Redis高级数据结构——GeoHash

最新推荐文章于 2025-06-11 09:07:32 发布

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本文详细介绍了Redis 3.2以来的地理位置服务，包括GeoHash算法如何将经纬度映射为一维整数，以及如何通过Geo指令进行地理位置操作，如添加、查询和距离计算。重点讲解了GeoHash编码的精度选择和经纬度换算，以及实际应用中的geodist和georadius命令。

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自Redis 3.2开始，Redis基于geohash和有序集合提供了地理位置相关功能。Redis Geo模块包含了以下6个命令：
▶GEOADD: 将给定的位置对象（纬度、经度、名字）添加到指定的key;
▶GEOPOS: 从key里面返回所有给定位置对象的位置（经度和纬度）;
▶GEODIST: 返回两个给定位置之间的距离;
▶GEOHASH: 返回一个或多个位置对象的Geohash标识;
▶GEORADIUS: 以给定的经纬度为中心，返回目标集合中与中心的距离不超过给定最大距离的所有位置对象;
▶GEORADIUSBYMEMBER: 以给定的位置对象为中新，返回与其距离不超过给定最大距离的所有位置对象。

1.GeoHash算法

GeoHash算法将二维的经纬度数据映射到一维的整数，使得所有的元素挂载到一条线上，距离靠近的二维坐标映射到一维后的点之间距离也会很接近。当想要计算“附近的人”时，将目标位置映射到这条线上，然后在这个一维的线上获取附近的点就好。
那GeoHash是怎么将二维经纬度映射为一维的整数呢？
它将整个地球视为一个二维平面，然后划分成一系列正方形的方格，所有的地图元素坐标被放置于唯一的方格中，方格越小越精确。然后对这些方格进行整数编码，越靠近的方格编码越接近，最简单的编码方法使用切蛋糕法。

在这里插入图片描述

如上图所示，类似于切蛋糕的方法，对于每一个正方形，对它切两刀，使其变为四个相同大小的正方形。第一次分成的四个大正方形可以分别记为00、01、10、11。然后对四个大正方形进行切分之后，小正方形可以用4bit整数来表示，随着继续往下切，位数越多，精确度也越高。
编码之后，每个地图元素的坐标都将变成一个整数，通过这个整数可以还原出元素的坐标。
GeoHash算法会继续对这个整数做一次base32编码（0~9, a~z,去掉a、i、l、o）变成一个字符串。在Redis里面，经纬度使用52位的整数进行编码，放进了zset里面，zset的value是元素的key，score是GeoHash的52位整数值。zset的score虽然是浮点数，但是对于52位的整数值，可以无损存储。Redis的进行Geo查询时，它的内部结构实际上只是一个zset，通过zset的score排序就可以得到坐标附近的其他元素，通过将score还原成坐标值就可以得到元素的原始坐标。

2.根据经纬度计算GeoHash二进制编码

地球纬度区间是[-90,90]，北海公园的纬度是39.928167，可以通过下面算法对纬度39.928167进行逼近编码:

区间[-90,90]进行二分为[-90,0),[0,90]，称为左右区间，可以确定39.928167属于右区间[0,90]，给标记为1；接着将区间[0,90]进行二分为 [0,45),[45,90]，可以确定39.928167属于左区间 [0,45)，给标记为0；递归上述过程39.928167总是属于某个区间[a,b]。随着每次迭代区间[a,b]总在缩小，并越来越逼近39.928167；如果给定的纬度x（39.928167）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1011100，序列的长度跟给定的区间划分次数有关。

39.928167 根据纬度算编码

同理，地球经度区间是[-180,180]，可以对经度116.389550进行编码。根据经度算编码

3、组码

通过上述计算，纬度产生的编码为10111 00011，经度产生的编码为11010 01011。偶数位放经度，奇数位放纬度，把2串编码组合生成新串：11100 11101 00100 01111。最后使用用0-9、b-z（去掉a, i, l, o）这32个字母进行base32编码，首先将11100 11101 00100 01111转成十进制，对应着28、29、4、15，十进制对应的编码就是wx4g。同理，将编码转换成经纬度的解码算法与之相反，具体不再赘述。

4.GeoHash Base32编码长度与精度

可以看出，当geohash base32编码长度为8时，精度在19米左右，而当编码长度为9时，精度在2米左右，编码长度需要根据数据情况进行选择。

经纬度距离换算

在纬度相等的情况下：

经度每隔0.00001度，距离相差约1米；每隔0.0001度，距离相差约10米；每隔0.001度，距离相差约100米；每隔0.01度，距离相差约1000米；每隔0.1度，距离相差约10000米。在经度相等的情况下：

纬度每隔0.00001度，距离相差约1.1米；每隔0.0001度，距离相差约11米；每隔0.001度，距离相差约111米；每隔0.01度，距离相差约1113米；每隔0.1度，距离相差约11132米。

5.Geo指令的基本用法

geoadd key longitude latitude member #添加（经度，纬度，名称）三元组

在这里插入图片描述

geodist key member1 member2 [unit] #计算两个元素之间的距离

在这里插入图片描述

geopos key member #获取集合中任意元素的经纬度坐标

在这里插入图片描述

可以看到，获取到的经纬度坐标和geoadd进去的坐标是有些误差的，因为GeoHash对二维坐标进行的一维映射是有损的，通过映射再还原回来的值会出现较小差别。

geohash key member #获取元素的经纬度编码字符串

在这里插入图片描述
获取到的编码字符串可以上http://geohash.org/${hash}上进行定位

在这里插入图片描述

georadiusbymember key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] #查询指定元素附近的其他元素

在这里插入图片描述

georadius key longtitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] #查询指定坐标值附近的元素

在这里插入图片描述
除了这六个redis提供的Geo指令外，由于它是一个zset，因而zset的操作指令它也可以用到

在这里插入图片描述