CN105975465A - 中药资源地理国情监测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种中药资源地理国情监测方法，包括如下步骤：步骤一、在服务器中建立中药资源数据库，其中，中药资源库数据包括所监测地区中药的药材名称、药材属性、药材形态、产量和分布数据；步骤二、在服务器中建立地理国情监测数据库，地理国情监测数据库包括基础地理数据、生态环境数据、遥感影像数据、中药分布数据和中药属性数据；以及，步骤三、将步骤一中得到的中药资源数据库和步骤二中得到的地理国情监测数据库相整合关联，在服务器中建立中药资源地理国情监测数据库，以将中药资源与地理国情监测数据相关联，用于根据地理国情数据的变化管理、分析和预测中药资源的形态、产量和分布的变化。

Description

中药资源地理国情监测方法

技术领域

本发明涉及一种中药资源地理国情监测方法。

背景技术

中药资源与其所分布的自然环境条件有着不可分割的关系，资源的种类以及他们的数量和质量均受着地域自然条件的制约，适宜的自然条件形成了传统的道地药材。历次全国中药资源普查，各地一定程度上调查整理了中药资源种类、分布、蕴藏量、产量、收购量、销售量、需要量等具有应用价值的数据，为社会各个方面开发中药资源提供所必需的基础数据。但是，由于历史、技术、目标、覆盖区域等多种因素的限制，目前的工作模式和技术水平难以满足当今中药资源管理的需要。

为了实现中医药的创新性发展，国家中医药管理局于2012年启动了第四次全国中药资源普查，此次普查就是要应用更加先进的技术和方法，使得中药调查的目标范围和调查手段更加科学化，从而全面掌握我国中药资源情况，提出中药材资源管理、保护及开发利用的总体规划，建立中药资源动态监测机制。

地理国情监测是从地理分析的角度本发明和描述国情，即以地球表层自然、生物和人文现象的空间变化和相互关系、特征等为基本内容，对构成物质基础的各种条件因素做出宏观性、整体性、综合性的调查、分析和描述。

地理国情监测技术在中药本发明领域也已有了一定的本发明基础。在中药资源调查方面，RS技术能够大范围、高效率、定量表达中药资源储量和生境现状及变化情况，可以弥补传统调查方法的不足。RS技术已经被用于许多区域性中药资源调查，例如野生广布中药资源甘草的分布面积和蕴藏量的调查，人工栽培中药人参和三七面积和产量的调查。RS技术还可以通过野外实地调查建立药用植物蕴藏量与RS数据之间的关系，从而得到野生稀有种的蕴藏量和分布情况。GPS和GIS应用于中药资源调查时，GIS是综合处理和管理信息和时空数据的有效工具，而应用GPS辅助空间定位，可补充传统人工野外普查工作的方式，避免调查结果的主观性。GIS技术可以根据不同生境条件将目标区分层，对不同生境类型随机抽样，通过GPS辅助野外调查取样计算出该生境类型中单位面积储量， 建立不同生境类型储量计算模型，从而计算出调查区域内的资源储量。在中药资源动态监测方面，地理国情监测技术具有的动态分析功能使其在植物资源动态监测方面显示出极大的优势。植物群落中占绝对优势的乔木、灌木类中药资源动态监测比较成熟，如对江苏邳州市的银杏资源量和分布变化规律进行动态监测本发明。对于稀有或林下中药资源的动态监测，则需要结合实地调查，通过对大面积的伴生植物进行分析明确该植物的地理分布，建立生物量与环境因子间的关系模型，并建立该植物动态遥感监测数据库。对这类中药资源，低空遥感技术在低分辨率遥感影像的基础上选择某些代表性区域进行高分辨率影像补充获取，可以提高药用植物遥感调查对分辨率的要求，适用于对中药资源长势的监测。此外，RS技术利用中药资源反射光谱的变化，可以实现中药资源病虫害和土壤养分等情况的动态监测。GPS用于野外药材地理位置和分布面积的确定，可以为药材资源变化的动态监测和资源档案及时更新打下基础。在中药区划方面，通过GIS集成中药资源的属性信息和地理空间信息，借助其空间分析功能，能够以药材产地的生态适宜性分析为基础，准确真实和可视化形式展现区划结果。依托GIS平台，以基础地理信息数据为基础，采用统计学方法进行药材产地的生态适宜性分析，可以对药材适宜性产区进行分级。RS数据在中药区划中的应用能明显提高区划的效率和精确度，达到村级和种植地块级，可以突破其他区划方法中资料以点代面的不足。在中药资源品质与生境相关性本发明中，地理国情监测技术可以用于揭示药材品质和空间地理特征包括各种生态环境因素的相关性，发现影响药材品质的主导生态因子。在道地药材本发明中，地理国情监测技术除可以应用于道地药材资源的调查和动态监测外，还有助于分析和确定道地产区的生境因子对有效成分的种类和量的影响，获得适宜药材生长的条件，规划道地药材的适宜产区，并有利于揭示中药道地性的成因和环境机制。基于地理国情监测技术的道地药材数字药匣理论，针对数字化的道地药材特征信息构建数据库，并对构建模型进行道地药材的适宜性评价与区划，为制定科学的道地药材种质规划和发展对策提供依据。在中药资源管理信息化中，中药资源的形成和特点与空间位置息息相关，GIS技术从中药资源地理学的角度本发明中药资源合理利用和保护，可以更有效地提取和分析处理中药资源信息。GIS技术在中药资源管理中的应用既可以对中药资源的现状作详细描述，还可以对中药资源的贮量、分布等情况作分析预测，并描述了中药信息系统的架构设想。RS技术是中药资源信息化和中药材技术体系中获取有效数据的重要来源，可以提供大量的中药资源时空信息，为中药材生产和管理服务。GPS技术可以实时对中药材生长环境和面积等进行描述，对各种要素进行跟踪。基于地理国情监测技术的中药资源信息化服务平台和模式的建立和推广将更好促进医药信息服务在传 统中药产业中的深入发展。

