MongoDB地理信息 mongodb地理位置查询

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Aceryt 2023-10-19 10:49:29

文章标签 MongoDB地理信息 2d 地理位置运算符 文章分类 MongoDB 数据库

支持对地理空间数据的查询操作是MongoDB的一大特色。本节介绍MongoDB的地理空间功能。

备注：MongoDB 4.0 后对地理空间索引增加的支持包括：
1、地理空间查询操作符 $near 和 $nearSphere 支持查询的分片集合。
2、MongoDB 4.0 为 geoNear 聚合运算符和 geoNear 命令添加了一个选项 key，使用户可以在查询时指定要使用的地理空间索引。以前，要使用 geoNear 聚合运算符或 geoNear 命令，集合只能有一个地理空间索引。

地理空间数据

在MongoDB中有两种地理空间的数据存储格式：GeoJSON 和旧式坐标对。

GeoJSON的对象

如果要计算球上的几何信息，需要将位置数据存储为 GeoJSON对象。

要指定GeoJSON数据，需要使用具有以下内容的嵌入式文档：

一个名称字段type，用于指定对象类型
一个坐标字段coorfinates ，用于指定对象坐标。

如果指定经度和维度，需要按照顺序列出有效的经度（-180 ~ 180）和维度（-90 ~ 90）。

例如：

location: {
      type: "Point",
      coordinates: [-73.856077, 40.848447]
}

对GeoJSON对象的MongoDB地理空间查询在一个球体上进行计算；MongoDB使用WGS84参考系统对GeoJSON对象进行地理空间查询。

旧版坐标对

计算欧几里得平面上的距离，需要将数据存储为就坐标对并使用 2d 索引。如果通过将数据转换为GeoJSON Point类型，MongoDB也支持通过2dsphere索引对旧坐标对进行球面计算。

要将数据指定为旧式坐标对，可以使用数组（首选）或嵌入式文档。标准格式为:

< 字段>： [  < x > ， < y >  ]

如果制定经度和纬度坐标，需要先列出经度在列出维度，即：

< 字段>： [ < 经度> ， < 纬度>  ]

有效的经度值介于-180和之间180，包括两者之间。
有效的纬度值介于-90和之间90，包括两者之间。

地理空间索引

MongoDB提供以下地理空间索引类型以支持地理空间查询。

2dsphere

2dsphere 支持查询，用于计算类似地球球体上的几何形状。要创建 2dsphere 类型的索引，需要使用如下格式语法：

db.collection.createIndex( { <location field> : "2dsphere" } )

location field 是集合中的一个数据字段，其值必须是GeoJSON 或者旧式坐标对。

2d

2d索引支持在二维平面上（欧几里得平面）计算几何相关的查询。如果是在球体上进行查询请使用2dsphere 索引。

要创建2d索引，请使用如下格式：

db.collection.createIndex( { <location field> : "2d" } )

location field 是集合中的一个数据字段，其值必须是GeoJSON 或者旧式坐标对。

地理空间的查询

注意：
对于球形查询，请使用2dsphere索引结果。
将2d索引用于球形查询可能会导致错误的结果，维度越高产生的偏差将越大，例如将2d索引用于环绕两极的球形查询。

地理空间运算符

MongoDB提供以下地理空间查询运算符：

操作符	描述	举例
$geoIntersects	选择地理空间数据与指定的GeoJSON对象相交的文档，即数据和指定对象的交集为非空的文档。2dsphere索引支持 geoIntersects 操作符； geoIntersects使用 geometry操作符定义GeoJSON对象。	–查询与多边形相交的文档db.places.find({ loc: {KaTeX parse error: Expected '}', got 'EOF' at end of input: …eoIntersects: {geometry: { type: “Polygon”, coordinates:[[ [0,0],[3,6],[6,1],[0,0] ]]} } } } )
$geoWithin	选择具有完全存在于指定形状内的地理空间数据的文档，2dsphere和2d索引都支持geoWithin。geoWithin运用geometry操作符指定GeoJSON对象。	–查询完全存在于GeoJSON多边形内的所有loc数据。db.places.find({ loc: { $geoWithin: { $geometry: {type: “Polygon”,coordinates: [[ [0,0],[3,6],[6,1],[0,0] ]]} } } } )
$near	返回接近点的地理空间对象，需要地理空间索引。2dsphere和2d索引支持$near。	–查询离指定的GeoJson点至少1000米的文档db.places.find({ location:{ KaTeX parse error: Expected '}', got 'EOF' at end of input: near: {geometry: {type:“Point”,coordinates:[-73.9667,40.78]},maxDistance:5000} } } )
$nearSphere	返回接近球面点上的地理空间对象，2dsphere和2d索引支持$nearSphere	–查询离指定点至少1000米，至多5000米的位置db.places.find({ location:{ KaTeX parse error: Expected '}', got 'EOF' at end of input: nearSphere: {geometry: {type:“Point”,coordinates:[-73.9667,40.78]},maxDistance:5000} } } )

