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查找附近点--Geohash方案讨论

2014-09-16 13:37:17 分类:PHP运用 阅读(1581) 加入收藏


随着移动终端的普及,很多应用都基于LBS功能,附近的某某(餐馆、银行、妹纸等等)。

基础数据中,一般保存了目标位置的经纬度;利用用户提供的经纬度,进行对比,从而获得是否在附近。

目标:
查找附近的XXX,由近到远返回结果,且结果中有与目标点的距离。

针对查找附近的XXX,提出两个方案,如下:

一、方案A:
=================================================================================================

抽象为球面两点距离的计算,即已知道球面上两点的经纬度;
点(纬度,经度),A($radLat1,$radLng1)、B($radLat2,$radLng2);

优点:通俗易懂,部署简单便捷

缺点:每次都会查询数据库,性能堪忧

1、推导

通过余弦定理以及弧度计算方法,最终推导出来的算式A为:


$s =
acos(cos($radLat1)*cos($radLat2)*cos($radLng1-$radLng2)+sin($radLat1)*sin($radLat2))*$R;

目前网上大多使用Google公开的距离计算公司,推导算式B为:


$s =
2*asin(sqrt(pow(sin(($radLat1-$radLat2)
/2),2)+cos($radLat1)*cos($radLat2)*pow(sin(($radLng1-$radLng2)/2),2)))*$R;

其中 :
$radLat1、$radLng1,$radLat2,$radLng2 为弧度

$R 为地球半径

2、通过测试两种算法,结果相同且都正确,但通过PHP代码测试,两点间距离,10W次性能对比,自行推导版本计算时长算式B较优,如下:

//算式A
0.56368780136108float(431)
0.57460689544678float(431)
0.59051203727722float(431)

//算式B
0.47404885292053float(431)
0.47808718681335float(431)
0.47946381568909float(431)

3、所以采用数学方法推导出的公式:

<?php

  

    //根据经纬度计算距离
其中A($lat1,$lng1)、B($lat2,$lng2)

    public
static
 function getDistance($lat1,$lng1,$lat2,$lng2)

    {

        //地球半径

        $R
= 6378137;

  

        //将角度转为狐度

        $radLat1
= deg2rad($lat1);

        $radLat2
= deg2rad($lat2);

        $radLng1
= deg2rad($lng1);

        $radLng2
= deg2rad($lng2);

  

        //结果

        $s
=
acos(cos($radLat1)*cos($radLat2)*cos($radLng1-$radLng2)+sin($radLat1)*sin($radLat2))*$R;

  

        //精度

        $s
= round($s* 10000)
/10000;

  

        return round($s);

    }

  

?>

4、在实际应用中,需要从数据库中遍历取出符合条件,以及排序等操作,

将所有数据取出,然后通过PHP循环对比,筛选符合条件结果,显然性能低下;所以我们利用下Mysql存储函数来解决这个问题吧。

4.1、创建Mysql存储函数,并对经纬度字段建立索引

<?php

  

    //根据经纬度计算距离
其中A($lat1,$lng1)、B($lat2,$lng2)

    public
static
 function getDistance($lat1,$lng1,$lat2,$lng2)

    {

        //地球半径

        $R
= 6378137;

  

        //将角度转为狐度

        $radLat1
= deg2rad($lat1);

        $radLat2
= deg2rad($lat2);

        $radLng1
= deg2rad($lng1);

        $radLng2
= deg2rad($lng2);

  

        //结果

        $s
=
acos(cos($radLat1)*cos($radLat2)*cos($radLng1-$radLng2)+sin($radLat1)*sin($radLat2))*$R;

  

        //精度

        $s
= round($s* 10000)
/10000;

  

        return round($s);

    }

  

?>

4.2、查询SQL

通过SQL,可设置距离以及排序;可搜索出符合条件的信息,以及有一个较好的排序

1

SELECT
*,latitude,longitude,GETDISTANCE(latitude,longitude,30.663262,104.071619)
AS distance FROM mb_shop_ext where 1 HAVING
distance<1000 ORDER BY distance ASC LIMIT
0,10

二、方案B
=================================================================================================

Geohash算法;geohash是一种地址编码,它能把二维的经纬度编码成一维的字符串。
比如,成都永丰立交的编码是wm3yr31d2524

优点:

1、利用一个字段,即可存储经纬度;搜索时,只需一条索引,效率较高
2、编码的前缀可以表示更大的区域,查找附近的,非常方便。 SQL中,LIKE ‘wm3yr3%’,即可查询附近的所有地点。
3、通过编码精度可模糊坐标、隐私保护等。

缺点: 距离和排序需二次运算(筛选结果中运行,其实挺快)

1、geohash的编码算法

成都永丰立交经纬度(30.63578,104.031601)

