osm.c

   1 /*
   2  *      Hic Est Leo -- OSM Data Representation
   3  *
   4  *      (c) 2014 Martin Mares <mj@ucw.cz>
   5  */
   6
   7 #include <ucw/lib.h>
   8 #include <ucw/gary.h>
   9 #include <ucw/mempool.h>
  10 #include <ucw/stkstring.h>
  11 #include <ucw/strtonum.h>
  12
  13 #include <stdarg.h>
  14 #include <stdio.h>
  15
  16 #define ACCEPT_USE_OF_DEPRECATED_PROJ_API_H
  17 #include <proj_api.h>
  18
  19 #include "leo.h"
  20 #include "osm.h"
  21
  22 struct osm *osm_this;
  23
  24 /*** Generic objects ***/
  25
  26 struct osm_id_to_obj {
  27   osm_id_t id;
  28   struct osm_object *o;
  29 };
  30
  31 #define P(x) [OSM_TYPE_##x] = #x,
  32 const char * const osm_obj_type_names[OSM_TYPE_MAX] = {
  33   [OSM_TYPE_INVALID] = "Invalid",
  34   [OSM_TYPE_NODE] = "Node",
  35   [OSM_TYPE_WAY] = "Way",
  36   [OSM_TYPE_RELATION] = "Relation",
  37   [OSM_TYPE_MULTIPOLYGON] = "Multipolygon",
  38 };
  39 #undef P
  40
  41 #define HASH_NODE struct osm_id_to_obj
  42 #define HASH_PREFIX(x) osm_id_hash_##x
  43 #define HASH_KEY_ATOMIC id
  44 #define HASH_ATOMIC_TYPE osm_id_t
  45 #define HASH_WANT_FIND
  46 #define HASH_WANT_LOOKUP
  47 #define HASH_TABLE_VARS struct mempool *pool;
  48 #define HASH_USE_POOL table->pool
  49 #define HASH_ZERO_FILL
  50 #define HASH_TABLE_DYNAMIC
  51 #include <ucw/hashtable.h>
  52
  53 osm_id_t osm_parse_id(const char *str)
  54 {
  55   uintmax_t id;
  56   const char *err = str_to_uintmax(&id, str, NULL, STN_WHOLE | STN_MINUS | 10);
  57   if (err || id != (osm_id_t)id)
  58     return OSM_INVALID_ID;
  59   else
  60     return id;
  61 }
  62
  63 struct osm_object *osm_obj_find_by_id(enum osm_object_type type, osm_id_t id)
  64 {
  65   ASSERT(type != OSM_TYPE_INVALID && type < OSM_TYPE_MAX);
  66   struct osm_id_to_obj *ii = osm_id_hash_find(osm_this->id_hash[type], id);
  67   return ii ? ii->o : NULL;
  68 }
  69
  70 static void *osm_obj_new(enum osm_object_type type, osm_id_t id, uns size)
  71 {
  72   ASSERT(type != OSM_TYPE_INVALID && type < OSM_TYPE_MAX);
  73   struct osm_id_to_obj *ii = osm_id_hash_lookup(osm_this->id_hash[type], id);
  74   if (ii->o)
  75     die("Id %ju for type %s defined twice", (uintmax_t) id, osm_obj_type_names[type]);
  76
  77   struct osm_object *o = mp_alloc_zero(osm_this->pool, size);
  78   clist_add_tail(&osm_this->obj_list[type], &o->n);
  79   osm_this->obj_cnt[type]++;
  80   o->type = type;
  81   o->id = id;
  82   clist_init(&o->tags);
  83   clist_init(&o->backrefs);
  84   ii->o = o;
  85   return o;
  86 }
  87
  88 void osm_ref_add(struct osm_object *parent, clist *list, struct osm_object *son, osm_val_t role)
  89 {
  90   ASSERT(parent != son);
  91
  92   struct osm_ref *ref = mp_alloc(osm_this->pool, sizeof(*ref));
  93   ref->o = son;
