redis-GEO地理位置

Redis 3.2版本一个重大的更新是新增了GEO地理位置相关的命令。

目前Redis对地理位置支持提供了一下6个命令：

1. geoadd: 增加地理位置的坐标。
2. geodist: 获取两个地理位置的距离。
3. geohash: 获取地理位置的GeoHash值。
4. geopos: 获取地理位置的坐标。
5. georadius: 根据给定经纬度坐标获取指定范围内的地理位置集合。
6. georadiusbymember: 根据给定地理位置获取指定范围内的地理位置集合。

GeoHash基本原理

GeoHash是一种地址编码，通过切分地图区域为小方块（切分次数越多，精度越高），它能把二维的经纬度编码成一维的字符串。
也就是说，理论上geohash字符串表示的并不是一个点，而是一个矩形区域，只要矩形区域足够小，达到所需精度即可。

编码过程

以经纬度（116.3906，39.92324）为例：
1. 对于维度39.92324， 39.92324属于(0, 90)，所以取编码为1。
然后再将(0, 90)分成 (0, 45), (45, 90)两个区间，而39.92324位于(0, 45)，所以编码为0。
以此类推，直到精度符合要求为止，得到纬度编码为1011 1000 1100 0111 1001。
2. 经度也用同样的算法，对(-180, 180)依次细分，得到116.3906的编码为1101 0010 1100 0100 0100。
3. 接下来将经度和纬度的编码合并，奇数位是纬度，偶数位是经度，得到编码 11100 11101 00100 01111 00000 01101 01011 00001。
4. 最后，用0-9、b-z（去掉a, i, l, o）这32个字母进行base32编码，得到(39.92324, 116.3906)的编码为wx4g0ec1。
（116.3906，39.92324）对应的地图位置就是http://geohash.org/wx4g0ec1，
降低一些精度，就会是http://geohash.org/wx4g0ec，
再降低一些精度，就会是http://geohash.org/wx4g0。

编码特性

不难看出这样的编码方式仅用一个字符串保存经纬度信息，并且精度由字符串从头到尾的长度决定，编码长度越长，精度越高。
GeoHash值的前缀相同的位数越多，代表的位置越接近，可以方便索引。（反之不成立，位置接近的GeoHash值不一定相似）.
但这种方案的缺点是：从geohash的编码算法中可以看出，靠近每个方块边界两侧的点虽然十分接近，但所属的编码会完全不同。
实际应用中，需要通过去搜索环绕当前方块周围的8个方块来解决该问题。
除此之外，这个方案也无法直接得到距离，需要程序协助进行后续的排序计算。

Redis Geo命令实现

Redis将地理位置的52位GeoHash值作为有序集合的score，将地理位置存放在有序集合中进行保存。
后续按位置搜索时，依据GeoHash的特性搜索当前方块与环绕当前方块的8个方块来搜索目标位置集合。

1.GEOADD

命令：GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member ...]
命令描述：将指定的地理空间位置（纬度、经度、名称）添加到指定的key中。
返回值：添加到sorted set元素的数目，但不包括已更新score的元素。

Redis中接受的有效的精度范围为-180到180度，有效维度范围为-85.05112878到 85.05112878度（靠近南北极的一小块地方是无法生成索引的）。

GEOADD 实现方式

Redis内部使用有序集合来保存key，每一个member的score大小为一个52位的Geohash值（double类型精度为52位）。
实际上Redis内部实现的时候就是将GEOADD命令转换成ZADD命令来实现的。
（这也解释了为什么没有专门的georem命令，地理位置信息是通过使用ZREM命令来删除成员。）

2.GEODIST

命令：GEODIST key member1 member2 [unit]
命令描述：
返回两个给定位置之间的距离。如果两个位置之间的其中一个不存在，那么命令返回空值。指定单位的参数 unit 必须是以下单位的其中一个：
- m 表示单位为米。
- km 表示单位为千米。
- mi 表示单位为英里。
- ft 表示单位为英尺。

GEODIST 实现方式

使用WGS84坐标系统，计算距离时使用Haversine公式。由于地球并不是严格标准的，计算出来的距离有最大约0.5%的误差。

3.GEOPOS

命令：GEOPOS key member [member ...]
命令描述：从key里返回所有给定位置元素的位置（经度和纬度）。
返回值：GEOPOS 命令返回一个数组，数组中的每个项都由两个元素组成：
第一个元素为给定位置元素的经度，而第二个元素则为给定位置元素的纬度。当给定的位置元素不存在时，对应的数组项为空值。

