2018-11-29 GeoHash算法

GeoHash算法

涉及到地圖的內容,基本都會遇到搜索附近的功能,比如附近的人、附近的店鋪等。要實現這樣的功能,我們可以用最笨的方法:根據經緯度計算距離,然后劃定一個閾值,只要小于該閾值就算是附近的。這種方法在數據量小時基本沒問題,但是,如果數據量特別大,那服務器就需要進行大量的計算,負擔很重!為了解決這一類問題,一個比較常用的方法就是利用GeoHash。

一、簡介????????

GeoHash是一種地址編碼方法。他能夠把二維的空間經緯度數據編碼成一個字符串。GeoHash具有以下特點:

1、GeoHash用一個字符串表示經度和緯度兩個坐標。在數據庫中可以實現在一列上應用索引

2、GeoHash表示的并不是一個點,而是一個區域;

3、GeoHash編碼的前綴可以表示更大的區域。例如wx4g0ec1,它的前綴wx4g0e表示包含編碼wx4g0ec1在內的更大范圍。 這個特性可以用于附近地點搜索

二、計算方法:

GeoHash的計算過程分為三步:

1、將經緯度轉換成二進制:

比如這樣一個點(39.923201, 116.390705)

緯度的范圍是(-90,90),其中間值為0。對于緯度39.923201,在區間(0,90)中,因此得到一個1;(0,90)區間的中間值為45度,緯度39.923201小于45,因此得到一個0,依次計算下去,即可得到緯度的二進制表示,如下表:

經緯度二進制表

最后得到緯度的二進制表示為:

10111000110001111001

同理可以得到經度116.390705的二進制表示為:

11010010110001000100

2、合并緯度、經度的二進制:?合并方法是將經度、緯度二進制按照奇偶位合并:?

11100 11101 00100 01111 00000 01101 01011 00001


3

、按照Base32進行編碼:?

Base32

編碼表(其中一種):


將上述合并后二進制編碼后結果為:?

wx4g0ec1

?三、GeoHash的精度

編碼越長,表示的范圍越小,位置也越精確。因此我們就可以通過比較GeoHash匹配的位數來判斷兩個點之間的大概距離。?5位的編碼能表示10平方千米范圍的矩形區域,而6位編碼能表示更精細的區域(約0.34平方千米)

四、不足之處及解決方法?1、邊緣附近的點,黃色的點要比黑色的點更加靠近紅點,但是由于黑點跟紅點的GeoHash前綴匹配數目更多,因此得到黑點更加靠近紅點的結果

解決方法:

可以通過篩選周圍8個區域內的所有點,然后計算距離得到滿足條件結果。

2、因為現有的GeoHash算法使用的是Peano空間填充曲線(可感興趣的可自己查看),這種曲線會產生突變,造成了編碼雖然相似但距離可能相差很大的問題,因此在查詢附近的時候,首先篩選GeoHash編碼相似的點,然后進行實際距離計算。

參考文獻:https://blog.csdn.net/youhongaa/article/details/78816700

########################################################################################

java實現:

GeoHash.java

package com.fhc.modules.api.utils.geohash;

import java.util.ArrayList;

import java.util.Arrays;

import java.util.List;

/**

* 數據處理 Data conversion

*/

public class GeoHash {

private LocationBeanlocation;

? ? /**

* 1 2500km;2 630km;3 78km;4 30km

* 5 2.4km; 6 610m; 7 76m; 8 19m

*/

? ? private int hashLength =8; //經緯度轉化為geohash長度

? ? private int latLength =20; //緯度轉化為二進制長度

? ? private int lngLength =20; //經度轉化為二進制長度

? ? private double minLat;//每格緯度的單位大小

? ? private double minLng;//每個經度的倒下

? ? private static final char[]CHARS = {'0', '1', '2', '3', '4', '5', '6', '7',

? ? ? ? ? ? '8', '9', 'b', 'c', 'd', 'e', 'f', 'g', 'h', 'j', 'k', 'm', 'n',

? ? ? ? ? ? 'p', 'q', 'r', 's', 't', 'u', 'v', 'w', 'x', 'y', 'z'};

? ? public GeoHash(double lat, double lng) {

location =new LocationBean(lat, lng);

