论文总字数：20022字

摘 要

由于网络技术的快速发展，近些年来各种电子测绘地图、卫星导航定位等地理信息已经被广泛地使用于日常，我们可以使用电脑、手机很轻松地查找位置，规划路线以及查询所需要的交通信息，所以越来越多各种的地理数据出现。

众源地理数据就是一种新颖、小众、开源的地理数据，它的数据是由志愿者自行上传的，具有数据量大、现势性好、信息丰富、成本低的特点，也是国际上目前地理信息科学领域的一大热点。但由于其数据源的开源性导致其数据质量不够权威，所以在使用前，需要对其质量进行评价分析。OpenStreetMap是众源地理数据应用中的一种，因此本文以OSM数据集为对象对众源地理数据质量进行分析。首先介绍本文的研究背景、意义，接着归纳汇总国内外对开放街道地图的研究成果，最后提出本文的研究内容。其次，对OpenStreetMap进行介绍，包含其使用的相关技术，介绍OSM数据质量包含的三个方面。接着，提出质量分析计算模型，建立数据完整性、数据定位精度、数据属性信息完整性三个不同的计算模型，并对要素提出对比评估方法。然后，对南京市OSM数据质量进行分析，介绍选取的样区，介绍南京市OSM数据的获取，选择在OSM官网上下载的南京市作为质量评估的对象数据集，选择南京市测绘局发布的地图与百度地图作为参考数据集。以及使用评估方法对数据完整性、位置精度以及属性完整性进行评估。最后总结本文的研究内容，归纳成果，提出不足，并对未来进行一个有价值的展望。实验结果表明OSM数据集位置精度和线要素长度两个方面质量比较高，线要素完整度和面要素面积两个方面质量比较一般，属性完整性这个方面比较差，具有很大的上升空间。

关键词：众源地理数据 数据质量 南京市 开放街道地图

Abstract

Due to the rapid development of network technology, geographical information such as various electronic mapping maps and satellite navigation and positioning has been widely used in daily life in recent years. We can use computers and mobile phones to easily find locations, plan routes, and inquire about the required traffic. Information, so more and more various geographic data emerge.

Crowdsourcing Geographic Data is a novel, small, and open source geographic data. Its data is uploaded by volunteers. It has the characteristics of large amount of data, good potential, rich information and low cost. It is also a hot spot in the field of Geographic Information Science at present.However, due to the open source nature of its data sources, its data quality is not authoritative enough, so its quality needs to be evaluated before it is used. OpenStreetMap is one of the applications of Crowdsourcing Geographic Data. Therefore, this paper takes OSM data set as the object to analyze the quality of the data of the public source.First, it introduces the research background and significance of the paper, summarizes the research status of the Crowdsourcing Geographic Data at home and abroad, and determines the research content and technical route of the paper. Secondly, we introduce OpenStreetMap, including its related technologies, and introduce three aspects of OSM data quality.Then, the quality analysis calculation model was put forward to establish three different calculation models of data integrity, data positioning accuracy, and data attribute information integrity, and some comparative evaluation methods were proposed for the elements.Then, analyze the data quality of Nanjing OSM, introduce the selected sample areas, introduce the acquisition of the OSM data of Nanjing, select the Nanjing city downloaded from the OSM official website as the object data set for quality assessment, and select the map issued by the Nanjing Bureau of Surveying and Mapping and Baidu map as a reference data set. And use assessment methods to assess data integrity, location accuracy, and attribute integrity.Finally, it summarizes the research content of this article, summarizes the results, proposes deficiencies, and carries out a valuable outlook for the future. The experimental

results show that the quality of the OSM dataset location accuracy and the length of the line elements are relatively high, the quality of the line elements integrity and the surface area of the area are relatively average, and the aspect of the property integrity is relatively poor, with a large room for growth.

