地理空间距离计算及优化（根据两个点经纬度计算距离）
Posted ArthurKingYs
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篇首语：本文由小常识网(cha138.com)小编为大家整理，主要介绍了地理空间距离计算及优化（根据两个点经纬度计算距离）相关的知识，希望对你有一定的参考价值。
1.地理空间距离计算面临的挑战
打开美团app，不管是筛选团购还是筛选商家，默认的排序项都是“离我最近”或者“智能排序”（如下图所示）。
不管是“离我最近”还是“智能排序”，都涉及到计算用户位置与各个团购单子或者商家的距离（注：在智能排序中距离作为一个重要的参数参与排序打分）。以筛选商家为例，北京地区有5~6w个POI（本文将商家称之为POI），当用户进入商家页，请求北京全城+所有品类+离我最近/智能排序时，我们筛选服务需要计算一遍用户位置与北京全城所有POI的距离。
这种大量计算距离的场景十分消耗资源，从测试来看目前5w个点仅计算一遍距离就需要7ms，而到100w的时候就需要140多ms，随着数据的快速增长，筛选服务的性能将会非常堪忧。
如何优化距离的计算，进而提高计算速度、降低cpu使用率已经迫在眉睫。美团移动后台团购组在此方向上进行了些许探索，下文将分为4部分展开：1）地理空间距离计算原理；2）Lucene使用的距离计算公式；3）优化方案；4）实际应用。
2 地理空间距离计算原理
地理空间距离计算方法较多，目前我们使用的可以分为两类：1）球面模型，这种模型将地球看成一个标准球体，球面上两点之间的最短距离即大圆弧长，这种方法使用较广，在我们服务端被广泛使用；2）椭球模型，该模型最贴近真实地球，精度也最高，但计算较为复杂，目前客户端有在使用，但实际上我们的应用对精度的要求没有那么高。
下面着重介绍我们最常用的基于球面模型的地理空间距离计算公式，推导也只需要高中数学知识即可。
经纬度距离计算示意图
该模型将地球看成圆球，假设地球上有A(ja,wa)，B(jb,wb)两点（注：ja和jb分别是A和B的经度，wa和wb分别是A和B的纬度），A和B两点的球面距离就是AB的弧长，AB弧长=R*角AOB（注：角AOB是A跟B的夹角，O是地球的球心，R是地球半径，约为6367000米）。如何求出角AOB呢？可以先求AOB的最大边AB的长度，再根据余弦定律可以求夹角。
如何求出AB长度呢？
1）根据经纬度，以及地球半径R，将A、B两点的经纬度坐标转换成球体三维坐标；
2）根据A、B两点的三维坐标求AB长度;
3）根据余弦定理求出角AOB;
4）AB弧长=R*角AOB.
3.Lucene使用的地理空间距离算法
目前美团团购app后台使用lucene来筛选团购单子和商家，lucene使用了spatial4j工具包来计算地理空间距离，而spatial4j提供了多种基于球面模型的地理空间距离的公式，其中一种就是上面我们推导的公式，称之为球面余弦公式。还有一种最常用的是Haversine公式，该公式是spatial4j计算距离的默认公式，本质上是球面余弦函数的一个变换，之前球面余弦公式中有cos(jb-ja)项，当系统的浮点运算精度不高时，在求算较近的两点间的距离时会有较大误差，Haversine方法进行了某种变换消除了cos(jb-ja)项，因此不存在短距离求算时对系统计算精度的过多顾虑的问题。
1）Haversine公式代码
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以上是关于地理空间距离计算及优化（根据两个点经纬度计算距离）的主要内容，如果未能解决你的问题，请参考以下文章 |