基于MongoDB的LBS功能-附近的人

謝耀輝

國網山東省電力公司蒙陰縣供電公司 山東蒙陰 276200

基于位置服務（Locationbased Services，LBS），又稱定位服務，可以通過GPS等外部方式或者電信運營商的無線通訊網絡（CDMA，GSM等網絡制式）獲取用戶的位置信息（地理坐標等），通過地理信息系統（Geographic Information System GIS）為用戶提供相應服務。

位置信息數據的特點是數據龐大，但是占用空間卻并不多，一個普通的GPS定位信息不到200Byte。如果某個終端每5s秒鐘上傳一次報文，每個終端每天上傳8000次，GIS有10萬并發量，那么每天將會上傳超過10億條數據。在如此大數據量的情況下，普通的關系型數據庫顯然是不適合做存儲的，對于地理空間位置的運算，也需要更為合適的選擇[1]。

1 MongoDB介紹

MongoDB是一個基于分布式文檔存儲的數據庫。由 C++ 語言編寫。旨在為 WEB 應用提供可擴展的高性能數據存儲解決方案，是一個介于關系數據庫和非關系數據庫之間的產品，是非關系數據庫當中功能最豐富，最像關系數據庫的。

1.1 NoSQL簡介

NoSQL是對不同于傳統的關系型數據庫的數據庫管理系統的統稱。NoSQL用于超大規模數據的存儲。（例如谷歌或Facebook每天為他們的用戶收集萬億比特的數據）。這些類型的數據存儲不需要固定的模式，無需多余操作就可以橫向擴展。

1.2 MongoDB特點

MongoDB主要有以下特點：面向集合存儲，易于存儲對象類型的數據、模式自由且支持動態查詢、支持完全索引并包含內部對象、支持查詢、支持復制和故障恢復、使用高效的二進制數據存儲，包括大型對象（如視頻等）、可以自動處理碎片以支持云計算層次的擴展性、支持Java，Python，C#，PHP，Ruby，Javascript，Perl及C++語言的驅動程序，社區中也提供了對Erlang及．NET等平臺的驅動程序、文件存儲格式為BSON（一種JSON的擴展）、可通過網絡訪問等

1.3 MongoDB一些基本概念

文檔：文檔是一個鍵值(key-value)對(即BSON)。MongoDB的文檔不需要設置相同的字段，并且相同的字段不需要相同的數據類型，這與關系型數據庫有很大的區別，也是MongoDB非常突出的特點。

集合：集合就是MongoDB文檔組，類似于 RDBMS 中的表格。集合存在于數據庫中，集合沒有固定的結構，這意味著你可以在集合中插入不同格式和類型的數據，但通常情況下我們插入集合的數據都會有一定的關聯性。

元數據：數據庫的信息是存儲在集合中。

2 核心技術

2.1 整體架構設計

Lbs應用主要由兩塊組成：一是用于存儲采集到的終端位置信息的MogoDB集群，二是響應移動終端請求的的核心子系統?？傮w存儲結構如圖1所示。

2.2 地理空間位置運算

在以億為單位的數據量前提下，如何快速準確的根據用戶位置計算出附近的人，并且按照距離排序，是一個比較復雜的問題。MongoDB提供大量的索引和查詢機制，來處理地理空間信息。MongoDB提供了兩種表面類型(surface types)：

圖1 整體架構設計

（1）球面：若要在類似地球球面上計算幾何，存儲球面上的地理位置數據，可以使用 2dsphere索引。根據坐標軸的順序：經度、緯度，將你的地理位置數據存儲為GeoJSON對象。GeoJSON的坐標參考系使用的是 WGS84 基準。

（2）平面：如果需要計算距離，就像在一個歐幾里德平面上，你可以按照正常幾何的求解思路，通過存儲坐標對的形式存儲地理位置數據并使用 2d 索引。

MongoDB提供下列兩種地理空間索引來支持地理空間查詢。

① 2dsphere：支持在球形平面上的計算、GeoJSON對象，并包括向后遺留的兼容性、復合索引。這個復合索引可以包含一個2dsphere索引字段以及一些按升序或降序建立的普通索引字段(作為 2dsphere索引的前綴或者后綴)。

② 2d：支持使用平面幾何的方式計算、普通坐標對（比如，在一個平面坐標系中的點）、作為復合索引，額外索引一個鍵。方法是，把額外的一個鍵作為 2d 索引鍵的后綴。

對于我們的需求，在MongoDB只需一個命令即可得到所需要的結果：

db．runCommand({geoNear："places"，near：[121．4905，

31 ．2646 ]， num：100 })

查詢結果默認將會由近到遠排序，而且查詢結果也包含目標點對象、距離目標點的距離等信息。

geoNear返回結果集中的dis，如果指定了spherical為true， dis的值為弧度，不指定則為度。不指定sphericial，結果中的dis需要乘以111換算為km。指定 spherical為true，結果中的dis需要乘以6371換算為km。由于geoNear是MongoDB原生支持的查詢函數，所以性能上也做到了高度的優化，完全可以應付生產環境的壓力。

3 結語

本文主要針對在移動終端猛增和數據量急劇增長的前提下，如何設計一個可以實時查看附近的人的功能。在用MongoDB替換傳統的關系型數據庫后，查詢效率大大增加，而且MongoDB原生支持對地理位置信息的操作，性能上得到了很大的提升，因此做附近查詢是一件很方便的事情。