Как использовать GraphHopper для построения пешеходных маршрутов по собственным правилам

Построение маршрутов..., люди регулярно этим пользуются, особенно для автомобильных маршрутов, в навигаторах.

Решений, для построения маршрута тоже немало, в том числе существует GraphHopper ^[1], который умеет строить маршруты, и для автомобилей, и для пешеходов, и даже для пешего туризма, - подойдёт, наверно, в 99% случаев.

Далее речь пойдёт том, что делать в остальных ситуациях, точнее о моём опыте использования GraphHopper, когда существующее решение не подходило. Требовалось учитывать дополнительные ограничения: строить пешеходные маршруты для людей с ограниченными возможностями. Не будет ни каких значимых особенностей реализации именно этой задачи. Обобщённо.

Будет описано, как создать на основе библиотеки GraphHopper свой веб–сервис, который, по координатам начала и окончания пути, вернёт массив координат маршрута.

Пример приложения, со всеми необходимыми для запуска заглушками, можно найти в моём репозитории на GitHub ^[2].

GraphHopper - механизм маршрутизации, написанный на Java. Выпущен под лицензией Apache, и может быть встроен в продукты с закрытым исходным кодом.

Статьи подобного толка на хабре встречаются, например, Гуляем по городу с умом ^[3], но в ней не приводится деталей реализации, к сожалению, и… ну и всё.

Также в публикации Новости из мира OpenStreetMap № 512 (05.05.2020-11.05.2020) ^[4], была новость следующего содержания:

Разработчики GraphHopper ждут наших с вами комментариев, так как они ввели новую функцию, позволяющую даже людям без знания программирования или Java изменять модель построения маршрутов.

Наверно, эта новая функция покроет ещё 0.99% возможных ситуаций, вероятно подойдёт и для Вашей задачи, знания Java не потребуются, и вообще проблем не возникнет. Я расскажу, а своём опыте создания правил построения маршрутов, когда этой функции не было, а до её создания оставалось 2 года.

Понадобятся знания Java.

Считаю, что публикация всё ещё актуальна, ибо:

• ничто не может сравниться по гибкости и податливости с возможностью изменения исходного кода

• GraphHopper работает на данных OSM, а Вам могут потребоваться правила, не предусмотренные OSM. Например, вы можете строить маршруты по закрытым дорогам, их закрытость очевидна из OSM. Вот только надо учесть цветовую дифференциации штанов. А ездить по зимникам в летнее время года я крайне не рекомендую, здесь может потребоваться проверка даты.

Решение

В статье используется версия библиотеки GraphHopper 0.10.0, актуальная на момент создания приложения.

Для начала подключаем библиотеку.

Maven:

<dependency>
	<groupId>com.graphhopper</groupId>
	<artifactId>graphhopper-reader-osm</artifactId>
	<version>0.10.0</version>
</dependency> 

Исходный код GraphHopper, в том числе этой библиотеки, выложен на github. Так же там есть некоторая документация, например How to create new routing profile aka a new FlagEncoder? ^[5] которая, как бы намекает, что нам необходимо создавать совой FlagEncoder. Уже существующие FlagEncoder, находятся в пакете com.graphhopper.routing.util, нас особо интересуют FootFlagEncoder, т.к. он занимается построением именно пешеходных маршрутов, и AbstractFlagEncoder, как его родительский класс.

Отправной точкой для постижения GraphHopper (актуальной версии) может стать вот эта страница GraphHopper Documentation ^[6] и пример RoutingExample.java ^[7].

Создаём FlagEncoder

Имеет смысл, либо унаследовать свой FlagEncoder от AbstractFlagEncoder, частично повторив FootFlagEncoder и внеся изменения куда следует, либо сразу от FootFlagEncoder, что избавит от дублирования кода. Мне больше подходит наследование от AbstractFlagEncoder и копирование кода FootFlagEncoder, ибо требуется доступ к полям, которые в FootFlagEncoder приватны.