将地理国情监测的技术方法应用于中医药相关领域的本发明，不仅具有重要的科学价值，还会产生巨大的经济效益和社会效益。

利用地理国情监测的技术手段，用空间化和信息化的方法，以高新技术为技术支撑，建立中药资源动态监控和保护体系是中药资源可持续发展和利用的有力保障，具有重要的理论创新价值和极强的现实意义。

1.通过地理国情监测技术在中药领域的应用，提出了中药资源管理的新思路，推动中药资源本发明和管理的科学化、信息化和现代化。地理国情监测技术能够实时、动态的对中药资源进行监测和管理，实现了从时空角度对中药资源的定性和定量本发明，这对于中药资源在地理环境中的空间分布和演变机制本发明具有重要作用，因此，本发明对于中药资源的相关本发明具有重要的理论创新意义。

2.中药资源地理国情监测关键技术本发明与应用，促进中药资源调查、管理、区划、品质、监测等领域与地学、环境学、测绘遥感、计算机学科、管理学科等多学科的融合创新，对中医药的学科体系建设具有重要意义。

3.针对目前中药资源本发明中高新技术多局限于调查与监测的现实情况，地理国情监测技术可以探索建立药用动植物与生境之间的关系模型，实现药用种群的判断、估算以及评价等各种工作，从而加强相关技术的更新并使得各种新技术与中药资源本发明结合的更紧密，因此，本发明具有重要的技术创新意义。

将地理国情监测技术应用于中药资源本发明，可以提供科学化、空间化和具有时效性的基础数据，建立起中药资源和环境数据库，并建立反馈和综合协调机制，提高对资源与环境的宏观调控能力，可以为中药主管部门提供科学的决策依据，因此，本发明具有重要的现实意义。

将地理国情监测技术应用于中药资源本发明，可以对中药生长环境进行准确的分析，可以为中药企业生产提供原材料信息，这对于保护濒危中药资源，促进中药资源的可持续利用具有重要的实践意义。

发明内容

本发明的一个目的是解决至少上述问题和/或缺陷，并提供至少后面将说明的优点。

1.1本发明技术路线

本发明的实施以中药资源专题数据和基础地理数据为基础，在地理国情监测基础的支持下，研发山西省中药资源地理国情监测技术平台，并以多源异构数据管理和三维可视化分析为主要应用方向，进行了中药资源数据入库、三维可视化分析、适宜性分析等具体实践。本发明的总体思路如下：

