如何从 OSRM 解码编码折线并绘制路线几何图形？

Question

我正在使用 OSRM（OpenStreetMap 路由机）的实例来评估不同点的距离和时间。使用 API，我可以检索我想要和需要的信息，尤其是作为折线的真实路线。

直到今天，我一直在起点和终点之间绘制直线。

segments(
         lon_patient,lat_patient,lon_lieu,lat_lieu,col = transp_time,lwd = 3
         )

现在我想绘制折线。但它是编码的 (https://github.com/Project-OSRM/osrm-backend/wiki/Server-api#response-2)。怎么画？

谢谢！

Answer 1

实现此目的的一种（快速）方法是从 mapbox github repo 下载 polyline.js 文件，然后使用 V8 包为您完成艰苦的工作：

library(V8)

ctx <- new_context()
ctx$source("polyline.js")
ctx$call("polyline.decode", "_p~iF~ps|U_ulLnnqC_mqNvxq`@")

##        [,1]     [,2]
## [1,] 38.500 -120.200
## [2,] 40.700 -120.950
## [3,] 43.252 -126.453

它返回一个您应该能够使用的纬度/经度对矩阵。

不过，从长远来看，纯 R/Rcpp 答案会更好。

更新

有一个！这来自：https://gist.github.com/diegovalle/916889（我添加了requires 并结合了一些冗长的0 分配）：

DecodeLineR <- function(encoded) {
  require(bitops)
  require(stringr)
  len = str_length(encoded)
  encoded <- strsplit(encoded, NULL)[[1]]
  index = 1
  N <- 100000
  df.index <- 1
  array = matrix(nrow = N, ncol = 2)
  lat <- dlat <- lng <- dlnt <- b <- shift <- result <- 0

  while(index <= len) {

    shift <- result <- 0

    repeat {
      b = as.integer(charToRaw(encoded[index])) - 63
      index <- index + 1
      result = bitOr(result, bitShiftL(bitAnd(b, 0x1f), shift))
      shift = shift + 5
      if(b < 0x20) break
    }
    dlat = ifelse(bitAnd(result, 1),
                 -(result - (bitShiftR(result, 1))),
                 bitShiftR(result, 1))
    lat = lat + dlat;

    shift <- result <- b <- 0

    repeat {
      b = as.integer(charToRaw(encoded[index])) - 63
      index <- index + 1
      result = bitOr(result, bitShiftL(bitAnd(b, 0x1f), shift))
      shift = shift + 5
      if(b < 0x20) break
    }
    dlng = ifelse(bitAnd(result, 1),
                  -(result - (bitShiftR(result, 1))),
                  bitShiftR(result, 1))
    lng = lng + dlng

    array[df.index,] <- c(lat = lat * 1e-05, lng = lng * 1e-5)
    df.index <- df.index + 1
  }

  ret <- data.frame(array[1:df.index - 1,])
  names(ret) <- c("lat", "lng")
  return(ret)
}

DecodeLineR("_p~iF~ps|U_ulLnnqC_mqNvxq`@")

##      lat      lng
## 1 38.500 -120.200
## 2 40.700 -120.950
## 3 43.252 -126.453

这将为您提供数据框与矩阵。并且是纯 R。不确定哪个会更快（如果需要速度）。

更新 #2

这里还有另一种纯 R 实现：http://s4rdd.blogspot.com/2012/12/google-maps-api-decoding-polylines-for.html，它比上面的要快得多（请参阅下面的基准测试）。

decodeLine <- function(encoded){
  require(bitops)

  vlen <- nchar(encoded)
  vindex <- 0
  varray <- NULL
  vlat <- 0
  vlng <- 0

  while(vindex < vlen){
    vb <- NULL
    vshift <- 0
    vresult <- 0
    repeat{
      if(vindex + 1 <= vlen){
        vindex <- vindex + 1
        vb <- as.integer(charToRaw(substr(encoded, vindex, vindex))) - 63  
      }

      vresult <- bitOr(vresult, bitShiftL(bitAnd(vb, 31), vshift))
      vshift <- vshift + 5
      if(vb < 32) break
    }

    dlat <- ifelse(
      bitAnd(vresult, 1)
      , -(bitShiftR(vresult, 1)+1)
      , bitShiftR(vresult, 1)
    )
    vlat <- vlat + dlat

    vshift <- 0
    vresult <- 0
    repeat{
      if(vindex + 1 <= vlen) {
        vindex <- vindex+1
        vb <- as.integer(charToRaw(substr(encoded, vindex, vindex))) - 63        
      }

      vresult <- bitOr(vresult, bitShiftL(bitAnd(vb, 31), vshift))
      vshift <- vshift + 5
      if(vb < 32) break
    }

    dlng <- ifelse(
      bitAnd(vresult, 1)
      , -(bitShiftR(vresult, 1)+1)
      , bitShiftR(vresult, 1)
    )
    vlng <- vlng + dlng

    varray <- rbind(varray, c(vlat * 1e-5, vlng * 1e-5))
  }
  coords <- data.frame(varray)
  names(coords) <- c("lat", "lon")
  coords
}

这是由https://mapzen.com/documentation/mobility/decoding/ 提供的 Rcpp/C++11 版本：

#include <Rcpp.h>
#include <vector>

using namespace Rcpp;

// [[Rcpp::plugins(cpp11)]]

