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Consultas de ubicación geográfica

Muchas apps tienen documentos que se indexan según ubicaciones físicas. Por ejemplo, tu app podría permitir que los usuarios exploren las tiendas cerca de su ubicación actual.

Firestore solo permite una cláusula de rango único por consulta compuesta, lo que significa que no podemos realizar consultas geográficas con solo almacenar la latitud y la longitud como campos separados y consultar un cuadro de límite.

Solución: los geohash

El geohash es un sistema para codificar un par (latitude, longitude) en una sola string base32. En el sistema de geohash, el mundo se divide en una cuadrícula rectangular. Cada carácter de una string de geohash especifica una de las 32 subdivisiones del hash del prefijo. Por ejemplo, el geohash abcd es uno de los 32 hash de cuatro caracteres que están integrados completamente al abc de geohash más grande.

Cuanto más largo sea el prefijo entre dos hash, más cerca están el uno del otro. Por ejemplo, abcdef está más cerca de abcdeg que abcdff. Sin embargo, lo contrario no ocurre igual. Dos áreas pueden estar muy cerca entre sí y tener geohash muy diferentes, como se muestra a continuación:

Geohash muy distantes

Podemos usar los geohash para almacenar y consultar documentos por posición en Firestore con una eficiencia razonable y solo se requiere un campo indexado único.

Instala la biblioteca de ayuda

Crear y analizar geohash requiere algunos cálculos complejos, por lo que creamos bibliotecas auxiliares para abstraer las partes más difíciles en Android, iOS y la Web:

Web

// Install from NPM. If you prefer to use a static .js file visit
// https://github.com/firebase/geofire-js/releases and download
// geofire-common.min.js from the latest version
npm install --save geofire-common

Swift

// Add this to your Podfile
pod 'GeoFire/Utils'

Java
Android

// Add this to your app/build.gradle
implementation 'com.firebase:geofire-android-common:3.1.0'

Almacena geohash

Para cada documento que quieras indexar por ubicación, deberás almacenar un campo de geohash como se indica a continuación:

Web

// Compute the GeoHash for a lat/lng point
const lat = 51.5074;
const lng = 0.1278;
const hash = geofire.geohashForLocation([lat, lng]);

// Add the hash and the lat/lng to the document. We will use the hash
// for queries and the lat/lng for distance comparisons.
const londonRef = db.collection('cities').doc('LON');
londonRef.update({
  geohash: hash,
  lat: lat,
  lng: lng
}).then(() => {
  // ...
});

Swift

// Compute the GeoHash for a lat/lng point
let latitude = 51.5074
let longitude = 0.12780
let location = CLLocationCoordinate2D(latitude: latitude, longitude: longitude)

let hash = GFUtils.geoHash(forLocation: location)

// Add the hash and the lat/lng to the document. We will use the hash
// for queries and the lat/lng for distance comparisons.
let documentData: [String: Any] = [
    "geohash": hash,
    "lat": latitude,
    "lng": longitude
]

let londonRef = db.collection("cities").document("LON")
londonRef.updateData(documentData) { error in
    // ...
}

Java
Android

// Compute the GeoHash for a lat/lng point
double lat = 51.5074;
double lng = 0.1278;
String hash = GeoFireUtils.getGeoHashForLocation(new GeoLocation(lat, lng));

// Add the hash and the lat/lng to the document. We will use the hash
// for queries and the lat/lng for distance comparisons.
Map<String, Object> updates = new HashMap<>();
updates.put("geohash", hash);
updates.put("lat", lat);
updates.put("lng", lng);

DocumentReference londonRef = db.collection("cities").document("LON");
londonRef.update(updates)
        .addOnCompleteListener(new OnCompleteListener<Void>() {
            @Override
            public void onComplete(@NonNull Task<Void> task) {
                // ...
            }
        });

Consultar los geohash

Los geohash nos permiten estimar las consultas del área mediante la unión de un conjunto de consultas en el campo Geohash y, luego, filtrar algunos falsos positivos:

Web

// Find cities within 50km of London
const center = [51.5074, 0.1278];
const radiusInM = 50 * 1000;

// Each item in 'bounds' represents a startAt/endAt pair. We have to issue
// a separate query for each pair. There can be up to 9 pairs of bounds
// depending on overlap, but in most cases there are 4.
const bounds = geofire.geohashQueryBounds(center, radiusInM);
const promises = [];
for (const b of bounds) {
  const q = db.collection('cities')
    .orderBy('geohash')
    .startAt(b[0])
    .endAt(b[1]);

  promises.push(q.get());
}

// Collect all the query results together into a single list
Promise.all(promises).then((snapshots) => {
  const matchingDocs = [];

  for (const snap of snapshots) {
    for (const doc of snap.docs) {
      const lat = doc.get('lat');
      const lng = doc.get('lng');

