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POI-based Baidu map AOI (area of interest)/ vector boundary data crawler, results can be exported to shp/shapefile spatial data. 百度地图 AOI 爬虫

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YeshuoShu/BaiduAOISpider

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BaiduAOISpider

项目简介

基于 Scrapy 框架的百度地图 AOI（Area of Interest）1/ 矢量边界数据的 Python 多线程爬虫。根据给定 POI 数据（即包含名称 + 经纬度的数据），按一定条件匹配合适的 AOI 数据，将结果保存为 csv 格式和 shp （ESRI shapefile）2格式。

项目特点

  • 需要提前准备目标 POI 数据， POI 获取方法可参考其他项目例如 AMapPoi

  • 项目内可以选用一些简单反爬手段，包括：随机 user-agent、随机 cookie、使用随机代理3

  • 爬取结果和爬取状态直接保存在原始 POI 数据 csv 上，可以随时中断、继续爬取和重新爬取

  • 提供了一些 AOI 的匹配和筛选条件，可根据需求自行修改，便于获取更精准的结果

应用场景

相较于直接爬取整块空间区域内的所有 AOI 的方法（例如项目 poi），本项目有如下的使用场景：

  • 因为 POI 数据获取更容易，当你手上已经有一份筛选好的 POI 数据，只需要匹配每个 POI 对应的 AOI

  • POI 是根据别的来源确定的，例如爬取的带有经纬度坐标的签到数据、点评数据和房价数据等等。这时你不可能提前知道需要的 AOI 名单，因而必须先确定 POI、然后再去找匹配的 AOI

  • 当你只需要一部分而不需要全量 AOI 数据时，想节约成本和时间（是的，百度 AOI 爬取 “基本上” 是付费的，详见 API 参数配置中关于 AK 的内容）

工作流程

爬虫的完整流程如下，即对 baidu_aoi.py 的说明：

  • 初始化环境，包括：

    • 导入全局配置和局部配置的各参数，并核验是否合法

    • 导入 POI csv 文件，并核验是否合法

    • 添加：爬取状态、最终匹配的 AOI 的名称4、WGS-84 坐标系5下的经纬度、AOI 几何形状共 5 列字段

    • 将原始 csv 内的坐标统一到 WGS-84 坐标系

    • 启动和初始化计数器和 AOI 容器

  • 将对应参数填入百度圆形区域地点检索 API 的 url6：https://api.map.baidu.com/place/v2/search?query=名称&location=纬度,经度&radius=搜索半径&ak=您的密钥&output=json&coord_type=1

    • 该 API 根据地名返回 json 格式的可能 POI 的列表，每个 POI 中包含名称、经纬度、其他附加信息，以及 uid（如果存在的话），每一个 uid 对应一个几何形状，即我们想要的 AOI

    • 下文中为了将上述返回结果中的 POI 和原始 POI csv 区分开来，将检索结果中的 POI 以 uid 代称，事实上这一步骤的核心就是获取所有可能的 uid

    • 如果想在搜索中限定 POI 的种类，还可以添加 prim_ind（百度标准的 POI 一级行业分类）和 sec_ind（二级行业分类）两个参数7

    • 如果这一步没有检索到任何 uid，那么将爬取状态设置为 No Uid

  • 将 uid 填入查询 AOI 的 url：https://map.baidu.com/?newmap=1&qt=ext&uid=查询到的uid&ext_ver=new&ie=utf-8&l=11，然后提取几何形状，如果该几何形状满足 AOI 的筛选条件（例如其四至范围8必须包含 POI 的经纬度等等），将该几何形状存入 AOI 容器中。这样对于每个原始 POI 能获取到一个可能的 AOI 列表

    • 如果这一步所有 AOI 都满足筛选条件，那么将爬取状态设置为 No Geometry

  • 根据 settings.py 中 FILTER_RULES 的设置，计算 AOI 列表的综合排序值，将排序第一位的 AOI 作为最终匹配的 AOI

    • 提供了以下几种排序方法：（1）上一步的百度检索排序、（2）AOI 面积排序、（3）和原 POI 距离排序、（4）文本相似度排序，综合排序是其中被设置开启的方法的算术平均值的再排序