// [[Rcpp::export]]
DataFrame decode_polyline(const std::string& encoded) {
  size_t i = 0;     // what byte are we looking at

  constexpr double kPolylinePrecision = 1E6;
  constexpr double kInvPolylinePrecision = 1.0 / kPolylinePrecision;

  auto deserialize = [&encoded, &i](const int previous) {
    int byte, shift = 0, result = 0;
    do {
      byte = static_cast<int>(encoded[i++]) - 63;
      result |= (byte & 0x1f) << shift;
      shift += 5;
    } while (byte >= 0x20);
    return previous + (result & 1 ? ~(result >> 1) : (result >> 1));
  };

  std::vector<double> lonv, latv;
  int last_lon = 0, last_lat = 0;
  while (i < encoded.length()) {
    int lat = deserialize(last_lat);
    int lon = deserialize(last_lon);

    latv.emplace_back(static_cast<float>(static_cast<double>(lat) * kInvPolylinePrecision));
    lonv.emplace_back(static_cast<float>(static_cast<double>(lon) * kInvPolylinePrecision));

    last_lon = lon;
    last_lat = lat;
  }

  return DataFrame::create(_["lon"] = lonv, _["lat"] = latv);
}

将其保存到polyline.cpp，然后：

Rcpp::sourceCpp("polyline.cpp")

那么你可以：

decode_polyline("_p~iF~ps|U_ulLnnqC_mqNvxq`@")
##        lon    lat
## 1 -120.200 38.500
## 2 -120.950 40.700
#3 3 -126.453 43.252

基准测试

我将这两个 R 函数引入全局环境，并为 javascript 和 C++ 实现做了 js 和 C++ 等效项。

无论我使用什么微基准测试参数，DecodeLineR 的最大值都相当“外在”。 decodeLine() 纯 R 版本的性能似乎足以保证不会产生 V8 或 Rcpp/C++11 依赖项，而是 YMMV。

最终更新（MOAR 基准）

我将googleway::decode_pl() 函数合并到新的基准测试中，并使用了更长的折线。基准代码在下面，新图在下面。

library(microbenchmark)
library(Rcpp)
library(inline)
library(V8)
library(googleway)
library(ggplot2)

sourceCpp("polyline.cpp")

ctx <- v8()
ctx$source("polyline.js")

source("DecodeLineR.R")
source("decodeline.R")

line_str <- "{ae{HntiQtCcDzG_I|^uc@rFgHhC{CxAiA~AaA~BkAvB}A|F_G|AgBbBkCtAwCd@sA|BoIVw@Pc@|@gBt@}@|@y@lCwBvA_B`@k@~@aBt@iBlAaE~@oEp@sDX{BP_BJaDAcEIeCe@gHo@yMUaEk@uDm@iD]mCAwBNsDXyDL}@nByIZyCt@cLr@gNB_ABoEAkFJmDTkBVeAZ_Af@gAnDwF|@gBbAoChHgUPWlAT`@B|@GbE_@dAW`Cu@vBe@tDs@xD{@`Bg@bBq@hBaAtB}@dCi@bF}@jBg@pBeAj@SNE\\C^@\\DbAZ`Ah@~C`A\\H|ALzAFLA^Gl@UdBgAjBaBZSh@Qz@MjD_@`FoAtCa@j@Ez@DxE|@xF\\nBP~@TxHvBf@Tb@\\pBvC\\^`@XxAf@fBT|BDfAIr@MfBe@rBa@rBMvBYxBg@xA_@^Ir@@NF|@l@nBfAjAj@dBV`Bb@lBbAbB~ALPhC`FV`@n@z@^VNBX?LGZa@d@eAp@qAt@Sx@Cz@G\\IZOhCcBb@c@T]jA_CrE_HfEiFz@}@p@k@|@o@`C{A`A{@rBwBx@oAbByCp@wArAoDLWxA}BhAcBjAqAlAiB~AaDr@sBp@{CD[TkC^}FZyD^oCx@gF`@qAh@kAz@yAtAgBpD_E|JoKdDuEjBcCfC{ExCqGdAgBlBuBrAyBpEkIpEsI\\]^YbAg@|GaBzKeEfBe@lCW`AQr@U|A_AtAkAhDyCpAeA|Aq@`EeCrDgBvA{@tD}C`BmAzBm@t@QvAQxBOl@Q~Ai@~BsAlCcB"

microbenchmark(
  googleway = decode_pl(line_str),
  rcpp = decode(line_str),
  js = ctx$call("polyline_decode", line_str),
  DecodeLineR = DecodeLineR(line_str),
  decodeLine = decodeLine(line_str),
  control=list(warmup=50),
  times=1000
) -> mb

mb
## Unit: microseconds
##         expr      min         lq       mean    median        uq        max neval cld
##    googleway  404.322   471.8475   817.8312   526.270   579.095 135564.973  1000 a  
##         rcpp  253.062   302.9550   363.9325   359.765   401.054    831.699  1000 a  
##           js 2793.677  3099.3390  3359.6190  3219.312  3427.636  15580.609  1000  b 
##  DecodeLineR 9366.714  9656.4140 12029.3991 10128.676 12570.216 181536.940  1000   c
##   decodeLine 9907.869 10218.0465 11413.5732 10655.949 11491.305 150588.501  1000   c

update_geom_defaults("violin", list(fill="maroon"))

autoplot(mb) +
  scale_y_log10(name="Time [microseconds]", label=scales::comma) +
  hrbrmisc::theme_hrbrmstr(grid="X")