山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉敬兵,于錦濤,于林松,鄒安德,李西燦

山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

劉敬兵1,于錦濤2*,于林松3,鄒安德4,李西燦2

1. 山東省物化探勘查院, 山東 濟(jì)南 250013 2. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院, 山東 泰安 271018 3. 山東省地質(zhì)勘查工程技術(shù)研究中心, 山東 濟(jì)南 250013 4. 山東省土壤地球化學(xué)工程試驗室, 山東 濟(jì)南 250013

為提高農(nóng)業(yè)地質(zhì)大數(shù)據(jù)信息化管理水平，本文基于山東省地礦局農(nóng)業(yè)地質(zhì)的地球化學(xué)大數(shù)據(jù)，以農(nóng)業(yè)地質(zhì)信息化建設(shè)為主線，設(shè)計山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)的總體框架；基于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)項目資料、專業(yè)地質(zhì)圖件、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，分析農(nóng)業(yè)地質(zhì)指標(biāo)與應(yīng)用層次；采用SQL Server和Geodatabase技術(shù)，以ArcSDE 10為空間數(shù)據(jù)引擎，按照ArcGIS Server運(yùn)行體系配置服務(wù)器，借助ArcGIS 10.6地理信息平臺進(jìn)行系統(tǒng)實現(xiàn)。結(jié)果表明，開發(fā)的山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)地質(zhì)信息集成、一體化查詢和可視化等功能，為山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)信息的采集、管理和應(yīng)用提供技術(shù)支持。

農(nóng)業(yè)地質(zhì); 信息化; 設(shè)計

地質(zhì)數(shù)據(jù)是地球演變過程的產(chǎn)物，主要用來反映基礎(chǔ)地質(zhì)、水工環(huán)條件、地球物理、地球化學(xué)等特征，是地質(zhì)調(diào)查信息化建設(shè)的基礎(chǔ)。最近幾年，農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查“一張圖”工程一直是國土資源領(lǐng)域的研究熱點，“一張圖”實質(zhì)上就是將多種信息有機(jī)地綜合到一張地圖上，然后進(jìn)行相關(guān)的空間分析和交互查詢等[1]。2009年11月，在全國國土資源信息化工作現(xiàn)場會上，強(qiáng)調(diào)了國土資源“一張圖”建設(shè)的必要性[2]。此后，全國各省市積極利用信息化手段開展各類國土資源建設(shè)。與此同時，在國內(nèi)也不斷有學(xué)者進(jìn)行關(guān)于國土資源的研究[3]。例如，馬莉?qū)临Y源“一張圖”應(yīng)用系統(tǒng)進(jìn)行了相關(guān)研究[4]；周國鋒等研究探討了常州市國土資源“一張圖”工程建設(shè)，為國土資源的決策支持和信息化管理提供了依據(jù)[5]；馮永玉探討了國土資源“一張圖”數(shù)據(jù)中心所解決的業(yè)務(wù)問題，為各省、市進(jìn)行國土資源“一張圖”和數(shù)據(jù)中心建設(shè)提供了有益幫助[6]；陶忠良等研究探討了利用地理信息公共服務(wù)平臺進(jìn)行現(xiàn)代農(nóng)業(yè)“一張圖”的管理[7]；劉昊等利用3S技術(shù)對國土資源“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫進(jìn)行了探討，并得到了有效結(jié)論，對今后國土資源數(shù)據(jù)庫管理工作具有指導(dǎo)意義[8]；楊絳等基于農(nóng)業(yè)“一張圖”，深入探討了農(nóng)作物遙感監(jiān)測方法，研發(fā)了農(nóng)業(yè)“一張圖”系統(tǒng)[9]；霍光杰等研究設(shè)計了省級地質(zhì)環(huán)境“一張圖”信息系統(tǒng)的總體框架，為省級地質(zhì)環(huán)境信息化建設(shè)提供了借鑒[10]。

通過多年的基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫建設(shè)，山東省基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)庫體系總體上已建成，但存在數(shù)據(jù)利用和綜合應(yīng)用率低的問題，使用對象多局限于單位內(nèi)部，未形成省內(nèi)“一張圖”的“大概念”。因此，本文綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、WebGIS技術(shù)等，建設(shè)基于天地圖的山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)，以實現(xiàn)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)整合與共享，提高山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)大數(shù)據(jù)信息化管理水平。

1 總體設(shè)計

考慮到系統(tǒng)建設(shè)的目標(biāo)和功能要求，山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)的總體技術(shù)框架如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)平臺總體技術(shù)構(gòu)建框架

