道地藥材產地沿革生態地圖共享數據庫構建研究*

劉方舟 楊 陽 李 萌 杜 昱 張一穎 王 靜 李園白

(中國中醫科學院中醫藥信息研究所 北京 100700)

1 引言

道地藥材是指來自特定產地、栽培規范、加工精細、貯藏合理、品質卓越、療效顯著的中藥材，是傳統中醫藥行業評價藥材質量的一項獨特判別標準，具有強烈的地域性[1]。然而藥材的道地產區在漫長的歷史形成與發展中并非一成不變，而是經歷了逐步成熟的復雜演變過程，大部分道地藥材是存在產地變遷的[2]，探索藥材道地產區的遷移對中藥道地性研究至關重要[3]。各歷史時期特定區域的藥材分布與特點是道地藥材傳承研究的重要內容，只有明確各歷史時期藥材產地的變遷才能更加深入認識和理解道地藥材內涵[4]。本草古籍是中醫藥學習本源，是中華民族智慧的結晶，匯載上古春秋至明清時期中醫藥學發展的輝煌成就。相關學者開展藥材產地本草考證研究時需人工進行大量查找、閱讀工作，在利用傳統古文獻上存在很多不便。本研究通過構建道地藥材產地沿革生態地圖共享數據庫，以動態專題地圖的形式展示藥材產區分布、生態因子、產區時空演變特征，總結并呈現藥材道地產區的歷史沿革，為道地藥材產地研究提供借鑒。

2 資料來源

2.1 產地生態因子數據

來源于第4次全國中藥資源普查數據，字段包括生態系統類型、居群面積、栽培面積、土壤容量、根際細菌優勢種、真菌總數、根際真菌優勢種、植被類型、酸堿度、有機碳含量、土壤質地分類、土壤的陽離子交換能力、土壤有效水含量等級、粘土量、含沙量、土壤類型、等溫性、季節降水量變異系數、年均溫變化范圍、年均降水量、年平均氣溫、晝夜溫差月均值、鎘、銅、鋅、鉻、鎳、總砷、總汞、總鉛、全氮、總碳、土壤微生物碳、土壤微生物氮、全磷、全鉀、全硒、全鈣、全鎂、全鈉、堿解氮含量、有效磷、有效鋅、有效錳、有效鐵、有效銅、有效硼、有效鉬、有機質、速效鉀、緩效鉀、檸檬酸。

2.2 古代產地數據

道地藥材歷代產地本草考證共涉及秦朝、漢朝、南北朝、唐朝、宋朝、明朝相關古籍10 本，包括《神農本草經》、《名醫別錄》、《本草經集注》、《千金翼方藥出州土》、《新修本草》、《本草圖經》、《本草品匯精要》、《本草原始》、《本草綱目》、《本草述》以及民國書籍《藥物出產辨》。

2.3 各朝代歷史地圖及地貌信息

由中國地圖出版社提供自夏朝至民國多個朝代的歷史圖，包括中國歷史上自夏朝至民國等多個朝代的疆域、地名、河流、山脈、地形地貌等地理要素。

3 數據庫構建

3.1 系統架構

基于地理信息系統(Geographic Information System, GIS)平臺，采用瀏覽器/服務器(Browser/Server, B/S)服務模式，實現中藥材歷史分布顯示查詢、基于生態因子的管理查詢展示，與中藥材庫數據進行接口對接，總體上分3層。一是數據層，為展示平臺提供基礎數據，包括時空地名、朝代、生態因子、空間圖層、藥材數據。二是GIS平臺層，提供GIS基礎功能，具體包括圖層管理、瀏覽、放大縮小、拉框放大、鷹眼、測量等功能，為中藥材展現、查詢提供GIS服務。三是平臺展現層，基于GIS服務實現歷史地圖藥材展示、時空演變展示、藥材定位、藥材可視化展示、生態因子地圖展示、生態因子關聯查詢、位置匹配、藥材接口等功能，見圖1。

