[发明专利]以GeoJSON格式结构化方式存储地理数据的MongoDB集群的地理数据读写方法

说明书

技术领域

本发明涉及MongoDB集群中地理数据的存储方式，特别涉及以GeoJSON格式结构化方式存储地理数据的MongoDB集群的地理数据读写方法。

背景技术

随着地理信息技术的不断发展，如高分辨率空间传感器、移动定位技术以及雷达激光遥测等技术的大范围普及与应用，尤其是全球对地观测系统(Global Earth Observation System of Systems,GEOSS)、国家信息高速公路(National Information Infrastructure,NII)、国家地理数据基础设施(National Spatial Data Infrastructure,NSDI)等重大计划的实施，人类对地球不同层面、不同现象的综合观测能力达到了前所未有的水平。这些进步一方面使得海量地理信息得以在更广阔的领域不断获取和更新，带来了极其丰富翔实的地物信息，但同时也衍生了海量地理数据存储与管理问题。

地理数据库的存储需求已经从目前的GB级和TB级达到了PB级，海量地理数据已无法沿用传统集中存储管理方式(蔡磊等,2009；朱庆等,2006)。如何对海量地理数据进行高效的存储、组织、管理与处理，使得海量空间信息能高效的为各行各业所用，成为一个迫切需要解决的问题。与此同时，另一方面，信息技术特别是信息通讯技术的迅速发展，使得互联网、WEB2.0、社交网络、物联网、移动互联网、云计算等相继进入人们的日常工作和生活中，尤其是近年来移动互联网、移动定位技术、地图服务以及基于位置的服务(Location Based Services,LBS)等新兴业务的迅猛崛起，为互联网产业注入了新的维度——位置信息。

全球数据无论在信息量还是在多样性方面都呈现出指数式爆炸增长。根据国际数据公司IDC发布的研究报告，2011年全球创建和复制的数据总量为1.8ZB(约1.8万亿GB)，预计全球数据量大约每两年翻一番，到2020年全球将达到35ZB的数据信息量(IDC,2011)。如今，人在每分每秒产生的数据(包括位置、状态，见闻、言论等等)都能够被数字化并进入互联网，各类传感器可以应用到各个领域收集我们所需的数据，甚至能植入人体。新的互联网址协议IPv6可以标识如家用电器、远程照相机、汽车、传感器等，甚至可以细微到大海里的一颗沙子。数据库巨人Jim Gray预测，到2047年现实世界人、事、物的所有信息都将上网(Gordon Bell,Jim Gray,1999)。前所未有的巨量数据信息正在朝着数字地球-智慧地球的方向迅速聚集，人类步入大数据时代。

当前地理数据主要依赖关系型数据库进行存储与管理，但是关系型数据库在大数据时代背景下面临以下三个方面的突出问题：

(1)性能问题关系型数据库建立在关系模型的基础上，多表的连接査询及关系型数据库严格的事务要求限制了数据读写的速度，特别是在高并发的条件下，事务的ACID属性——原子性(Atomicity)、一致性(Consistency)、隔离性(Isolation)和持久性(Durability)，成为影响读写性能的瓶颈。

(2)易扩展性问题在云计算架构下，关系型数据库很难进行横向扩展。当一个应用系统的数据量和访问量与日俱增时，关系型数据库系统很难通过简单的添加更多硬件和服务节点来扩展性能，并同时实现系统负载均衡。

(3)数据库模式的问题关系型数据库的关系模式有严格的定义，如果业务发生变化，需要增加或减少某个属性会给系统带来较大的改动。对于一些半结构化的数据而言，如果使用关系模式进行数据建模，表中会有很多元组的属性列是空值。这不仅造成存储空间的浪费，而且影响系统性能。

针对上述问题，近年来出现了一些新的数据管理系统，它们只提供简单的读写操作，具有很好的水平扩展能力，可以分布式的部署在多个服务器上。这些系统的出现，很好地解决了现阶段大数据管理中出现的问题，打破了关系型数据库在云计算环境下的性能瓶颈。由于它们不是用关系模型作为其主要的数据模型，并且不提供SQL接口，而被统称为“NoSQL”。NoSQL(Not Only SQL)也被称为非关系型数据库，是一系列与关系型数据库典型模型有较大差异的数据管理系统的统称，其中最显著的差异在于它不使用SQL作为基本的査询语言。NoSQL数据库没有特定的表结构，通常不支持连接操作，不支持完整的ACID属性，并且通常具有强大的水平扩展性。