? ? ? ? setMinLatLng();

? ? }

public int gethashLength() {

return hashLength;

? ? }

/**

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 設置經緯度的最小單位

? ? */

? ? private void setMinLatLng() {

minLat = LocationBean.MAXLAT - LocationBean.MINLAT;

? ? ? ? for (int i =0; i

minLat /=2.0;

? ? ? ? }

minLng = LocationBean.MAXLNG - LocationBean.MINLNG;

? ? ? ? for (int i =0; i

minLng /=2.0;

? ? ? ? }

}

/**

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 求所在坐標點及周圍點組成的九個

? ? */

? ? public ListgetGeoHashBase32For9() {

double leftLat =location.getLat() -minLat;

? ? ? ? double rightLat =location.getLat() +minLat;

? ? ? ? double upLng =location.getLng() -minLng;

? ? ? ? double downLng =location.getLng() +minLng;

? ? ? ? List base32For9 =new ArrayList();

? ? ? ? //左側從上到下 3個

? ? ? ? String leftUp = getGeoHashBase32(leftLat, upLng);

? ? ? ? if (!(leftUp ==null ||"".equals(leftUp))) {

base32For9.add(leftUp);

? ? ? ? }

String leftMid = getGeoHashBase32(leftLat, location.getLng());

? ? ? ? if (!(leftMid ==null ||"".equals(leftMid))) {

base32For9.add(leftMid);

? ? ? ? }

String leftDown = getGeoHashBase32(leftLat, downLng);

? ? ? ? if (!(leftDown ==null ||"".equals(leftDown))) {

base32For9.add(leftDown);

? ? ? ? }

//中間從上到下 3個

? ? ? ? String midUp = getGeoHashBase32(location.getLat(), upLng);

? ? ? ? if (!(midUp ==null ||"".equals(midUp))) {

base32For9.add(midUp);

? ? ? ? }

String midMid = getGeoHashBase32(location.getLat(), location.getLng());

? ? ? ? if (!(midMid ==null ||"".equals(midMid))) {

base32For9.add(midMid);

? ? ? ? }

String midDown = getGeoHashBase32(location.getLat(), downLng);

? ? ? ? if (!(midDown ==null ||"".equals(midDown))) {

base32For9.add(midDown);

? ? ? ? }

//右側從上到下 3個

? ? ? ? String rightUp = getGeoHashBase32(rightLat, upLng);

? ? ? ? if (!(rightUp ==null ||"".equals(rightUp))) {

base32For9.add(rightUp);

? ? ? ? }

String rightMid = getGeoHashBase32(rightLat, location.getLng());

? ? ? ? if (!(rightMid ==null ||"".equals(rightMid))) {

base32For9.add(rightMid);

? ? ? ? }

String rightDown = getGeoHashBase32(rightLat, downLng);

? ? ? ? if (!(rightDown ==null ||"".equals(rightDown))) {

base32For9.add(rightDown);

? ? ? ? }

return base32For9;

? ? }

/**

? ? * @param length

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 設置經緯度轉化為geohash長度

? ? */

? ? public boolean sethashLength(int length) {

if (length <1) {

return false;

? ? ? ? }

hashLength = length;

? ? ? ? latLength = (length *5) /2;

? ? ? ? if (length %2 ==0) {

lngLength =latLength;

? ? ? ? }else {

lngLength =latLength +1;

? ? ? ? }

setMinLatLng();

return true;

? ? }

/**

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 獲取經緯度的base32字符串

? ? */

? ? public StringgetGeoHashBase32() {

return getGeoHashBase32(location.getLat(), location.getLng());

? ? }

/**

? ? * @param lat

? ? * @param lng

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 獲取經緯度的base32字符串

? ? */

? ? private StringgetGeoHashBase32(double lat, double lng) {

boolean[] bools = getGeoBinary(lat, lng);

? ? ? ? if (bools ==null) {

return null;

? ? ? ? }

StringBuffer sb =new StringBuffer();

? ? ? ? for (int i =0; i < bools.length; i = i +5) {

boolean[] base32 =new boolean[5];

? ? ? ? ? ? for (int j =0; j <5; j++) {

base32[j] = bools[i + j];