圖1 道地藥材產地沿革生態地圖系統架構

3.2 運行環境

以Tomcat 8作為系統應用服務器。應用前端主要采用JQuery與Bootstrap的組合，與后臺數據傳輸采用Json格式，針對需要靜態化的頁面采用FreeMarker，其他情況使用Jstl。應用后端使用SpringMvc框架，按照Action、Service、Dao 3層體系設計應用，對Service做數據庫事務處理，使用MyBatis與數據庫進行數據交互。數據存儲采用MySql 數據庫。

3.3 功能模塊

3.3.1 歷史地圖 展示中國歷史上夏朝、商朝、西周、春秋、戰國、秦朝、西漢、東漢、三國、西晉、東晉十六國、南北朝、隋朝、唐朝、五國十代、遼北宋、金南宋、元朝、明朝、清朝、民國各歷史時期的疆域、地名、河流、山脈、地形地貌等地理要素。

3.3.2 生態地圖 在基礎地理要素基礎上疊加重要生態因子、藥材POI信息，形成藥材生態專題地圖，選擇溫度、降水量、土壤、氣候、水系、干濕區6個重要生態因子，每個生態因子單獨使用一張底圖用于疊加。

3.3.3 時空地名數據庫 建立歷史地名和現代地名的對應關系，實現地名數據的統一管理。數據庫內容包括自夏朝至民國等多個朝代及現代地名數據及其對應關系，用于查詢定位、符號配置和地圖顯示。

3.3.4 藥材信息查詢和定位 通過關鍵字、藥材類別和藥材產地列表查詢實現藥材信息查詢，在地圖上準確定位，根據藥材產量確定藥材符號數量，以地圖符號形式展示藥材產地位置，對藥材產地行政區劃單元分級顯示。

3.3.5 藥材產地時空演變 通過時間軸方式展示不同歷史時期全國或放大區域的一種或多種藥材的產地分布，支持手動和自動兩種切換時間軸方式，可同時展示不同時期藥材分布對比情況。

3.3.6 藥材生態因子可視化顯示 在地圖上通過點、線、面等多種專題地圖符號對一個或多個生態因子信息(如降水量、溫度等)進行動態展示，同時在網頁上以文字或表格形式展示所有或部分生態因子信息。

3.3.7 位置匹配 根據藥材數據庫的藥材產地經緯度坐標，實現藥材數據與地理底圖相匹配，展示不同歷史時期藥材產地定位信息。

4 應用展示

4.1 概述

以現代中國行政區劃地圖、自夏朝至民國多個朝代歷史圖、中國生態地圖為基礎，結合不同時期藥材本草考證專題數據及生態因子數據，完成道地藥材產地沿革生態地圖共享數據庫系統開發，數據庫主要包括歷史地圖、生態地圖、時空地名數據庫3大模塊。

4.2 歷史地圖

切片按照比例尺分為6級，內容主要包括不同行政等級行政區或疆域、地名、河流、山脈、地形地貌等地理要素，時間上包括21個朝代。具體功能：一是基本功能，手動或自動切換不同朝代歷史地圖，展示該朝代歷史藥材分布情況。二是地圖基礎操作，瀏覽、放大縮小、拉框放大、鷹眼、圖例、測量等。三是藥材查找定位，根據藥材名稱或歷史朝代在地圖上定位藥材產地，藥材圖標高亮顯示。同一點可能存在多條藥材信息，通過藥材圖標疏密程度展示藥材數量信息。四是藥材信息展示，點擊地圖中藥材可以顯示藥材詳細信息，如藥材別名、朝代名稱、詳情鏈接、古代品種名稱、相關文獻、對應現代地名、古籍文字描述等，包括文字、圖片信息。歷史地圖模塊，見圖2。

