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스타벅스 매장과 내 위치와의 거리를 구하기까지

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    스타벅스 매장과 내 위치와의 거리를 구하기까지

    이번 프로젝트에서 스타벅스 사이렌오더 클론코딩을 진행했습니다. 사이렌오더를 통해 음료를 주문하려면 내 위치를 기준으로 주변의 매장을 조회합니다.

    카카오지도 등을 이용한 api로 거리를 산출하는 방법도 있었지만 외부 api 없이, 위경도 기준의 거리를 산출하는 스타벅스처럼, mysql의 공간함수를 이용해 위경도 기준의 매장과 내 위치 간 거리를 구해보았습니다.

    또한 서비스 로직으로 위경도 계산을 넣지 않은 이유는 db단 처리보다 비효율적이기 때문입니다. db에서는 공간인덱스spatial index를 사용할 수 있습니다.

    공공데이터에서 스타벅스 매장 정보를 받아오기

    먼저 공공데이터 포털의 소상공인시장진흥공단_상가업소정보를 다운로드 받았습니다. 2022년 10월 30일에 업데이트된 데이터입니다. 지역별로 업소 정보가 구분된 csv 파일을 받을 수 있습니다. python과 pandas 라이브러리를 통해 서울의 스타벅스 매장만 추출하고, sql문을 생성했습니다.

    insert into 
stores (stores_id, 
created_at, 
updated_at, 
lot_number_address, 
store_name, 
position, 
road_name_address)
values 
(20585779, 
'2023-01-27T20:53:47.440803', 
'2023-01-27T20:53:47.440803', 
'서울특별시 종로구 동숭동 30', 
'스타벅스동숭로아트점',
ST_PointFromText('POINT(37.58296442 127.003887)', 4326), 
'서울특별시 종로구 동숭길 110 (동숭동)');

    그런데 ST_PointFromText('POINT(37.58296442 127.003887)', 4326) 이 부분의 의미는 무엇일까요?

    ST_PointFromText('POINT(37.58296442 127.003887)', 4326)

    먼저, ST_PointFromText은 은 Mysql에서 제공하는 함수 중 하나로, 텍스트 형식으로 표현된 좌표를 POINT 타입의 객체로 변환해주는 함수입니다. Mysql에서 위경도를 저장할 때는 POINT 타입을 사용하기 때문입니다. 그래서 ST_PointFromText('POINT(37.58296442 127.003887)'는 위도가 37.58296442이고 경도가 127.003887인 위치를 저장하게됩니다.

    함수의 두번째 인자인 4326은 좌표계의 종류를 지정한 것입니다. mysql 8버전부터 지원합니다. default 값은 평면좌표계인 0이고, 4326을 넣으면 위경도를 표시하는데 사용되는 WGS84 좌표계를 사용한다는 의미입니다.

    이제 관련 개념을 보다 자세히 알아보겠습니다.

    위경도

    위경도

    위도 latitude

    위도는 적도Equator를 기준으로 -90부터 90까지의 값으로 표현합니다. 북극은 최대값인 90도를, 남극은 최소값인 -90을 가집니다.

    경도 longitude

    경도는 그리니치 천문대Prime Meridian를 기준으로 -180부터 180까지의 값으로 표현됩니다. 서쪽의 끝은 -180를, 동쪽의 끝은 180이라는 값을 가집니다.

    주의 : 좌표계에 따라 동일한 위치라도 다른 범위와 다른 값을 가질 수 있습니다.

    SRID

    Spatial Reference IDentifier (SRID)

    공간 데이터를 어떤 좌표계로 표현할지를 나타내는 번호입니다. SRID는 공간 데이터의 위치와 방향을 결정하는 데 사용됩니다. 서로 다른 SRID를 가진 데이터는 같은 좌표를 나타내더라도 서로 다른 위치로 인식될 수 있습니다

    대표적인 srid에는 0, 3857, 4326이 있습니다.

    • srid 0 : 평면 좌표계
    • srid 3857 : 웹 기반 지도 좌표계
    • srid 4326 : WGS84 지리 좌표계

    SRID 4326

    일반적으로 GPS 좌표는 WGS84 좌표계를 사용합니다. World Geodetic System의 약자로 1984년에 만들어진 버전이 여러 분야에서 표준으로 사용됩니다. 구글 맵과 안드로이드 GPS도 해당 좌표계를 사용하고 있습니다.

    안드로이드의 distanceBetween함수에 대한 설명입니다.