? ? ? ? ? ? }

char cha = getBase32Char(base32);

? ? ? ? ? ? if (' ' == cha) {

return null;

? ? ? ? ? ? }

sb.append(cha);

? ? ? ? }

return sb.toString();

? ? }

/**

? ? * @param base32

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 將五位二進制轉化為base32

*/

? ? private char getBase32Char(boolean[] base32) {

if (base32 ==null || base32.length !=5) {

return ' ';

? ? ? ? }

int num =0;

? ? ? ? for (boolean bool : base32) {

num <<=1;

? ? ? ? ? ? if (bool) {

num +=1;

? ? ? ? ? ? }

}

return CHARS[num %CHARS.length];

? ? }

/**

? ? * @param lat

? ? * @param lng

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 獲取坐標的geo二進制字符串

? ? */

? ? private boolean[]getGeoBinary(double lat, double lng) {

boolean[] latArray = getHashArray(lat, LocationBean.MINLAT, LocationBean.MAXLAT, latLength);

? ? ? ? boolean[] lngArray = getHashArray(lng, LocationBean.MINLNG, LocationBean.MAXLNG, lngLength);

? ? ? ? return merge(latArray, lngArray);

? ? }

/**

? ? * @param latArray

? ? * @param lngArray

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 合并經緯度二進制

? ? */

? ? private boolean[]merge(boolean[] latArray, boolean[] lngArray) {

if (latArray ==null || lngArray ==null) {

return null;

? ? ? ? }

boolean[] result =new boolean[lngArray.length + latArray.length];

? ? ? ? Arrays.fill(result, false);

? ? ? ? for (int i =0; i < lngArray.length; i++) {

result[2 * i] = lngArray[i];

? ? ? ? }

for (int i =0; i < latArray.length; i++) {

result[2 * i +1] = latArray[i];

? ? ? ? }

return result;

? ? }

/**

? ? * @param value

? ? * @param min

? ? * @param max

? ? * @return

? ? * @Author:lulei

? ? * @Description: 將數字轉化為geohash二進制字符串

? ? */

? ? private boolean[]getHashArray(double value, double min, double max, int length) {

if (value < min || value > max) {

return null;

? ? ? ? }

if (length <1) {

return null;

? ? ? ? }

boolean[] result =new boolean[length];

? ? ? ? for (int i =0; i < length; i++) {

double mid = (min + max) /2.0;

? ? ? ? ? ? if (value > mid) {

result[i] =true;

? ? ? ? ? ? ? ? min = mid;

? ? ? ? ? ? }else {

result[i] =false;

? ? ? ? ? ? ? ? max = mid;

? ? ? ? ? ? }

}

return result;

? ? }

public static void main(String[] args) {

// TODO Auto-generated method stub

? ? ? ? GeoHash g =new GeoHash(38.045362, 114.415686);

? ? ? ? System.out.println("西王" + g.getGeoHashBase32());

? ? ? ? GeoHash g1 =new GeoHash(38.049113, 114.518596);

? ? ? ? System.out.println("北國" + g1.getGeoHashBase32());

? ? ? ? GeoHash g2 =new GeoHash(38.05583333333333, 114.35777777777778);

? ? ? ? System.out.println("白佛" + g2.getGeoHashBase32());

//? ? ? ? System.out.println(JsonUtil.parseJson(g.getGeoHashBase32For9()));

? ? }

}


LocationBean.java

/**

*@Description: 存儲經緯度信息

*/

package com.fhc.modules.api.utils.geohash;

public class LocationBean {

public static final double MINLAT = -90;

? ? public static final double MAXLAT =90;

? ? public static final double MINLNG = -180;

? ? public static final double MAXLNG =180;

? ? private double lat;//緯度[-90,90]

? ? private double lng;//經度[-180,180]

? ? public LocationBean(double lat, double lng) {

this.lat = lat;

? ? ? ? this.lng = lng;

? ? }

public double getLat() {

return lat;

? ? }

public void setLat(double lat) {

this.lat = lat;

? ? }

public double getLng() {

return lng;

? ? }

public void setLng(double lng) {

this.lng = lng;

? ? }

}

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