從圖1可見，整個系統(tǒng)由覆蓋山東省物化探院內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)作為主要業(yè)務(wù)運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)。依據(jù)性質(zhì)和功能，將整個系統(tǒng)劃分為4個部分，具體如下：

（1）軟硬件設(shè)施層。包括山東省地礦局、山東省物化探院軟硬件設(shè)施及其業(yè)務(wù)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)。

（2）數(shù)據(jù)資源層。主要包括基礎(chǔ)地理、土地利用數(shù)據(jù)、地質(zhì)成果數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)等。

（3）服務(wù)層。主要包括數(shù)據(jù)服務(wù)、GIS服務(wù)、功能服務(wù)、信息服務(wù)及數(shù)據(jù)管理等。

（4）應(yīng)用層。包括農(nóng)業(yè)地質(zhì)大數(shù)據(jù)可視化、農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”的農(nóng)業(yè)地質(zhì)大數(shù)據(jù)共享服務(wù)、

名優(yōu)特典型項目應(yīng)用和土壤監(jiān)測等農(nóng)業(yè)地質(zhì)大數(shù)據(jù)專題應(yīng)用服務(wù)。

2 數(shù)據(jù)庫設(shè)計與建立

2.1 數(shù)據(jù)庫要素組成

2.1.1 基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)基礎(chǔ)地理信息是專題空間要素定位、定向的數(shù)學(xué)基礎(chǔ)，包括山東省行政區(qū)劃、山東省交通位置、地形地貌等基礎(chǔ)地理要素。綜合考慮數(shù)據(jù)需求、數(shù)據(jù)特點、精度要求的各類因素，本項目選用國家天地圖作為基礎(chǔ)地理底圖來源，實現(xiàn)了矢量底圖、影像底圖和地形渲染圖的加載。為了更好的精度和顯示效果，在山東省行政區(qū)內(nèi)采用山東天地圖的矢量和影像底圖作為基礎(chǔ)地理圖。

2.1.2 專業(yè)地質(zhì)圖件專題地質(zhì)圖件是向用戶傳達(dá)綜合地質(zhì)信息的重要載體，主要包括山東省物探勘查院多年積累的地質(zhì)圖件數(shù)據(jù)和全國資料館地質(zhì)云中的地質(zhì)圖件數(shù)據(jù)兩部分?jǐn)?shù)據(jù)。

（1）山東省物探勘查院地質(zhì)圖件數(shù)據(jù)。主要包括基礎(chǔ)地質(zhì)、水文地質(zhì)、地球化學(xué)數(shù)據(jù)、土地利用規(guī)劃圖、耕地質(zhì)量調(diào)查評價圖、土壤類型圖、兩區(qū)劃定成果、一縣一品等專業(yè)地質(zhì)地圖。

（2）全國資料館地質(zhì)云地質(zhì)圖件。主要是從全國地質(zhì)資料館獲取可以公開訪問的山東省地質(zhì)圖件及地球化學(xué)圖，這些圖件一般以O(shè)GC標(biāo)準(zhǔn)WMTS或WMS服務(wù)提供，通過調(diào)用地圖服務(wù)開放接口，將這些圖件接入到本平臺中。

2.1.3 地質(zhì)項目數(shù)據(jù)本項目涉及的地質(zhì)項目資料包括地質(zhì)云公開館藏資料以及山東省物探勘查院積累的多目標(biāo)調(diào)查、土地質(zhì)量調(diào)查、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查、名優(yōu)特調(diào)查和地方病調(diào)查等類型的數(shù)字化地質(zhì)資料（資料目錄、元數(shù)據(jù)、成果報告、附圖附表等）。

2.1.4 農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)主要包括山東省物探勘查院掌握的多目標(biāo)地球化學(xué)調(diào)查、土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查、名優(yōu)特調(diào)查等土壤樣（淺層、深層）、植物樣、水樣（地表、地下）、大氣沉降、底泥樣等各元素數(shù)據(jù)。

2.2 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.2.1 邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫邏輯設(shè)計主要是基于數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，通過相關(guān)處理將各類數(shù)據(jù)映射為其所支持的數(shù)據(jù)類型，然后利用數(shù)據(jù)描述語言表達(dá)。

