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 （这个词实在不知道怎么翻译...） 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：

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

嵌入式文档：

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

tips：有效经度值介于-180和180之间。有效纬度值介于-90和90之间。

• 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。

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：

{

type 除了 Point（点）、LineString（线）、Polygon（多边形），还有 MultiPoint（多点）、MultiLineString（多个线） 和  MultiPolygon（多个多边形）。

"geometry"字段的名字可以是任意的，但是其中的子对象是由GeoJSON指定的，不能改变。

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。

db.world.ensureIndex({"geometry" : "2dsphere"})

• 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"索引代替"2dsphere"。

 2d 索引 仅允许使用在 Legacy Coordinate Pairs 保存的经纬度字段上。

db.world.ensureIndex({"geometry" : "2d"})

• 区别：

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。

三、地理空间查询

    可以使用多种不同类型的地理空间查询：交集（intersection）、包含（within）以及接近（nearness）。

• $geoIntersects

定义：指出与查询位置相交的文档。

支持的索引：2dsphere

几何操作符：

1. 1. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的几何图形）

• $geoWithin

定义：指出完全包含在某个区域的文档。

支持的索引：2dsphere、2d

几何操作符：

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）

• $near

定义：指出与查询位置从最近到最远的文档。

支持的索引：2dsphere、2d

几何操作符：

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）
3. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的点）

备注：$minDistance 官方文档说仅支持 2dsphere 索引，但是我实践证明 $minDistance 也支持 2d 索引，大家可以试试看，这里保留争议。

• $nearSphere

定义：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。

支持的索引：2dsphere、2d

几何操作符：

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）
3. $geometry （仅支持 2dsphere 索引，指定GeoJSON格式的点）

备注：$minDistance 官方文档说仅支持 2dsphere 索引，但是我实践证明 $minDistance 也支持 2d 索引，大家可以试试看，这里保留争议。

四、实践

• "$geoIntersects" 操作符找出与查询位置相交的文档 ？

db.driverPoint.find(   {     coordinate: {       $geoIntersects: {          $geometry: {             type: "Polygon" ,             coordinates: [               [ [ 118.193828, 24.492242 ], [ 118.193953, 24.702114 ], [ 118.19387, 24.592242 ],[ 118.193828, 24.492242 ]]             ]          }       }     }   })

View Code

 tips：coordinates 表示多边形，第一个点 和 最后一个点 必须相同，因为这样才能拼成一个多边形呀！

• "$geoWithin"操作符找出完全包含在某个区域的文档？

db.driverPoint.find(   {     coordinate: {       $geoWithin: {          $geometry: {             type: "Polygon" ,             coordinates: [               [ [ 118.193828, 24.492242 ], [ 118.193953, 24.702114 ], [ 119.19387, 28.792242 ],[ 118.193828, 24.492242 ]]             ]          }       }     }   })

View Code

• "$geoWithin"操作符找出矩形范围内的文档？

db.driverPoint.find({  coordinate: {     $geoWithin: {        $box: [          [ 118.0,24.0 ],          [ 120.0,30.0 ]        ]     }  }})

View Code

 tips："$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。

• "$geoWithin"操作符找出圆形范围内的文档？

db.driverPoint.find({  coordinate: {     $geoWithin: {         $center: [ [ 118.067678, 24.444373] , 10 ]      }  }})

View Code

tips："$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。

• "$geoWithin"操作符找出多边形范围内的文档？

db.driverPoint.find({  coordinate: {     $geoWithin: {         $polygon: [ [ 118.067678 , 24.444373 ], [ 119.067678 , 25.444373 ], [ 120.067678 , 26.444373 ] ]     }  }})

View Code

tips："$polygon" 列表中的最后一个点会被连接到第一个点，以便组成多边形。

• "$geoWithin"操作符找出球面圆形范围内的文档？

db.driverPoint.find({  coordinate: {     $geoWithin: {         $centerSphere: [ [ 118.067678, 24.444373 ], 10/3963.2 ]     }  }})

View Code

tips：该例子表示 距离 [118.067678, 24.444373] 中心点10 英里范围内的所有文档，查询通过除以地球的大约赤道半径(3963.2英里)将距离转换为弧度。

• $near 找出距离一个点相应距离内的文档？

geoJson 格式（仅支持 2dsphere 索引）：

db.driverPoint.find({   coordinate: {     $near: {       $geometry: {          type: "Point" ,          coordinates: [ 118.067678 , 24.444373 ]       },       $maxDistance: 3000,       $minDistance: 0     }   }})

View Code

Legacy Coordinate Pairs 格式（仅支持 2d 索引）：

db.driverPoint.find({   coordinate: {     $near: [ 118.193828 , 24.492242 ],     $maxDistance: 0.10     }})

View Code

tips：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（radian）。  

         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。

五、结语

    怎么说呢？学习这方面的知识老是给我一种特别乱的感觉。稍微总结下吧！MongoDB 对于地理空间的查询 是基于 它对 地理空间的索引（即2dsphere 和 2d）来实现的。所以，我们只要搞清楚什么时候 该建立 2dsphere 索引，什么时候该建立 2d 索引，然后再找适用于该索引的操作符就很清晰明了了！总之，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。

    Spring Data MongoDB 中对地理位置的查询可参考  中单元测试的 Test03.java。

参考资料：

1、《MongoDB 权威指南第二版》

2、