  94   ref->role = role;
  95   clist_add_tail(list, &ref->n);
  96
  97   struct osm_ref *backref = mp_alloc(osm_this->pool, sizeof(*ref));
  98   backref->o = parent;
  99   backref->role = 0;
 100   clist_add_tail(&son->backrefs, &backref->n);
 101 }
 102
 103 void osm_obj_dump(struct osm_object *o)
 104 {
 105   switch (o->type)
 106     {
 107     case OSM_TYPE_NODE:
 108       osm_node_dump((struct osm_node *) o);
 109       break;
 110     case OSM_TYPE_WAY:
 111       osm_way_dump((struct osm_way *) o);
 112       break;
 113     case OSM_TYPE_RELATION:
 114       osm_relation_dump((struct osm_relation *) o);
 115       break;
 116     case OSM_TYPE_MULTIPOLYGON:
 117       osm_multipolygon_dump((struct osm_multipolygon *) o);
 118       break;
 119     default:
 120       ASSERT(0);
 121     }
 122 }
 123
 124 void osm_obj_warn(struct osm_object *o, const char *mesg, ...)
 125 {
 126   va_list args;
 127   va_start(args, mesg);
 128   msg(L_WARN, "%s: %s", STK_OSM_NAME(o), stk_vprintf(mesg, args));
 129   va_end(args);
 130 }
 131
 132 /*** Tags ***/
 133
 134 struct dict osm_key_dict, osm_value_dict;
 135
 136 void osm_obj_add_tag_raw(struct osm_object *o, osm_key_t key, osm_val_t val)
 137 {
 138   struct osm_tag *t = mp_alloc(osm_this->pool, sizeof(*t));
 139   t->key = key;
 140   t->val = val;
 141   clist_add_tail(&o->tags, &t->n);
 142 }
 143
 144 void osm_obj_add_tag(struct osm_object *o, const char *key, const char *val)
 145 {
 146   osm_obj_add_tag_raw(o, osm_key_encode(key), osm_val_encode(val));
 147 }
 148
 149 osm_val_t osm_obj_find_tag(struct osm_object *o, osm_key_t key)
 150 {
 151   CLIST_FOR_EACH(struct osm_tag *, t, o->tags)
 152     if (t->key == key)
 153       return t->val;
 154   return 0;
 155 }
 156
 157 void osm_tag_dump(struct osm_tag *t)
 158 {
 159   printf("\t%s = %s\n", osm_key_decode(t->key), osm_val_decode(t->val));
 160 }
 161
 162 static const char * const osm_wk_keys[] = {
 163   NULL,
 164 #define P(x,y) [KEY_##x] = y,
 165 #include "dict-keys.h"
 166 #undef P
 167   NULL
 168 };
 169
 170 static const char * const osm_wk_values[] = {
 171   NULL,
 172 #define P(x,y) [VALUE_##x] = y,
 173 #include "dict-values.h"
 174 #undef P
 175   NULL
 176 };
 177
 178 static void osm_tag_init(void)
 179 {
 180   dict_init(&osm_key_dict, osm_wk_keys);
 181   dict_init(&osm_value_dict, osm_wk_values);
 182 }
 183
 184 /*** Nodes ***/
 185
 186 struct osm_node *osm_node_new(osm_id_t id)
 187 {
 188   struct osm_node *n = osm_obj_new(OSM_TYPE_NODE, id, sizeof(*n));
 189   return n;
 190 }
 191
 192 void osm_node_dump(struct osm_node *n)
 193 {
 194   printf("Node %ju: (%f,%f)\n", (uintmax_t) n->o.id, n->x, n->y);
 195   CLIST_FOR_EACH(struct osm_tag *, t, n->o.tags)
 196     osm_tag_dump(t);
 197 }