Key words:Crowdsourcing Geographic Data;Data quality;Nanjing;OpenStreetMap

目录

摘要 Ⅰ

2

Abstract Ⅱ

第一章 绪论 1

1.1课题研究背景及意义 1

1.2 国内外发展状况 2

1.3 研究内容 3

1.4 论文组织结构 3

第二章 OpenStreetMap概述 4

2.1 OSM介绍 4

2.1.1开放街道地图 4

2.1.2相关技术 4

2.2 OSM数据质量 5

2.2.1 数据完整性 6

2.2.2 位置精度 6

2.2.3 属性完整性 6

2.3 OSM数据下载 6

2.4 本章小结 7

第三章 OSM数据质量分析 8

3.1质量分析计算模型 8

3.1.1数据完整性 8

3.1.2数据定位精度 9

3.1.3数据属性信息完整性 9

3.2要素比对方法 9

3.2.1点要素比对 9

3.2.2线要素比对 10

3.2.3面要素比对 10

3.3 本章小结 11

第四章 南京市OSM数据质量分析 12

4.1 样区选取介绍 12

4.2 南京市数据下载 14

4.2.1南京市OSM数据下载 14

4.2.2参考地图数据选取 17

4.3数据的预处理 18

4.4 质量比对 20

4.4.1 POI定位精度比对 20

4.4.2属性完整性 22

4.4.3道路长度比对 22

4.4.4道路网完整度比对 23

4.4.5多边形面积比对 26

4.5评估结果 28

4.6 本章小结 29

第五章 总结与展望 30

5.1总结 30

5.2展望 30

文献引用 32

致谢 34

第一章 绪论

1.1课题研究背景及意义

近几年来，网络技术越来越多的应用促进了大数据的出现，不断加快的生活节奏使得信息传输速度必须随之加快，伴随而来的是大量新颖的定位系统与设备的出现。这些现象的产生给地理信息世界带来了重大的变化，尤其是在地理信息的获取和应用方式上，从而促使了众源地理数据的产生。^[1]

众源地理数据是指由大众采集并向大众提供的开放地理空间数据。^[2]众源即是允许通过公众的力量达成目标，这些目标原先是由少量的专业人员完成的。众源地理数据就是在“众源”的理念上产生的。^[3]跟传统地理信息数据对比，众源地理数据具备着数据量大、来源广、成本低廉等优势，因此也成为最近几年地理信息科学研究领域的热点之一。在探讨众源地理空间数据的处理方法和应用模式时，对众源地理空间数据进行质量分析是需要研究的首要问题。^[5]

自发式地理信息（Volunteered Geographic Information），简称VGI，是一种利用某些工具来建立与传播单个用户自愿上传提供的地理空间数据，是一种新颖的收集地理信息数据的方法。由于数据全由个人选择提供，使得数据采集的全面性扩大，并使得地理空间数据的传播更加自由、方便。目前比较成功的VGI平台有 OpenStreetMap(OSM)、Google Map Marker、维基地图^[6]。

OSM地图自年出现至今，已经拥有越来越多的用户，仅截至到2013年统计的数据就己经达到一百万，^[7]且其中约30%的用户至少都在地图中提供了一个准确的地点，甚至美国苹果公司都将OSM地图嵌入iPhone中，成为苹果公司的地图数据源之一^[8]。

OSM地图的优点主要体现在三个方面：第一，用户可以免费使用OSM地图数据；第二，可覆盖全球范围的地理数据；第三，数据更新速度快，体别在发生自然灾害或其他紧急情况的时候可以快速地建立可靠的地理数据。^[5]但由于众源地理数据存在着来源不明、质量信息不足、质量信息不精确等问题，在实际应用众源地理数据前必须对其建立质量分析模型和评价方法，从而对其进行数据质量评估^[9]。

1.2 国内外发展状况

到目前为止，许多的国外学者研究对欧洲地区及部分亚洲地区的开放街道地图（OpenStreetMap）进行了数据质量的研究，在质量评估模型上颇有建树，提出了很多可行的方案^[10-11]。