      // We have to filter out a few false positives due to GeoHash
      // accuracy, but most will match
      const distanceInKm = geofire.distanceBetween([lat, lng], center);
      const distanceInM = distanceInKm * 1000;
      if (distanceInM <= radiusInM) {
        matchingDocs.push(doc);
      }
    }
  }

  return matchingDocs;
}).then((matchingDocs) => {
  // Process the matching documents
  // ...
});

Swift

// Find cities within 50km of London
let center = CLLocationCoordinate2D(latitude: 51.5074, longitude: 0.1278)
let radiusInKilometers: Double = 50

// Each item in 'bounds' represents a startAt/endAt pair. We have to issue
// a separate query for each pair. There can be up to 9 pairs of bounds
// depending on overlap, but in most cases there are 4.
let queryBounds = GFUtils.queryBounds(forLocation: center,
                                      withRadius: radiusInKilometers)
let queries = queryBounds.compactMap { (any) -> Query? in
    guard let bound = any as? GFGeoQueryBounds else { return nil }
    return db.collection("cities")
        .order(by: "geohash")
        .start(at: [bound.startValue])
        .end(at: [bound.endValue])
}

var matchingDocs = [QueryDocumentSnapshot]()
// Collect all the query results together into a single list
func getDocumentsCompletion(snapshot: QuerySnapshot?, error: Error?) -> () {
    guard let documents = snapshot?.documents else {
        print("Unable to fetch snapshot data. \(String(describing: error))")
        return
    }

    for document in documents {
        let lat = document.data()["lat"] as? Double ?? 0
        let lng = document.data()["lng"] as? Double ?? 0
        let coordinates = CLLocation(latitude: lat, longitude: lng)
        let centerPoint = CLLocation(latitude: center.latitude, longitude: center.longitude)

        // We have to filter out a few false positives due to GeoHash accuracy, but
        // most will match
        let distance = GFUtils.distance(from: centerPoint, to: coordinates)
        if distance <= radiusInKilometers {
            matchingDocs.append(document)
        }
    }
}

// After all callbacks have executed, matchingDocs contains the result. Note that this
// sample does not demonstrate how to wait on all callbacks to complete.
for query in queries {
    query.getDocuments(completion: getDocumentsCompletion)
}

Java
Android

// Find cities within 50km of London
final GeoLocation center = new GeoLocation(51.5074, 0.1278);
final double radiusInM = 50 * 1000;

// Each item in 'bounds' represents a startAt/endAt pair. We have to issue
// a separate query for each pair. There can be up to 9 pairs of bounds
// depending on overlap, but in most cases there are 4.
List<GeoQueryBounds> bounds = GeoFireUtils.getGeoHashQueryBounds(center, radiusInM);
final List<Task<QuerySnapshot>> tasks = new ArrayList<>();
for (GeoQueryBounds b : bounds) {
    Query q = db.collection("cities")
            .orderBy("geohash")
            .startAt(b.startHash)
            .endAt(b.endHash);

    tasks.add(q.get());
}

// Collect all the query results together into a single list
Tasks.whenAllComplete(tasks)
        .addOnCompleteListener(new OnCompleteListener<List<Task<?>>>() {
            @Override
            public void onComplete(@NonNull Task<List<Task<?>>> t) {
                List<DocumentSnapshot> matchingDocs = new ArrayList<>();

                for (Task<QuerySnapshot> task : tasks) {
                    QuerySnapshot snap = task.getResult();
                    for (DocumentSnapshot doc : snap.getDocuments()) {
                        double lat = doc.getDouble("lat");
                        double lng = doc.getDouble("lng");

                        // We have to filter out a few false positives due to GeoHash
                        // accuracy, but most will match
                        GeoLocation docLocation = new GeoLocation(lat, lng);
                        double distanceInM = GeoFireUtils.getDistanceBetween(docLocation, center);
                        if (distanceInM <= radiusInM) {
                            matchingDocs.add(doc);
                        }
                    }
                }

                // matchingDocs contains the results
                // ...
            }
        });

Limitaciones

El uso de los geohash para consultar ubicaciones nos brinda nuevas capacidades, pero tiene algunas limitaciones específicas.

  • Falsos positivos: Las consultas por geohash no son exactas, por lo que debes filtrar los resultados falsos positivos del cliente. Estas lecturas adicionales agregan costos y latencia a tu app.
  • Casos extremos: Este método de consulta se basa en calcular la distancia entre las líneas de latitud y longitud. La precisión de esta estimación disminuye a medida que los puntos se acercan al Polo Norte o Sur, lo que significa que las consultas de geohash tienen más falsos positivos en las latitudes extremas.