MongoDB的地埋空间数据存储、空间索引以及空间查询 |
您所在的位置:网站首页 › mongodb geohash › MongoDB的地埋空间数据存储、空间索引以及空间查询 |
一、关于MongoDB
在众多NoSQL数据库,MongoDB是一个优秀的产品。其官方介绍如下: MongoDB (from "humongous") is a scalable, high-performance, open source, document-oriented database. 看起来,十分诱人!值得说明的是,MongoDB的document是以BSON(Binary JSON)格式存储的,完全支持Schema Free。这对地理空间数据是十分友好的。因为有著名的GeoJSON可供使用。另外OGR库也支持将Geometry类型导出为JSON格式。 本文将尝试使用OGR库把Shapefile导入到MongoDB存储,然后建立空间索引,进行空间查询。 著名的Foursquare使用了MongoDB数据库。 二、开发环境
MongoDB+Python+Pymongo+GDAL for Python 关于MongoDB和Python安装,本文不做介绍。在继续本文之前,请先启动你的MongoDB服务器。本文默认采用如下服务器参数: Server:localhost Post:27017 Database Name:gisdb 三、将shapefile导入到MongoDB
这里我直接提供代码,代码中已经有比较详尽的注释了。代码基本源于“引文1”,只是做了些改动,将MongoDB的Geometry的存储格式由wkt改成json。你可直接复制并运行下面的代码,当然需要修改一下Shapefile路径和MongoDB服务器相关参数。 import os import sys import json from pymongo import json_util from pymongo.connection import Connection from progressbar import ProgressBar from osgeo import ogr def shp2mongodb(shape_path, mongodb_server, mongodb_port, mongodb_db, mongodb_collection, append, query_filter): """Convert a shapefile to a mongodb collection""" print ‘Converting a shapefile to a mongodb collection ‘ driver = ogr.GetDriverByName(‘ESRI Shapefile’) print ‘Opening the shapefile %s…’ % shape_path ds = driver.Open(shape_path, 0) if ds is None: print ‘Can not open’, ds sys.exit(1) lyr = ds.GetLayer() totfeats = lyr.GetFeatureCount() lyr.SetAttributeFilter(query_filter) print ‘Starting to load %s of %s features in shapefile %s to MongoDB…’ % (lyr.GetFeatureCount(), totfeats, lyr.GetName()) print ‘Opening MongoDB connection to server %s:%i…’ % (mongodb_server, mongodb_port) connection = Connection(mongodb_server, mongodb_port) print ‘Getting database %s’ % mongodb_db db = connection[mongodb_db] print ‘Getting the collection %s’ % mongodb_collection collection = db[mongodb_collection] if append == False: print ‘Removing features from the collection…’ collection.remove({}) print ‘Starting loading features…’ # define the progressbar pbar = ProgressBar(maxval=lyr.GetFeatureCount()).start() k=0 # iterate the features and access its attributes (including geometry) to store them in MongoDb feat = lyr.GetNextFeature() while feat: mongofeat = {} geom = feat.GetGeometryRef() mongogeom = geom.ExportToJson() # store the geometry data with json format mongofeat['geom'] = json.loads(mongogeom,object_hook=json_util.object_hook) # iterate the feature’s fields to get its values and store them in MongoDb feat_defn = lyr.GetLayerDefn() for i in range(feat_defn.GetFieldCount()): value = feat.GetField(i) if isinstance(value, str): value = unicode(value, "gb2312") field = feat.GetFieldDefnRef(i) fieldname = field.GetName() mongofeat[fieldname] = value # insert the feature in the collection collection.insert(mongofeat) feat.Destroy() feat = lyr.GetNextFeature() k = k + 1 pbar.update(k) pbar.finish() print ‘%s features loaded in MongoDb from shapefile.’ % lyr.GetFeatureCount() input_shape = ‘/home/evan/data/map/res4_4m/XianCh_point.shp’ mongodb_server = ‘localhost’ mongodb_port = 27017 mongodb_db = ‘gisdb’ mongodb_collection = ‘xqpoint’ filter = ” print ‘Importing data to mongodb…’ shp2mongodb(input_shape, mongodb_server, mongodb_port, mongodb_db, mongodb_collection, False, filter) 四、MongoDB中空间数据的存储格式
在MongoDB的Shell中执行: >db.xqpoint.findOne() 结果如下: { "_id" : ObjectId("4dc82e7f7de36a5ceb000000"), "PERIMETER" : 0, "NAME" : "漠河县", "PYNAME" : "Mohe Xian", "AREA" : 0, "ADCODE93" : 232723, "CNTYPT_ID" : 31, "CNTYPT_" : 1, "geom" : { "type" : "Point", "coordinates" : [ 122.53233, 52.968872 ] }, "ID" : 1031, "PN" : 1, "CLASS" : "AI" }