下表列出了每个地理空间操作所使用的地理空间查询运算符，受支持的查询：

操作符	参数类型	索引	支持查询	说明
$near 邻近查询	GeoJSON质心点在这个line和下一个line,	2dsphere	球面	另请参阅$ nearSphere运算符，该运算符在与GeoJSON和2dsphere索引一起使用时提供相同的功能
$near	legacy coordinates	2d	平面
$nearSphere	GeoJSON点	2dsphere	球面	提供与使用GeoJSON点和2dsphere索引的𝑛𝑒𝑎𝑟操作相同的功能对于球面查询，可能最好使用near操作相同的功能对于球面查询，可能最好使用nearSphere，它明确指定名称中的球形查询而不是$near运算符
$nearSphere	legacy coordinates	2d	球面	使用GeoJSON的点来代替
$geoWithin 内部查询	GeoJSON几何对象 { $geometry: … }		球面	查询完全在参数指定地理空间内的文档
$geoWithin	{ $box: … }	2d	平面	只能查询box框住的点
$geoWithin	{ $polygon: … }	2d	平面	同上
$geoWithin	{ $center: … }	2d	平面	同上，点加半径(弧度值) `$geoWithin: { $center: [ [ <x>, <y> ] , <radius> ] }`
$geoWithin	{ $centerSphere: … }	2d/2dsphere	球面	支持查询框住的GeoJSON对象
$geoIntersects 相交查询	{ $geometry: … } 多边形或多多边形		球面	查询与参数给定几何对象有相交关系的文档

几何说明

名称	描述
$box	使用传统坐标对来指定一个矩形框进行 $geoWithin查询。支持 2d 地理索引方式
$center	$geoWithin使用平面几何时，使用旧坐标对、指定圆以进行查询。支持 2d 地理索引方式
$centerSphere	使用球形几何图形时，使用传统坐标对或GeoJSON格式指定一个圆用于$geoWithin查询。支持2dsphere和 2D索引。
$geometry	为地理空间查询运算符指定GeoJSON格式的几何。
$maxDistance	指定最大距离以限制$near 和$nearSphere查询的结果。支持2dsphere和 2D索引。
$minDistance	指定最小距离以限制$near 和$nearSphere查询的结果。仅用于2dsphere索引。
$polygon	指定要使用旧式坐标对进行 $geoWithin查询的面。支持 2d 地理索引方式。
$uniqueDocs	从2.6版开始不推荐使用。即使查询确保文档多次匹配查询，相同文档也只返回一次。

示例

创建一个 place 集合如下：

db.places.insert( {
    name: "Central Park",
   location: { type: "Point", coordinates: [ -73.97, 40.77 ] },
   category: "Parks"
} );
db.places.insert( {
   name: "Sara D. Roosevelt Park",
   location: { type: "Point", coordinates: [ -73.9928, 40.7193 ] },
   category: "Parks"
} );
db.places.insert( {
   name: "Polo Grounds",
   location: { type: "Point", coordinates: [ -73.9375, 40.8303 ] },
   category: "Stadiums"
} );

并建立一个 2dsphere 的地理位置索引：

db.places.createIndex( { location: "2dsphere" } )

以下查询使用$near运算符返回距指定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
          }
       }
   }
)

以下操作使用geoNear聚合操作返回与查询过滤器匹配的文档，该文档按距指定GeoJSON点最近到最远的顺序排序：{ category: "Parks" }:

db.places.aggregate( [
   {
      $geoNear: {
         near: { type: "Point", coordinates: [ -73.9667, 40.78 ] },
         spherical: true,
         query: { category: "Parks" },
         distanceField: "calcDistance"
      }
   }
] )

微信云开发支持的数据库地理位置结构集

在数据类型上，除了支持MongoDB提供的GeoJSON格式的地理位置文件以外，还支持微信云开发封装的数据类型接口。在查询操作符方面，微信云只支持部分数据常用的操作符。