山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)數(shù)據(jù)倉庫涉及到的數(shù)據(jù)類型可分為矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)、屬性信息、文檔附件等。通過數(shù)據(jù)源格式、數(shù)據(jù)量及數(shù)據(jù)安全等多方面綜合考慮，本項目采用GIS平臺管理空間數(shù)據(jù)（矢量、柵格），關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理結(jié)構(gòu)化屬性數(shù)據(jù)。非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)（附件文檔等）通過文件唯一編號結(jié)合存儲路徑的方式，亦通過關(guān)系型數(shù)據(jù)庫進(jìn)行管理。

2.2.2 物理結(jié)構(gòu)設(shè)計數(shù)據(jù)庫的物理設(shè)計主要包括兩部分，分別是數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu)設(shè)計和存儲路徑設(shè)計。數(shù)據(jù)存儲是數(shù)據(jù)庫物理設(shè)計中必須考慮的問題，即所有數(shù)據(jù)在硬件設(shè)備上的存儲方式管理和存取數(shù)據(jù)的軟件系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫存儲結(jié)構(gòu),以保證用戶以其所熟悉的方式存取數(shù)據(jù)以及數(shù)據(jù)在各個位置的分布方式等。本項目數(shù)據(jù)庫采用GIS平臺與關(guān)系型數(shù)據(jù)庫軟件管理，數(shù)據(jù)集中存儲于服務(wù)器的方式存儲。

3 系統(tǒng)實現(xiàn)

山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”是將基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)、物化遙地質(zhì)、礦產(chǎn)地質(zhì)、水工環(huán)地質(zhì)數(shù)據(jù)及農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)、土地相關(guān)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)專題數(shù)據(jù)在統(tǒng)一地理框架下，通過GIS特有的空間疊加分析功能，綜合利用上述多源空間數(shù)據(jù)，形象和直觀地展現(xiàn)各種要素、現(xiàn)象的空間分布和變化規(guī)律，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)整合與共享，為實現(xiàn)全省農(nóng)業(yè)地質(zhì)數(shù)據(jù)各類專題應(yīng)用打下堅實數(shù)據(jù)基 礎(chǔ)。

農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”專題主要提供地質(zhì)圖件在線綜合瀏覽（在線分級瀏覽、圖層控制、卷簾看圖、多屏圖、點擊查看屬性信息）、地質(zhì)圖件服務(wù)列表瀏覽、地質(zhì)資料查詢?yōu)g覽、農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)綜合查詢、平臺數(shù)據(jù)管理等功能（圖2）。

圖2 “一張圖”系統(tǒng)功能模塊設(shè)置

本次將地球物理、地球化學(xué)數(shù)據(jù)在基礎(chǔ)地理、地質(zhì)底圖上充分疊加展示，可以更好的對比認(rèn)識宏觀尺度農(nóng)業(yè)地質(zhì)多源影響因素，從而更加客觀的判斷宏觀農(nóng)業(yè)地質(zhì)環(huán)境及生態(tài)環(huán)境變遷。

3.1 地質(zhì)圖件在線綜合瀏覽

本模塊主要包括在線分級瀏覽、圖層疊加控制、卷簾看圖、多屏對比看圖等功能。分級瀏覽功能如圖3所示。

圖3 圖件在線分級瀏覽

Fig.3 Map online hierarchical browsing

3.2 地質(zhì)圖件服務(wù)列表瀏覽

本系統(tǒng)不僅提供“一張圖”的方式來綜合瀏覽已發(fā)布的地圖服務(wù)，而且提供“服務(wù)列表”的方式來查看地圖服務(wù)列表。此功能可按服務(wù)名稱、發(fā)布時間等方式對地圖服務(wù)列表進(jìn)行排序，可以通過專業(yè)分類、比例尺和行政區(qū)三種不同的分類標(biāo)簽進(jìn)行快速篩選。

3.3 地質(zhì)項目資料綜合查詢

地質(zhì)項目資料查詢?yōu)g覽功能可以使用戶通過模糊條件查詢、空間位置查詢、分類檢索等多種方式，快速獲取感興趣的地質(zhì)項目資料（資料目錄、元數(shù)據(jù)、成果報告、附圖附表等）。依據(jù)自身數(shù)據(jù)權(quán)限，通過瀏覽器在線瀏覽、下載平臺內(nèi)的各種地質(zhì)項目資料。

3.4 農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)綜合查詢

農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)綜合查詢功能可以通過模糊條件查詢、空間位置查詢等多種方式快速獲取感興趣的農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)，并且直觀地獲取各類數(shù)據(jù)分布和變化規(guī)律等,該功能可以通過左側(cè)目錄樹型菜單上方的搜索功能實現(xiàn)。具體查詢方式上，可以采取模糊、精確及空間位置查詢等多種方式，查詢的資料或者圖件服務(wù)形式多樣化，配合多屏及水平、垂直等預(yù)覽形式可以進(jìn)行有效對比分析。

