Làm cách nào để tìm kiếm hiệu quả tất cả các mốc trong phạm vi của một mốc nhất định?

Tôi cố gắng để bắt đầu với một dự án tìm kiếm geo rằng sẽ tìm thấy tất cả các địa danh tại 10 km / dặm (không quan trọng cho câu chuyện này) của một cột mốc cụ thể.

Vì vậy, ví dụ, giả sử tôi có cơ sở dữ liệu gồm 1.000.000 mốc. Để tìm tất cả các địa danh tại 10 dặm dao động của một bước ngoặt với tọa độ nào đó, tôi sẽ phải tính toán khoảng cách giữa một mốc từ tìm kiếm của tôi và 1.000.000 mốc.

Có cách nào tốt hơn để làm điều đó?

Thay thế tôi đã nghĩ là phân loại các địa danh như quốc gia, khu vực, thành phố, khu phố, kinh doanh, lịch sử, vv theo cách mà doanh nghiệp có thể là một phần của một khu phố hoặc thành phố. Thành phố là một phần của một khu vực, một quốc gia, v.v ... Điều này có thể thu hẹp danh sách các tính toán, nhưng có vẻ như vẫn còn rất nhiều việc phải làm để tìm kiếm nhanh và chính xác.

API Google Maps có thể giúp được không?

Kể từ SQL Server 2008, có một địa lý kiểu dữ liệu lưu trữ các vị trí (cặp lat / lon) và giúp bạn dễ dàng viết các truy vấn liên quan đến vị trí.

Có một câu trả lời StackOverflow hiện có thảo luận sâu về vấn đề này.

Một truy vấn cơ bản để tìm 7 mục gần nhất :

USE AdventureWorks2012  
GO  
DECLARE @g geography = 'POINT(-121.626 47.8315)';  
SELECT TOP(7) SpatialLocation.ToString(), City FROM Person.Address  
WHERE SpatialLocation.STDistance(@g) IS NOT NULL  
ORDER BY SpatialLocation.STDistance(@g);  

Một truy vấn cơ bản để tìm mọi thứ trong vòng 100m (câu trả lời thứ hai cho câu hỏi)

-- Get the center point
DECLARE @g geography
SELECT @g = geo FROM yourTable WHERE PointId = something

-- Get the results, radius 100m
SELECT * FROM yourTable WHERE @g.STDistance(geo) <= 100

Sử dụng cơ sở dữ liệu với sự hỗ trợ cho các truy vấn GIS (hệ thống thông tin địa lý) . Hầu hết các cơ sở dữ liệu đều hỗ trợ hoàn toàn hoặc có phần mở rộng, nhưng các chi tiết sẽ dành riêng cho cơ sở dữ liệu (trong câu trả lời của họ , Flater hiển thị cú pháp cho máy chủ SQL).

Nếu bạn cần triển khai các truy vấn như vậy trong ứng dụng của mình, bạn có thể triển khai cấu trúc dữ liệu cho phép truy vấn không gian, ví dụ: Cây kd . Đây giống như một cây tìm kiếm nhị phân, ngoại trừ mỗi cấp của các phân vùng cây trên một thứ nguyên tọa độ khác nhau. Điều này cho phép bạn giới hạn tìm kiếm trong một nhóm nhỏ hơn các ứng cử viên khả thi. Thực tế, bạn dịch tìm kiếm của bạn Bán kính 10km bán kính của bạn thành các giới hạn cho mỗi kích thước tọa độ và thắt chặt các giới hạn khi bạn lặp lại vào cây.

Vâng, có một cách tốt hơn. Bạn cần sử dụng một chỉ số không gian . Các chỉ mục này tổ chức siêu dữ liệu về hình học để lọc ra hình học ở rất xa, tiết kiệm rất nhiều chu kỳ CPU bằng cách tránh các tính toán mà bạn mô tả. Bạn không nên tự mình thực hiện vì tất cả các cơ sở dữ liệu quan hệ chính đều cung cấp loại hình và chỉ mục hình học không gian đi kèm với chúng.

• PostGIS (phần mở rộng GIS cho PostgreSQL) sử dụng R-Plants: Plants http://postgis.net/docs/USE_postgis_dbmanepage.html#idm2246 (Loại GiST)
• SQL Server sử dụng các chỉ mục lưới: https://docs.microsoft.com/en-us/sql/relational-database/spatial/spatial-indexes-overview?view=sql-server-2017
• Oracle sử dụng R-Plants: https://docs.oracle.com/database/121/SPATL/creating-spatial-index.htmlm
• MySQL sử dụng R-Plants: https://dev.mysql.com/doc/refman/8.0/en/optimizing-spatial-analysis.html

Những gì bạn muốn xem xét là các truy vấn "trong khoảng cách" (truy vấn cho hình học trong một khoảng cách nhất định của một số hình học khác). Đây là những vấn đề rất chuẩn và rất nhiều đã được giải quyết và có thể có trong tất cả các cơ sở dữ liệu trên (và được tích hợp vào một số):

• PostGIS: ST_DWithin
• Máy chủ SQL: STDistance (Không rõ rằng chỉ mục sử dụng trên phiên bản địa lý 3D của chức năng này được hỗ trợ)
• Oracle: SDO_WITHIN_DISTANCE(Điều này không nói rõ ràng rằng nó sẽ kích hoạt việc sử dụng chỉ mục. Tôi sẽ kiểm tra lại kế hoạch truy vấn. Bạn có thể cần phải áp dụng mộtSDO_FILTER để có được nó để sử dụng chỉ mục.)
• MySQL: Vẫn đang tìm ra điều này.

