山東省農業地質“一張圖”系統的設計與實現

劉敬兵,于錦濤,于林松,鄒安德,李西燦

山東省農業地質“一張圖”系統的設計與實現

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 濟南 250013 2. 山東農業大學信息科學與工程學院, 山東 泰安 271018 3. 山東省地質勘查工程技術研究中心, 山東 濟南 250013 4. 山東省土壤地球化學工程試驗室, 山東 濟南 250013

為提高農業地質大數據信息化管理水平，本文基于山東省地礦局農業地質的地球化學大數據，以農業地質信息化建設為主線，設計山東省農業地質“一張圖”系統的總體框架；基于基礎地理數據、地質項目資料、專業地質圖件、農業地質調查數據，分析農業地質指標與應用層次；采用SQL Server和Geodatabase技術，以ArcSDE 10為空間數據引擎，按照ArcGIS Server運行體系配置服務器，借助ArcGIS 10.6地理信息平臺進行系統實現。結果表明，開發的山東省農業地質“一張圖”系統實現了農業地質信息集成、一體化查詢和可視化等功能，為山東省農業地質信息的采集、管理和應用提供技術支持。

農業地質; 信息化; 設計

地質數據是地球演變過程的產物，主要用來反映基礎地質、水工環條件、地球物理、地球化學等特征，是地質調查信息化建設的基礎。最近幾年，農業地質調查“一張圖”工程一直是國土資源領域的研究熱點，“一張圖”實質上就是將多種信息有機地綜合到一張地圖上，然后進行相關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場會上，強調了國土資源“一張圖”建設的必要性[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。與此同時，在國內也不斷有學者進行關于國土資源的研究[3]。例如，馬莉對國土資源“一張圖”應用系統進行了相關研究[4]；周國鋒等研究探討了常州市國土資源“一張圖”工程建設，為國土資源的決策支持和信息化管理提供了依據[5]；馮永玉探討了國土資源“一張圖”數據中心所解決的業務問題，為各省、市進行國土資源“一張圖”和數據中心建設提供了有益幫助[6]；陶忠良等研究探討了利用地理信息公共服務平臺進行現代農業“一張圖”的管理[7]；劉昊等利用3S技術對國土資源“一張圖”核心數據庫進行了探討，并得到了有效結論，對今后國土資源數據庫管理工作具有指導意義[8]；楊絳等基于農業“一張圖”，深入探討了農作物遙感監測方法，研發了農業“一張圖”系統[9]；霍光杰等研究設計了省級地質環境“一張圖”信息系統的總體框架，為省級地質環境信息化建設提供了借鑒[10]。

通過多年的基礎地質數據庫建設，山東省基礎地質數據庫體系總體上已建成，但存在數據利用和綜合應用率低的問題，使用對象多局限于單位內部，未形成省內“一張圖”的“大概念”。因此，本文綜合運用網絡技術、WebGIS技術等，建設基于天地圖的山東省農業地質“一張圖”系統，以實現農業地質調查數據整合與共享，提高山東省農業地質大數據信息化管理水平。

1 總體設計

考慮到系統建設的目標和功能要求，山東省農業地質“一張圖”系統的總體技術框架如圖1所示。

圖1 系統平臺總體技術構建框架

從圖1可見，整個系統由覆蓋山東省物化探院內部網絡作為主要業務運行網絡。依據性質和功能，將整個系統劃分為4個部分，具體如下：

（1）軟硬件設施層。包括山東省地礦局、山東省物化探院軟硬件設施及其業務網、互聯網。

（2）數據資源層。主要包括基礎地理、土地利用數據、地質成果數據和農業相關數據等。

（3）服務層。主要包括數據服務、GIS服務、功能服務、信息服務及數據管理等。

（4）應用層。包括農業地質大數據可視化、農業地質“一張圖”的農業地質大數據共享服務、

名優特典型項目應用和土壤監測等農業地質大數據專題應用服務。

2 數據庫設計與建立

2.1 數據庫要素組成

2.1.1 基礎地理數據基礎地理信息是專題空間要素定位、定向的數學基礎，包括山東省行政區劃、山東省交通位置、地形地貌等基礎地理要素。綜合考慮數據需求、數據特點、精度要求的各類因素，本項目選用國家天地圖作為基礎地理底圖來源，實現了矢量底圖、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，在山東省行政區內采用山東天地圖的矢量和影像底圖作為基礎地理圖。

2.1.2 專業地質圖件專題地質圖件是向用戶傳達綜合地質信息的重要載體，主要包括山東省物探勘查院多年積累的地質圖件數據和全國資料館地質云中的地質圖件數據兩部分數據。

（1）山東省物探勘查院地質圖件數據。主要包括基礎地質、水文地質、地球化學數據、土地利用規劃圖、耕地質量調查評價圖、土壤類型圖、兩區劃定成果、一縣一品等專業地質地圖。

（2）全國資料館地質云地質圖件。主要是從全國地質資料館獲取可以公開訪問的山東省地質圖件及地球化學圖，這些圖件一般以OGC標準WMTS或WMS服務提供，通過調用地圖服務開放接口，將這些圖件接入到本平臺中。

2.1.3 地質項目數據本項目涉及的地質項目資料包括地質云公開館藏資料以及山東省物探勘查院積累的多目標調查、土地質量調查、農業地質調查、名優特調查和地方病調查等類型的數字化地質資料（資料目錄、元數據、成果報告、附圖附表等）。