    • 例如，假设在有 3 个可能 AOI、并且四种方法都开启

      • 四种排序的结果为：（1）1、2、3；（2）2、3、1；（3）3、1、2；（4）3、2、1

      • 那么算数平均值为：9/4、8/4、7/4，再排序为：3、2、1

      • 因此最终匹配的 AOI 为第三个

    • 匹配到 AOI 后，将爬取状态设置为 Matched

总结整个工作流程如下：

POI csv 读取 → 每个 POI 信息拼接 url → 一个 url 返回一组 json 格式的 uid 列表

→ 用每个 uid 查询 AOI → 得到每个 POI 的可能 AOI 列表 → 综合排序，取第一位的 AOI

流程案例说明

例如对 北京大学, 116.30420708125263, 39.991595084258336 进行爬取：

项目运行

  • 下载代码

    # 或者直接手动下载
git clone [email protected]:Prufrok/BaiduAOISpider.git

  • 安装环境（基于 anaconda）

    # 创建虚拟环境并安装依赖
conda env create -n BaiduAOISpider -f env.yaml

# 激活新环境
conda activate BaiduAOISpider

  • 阅读配置说明，按照实际需求修改 settings.py

    # BaiduAOISpider/settings.py
# 修改百度地图 API 密钥
# 在百度地图开放平台注册、登陆并申请服务端密钥：
# https://lbsyun.baidu.com/apiconsole/key
AK_LIST = ['your_baidu_map_aks',]

# 根据使用需要，修改其他设置，例如：
CONCURRENT_REQUESTS_PER_IP = 20 # 调整每个 ip 的并发请求数
UPDATE_INTERVAL = 100 # 调整更新间隔

  • 注意：爬取大量数据的情况下，建议请使用代理 IP，具体见基础设置中的 PROXY_ENABLED 参数

  • 准备 POI 数据

    • POI 数据必须为 csv 格式，放入 data 文件夹下。文件名任意，但是需要与 settings.py 中的 POI_CSV_PATH 匹配

    • POI csv 必须包含：name（POI 名称）、lng（经度）、lat（纬度）三个字段

      • 如果想要在检索中对每个 POI 限定它的类别，还可以添加 prim_ind 和 sec_ind 两个字段，详见 API 参数配置

  • 运行爬虫

    # 进入项目根目录
cd "your directory/.../BaiduAOISpider"

# 运行爬虫，spider_name 为爬虫类中的 name 属性，例如：
# BaiduAOISpider 为 BaiduAOI，Example1 为 example1
# 如果中断继爬、重爬，只需再次运行同样的命令即可
scrapy crawl spider_name

  • 运行过程截图（示例 1 的情况）

    • 爬取状态记录格式为 Matched/No Uid/No Geometry/Total | Crawled (Percentage)，从左至右含义：匹配到 AOI 的 POI 数量、地名检索中不存在 uid 的 POI 数量、没有返回 AOI 几何信息或所有 AOI 都不符合过滤条件的 POI 数量、总共的 POI 数量、已爬取的 POI 数量（匹配到、无 uid、无 AOI 三种情况的总数）、已爬取的 POI 数量占总数的百分比

配置说明

配置类别

总共有两种配置方法：

  • 全局配置，即在 settings.py 中进行设置

  • 局部配置，可设置的内容和全局配置完全一样，不过需要在每个爬虫类内的 updating_settings 变量中设置。局部配置的优先级高于全局配置。局部配置后，使用“深度” update 方法，对全局配置中的设定进行更新，例如：

    • 如果在 settings.py 中设置：

      CONCURRENT_REQUESTS = 25
FILTER_RULES = {
    'min_aoi_area': 0,
    'min_similarity': 0,
}

    • 而在 updating_settings 中设置：

      CONCURRENT_REQUESTS = 30
FILTER_RULES = {
    'min_similarity': 0.1,
}

    • 最终爬虫使用的设置为：

      CONCURRENT_REQUESTS = 30
FILTER_RULES = {
    'min_aoi_area': 0,
    'min_similarity': 0.1,
}

配置内容

可设置的内容分为以下两个部分：

  • 默认配置，不需要修改。包括请求头、开启中间件、日志等级以及scrapy基础设置等等

  • 运行配置，需要根据实际需求修改，运行配置内又分为四类：并发配置、基础配置、API 参数配置和 AOI 筛选配置，下面将分别详细介绍

并发配置

包含 scrapy 框架的三个并发参数：CONCURRENT_REQUESTS、DOWNLOAD_DELAY 和 CONCURRENT_REQUESTS_PER_IP。这三个参数的含义和使用方法可以参考官方文档。需要注意的是：

