基于云GIS的湖北省硒資源平臺(tái)建設(shè)

楊 淑，胡偉路

（1.湖北省地質(zhì)科學(xué)研究院，武漢 430034；2. 中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，武漢 430080；3. 中冶武勘智誠(chéng)（武漢）工程技術(shù)有限公司，武漢 430073）

0 引言

硒（Selenium）是一種非金屬元素，化學(xué)符號(hào)是Se。硒是稀散非金屬之一，可用于冶金等眾多領(lǐng)域，同時(shí)也是人和動(dòng)物體內(nèi)不可或缺的微量元素，有提高免疫力、抗衰老、延年益壽的作用［1-2］。在世界上很多地方，土壤、農(nóng)作物中均含硒元素，近年來我國(guó)隨著土壤地球化學(xué)調(diào)查工作的開展，富硒土壤及作物得到了專家學(xué)者的關(guān)注［3-6］。自2014 年以來，湖北省陸續(xù)完成了恩施州全域、洪湖市全域以及全省主要產(chǎn)糧區(qū)的土地質(zhì)量調(diào)查工作［7］，調(diào)查工作查明了大量的硒相關(guān)信息，包括采樣點(diǎn)的土壤硒含量、農(nóng)作物硒含量、土壤富硒等級(jí)、富硒產(chǎn)業(yè)園區(qū)等數(shù)據(jù)。

隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，地質(zhì)工作與信息技術(shù)在不斷地融合，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局建成了地質(zhì)云平臺(tái)，提升了地質(zhì)數(shù)據(jù)的信息服務(wù)能力和水平［8］，湖北省地質(zhì)局也開發(fā)了湖北省地質(zhì)局地質(zhì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)作為地質(zhì)云的重要節(jié)點(diǎn)［9］。地質(zhì)大數(shù)據(jù)平臺(tái)的建設(shè)能夠推進(jìn)地質(zhì)工作的信息化和智能化，提高地質(zhì)工作的服務(wù)水平。湖北省土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)工作雖然獲取了大量富硒資源調(diào)查數(shù)據(jù)、評(píng)價(jià)報(bào)告及評(píng)價(jià)圖件，而且目前每年還有大量的新增數(shù)據(jù)，但這些數(shù)據(jù)和成果缺乏統(tǒng)一的在線數(shù)據(jù)管理和展示平臺(tái)，造成信息查詢、更新、分析、共享不方便，難以適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化傳播環(huán)境和政府宏觀智能管理的要求，巨大的信息需求與滯后的信息供給形成強(qiáng)烈的反差，亟需一種信息化管理工具將所有環(huán)節(jié)的信息規(guī)范化、標(biāo)準(zhǔn)化地管理起來，以便信息得到有效利用。

本文提出的基于云GIS構(gòu)建的硒資源平臺(tái)能夠充分發(fā)揮硒資源信息的價(jià)值，將湖北省硒資源信息與湖北省時(shí)空地理信息相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)硒資源的精細(xì)化管理和精準(zhǔn)化服務(wù)。

1 硒資源大數(shù)據(jù)及其可視化

1.1 硒資源大數(shù)據(jù)概念

本文研究涉及到的硒資源數(shù)據(jù)主要指湖北省土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查工作中得到的土壤硒元素含量、農(nóng)作物硒元素含量、富硒產(chǎn)業(yè)相關(guān)數(shù)據(jù)及其相關(guān)評(píng)價(jià)圖件等數(shù)據(jù)。目前湖北省土壤硒資源采樣面積達(dá)到45326平方千米，采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)達(dá)到上百萬(wàn)條，硒資源數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大的特點(diǎn)；數(shù)據(jù)類型有采樣表格數(shù)據(jù)、文字說明數(shù)據(jù)、地圖數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)等，包含結(jié)構(gòu)化、半結(jié)構(gòu)化和非結(jié)構(gòu)化的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)類型呈現(xiàn)出多樣性；硒資源數(shù)據(jù)的采樣工作由專門的技術(shù)人員負(fù)責(zé)，樣品分析由湖北省地質(zhì)實(shí)驗(yàn)測(cè)試中心承擔(dān)，并且由中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局區(qū)域化探樣品分析質(zhì)量檢查監(jiān)督組負(fù)責(zé)質(zhì)量監(jiān)控，數(shù)據(jù)質(zhì)量較高。同時(shí)它還具備硒資源數(shù)據(jù)的多源性包括不同地域的土壤、各類農(nóng)作物中的含量等，硒資源數(shù)據(jù)在不同地質(zhì)背景的規(guī)律性反映體現(xiàn)了客觀性以及硒資源數(shù)據(jù)之間、與其他元素之間的相互聯(lián)系、相互作用的綜合性特點(diǎn)。

