Você não pode misturar o operador posicional ("$") e um upsert; o "$" será tratado como um nome de campo durante a inserção. Você não pode fazer isso para novos documentos, apenas para um existente.
Eu sugeri uma estrutura mais parecida com esta:
{"_id" : ObjectId("4c28f62cbf8544c60506f11d"),
"some_other_data":"goes here",
"trips": {
"2010-05-10":
[{"lat":21.321231, "lng": 16.8783234, "updated_at": "Mon May 10 2010 15:24:35"},
{"lat":21.321231, "lng": 16.8783234, "updated_at": "Mon May 10 2010 15:24:24"}],
"2010-05-08":
[{"lat":21.324239, "lng": 16.8735234, "updated_at": "Mon May 8 2010 11:18:05"},
{"lat":21.311234, "lng": 16.8743271, "updated_at": "Mon May 8 2010 11:17:55"},
{"lat":21.321238, "lng": 16.8782219, "updated_at": "Mon May 8 2010 11:17:45"}]
}
}
Então você pode emitir uma atualização como esta:
db.mycollection.update({application_id: "MyTestApp", "trips.2010-05-10":{$exists:true}},
{$push: {"trips.2010-05-10": {lat:11, lng:11} }},
true);
resulta nessa inserção.
> db.mycollection.find()
{ "_id" : ObjectId("4c2931d17b210000000045f0"),
"application_id" : "MyTestApp",
"trips" : { "2010-05-10" : [ { "lat" : 11, "lng" : 11 } ] } }
e executá-lo novamente fornece isso:
> db.mycollection.find()
{ "_id" : ObjectId("4c2932db7b210000000045f2"),
"application_id" : "MyTestApp",
"trips" : { "2010-05-10" :
[ { "lat" : 11, "lng" : 11 },
{ "lat" : 11, "lng" : 11 } ] } }