4.3 生態地圖

該數據中包括大量生態因子類型，根據已有地圖資料，展示氣溫、降水、中國土壤區劃、氣候、水系、干濕區6個生態因子，與不同級別行政區劃數據、地名數據相疊加，地圖切片分級數按照比例尺分為6級。生態因子地圖藥材展示，結合藥材主要生態因子展示各地區生態因子、藥材分布圖，實現不同生態地圖切換，可按照藥材、地名進行條件查詢。具體生態地圖列表包括：中國1月、4月、7月、10月平均氣溫及全年降水量、冬季降水量、夏季降水量、中國土壤區劃、氣候分布、水系分布和干濕區分布。生態地圖模塊，見圖3。

4.4 時空地名數據庫

按照不同行政區劃級別，根據古今地名定位點相對距離分別確定古代地名與現代地名的對應關系，建立時空地名數據庫，通過關聯產地字段，實現道地藥材產地的準確定位。以北宋為例，分別從路(道)、府(州、軍司駐所)、縣3個行政等級進行古今地名對應。

圖2 道地藥材產地沿革生態地圖共享數據庫-歷史地圖模塊

圖3 道地藥材產地沿革生態地圖共享數據庫-生態地圖模塊

5 討論

5.1 道地藥材產地沿革研究的重要意義

道地藥材是傳統中醫藥的精髓[5]。作為優秀中華民族文化傳承的重要載體與源泉，在漫長的歷史變遷中，大部分藥材道地產區存在遷移的現象，其形成受到諸多因素影響[6]。故在開展藥材道地性研究時應對相關歷史產地變遷進行深入探索，明確不同歷史時期、不同產區的變遷沿革[7]，以便更加全面、深入地開展道地藥材研究。我國中藥資源普查自唐朝編纂《新修本草》[8]時期就已開始，政府組織藥材普查整理。宋代編著《圖經本草》[9]時期再次開展全國范圍的藥材資源調查，建國后又相繼開展4次資源普查，從中調研藥材道地產區的變遷、發現新的中藥優質分布地域[10]。

5.2 共享數據庫研發價值

本研究建立道地藥材產地沿革生態地圖共享數據庫，采用古代醫書本草考證方式獲取數據資料，以夏朝至民國多個朝代的歷史圖、中國生態地圖為基礎，藥材產地生態因子數據來源于第4次全國中藥資源普查數據，為不同朝代道地藥材產地變遷、地域生態環境特色分析提供可靠的數據支持，提供專業、系統、共享的數字化資源。不僅具有藥材產地生態、本草古籍采集數據，還包含大量動態地圖圖片和虛擬環物等，均可通過數據接口與其他異構數據庫實現資源共享。構建采用先進的信息化技術與手段，為用戶提供直觀的查詢體驗，既為本草古籍資源本身的再研究、再利用提供各種可能，又為中藥材產地生態環境相關研究做出貢獻。數據庫構建順應我國信息化時代的發展要求，改變傳統中藥資源產地沿革資料存儲和查詢模式，為中藥資源道地產區考證、地域特色分析等相關研究提供可靠的數據支持與可視化展示。古代地圖模塊可以根據朝代和藥材名稱查詢展示該味藥材在選中朝代疆域范圍內的產地分布情況、輪播不同歷史朝代藥材產地變化，還可以顯示不同區域的溫度與降水量等生態信息。

6 結語

目前數據庫收錄71味常用中藥的產地沿革與生態因子信息，今后可不斷增加更多藥材相關信息入庫。隨著時間的推移、查詢需求的不斷變化及領

域相關知識的不斷更新，本系統不僅可以快速進行數據擴充，同時還可以在目前架構基礎上優化升級系統功能或開發新的功能，例如數據統計挖掘、知識地圖視頻、展示與分析等，以保證數據庫信息資源的使用價值和平臺功能的合理性，從而為開展道地藥材相關研究提供有力工具，為總結中藥資源產地沿革與地域生態因子的可視化展示提供可靠的信息保障與技術支持。