MongoDB CRUD操作：地理位置查詢

MongoDB支持地理空間數據的查詢，這是MongoDB數據庫有別于其它數據庫的特色之一，在進行GIS相關系統開發的時候會比較有幫助。本文重點介紹MongoDB的地理空間功能。

地理空間數據

在MongoDB中，可以將地理空間數據存儲為GeoJSON對象或傳統坐標對。

GeoJSON對象

要計算類地球體上的幾何形狀，可將位置數據存儲為GeoJSON對象，GeoJSON對象是一個內嵌文檔：

• 名為 type 的字段，指定 GeoJSON對象類型
• 名為坐標的字段，用于指定對象的坐標。

<field>: { type: <GeoJSON type> , coordinates: <coordinates> }

注意：

經緯度坐標的第一個元素是經度第二個元素是緯度。其中經度值介于-180和180之間（含）。有效的緯度值介于-90和90之間（含）。

例如，一個GeoJSON的點：

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

關于對GeoJSON對象的地理空間查詢在球體上計算，MongoDB 使用WGS84參考系統對GeoJSON對象進行地理空間查詢。

傳統坐標對

要計算歐幾里得平面上的距離，需將位置數據存儲為傳統坐標對并使用2d索引。如果手動將數據轉換為GeoJSON點類型，MongoDB將通過使用2dsphere索引支持傳統坐標對上的球面計算。

要將數據指定為傳統坐標對，可以使用數組（首選）或嵌入式文檔。

通過數組指定（首選）

<field>: [ <x>, <y> ]

指定經緯度坐標時，則指定經度，再指定緯度。

<field>: [<longitude>, <latitude> ]

• 有效的經度值介于 -180 和 180 之間（包含）。
• 有效的緯度值介于 -90 和 90 之間（包含）。

通過嵌入文檔指定

<field>: { <field1>: <x>, <field2>: <y> }

如果指定緯度和經度坐標，則無論字段名稱如何，第一個字段都必須包含經度值，第二個字段必須包含緯度值，即：

<field>: { <field1>: <longitude>, <field2>: <latitude> }

• 有效的經度值介于 -180 和 180 之間（包含）。
• 有效的緯度值介于 -90 和 90 之間（包含）。

指定舊坐標對，數組優于嵌入文檔，因為某些語言不保證關聯映射順序。

地理空間索引

MongoDB 提供以下地理空間索引類型來支持地理空間查詢：

2dsphere

2dsphere 索引支持計算類地球體幾何圖形的查詢。

可使用db.collection.createIndex()創建2dsphere索引，并指定字符串"2dsphere"作為索引類型：

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

其中，<location field>是一個字段，其值為GeoJSON對象或傳統坐標對。

**注意：**在包含geoJSON點數組的字段上創建索引，將失敗并返回錯誤信息：MongoServerError：索引構建失敗。

2d

2d索引支持在二維平面幾何圖形的查詢，雖然2d索引可以支持在球面上的$nearSphere查詢，但還是建議盡量使用2dsphere索引進行球面查詢。

可使用db.collection.createIndex()創建2dsphere索引，并指定字符串"2d"作為索引類型：

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

<location field>字段的值是一個傳統坐標對。

地理空間查詢

注意：使用二維索引查詢球形數據可能會返回不正確的結果或錯誤。例如，二維索引不支持圍繞極點的球形查詢。

地理空間查詢運算符

MongoDB 提供以下地理空間查詢操作符：

運算符	描述
$geoIntersects	選擇與GeoJSON幾何圖形相交的幾何圖形。2dsphere索引支持 $geoIntersects
$geoWithin	在邊界 GeoJSON 幾何圖形中選擇幾何圖形。2dsphere 和 2d 索引都支持 $geoWithin
$near	返回靠近某個點的地理空間對象。需要地理空間索引。 2dsphere 和 2d 索引都支持$near
$nearSphere	返回球體上某個點附近的地理空間對象。需要地理空間索引。 2dsphere 和 2d 索引都支持 $nearSphere

地理空間聚合階段

MongoDB支持$geoNear地理空間聚合管道階段，可根據與地理空間點的接近程度返回有序的文檔流，合并了地理空間數據的$match、$sort 和 $limit 的功能，輸出文檔包括附加距離字段，并且可以包括位置標識符字段。$geoNear要求地理空間索引。

地理空間模型

MongoDB 地理空間查詢可解釋平面或球面上的幾何圖形，2dsphere索引只支持球面查詢（即解釋球面上幾何圖形的查詢），2d索引支持平面查詢（即解釋平面上幾何圖形的查詢）和部分球面查詢，雖然 2d 索引支持某些球面查詢，但在這些球面查詢中使用2d索引可能會導致錯誤。所以，建議盡量使用 2dsphere 索引進行球形查詢。

下表列出了每個地理空間操作使用的地理空間查詢操作符、支持的查詢：

操作	球形/平面查詢	說明
$near(本行和下一行的GeoJSON質心點，2dsphere索引)	球形	參考$nearSphere運算符，它在與 GeoJSON 和 2dsphere 索引一起使用時提供相同的功能
$near(傳統坐標，2D 索引)	平面
$nearSphere(GeoJSON 點，2dsphere 索引)	球形	提供與使用 GeoJSON點和2dsphere索引的$near操作相同的功能。對于球形查詢，最好使用$nearSphere，在名稱中顯式指定球形查詢，而不是$near運算符
$nearSphere(傳統坐標，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聚合階段(2dsphere索引)	球面
$geoNear聚合階段(2d索引))	平面

舉例

使用下面的腳本創建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字段上創建2dsphere索引：

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

下面的查詢使用$near運算符返回距離指定GeoJSON點至少1000米、最多 5000米的文檔，并按從最近到最遠的順序排序：

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聚合操作返回與查詢過濾器{category: "Parks" }匹配的文檔，并按照距指定GeoJSON點從最近到最遠的順序排序：

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