1.1、纬度范围(-90, 90)平分成两个区间(-90, 0)、(0,
90),如果目标纬度位于前一个区间,则编码为0,否则编码为1。
由于30.625265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,
然后再将(0, 45)分成 (0, 22.5), (22.5, 45)两个区间,而39.92324位于(22.5,
45),所以编码为1,
依次类推可得永丰立交纬度编码为101010111001001000100101101010。

1.2、经度也用同样的算法,对(-180, 180)依次细分,(-180,0)、(0,180)
得出编码110010011111101001100000000000

1.3、合并经纬度编码,从高到低,先取一位经度,再取一位纬度;得出结果
111001001100011111101011100011000010110000010001010001000100

1.4、用0-9、b-z(去掉a, i, l,
o)这32个字母进行base32编码,得到(30.63578,104.031601)的编码为wm3yr31d2524。


11100 10011 00011 11110 10111 00011 00001 01100 00010
00101 00010 00100 => wm3yr31d2524

  

十进制           10 11 12 13 14 15

base32                 g

十进制 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

base32              v     z

2、策略

1、在纬度和经度入库时,数据库新加一字段geohash,记录此点的geohash值

2、查找附近,利用 在SQL中 LIKE
‘wm3yr3%’;且此结果可缓存;在小区域内,不会因为改变经纬度,而重新数据库查询

3、查找出的有限结果,如需要求距离或者排序,可利用距离公式和二维数据排序;此时也是少量数据,会很快的。

3、PHP基类

geohash.class.php

<?php

  

  

class Geohash

{

    private
$coding=
"0123456789bcdefghjkmnpqrstuvwxyz";

    private
$codingMap=array();

  

    publicfunction Geohash()

    {

        for($i=0;
$i<32; $i++)

        {

            $this->codingMap[substr($this->coding,$i,1)]=str_pad(decbin($i),
5,
 "0",
STR_PAD_LEFT);

        }

  

    }

  

    publicfunction decode($hash)

    {

        $binary="";

        $hl=strlen($hash);

        for($i=0;
$i<$hl; $i++)

        {

            $binary.=$this->codingMap[substr($hash,$i,1)];

        }

  

        $bl=strlen($binary);

        $blat="";

        $blong="";

        for($i=0; $i<$bl;
$i++)

        {

            if($i%2)

                $blat=$blat.substr($binary,$i,1);

            else

                $blong=$blong.substr($binary,$i,1);

  

        }

  

        $lat=$this->binDecode($blat,-90,90);

        $long=$this->binDecode($blong,-180,180);

  

        $latErr=$this->calcError(strlen($blat),-90,90);

        $longErr=$this->calcError(strlen($blong),-180,180);

  

        $latPlaces=max(1,
-round(log10($latErr))) - 1;

        $longPlaces=max(1,
-round(log10($longErr))) - 1;

  

        $lat=round($lat,
$latPlaces);

        $long=round($long,
$longPlaces);

  

        returnarray($lat,$long);

    }

  

    publicfunction encode($lat,$long)

    {

        $plat=$this->precision($lat);

        $latbits=1;

        $err=45;

        while($err>$plat)

        {

            $latbits++;

            $err/=2;

        }

  

        $plong=$this->precision($long);

        $longbits=1;

        $err=90;

        while($err>$plong)

        {

            $longbits++;

            $err/=2;

        }

  

        $bits=max($latbits,$longbits);

  

        $longbits=$bits;

        $latbits=$bits;

        $addlong=1;

        while(($longbits+$latbits)%5 != 0)

        {

            $longbits+=$addlong;

            $latbits+=!$addlong;

            $addlong=!$addlong;

        }

  

        $blat=$this->binEncode($lat,-90,90,
$latbits);

  

        $blong=$this->binEncode($long,-180,180,$longbits);

  

        $binary="";

        $uselong=1;

        while(strlen($blat)+strlen($blong))

        {

            if($uselong)

            {

                $binary=$binary.substr($blong,0,1);

                $blong=substr($blong,1);

            }

            else

            {

                $binary=$binary.substr($blat,0,1);

                $blat=substr($blat,1);

            }

            $uselong=!$uselong;

        }

  

        $hash="";

        for($i=0; $i<strlen($binary);
$i+=5)

        {

            $n=bindec(substr($binary,$i,5));

            $hash=$hash.$this->coding[$n];

        }

  

        return$hash;

    }

  

    privatefunction calcError($bits,$min,$max)

    {

        $err=($max-$min)/2;

        while($bits--)

            $err/=2;

        return$err;

    }

  

    privatefunction precision($number)

    {

        $precision=0;

        $pt=strpos($number,'.');

        if($pt!==false)

        {

            $precision=-(strlen($number)-$pt-1);

        }

  

        returnpow(10,$precision)/2;

    }

  

    privatefunction binEncode($number, $min, $max, $bitcount)

    {

        if($bitcount==0)

            return"";

        $mid=($min+$max)/2;

        if($number>$mid)

            

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