MongoDB CRUD操作:地理位置查询
文章目录
- MongoDB CRUD操作:地理位置查询
- 地理空间数据
- GeoJSON对象
- 传统坐标对
- 通过数组指定(首选)
- 通过嵌入文档指定
- 地理空间索引
- 2dsphere
- 2d
- 地理空间查询
- 地理空间查询运算符
- 地理空间聚合阶段
- 地理空间模型
- 举例
MongoDB支持地理空间数据的查询,这是MongoDB数据库有别于其它数据库的特色之一,在进行GIS相关系统开发的时候会比较有帮助。本文重点介绍MongoDB的地理空间功能。
地理空间数据
在MongoDB中,可以将地理空间数据存储为GeoJSON对象或传统坐标对。
GeoJSON对象
要计算类地球体上的几何形状,可将位置数据存储为GeoJSON对象,GeoJSON对象是一个内嵌文档:
- 名为 type 的字段,指定 GeoJSON对象类型
- 名为坐标的字段,用于指定对象的坐标。
<field>: { type: <GeoJSON type> , coordinates: <coordinates> }
注意:
经纬度坐标的第一个元素是经度第二个元素是纬度。其中经度值介于-180和180之间(含)。有效的纬度值介于-90和90之间(含)。
例如,一个GeoJSON的点:
location: {type: "Point",coordinates: [-73.856077, 40.848447]
}
关于对GeoJSON对象的地理空间查询在球体上计算,MongoDB 使用WGS84参考系统对GeoJSON对象进行地理空间查询。
传统坐标对
要计算欧几里得平面上的距离,需将位置数据存储为传统坐标对并使用2d索引。如果手动将数据转换为GeoJSON点类型,MongoDB将通过使用2dsphere索引支持传统坐标对上的球面计算。
要将数据指定为传统坐标对,可以使用数组(首选)或嵌入式文档。
通过数组指定(首选)
<field>: [ <x>, <y> ]
指定经纬度坐标时,则指定经度,再指定纬度。
<field>: [<longitude>, <latitude> ]
- 有效的经度值介于 -180 和 180 之间(包含)。
- 有效的纬度值介于 -90 和 90 之间(包含)。
通过嵌入文档指定
<field>: { <field1>: <x>, <field2>: <y> }
如果指定纬度和经度坐标,则无论字段名称如何,第一个字段都必须包含经度值,第二个字段必须包含纬度值,即:
<field>: { <field1>: <longitude>, <field2>: <latitude> }
- 有效的经度值介于 -180 和 180 之间(包含)。
- 有效的纬度值介于 -90 和 90 之间(包含)。
指定旧坐标对,数组优于嵌入文档,因为某些语言不保证关联映射顺序。
地理空间索引
MongoDB 提供以下地理空间索引类型来支持地理空间查询:
2dsphere
2dsphere 索引支持计算类地球体几何图形的查询。
可使用db.collection.createIndex()创建2dsphere索引,并指定字符串"2dsphere"作为索引类型:
db.collection.createIndex( { <location field> : "2dsphere" } )
其中,<location field>
是一个字段,其值为GeoJSON对象或传统坐标对。
**注意:**在包含geoJSON点数组的字段上创建索引,将失败并返回错误信息:MongoServerError:索引构建失败
。
2d
2d索引支持在二维平面几何图形的查询,虽然2d索引可以支持在球面上的$nearSphere
查询,但还是建议尽量使用2dsphere索引进行球面查询。
可使用db.collection.createIndex()创建2dsphere索引,并指定字符串"2d"作为索引类型:
db.collection.createIndex( { <location field> : "2d" } )
<location field>
字段的值是一个传统坐标对。
地理空间查询
注意:使用二维索引查询球形数据可能会返回不正确的结果或错误。例如,二维索引不支持围绕极点的球形查询。
地理空间查询运算符
MongoDB 提供以下地理空间查询操作符:
运算符 | 描述 |
---|---|
$geoIntersects | 选择与GeoJSON几何图形相交的几何图形。2dsphere索引支持 $geoIntersects |
$geoWithin | 在边界 GeoJSON 几何图形中选择几何图形。2dsphere 和 2d 索引都支持 $geoWithin |
