Geo技术助力，让风险定位更精准
1 业务背景
2 技术选型
2.1 MySQL2.2 Redis2.3 ElasticSearch3 Coding
3.1 GEOADD
3.2 GEOPOS
3.3 GEODIST
3.4 GEORADIUS
4 原理解析
4.1 存储结构
4.2 GeoHash编码
4.3 编码原理
4.4 总结
5 参考资料
1.业务背景
某天在工位上的我，正在敲着代码，听着歌，突然就被打断了：
小G：快来看看！我们的订单都被诈骗了！！！
我：What？什么情况？
小G：有些黑中介引导我们用户下单租赁，把订单机器寄到他们那里，拿到机器后再补贴给用户一笔钱，然后这批机器我们就拿不回来啦！
我：emmmm...那这些订单有没有什么特征呢？
小G：噢也有，他们的下单的地址都是黑中介那边指定的某地址，我们也是通过这部分集中下单的地址数据进行分析得知的。
我：噢那我有个想法，如果用户的下单地址与黑中介指定下单地址相同，或者在其附近，是否就可以认为这个订单有诈骗风险？
小G：可以！
于是，新的需求又开始了。
2.技术选型
要判断用户地址与中介地址是否相同，或者相近。那落到实际功能开发，其实就是计算两个地址之间的距离，由距离长短决定是否相同，或相近。
那地址之间距离计算又如何实现呢？那当然是站在巨人的肩膀上开发啦，下面就来介绍下开发中常用的GEO（Geolocation）工具，以及他们之间的区别。
2.1 MySQL
2.1.1 优兼容性：最常用的关系型数据之一。其与项目兼容度高，与其他业务数据（如用户表、订单表）天然集成，无需跨数据源查询，通用性强。持久性：数据持久化存储，适合长期保存地址数据。2.1.2 劣性能：大数据量下（如百万级以上的地址经纬度）的复杂查询（地址空间计算）性能较低。2.2 Redis
2.2.1 优性能：基于内存存储，查询/数据操作延时极低，适合实时查询/计算操作。GEO内部数据存储结构为Sorted Set，支持高效的范围查询和排序。
扩展性：支持集群模式，适合分布式场景。
2.2.2 劣存储：内存容量有限，不适合长期存储海量数据。功能：不支持高级地理计算（如面积计算、地理围栏计算）。2.3 ElasticSearch
2.3.1 优性能：分布式架构，适合海量数据和高并发场景。内部倒排索引和分片机制，优化查询性能和保证容错。内置地址空间数据类型，支持复杂地址查询（地理围栏、距离排序、多边形查询等）2.3.2 劣复杂度：需要维护ES集群，开发学习成本较高存储：内存和磁盘占用较高，不适合小规模场景3.Coding
经过上面的分析，结合需求的场景，首先保证性能，次要无须重量级的框架，开发成本低，同时还要能够满足地理计算的基本要求。于是，果断选择 Redis！
3.1 GEOADD
用于添加一个或多个地理位置信息（经纬度）
例子：添加一个key为gk，包含 天安门，故宫 的经纬度
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3.2 GEOPOS
用于查询某一个key中的指定地址经纬度
例子：查询gk中 天安门 和 故宫 的经纬度
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3.3 GEODIST
用于查询同一个key两个地址之间的距离
例子：查看gk中 天安门 和 故宫的距离（m)
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3.4 GEORADIUS
用于查询同一个key中指定地址范围半径内的地址
例子：查询gk中以 天安门 为中心，半径1000km的地址
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Java代码如下
4.原理解析
从上面的示例来看，在使用的角度来说还是简洁易懂的。所谓知其然，知其所以然，所以接下来我们再深究下，Redis的GEO是如何实现两个地址的经纬度之间的距离计算的呢？
4.1 存储结构
Redis的GEO底层实现采用的是Sorted Set有序集合结构，其中key存储元素信息，value存储经纬度（即权重）。而经纬度包含经度和纬度两个信息，因此需要使用GeoHash编码的方式将经纬度转化成float类型进行存储。
4.2 GeoHash编码
上面提到了GeoHash编码，其实是分别对经度和纬度进行编码，然后再组合成一个新的编码。这个方法叫：二分区间编码
4.3 编码原理
对于一个经纬度来说，经度的范围是[-180, 180]，纬度的的范围是[-90, 90]。而GeoHash编码针对两个范围进行N次（N可自定义）的二分区编码，将其转化成一个N位的二进制值。
以经度为例，在进行第一次二分区时，将经度范围[-180, 180]进行二分，得到两个区间 [-180, 0) 和 [0, 180]。然后判断当前经度落在哪个区间，若落在左区间，则记录为0；若落在右区间，则记录为1。如此反复，每次都会得到一个二进制值。
例子：将经度（116.37）进行5次二分区后得到编码值：11010（如图下）
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再将纬度（39.86）进行5次二分区后得到编码值：10111（如图下）
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现在得到经纬度编码之后的值，需要再将其组合成一个编码。同时遵循组合规则（如图下）
从左到右按顺序，将经度编码值逐个放入偶数位从左到右按顺序，将纬度编码值逐个放入奇数位
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最终两个编码值，转化成了一个编码值（1110011101），同时保存到Sorted Set的value中。至此，编码完成。
4.4 总结
了解了GeoHash的编码原理，那这样编码有什么用呢？下面来解答这个问题。
例子：我们把 经度区间[-180, 180]，纬度区间[-90, 90] 都做一次二分区编码，那么就会得到4个分区（如下图）
经过一次二分区编码后，本来是二维信息的经纬度，就简化成了一维信息的编码。换句话说，对于整个地理空间来说，所有的位置都能经过编码变成平面上的一个点，多个点便能组成一条线，由此计算距离便有迹可循了。
而一次二分区的结果，便是图中的4个方格，同时也对应了4个分区，每个分区都包含指定范围的经纬度。那对于N次二分区来说，N越大，分区也越多，每个分区所包含的经纬度范围就越小（所能覆盖的地理空间越小），对应映射在一维空间上的点越小，点越小则越精准。
需要注意的是，虽然分区越多，经纬度在地理空间上代表的位置则越精准，但对于距离统计来说，并不是分区越多越好。
例子：还是延续上面一次二分区的例子进行举例。这次我们把N+1，做二次二分区（如下图）
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上图可以看到，经过二次二分区后，分区变成了16个。理论上对应地理空间上的位置更加精确了，那么将对应的编码转化为一维空间上的点后，连接成线。发现对于大部分的编码值来说，在线上相邻的编码在空间上也是相邻（如：0001,0010），但是对于某些编码来说（如：0111,1000）在线上相邻，但是在空间上却相差较远。因此，对于这两个分区来说，如果只单纯考虑计算一维空间上的距离，将会造成较大误差。
所以基于以上情况，一般不会只计算编码值的距离，还需要结合分区作为辅助计算。通常在计算过程中，会在经纬度指定的分区周围同时再查询附近的几个分区，作为距离远近的参考，提高距离计算的精度。
5.参考资料
[1] https://cloud.tencent.com/developer/article/1949540
关于作者
冯超，一名转转金融技术部后端开发程序猿