    Computes the approximate distance in meters between two locations, and optionally the initial and final bearings of the shortest path between them. Distance and bearing are defined using the WGS84 ellipsoid.

    mysql에서도 srid 4326인 WGS84 좌표계에 대한 지원을 하는 것을 확인할 수 있습니다.

    mysql> select * from information_schema.st_spatial_reference_systems
where srs_id=4326\G
*************************** 1. row ***************************
                SRS_NAME: WGS 84
                  SRS_ID: 4326
            ORGANIZATION: EPSG
ORGANIZATION_COORDSYS_ID: 4326
              DEFINITION: GEOGCS["WGS 84",DATUM["World Geodetic System 1984",SPHEROID["WGS 84",6378137,298.257223563,AUTHORITY["EPSG","7030"]],AUTHORITY["EPSG","6326"]],PRIMEM["Greenwich",0,AUTHORITY["EPSG","8901"]],UNIT["degree",0.017453292519943278,AUTHORITY["EPSG","9122"]],AXIS["Lat",NORTH],AXIS["Lon",EAST],AUTHORITY["EPSG","4326"]]
             DESCRIPTION: NULL
1 row in set (0.01 sec)

    mysql 공간 관련 함수

    공간 데이터 타입spatial data type에 대해 공간함수spatial function를 사용할 수 있습니다.

    mysql spatial data type

    앞서 언급한 POINT 타입 외에도 다양한 공간 데이터 타입이 존재합니다. 간략히 표로 정리해보았습니다.

    Spatial Data Type 설명
    GEOMETRY 어떤 타입의 공간 데이터도 표현할 수 있는 일반적인 공간 데이터 타입
    POINT 점을 표현하는 데이터 타입
    LINESTRING 선을 표현하는 데이터 타입
    POLYGON 다각형을 표현하는 데이터 타입
    MULTIPOINT 여러 개의 점을 표현하는 데이터 타입
    MULTILINESTRING 여러 개의 선을 표현하는 데이터 타입
    MULTIPOLYGON 여러 개의 다각형을 표현하는 데이터 타입
    GEOMETRYCOLLECTION 여러 개의 GEOMETRY 객체를 모아서 표현하는 데이터 타입

    mysql spatial index

    spatial index는 1차원 데이터를 다루는 일반적인 B-tree 같은 인덱스와는 다르게 R-tree라는 특수한 인덱스를 사용합니다. R-tree 인덱스는 2차원의 공간 데이터의 범위 쿼리를 빠르게 처리할 수 있습니다. R-tree는 MBRMinimum Bounding Rectangle의 포함 관계를 이용해 만들어집니다.

    R-tree의 구성

    상위 레벨의 MBR이 하위 레벨의 MBR을 포함하는 형태로 트리를 구성합니다.

    R-tree

    mysql에서는 SPATIAL 키워드를 붙여 공간 데이터 타입에 대해 공간인덱스를 생성할 수 있습니다.

    ALTER TABLE stores ADD SPATIAL INDEX(position);

    mysql에서 두 지점 사이의 거리를 계산하는 함수

    ST_Distance(point1, point2)

    ST_Distance 함수는 두 지점 간의 유클리드 거리(Euclidean distance)를 계산합니다. 이 함수는 위도와 경도 정보를 입력받아, 두 지점 사이의 거리를 직선 거리로 계산합니다. 즉, 지구가 구 형태라는 가정 없이 두 점 사이의 직선 거리를 계산합니다.

    아래는 대륭서초타워와 경복궁 사이의 거리를 계산한 결과입니다.

    select ST_DISTANCE(
    ST_POINTFROMTEXT('POINT(37.579617 126.977041)', 4326),
    ST_POINTFROMTEXT('POINT(37.492102 127.029795)', 4326)); # 10774.269144933427 -> 약 10.77km

    ST_Distance_Sphere(point1, point2)

    ST_Distance_Sphere 함수는 두 지점 간의 최단 구면 거리를 계산합니다.

    위도와 경도 정보를 입력받아 대권거리(Great-circle distance)을 이용하여 거리를 계산합니다. 대권거리는 지구의 곡면을 고려한 거리 계산 방법으로, 대부분의 지도 관련 서비스에서 사용합니다. 몇 개 예시를 계산해본 결과 카카오맵 등의 지도 서비스의 경우 길찾기를 하지 않을 경우 미리보기 거리를 대권거리로 보여주는 듯합니다.

    아래는 대륭서초타워와 경복궁 사이의 거리를 계산한 결과입니다.

    select ST_DISTANCE_SPHERE(
    ST_POINTFROMTEXT('POINT(37.579617 126.977041)', 4326),
    ST_POINTFROMTEXT('POINT(37.492102 127.029795)', 4326)); # 10785.824425547744 -> 약 10.78km

    내 위치와 스타벅스 매장사이 거리는?

    드디어! 내 위치 기준으로 가까운 스타벅스 매장들을 불러올 수 있습니다. 앞서 언급했듯이 구면체 상의 두 점 간의 거리를 계산하기 위해서는 st_distance_sphere() 함수를 사용하면 됩니다.

    해당 함수는 srid 4326인 경우만 지원하기 때문에 데이터 저장시에 srid 4326를 명시해주었습니다. 그래서 두번째 인자에서 4326을 명시할 필요가 없습니다.

    distance 인자에는 미터 단위로 거리를 입력해야 합니다. 1km = 1000m

    SELECT * FROM stores 
WHERE ST_DISTANCE_SPHERE(
    ST_POINTFROMTEXT(:#{#location.toPointText()}, 4326), 
    stores.position) < :distance

    Ref.