OpenStreetMap-Karten mit nik4

Es empfiehlt sich, für die Arbeiten zunächst ein eigenes Verzeichnis anzulegen. Hier kommt ~/maptest zum Einsatz.

$ mkdir ~/maptest
$ cd ~/maptest

Nun muss das OpenStreetMap-Kartenmaterial heruntergeladen werden. Das Material steht auf diversen Spiegelservern sowohl im alten XML-basierten OSM- als auch im neueren binären PBF-Format zur Verfügung. PBF ist erheblich platzsparender und daher empfohlen. Wie zuletzt auch sollte man lediglich den Teil des OSM-Planeten herunterladen, den man auch annähernd benötigt, da sich alle Prozesse sonst erheblich in die Länge ziehen können. Hier wird die Nordrhein-Westfalen-Karte von Geofrabrik benützt.

$ wget http://download.geofabrik.de/europe/germany/nordrhein-westfalen-latest.osm.pbf

Die nun folgenden Vorbereitungen erscheinen auf den ersten Blick ziemlich umfangreich. Das ist ein wohl auch nicht ganz abwegiger Eindruck, der schwerlich von der Hand zu weisen ist. Auf der anderen Seite muss man all diese Programminstallationen nur ein einziges Mal vornehmen, später kann man sich dann auf aktuelle Versionen des Kartenmaterials beschränken bzw. sogar einfach nur mit dem vorhandenen Kartenmaterial unterschiedliche Gebiete rendern.

Während dieser umfangreiche Download läuft, können die übrigen Voraussetzungen erfüllt werden. Benötigt werden eine PostgreSQL-Datenbank mit PostGIS- und seit neustem auch HStore-Erweiterung; zumindest unter ArchLinux ist „postgis“ als eigenständiges Paket verfügbar und nicht im Paket „postgresql“ enthalten. Die Installation von PostgreSQL soll hier nicht dokumentiert werden, für ArchLinux-Nutzer empfiehlt sich ein Blick in das ArchWiki. Nach der Installation muss zunächst die Konfiguration angepasst werden. Dazu die Datei /var/lib/postgres/data/postgresql.conf bearbeiten und folgende Werte setzen:

work_mem=16MB
maintenance_work_mem=128MB

Die Werte dürfen auch größer ausfallen, wenn ausreichend Arbeitsspeicher vorhanden ist; sie wurden diesem Konfigurationsvorschlag entnommen. Je größer sie sind, desto schneller wird der Import und die Abfrage der OpenStreetMap-Daten vonstatten gehen. Derselbe Artikel empfiehlt auch die Aktivierung der Kernel-Funktion overcommit_memory, die wie folgt erfolgt:

# sysctl -w vm/overcommit_memory=1

PostgreSQL (neu) starten:

# systemctl restart postgresql

Danach eine Datenbank mit dem Namen gis anlegen und einem Nutzer zuordnen:

$ sudo su - postgres
Passwort:
$ psql

CREATE USER quintus WITH PASSWORD 'geheimespasswort';
CREATE DATABASE gis WITH OWNER quintus;

Der Datenbankname gis ist zwingend, wenn man wie unten noch erwähnt den OpenStreetMap-Standard-Kartenstil benutzen will, der diesen Datenbanknamen (leider) hardkodiert enthält.

In die erstellte Datenbank wechseln und die PostGIS- und HStore-Erweiterungen aktivieren:

$ psql gis

CREATE EXTENSION hstore;
CREATE EXTENSION postgis;

Shell für den Nutzer postgres wieder verlassen.

$ exit

Weiter werden das Herzstück des OpenStreetMap-Projekts, Mapnik, und ein Skript zum Import der OpenStreetMap-Daten in die PostgreSQL/PostGIS-Datenbank, osm2pgsql, benötigt. Mapnik ist in den ArchLinux-Repositorien enthälten, osm2pgsql im AUR (osm2pgsql-git), beides sollte jetzt installiert werden. Andere Distributionen haben möglicherweise beides in den Repositories; zu achten ist unbedingt darauf, dass Mapnik in einer Version größer 2 zum Einsatz kommt, da mit dieser Veröffentlichung diverse Inkompatbilitäten zum alten 0.x-XML-Format eingeführt wurden.

