MongoDB地理位置查询 | 飙戈的博客

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一、经纬度表示方式

MongoDB 中对经纬度的存储有着自己的一套规范（主要是为了可以在该字段上建立地理空间索引）。包括两种方式，分别是 Legacy Coordinate Pairs 和 GeoJSON 。

Legacy Coordinate Pairs

Legacy Coordinate Pairs 又有两种方式可以存储经纬度，可以使用数组(首选)或嵌入式文档。

数组：

有效的经度值在 [-180, 180]

有效的纬度值在 [-90, 90]

嵌入式文档：

GeoJSON

GeoJson 比 Legacy Coordinate Pairs 要强大的多，Legacy Coordinate Pairs 仅仅用来保存一个经纬度，而 GeoJson 可以用来指定点、线和多边形。一般是下面格式

<field> 字段的名字可以由用户自定义，但是其中的子对象是由 GeoJSON 指定的，不能改变。

type：包含下面类型

Point（点）
LineString（线）
Polygon（多边形）
MultiPoint（多点）
MultiLineString（多个线）
MultiPolygon（多个多边形）

coordinates：指定一组坐标，列表形式。

点可以用形如[longitude, latitude]（[经度，纬度]）的两个元素的数组表示：

线可以用一个由点组成的数组来表示：

多边形的表示方式与线一样（都是一个由点组成的数组），但是 type 不同：

二、地理空间索引

2dsphere索引

2dsphere索引用于地球表面类型的地图，允许使用在 Legacy Coordinate Pairs 保存的经纬度字段上和使用 GeoJSON 格式保存的点、线和多边形字段上。

2d索引

对于非球面地图（游戏地图、时间连续的数据等），可以使用 2d 代替 2dsphere。2d 索引仅允许使用在 Legacy Coordinate Pairs 保存的经纬度字段上。

区别

球形查询支持：2dsphere 索引只支持球形查询（即球面上几何图形的查询）；2d索引支持平面查询（即在平面上几何图形的查询）和一些球形查询。

虽然2d索引支持一些球形查询，但是对这些球形查询使用2d索引可能会导致错误，例如极点附近会出现大量的扭曲变形。

查询复杂度：2dsphere 索引能够执行复杂查询，包括范围查询、交叉查询等。而 2d 索引只能对点进行索引，所以仅支持基本的几何查询，比如点是否在多边形内等。如果需要执行复杂查询，2dsphere 索引是更好的选择。

2d 索引可以保存一个由点组成的数组，但是它只会被保存为由点组成的数组，不会被当成线。特别是对于 $geoWithin 查询来说，这是一项重要的区别。如果将街道保存为由点组成的数组，那么如果其中的某个点位于给定的形状之内，这个文档就会与 $geoWithin 相匹配。但是，由这些点组成的线并不一定完全包含在这个形状之内。

数据量：2dsphere 索引在处理大规模数据时可能会比较慢，因为它需要计算复杂的球面距离。而 2d 索引在处理大规模数据时性能较好，因为它使用简单的平面几何算法。如果处理的数据量较大，2d 索引是更好的选择。

总结：2dsphere 索引适用于精确的球面距离计算和复杂的地理查询操作，而 2d 索引适用于简单的几何查询和较好的性能。根据具体的需求，我们可以选择合适的索引类型来优化地理空间数据的查询性能。

三、地理空间查询操作符

MongoDB提供以下地理空间查询操作符：

操作符	ㅤ	支持的索引	几何操作符	备注
$near	指出与查询位置附近的从最近到最远的文档。	2dsphere、2d	1. $maxDistance （支持 2dsphere 索引和 2d 索引，指定查询结果的最大距离） 2. $minDistance （仅支持 2dsphere 索引，指定查询结果的最小距离。在4.0后支持 2d 索引） 3. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的点）	1. $near 当用 geoJson 格式表示时，距离单位是米（meter）。 2. $near 当用 Legacy Coordinate Pairs 格式表示时，距离单位是弧度（radius）。 3. $near 是唯一一个会对查询结果进行自动排序的地理空间操作符，$near 的返回结果是按照距离由近及远排序的。
$geoWithin	指出完全包含在某个区域的文档。	2dsphere、2d	1. $box（仅支持 2d 索引，查询出矩形范围内的所有文档） 2. $center（仅支持 2d 索引，查询出圆形范围内的所有文档） 3. $polygon （仅支持 2d 索引，查询出多边形范围内的所有文档） 4. $centerSphere（支持 2d 索引和 2dsphere 索引，查询出球面圆形范围内的所有文档） 5. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的几何图形）	ㅤ
$geoIntersects	指出与查询位置相交的文档。	2dsphere	1. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的几何图形）	ㅤ
$nearSphere	使用球面几何计算近球面的距离，指出与查询位置从最近到最远的文档。	2dsphere、2d	1. $maxDistance （支持 2dsphere 索引和 2d 索引，指定查询结果的最大距离） 2. $minDistance （仅支持 2dsphere 索引，指定查询结果的最小距离。在4.0后支持 2d 索引） 3. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的点）	ㅤ

MongoDB 4.0 后对地理空间索引增加的支持

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。

四、实践

1、数据准备

2dsphere索引

mongodb 插入测试数据

实体类

创建索引

2d索引

插入测试数据

实体类

创建索引

2、数据查询

1）$near 找出指定位置附近的文档

geoJson 格式（仅支持 2dsphere 索引）

对应的 java 代码

Legacy Coordinate Pairs 格式（仅支持 2d 索引）

对应的 java 代码

2）$geoWithin 找出多边形范围内的文档

$coordinates 表示多边形，第一个点和最后一个点必须相同，这样才能拼成一个多边形

geoJson 格式（仅支持 2dsphere 索引）

对应的 java 代码

Legacy Coordinate Pairs 格式（仅支持 2d 索引）

对应的 java 代码

3）找出圆形范围内的文档

Legacy Coordinate Pairs 格式（仅支持 2d 索引）

$center 接受一个两元素数组作为参数：第一个元素是一个点，用于指定圆心；第二个参数用于指定半径。

对应的 java 代码

4）$geoWithin 找出矩形范围内的文档

Legacy Coordinate Pairs 格式（仅支持 2d 索引）

$box 接受一个两元素的数组：第一个元素指定左下角的坐标，第二个元素指定右上角的坐标。

对应的 java 代码

5）$geoWithin 找出球面圆形范围内的文档

geoJson 格式（仅支持 2dsphere 索引）

对应的 java 代码

6）$geoIntersects 找出与查询位置相交的文档

geoJson 格式（仅支持 2dsphere 索引）

对应的 java 代码

五、结语

geoJSON 格式保存的经纬度一定建立 2dsphere 索引。Legacy Coordinate Pairs 格式保存的经纬度仅在表示平面地图的时候才考虑建立 2d 索引，其他情况还是选择 2dsphere 索引。