4.GEOHASH

命令：GEOHASH key member [member ...]
命令描述：返回一个或多个位置元素的 Geohash 表示。通常使用表示位置的元素使用不同的技术，使用Geohash位置52点整数编码。
由于编码和解码过程中所使用的初始最小和最大坐标不同，编码的编码也不同于标准。此命令返回一个标准的Geohash
返回值：一个数组，数组的每个项都是一个 geohash 。命令返回的 geohash 的位置与用户给定的位置元素的位置一一对应。

GEOHASH 实现方式

Redis在内部生成有序集合成员score时的geohash值与标准的算法略有差异（Redis内部使用-85,85作为维度范围，标准使用-90,90）。
这个命令返回的是标准值，与https://en.wikipedia.org/wiki/Geohash中标准算法和geohash.org网站的结果一致。

5.GEORADIUS

命令：GEORADIUS key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]
命令描述：
以给定的经纬度为中心，返回键包含的位置元素当中，与中心的距离不超过给定最大距离的所有位置元素。
范围可以使用以下其中一个单位：
1. m 表示单位为米。
2. km 表示单位为千米。
3. mi 表示单位为英里。
4. ft 表示单位为英尺。
在给定以下可选项时，命令会返回额外的信息：
1. WITHDIST: 在返回位置元素的同时，将位置元素与中心之间的距离也一并返回。距离的单位和用户给定的范围单位保持一致。
2. WITHCOORD: 将位置元素的经度和维度也一并返回。
3. WITHHASH: 以 52 位有符号整数的形式，返回位置元素经过原始 geohash 编码的有序集合分值。这个选项主要用于底层应用或者调试，实际中的作用并不大。
命令默认返回未排序的位置元素。通过以下两个参数，用户可以指定被返回位置元素的排序方式：
1. ASC: 根据中心的位置，按照从近到远的方式返回位置元素。
2. DESC: 根据中心的位置，按照从远到近的方式返回位置元素。
在默认情况下， GEORADIUS 命令会返回所有匹配的位置元素。虽然用户可以使用 COUNT <count> 选项去获取前 N 个匹配元素，但是因为命令在内部可能会需要对所有被匹配的元素进行处理，所以在对一个非常大的区域进行搜索时，即使只使用 COUNT 选项去获取少量元素，命令的执行速度也可能会非常慢。但是从另一方面来说，使用 COUNT 选项去减少需要返回的元素数量，对于减少带宽来说仍然是非常有用的。
返回值：
1. 在没有给定任何 WITH 选项的情况下，命令只会返回一个像 [“New York”,”Milan”,”Paris”] 这样的线性（linear）列表。
2. 在指定了 WITHCOORD 、 WITHDIST 、 WITHHASH 等选项的情况下，命令返回一个二层嵌套数组，内层的每个子数组就表示一个元素。
  1. 在返回嵌套数组时，子数组的第一个元素总是位置元素的名字。至于额外的信息，则会作为子数组的后续元素，按照以下顺序被返回：
    1. 以浮点数格式返回的中心与位置元素之间的距离，单位与用户指定范围时的单位一致。
    2. geohash 整数。
    3. 由两个元素组成的坐标，分别为经度和纬度。

GEORADIUS实现方式

GeoHash值的前缀相同的位数越多，代表的位置越接近，可以方便索引。但反之不成立，位置接近的GeoHash值不一定相似。
靠近每个方块边界两侧的点虽然十分接近，但所属的编码会完全不同。实际应用中，需要通过去搜索环绕当前方块周围的8个方块来解决该问题。
搜索的时候会检查挡墙方块+8个覆盖整个搜索半径的区域，不断的去除geohash的低位，直到这9个方块能覆盖搜索半径位置。再一次搜索计算每个位置的距离。

6.GEORADIUSBYMEMBER

命令：GEORADIUSBYMEMBER key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]
命令描述：这个命令和 GEORADIUS 命令一样，都可以找出位于指定范围内的元素，但是 GEORADIUSBYMEMBER 的中心点是由给定的位置元素决定的。

来源： https://yq.aliyun.com/articles/62844

来源： https://www.cnblogs.com/simibaba/p/7090350.html

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