  • 百度地图地点检索 API 的并发上限是 30 QPS，因此至少 CONCURRENT_REQUESTS_PER_IP 的值不应超过 30

  • 按照项目目前的设置，并发峰值在 10 QPS 左右，大约每小时能匹配完 4000 至 5000 条原始 POI（对地点检索结果下 10 个左右 uid 进行抓取的情况下）

  • 适度地设置抓取速度，建议不用追求最大化的并发，减小爬取行为带来的负担和避免可能关闭 AOI 查询 url 的风险

基础设置

  • POI_CSV_PATH：POI 数据文件路径，同时也是 csv 结果的保存路径

  • AOI_CSV_PATH：shp 结果保存路径，如果上级文件夹不存在会自动创建

  • PROXY_ENABLED：是否使用随机代理，1 代表是，0 代表否

    • 如果使用随机代理，需要在 middlewares.py 中设置代理池：

      • 本项目默认采用的代理池来自 proxy_pool 项目，需要按照该项目进行额外配置

      • 地点检索和 AOI 查询 url 都是 https 协议，因此使用的随机代理也要支持 https 协议

      • 如果自己搭建代理池，还需要构造获取一个随机代理和删除某一个代理的 2 个函数，并替换 middlewares.py 中的 get_proxy 和 delete_proxy

    • 是否使用随机代理的可能影响：

      • 地点检索作为百度公开的 API 接口应该没有反爬限制，所以是否使用应该没有影响

      • AOI 查询的 url 应该不算是公开 API，因此如果不使用代理，可能会被封 IP（不保证，个人没有尝试过大批量数据下不开代理爬取）

      • 此外，以前高德网站也有类似的 AOI 查询 url，但是在大量爬取之后，这个 url 最后被关闭了9

      • 再次提醒：强烈建议如果要爬取大量数据，请开启使用代理，并且请不要过于频繁爬取

  • UPDATE_INTERVAL：更新间隔，单位为次

    • 在隔多少次数的总 AOI 访问后进行：（1）文件保存、（2）阶段性爬取状态统计

  • USE_FIRST_UID：是否使用第一个 uid，1 代表是，0 代表否

    • 如果使用，那么把百度地点检索 API 结果中的第一个可用 uid 当作可能的最终匹配 AOI（还需要验证是否符合 AOI 筛选条件），即只采用百度检索结果排序来进行筛选

    • 如果不使用，那么将对 API 检索结果中所有 uid 进行抓取，然后再根据 FILTER_RULES 中设立的规则和 AOI 自身的筛选条件进行筛选

    • 开启后，会加快整体爬取速度，但是会造成一定的不匹配和遗漏，因为百度的最佳搜索结果并不一定是准确的

API 参数配置

  • API_PARAMS：百度地点检索 API 的参数，包括以下几类：

    • 行业分类参数（prim_ind 和 sec_ind）

      • 需要按照百度标准对类别进行重分类

      • 如果不需要开启，将值设为 ''，可以只开启一个，也可以同时开启两个

      • 如果需要开启，并且所有 POI 是同一种类的情况下，直接填入对应类别即可，例如：

        API_PARAMS = {
  'prim_ind': '房地产',
  'sec_ind': '住宅区',
}

      • 如果需要开启，但是 POI 类别不同，需要：（1）将参数值设置为 VAR（作为变量输入的意思）；（2）在 csv 文件中添加对应的列

    • 搜索半径参数

      • radius：搜索半径大小，单位为米。建议将值设置的稍微大一点避免遗漏，例如 2000（m）

      • radius_limit：是否限制结果一定要在搜索半径内，true 代表是，false 代表否，建议开启

    • 坐标系参数

      • crs：POI csv 中 lng 和 lat 的坐标系，可以为 bd09（百度坐标系）、gcj02（火星坐标系）、wgs84（GPS 坐标系）

      • 各坐标系含义可以参考这篇文章。简略地说：如果坐标来源于百度地图，那么就是 bd09；如果坐标来源于高德地图，那么就是 gcj02；如果坐标来源于 GPS，那么就是 wgs84

