山东省农业地质“一张图”系统的设计与实现

刘敬兵,于锦涛,于林松,邹安德,李西灿

山东省农业地质“一张图”系统的设计与实现

刘敬兵1,于锦涛2*,于林松3,邹安德4,李西灿2

1. 山东省物化探勘查院, 山东 济南 250013 2. 山东农业大学信息科学与工程学院, 山东 泰安 271018 3. 山东省地质勘查工程技术研究中心, 山东 济南 250013 4. 山东省土壤地球化学工程试验室, 山东 济南 250013

为提高农业地质大数据信息化管理水平，本文基于山东省地矿局农业地质的地球化学大数据，以农业地质信息化建设为主线，设计山东省农业地质“一张图”系统的总体框架；基于基础地理数据、地质项目资料、专业地质图件、农业地质调查数据，分析农业地质指标与应用层次；采用SQL Server和Geodatabase技术，以ArcSDE 10为空间数据引擎，按照ArcGIS Server运行体系配置服务器，借助ArcGIS 10.6地理信息平台进行系统实现。结果表明，开发的山东省农业地质“一张图”系统实现了农业地质信息集成、一体化查询和可视化等功能，为山东省农业地质信息的采集、管理和应用提供技术支持。

农业地质; 信息化; 设计

地质数据是地球演变过程的产物，主要用来反映基础地质、水工环条件、地球物理、地球化学等特征，是地质调查信息化建设的基础。最近几年，农业地质调查“一张图”工程一直是国土资源领域的研究热点，“一张图”实质上就是将多种信息有机地综合到一张地图上，然后进行相关的空间分析和交互查询等[1]。2009年11月，在全国国土资源信息化工作现场会上，强调了国土资源“一张图”建设的必要性[2]。此后，全国各省市积极利用信息化手段开展各类国土资源建设。与此同时，在国内也不断有学者进行关于国土资源的研究[3]。例如，马莉对国土资源“一张图”应用系统进行了相关研究[4]；周国锋等研究探讨了常州市国土资源“一张图”工程建设，为国土资源的决策支持和信息化管理提供了依据[5]；冯永玉探讨了国土资源“一张图”数据中心所解决的业务问题，为各省、市进行国土资源“一张图”和数据中心建设提供了有益帮助[6]；陶忠良等研究探讨了利用地理信息公共服务平台进行现代农业“一张图”的管理[7]；刘昊等利用3S技术对国土资源“一张图”核心数据库进行了探讨，并得到了有效结论，对今后国土资源数据库管理工作具有指导意义[8]；杨绛等基于农业“一张图”，深入探讨了农作物遥感监测方法，研发了农业“一张图”系统[9]；霍光杰等研究设计了省级地质环境“一张图”信息系统的总体框架，为省级地质环境信息化建设提供了借鉴[10]。

通过多年的基础地质数据库建设，山东省基础地质数据库体系总体上已建成，但存在数据利用和综合应用率低的问题，使用对象多局限于单位内部，未形成省内“一张图”的“大概念”。因此，本文综合运用网络技术、WebGIS技术等，建设基于天地图的山东省农业地质“一张图”系统，以实现农业地质调查数据整合与共享，提高山东省农业地质大数据信息化管理水平。