1.2 硒資源大數(shù)據(jù)可視化方法

本文通過地圖結(jié)合圖表的大屏可視化形式做展示，主要通過餅狀圖、折線圖和硒資源調(diào)查區(qū)分級(jí)設(shè)色評(píng)價(jià)圖等方式，綜合使用分類統(tǒng)計(jì)表法，分區(qū)統(tǒng)計(jì)表法等方法，采用柱狀圖、餅圖等方式反映硒資源數(shù)據(jù)的變化情況，如圖1所示。柱狀圖的橫軸表示富硒產(chǎn)業(yè)基地的數(shù)量，縱軸表示富硒產(chǎn)業(yè)區(qū)類別；餅圖中每一個(gè)板塊代表富硒農(nóng)作物的占比。平臺(tái)通過數(shù)據(jù)集管理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)過濾、聚類、回歸，實(shí)現(xiàn)同一份數(shù)據(jù)的多維度分析，同時(shí)采用不同種類的可視化方法去展現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果，極大地提高了數(shù)據(jù)的直觀性、易讀性和空間對(duì)比性。

圖1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)圖

2 平臺(tái)總體架構(gòu)

云GIS 是在云計(jì)算環(huán)境中提供GIS 服務(wù)的，它的軟硬件支撐以及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、計(jì)算等都在云服務(wù)器進(jìn)行，用戶只需擁有上網(wǎng)的終端即可［10］?；谠艷IS的硒資源信息平臺(tái)的建設(shè)需要緊密圍繞硒資源的相關(guān)業(yè)務(wù)需求，按照統(tǒng)籌規(guī)劃的設(shè)計(jì)原則，制定平臺(tái)的總體架構(gòu)，充分利用云GIS和大數(shù)據(jù)等技術(shù)，采用成熟先進(jìn)的技術(shù)方法進(jìn)行平臺(tái)研發(fā)，實(shí)現(xiàn)硒資源的管理、查詢、展示、分析和共享功能。平臺(tái)總體架構(gòu)使用傳統(tǒng)的模型進(jìn)行設(shè)計(jì)，如圖2所示，包含基礎(chǔ)設(shè)施層、數(shù)據(jù)層和應(yīng)用層。

圖2 平臺(tái)總體架構(gòu)

基礎(chǔ)設(shè)施層是平臺(tái)運(yùn)行的重要支撐環(huán)境，主要包括服務(wù)器、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及常用的基礎(chǔ)軟件。基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)層通過將物理層硬件資源共享成資源池，并通過統(tǒng)一資源調(diào)度管理對(duì)外提供所需的物理資源。

數(shù)據(jù)層采用云端協(xié)同架構(gòu)，為整個(gè)平臺(tái)提供數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、接入以及訪問服務(wù)，在整個(gè)平臺(tái)中起到了數(shù)據(jù)支撐的作用。數(shù)據(jù)層使用SQL 語(yǔ)句完成業(yè)務(wù)邏輯的數(shù)據(jù)讀寫任務(wù)，利用完全開源免費(fèi)、且易于做讀寫分離、負(fù)載均衡、穩(wěn)定高效的PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫(kù)［11］實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與管理。

應(yīng)用層主要實(shí)現(xiàn)用戶與平臺(tái)之間的交互操作、可視化展示。應(yīng)用層利用HTML結(jié)合CSS的前端開發(fā)技術(shù)實(shí)現(xiàn)平臺(tái)的可視化交互頁(yè)面。本研究以高德地圖作為硒資源的可視化展示組件，以Echarts 作為統(tǒng)計(jì)信息表達(dá)組件。高德地圖可構(gòu)建功能豐富、地圖展示效果美觀、交互性強(qiáng)的地圖應(yīng)用，具有穩(wěn)定的服務(wù)可用性、快速的服務(wù)響應(yīng)等優(yōu)點(diǎn)；Echarts 是一個(gè)開源可視化庫(kù)，涵蓋各行業(yè)圖表，能夠滿足各種需求［12］。本平臺(tái)利用高德地圖中的地圖服務(wù)實(shí)現(xiàn)地圖應(yīng)用功能，結(jié)合Echarts 的數(shù)據(jù)可視化框架，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)計(jì)信息的可視化。

3 平臺(tái)建設(shè)

基于平臺(tái)的總體設(shè)計(jì)方案，基于云GIS的硒資源信息平臺(tái)主要由五部分組成，分別為平臺(tái)首頁(yè)、一張圖、產(chǎn)品中心、硒科普和相關(guān)政策頁(yè)面，如圖3所示。

圖3 平臺(tái)功能設(shè)計(jì)

3.1 平臺(tái)首頁(yè)

平臺(tái)首頁(yè)為整個(gè)平臺(tái)客戶端的門戶，如圖4所示，主要包含用戶登錄、圖片輪播以及其他頁(yè)面的索引內(nèi)容。

圖4 平臺(tái)首頁(yè)

