基于云GIS的湖北省硒资源平台建设

杨 淑，胡伟路

（1.湖北省地质科学研究院，武汉 430034；2. 中冶集团武汉勘察研究院有限公司，武汉 430080；3. 中冶武勘智诚（武汉）工程技术有限公司，武汉 430073）

0 引言

硒（Selenium）是一种非金属元素，化学符号是Se。硒是稀散非金属之一，可用于冶金等众多领域，同时也是人和动物体内不可或缺的微量元素，有提高免疫力、抗衰老、延年益寿的作用［1-2］。在世界上很多地方，土壤、农作物中均含硒元素，近年来我国随着土壤地球化学调查工作的开展，富硒土壤及作物得到了专家学者的关注［3-6］。自2014 年以来，湖北省陆续完成了恩施州全域、洪湖市全域以及全省主要产粮区的土地质量调查工作［7］，调查工作查明了大量的硒相关信息，包括采样点的土壤硒含量、农作物硒含量、土壤富硒等级、富硒产业园区等数据。

随着信息技术的不断发展，地质工作与信息技术在不断地融合，中国地质调查局建成了地质云平台，提升了地质数据的信息服务能力和水平［8］，湖北省地质局也开发了湖北省地质局地质大数据平台作为地质云的重要节点［9］。地质大数据平台的建设能够推进地质工作的信息化和智能化，提高地质工作的服务水平。湖北省土地质量地球化学评价工作虽然获取了大量富硒资源调查数据、评价报告及评价图件，而且目前每年还有大量的新增数据，但这些数据和成果缺乏统一的在线数据管理和展示平台，造成信息查询、更新、分析、共享不方便，难以适应网络化传播环境和政府宏观智能管理的要求，巨大的信息需求与滞后的信息供给形成强烈的反差，亟需一种信息化管理工具将所有环节的信息规范化、标准化地管理起来，以便信息得到有效利用。

本文提出的基于云GIS构建的硒资源平台能够充分发挥硒资源信息的价值，将湖北省硒资源信息与湖北省时空地理信息相结合，实现硒资源的精细化管理和精准化服务。

1 硒资源大数据及其可视化

1.1 硒资源大数据概念

本文研究涉及到的硒资源数据主要指湖北省土地质量地球化学调查工作中得到的土壤硒元素含量、农作物硒元素含量、富硒产业相关数据及其相关评价图件等数据。目前湖北省土壤硒资源采样面积达到45326平方千米，采样点数据达到上百万条，硒资源数据具有数据量大的特点；数据类型有采样表格数据、文字说明数据、地图数据、图片数据等，包含结构化、半结构化和非结构化的数据，数据类型呈现出多样性；硒资源数据的采样工作由专门的技术人员负责，样品分析由湖北省地质实验测试中心承担，并且由中国地质调查局区域化探样品分析质量检查监督组负责质量监控，数据质量较高。同时它还具备硒资源数据的多源性包括不同地域的土壤、各类农作物中的含量等，硒资源数据在不同地质背景的规律性反映体现了客观性以及硒资源数据之间、与其他元素之间的相互联系、相互作用的综合性特点。

1.2 硒资源大数据可视化方法

本文通过地图结合图表的大屏可视化形式做展示，主要通过饼状图、折线图和硒资源调查区分级设色评价图等方式，综合使用分类统计表法，分区统计表法等方法，采用柱状图、饼图等方式反映硒资源数据的变化情况，如图1所示。柱状图的横轴表示富硒产业基地的数量，纵轴表示富硒产业区类别；饼图中每一个板块代表富硒农作物的占比。平台通过数据集管理数据，将数据过滤、聚类、回归，实现同一份数据的多维度分析，同时采用不同种类的可视化方法去展现数据的统计分析结果，极大地提高了数据的直观性、易读性和空间对比性。

图1 数据统计图

2 平台总体架构

云GIS 是在云计算环境中提供GIS 服务的，它的软硬件支撑以及数据存储、计算等都在云服务器进行，用户只需拥有上网的终端即可［10］。基于云GIS的硒资源信息平台的建设需要紧密围绕硒资源的相关业务需求，按照统筹规划的设计原则，制定平台的总体架构，充分利用云GIS和大数据等技术，采用成熟先进的技术方法进行平台研发，实现硒资源的管理、查询、展示、分析和共享功能。平台总体架构使用传统的模型进行设计，如图2所示，包含基础设施层、数据层和应用层。

图2 平台总体架构

基础设施层是平台运行的重要支撑环境，主要包括服务器、存储、网络以及常用的基础软件。基础设施服务层通过将物理层硬件资源共享成资源池，并通过统一资源调度管理对外提供所需的物理资源。

