謝耀輝

國網(wǎng)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(wù)（Locationbased Services，LBS），又稱定位服務(wù)，可以通過GPS等外部方式或者電信運(yùn)營商的無線通訊網(wǎng)絡(luò)（CDMA，GSM等網(wǎng)絡(luò)制式）獲取用戶的位置信息（地理坐標(biāo)等），通過地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System GIS）為用戶提供相應(yīng)服務(wù)。

位置信息數(shù)據(jù)的特點(diǎn)是數(shù)據(jù)龐大，但是占用空間卻并不多，一個(gè)普通的GPS定位信息不到200Byte。如果某個(gè)終端每5s秒鐘上傳一次報(bào)文，每個(gè)終端每天上傳8000次，GIS有10萬并發(fā)量，那么每天將會(huì)上傳超過10億條數(shù)據(jù)。在如此大數(shù)據(jù)量的情況下，普通的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫顯然是不適合做存儲(chǔ)的，對(duì)于地理空間位置的運(yùn)算，也需要更為合適的選擇[1]。

1 MongoDB介紹

MongoDB是一個(gè)基于分布式文檔存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)庫。由 C++ 語言編寫。旨在為 WEB 應(yīng)用提供可擴(kuò)展的高性能數(shù)據(jù)存儲(chǔ)解決方案，是一個(gè)介于關(guān)系數(shù)據(jù)庫和非關(guān)系數(shù)據(jù)庫之間的產(chǎn)品，是非關(guān)系數(shù)據(jù)庫當(dāng)中功能最豐富，最像關(guān)系數(shù)據(jù)庫的。

1.1 NoSQL簡介

NoSQL是對(duì)不同于傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)的統(tǒng)稱。NoSQL用于超大規(guī)模數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)。（例如谷歌或Facebook每天為他們的用戶收集萬億比特的數(shù)據(jù)）。這些類型的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)不需要固定的模式，無需多余操作就可以橫向擴(kuò)展。

1.2 MongoDB特點(diǎn)

MongoDB主要有以下特點(diǎn)：面向集合存儲(chǔ)，易于存儲(chǔ)對(duì)象類型的數(shù)據(jù)、模式自由且支持動(dòng)態(tài)查詢、支持完全索引并包含內(nèi)部對(duì)象、支持查詢、支持復(fù)制和故障恢復(fù)、使用高效的二進(jìn)制數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，包括大型對(duì)象（如視頻等）、可以自動(dòng)處理碎片以支持云計(jì)算層次的擴(kuò)展性、支持Java，Python，C#，PHP，Ruby，Javascript，Perl及C++語言的驅(qū)動(dòng)程序，社區(qū)中也提供了對(duì)Erlang及．NET等平臺(tái)的驅(qū)動(dòng)程序、文件存儲(chǔ)格式為BSON（一種JSON的擴(kuò)展）、可通過網(wǎng)絡(luò)訪問等

1.3 MongoDB一些基本概念

文檔：文檔是一個(gè)鍵值(key-value)對(duì)(即BSON)。MongoDB的文檔不需要設(shè)置相同的字段，并且相同的字段不需要相同的數(shù)據(jù)類型，這與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫有很大的區(qū)別，也是MongoDB非常突出的特點(diǎn)。

集合：集合就是MongoDB文檔組，類似于 RDBMS 中的表格。集合存在于數(shù)據(jù)庫中，集合沒有固定的結(jié)構(gòu)，這意味著你可以在集合中插入不同格式和類型的數(shù)據(jù)，但通常情況下我們插入集合的數(shù)據(jù)都會(huì)有一定的關(guān)聯(lián)性。

元數(shù)據(jù)：數(shù)據(jù)庫的信息是存儲(chǔ)在集合中。

2 核心技術(shù)

2.1 整體架構(gòu)設(shè)計(jì)

Lbs應(yīng)用主要由兩塊組成：一是用于存儲(chǔ)采集到的終端位置信息的MogoDB集群，二是響應(yīng)移動(dòng)終端請求的的核心子系統(tǒng)。總體存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 地理空間位置運(yùn)算

在以億為單位的數(shù)據(jù)量前提下，如何快速準(zhǔn)確的根據(jù)用戶位置計(jì)算出附近的人，并且按照距離排序，是一個(gè)比較復(fù)雜的問題。MongoDB提供大量的索引和查詢機(jī)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(gòu)設(shè)計(jì)

（1）球面：若要在類似地球球面上計(jì)算幾何，存儲(chǔ)球面上的地理位置數(shù)據(jù)，可以使用 2dsphere索引。根據(jù)坐標(biāo)軸的順序：經(jīng)度、緯度，將你的地理位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)為GeoJSON對(duì)象。GeoJSON的坐標(biāo)參考系使用的是 WGS84 基準(zhǔn)。

（2）平面：如果需要計(jì)算距離，就像在一個(gè)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(chǔ)坐標(biāo)對(duì)的形式存儲(chǔ)地理位置數(shù)據(jù)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(jì)算、GeoJSON對(duì)象，并包括向后遺留的兼容性、復(fù)合索引。這個(gè)復(fù)合索引可以包含一個(gè)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(jì)算、普通坐標(biāo)對(duì)（比如，在一個(gè)平面坐標(biāo)系中的點(diǎn)）、作為復(fù)合索引，額外索引一個(gè)鍵。方法是，把額外的一個(gè)鍵作為 2d 索引鍵的后綴。

對(duì)于我們的需求，在MongoDB只需一個(gè)命令即可得到所需要的結(jié)果：

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

31 ．2646 ]， num：100 })

查詢結(jié)果默認(rèn)將會(huì)由近到遠(yuǎn)排序，而且查詢結(jié)果也包含目標(biāo)點(diǎn)對(duì)象、距離目標(biāo)點(diǎn)的距離等信息。

geoNear返回結(jié)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(jié)果中的dis需要乘以111換算為km。指定 spherical為true，結(jié)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(shù)，所以性能上也做到了高度的優(yōu)化，完全可以應(yīng)付生產(chǎn)環(huán)境的壓力。

3 結(jié)語

本文主要針對(duì)在移動(dòng)終端猛增和數(shù)據(jù)量急劇增長的前提下，如何設(shè)計(jì)一個(gè)可以實(shí)時(shí)查看附近的人的功能。在用MongoDB替換傳統(tǒng)的關(guān)系型數(shù)據(jù)庫后，查詢效率大大增加，而且MongoDB原生支持對(duì)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。