这便是一个document,使用JSON格式,一目了然。其中的"geom"即为Geometry类型的数据,即地理空间数据,也是采用JSON格式存储,这样后续的空间索引与空间查询将十分方便。 MongoDB原生地支持了空间索引与空间查询,这一点比PostgreSQL方便,不再需要使用PostGIS进行空间扩展了。至于性能,我还没测试,在此不敢妄加评论。 五、在MongoDB中建立空间索引
>db.xqpoint.ensureIndex({‘geom.coordinates’:’2d’}) 是不是十分简单?其它参数及用法请自行查看MongoDB手册。 六、在MongoDB中进行空间查询
>db.xqpoint.find({"geom.coordinates":[122.53233,52.968872]}) 即可查询到上述“莫河县”这个点。当然,像这种精确查询,实际应用并不多。实际应用的空间查询大多为范围查询。MongoDB支持邻域查询($near),和范围查询($within)。 1. 邻域查询($near)
>db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$near:[122,52]}}) 上述查询语句查询点[122,52]附近的点,MongoDB默认返回附近的100个点,并按距离排序。你也可以用limit()指定返回的结果数量,如:>db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$near:[122,52]}}).limit(5) 另外,你也可以指定一个最大距离,只查询这个距离内的点。 >db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$near:[122,52],$maxDistance:5}}).limit(5) MongoDB的find()方法可很方便的进行查询,同时MongoDB也提供了geoNear命令,用于邻域查询。 >db.runCommand({geoNear:"xqpoint",near:[122,56],num:2}) 上述语句用于查询[122,56]点附近的点,并只返回2个点。结果如下: { "ns" : "gisdb.xqpoint", "near" : "1110011000111101111100010000011000111101111100010000", "results" : [ { "dis" : 3.077515616588727, "obj" : { "_id" : ObjectId("4dc82e7f7de36a5ceb000000"), "PERIMETER" : 0, "NAME" : "漠河县", "PYNAME" : "Mohe Xian", "AREA" : 0, "ADCODE93" : 232723, "CNTYPT_ID" : 31, "CNTYPT_" : 1, "geom" : { "type" : "Point", "coordinates" : [ 122.53233, 52.968872 ] }, "ID" : 1031, "PN" : 1, "CLASS" : "AI" } }, { "dis" : 4.551319677334594, "obj" : { "_id" : ObjectId("4dc82e7f7de36a5ceb000001"), "PERIMETER" : 0, "NAME" : "塔河县", "PYNAME" : "Tahe Xian", "AREA" : 0, "ADCODE93" : 232722, "CNTYPT_ID" : 66, "CNTYPT_" : 2, "geom" : { "type" : "Point", "coordinates" : [ 124.7058, 52.340332 ] }, "ID" : 1059, "PN" : 1, "CLASS" : "AI" } } ], "stats" : { "time" : 0, "btreelocs" : 85, "nscanned" : 85, "objectsLoaded" : 4, "avgDistance" : 3.814417646961661, "maxDistance" : 4.551319677334594 }, "ok" : 1 }
当然,我们也可附加条件查询条件,如查询[122,56]附近的且"PYNAME"为"Tahe Xian"的点: >db.runCommand({geoNear:"xqpoint",near:[122,56],num:2,query:{"PYNAME":"Tahe Xian"}) 返回结果如下: { "ns" : "gisdb.xqpoint", "near" : "1110011000111101111100010000011000111101111100010000", "results" : [ { "dis" : 4.551319677334594, "obj" : { "_id" : ObjectId("4dc82e7f7de36a5ceb000001"), "PERIMETER" : 0, "NAME" : "塔河县", "PYNAME" : "Tahe Xian", "AREA" : 0, "ADCODE93" : 232722, "CNTYPT_ID" : 66, "CNTYPT_" : 2, "geom" : { "type" : "Point", "coordinates" : [ 124.7058, 52.340332 ] }, "ID" : 1059, "PN" : 1, "CLASS" : "AI" } } ], "stats" : { "time" : 45, "btreelocs" : 2095, "nscanned" : 2096, "objectsLoaded" : 2096, "avgDistance" : 4.551319677334594, "maxDistance" : 4.551319677334594 }, "ok" : 1 } 2. 范围查询($within)
MongoDB的$within操作符支持的形状有$box(矩形),$center(圆形),$polygon(多边形,包括凹多边形和凸多边形)。所有的范围查询,默认是包含边界的。 查询一个矩形范围,需要指定矩形的左下角和右上角两个坐标点,如下: > box = [[80,40],[100,50]] > db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$within:{$box:box}}}) 查询一个圆形范围,需要指定圆心坐标和半径,如下: > center = [80,44] > radius =5 > db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$within:{$center:[center,radius]}}}) 查询一个多边形范围,需要指定多边形的各个顶点,可以通过一个顶点数组或一系列点对象指定。其中,最后一个点是默认与第一个点连接的。如下: > polygon1 = [[75,35],[80,35],[80,45],[60,40]] > db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$within:{$polygon:polygon1}}}) 或者 > polygon2 = {a:{75,35},b:{80,35},c:{80,45},d:{60,40}} > db.xqpoint.find({"geom.coordinates":{$within:{$polygon:polygon2}}}) 注意:MongoDB 1.9及以上版本才支持多边形范围查询。 P.S. MongoDB还支持复合索引,球面模型(可简单理解为投影吧),多位置文档(Multi-location Documents,即一个文档中包括多个Geometry),可参见“引文2”或MongoDB手册。 七、参考资料
引文1:http://www.paolocorti.net/2009/12/06/using-mongodb-to-store-geographic-data/ 引文2:http://www.mongodb.org/display/DOCS/Geospatial+Indexing |
CopyRight 2018-2019 办公设备维修网 版权所有 豫ICP备15022753号-3 |