基于云GIS的湖北省硒資源平臺建設

楊 淑，胡偉路

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

0 引言

硒（Selenium）是一種非金屬元素，化學符號是Se。硒是稀散非金屬之一，可用于冶金等眾多領域，同時也是人和動物體內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、農作物中均含硒元素，近年來我國隨著土壤地球化學調查工作的開展，富硒土壤及作物得到了專家學者的關注［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糧區(qū)的土地質量調查工作［7］，調查工作查明了大量的硒相關信息，包括采樣點的土壤硒含量、農作物硒含量、土壤富硒等級、富硒產業(yè)園區(qū)等數(shù)據(jù)。

隨著信息技術的不斷發(fā)展，地質工作與信息技術在不斷地融合，中國地質調查局建成了地質云平臺，提升了地質數(shù)據(jù)的信息服務能力和水平［8］，湖北省地質局也開發(fā)了湖北省地質局地質大數(shù)據(jù)平臺作為地質云的重要節(jié)點［9］。地質大數(shù)據(jù)平臺的建設能夠推進地質工作的信息化和智能化，提高地質工作的服務水平。湖北省土地質量地球化學評價工作雖然獲取了大量富硒資源調查數(shù)據(jù)、評價報告及評價圖件，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，造成信息查詢、更新、分析、共享不方便，難以適應網絡化傳播環(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、標準化地管理起來，以便信息得到有效利用。

本文提出的基于云GIS構建的硒資源平臺能夠充分發(fā)揮硒資源信息的價值，將湖北省硒資源信息與湖北省時空地理信息相結合，實現(xiàn)硒資源的精細化管理和精準化服務。

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量地球化學調查工作中得到的土壤硒元素含量、農作物硒元素含量、富硒產業(yè)相關數(shù)據(jù)及其相關評價圖件等數(shù)據(jù)。目前湖北省土壤硒資源采樣面積達到45326平方千米，采樣點數(shù)據(jù)達到上百萬條，硒資源數(shù)據(jù)具有數(shù)據(jù)量大的特點；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，包含結構化、半結構化和非結構化的數(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人員負責，樣品分析由湖北省地質實驗測試中心承擔，并且由中國地質調查局區(qū)域化探樣品分析質量檢查監(jiān)督組負責質量監(jiān)控，數(shù)據(jù)質量較高。同時它還具備硒資源數(shù)據(jù)的多源性包括不同地域的土壤、各類農作物中的含量等，硒資源數(shù)據(jù)在不同地質背景的規(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。

1.2 硒資源大數(shù)據(jù)可視化方法

本文通過地圖結合圖表的大屏可視化形式做展示，主要通過餅狀圖、折線圖和硒資源調查區(qū)分級設色評價圖等方式，綜合使用分類統(tǒng)計表法，分區(qū)統(tǒng)計表法等方法，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業(yè)基地的數(shù)量，縱軸表示富硒產業(yè)區(qū)類別；餅圖中每一個板塊代表富硒農作物的占比。平臺通過數(shù)據(jù)集管理數(shù)據(jù)，將數(shù)據(jù)過濾、聚類、回歸，實現(xiàn)同一份數(shù)據(jù)的多維度分析，同時采用不同種類的可視化方法去展現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析結果，極大地提高了數(shù)據(jù)的直觀性、易讀性和空間對比性。

圖1 數(shù)據(jù)統(tǒng)計圖

2 平臺總體架構

云GIS 是在云計算環(huán)境中提供GIS 服務的，它的軟硬件支撐以及數(shù)據(jù)存儲、計算等都在云服務器進行，用戶只需擁有上網的終端即可［10］。基于云GIS的硒資源信息平臺的建設需要緊密圍繞硒資源的相關業(yè)務需求，按照統(tǒng)籌規(guī)劃的設計原則，制定平臺的總體架構，充分利用云GIS和大數(shù)據(jù)等技術，采用成熟先進的技術方法進行平臺研發(fā)，實現(xiàn)硒資源的管理、查詢、展示、分析和共享功能。平臺總體架構使用傳統(tǒng)的模型進行設計，如圖2所示，包含基礎設施層、數(shù)據(jù)層和應用層。

圖2 平臺總體架構

基礎設施層是平臺運行的重要支撐環(huán)境，主要包括服務器、存儲、網絡以及常用的基礎軟件。基礎設施服務層通過將物理層硬件資源共享成資源池，并通過統(tǒng)一資源調度管理對外提供所需的物理資源。

數(shù)據(jù)層采用云端協(xié)同架構，為整個平臺提供數(shù)據(jù)處理、存儲、接入以及訪問服務，在整個平臺中起到了數(shù)據(jù)支撐的作用。數(shù)據(jù)層使用SQL 語句完成業(yè)務邏輯的數(shù)據(jù)讀寫任務，利用完全開源免費、且易于做讀寫分離、負載均衡、穩(wěn)定高效的PostgreSQL 數(shù)據(jù)庫［11］實現(xiàn)對業(yè)務數(shù)據(jù)的存儲與管理。