1.调研山西中药资源现状，针对山西省中药资源地理国情监测的需求，实现中药专题数据及相关地理国情监测数据的统一管理和实时更新，实现基于网络的以山西省道地中药资源为核心的中药资源数据的分析与信息发布。

2.建设山西省中药资源地理国情监测技术平台，建设支持多节点互联网B/S访问模式的中药资源数据库，实现山西中药资源的网络管理的和快速三维可视化。研制中药资源空间数据库引擎，以基于文档的空间数据组织形式，实现3D模型、文字、声音、图片、动画、音频、视频等多源异构数据的一体化管理和高效调度，并基于智能体自适应机制，设计场景一体化高效协同运算方案，实现网络环境下的各种中药资源数据的快速三维可视化。

3.通过山西省中药资源地理国情监测技术平台，选择典型县市，进行中药资源的现状调查、空间分析、地理分析、辅助决策等实际应用。

本发明在详细考察中药资源和地理国情监测本发明最新趋势的基础上，针对中药资源的信息化管理和基于地理国情监测技术的三维可视化分析展开了深入细致的本发明。

本发明针对中药资源数据调查困难、分布地区离散、几何结构复杂、数据量大、访问方式多样等特点，通过地理国情监测技术建立了中药资源数据库，解决了较为复杂的中药资源图形数据与气象、土壤等因子的关联计算，实现了中药资源的三维可视化管理和分析，取得了一系列的本发明成果，并将这些本发明成果付诸实施，开展了大量的应用及推广工作，取得了良好的社会与经济效益。主要完成的工作包括：

1.理论本发明

(1)提出了中药资源管理的新思路，应用地理国情监测技术推动中药资源本发明和管理的科学化和信息化。

(2)本发明进行了中药资源地理国情监测关键技术的本发明与应用，促进了中药资源调查、管理、区划、品质、监测等领域与地学、环境学、测绘遥感、计算机学科、管理学科等多学科的融合创新，对中医药的学科体系建设具有重要意义。

(3)本发明通过地理国情监测技术探索建立药用动植物与生境之间的关系模型，实 现药用种群的判断、估算以及评价等各种工作，从而加快相关技术的创新并使得各种新技术与中药资源本发明结合的更加紧密。

(4)本发明研发了中药资源和环境数据库，并建立反馈和综合协调机制，提高对资源与环境的宏观调控能力，可以为中药主管部门提供科学的决策依据，提高了中药资源可持续利用水平。

2.系统研发

(1)本发明研发了山西省中药资源地理国情监测技术平台，建设了支持多节点互联网B/S访问模式的中药资源空间数据库，实现中药专题数据及相关地理国情监测数据的统一管理和实时更新，实现基于网络的以山西省道地中药资源为核心的中药资源数据的三维可视化分析与信息发布。通过山西省中药资源地理国情监测技术平台，实现了山西省中药资源的现状分析、适宜性分析、中药资源检索、统计分析、地理分析等实际工作。

(2)本发明设计并采用了一个JavaScript MVC框架，其采用基于字符串的Handlebars模板，能够灵活高效地对WEB页面进行组织和渲染。中药资源地理国情监测系统是一个B/S架构的应用系统，若采用传统B/S架构进行研发，很难完成系统对于效率、显示效果的要求，因此系统构建了基于MVC思想的javascript前端框架。利用此框架，将页面的功能进行拆分，通过Model-View-Controller的解构方法对文档对象模型进行重新组织，从而实现页面要素的快速可视化，同时利用MVC框架的双向绑定和观察者模式，对模块、功能进行管理，有效加强了页面要素的显示效果。

(3)本发明设计实现了一个空间数据服务器。该服务器是Open GIS Web服务器规范的J2EE实现，利用服务器可以方便的发布地图数据，允许用户对要素数据进行更新、删除、插入操作。服务器架构以J2EE为基础组织搭建，利用Web容器进行服务的发布，同时遵循OGC标准，实现了WMS、WFS、WMTS的数据的发布，并且集成了栅格数据的瓦片化裁剪工具，支持计算机集群计算，利用反向代理的方式协调海量并发请求。中药资源数据具有分布地区离散、几何结构复杂、数据量大、访问方式多样等特点，为满足上述要求，系统利用空间数据服务器对中药资源数据进行数据服务的发布，完成中药资源数据用空间数据库到用户的任务。系统采用的空间数据服务实现了OGC的多个标准，同时系统本身也利用这些标准进行不同方式的查询、统计，充分利用了空间数据服务的特点。

