Elasticsearch地理边界框查询(geo_bounding_box)详解

Elasticsearch地理边界框查询(geo_bounding_box)详解

什么是地理边界框查询

地理边界框查询(geo_bounding_box)是Elasticsearch提供的一种地理空间查询方式，用于查找与指定矩形区域相交的地理点(geo_point)或地理形状(geo_shape)数据。这种查询在需要基于地理范围筛选数据时非常有用，例如：

• 查找某个城市区域内的所有商店
• 筛选出特定矩形区域内的用户位置
• 查询与某个地理边界框相交的地理形状

基本用法示例

准备测试数据

首先我们需要创建包含地理数据的索引。以下是创建两个索引的示例，一个存储地理点数据，另一个存储地理形状数据：

PUT /my_locations
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "pin": {
        "properties": {
          "location": {
            "type": "geo_point"
          }
        }
      }
    }
  }
}

PUT /my_locations/_doc/1
{
  "pin": {
    "location": {
      "lat": 40.12,
      "lon": -71.34
    }
  }
}

PUT /my_geoshapes
{
  "mappings": {
    "properties": {
      "pin": {
        "properties": {
          "location": {
            "type": "geo_shape"
          }
        }
      }
    }
  }
}

PUT /my_geoshapes/_doc/1
{
  "pin": {
    "location": {
      "type" : "polygon",
      "coordinates" : [[[13.0 ,51.5], [15.0, 51.5], [15.0, 54.0], [13.0, 54.0], [13.0 ,51.5]]]
    }
  }
}

执行边界框查询

定义边界框需要指定两个对角点的坐标。以下是查询地理点数据的示例：

GET my_locations/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match_all": {}
      },
      "filter": {
        "geo_bounding_box": {
          "pin.location": {
            "top_left": {
              "lat": 40.73,
              "lon": -74.1
            },
            "bottom_right": {
              "lat": 40.01,
              "lon": -71.12
            }
          }
        }
      }
    }
  }
}

对于地理形状数据，查询语法相同：

GET my_geoshapes/_search
{
  "query": {
    "bool": {
      "must": {
        "match_all": {}
      },
      "filter": {
        "geo_bounding_box": {
          "pin.location": {
            "top_left": {
              "lat": 40.73,
              "lon": -74.1
            },
            "bottom_right": {
              "lat": 40.01,
              "lon": -71.12
            }
          }
        }
      }
    }
  }
}

边界框定义方式

Elasticsearch提供了多种定义边界框的方式，开发者可以根据实际情况选择最适合的格式。

1. 经纬度属性格式

"pin.location": {
  "top_left": {
    "lat": 40.73,
    "lon": -74.1
  },
  "bottom_right": {
    "lat": 40.01,
    "lon": -71.12
  }
}

2. 经纬度数组格式

按照[经度, 纬度]的顺序排列，符合GeoJSON规范：

"pin.location": {
  "top_left": [ -74.1, 40.73 ],
  "bottom_right": [ -71.12, 40.01 ]
}

3. 经纬度字符串格式

使用"纬度,经度"的字符串格式：

"pin.location": {
  "top_left": "40.73, -74.1",
  "bottom_right": "40.01, -71.12"
}

4. WKT(Well-Known Text)格式

"pin.location": {
  "wkt": "BBOX (-74.1, -71.12, 40.73, 40.01)"
}

5. Geohash格式

"pin.location": {
  "top_left": "dr5r9ydj2y73",
  "bottom_right": "drj7teegpus6"
}

高级用法与注意事项

顶点定义方式

除了使用top_left和bottom_right定义边界框外，还可以使用以下方式：

1. 使用top_right和bottom_left组合
2. 单独指定四个边界值：

"pin.location": {
  "top": 40.73,
  "left": -74.1,
  "bottom": 40.01,
  "right": -71.12
}

处理未映射字段

当查询多个可能有不同映射的索引时，可以使用ignore_unmapped选项：

{
  "geo_bounding_box": {
    "pin.location": {
      "top_left": "40.73, -74.1",
      "bottom_right": "40.01, -71.12"
    },
    "ignore_unmapped": true
  }
}

• true：忽略未映射字段，不匹配任何文档
• false(默认)：如果字段未映射则抛出异常

精度注意事项

地理数据的精度是有限的，在索引和查询时都会进行舍入处理：

1. 索引时地理点总是向下舍入
2. 查询时边界框的上边界向下舍入，下边界向上舍入
3. 纬度误差小于4.20e-8度，经度误差小于8.39e-8度(赤道处小于1cm)

对于地理形状数据，由于舍入原因：

• 边界框底部和左侧边缘的形状可能不匹配查询
• 稍微超出边界框顶部和右侧边缘的形状仍可能匹配查询

实际应用建议

1. 数据预处理：在索引前确保地理数据的准确性，考虑可能的舍入误差
2. 边界框定义：根据数据特点选择最合适的边界框定义方式
3. 性能优化：对于大量地理数据查询，考虑使用地理索引优化查询性能
4. 误差处理：在应用层处理可能的边界匹配误差，特别是对精度要求高的场景

地理边界框查询是Elasticsearch地理空间功能的重要组成部分，合理使用可以高效解决许多基于地理位置的数据筛选需求。