      • 如果你不知道手上数据的坐标系，可以挑选几个点，然后使用例如地图坐标系转换 - 在线工具、经纬度查询定位等等工具查看比对一下

  • AK_LIST：百度地点检索 API 的密钥列表，可以有多个但至少提供一个

    • 密钥每天仅可以免费使用地点检索功能 100 次，按 30 元 / 万次收费，每次最低充值 100 元

    • 曾经有说法是使用 ”多个密钥 + 多 ip“ 可以累加每日免费爬取额度10，但经测试多个密钥之间是共享使用额度的、并且多 ip 并没有凑效，因此只提供一个可用密钥即可

AOI 筛选配置

FILTER_RULES 包括以下几类：

  • 检验 AOI 是否合法的规则

    • 面积筛选规则

      • min_aoi_area：最小 AOI 面积，单位为平方公里，设置为 0 则不限制

      • max_aoi_area：最大 AOI 面积，单位为平方公里，设置为很大的正数则不限制，例如 10000（km^2）

    • 文本相似度规则

      • min_similarity：最小文本相似度，设置为 0 则不限制，最大值为 1

      • 文本相似度选择使用 Python 自带库 difflib 中的 SequenceMatcher 计算，计算原理可以参考这里

      • 这一规则是为了筛除和原始 POI 名称过于不同的 AOI，需要将参数值设置成较小的正数，例如 0.1

      • 然而，会出现一些特殊情况，例如对北京 “北太平庄路 2 号院” 这一小区进行检索，在不限制文本相似度的情况下，会返回 “月华轩小区” 的 AOI。从名称上看，两者毫无干系，然而查看地图会发现，这两者很可能就是同一个小区。因此需要自行定夺是否开启筛选

  • AOI 合法后，对所有可能的 AOI 的排序规则

    • sort_by_search_rank：是否按照百度地点检索 API 的搜索排名进行排序。0 代表否；1 代表是，并且排名越高（排名数字越小）越好

    • sort_by_area：是否按照 AOI 面积进行排序。0 代表否；1 代表是，并且面积越大越好；-1 代表是，并且面积越小越好

    • sort_by_distance：是否按照 AOI 到 POI 点的距离进行排序。0 代表否；1 代表是，并且距离越近越好

    • sort_by_similarity：是否按照文本相似度进行排序。0 代表否；1 代表是，并且相似度越高越好

项目结构

BaiduAOISpider
├── README.md
├── BaiduAOISpider
│   ├── middlewares.py  中间件
│   ├── settings.py  各项设置
│   └── spiders
│       ├── BaiduAOI.py  百度地图爬虫
│       └── examples.py  示例爬虫
├── data
│   ├── AOI_example1  示例 1 爬取的 shp 格式数据
│   │   ├── AOI_example1.cpg
│   │   ├── AOI_example1.dbf
│   │   ├── AOI_example1.prj
│   │   ├── AOI_example1.shp
│   │   └── AOI_example1.shx
│   ├── AOI_example2  示例 2 爬取的 shp 格式数据
│   │   ├── AOI_example2.cpg
│   │   ├── AOI_example2.dbf
│   │   ├── AOI_example2.prj
│   │   ├── AOI_example2.shp
│   │   └── AOI_example2.shx
│   ├── POI_example1.csv  示例 1 原始数据及爬取的 csv 格式数据
│   └── POI_example2.csv  示例 2 原始数据及爬取的 csv 格式数据
├── env.yaml  conda 环境配置文件
├── images
│   ├── AOI_Peking_University.png
│   ├── running_process.png
│   └── similarity_problem.png
├── processor
│   ├── __init__.py
│   ├── aoi_container.py  AOI 容器类，用于存储、处理 AOI 数据
│   ├── api_handler.py  百度地图 API 处理类
│   ├── counter.py  计数器类
│   ├── file_operator.py  文件操作类
│   ├── logger.py  日志类
│   ├── repository.py  仓库类，用于存放爬虫用到的各类设置和文件
│   └── validator.py  验证器类
├── scrapy.cfg
└── spatial
    ├── coords.py  坐标处理函数
    └── geometry.py  几何处理函数

