Redis-GEO地理位置

 Redis 3.2版本一個重大的更新是新增了GEO地理位置相關的指令。

目前Redis對地理位置支援提供了一下6個指令：

1. 1. geoadd: 增加地理位置的坐标。

2. 2. geodist: 擷取兩個地理位置的距離。

3. 3. geohash: 擷取地理位置的GeoHash值。

4. 4. geopos: 擷取地理位置的坐标。

5. 5. georadius: 根據給定經緯度坐标擷取指定範圍内的地理位置集合。

6. 6. georadiusbymember: 根據給定地理位置擷取指定範圍内的地理位置集合。

GeoHash基本原理

1. GeoHash是一種位址編碼，通過切分地圖區域為小方塊（切分次數越多，精度越高），它能把二維的經緯度編碼成一維的字元串。

2. 也就是說，理論上geohash字元串表示的并不是一個點，而是一個矩形區域，隻要矩形區域足夠小，達到所需精度即可。

編碼過程

1. 以經緯度（116.3906，39.92324）為例：

2. 1. 對于次元39.92324， 39.92324屬于(0, 90)，是以取編碼為1。

3. 然後再将(0, 90)分成 (0, 45), (45, 90)兩個區間，而39.92324位于(0, 45)，是以編碼為0。

4. 以此類推，直到精度符合要求為止，得到緯度編碼為1011 1000 1100 0111 1001。

5. 2. 經度也用同樣的算法，對(-180, 180)依次細分，得到116.3906的編碼為1101 0010 1100 0100 0100。

6. 3. 接下來将經度和緯度的編碼合并，奇數位是緯度，偶數位是經度，得到編碼 11100 11101 00100 01111 00000 01101 01011 00001。

7. 4. 最後，用0-9、b-z（去掉a, i, l, o）這32個字母進行base32編碼，得到(39.92324, 116.3906)的編碼為wx4g0ec1。

8. （116.3906，39.92324）對應的地圖位置就是http://geohash.org/wx4g0ec1，

9. 降低一些精度，就會是

   http://geohash.org/wx4g0ec，

10. 再降低一些精度，就會是

    http://geohash.org/wx4g0

    。

編碼特性

1. 不難看出這樣的編碼方式僅用一個字元串儲存經緯度資訊，并且精度由字元串從頭到尾的長度決定，編碼長度越長，精度越高。

2. GeoHash值的字首相同的位數越多，代表的位置越接近，可以友善索引。（反之不成立，位置接近的GeoHash值不一定相似）.

3. 但這種方案的缺點是：從geohash的編碼算法中可以看出，靠近每個方塊邊界兩側的點雖然十分接近，但所屬的編碼會完全不同。

4. 實際應用中，需要通過去搜尋環繞目前方塊周圍的8個方塊來解決該問題。

5. 除此之外，這個方案也無法直接得到距離，需要程式協助進行後續的排序計算。

Redis Geo指令實作

1. Redis将地理位置的52位GeoHash值作為有序集合的score，将地理位置存放在有序集合中進行儲存。

2. 後續按位置搜尋時，依據GeoHash的特性搜尋目前方塊與環繞目前方塊的8個方塊來搜尋目标位置集合。

1.GEOADD

1. 指令：GEOADD key longitude latitude member [longitude latitude member ...]

2. 指令描述：将指定的地理空間位置（緯度、經度、名稱）添加到指定的key中。

3. 傳回值：添加到sorted set元素的數目，但不包括已更新score的元素。

1. Redis中接受的有效的精度範圍為-180到180度，有效次元範圍為-85.05112878到 85.05112878度（靠近南北極的一小塊地方是無法生成索引的）。

• GEOADD  實作方式

1. Redis内部使用有序集合來儲存key，每一個member的score大小為一個52位的Geohash值（double類型精度為52位）。

2. 實際上Redis内部實作的時候就是将GEOADD指令轉換成ZADD指令來實作的。

3. （這也解釋了為什麼沒有專門的georem指令，地理位置資訊是通過使用ZREM指令來删除成員。）

2.GEODIST 

1. 指令：GEODIST key member1 member2 [unit]

2. 指令描述：

3. 傳回兩個給定位置之間的距離。如果兩個位置之間的其中一個不存在， 那麼指令傳回空值。指定機關的參數 unit 必須是以下機關的其中一個：

• • m 表示機關為米。
  • km 表示機關為千米。
  • mi 表示機關為英裡。
  • ft 表示機關為英尺。

• GEODIST 實作方式

1. 使用WGS84坐标系統，計算距離時使用Haversine公式。由于地球并不是嚴格标準的，計算出來的距離有最大約0.5%的誤差。

3.GEOPOS 

1. 指令：GEOPOS key member [member ...]