 198
 199 void osm_node_dump_all(void)
 200 {
 201   printf("Known nodes:\n");
 202   CLIST_FOR_EACH(struct osm_node *, n, osm_this->obj_list[OSM_TYPE_NODE])
 203     osm_node_dump(n);
 204   putchar('\n');
 205 }
 206
 207 /*** Ways ***/
 208
 209 struct osm_way *osm_way_new(osm_id_t id)
 210 {
 211   struct osm_way *w = osm_obj_new(OSM_TYPE_WAY, id, sizeof(*w));
 212   clist_init(&w->nodes);
 213   return w;
 214 }
 215
 216 void osm_way_add_node(struct osm_way *w, struct osm_node *n)
 217 {
 218   osm_ref_add(&w->o, &w->nodes, &n->o, 0);
 219 }
 220
 221 void osm_way_dump(struct osm_way *w)
 222 {
 223   printf("Way %ju%s\n", (uintmax_t) w->o.id, (osm_way_cyclic_p(w) ? " (cyclic)" : ""));
 224   CLIST_FOR_EACH(struct osm_tag *, t, w->o.tags)
 225     osm_tag_dump(t);
 226   OSM_FOR_EACH_BEGIN(struct osm_node *, n, w->nodes)
 227     {
 228       printf("\tNode %ju\n", (uintmax_t) n->o.id);
 229     }
 230   OSM_FOR_EACH_END;
 231 }
 232
 233 void osm_way_dump_all(void)
 234 {
 235   printf("Known ways:\n");
 236   CLIST_FOR_EACH(struct osm_way *, w, osm_this->obj_list[OSM_TYPE_WAY])
 237     osm_way_dump(w);
 238   putchar('\n');
 239 }
 240
 241 bool osm_way_cyclic_p(struct osm_way *w)
 242 {
 243   struct osm_ref *first_ref = clist_head(&w->nodes);
 244   struct osm_ref *last_ref = clist_tail(&w->nodes);
 245   return (first_ref && last_ref &&
 246           first_ref != last_ref &&
 247           first_ref->o == last_ref->o);
 248 }
 249
 250 /*** Relations ***/
 251
 252 struct osm_relation *osm_relation_new(osm_id_t id)
 253 {
 254   struct osm_relation *r = osm_obj_new(OSM_TYPE_RELATION, id, sizeof(*r));
 255   clist_init(&r->members);
 256   return r;
 257 }
 258
 259 void osm_relation_add_member(struct osm_relation *r, struct osm_object *o, const char *role)
 260 {
 261   osm_ref_add(&r->o, &r->members, o, (role && role[0] ? osm_val_encode(role) : 0));
 262 }
 263
 264 void osm_relation_dump(struct osm_relation *r)
 265 {
 266   printf("Relation %ju\n", (uintmax_t) r->o.id);
 267   CLIST_FOR_EACH(struct osm_tag *, t, r->o.tags)
 268     osm_tag_dump(t);
 269   CLIST_FOR_EACH(struct osm_ref *, f, r->members)
 270     printf("\tRole %s: %s %ju\n", (f->role ? osm_val_decode(f->role) : "<none>"), osm_obj_type_names[f->o->type], (uintmax_t) f->o->id);
 271 }
 272
 273 void osm_relation_dump_all(void)
 274 {
 275   printf("Known relations:\n");
 276   CLIST_FOR_EACH(struct osm_relation *, r, osm_this->obj_list[OSM_TYPE_RELATION])
 277     osm_relation_dump(r);
 278   putchar('\n');
 279 }
 280
 281 /*** Multipolygons ***/
 282
 283 void osm_multipolygon_dump(struct osm_multipolygon *m)
 284 {
 285   printf("Multipolygon %ju\n", (uintmax_t) m->o.id);
 286   CLIST_FOR_EACH(struct osm_tag *, t, m->o.tags)
 287     osm_tag_dump(t);
