GeoHash算法与用法-蒲公英云

/**
 * GeoHash算法
 *
 * 可以到 http://geohash.co/ 进行geohash编码，以确定自己代码是否写错
 *
 * @Description  GeoHash字符串编码越长，表示的范围越小，位置也越精确。
 * 因此我们就可以通过比较GeoHash匹配的位数来判断两个点之间的大概距离。
 * @author xrj
 * @date 2020/4/15
 */
@Slf4j
public class GeoHash {
    private static final double MINLAT = -90;
    private static final double MAXLAT = 90;
    private static final double MINLNG = -180;
    private static final double MAXLNG = 180;
    private final static char[] digits = { '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' };
    //定义编码映射关系
    private final static HashMap<Character, Integer> lookup = new HashMap<Character, Integer>();
    //初始化编码映射内容
    static {
        int i = 0;
        for (char c : digits)
            lookup.put(c, i++);
    }
    /**
     * 范围最小
     */
    private static final int SCOPE_MIX=6;
    private static final int MULTIPLE=5;
    /**
     * 范围最小是3   1.2km
     * 范围一般是2   39.1km
     * 范围最大是1   5000km
     * current_numbits=数字*5
     * current_numbits=SCOPE_MIX*MULTIPLE
     */
    private  int current_numbits ;
    //最小单位
    private  double minLat;
    private  double minLng;
    /**
     * 私有化构造器
     */
    private GeoHash(){
    }
    /**
     * 模糊匹配
     * 必须赋值经纬度单独编码长度，否则报错
     * @param numbits 整数范围1-3；包含1和3
     * 范围最小是3   1.2km
     * 范围一般是2   39.1km
     * 范围最大是1   5000km
     */
    private GeoHash(Integer numbits){
        if(numbits!=null && numbits>0 && numbits<4){
            this.current_numbits=numbits*MULTIPLE;
            setMinLatLng();
        }else{
            throw new BaseException(Constant.BUSINESS,ResultEnum.GEOHASH_FAILED);
        }
    }
    /**
     * 得到了最小单位，那么周边区域的经纬度也可以计算得到了。比如说左边区域的经度肯定是自身经度减去最小经度单位。
     * 纬度也可以通过加减，得到上下的纬度值，最终周围8个单位也可以计算得到。
     */
    private void setMinLatLng() {
        minLat = MAXLAT - MINLAT;
        for (int i = 0; i < current_numbits; i++) {
            minLat /= 2.0;
        }
        minLng = MAXLNG - MINLNG;
        for (int i = 0; i < current_numbits; i++) {
            minLng /= 2.0;
        }
    }
    /**
     * 企业，项目，消纳站得到geoHash参数
     * @param lat 纬度
     * @param lon 经度
     * @return
     */
    public static String getGeoHashStr(Double lat, Double lon){
        validatorParam(lon,lat);
        return new GeoHash(SCOPE_MIX).encode(lat,lon);
    }
    /**
     * 得到模糊查询的geohash字符串
     * 范围最小是3   1.2km
     * 范围一般是2   39.1km
     * 范围最大是1   5000km
     * @param lat 纬度
     * @param lon 经度
     * @return
     */
    public static String getGeoHashByLikeStr(Integer scope,Double lat, Double lon){
        validatorParam(lon,lat);
        return new GeoHash(scope).encode(lat,lon);
    }
    /**
     * 得到附近八个点
     * 范围最小是3   1.2km
     * 范围一般是2   39.1km
     * 范围最大是1   5000km
     * @param lat 纬度
     * @param lon 经度
     * @return
     */
    public static ArrayList<String> getArroundGeoHashByLikeStr(Integer scope,Double lat, Double lon){
         validatorParam(lon,lat);
        return new GeoHash(scope).getArroundGeoHash(lat,lon);
    }
    /**
     * 对geoHashStr接码得到经纬度
     * @param geoHashStr
     * @return
     */
    public static double[] getDecodeByGeoHashStr(String geoHashStr){
        return new GeoHash(SCOPE_MIX).decode(geoHashStr);
    }
    private static void validatorParam(Double lon,Double lat){
         if(lon == null || lon==0 || lat==null || lat==0){
         //抛异常
       }
    }
    /**
     * 得到GeoHash字符串
     * @param lat   纬度
     * @param lon   经度
     * @return
     */
    private String encode(double lat, double lon) {
        BitSet latbits = getBits(lat, MINLAT, MAXLAT);
        BitSet lonbits = getBits(lon, MINLNG, MAXLNG);
        StringBuilder buffer = new StringBuilder();
        for (int i = 0; i < current_numbits; i++) {
            buffer.append( (lonbits.get(i))?'1':'0');
            buffer.append( (latbits.get(i))?'1':'0');
        }
        String code = base32(Long.parseLong(buffer.toString(), 2));
        log.info( "encode  lat = " + lat + "  lng = " + lon + "  code = " + code);
        return code;
    }
    /**
     * 根据经纬度和范围，获取对应的二进制
     * @param lat
     * @param floor
     * @param ceiling
     * @return
     */
