지오해시(GeoHash) 란 ?

최근 책을 보다가 지오해시에 대해 언급이 되어 정리하는 시간을 가져본다

지오해시(GeoHash)

지오해시(Geohash)는 공간 인덱싱(spatial indexing) 기법으로, 지리적 좌표(위도와 경도)를 이진수로 변환한 후, 다시 문자열로 인코딩하는 방식을 말한다. 이 방식은 위치 정보를 효율적으로 저장하고 검색할 수 있게 해주며, 특정한 패턴을 통해 근처 위치를 쉽게 식별할 수 있게 한다.

주요특징

1. 위도와 경도의 압축: 위도와 경도를 짧은 문자열로 압축하여 저장하거나 검색할 때 사용하기에 용이하다.

2. 공간적 근접성 유지: 지오해시의 문자열 앞부분이 동일하다면, 해당 위치들이 가까운 지역에 있음을 나타낸다.

3. 계층적 구조: 지오해시 문자열의 길이에 따라 위치의 정확도가 달지게된다 따라서 문자열이 길수록 더 세밀한 지역을 나타내고, 짧을수록 더 넓은 범위를 나타낸다.

• Level 1: 지오해시의 첫 글자에 해당하는 부분으로, 지구 전체를 대략적으로 4개의 큰 구역으로 나눈다.

• Level 2: 두 번째 글자가 추가되면서 각 구역이 더 작은 16개의 구역으로 세분화된다.

• Level 3: 세 번째 글자가 추가되면 더 작은 구역으로 나뉘며, 점점 더 구체적인 위치를 나타내게 된다.
  ...
  지오해시는 12단계 (level) 의 정밀도를 가지게되는데, 레벨에 따라 격자 크기를 결정하게된다.

  Geohash 레벨	Geohash 문자열 길이	격자 너비 (동서 방향)	격자 높이 (남북 방향)
  1	1	5,000 km	5,000 km
  2	2	1,250 km	625 km
  3	3	156 km	156 km
  4	4	39.1 km	19.5 km
  5	5	4.89 km	4.89 km
  6	6	1.22 km	0.61 km
  7	7	153 m	153 m
  8	8	38.2 m	19.1 m
  9	9	4.77 m	4.77 m
  10	10	1.19 m	0.597 m
  11	11	149 mm	149 mm
  12	12	37.2 mm	18.6 mm

지오해시 작동원리에서 좀더 상세하게 다뤄보자

4. 빠른 검색 성능: 특정 지역 내의 위치를 찾거나, 범위 검색을 할 때 효율적으로 사용할 수 있다.
   ex) 인접한 지오해시 값을 사용하여 근처 지역을 쉽게 검색할 수 있다.

작동원리

1. 위도와 경도를 분리해 이진수로 변환

   위도와 경도는 어떻게 이진수로 변환하지?

   • 위도는 절반을 나누었을때 왼쪽이면 0 오른쪽이면 1 로 표기.
   • 경도는 절반을 나누었을때 위쪽이면 1 아래쪽이면 0 로 표기.
   • 순서는 위도 -> 경도 순서로 번갈아 가면서 표기합니다.
     

     이미지 출처: Velog[사진속의 램프]

2. 위도와 경도의 이진값을 교차 결합

3. 결합된 이진수를 Base32로 인코딩

   이진수	Base32 문자
   00000	A
   00001	B
   00010	C
   00011	D
   00100	E
   00101	F
   00110	G
   00111	H
   01000	J
   01001	K
   01010	M
   01011	N
   01100	P
   01101	Q
   01110	R
   01111	S
   10000	T
   10001	V
   10010	W
   10011	X
   10100	Y
   10101	Z
   10110	2
   10111	3
   11000	4
   11001	5
   11010	6
   11011	7
   11100	8
   11101	9

   서울로 위치로 예시를 들어보자

   서울의 대략적인 위치를 위도와 경도로 표기하였을때 위도: 37.5665° 경도: 126.9780°
   위도는 -90 ~ +90 경도는 -180에서 +180 사이의 값이다. 위도값으로 범의를 좁혀 보겠다.
   처음 범위는 [-90, +90]입니다. 중간값은 0으로, 서울의 위도는 0보다 크기 때문에 1을 할당하고, 범위를 [0, +90]으로 축소합니다.
   [0, 90]에서 중간값은 45입니다. 37.5665는 45보다 작으므로 0을 할당하고, 범위를 [0, 45]로 축소합니다.
   [0, 45]에서 중간값은 22.5입니다. 37.5665는 22.5보다 크므로 1을 할당하고, 범위를 [22.5, 45]로 축소합니다.
   이 과정을 반복하여 위도의 이진값을 점차 좁혀 나갑니다.
   이렇게 단계별로 위도 값을 이진수로 변환할 수 있으며, 경도도 유사한 방식으로 처리된다.

   level6 까지 구하였을 때 위도 : 101101010110110, 경도 111001111001100
   위도와 경도의 이진수의 교차결합 = 1110011110011001001110100110110
   위도와 경도의 이진수 값을 5비트로 나눌경우 11100,11110,01100,10011,01001,10110
   wy이를 Base32로 변환 하였을때 wydm9q

Movalbe-type.co.kr

마치며

다시 한번 정리를 해보면서 어떻게 해시값을 구하고 세분화 하는지 정리해보는 시간을 가질 수 있었고, 지오해시관련 라이브러리를 사용해보거나 직접 한번 코드로 구현해보는 시간도 가져보면 좋겠다는 생각도 들었다.
또 시간을 내서 균등격자방식이나 쿼드트리 등 다른 위치를 식별하는 방법에 대해 다뤄볼 생각이다.