GeoHash特点
1）GeoHash用一个字符串表示经度和纬度两个坐标，比如我现在所在位置的GeoHash值为 wx4sv61q；
2）GeoHash标识的并不是一个点，而是一个区域，比如 wx4sv61q 对应的就是一个矩形区域；
3）编码的前缀可以标识更大的区域，比如 wx4sv61 编码代表的区域要大于 wx4sv61q 代表的区域，但是 wx4sv61q 代表的区域一定在 wx4sv61 代表的区域内。
因此我们再去做距离检索的时候，只需要对GeoHash进行前缀匹配即可，具体的原因在后面内容进行介绍。
GeoHash原理
GeoHash最简单的解释就是将一个位置信息转化成一个可以排序、可以比较的字符串编码。下面就详细介绍以下其实现过程：
维基百科对GeoHash的介绍：https://en.wikipedia.org/wiki/Geohash
首先我们将纬度(-90, 90)平均分成两个区间(-90, 0)、(0, 90)，如果坐标位置的纬度值在第一区间，则编码是0，否则编码为1。我们用 40.222012 举例，由于40.222012 属于 (0, 90)，所以编码为1，然后我们继续将(0, 90)分成(0, 45)、(45, 90)两个区间，而40.222012 位于(0, 45)，所以编码是0，依次类推，我们进行20次拆分，最后计算40.222012 的编码是 10111001001101000110。
对于经度采用同样的的方法，得到 116.248283 的编码是 11010010101010100101。
接下来我们对经纬度的编码合并，奇数为是纬度，偶数为是经度，得到的编码是 1110011101001001100011011001100000110110（这里需要特别注意，这里说的奇数、偶数是值数组的下标，从0开始的）；
最后用base32编码，二进制串对应的十进制分别为 28, 29, 4, 24, 27, 6, 1, 22，转化为base32是wx4sv61q，因此就 得到(40.222012, 116.248283) 的编码为 wx4sv61q。（下图介绍了base32的对应关系）
编码 wx4sv61q 在地图上对应的位置如下图：
这里我们GeoHash的编码长度为8，这时精度在19米，下表列出了不同的编码长度对应的精度：
由上面的精度可知，如果要选取和我(40.222012, 116.248283)相距2km内的物品，我们只需要查找物品坐标对应的GeoHash以wx4sv为前缀的即可。
GeoHash延伸
到目前为止我们对空间索引有了一定的了解，但是上面介绍的内容对下面的一种情况就无法实现（下面这幅图出自他人的博客）：
我们从图中可以看出，红点与上方的绿点距离较近，与下方的绿点距离较远，但是红点与下方的绿点的编码字符串一样，都是wx4g0。对于GeoHash这种边界问题解决思路也十分简单，我们在做检索或者查询的时候，对周围的八个区域进行匹配，这样就很好的解决了边界问题。下面我们就对GeoHash用java进行实现。
JAVA实现
在实现之前，我们首先定义一个LocationBean，用它来表示经纬度信息：
/** *@Description: 存储经纬度信息 */
package com.lulei.geo.bean; 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;//纬度[-90,90]private double lng;//经度[-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;}
}
然后我们编写一个类，来实现GeoHash，在实现GeoHash的过程中，我们需要用 定义一些常量以及经纬度信息，具体如下：
public class GeoHash {private LocationBean location;/*** 1 2500km;2 630km;3 78km;4 30km* 5 2.4km; 6 610m; 7 76m; 8 19m*/private int hashLength = 8; //经纬度转化为geohash长度private int latLength = 20; //纬度转化为二进制长度private int lngLength = 20; //经度转化为二进制长度private double minLat;//每格纬度的单位大小private double minLng;//每个经度的倒下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'};
}在GeoHash实例化时，我们需要对一些 属性进行赋值：
public GeoHash(double lat, double lng) {location = new LocationBean(lat, lng);setMinLatLng();
}public int gethashLength() {return hashLength;
}/*** @Author:lulei * @Description: 设置经纬度的最小单位*/
private void setMinLatLng() {minLat = LocationBean.MAXLAT - LocationBean.MINLAT;for (int i = 0; i < latLength; i++) {minLat /= 2.0;}minLng = LocationBean.MAXLNG - LocationBean.MINLNG;for (int i = 0; i < lngLength; i++) {minLng /= 2.0;}
}我们在使用GeoHash的时候，需要 设置最终编码的长度，因此编写一个方法实现对GeoHash长度的设置
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;
}有了这些设置之后，我们需要 将经度、纬度转化为对应的二进制编码
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;
}分别获取经纬度的二进制编码后，我们需要 将两个二进制字符串合并成一个
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;
}最后我们需要将获得的 二进制转进行base32转化/*** @param lat* @param lng* @return* @Author:lulei * @Description: 获取经纬度的base32字符串*/
