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，湖北省陸續完成了恩施州全域、洪湖市全域以及全省主要產糧區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、富硒產業園區等數據。

隨著信息技術的不斷發展，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，提升了地質數據的信息服務能力和水平［8］，湖北省地質局也開發了湖北省地質局地質大數據平臺作為地質云的重要節點［9］。地質大數據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據、評價報告及評價圖件，而且目前每年還有大量的新增數據，但這些數據和成果缺乏統一的在線數據管理和展示平臺，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節的信息規范化、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，實現硒資源的精細化管理和精準化服務。

1 硒資源大數據及其可視化

1.1 硒資源大數據概念

本文研究涉及到的硒資源數據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、富硒產業相關數據及其相關評價圖件等數據。目前湖北省土壤硒資源采樣面積達到45326平方千米，采樣點數據達到上百萬條，硒資源數據具有數據量大的特點；數據類型有采樣表格數據、文字說明數據、地圖數據、圖片數據等，包含結構化、半結構化和非結構化的數據，數據類型呈現出多樣性；硒資源數據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域化探樣品分析質量檢查監督組負責質量監控，數據質量較高。同時它還具備硒資源數據的多源性包括不同地域的土壤、各類農作物中的含量等，硒資源數據在不同地質背景的規律性反映體現了客觀性以及硒資源數據之間、與其他元素之間的相互聯系、相互作用的綜合性特點。

1.2 硒資源大數據可視化方法

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分級設色評價圖等方式，綜合使用分類統計表法，分區統計表法等方法，采用柱狀圖、餅圖等方式反映硒資源數據的變化情況，如圖1所示。柱狀圖的橫軸表示富硒產業基地的數量，縱軸表示富硒產業區類別；餅圖中每一個板塊代表富硒農作物的占比。平臺通過數據集管理數據，將數據過濾、聚類、回歸，實現同一份數據的多維度分析，同時采用不同種類的可視化方法去展現數據的統計分析結果，極大地提高了數據的直觀性、易讀性和空間對比性。

圖1 數據統計圖

2 平臺總體架構

云GIS 是在云計算環境中提供GIS 服務的，它的軟硬件支撐以及數據存儲、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務需求，按照統籌規劃的設計原則，制定平臺的總體架構，充分利用云GIS和大數據等技術，采用成熟先進的技術方法進行平臺研發，實現硒資源的管理、查詢、展示、分析和共享功能。平臺總體架構使用傳統的模型進行設計，如圖2所示，包含基礎設施層、數據層和應用層。

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，并通過統一資源調度管理對外提供所需的物理資源。

數據層采用云端協同架構，為整個平臺提供數據處理、存儲、接入以及訪問服務，在整個平臺中起到了數據支撐的作用。數據層使用SQL 語句完成業務邏輯的數據讀寫任務，利用完全開源免費、且易于做讀寫分離、負載均衡、穩定高效的PostgreSQL 數據庫［11］實現對業務數據的存儲與管理。

應用層主要實現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的前端開發技術實現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，具有穩定的服務可用性、快速的服務響應等優點；Echarts 是一個開源可視化庫，涵蓋各行業圖表，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地圖應用功能，結合Echarts 的數據可視化框架，實現統計信息的可視化。

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、圖層透明度調節等功能，還可以將圖層疊加顯示。同時還具有統計分析和結果圖表顯示功能，提供選中數據范圍內不同等級富硒土壤面積、富硒農作物組成結構、富硒產業基地數量、不同類型旅游資源點結構等的實時統計，并且以動態圖表的形式直觀展示，除此之外平臺還開發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、土地利用數據分析某一區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。產品中心生態的參與者主要有用戶、開發者和經銷商。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；開發者完成以上業務的運營和維護。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，促進硒相關產業的科學持續發展。

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、數據分析和數據動態可視化技術，研究湖北省富硒資源平臺建設，實現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據，建成硒專題資源數據庫，可存儲、更新、顯示、查詢硒資源信息，減少了數據的冗余、節約了存儲空間，減少了信息的滯后性，提高了數據的利用效率，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研究工作中取得的數據、工作成效進一步發揮作用，落實了湖北省地質局加強數字地質云平臺建設的意見，健全了地質大數據體系建設。硒資源信息平臺推進了硒資源大數據匯聚、加工及產品服務，進一步提高富硒相關工作數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，將全省富硒產業基地信息與一張圖相結合，實現富硒產業基地的可視化展示，提升湖北省富硒產業基地的知名度，“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，服務于鄉村振興戰略。