 288   CLIST_FOR_EACH(struct osm_mpg_boundary *, b, m->boundaries)
 289     {
 290       printf("\tBoundary inner=%u\n", b->inner);
 291       CLIST_FOR_EACH(struct osm_ref *, f, b->nodes)
 292         printf("\t\tNode %ju\n", (uintmax_t) f->o->id);
 293     }
 294 }
 295
 296 void osm_multipolygon_dump_all(void)
 297 {
 298   printf("Known multipolygons:\n");
 299   CLIST_FOR_EACH(struct osm_multipolygon *, r, osm_this->obj_list[OSM_TYPE_MULTIPOLYGON])
 300     osm_multipolygon_dump(r);
 301   putchar('\n');
 302 }
 303
 304 static struct mempool *mpg_pool;
 305 static struct osm_multipolygon *mpg_current;
 306
 307 struct mpg_vertex {
 308   osm_id_t id;
 309   struct osm_object *o;
 310   clist edges;                  // of mpg_edge's
 311   bool visited;
 312 };
 313
 314 struct mpg_edge {
 315   cnode n;
 316   struct mpg_edge *twin;
 317   struct mpg_vertex *dest;
 318   bool used;
 319 };
 320
 321 #define HASH_NODE struct mpg_vertex
 322 #define HASH_PREFIX(x) mpg_vertex_hash_##x
 323 #define HASH_KEY_ATOMIC id
 324 #define HASH_ATOMIC_TYPE osm_id_t
 325 #define HASH_USE_POOL mpg_pool
 326 #define HASH_TABLE_ALLOC
 327 #define HASH_WANT_LOOKUP
 328 #define HASH_LOOKUP_DETECT_NEW
 329 #include <ucw/hashtable.h>
 330
 331 static void mpg_insert_way(struct osm_way *w)
 332 {
 333   struct mpg_vertex *prev = NULL;
 334   OSM_FOR_EACH_BEGIN(struct osm_node *, n, w->nodes)
 335     {
 336       int new = 0;
 337       struct mpg_vertex *v = mpg_vertex_hash_lookup(n->o.id, &new);
 338       if (new)
 339         {
 340           clist_init(&v->edges);
 341           v->visited = 0;
 342           v->o = &n->o;
 343         }
 344       if (prev)
 345         {
 346           struct mpg_edge *e1 = mp_alloc_zero(mpg_pool, sizeof(*e1));
 347           struct mpg_edge *e2 = mp_alloc_zero(mpg_pool, sizeof(*e2));
 348           e1->twin = e2;
 349           e1->dest = v;
 350           clist_add_tail(&prev->edges, &e1->n);
 351           e2->twin = e1;
 352           e2->dest = prev;
 353           clist_add_tail(&v->edges, &e2->n);
 354         }
 355       prev = v;
 356     }
 357   OSM_FOR_EACH_END;
 358 }
 359
 360 static void UNUSED mpg_dump(void)
 361 {
 362   printf("=== Multipolygon graph for relation %ju ===\n", (uintmax_t) mpg_current->o.id);
 363   HASH_FOR_ALL(mpg_vertex_hash, v)
 364     {
 365       printf("Vertex %ju\n", (uintmax_t) v->id);
 366       CLIST_FOR_EACH(struct mpg_edge *, e, v->edges)
 367         printf("\t-> %ju\n", (uintmax_t) e->dest->id);
 368     }
 369   HASH_END_FOR;
 370   puts("=== End ===");
 371 }
 372
 373 static void mpg_walk_boundary(struct osm_multipolygon *m, bool inner)
 374 {
 375   // FIXME: Replace by a better algorithm, which respects geometry
 376   // and is able to cope with higher degree vertices.