起初，众源地理数据并不被人所认可，不少学者对其数据质量有疑问^[12]。第一个评估地理数据质量的方法是2007年Craglia提出的，其方法是将众源地理数据的实际应用与部分权威数据源进行比对，使用量化分析得到众源数据的质量。该方法是目前为止最具有权威性与可操性的方法之一。其后，Ather于2009年以OSM数据集为对象对众源地理数据进行分析^[13]，同年学者Haklay以英国测量局的测量数据集为参考数据集对英国的OSM数据集进行了质量比对^[15]。在他的实验中，位置精度比对主要是使用建立缓冲区的方法^[20]，完整性比对主要是使用网格式的方法来区分线要素，通过产生多个实验样区来比对单位面积内两个不同数据集内线要素的总长度。Ciepluch对爱尔兰的OSM地图进行了质量评估，在完整性、准确性和及时性三个方面进行评估，并使用bing地图与谷歌地图作为参考源^[16]。在比较德国的众源地理数据时，NEIS使用了Tele Atlas地图，方法是将数据采用网格划分为单位面积1平方公里的数据，以便计算总长度^[17]。而对于法国数据源的质量评估是由Girres提供的，Girres拓展使用了Hakayle的方法，选择一种可分析大型地理信息数据集的方法，并有其自己的体系，如评估精度方面选用了Hausdorff距离和平均距离的方法^[18]。Forghani使用的方法有最小几何边界，方向分布，标准偏差椭圆，道路长度等，对伊朗的地理数据质量进行研究，是目前为止提出线要素评估方法最全面的^[19]。

国内方面，王明研究评估了湖北武汉市城市地区的OSM数据质量，并设计了相应的数据质量评估模型，包括完备性、属性精度和定位精度三个方面的质量评估模型^[21]。周平平在他的研究中对邯鄰、兰州、南通三个地区进行地理数据质量评估，建立了四个数据质量评估模型，分别为属性精度、线完整度、几何精度和逻辑一致性^[22]。

与国外的研究相比而言，国内对于OpenStreetMap的研究才略有起色，所以有较大的上升空间。

1.3 研究内容

本文是对南京地区OSM数据质量进行分析，通过在南京市地图OSM数据集里选取特征区域（如主城区、郊区等），采样不同的坐标点，以及对比与参考地图数据吻合度，实现几何精度的评价。同时采用类似的方法对属性完整性进行评价，从而实现对OSM地图数据质量分析。根据评估结果，分析该数据集的质量及其可用性。研究内容如下：

1. 几何精度评价：主要包含特征区域内标志性POI坐标点的位置精度等；
2. 属性完整性评价：主要包含特征区域内标志性POI点，线要素，面要素的属性完整性精度等；
3. 数据完整性评价：主要包含特征区域内标志性的河流流向，点与点、线与线、面与面重叠情况等。

1.4 论文组织结构

本文的组织结构介绍：

1. 首先介绍本文的研究背景、意义，接着归纳汇总国内外对开放街道地图的研究成果，最后提出本文的研究内容。
2. 第二章，开始先介绍什么是OpenStreetMap，包含其使用的相关技术，其次介绍OSM数据质量包含的三个方面，最后对本章进行总结。

第三章，主要是提出质量分析计算模型，建立数据完整性、数据定位精度、数据属性信息完整性三个不同的计算模型，接着对要素提出对比评估方法。

第四章，对南京市OSM数据质量进行分析，首先介绍选取的样区，接着介绍南京市OSM数据的获取，选择在OSM官网上下载的南京市作为质量评估的对象数据集，选择南京市测绘局发布的地图与百度地图作为参考数据集。接着使用评估方法对数据完整性、位置精度以及属性完整性进行评估。

第五章，总结本文的研究内容，归纳成果，提出不足，并对未来的OSM质量评估研究进行一个有价值的展望。

第二章 OpenStreetMap概述

2.1 OSM介绍

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