Da es in diesem Artikel darum geht, mit dem Standard-OpenStreetMap-Stil zu rendern, wird derselbe ebenfalls benötigt. Er kann per Git heruntergeladen werden:

$ git clone git://github.com/gravitystorm/openstreetmap-carto.git

Nachdem also alles installiert ist und der Download der PBF-Daten abgeschlossen ist, kann man das OpenStreetMap-Kartenmaterial in die PostgreSQL-Datenbank importieren. Dazu dient das Programm osm2pgsql, welches anhand einer .style-Datei entscheidet, welche Daten aus den Unmengen an Informationen, die in den OpenStreetMap-Materialien stecken, in die Datenbank zu importieren sind. Der Aufruf erfolgt wie folgt:

$ osm2pgsql --database gis --create --slim \
  --cache 1000 --number-processes 3 --hstore \
  --style openstreetmap-carto/openstreetmap-carto.style \
  --multi-geometry \
  nordrhein-westfalen-latest.osm.pbf

Eine umfangreiche Erklärung der einzelnen Parameter befindet sich in diesem Artikel. Es empfiehlt sich, --number-processes so anzupassen, dass die maximale Anzahl an CPU-Kernen verwendet wird, da dies den Importvorgang erheblich beschleunigt. Die Dateien openstreetmap-carto/openstreetmap-carto.style und nordrhein-westfalen-latest.osm.pbf wurden während der Vorbereitungen bereits heruntergeladen und bedürfen hier daher keiner weiteren Erläuterung.

Der Import solcher Datenmengen dauert etwa eineinhalb Stunden.

Neben dem eigentlichen Kartenmaterial verarbeitet Mapnik auch sog. Shapefiles. Dabei handelt es sich vornehmlich um Küstenlinien. Das Skript zum Herunterladen der Shapefiles war früher ja defekt, ist aber mittlerweile repariert worden. Es genügt nunmehr, das Skript auszuführen, das die für den Standardkartenstil von OpenStreetMap benötigten Shapefiles herunterlädt:

$ cd openstreetmap-carto
$ ./get-shapefiles.sh
$ cd ..

Auch hier werden nicht unwesentliche Datenmengen heruntergeladen.

Nun geht es um das eigentliche Rendern der Karten. Zunächst wird das CartoCSS des OpenStreetMap-Projekts in Mapnik-XML übersetzt:

$ cd openstreetmap-carto
$ ../carto/bin/carto project.mml > openstreetmap-carto.xml
$ cd ..

Das dauert etwas länger, ca. 5 Minuten. Danach kann Nik4 aufgerufen werden, um etwa eine Karte der Kreisstadt Unna im A4-Format zu erzeugen:

$ nik4.py -s 5000 --ppi 300 -a 4 \
  -c 7.6867 51.5357 --margin 10 \
  openstreetmap-carto/osm-carto.xml print.png

Das ergibt eine Karte im Maßstab 1:5000, die bei einer Druckauflösung von 300 DPI auf einem A4-Blatt das gesamte Blatt einnimmt, aber runderherum 10mm Rand lässt. -c 7.6867 51.5357 gibt die Kartenmitte in Form einer Längen- und Breitengradangabe an. Es ist darauf zu achten, dass die Längengradangabe zuerst kommt: Vertauscht man Längen- und Breitengradreihenfolge, erzeugt man nur leere Karten. Herausfinden kann man diese Angaben ganz bequem, indem man die Karte auf https://www.openstreetmap.org aufruft, den gewünschten Ort ansteuert und die „Teilen“-Funktion auswählt. Dort hat man die Möglichkeit, einen Marker auf der Karte zu platzieren. Diesen stellt man dorthin, wo sich die spätere Kartenmitte befinden soll, anschließend kann man die Koordinaten in dem Feld „Geo-URI“ ablesen (die Zoom-Stufe, z, ist unerheblich; nik4 berechnet den korrekten Zoom aus der Angabe der Papiermaße, der gewünschten DPI, Skalierung und Ränder).

300 DPI ist noch ein relativ mittelmäßiger Wert. Viele Drucker sind auch in der Lage, wenigstens 600 DPI zu drucken, was auch tatsächlich in einem wahrnehmbar größeren Detailreichtum auf der Karte resultiert und daher sehr empfehlenswert ist; der Parameter --ppi ist dementsprechend anzupassen. Mein eigener Drucker vermag laut Eigenwerbung sogar 2400 DPI zu drucken, allerdings ist Mapnik beim Rendering eines solch großen Bildes abgestürzt. Es gibt allerdings wohl eine Möglichkeit, dies mit der Option --tiles trotzdem durchzuführen; allerdings entstehen dann Einzelbilder, die ihrerseits wieder erst per Imagemagick zusammengebaut werden müssen.

Das Ergebnis sieht dann so aus wie dieses Bild (Zentrum der Kreisstadt Unna bei 300 DPI). Den Copyright-Hinweis verlangen die Lizenzbedingungen, man kann ihn leicht mithilfe des GIMPs hinzufügen.