1 总体设计

考虑到系统建设的目标和功能要求，山东省农业地质“一张图”系统的总体技术框架如图1所示。

图1 系统平台总体技术构建框架

从图1可见，整个系统由覆盖山东省物化探院内部网络作为主要业务运行网络。依据性质和功能，将整个系统划分为4个部分，具体如下：

（1）软硬件设施层。包括山东省地矿局、山东省物化探院软硬件设施及其业务网、互联网。

（2）数据资源层。主要包括基础地理、土地利用数据、地质成果数据和农业相关数据等。

（3）服务层。主要包括数据服务、GIS服务、功能服务、信息服务及数据管理等。

（4）应用层。包括农业地质大数据可视化、农业地质“一张图”的农业地质大数据共享服务、

名优特典型项目应用和土壤监测等农业地质大数据专题应用服务。

2 数据库设计与建立

2.1 数据库要素组成

2.1.1 基础地理数据基础地理信息是专题空间要素定位、定向的数学基础，包括山东省行政区划、山东省交通位置、地形地貌等基础地理要素。综合考虑数据需求、数据特点、精度要求的各类因素，本项目选用国家天地图作为基础地理底图来源，实现了矢量底图、影像底图和地形渲染图的加载。为了更好的精度和显示效果，在山东省行政区内采用山东天地图的矢量和影像底图作为基础地理图。

2.1.2 专业地质图件专题地质图件是向用户传达综合地质信息的重要载体，主要包括山东省物探勘查院多年积累的地质图件数据和全国资料馆地质云中的地质图件数据两部分数据。

（1）山东省物探勘查院地质图件数据。主要包括基础地质、水文地质、地球化学数据、土地利用规划图、耕地质量调查评价图、土壤类型图、两区划定成果、一县一品等专业地质地图。

（2）全国资料馆地质云地质图件。主要是从全国地质资料馆获取可以公开访问的山东省地质图件及地球化学图，这些图件一般以OGC标准WMTS或WMS服务提供，通过调用地图服务开放接口，将这些图件接入到本平台中。

2.1.3 地质项目数据本项目涉及的地质项目资料包括地质云公开馆藏资料以及山东省物探勘查院积累的多目标调查、土地质量调查、农业地质调查、名优特调查和地方病调查等类型的数字化地质资料（资料目录、元数据、成果报告、附图附表等）。

2.1.4 农业地质调查数据农业地质调查数据主要包括山东省物探勘查院掌握的多目标地球化学调查、土地质量地球化学调查、农业地质调查、名优特调查等土壤样（浅层、深层）、植物样、水样（地表、地下）、大气沉降、底泥样等各元素数据。

2.2 数据库结构设计

2.2.1 逻辑结构设计数据库逻辑设计主要是基于数据库管理系统，通过相关处理将各类数据映射为其所支持的数据类型，然后利用数据描述语言表达。

山东省农业地质数据仓库涉及到的数据类型可分为矢量数据、栅格数据、属性信息、文档附件等。通过数据源格式、数据量及数据安全等多方面综合考虑，本项目采用GIS平台管理空间数据（矢量、栅格），关系型数据库管理结构化属性数据。非结构化数据（附件文档等）通过文件唯一编号结合存储路径的方式，亦通过关系型数据库进行管理。

2.2.2 物理结构设计数据库的物理设计主要包括两部分，分别是数据库存储结构设计和存储路径设计。数据存储是数据库物理设计中必须考虑的问题，即所有数据在硬件设备上的存储方式管理和存取数据的软件系统数据库存储结构,以保证用户以其所熟悉的方式存取数据以及数据在各个位置的分布方式等。本项目数据库采用GIS平台与关系型数据库软件管理，数据集中存储于服务器的方式存储。

3 系统实现

山东省农业地质“一张图”是将基础地理、基础地质、物化遥地质、矿产地质、水工环地质数据及农业相关数据、土地相关数据、农业地质专题数据在统一地理框架下，通过GIS特有的空间叠加分析功能，综合利用上述多源空间数据，形象和直观地展现各种要素、现象的空间分布和变化规律，实现农业地质调查数据整合与共享，为实现全省农业地质数据各类专题应用打下坚实数据基 础。

农业地质“一张图”专题主要提供地质图件在线综合浏览（在线分级浏览、图层控制、卷帘看图、多屏图、点击查看属性信息）、地质图件服务列表浏览、地质资料查询浏览、农业地质调查数据综合查询、平台数据管理等功能（图2）。

图2 “一张图”系统功能模块设置

本次将地球物理、地球化学数据在基础地理、地质底图上充分叠加展示，可以更好的对比认识宏观尺度农业地质多源影响因素，从而更加客观的判断宏观农业地质环境及生态环境变迁。

