GeoHash索引

GeoHash简介

GeoHash索引是一种基于B树索引，又结合了格网索引的思想的使用广泛的空间索引算法。GeoHash将空间位置编码为一串字符，通过字符串的比较可以得到空间的大致范围。这种编码方法起初被用于以唯一的URL标识地图上的点实体，而点实体一般是以经纬度标识的，所以问题就转变为如何使用URL标识经纬度坐标。下面举例说明GeoHash编码的具体实现步骤。设定武汉大学的经纬度坐标是(114.360734E, 30.541093N)，首先，可以通过如下算法对纬度30.54进行逼近编码:
（1）对维度区间[-90,90]进行二分为[-90,0)和[0,90]，称为左右区间，可以确定30.541093属于右区间[0,90]，给标记为1；
（2）接着将区间[0,90]进行二分为 [0,45)和[45,90]，可以确定30.541093属于左区间 [0,45)，给标记为0；
（3）递归上述过程30.541093，如果给定的纬度属于左区间，则记录0，如果属于右区间则记录1，这样随着算法的进行会产生一个序列101010110110111，序列的长度跟给定的区间划分次数有关。
（4）同样的方法，对经度区间[-180, 180]进行编码，可以得到一个二进制序列110100010101001。
（5）合并经纬度编码，偶数位放经度编码（第一位从0开始），奇数位放纬度编码，把两串编码组合生成新串11100 11001 00011 10011 01100 10111。
（6）对合成的新的二进制串，每五位转成十进制数得到28,25,3,19,12,23，然后再进行Base32编码得到该经纬度的GeoHash编码为wt3mdr。

对于GeoHash索引，需要明确的是：（1）GeoHash编码值表示的并不是一个点，而是一个矩形区域。落在该矩形区域的所有点都可以用该编码表示。（2）字符串越长，表示的范围越精确。编码的前缀可以表示更大的区域。例如wt3mdrff，它的前缀wt3mdr表示包含编码wt3mdrff在内的更大范围。 利用该特性可以进行临近点的搜索。首先根据用户当前坐标计算GeoHash值，然后取其前缀进行查询。（3）GeoHash将区域划分为一个个规则矩形，位于矩形边界两侧的两点，虽然十分接近，但编码会完全不同，因为它的编码方式从左上到右下突变时存在不连续的“跳跃”。

一个例子

下面的例子用到了一个第三方GeoHash库，我使用maven构建项目，pom文件如下：

<project xmlns="http://maven.apache.org/POM/4.0.0" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance"  xsi:schemaLocation="http://maven.apache.org/POM/4.0.0 http://maven.apache.org/xsd/maven-4.0.0.xsd">  <modelVersion>4.0.0</modelVersion>  <groupId>cn.tzy</groupId>  <artifactId>geohash</artifactId>  <version>0.0.1-SNAPSHOT</version>  <packaging>jar</packaging>  <name>geohash</name>  <url>http://maven.apache.org</url>  <properties>    <project.build.sourceEncoding>UTF-8</project.build.sourceEncoding>  </properties>  <repositories>    <repository>        <id>repo1.maven.org</id>        <name>Maven Official Repository</name>        <url>http://repo1.maven.org/maven2/</url>    </repository>  </repositories>  <dependencies>    <dependency>      <groupId>junit</groupId>      <artifactId>junit</artifactId>      <version>4.12</version>      <scope>test</scope>    </dependency>    <dependency>        <groupId>ch.hsr</groupId>        <artifactId>geohash</artifactId>        <version>1.3.0</version>    </dependency>  </dependencies></project>

Java代码入下：

package cn.tzy.geohash;import java.util.ArrayList;import java.util.List;import ch.hsr.geohash.GeoHash;public class GeoHashEx {    public static void main(String[] args) {        double lat = 30.541093;        double lon = 114.360734;        int precision = 6;        GeoHash geoHash = GeoHash.withCharacterPrecision(lat, lon, precision);        String hashCode = geoHash.toBase32();        System.out.print("GeoHash编码为：");        System.out.println(hashCode);        String binaryCode = geoHash.toBinaryString();        System.out.print("对应的二进制编码为：");        System.out.println(binaryCode);        int length = binaryCode.length();        System.out.print("对应的十进制编码为：");        for(int i = 0; i < length; i+=5) {            String code = binaryCode.substring(i, i + 5);            int num = Integer.valueOf(code, 2);            System.out.print(num);            System.out.print(" ");        }        System.out.println();        char[] binaryCodes = binaryCode.toCharArray();        List<Character> latCodes = new ArrayList<Character>();        List<Character> lonCodes = new ArrayList<Character>();        for (int i = 0; i < binaryCodes.length; i++) {            if (i % 2 == 0) {                lonCodes.add(binaryCodes[i]);            } else {                latCodes.add(binaryCodes[i]);            }        }        StringBuilder latCode = new StringBuilder();        StringBuilder lonCode = new StringBuilder();        for (Character ch : latCodes) {            latCode.append(ch);        }        for (Character ch : lonCodes) {            lonCode.append(ch);        }        System.out.print("维度编码为：");        System.out.println(latCode.toString());        System.out.print("经度编码为：");        System.out.println(lonCode.toString());    }}

运行结果如下：

GeoHash编码为：wt3mdr对应的二进制编码为：111001100100011100110110010111对应的十进制编码为：28 25 3 19 12 23 维度编码为：101010110110111经度编码为：110100010101001