private String getGeoHashBase32(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: 将五位二进制转化为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];
}对于如何获取周围八个区域的GeoHash值这个问题我们可以做如下转化，我们已经知道当前点的经纬度值，我们也知道每一个区域内的经度、纬度的宽度，如果经度加上或减去这个宽度，我们就可以位于该区域左侧和右侧区域的经度，如果纬度加上或减去这个宽度，我们就可以获取该区域上部和下部的纬度，这样我们就可以分别获取到该区域周围八个区域内的一个点的坐标，我们分别计算这八个点的坐标，也就是八个区域对应的GeoHash编码。
public List<String> getGeoHashBase32For9() {double leftLat = location.getLat() - minLat;double rightLat = location.getLat() + minLat;double upLng = location.getLng() - minLng;double downLng = location.getLng() + minLng;List<String> base32For9 = new ArrayList<String>();//左侧从上到下 3个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);}//中间从上到下 3个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);}//右侧从上到下 3个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;
}运行结果
完整代码
上面的博客中已经有完整的LoacationBean代码
/** *@Description: GeoHash实现经纬度的转化*/
package com.lulei.geo; import java.util.ArrayList;
import java.util.Arrays;
import java.util.List;import com.lulei.geo.bean.LocationBean;
import com.lulei.util.JsonUtil;public class GeoHash {private LocationBean location;/*** 1 2500km;2 630km;3 78km;4 30km* 5 2.4km; 6 610m; 7 76m; 8 19m*/private int hashLength = 8; //经纬度转化为geohash长度private int latLength = 20; //纬度转化为二进制长度private int lngLength = 20; //经度转化为二进制长度private double minLat;//每格纬度的单位大小private double minLng;//每个经度的倒下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: 设置经纬度的最小单位*/private void setMinLatLng() {minLat = LocationBean.MAXLAT - LocationBean.MINLAT;for (int i = 0; i < latLength; i++) {minLat /= 2.0;}minLng = LocationBean.MAXLNG - LocationBean.MINLNG;for (int i = 0; i < lngLength; i++) {minLng /= 2.0;}}/*** @return* @Author:lulei * @Description: 求所在坐标点及周围点组成的九个*/public List<String> getGeoHashBase32For9() {double leftLat = location.getLat() - minLat;double rightLat = location.getLat() + minLat;double upLng = location.getLng() - minLng;double downLng = location.getLng() + minLng;List<String> base32For9 = new ArrayList<String>();//左侧从上到下 3个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);}//中间从上到下 3个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);}//右侧从上到下 3个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: 设置经纬度转化为geohash长度*/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: 获取经纬度的base32字符串*/public String getGeoHashBase32() {return getGeoHashBase32(location.getLat(), location.getLng());}/*** @param lat* @param lng* @return* @Author:lulei * @Description: 获取经纬度的base32字符串*/private String getGeoHashBase32(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: 将五位二进制转化为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: 获取坐标的geo二进制字符串*/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: 合并经纬度二进制*/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: 将数字转化为geohash二进制字符串*/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(40.222012, 116.248283);System.out.println(g.getGeoHashBase32());System.out.println(JsonUtil.parseJson(g.getGeoHashBase32For9()));}}