 377   HASH_FOR_ALL(mpg_vertex_hash, v)
 378     {
 379       if (!v->visited)
 380         {
 381           struct osm_mpg_boundary *b = mp_alloc(osm_this->pool, sizeof(*b));
 382           clist_add_tail(&m->boundaries, &b->n);
 383           b->inner = inner;
 384           clist_init(&b->nodes);
 385
 386           struct mpg_vertex *w = v;
 387           while (w && !w->visited)
 388             {
 389               w->visited = 1;
 390               struct osm_ref *f = mp_alloc(osm_this->pool, sizeof(*f));
 391               clist_add_tail(&b->nodes, &f->n);
 392               f->o = w->o;
 393               f->role = 0;
 394
 395               struct mpg_vertex *dest = NULL;
 396               CLIST_FOR_EACH(struct mpg_edge *, e, w->edges)
 397                 {
 398                   if (e->used)
 399                     continue;
 400                   if (dest)
 401                     {
 402                       if (w != v)
 403                         osm_obj_warn(&mpg_current->o, "Suspicious vertex degree of node %ju", (uintmax_t) w->o->id);
 404                       break;
 405                     }
 406                   else
 407                     {
 408                       dest = e->dest;
 409                       e->used = 1;
 410                       e->twin->used = 1;
 411                     }
 412                 }
 413
 414               w = dest;
 415             }
 416
 417           if (!w)
 418             osm_obj_warn(&mpg_current->o, "Boundary not closed");
 419           else if (w != v)
 420             osm_obj_warn(&mpg_current->o, "Boundary not closed at node %ju", (uintmax_t) w->o->id);
 421
 422           struct osm_ref *f = mp_alloc(osm_this->pool, sizeof(*f));
 423           clist_add_tail(&b->nodes, &f->n);
 424           f->o = v->o;
 425           f->role = 0;
 426         }
 427     }
 428   HASH_END_FOR;
 429 }
 430
 431 static void osm_multipolygon_make(struct osm_relation *r)
 432 {
 433   struct osm_multipolygon *m = osm_obj_new(OSM_TYPE_MULTIPOLYGON, r->o.id, sizeof(*m));
 434   mpg_current = m;
 435   m->rel = r;
 436   CLIST_FOR_EACH(struct osm_tag *, t, r->o.tags)
 437     osm_obj_add_tag_raw(&m->o, t->key, t->val);
 438   clist_init(&m->boundaries);
 439
 440   for (int inner=0; inner<2; inner++)
 441     {
 442       if (!mpg_pool)
 443         mpg_pool = mp_new(4096);
 444       mpg_vertex_hash_init();
 445
 446       CLIST_FOR_EACH(struct osm_ref *, f, r->members)
 447         {
 448           struct osm_object *o = f->o;
 449           if (f->role != VALUE_INNER && f->role != VALUE_OUTER)
 450             {
 451               if (!inner)
 452                 osm_obj_warn(o, "Unknown role %s in multipolygon relation", osm_val_decode(f->role));
 453               continue;
 454             }
 455           if ((f->role == VALUE_INNER) != inner)
 456             continue;
 457           if (o->type == OSM_TYPE_WAY)
 458             mpg_insert_way((struct osm_way *) o);
 459           else
 460             osm_obj_warn(o, "Only ways are supported in multipolygon boundaries");
 461         }
 462
 463       if (debug_dump_multipolygons)
 464         mpg_dump();
 465
 466       mpg_walk_boundary(m, inner);
 467       mp_flush(mpg_pool);
 468     }
 469 }
 470
 471 void osm_make_multipolygons(void)
 472 {
 473   uns mpg_cnt = 0;
 474
 475   CLIST_FOR_EACH(struct osm_relation *, r, osm_this->obj_list[OSM_TYPE_RELATION])