2. 指令描述：從key裡傳回所有給定位置元素的位置（經度和緯度）。

3. 傳回值：GEOPOS 指令傳回一個數組， 數組中的每個項都由兩個元素組成： 

4. 第一個元素為給定位置元素的經度， 而第二個元素則為給定位置元素的緯度。當給定的位置元素不存在時， 對應的數組項為空值。

4.GEOHASH 

1. 指令：GEOHASH key member [member ...]

2. 指令描述：傳回一個或多個位置元素的 Geohash 表示。通常使用表示位置的元素使用不同的技術，使用Geohash位置52點整數編碼。

3. 由于編碼和解碼過程中所使用的初始最小和最大坐标不同，編碼的編碼也不同于标準。此指令傳回一個标準的Geohash

4. 傳回值：一個數組， 數組的每個項都是一個 geohash 。 指令傳回的 geohash 的位置與使用者給定的位置元素的位置一一對應。

• GEOHASH 實作方式

1. Redis在内部生成有序集合成員score時的geohash值與标準的算法略有差異（Redis内部使用-85,85作為次元範圍，标準使用-90,90）。

2. 這個指令傳回的是标準值，與https://en.wikipedia.org/wiki/Geohash中标準算法和geohash.org網站的結果一緻。

5.GEORADIUS

1. 指令：GEORADIUS key longitude latitude radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]

2. 指令描述：

3. 以給定的經緯度為中心， 傳回鍵包含的位置元素當中， 與中心的距離不超過給定最大距離的所有位置元素。

4. 範圍可以使用以下其中一個機關：

1. 1. m 表示機關為米。

   2. km 表示機關為千米。

   3. mi 表示機關為英裡。

   4. ft 表示機關為英尺。

1. 在給定以下可選項時， 指令會傳回額外的資訊：

1. 1. WITHDIST: 在傳回位置元素的同時， 将位置元素與中心之間的距離也一并傳回。 距離的機關和使用者給定的範圍機關保持一緻。

   2. WITHCOORD: 将位置元素的經度和次元也一并傳回。

   3. WITHHASH: 以 52 位有符号整數的形式， 傳回位置元素經過原始 geohash 編碼的有序集合分值。 這個選項主要用于底層應用或者調試， 實際中的作用并不大。

1. 指令預設傳回未排序的位置元素。 通過以下兩個參數， 使用者可以指定被傳回位置元素的排序方式：

1. 1. ASC: 根據中心的位置， 按照從近到遠的方式傳回位置元素。

   2. DESC: 根據中心的位置， 按照從遠到近的方式傳回位置元素。

1. 在預設情況下， GEORADIUS 指令會傳回所有比對的位置元素。 雖然使用者可以使用 COUNT <count> 選項去擷取前 N 個比對元素， 但是因為指令在内部可能會需要對所有被比對的元素進行處理， 是以在對一個非常大的區域進行搜尋時， 即使隻使用 COUNT 選項去擷取少量元素， 指令的執行速度也可能會非常慢。 但是從另一方面來說， 使用 COUNT 選項去減少需要傳回的元素數量， 對于減少帶寬來說仍然是非常有用的。

2. 傳回值：

1. 1. 在沒有給定任何 WITH 選項的情況下， 指令隻會傳回一個像 [“New York”,”Milan”,”Paris”] 這樣的線性（linear）清單。

   2. 在指定了 WITHCOORD 、 WITHDIST 、 WITHHASH 等選項的情況下， 指令傳回一個二層嵌套數組， 内層的每個子數組就表示一個元素。

1. 1. 1. 在傳回嵌套數組時， 子數組的第一個元素總是位置元素的名字。 至于額外的資訊， 則會作為子數組的後續元素， 按照以下順序被傳回：

1. 1. 1. 1. 以浮點數格式傳回的中心與位置元素之間的距離， 機關與使用者指定範圍時的機關一緻。

         2. geohash 整數。

         3. 由兩個元素組成的坐标，分别為經度和緯度。

• GEORADIUS實作方式

1. GeoHash值的字首相同的位數越多，代表的位置越接近，可以友善索引。但反之不成立，位置接近的GeoHash值不一定相似。

2. 靠近每個方塊邊界兩側的點雖然十分接近，但所屬的編碼會完全不同。實際應用中，需要通過去搜尋環繞目前方塊周圍的8個方塊來解決該問題。

3. 搜尋的時候會檢查擋牆方塊+8個覆寫整個搜尋半徑的區域，不斷的去除geohash的低位，直到這9個方塊能覆寫搜尋半徑位置。再一次搜尋計算每個位置的距離。

6.GEORADIUSBYMEMBER 

1. 指令：GEORADIUSBYMEMBER key member radius m|km|ft|mi [WITHCOORD] [WITHDIST] [WITHHASH] [COUNT count]

2. 指令描述：這個指令和 GEORADIUS 指令一樣， 都可以找出位于指定範圍内的元素， 但是 GEORADIUSBYMEMBER 的中心點是由給定的位置元素決定的。