示例说明

在 examples.py 中提供了两个示例 example1 和 example2，分别展示了两种不同使用情景：

  • 示例一：

    • 目标是北京的一些住宅小区 AOI

    • 在默认设置上更新了：限制单一 POI 类别（房地产 + 住宅区）、AOI 最大面积 1 平方公里、最小文本相似度 0.1

      updating_settings = dict(
    POI_CSV_PATH = 'data/POI_example1.csv',
    AOI_SHP_PATH = 'data/AOI_example1/AOI_example1.shp',
    PROXY_ENABLED = False,
    UPDATE_INTERVAL = 20,
    API_PARAMS = {
        'prim_ind': '房地产',
        'sec_ind': '住宅区',
    },
    FILTER_RULES = {
        'max_aoi_area': 1,
        'min_similarity': 0.1,
    },
)

  • 示例二：

    • 目标是一些分布在全国的不同类别、较大型的 AOI，例如大学校园、风景区、体育场馆等等，并且坐标来源是百度地图

    • 在默认设置上更新了：在 csv 文件中指定了 POI 的类别、给定坐标系为 bd09、最小 AOI 面积为 0.02 平方公里、开启按照面积从大到小排序

      updating_settings = dict(
    POI_CSV_PATH = 'data/POI_example2.csv',
    AOI_SHP_PATH = 'data/AOI_example2/AOI_example2.shp',
    PROXY_ENABLED = False,
    UPDATE_INTERVAL = 20,
    API_PARAMS = {
        'prim_ind': 'VAR',
        'sec_ind': 'VAR',
        'crs': 'bd09',
    },
    FILTER_RULES = {
        'min_aoi_area': 0.02,
        'sort_by_area': -1,
    }
)

参考

  1. 主体框架部分参考：ResidentialAreaBoundary 项目

  2. AOI 爬取的一些相关讨论：《利用名称爬取百度AOI》、《黑科技 | 百度地图抓取地块功能（上）》、《黑科技 | 百度地图获取地块功能属性（下）》

  3. 坐标计算相关函数 coords.py 参考 CoordinatesConverter 项目

Footnotes

  1. 兴趣面（area of interest，简称 AOI），也叫信息面，指的是地图数据中的区域状的地理实体。参考来源：百度百科 ↩

  2. ESRI Shapefile（shp），或简称 shapefile，是美国环境系统研究所公司（ESRI）开发的一种空间数据开放格式，该文件格式已经成为了地理信息软件界的一个开放标准。参考来源：百度百科 ↩

  3. 随机 user-agent 和 随机 cookie 默认开启使用，前者通过 scrapy-fake-useragent 包实现，后者在 middlewares.py 中的 get_cookie 中实现；随机 IP 代理需要在 settings.py 中选择是否开启 ↩

  4. 在结果文件中字段叫做 uid 名称，因为每一个 uid 对应一个 AOI 查询的url，进而对应一个几何形状，而获取 AOI 的 url 返回的数据里其实是没有名称的 ↩

  5. WGS-84 坐标系（World Geodetic System 一 1984 Coordinate System）是一种国际上采用的地理坐标系。GPS 是以 WGS-84 坐标系为根据的（因此 GPS 的经纬度就是在 WGS84 坐标系下的经纬度）。参考来源：百度百科 ↩

  6. 类似的项目往往采用最基础的 “行政区划区域检索” url，即还需要 POI 所在的市和区县作为参数，这在已经有每个 POI 经纬度定位的条件下是多余的 ↩

  7. 如果两级分类都提供，就添加 &tag=一级行业分类;二级行业分类&scope=2；如果只提供了其中一级分类，就添加 &tag=一级/二级行业分类&scope=2。设置 &scope=2 会返回检索结果中每一个 uid 的详细信息包括行业分类信息，进而再次确认每个检索结果的行业分类是一致的 ↩

  8. 四至点，即几何形状的左上、右上、右下、左下的四个顶点 ↩

  9. 见《Python 批量爬取高德 AOI 边界数据 + GIS 可视化（超详细）》的评论区 ↩

  10. 见《如何绕过百度地图 API 的调用次数限制？》 ↩

About

POI-based Baidu map AOI (area of interest)/ vector boundary data crawler, results can be exported to shp/shapefile spatial data. 百度地图 AOI 爬虫

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