3.2 一張圖

一張圖是整個(gè)平臺(tái)的核心模塊，具有GIS常用的地圖功能，包括地圖放大、縮小、復(fù)位、全圖顯示、屬性查詢、面積量算、距離量算、圖層透明度調(diào)節(jié)等功能，還可以將圖層疊加顯示。同時(shí)還具有統(tǒng)計(jì)分析和結(jié)果圖表顯示功能，提供選中數(shù)據(jù)范圍內(nèi)不同等級(jí)富硒土壤面積、富硒農(nóng)作物組成結(jié)構(gòu)、富硒產(chǎn)業(yè)基地?cái)?shù)量、不同類型旅游資源點(diǎn)結(jié)構(gòu)等的實(shí)時(shí)統(tǒng)計(jì)，并且以動(dòng)態(tài)圖表的形式直觀展示，除此之外平臺(tái)還開發(fā)了專門針對(duì)富硒農(nóng)產(chǎn)品的種植選址分析功能模塊，該功能結(jié)合硒元素含量、重金屬元素、有機(jī)碳、土地利用數(shù)據(jù)分析某一區(qū)域的土壤富硒產(chǎn)品種植適宜性，為富硒產(chǎn)品基地選址提供技術(shù)支撐。

3.3 產(chǎn)品中心

產(chǎn)品中心分類展示富硒相關(guān)農(nóng)產(chǎn)品信息，分為富硒茶葉、富硒大米、富硒禽蛋、富硒飲品四大類，提供每個(gè)產(chǎn)品的名稱、圖片、購(gòu)買方式、產(chǎn)地富硒土壤等級(jí)、產(chǎn)品含硒量、特征描述等信息。產(chǎn)品中心生態(tài)的參與者主要有用戶、開發(fā)者和經(jīng)銷商。其中用戶可以通過我們的平臺(tái)了解富硒產(chǎn)品、購(gòu)買富硒產(chǎn)品；經(jīng)銷商可以將符合標(biāo)準(zhǔn)的富硒農(nóng)產(chǎn)品放在我們的平臺(tái)進(jìn)行推廣；開發(fā)者完成以上業(yè)務(wù)的運(yùn)營(yíng)和維護(hù)。此模塊主要服務(wù)于富硒農(nóng)產(chǎn)品推廣，助力鄉(xiāng)村振興。

3.4 硒科普

硒科普模塊主要展示硒元素以及硒與人體健康方面的科普知識(shí)，科普內(nèi)容以文字、圖片、視頻、漫畫等形式展示，做到淺顯易懂、言簡(jiǎn)意賅、寓教于樂、生動(dòng)詮釋，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與趣味相結(jié)合，讓平臺(tái)的硒科普模塊成為公眾了解硒資源的一個(gè)重要窗口，進(jìn)一步提高公眾對(duì)硒資源的認(rèn)識(shí)，提升硒資源保護(hù)的認(rèn)識(shí)，促進(jìn)硒相關(guān)產(chǎn)業(yè)的科學(xué)持續(xù)發(fā)展。

3.5 相關(guān)政策

相關(guān)政策作為硒相關(guān)領(lǐng)域信息的聚合站，提供相關(guān)政策、行業(yè)資訊、精品文章、專題報(bào)道，依托語(yǔ)義分析、爬蟲和并行計(jì)算技術(shù)，對(duì)相關(guān)的資訊全網(wǎng)采集、自動(dòng)過濾、分類，為用戶提供最新的相關(guān)政策和優(yōu)質(zhì)的資訊。

4 結(jié)語(yǔ)

本文平臺(tái)以提高湖北省富硒資源利用為目標(biāo)，基于B/S 架構(gòu)，綜合運(yùn)用云GIS、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)可視化技術(shù)，研究湖北省富硒資源平臺(tái)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)富硒資源信息在線的管理、查詢、展示、分析和共享功能。

富硒資源信息平臺(tái)充分收集湖北省的硒相關(guān)數(shù)據(jù)，建成硒專題資源數(shù)據(jù)庫(kù)，可存儲(chǔ)、更新、顯示、查詢硒資源信息，減少了數(shù)據(jù)的冗余、節(jié)約了存儲(chǔ)空間，減少了信息的滯后性，提高了數(shù)據(jù)的利用效率，滿足了硒資源的智能管理。平臺(tái)的建設(shè)過程，也將湖北省多年來在富硒產(chǎn)業(yè)研究工作中取得的數(shù)據(jù)、工作成效進(jìn)一步發(fā)揮作用，落實(shí)了湖北省地質(zhì)局加強(qiáng)數(shù)字地質(zhì)云平臺(tái)建設(shè)的意見，健全了地質(zhì)大數(shù)據(jù)體系建設(shè)。硒資源信息平臺(tái)推進(jìn)了硒資源大數(shù)據(jù)匯聚、加工及產(chǎn)品服務(wù)，進(jìn)一步提高富硒相關(guān)工作數(shù)字化程度和資料的利用程度。平臺(tái)依托湖北省長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查成果，在“富硒資源一張圖”模塊，將全省富硒產(chǎn)業(yè)基地信息與一張圖相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)富硒產(chǎn)業(yè)基地的可視化展示，提升湖北省富硒產(chǎn)業(yè)基地的知名度，“產(chǎn)品中心”模塊，為富硒產(chǎn)品提供一個(gè)宣傳平臺(tái)，提升富硒特色產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力，從而增加農(nóng)民收入，服務(wù)于農(nóng)民脫貧致富，服務(wù)于鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。