数据层采用云端协同架构，为整个平台提供数据处理、存储、接入以及访问服务，在整个平台中起到了数据支撑的作用。数据层使用SQL 语句完成业务逻辑的数据读写任务，利用完全开源免费、且易于做读写分离、负载均衡、稳定高效的PostgreSQL 数据库［11］实现对业务数据的存储与管理。

应用层主要实现用户与平台之间的交互操作、可视化展示。应用层利用HTML结合CSS的前端开发技术实现平台的可视化交互页面。本研究以高德地图作为硒资源的可视化展示组件，以Echarts 作为统计信息表达组件。高德地图可构建功能丰富、地图展示效果美观、交互性强的地图应用，具有稳定的服务可用性、快速的服务响应等优点；Echarts 是一个开源可视化库，涵盖各行业图表，能够满足各种需求［12］。本平台利用高德地图中的地图服务实现地图应用功能，结合Echarts 的数据可视化框架，实现统计信息的可视化。

3 平台建设

基于平台的总体设计方案，基于云GIS的硒资源信息平台主要由五部分组成，分别为平台首页、一张图、产品中心、硒科普和相关政策页面，如图3所示。

图3 平台功能设计

3.1 平台首页

平台首页为整个平台客户端的门户，如图4所示，主要包含用户登录、图片轮播以及其他页面的索引内容。

图4 平台首页

3.2 一张图

一张图是整个平台的核心模块，具有GIS常用的地图功能，包括地图放大、缩小、复位、全图显示、属性查询、面积量算、距离量算、图层透明度调节等功能，还可以将图层叠加显示。同时还具有统计分析和结果图表显示功能，提供选中数据范围内不同等级富硒土壤面积、富硒农作物组成结构、富硒产业基地数量、不同类型旅游资源点结构等的实时统计，并且以动态图表的形式直观展示，除此之外平台还开发了专门针对富硒农产品的种植选址分析功能模块，该功能结合硒元素含量、重金属元素、有机碳、土地利用数据分析某一区域的土壤富硒产品种植适宜性，为富硒产品基地选址提供技术支撑。

3.3 产品中心

产品中心分类展示富硒相关农产品信息，分为富硒茶叶、富硒大米、富硒禽蛋、富硒饮品四大类，提供每个产品的名称、图片、购买方式、产地富硒土壤等级、产品含硒量、特征描述等信息。产品中心生态的参与者主要有用户、开发者和经销商。其中用户可以通过我们的平台了解富硒产品、购买富硒产品；经销商可以将符合标准的富硒农产品放在我们的平台进行推广；开发者完成以上业务的运营和维护。此模块主要服务于富硒农产品推广，助力乡村振兴。

3.4 硒科普

硒科普模块主要展示硒元素以及硒与人体健康方面的科普知识，科普内容以文字、图片、视频、漫画等形式展示，做到浅显易懂、言简意赅、寓教于乐、生动诠释，实现知识与趣味相结合，让平台的硒科普模块成为公众了解硒资源的一个重要窗口，进一步提高公众对硒资源的认识，提升硒资源保护的认识，促进硒相关产业的科学持续发展。

3.5 相关政策

相关政策作为硒相关领域信息的聚合站，提供相关政策、行业资讯、精品文章、专题报道，依托语义分析、爬虫和并行计算技术，对相关的资讯全网采集、自动过滤、分类，为用户提供最新的相关政策和优质的资讯。

4 结语

本文平台以提高湖北省富硒资源利用为目标，基于B/S 架构，综合运用云GIS、数据分析和数据动态可视化技术，研究湖北省富硒资源平台建设，实现富硒资源信息在线的管理、查询、展示、分析和共享功能。

富硒资源信息平台充分收集湖北省的硒相关数据，建成硒专题资源数据库，可存储、更新、显示、查询硒资源信息，减少了数据的冗余、节约了存储空间，减少了信息的滞后性，提高了数据的利用效率，满足了硒资源的智能管理。平台的建设过程，也将湖北省多年来在富硒产业研究工作中取得的数据、工作成效进一步发挥作用，落实了湖北省地质局加强数字地质云平台建设的意见，健全了地质大数据体系建设。硒资源信息平台推进了硒资源大数据汇聚、加工及产品服务，进一步提高富硒相关工作数字化程度和资料的利用程度。平台依托湖北省长江经济带耕地质量地球化学调查成果，在“富硒资源一张图”模块，将全省富硒产业基地信息与一张图相结合，实现富硒产业基地的可视化展示，提升湖北省富硒产业基地的知名度，“产品中心”模块，为富硒产品提供一个宣传平台，提升富硒特色产品的核心竞争力，从而增加农民收入，服务于农民脱贫致富，服务于乡村振兴战略。