen für die Wegsuche nur die Weglänge zwischen zwei verbundenen End- oder Kreuzungs-Knoten.

Die Knoten 3, 4, 6, 9 und 10 brauchen wir nicht.
Prinzipiell ist auch Knoten 1 nicht notwendig, wenn der rote Weg eine Einbahnstraße ist und der braune jedoch nicht oder auf einer der beiden Straßen eine Geschwindigkeitsbeschränkung gilt, wird er doch wieder gebraucht. In den Open-Streetmap-Daten sind auch Brücken durch einen eigenen Weg eingezeichnet. Damit kosten uns Brücken und Tempobeschränkungen zusätzliche Verbindungen, ich nehme das in diesem Fall aber in Kauf, um später Tempobeschränkungen und Einbahnstraßen berücksichtigen zu können.

Bild2: Optimierte Wegdarstellung durch die Verbindungs-Tabelle

Die Verbindungs-Tabelle enthält also eine Zeile für jeden Startknoten, Endknoten und der Wegstrecke dazwischen, wie in Bild2 (die natürlich notwendige Entfernung zwischen den Knoten fehlt hier). Weil wir Einbahnstraßen berücksichtigen wollen, werden Verbindungen, die keine Einbahnstraßen sind, werden in beide Richtungen einmal abgelegt. Das ist zwar nicht effizient, vereinfacht aber unserer Arbeit. Optimieren können wir auch noch, wenn erst mal alles läuft, wie wir uns das vorstellen.

Zunächst muss die eine Tabelle verbindungen mit diesem SQL-Skript angelegt werden. Zum Erstellen der Verbindungstabelle nutze ich dann eine Stored Procedure. Die arbeitet direkt in der Datenbank und ist deshalb recht schnell. Ihr Ablaufdiagramm ist im Bild3 zu sehen. Zu Beginn wird eine sehr aufwändige Abfrage ausgeführt, die einen Großteil der Informationen ausliest, die später benötigt werden und mit einem Cursor zeilenweise abgearbeitet wird. In ihr wird festgelegt, welche Wege überhaupt berücksichtigt werden. Wenn wir einen Routenplaner für Autos wollen, ist es wohl eher nicht so hilfreich Fußwege und Treppen in der Karte zu haben.

Bild3: Ablaufdiagramm zum Erstellen der Verbindungen

Das hier bereitgestellte Skript berücksichtigt bereits Einbahnstraßen, das macht die Abfrage zu Beginn zwar noch aufwändiger, allerdings ist es für Autofahrer einfach nicht interessant Einbahnstraßen in Gegenrichtung zu befahren.

Mit dem Befehl

CALL erstelleVerbindungen();

kann die Datenbank gefüllt werden. Das dauert wieder ziemlich lange. Alleine das Erstellen der ersten Abfrage nimmt bei mir für Baden-Württemberg bereits über 3 Minuten in Anspruch, aber erst danach werden auch Daten geschrieben. Diese Procedure kann sicherlich noch optimiert werden, ich habe mich damit nicht mehr genauer beschäftigt, als sie in brauchbarer Zeit das gewünschte Ergebnis geliefert hatte.

[Update 24.10.] Ich habe noch einen Fehler im Skript entdeckt, der lustige Fehler produziert hat. Einige Straßen, wie die Europabrücke über den Rhein bei Karlsruhe hatten in Baden-Württemberg nur einen Wegpunkt. Das hatte den Effekt, dass große Strecken mit Entfernung 0 in die Verbindungsliste eingetragen wurden, die eigentlich nicht mal verbunden waren. So lässt sich natürlich keine ordentliche Wegsuche realisieren. Der Fehler ist aber nun behoben.

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Datenbankschema für OpenStreetMap-Daten

Im ersten Teil soll es darum gehen die Openstreetmap-Daten in eine MySQL-Datenbank einzulesen. Später wird eine Möglichkeit gezeigt, aus den Daten einen gerichteten Graphen z.B. für eine Wegsuche zu erstellen, danach wird eine Wegsuche realisiert.

Aber zunächst müssen die Daten eingelesen werden. Benötigt wird:

• Eine funktionierende Installation eines MySQL-Servers (> Version 5.0) mit ordentlich Speicherplatz (Ich rede hier mindestens von Gigabyte-Zahlen für Baden-Württemberg, ganz Deutschland dürfte im Bereich um die 10GB liegen) und Administrations-Umgebung
• Eine funktionierende Java-Installation. Das von mir für den Import geschriebene Skript gibt eine SQL-Befehlskette auf der Standardausgabe aus, mit der Bash (Linux-Kommandozeile) lässt sich das direkt in eine MySQL-Verbindung schicken.

Als erstes wollen wir einen Blick auf die Openstreetmap-Daten werfen. Sie liegen im XML-Format vor und können auch auszugsweise z.B. bei Geofabrik heruntergeladen werden. Ich habe mir für das Projekt die Daten von Baden-Württemberg (baden-wuerttemberg.osm) heruntergeladen.

Wenn man die knapp 80MB große bz2-Datei entpackt hat, liegen ca.1 GB Daten auf der Festplatte. In die kann man mal reinschauen (aber bitte mit einem Tool, das Zeilenweise liest, z.B. “less”). Eine Analyse dieser Datei und ein Blick auf diese zwar veraltete, aber für diesen Zweck ausreichende Wikiseite führte mich zum Datenbankschema, wie in der Grafik.

Hier ist die zugehörige MySQL-Import-Datei.

Nachdem man eine Datenbank angelegt hat kann das oben gezeigte Schema erzeugt werden. Jetzt fehlt natürlich noch der Datenimport. Dafür entstand nach mehreren Versuchen ein Java-Programm, das aus einer *.osm-Datei einen entsprechenden Import herstellt.

Der Quellcode des Java-Programms lässt sich hier herunterladen. Seine Benutzung ist einfach. Das Programm erwartet einen Parameter mit dem Pfad/Dateinamen einer *.osm-Datei und erzeugt daraus einen MySQL-Input auf dem Std-Out. Nach dem Kompilieren von osm2sql sollte sich (zumindest auf der Linux-Bash) mit einem entsprechend angepassten Befehl der Art

java osm2sql baden-wuerttemberg.osm | mysql --host=localhost --database=osm --user=osm --password=abc

die Datenbank füllen lassen. Jetzt kann man normalerweise erst mal einen Tee kochen gehen. Ein wenig Zeit sollte man dem Datenbankserver schon gönnen.

Kommentare und Hinweise zum Thema sind hier nicht nur erlaubt, sondern ausdrücklich erwünscht.

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