 476     if (osm_obj_find_tag(&r->o, KEY_TYPE) == VALUE_MULTIPOLYGON)
 477       {
 478         osm_multipolygon_make(r);
 479         mpg_cnt++;
 480       }
 481   msg(L_INFO, "Converted %u relations to multipolygons", mpg_cnt);
 482 }
 483
 484 /*** Projection ***/
 485
 486 static projPJ osm_pj;
 487
 488 void osm_project(const char *spec)
 489 {
 490   osm_pj = pj_init_plus(spec);
 491   if (!osm_pj)
 492     die("Unable to initialize projection %s", spec);
 493
 494   CLIST_FOR_EACH(struct osm_node *, n, osm_this->obj_list[OSM_TYPE_NODE])
 495     {
 496       projUV p;
 497       p.u = n->x * DEG_TO_RAD;
 498       p.v = n->y * DEG_TO_RAD;
 499       p = pj_fwd(p, osm_pj);
 500       n->x = p.u;
 501       n->y = p.v;
 502     }
 503 }
 504
 505 /*** Object centers ***/
 506
 507 bool osm_obj_center(struct osm_object *o, double *xp, double *yp)
 508 {
 509   switch (o->type)
 510     {
 511     case OSM_TYPE_NODE:
 512       {
 513         struct osm_node *n = (struct osm_node *) o;
 514         *xp = n->x;
 515         *yp = n->y;
 516         return 1;
 517       }
 518     case OSM_TYPE_WAY:
 519       {
 520         struct osm_way *w = (struct osm_way *) o;
 521         double sx = 0, sy = 0;
 522         uns nn = 0;
 523         OSM_FOR_EACH_BEGIN(struct osm_node *, n, w->nodes)
 524           {
 525             sx += n->x;
 526             sy += n->y;
 527             nn++;
 528           }
 529         OSM_FOR_EACH_END;
 530         if (!nn)
 531           return 0;
 532         *xp = sx / nn;
 533         *yp = sy / nn;
 534         return 1;
 535       }
 536     case OSM_TYPE_MULTIPOLYGON:
 537       {
 538         struct osm_multipolygon *m = (struct osm_multipolygon *) o;
 539         double sx = 0, sy = 0;
 540         uns nn = 0;
 541         CLIST_FOR_EACH(struct osm_mpg_boundary *, b, m->boundaries)
 542           {
 543             if (b->inner)
 544               continue;
 545             OSM_FOR_EACH_BEGIN(struct osm_node *, n, b->nodes)
 546               {
 547                 sx += n->x;
 548                 sy += n->y;
 549                 nn++;
 550               }
 551             OSM_FOR_EACH_END;
 552           }
 553         if (!nn)
 554           return 0;
 555         *xp = sx / nn;
 556         *yp = sy / nn;
 557         return 1;
 558       }
 559     default:
 560       return 0;
 561     }
 562 }
 563
 564 /*** Globals ***/
 565
 566 struct osm *osm_init(void)
 567 {
 568   struct mempool *mp = mp_new(65536);
 569   struct osm *osm = mp_alloc_zero(mp, sizeof(*osm));
 570   osm->pool = mp;
 571
 572   for (int i=0; i<OSM_TYPE_MAX; i++)
 573     {
 574       clist_init(&osm->obj_list[i]);
 575       osm->id_hash[i] = mp_alloc(mp, sizeof(struct osm_id_hash_table));
 576       osm->id_hash[i]->pool = mp;
 577       osm_id_hash_init(osm->id_hash[i]);
 578     }
 579
 580   if (!osm_this)
 581     osm_tag_init();
 582   osm_this = osm;
 583   return osm;
 584 }
 585
 586 void osm_dump(void)
 587 {
 588   osm_node_dump_all();
 589   osm_way_dump_all();
 590   osm_relation_dump_all();
 591   osm_multipolygon_dump_all();
 592 }
 593
 594 void osm_stats(void)
 595 {
 596   msg(L_INFO, "Loaded %u nodes, %u ways, %u relations",
 597     osm_this->obj_cnt[OSM_TYPE_NODE],
 598     osm_this->obj_cnt[OSM_TYPE_WAY],
 599     osm_this->obj_cnt[OSM_TYPE_RELATION]);
 600 }