    private BitSet getBits(double lat, double floor, double ceiling) {
        BitSet buffer = new BitSet(current_numbits);
        for (int i = 0; i < current_numbits; i++) {
            double mid = (floor + ceiling) / 2;
            if (lat >= mid) {
                buffer.set(i);
                floor = mid;
            } else {
                ceiling = mid;
            }
        }
        return buffer;
    }
    /**
     * 将经纬度合并后的二进制进行指定的32位编码
     * @param i
     * @return
     */
    private String base32(long i) {
        char[] buf = new char[65];
        int charPos = 64;
        boolean negative = (i < 0);
        if (!negative){
            i = -i;
        }
        while (i <= -32) {
            buf[charPos--] = digits[(int) (-(i % 32))];
            i /= 32;
        }
        buf[charPos] = digits[(int) (-i)];
        if (negative){
            buf[--charPos] = '-';
        }
        return new String(buf, charPos, (65 - charPos));
    }
    /**
     * 对编码后的字符串解码得到经纬度
     * @param geohash
     * @return
     */
    private double[] decode(String geohash) {
        StringBuilder buffer = new StringBuilder();
        for (char c : geohash.toCharArray()) {
            int i = lookup.get(c) + 32;
            buffer.append( Integer.toString(i, 2).substring(1) );
        }
        BitSet lonset = new BitSet();
        BitSet latset = new BitSet();
        //偶数位，经度
        int j =0;
        for (int i=0; i< current_numbits*2;i+=2) {
            boolean isSet = false;
            if ( i < buffer.length() )
                isSet = buffer.charAt(i) == '1';
            lonset.set(j++, isSet);
        }
        //奇数位，纬度
        j=0;
        for (int i=1; i< current_numbits*2;i+=2) {
            boolean isSet = false;
            if ( i < buffer.length() )
                isSet = buffer.charAt(i) == '1';
            latset.set(j++, isSet);
        }
        double lon = decode(lonset, -180, 180);
        double lat = decode(latset, -90, 90);
        return new double[] {lat, lon};
    }
    /**
     * 根据二进制和范围解码
     * @param bs
     * @param floor
     * @param ceiling
     * @return
     */
    private double decode(BitSet bs, double floor, double ceiling) {
        double mid = 0;
        for (int i=0; i<bs.length(); i++) {
            mid = (floor + ceiling) / 2;
            if (bs.get(i))
                floor = mid;
            else
                ceiling = mid;
        }
        return mid;
    }
    /**
     * 得到附近八个点
     * @param lat
     * @param lon
     * @return
     */
    private ArrayList<String> getArroundGeoHash(double lat, double lon){
        log.info("getArroundGeoHash  lat = " + lat + "  lng = " + lon);
        ArrayList<String> list = new ArrayList<>();
        double uplat = lat + minLat;
        double downLat = lat - minLat;
        double leftlng = lon - minLng;
        double rightLng = lon + minLng;
        String leftUp = encode(uplat, leftlng);
        list.add(leftUp);
        String leftMid = encode(lat, leftlng);
        list.add(leftMid);
        String leftDown = encode(downLat, leftlng);
        list.add(leftDown);
        String midUp = encode(uplat, lon);
        list.add(midUp);
        String midMid = encode(lat, lon);
        list.add(midMid);
        String midDown = encode(downLat, lon);
        list.add(midDown);
        String rightUp = encode(uplat, rightLng);
        list.add(rightUp);
        String rightMid = encode(lat, rightLng);
        list.add(rightMid);
        String rightDown = encode(downLat, rightLng);
        list.add(rightDown);
        log.info("getArroundGeoHash list = " + list.toString());
        return list;
    }
    public static void main(String[] args)  throws Exception{
        //得到建筑物当前矩形点位
        String s = getGeoHashStr(40.222012, 116.248283);
        System.out.println("字符串："+s);
        //得到范围比较大的点位
//        System.out.println(getGeoHashByLikeStr(3,40.222012, 116.248283));
//        //查询最近的点
//        getArroundGeoHashByLikeStr(SCOPE_MIX,40.222012, 116.248283);
//        getArroundGeoHashByLikeStr(5,40.222012, 116.248283);
//        //得到经纬度
        double[] geo = getDecodeByGeoHashStr(s);
        System.out.println(geo[0]+" "+geo[1]);
    }
}