【GIS】geohash原理与实现

参考：https://www.cnblogs.com/LBSer/p/3310455.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Geohash

引子

考虑一个问题，如何搜索某点附近一定范围内的满足要求的公交站。
(截了个高德的图、并不知道高德地图后台如何搜索的。。。)

• 无脑思路：把所有的公交站和当前位置都算距离筛选
• 简单思路：把当前城市/附近行政区的所有公交站和当前位置算距离筛选(天然范围)
• 优化思路：用格网剖分区域，每次都从附近的格网中搜索，如先找出附近1km的格网，再在格网中找点(人工范围)

人工范围除了要划分区域外，同时希望每个范围的名字(编码)能看出层级关系和一定程度的空间邻近关系

感性认识

所以Geohash就是把“经纬度”编码的一种方式，将地球/地图在经纬度坐标下划分网格形成。

• 标识位置。如wx4g0表示了覆盖天安门附近范围的方格
• 邻近关系。图中wx4g8、wx4g9、wx4gd….wx4g4都是五位编码，只有最后一位不同
• 层次关系。刚才所示的9个网格都在四位编码的wx4g的网格范围内，字符串越长，表示的范围越小，越精确
• 注：(geohash的编码方式存在突变，邻近只能看大概，主要是层次关系)

点击地图查geohash

输入坐标查geohash

理性认识

首先明确的是，根据经纬度坐标，划分网格，覆盖全域。

1. 根据经纬度作二进制编码。二进制编码以经度、纬度轮流平分的方式编码；或经度纬度分别逐级二分，最后交叉合并
2. 二进制编码转32进制编码。五个二进制字符{0,1}成一组，转换成32进制
3. 32进制编码排列形成geohash编码

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• 二进制编码的平分，先经度，后纬度，轮流；或经度纬度分别逐级二分，后经度在前纬度在后穿插
• 二进制编码经纬度平分一组等同于对平面四叉分割一次
• 32进制编码用数字和字母组成，删掉了ailo四个字母
• 一个编码为5个二进制数，所以每个层次(结点)挂接32个子结点，4*8个

例子：

编码故宫所在位置，7位精度
(原文中用的经度纬度分别计算，然后合并；这里用分别计算)
Lat: 39.92018 Lng: 116.394981
1. 初始化范围为：lon_range=(-180,180);lat_range=(-90,90)
2. 平分经度方向，取得——1
3. 平分纬度方向，取得——1
4. 范围更新为lon_range=(0,180);lat_range=(0,90)
5. 再一轮，经度——1，纬度——0，范围lon_range=(90,180);lat_range=(0,45)
6. 循环至7*5=35个二进制编码，得到

类型	编码
二进制	11100,11101,00100,01111,00000,01101,10000；
十进制	28, 29, 4, 15, 0, 13, 16
32进制	w,x,4,g,0,e,h

其他须知

精度

wiki里给出了不同级别的精度，给定的经纬度误差比例为1：1和2：1轮回，这是由于一次四分为两个二进制数，而一位geohash为5个二进制数

坐标系

1. geohash是在经纬度坐标下进行的网格划分，则纵向(经线方向)相对均匀(近似圆)，而横向(纬线方向)变化很大，如同级别的哈尔滨的一个网格和杭州的一个网格，哈尔滨的宽度要小一些(脑补下两个梯形)
2. 如上述精度问题，由于总共剖分的是360经度和180纬度，每个编码又五次剖分完成，所以第一次长方形->正方形；第二次正方形->长方形。所以geohash的网格是在长方形和方形间切换的
   
3. 地图投影的问题，在平面地图上看的话，可能会由于地图投影的原因在高纬度纵方向被拉长，如下图
   

Peano空间填充曲线

geohash的二进制编码和Peano空间填充曲线一致，用分形空间填充曲线可以按照一套规则填满整个平面，大部分情况下编码相似的距离也相近，但Peano空间填充曲线最大的缺点就是突变性，有些编码相邻但距离却相差很远，比如0111与1000，编码是相邻的，但距离相差很大。
所以看geohash编码时可以发现，数字/字母的递增顺序表现在局部以N字形或倒Z字形呈现。（具体是哪个仍取决于第几级）
(这个配图坐标的比例有点问题。。。)