Магия построения графа путей сосредоточена в методе acceptWay, который принимает поочерёдно объекты дорог - ReaderWay и решает пригодна эта дорога для прохода/проезда или нет. Определение пригодности это уже прерогатива FlagEncoder. Я передаю во FlagEncoder список дорог, по которым ходить нельзя. Необходимо чтобы метод acceptWay, натолкнувшись на эту дорогу сказал своё твёрдое нет – вернув 0.

Список назовём restricted, и хранить он будет id объекта way из OSM.

public class MyFlagEncoder {

	…
	
	private List<Long> restricted;
	
	@Override
	public long acceptWay(ReaderWay way) {
        if (restricted.contains(way.getId()))
            return 0;
        …
	}
	
	…
	
}

У нас запретительный подход, если объект оказался в списке, то выполнение прерываем, вернув 0.

Предварительная подготовка данных

Написав FlagEncoder, и переделав в нём всё что хотели, можно приступать к построению графа маршрутов.

Я черпал вдохновение в документации Routing via Java API ^[8].

GraphHopper closableInstance = new GraphHopperOSM().setOSMFile(osmFilePath).forServer();
closableInstance.setStoreOnFlush(true);
closableInstance.setGraphHopperLocation(graphFolder);
closableInstance.setEncodingManager(new EncodingManager(encoder));
closableInstance.setCHEnabled(false);

GraphHopper hopper = closableInstance.importOrLoad();

Здесь

• osmFilePath - путь к pbf-файлу региона, pbf можно взять например на geofabrik ^[9], или других порталов, это срез данных из OSM;

• encoder – объект интересующего нас FlagEncoder, например того, который мы сами и создали на предыдущем шаге;

• graphFolder – директория куда будут сохранены результаты построения.

Метод importOrLoad проведёт построение графа, в соответствии с правилами из FlagEncoder, и сохранит результат в указанную папку.

Строим маршрут

Нужно обратиться к следующей части документации GraphHopper: Low level API ^[10].

Предварительно созданные графы можно загрузить всё тем же методом importOrLoad.

GraphHopper closableInstance = new GraphHopperOSM().
	setOSMFile(pbfFile).
	forServer().
	setStoreOnFlush(true).
	setGraphHopperLocation(graphFolder).
	setEncodingManager(new EncodingManager(encoder)).
	setCHEnabled(false);
GraphHopper hopper = closableInstance.importOrLoad();

Затем создать объект класса LocationIndex:

GraphHopperStorage graph = hopper.getGraphHopperStorage();
LocationIndex index = new LocationIndexTree(graph, new RAMDirectory());
index.prepareIndex();

Для построения маршрута нам потребуются объекты трёх классов: GraphHopperStorage, FlagEncoder, LocationIndex.

Используем их следующим образом, результатом будет List<Double[]>:

QueryResult fromQR = index.findClosest(fromLon, fromLat, EdgeFilter.ALL_EDGES);
QueryResult toQR = index.findClosest(toLon, toLat, EdgeFilter.ALL_EDGES);

QueryGraph queryGraph = new QueryGraph(graph);

// Получить координаты пути
queryGraph.lookup(fromQR, toQR);
Dijkstra dij = new Dijkstra(queryGraph, new FastestWeighting(encoder), TraversalMode.NODE_BASED);
Path path = dij.calcPath(fromQR.getClosestNode(), toQR.getClosestNode());

PointList pl = path.calcPoints();
return pl.toGeoJson();

Заключение

Реализация получилась примитивной т.к. основана на проверке (в методе acceptWay) попадания объекта в заранее составленный (или полученный всеми правдами и неправдами) список:

if (restricted.contains(way.getId()))
	return 0;

Гораздо правильнее было сделать что-то подобное коду, основанному на проверке значений тегов из OSM, как здесь:

if (way.hasTag("foot", intendedValues)) {
	return acceptBit;
}

Если у Вас есть возможность, для своей задачи, использовать второй вариант, основанный на проверке тегов – лучше предпочесть его. Это ни как не помешает подмешать туда и дополнительную логику, не вписывающуюся в этот подход.

Удачи!

Автор: Иван Ткаченко

Источник ^[11]