$near | 返回靠近某个点的地理空间对象。需要地理空间索引。 2dsphere 和 2d 索引都支持$near |
$nearSphere | 返回球体上某个点附近的地理空间对象。需要地理空间索引。 2dsphere 和 2d 索引都支持 $nearSphere |
地理空间聚合阶段
MongoDB支持$geoNear
地理空间聚合管道阶段,可根据与地理空间点的接近程度返回有序的文档流,合并了地理空间数据的$match
、$sort
和 $limit
的功能,输出文档包括附加距离字段,并且可以包括位置标识符字段。$geoNear
要求地理空间索引。
地理空间模型
MongoDB 地理空间查询可解释平面或球面上的几何图形,2dsphere索引只支持球面查询(即解释球面上几何图形的查询),2d索引支持平面查询(即解释平面上几何图形的查询)和部分球面查询,虽然 2d 索引支持某些球面查询,但在这些球面查询中使用2d索引可能会导致错误。所以,建议尽量使用 2dsphere 索引进行球形查询。
下表列出了每个地理空间操作使用的地理空间查询操作符、支持的查询:
操作 | 球形/平面查询 | 说明 |
---|---|---|
$near (本行和下一行的GeoJSON质心点,2dsphere索引) | 球形 | 参考$nearSphere 运算符,它在与 GeoJSON 和 2dsphere 索引一起使用时提供相同的功能 |
$near (传统坐标,2D 索引) | 平面 | |
$nearSphere (GeoJSON 点,2dsphere 索引) | 球形 | 提供与使用 GeoJSON点和2dsphere索引的$near 操作相同的功能。对于球形查询,最好使用$nearSphere ,在名称中显式指定球形查询,而不是$near 运算符 |
$nearSphere (传统坐标,2d索引) | 球面 | 使用GeoJSON替代 |
$geoWithin : { $geometry: ... } | 球面 | |
$geoWithin : { $box: ... } | 平面 | |
$geoWithin : { $polygon: ... } | 平面 | |
$geoWithin : { $center: ... } | 平面 | |
$geoWithin : { $centerSphere: ... } | 球面 | |
$geoIntersects | 球面 | |
$geoNear 聚合阶段(2dsphere索引) | 球面 | |
$geoNear 聚合阶段(2d索引)) | 平面 |
举例
使用下面的脚本创建places
集合:
db.places.insertMany( [{name: "Central Park",location: { type: "Point", coordinates: [ -73.97, 40.77 ] },category: "Parks"},{name: "Sara D. Roosevelt Park",location: { type: "Point", coordinates: [ -73.9928, 40.7193 ] },category: "Parks"},{name: "Polo Grounds",location: { type: "Point", coordinates: [ -73.9375, 40.8303 ] },category: "Stadiums"}
] )
先在location
字段上创建2dsphere索引:
db.places.createIndex( { location: "2dsphere" } )
下面的查询使用$near
运算符返回距离指定GeoJSON点至少1000米、最多 5000米的文档,并按从最近到最远的顺序排序:
db.places.find({location:{ $near:{$geometry: { type: "Point", coordinates: [ -73.9667, 40.78 ] },$minDistance: 1000,$maxDistance: 5000}}}
)
下面的操作使用$geoNear
聚合操作返回与查询过滤器{category: "Parks" }
匹配的文档,并按照距指定GeoJSON点从最近到最远的顺序排序:
db.places.aggregate( [{$geoNear: {near: { type: "Point", coordinates: [ -73.9667, 40.78 ] },spherical: true,query: { category: "Parks" },distanceField: "calcDistance"}}
] )