Giải pháp cho việc kích hoạt sử dụng chỉ mục

Trong trường hợp xấu nhất khi bạn gặp sự cố khiến hệ thống sử dụng chỉ mục không gian với các truy vấn này, bạn có thể thêm bộ lọc bổ sung. Bạn sẽ tạo một hộp giới hạn hình vuông có cạnh dài 2 * (khoảng cách tìm kiếm) tập trung tại điểm tìm kiếm của bạn và so sánh các hộp giới hạn của hình học bảng với điều đó trước khi kiểm tra khoảng cách thực tế. Đó là những gì PostGIS ' ST_DWithinở trên thực hiện trong nội bộ.

Khoảng cách trong GIS

Trong khi các chỉ số không gian là tuyệt vời và hoàn toàn là giải pháp phù hợp cho vấn đề của bạn, việc tính toán khoảng cách có thể trở nên phức tạp về mặt logic. Cụ thể, bạn cần lo lắng về phép chiếu nào (về cơ bản là tất cả các tham số cho hệ tọa độ), dữ liệu của bạn được lưu trữ. Hầu hết các phép chiếu 2D (những thứ khác ngoài hệ tọa độ góc như các phép chiếu lat / long khác nhau) làm biến dạng đáng kể độ dài. Ví dụ: phép chiếu Web Mercator (được sử dụng bởi Google, Bing và mọi nhà cung cấp bản đồ cơ sở chính khác) mở rộng các khu vực và khoảng cách ngày càng tăng khi vị trí nằm xa xích đạo hơn . Tôi có thể sai vì tôi không được giáo dục chính thức về GIS, nhưng điều tốt nhất tôi từng thấy cho các phép chiếu 2D là một số cách cụ thể hứa hẹn khoảng cách chính xác từ mộtđiểm duy nhất, không đổi trên toàn thế giới. (Không, việc sử dụng một phép chiếu khác nhau cho mỗi truy vấn là không thực tế; điều đó sẽ khiến các chỉ mục của bạn trở nên vô dụng.)

Điểm mấu chốt là bạn cần đảm bảo rằng toán học của bạn là chính xác. Cách đơn giản nhất để làm như vậy từ góc độ phát triển là sử dụng các phép chiếu góc (Chúng thường được gọi là "địa lý") và các hàm hỗ trợ làm toán bằng mô hình hình cầu, nhưng các tính toán này đắt hơn một chút so với các đối tác 2D và một số DB có thể không hỗ trợ lập chỉ mục chúng. Tuy nhiên, nếu bạn có thể có được hiệu suất chấp nhận được bằng cách sử dụng chúng, thì đó có lẽ là cách tốt nhất. Một tùy chọn phổ biến khác là các phép chiếu khu vực (như các vùng UTM) có cả khoảng cách và các khu vực khá gần để sửa nếu dữ liệu của bạn bị giới hạn ở một phần cụ thể của thế giới. Những gì tốt nhất cho ứng dụng của bạn sẽ phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể của bạn,

Điều này áp dụng ngay cả khi bạn không sử dụng các chỉ mục không gian tích hợp. Dữ liệu của bạn có một số phép chiếu bất kể bạn đang sử dụng hoặc sử dụng công nghệ hoặc kỹ thuật nào trong tương lai và hiện tại nó đã ảnh hưởng đến bất kỳ truy vấn và tính toán nào bạn đang thực hiện.

Tôi đồng ý rằng nếu có thể sử dụng hỗ trợ cụ thể trong cơ sở dữ liệu sẽ là cách hợp lý nhất để làm điều này.

Tuy nhiên, nếu tôi phải làm điều này trên cơ sở dữ liệu mà không có sự hỗ trợ cụ thể, tôi sẽ bắt đầu bằng cách truy vấn một hình vuông có chứa hình tròn, ví dụ (y> (y1 - rad)) AND (y <(y1 + rad)) AND (x> ( x1 - rad)) VÀ (x <(x1 + rad)). Giả sử các điểm của bạn có truy vấn phân phối gần như bằng nhau cho một hình vuông sẽ giúp bạn có được các trận đấu thực sự của bạn cộng thêm khoảng 30% kết quả khớp sai. Sau đó, bạn có thể loại bỏ các trận đấu sai.