3.5 系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理

系統(tǒng)數(shù)據(jù)管理可以幫助系統(tǒng)管理員通過信息化手段管理種類繁多，數(shù)據(jù)量龐大的各類地質(zhì)數(shù)據(jù)。完成各類地質(zhì)數(shù)據(jù)的錄入編目、數(shù)據(jù)更新維護(hù)以及用戶權(quán)限管理等功能。

4 結(jié)論

山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查“一張圖”系統(tǒng)基于B/S架構(gòu)，綜合運(yùn)用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、WebGIS技術(shù)，將基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)、地質(zhì)成果數(shù)據(jù)、土地相關(guān)數(shù)據(jù)、農(nóng)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)和農(nóng)業(yè)地質(zhì)專題數(shù)據(jù)在統(tǒng)一地理框架下，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查數(shù)據(jù)整合與共享，為實現(xiàn)全省農(nóng)業(yè)地質(zhì)數(shù)據(jù)各類專題應(yīng)用打下堅實數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。在此基礎(chǔ)上，山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)“一張圖”系統(tǒng)通過搭建農(nóng)業(yè)地質(zhì)調(diào)查信息系統(tǒng)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)框架，為我局乃至我省后續(xù)農(nóng)業(yè)地質(zhì)相關(guān)工作提供大數(shù)據(jù)接口，形成我省農(nóng)業(yè)地質(zhì)大數(shù)據(jù)集，這為探索融入省農(nóng)業(yè)大數(shù)據(jù)體系奠定了基礎(chǔ)。本系統(tǒng)符合當(dāng)前大地質(zhì)服務(wù)高質(zhì)量發(fā)展需求，將進(jìn)一步促進(jìn)農(nóng)業(yè)地質(zhì)示范成果轉(zhuǎn)化應(yīng)用，推動山東省農(nóng)業(yè)地質(zhì)信息化建設(shè)。

[1] 黃俊,朱思源.柳州國土資源“一張圖”管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,38(20):10978-10980

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[4] 馬莉.市縣級國土資源“一張圖”應(yīng)用系統(tǒng)研究[D].南京:南京師范大學(xué),2012

[5] 周國鋒,沈繼成,胡偉.常州市國土資源“一張圖”工程建設(shè)探索[J].國土資源信息化,2013(1):40-45

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[8] 劉昊.縣級國土資源“一張圖”核心數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建與實現(xiàn)[D].煙臺:魯東大學(xué),2017

[9] 楊鐸.基于天地圖的農(nóng)業(yè)一張圖系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].科技資訊,2020,18(1):5-6

[10] 霍光杰,操麗,豆靖濤,等.省級地質(zhì)環(huán)境“一張圖”信息系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].河南科學(xué),2020,38(2):221-227

Design and Implementation of “One map” System of Agricultural Geology in Shandong Province

LIU Jing-bing1, YU Jin-tao2*, YU Lin-song3, ZHOU An-de4, LI Xi-can2

1.250013,2.271018,3.250013,4.250013,

In order to improve the information management level of agricultural geology big data, based on the geochemical big data of agricultural geology of Shandong Provincial Bureau of Geology and Mineral Resources, with the construction of agricultural geology information as the main line, the overall framework of the "one map" system of agricultural geology in Shandong is designed; Basic geographic data, professional geological maps, geological project data, agricultural geological survey data, analyze agricultural geological indicators and application levels; use SQL Server and Geodatabase technology, use ArcSDE 10 as the spatial data engine, configure the server in accordance with the ArcGIS Server operating system, and use ArcGIS 10.6 geographic information platform for system implementation. The results show that the “One Map” system of agricultural geology in Shandong Province has realized the functions of agricultural geological information integration, integrated query and visualization, and provides technical support for the collection, management and application of agricultural geological information in Shandong Province.

Agricultural geology; informatization; design

S159

A

1000-2324(2021)03-0496-04

2020-05-10

2021-05-16

山東省地礦局2019年度局控科技創(chuàng)新項目(KZ201958);山東省自然科學(xué)基金(ZR2016DM03)

劉敬兵(1980-),男,碩士,高級工程師,主要研究方向:地質(zhì)信息化. E-mail:58237036@qq.com

Author for correspondenc.E-mail:1436241662@qq.com