3.1 地质图件在线综合浏览

本模块主要包括在线分级浏览、图层叠加控制、卷帘看图、多屏对比看图等功能。分级浏览功能如图3所示。

图3 图件在线分级浏览

Fig.3 Map online hierarchical browsing

3.2 地质图件服务列表浏览

本系统不仅提供“一张图”的方式来综合浏览已发布的地图服务，而且提供“服务列表”的方式来查看地图服务列表。此功能可按服务名称、发布时间等方式对地图服务列表进行排序，可以通过专业分类、比例尺和行政区三种不同的分类标签进行快速筛选。

3.3 地质项目资料综合查询

地质项目资料查询浏览功能可以使用户通过模糊条件查询、空间位置查询、分类检索等多种方式，快速获取感兴趣的地质项目资料（资料目录、元数据、成果报告、附图附表等）。依据自身数据权限，通过浏览器在线浏览、下载平台内的各种地质项目资料。

3.4 农业地质调查数据综合查询

农业地质调查数据综合查询功能可以通过模糊条件查询、空间位置查询等多种方式快速获取感兴趣的农业地质调查数据，并且直观地获取各类数据分布和变化规律等,该功能可以通过左侧目录树型菜单上方的搜索功能实现。具体查询方式上，可以采取模糊、精确及空间位置查询等多种方式，查询的资料或者图件服务形式多样化，配合多屏及水平、垂直等预览形式可以进行有效对比分析。

3.5 系统数据管理

系统数据管理可以帮助系统管理员通过信息化手段管理种类繁多，数据量庞大的各类地质数据。完成各类地质数据的录入编目、数据更新维护以及用户权限管理等功能。

4 结论

山东省农业地质调查“一张图”系统基于B/S架构，综合运用网络技术、WebGIS技术，将基础地理数据、地质成果数据、土地相关数据、农业相关数据和农业地质专题数据在统一地理框架下，实现农业地质调查数据整合与共享，为实现全省农业地质数据各类专题应用打下坚实数据基础。在此基础上，山东省农业地质“一张图”系统通过搭建农业地质调查信息系统基础数据框架，为我局乃至我省后续农业地质相关工作提供大数据接口，形成我省农业地质大数据集，这为探索融入省农业大数据体系奠定了基础。本系统符合当前大地质服务高质量发展需求，将进一步促进农业地质示范成果转化应用，推动山东省农业地质信息化建设。

[1] 黄俊,朱思源.柳州国土资源“一张图”管理系统设计与实现[J].安徽农业科学,2010,38(20):10978-10980

[2] 李铁钢,高占普.市级国土资源管理部门“一张图”建设应注意的问题[J].国土资源,2010(3):49

[3] 诸云强,周天墨.中国地质环境信息服务平台研究[J].地球科学与环境学报,2013,35(2):120-126

[4] 马莉.市县级国土资源“一张图”应用系统研究[D].南京:南京师范大学,2012

[5] 周国锋,沈继成,胡伟.常州市国土资源“一张图”工程建设探索[J].国土资源信息化,2013(1):40-45

[6] 冯永玉.省级国土资源“一张图”数据中心建设探讨[J].山东国土资源,2014,30(11):67-70

[7] 陶忠良,管孝锋.应用地理信息公共服务平台促进现代农业一张图管理的探讨[J].浙江农业科学,2015,56(9):1503-1504

[8] 刘昊.县级国土资源“一张图”核心数据库的构建与实现[D].烟台:鲁东大学,2017

[9] 杨铎.基于天地图的农业一张图系统设计与实现[J].科技资讯,2020,18(1):5-6

[10] 霍光杰,操丽,豆靖涛,等.省级地质环境“一张图”信息系统设计与实现[J].河南科学,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

山东省地矿局2019年度局控科技创新项目(KZ201958);山东省自然科学基金(ZR2016DM03)

刘敬兵(1980-),男,硕士,高级工程师,主要研究方向:地质信息化. E-mail:58237036@qq.com

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