應用層主要實現(xiàn)用戶與平臺之間的交互操作、可視化展示。應用層利用HTML結合CSS的前端開發(fā)技術實現(xiàn)平臺的可視化交互頁面。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)計信息表達組件。高德地圖可構建功能豐富、地圖展示效果美觀、交互性強的地圖應用，具有穩(wěn)定的服務可用性、快速的服務響應等優(yōu)點；Echarts 是一個開源可視化庫，涵蓋各行業(yè)圖表，能夠滿足各種需求［12］。本平臺利用高德地圖中的地圖服務實現(xiàn)地圖應用功能，結合Echarts 的數(shù)據(jù)可視化框架，實現(xiàn)統(tǒng)計信息的可視化。

3 平臺建設

基于平臺的總體設計方案，基于云GIS的硒資源信息平臺主要由五部分組成，分別為平臺首頁、一張圖、產品中心、硒科普和相關政策頁面，如圖3所示。

圖3 平臺功能設計

3.1 平臺首頁

平臺首頁為整個平臺客戶端的門戶，如圖4所示，主要包含用戶登錄、圖片輪播以及其他頁面的索引內容。

圖4 平臺首頁

3.2 一張圖

一張圖是整個平臺的核心模塊，具有GIS常用的地圖功能，包括地圖放大、縮小、復位、全圖顯示、屬性查詢、面積量算、距離量算、圖層透明度調節(jié)等功能，還可以將圖層疊加顯示。同時還具有統(tǒng)計分析和結果圖表顯示功能，提供選中數(shù)據(jù)范圍內不同等級富硒土壤面積、富硒農作物組成結構、富硒產業(yè)基地數(shù)量、不同類型旅游資源點結構等的實時統(tǒng)計，并且以動態(tài)圖表的形式直觀展示，除此之外平臺還開發(fā)了專門針對富硒農產品的種植選址分析功能模塊，該功能結合硒元素含量、重金屬元素、有機碳、土地利用數(shù)據(jù)分析某一區(qū)域的土壤富硒產品種植適宜性，為富硒產品基地選址提供技術支撐。

3.3 產品中心

產品中心分類展示富硒相關農產品信息，分為富硒茶葉、富硒大米、富硒禽蛋、富硒飲品四大類，提供每個產品的名稱、圖片、購買方式、產地富硒土壤等級、產品含硒量、特征描述等信息。產品中心生態(tài)的參與者主要有用戶、開發(fā)者和經銷商。其中用戶可以通過我們的平臺了解富硒產品、購買富硒產品；經銷商可以將符合標準的富硒農產品放在我們的平臺進行推廣；開發(fā)者完成以上業(yè)務的運營和維護。此模塊主要服務于富硒農產品推廣，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，科普內容以文字、圖片、視頻、漫畫等形式展示，做到淺顯易懂、言簡意賅、寓教于樂、生動詮釋，實現(xiàn)知識與趣味相結合，讓平臺的硒科普模塊成為公眾了解硒資源的一個重要窗口，進一步提高公眾對硒資源的認識，提升硒資源保護的認識，促進硒相關產業(yè)的科學持續(xù)發(fā)展。

3.5 相關政策

相關政策作為硒相關領域信息的聚合站，提供相關政策、行業(yè)資訊、精品文章、專題報道，依托語義分析、爬蟲和并行計算技術，對相關的資訊全網采集、自動過濾、分類，為用戶提供最新的相關政策和優(yōu)質的資訊。

4 結語

本文平臺以提高湖北省富硒資源利用為目標，基于B/S 架構，綜合運用云GIS、數(shù)據(jù)分析和數(shù)據(jù)動態(tài)可視化技術，研究湖北省富硒資源平臺建設，實現(xiàn)富硒資源信息在線的管理、查詢、展示、分析和共享功能。

富硒資源信息平臺充分收集湖北省的硒相關數(shù)據(jù)，建成硒專題資源數(shù)據(jù)庫，可存儲、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。平臺的建設過程，也將湖北省多年來在富硒產業(yè)研究工作中取得的數(shù)據(jù)、工作成效進一步發(fā)揮作用，落實了湖北省地質局加強數(shù)字地質云平臺建設的意見，健全了地質大數(shù)據(jù)體系建設。硒資源信息平臺推進了硒資源大數(shù)據(jù)匯聚、加工及產品服務，進一步提高富硒相關工作數(shù)字化程度和資料的利用程度。平臺依托湖北省長江經濟帶耕地質量地球化學調查成果，在“富硒資源一張圖”模塊，將全省富硒產業(yè)基地信息與一張圖相結合，實現(xiàn)富硒產業(yè)基地的可視化展示，提升湖北省富硒產業(yè)基地的知名度，“產品中心”模塊，為富硒產品提供一個宣傳平臺，提升富硒特色產品的核心競爭力，從而增加農民收入，服務于農民脫貧致富，服務于鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略。