2.1.4 農業地質調查數據農業地質調查數據主要包括山東省物探勘查院掌握的多目標地球化學調查、土地質量地球化學調查、農業地質調查、名優特調查等土壤樣（淺層、深層）、植物樣、水樣（地表、地下）、大氣沉降、底泥樣等各元素數據。

2.2 數據庫結構設計

2.2.1 邏輯結構設計數據庫邏輯設計主要是基于數據庫管理系統，通過相關處理將各類數據映射為其所支持的數據類型，然后利用數據描述語言表達。

山東省農業地質數據倉庫涉及到的數據類型可分為矢量數據、柵格數據、屬性信息、文檔附件等。通過數據源格式、數據量及數據安全等多方面綜合考慮，本項目采用GIS平臺管理空間數據（矢量、柵格），關系型數據庫管理結構化屬性數據。非結構化數據（附件文檔等）通過文件唯一編號結合存儲路徑的方式，亦通過關系型數據庫進行管理。

2.2.2 物理結構設計數據庫的物理設計主要包括兩部分，分別是數據庫存儲結構設計和存儲路徑設計。數據存儲是數據庫物理設計中必須考慮的問題，即所有數據在硬件設備上的存儲方式管理和存取數據的軟件系統數據庫存儲結構,以保證用戶以其所熟悉的方式存取數據以及數據在各個位置的分布方式等。本項目數據庫采用GIS平臺與關系型數據庫軟件管理，數據集中存儲于服務器的方式存儲。

3 系統實現

山東省農業地質“一張圖”是將基礎地理、基礎地質、物化遙地質、礦產地質、水工環地質數據及農業相關數據、土地相關數據、農業地質專題數據在統一地理框架下，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據，形象和直觀地展現各種要素、現象的空間分布和變化規律，實現農業地質調查數據整合與共享，為實現全省農業地質數據各類專題應用打下堅實數據基 礎。

農業地質“一張圖”專題主要提供地質圖件在線綜合瀏覽（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）、地質圖件服務列表瀏覽、地質資料查詢瀏覽、農業地質調查數據綜合查詢、平臺數據管理等功能（圖2）。

圖2 “一張圖”系統功能模塊設置

本次將地球物理、地球化學數據在基礎地理、地質底圖上充分疊加展示，可以更好的對比認識宏觀尺度農業地質多源影響因素，從而更加客觀的判斷宏觀農業地質環境及生態環境變遷。

3.1 地質圖件在線綜合瀏覽

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 地質圖件服務列表瀏覽

本系統不僅提供“一張圖”的方式來綜合瀏覽已發布的地圖服務，而且提供“服務列表”的方式來查看地圖服務列表。此功能可按服務名稱、發布時間等方式對地圖服務列表進行排序，可以通過專業分類、比例尺和行政區三種不同的分類標簽進行快速篩選。

3.3 地質項目資料綜合查詢

地質項目資料查詢瀏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項目資料（資料目錄、元數據、成果報告、附圖附表等）。依據自身數據權限，通過瀏覽器在線瀏覽、下載平臺內的各種地質項目資料。

3.4 農業地質調查數據綜合查詢

農業地質調查數據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業地質調查數據，并且直觀地獲取各類數據分布和變化規律等,該功能可以通過左側目錄樹型菜單上方的搜索功能實現。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形式多樣化，配合多屏及水平、垂直等預覽形式可以進行有效對比分析。

3.5 系統數據管理

系統數據管理可以幫助系統管理員通過信息化手段管理種類繁多，數據量龐大的各類地質數據。完成各類地質數據的錄入編目、數據更新維護以及用戶權限管理等功能。

4 結論

山東省農業地質調查“一張圖”系統基于B/S架構，綜合運用網絡技術、WebGIS技術，將基礎地理數據、地質成果數據、土地相關數據、農業相關數據和農業地質專題數據在統一地理框架下，實現農業地質調查數據整合與共享，為實現全省農業地質數據各類專題應用打下堅實數據基礎。在此基礎上，山東省農業地質“一張圖”系統通過搭建農業地質調查信息系統基礎數據框架，為我局乃至我省后續農業地質相關工作提供大數據接口，形成我省農業地質大數據集，這為探索融入省農業大數據體系奠定了基礎。本系統符合當前大地質服務高質量發展需求，將進一步促進農業地質示范成果轉化應用，推動山東省農業地質信息化建設。

[1] 黃俊,朱思源.柳州國土資源“一張圖”管理系統設計與實現[J].安徽農業科學,2010,38(20):10978-10980

[2] 李鐵鋼,高占普.市級國土資源管理部門“一張圖”建設應注意的問題[J].國土資源,2010(3):49

[3] 諸云強,周天墨.中國地質環境信息服務平臺研究[J].地球科學與環境學報,2013,35(2):120-126

[4] 馬莉.市縣級國土資源“一張圖”應用系統研究[D].南京:南京師范大學,2012

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

[6] 馮永玉.省級國土資源“一張圖”數據中心建設探討[J].山東國土資源,2014,30(11):67-70

[7] 陶忠良,管孝鋒.應用地理信息公共服務平臺促進現代農業一張圖管理的探討[J].浙江農業科學,2015,56(9):1503-1504

[8] 劉昊.縣級國土資源“一張圖”核心數據庫的構建與實現[D].煙臺:魯東大學,2017

[9] 楊鐸.基于天地圖的農業一張圖系統設計與實現[J].科技資訊,2020,18(1):5-6

[10] 霍光杰,操麗,豆靖濤,等.省級地質環境“一張圖”信息系統設計與實現[J].河南科學,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年度局控科技創新項目(KZ201958);山東省自然科學基金(ZR2016DM03)

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

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