数据类型接口

操作符	含义描述	操作方法
Point	构造一个地理位置 ”点“。方法接受两个必填参数，第一个是经度（longitude），第二个是纬度（latitude），务必注意顺序。	db.collection(‘todos’).add({ data: { description: ‘eat an apple’, location: db.Geo.Point(113, 23) } }).then(console.log).catch(console.error)
LineString	构造一个地理位置的 ”线“。一个线由两个或更多的点有序连接组成。	db.collection(‘todos’).add({ data: { description: ‘eat an apple’, location: db.Geo.LineString([ db.Geo.Point(113, 23), db.Geo.Point(120, 50), // … 可选更多点 ]) } }).then(console.log).catch(console.error)
Polygon	构造一个地理位置 ”多边形“	const { Polygon, LineString, Point } = db.Geo db.collection(‘todos’).add({ data: { description: ‘eat an apple’, location: Polygon([ // 外环 LineString([ Point(0, 0), Point(30, 20), Point(20, 30), Point(0, 0) ]), // 内环 LineString([ Point(10, 10), Point(16, 14), Point(14, 16), Point(10, 10) ]) ]) } }).then(console.log).catch(console.error)
MultiPoint	构造一个地理位置的 ”点“ 的集合。一个点集合由一个或更多的点组成。	db.collection(‘todos’).add({ data: { description: ‘eat an apple’, location: db.Geo.MultiPoint([ db.Geo.Point(113, 23), db.Geo.Point(120, 50), // … 可选更多点 ]) } }).then(console.log).catch(console.error)
MultiLineString	构造一个地理位置 ”线“ 集合。一个线集合由多条线组成。	const { LineString, MultiLineString, Point } = db.Geo db.collection(‘todos’).add({ data: { description: ‘eat an apple’, location: MultiLineString([ LineString([ Point(0, 0), Point(30, 20), Point(20, 30), Point(0, 0) ]), LineString([ Point(10, 10), Point(16, 14), Point(14, 16), Point(10, 10) ]) ]) } }).then(console.log).catch(console.error)
MultiPolygon	构造一个地理位置 ”多边形“ 集合。一个多边形集合由多个多边形组成。	const { MultiPolygon, Polygon, LineString, Point } = db.Geo db.collection(‘todos’).add({ data: { description: ‘eat an apple’, location: MultiPolygon([ Polygon([ LineString([ Point(50, 50), Point(60, 80), Point(80, 60), Point(50, 50) ]), ]), Polygon([ LineString([ Point(0, 0), Point(30, 20), Point(20, 30), Point(0, 0) ]), LineString([ Point(10, 10), Point(16, 14), Point(14, 16), Point(10, 10) ]) ]), ]) } }).then(console.log).catch(console.error)

地理位置查询操作符

需要对查询字段建立地理位置索引。

geoNear

按从近到远的顺序，找出字段值在给定点的附近的记录。

参数

属性	类型	必填	说明
geometry	GeoPoint	是	地理位置点 (Point)
maxDistance	number	否	选填，最大距离，单位为米
minDistance	number	否	选填，最小距离，单位为米

示例代码:找出离给定位置 1 公里到 5 公里范围内的记录

const _ = db.command
db.collection('restaurants').where({
  location: _.geoNear({
    geometry: db.Geo.Point(113.323809, 23.097732),
    minDistance: 1000,
    maxDistance: 5000,
  })
}).get()

geoWithin

找出字段值在指定区域内的记录，无排序。指定的区域必须是多边形（Polygon）或多边形集合（MultiPolygon）。

参数

属性	类型	必填	说明
geometry	Object	是	地理信息结构，Polygon，MultiPolygon，或 { centerSphere }

示例代码1：给定多边形

const _ = db.command
const { Point, LineString, Polygon } = db.Geo
db.collection('restaurants').where({
  location: _.geoWithin({
    geometry: Polygon([
      LineString([
        Point(0, 0),
        Point(3, 2),
        Point(2, 3),
        Point(0, 0)
      ])
    ]),
  })
})

示例代码 2：给定圆形

const _ = db.command
db.collection('restaurants').where({
  location: _.geoWithin({
    centerSphere: [
      [-88, 30],
      10 / 6378.1,									// 半径需以弧度计，比如需要 10km 的半径，则用距离除以地球半径 6378.1km 得出的数字。
    ]
  })
})

geoIntersects

找出给定的地理位置图形相交的记录。

参数

属性	类型	必填	说明
geometry	Object	是	地理信息结构，Point

示例代码:找出和一个多边形相交的记录

const _ = db.command
const { Point, LineString, Polygon } = db.Geo
db.collection('restaurants').where({
  location: _.geoIntersects({
    geometry: Polygon([
      LineString([
        Point(0, 0),
        Point(3, 2),
        Point(2, 3),
        Point(0, 0)
      ])
    ]),
  })
})

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