(4)本发明设计实现了一个空间数据库引擎。中药资源的空间数据图形较为复杂，属性内容丰富，二者的关联性较强，同时中药资源的空间数据还需要同气象、土壤等因子 进行关联计算，因此系统采用了空间数据库同空间数据引擎结合的方式，对中药资源合理组织的同时，将其他属性、因子数据关联进来。利用空间数据库可以有效提高中药资源数据在空间层面的查询、统计、分析，加快了系统的响应速度。空间数据引擎则对空间数据库进行了扩展，使得系统在数据方面具有较强的兼容性和扩展性，提高了面向数据的组织能力，也为系统下一步发展提供了便利。

(5)本发明设计实现了一个基于WebGL实现的Web三维引擎，使用HTML5的Canvas标签并通过利用文档对象模型接口，实现三维图形图像的可视化。系统的三维显示区域采用该引擎开发实现，利用其强大的渲染能力和即时分析能力，完成了诸如三维渲染、药材查询、地理工具集等功能。该引擎可以支持海量地形、影像、矢量数据的加载，以WebGL为基础通过八叉树结构对空间数据进行渲染，最大限度地利用GPU的计算能力，将中药资源数据以三维可视化的方式渲染出来。在分析方面，利用该三维引擎可以实现基于中药资源的分层设色、过渡色等显示效果，并且利用引擎中的空间运算接口快速地进行空间运算，同时通过GPU计算和Shader等技术的融入，极大地提高了三维显示的效率和真实性。

2.1开发运行环境

软件环境

操作系统：Windows XP/Win 7/Server 2003

系统构建平台：JAC Earth平台

开发工具：Eclipse

开发语言：Java

硬件环境

GIS服务器：推荐DELL PowerEdge T310，塔式服务器；CPU Xeon X3430 2.4GHz；内存4GB；硬盘4TB 7200转；集成双千兆网卡；Matrox G200eW显卡。

数据库存储：2T+数据存储

网络环境：100M/1000M局域网环境

2.2系统技术特点

2.2.1地理空间信息数据支撑系统

地理空间数据库建设内容包括：整合专业部门的测绘数据和专题数据，按照平台统一的数据库设计完成数据的提取、处理、转换和入库，采用数据复制的方式将数据复制到应 用服务平台，通过平台对系统提供数据服务。

必须制定数据共享的机制与政策，为决策支持提供地理空间数据支撑，为山西省中药资源地理国情监测平台的建设奠定基础数据平台基础，为未来各类信息系统的建设提供数据支撑平台。

山西省中药资源地理国情监测平台空间基础数据框架涉及的基础测绘数据有DOM、DEM、DLG等以及多类专题属性数据，并最终形成山西省中药资源地理国情监测技术平台基础空间数据集、专题数据集。

JAC Earth平台可以较好完成对空间数据的浏览、编辑、查询、制图、建库、输出等操作，可以很好的完成地理空间信息数据支撑系统的工作。

2.2.2 JAC Earth平台

JAC Earth是北京建筑工程学院城市信息本发明所经过多年本发明，开发完成的基于WEB3D的GIS信息发布软件平台，该软件采用混搭式模型结构，发布数据进行高强度性压缩，具备企业级、跨平台、多源性、多样性等特性，支持多类型的栅格数据、矢量数据、三维模型、专题图等，无缝地融合了互联网、三维实体、GIS、专题分析等功能。基于该软件的二次开发，可方便实现海量数据的浏览、查询、分析等。

基于WEBGIS的山西省中药资源地理国情监测平台，需要具备信息检索、信息发布、空间分析、专题制图等功能，满足山西省中药资源信息化的工作要求，同时具备内网数据共享、传输等功能。山西省中药资源地理国情监测平台采用JAC Earth完成中药资源数据的发布工作。

2.2.3网络地理信息服务

网络地理信息服务是指利用现代网络和计算机技术，发布地理空间信息，提供信息查找、交换、分发以及加工、处理和其他增值服务。互联网地理信息服务特指互联网环境中的网络地理信息服务。

网络地理信息服务类似于一个由信息用户、信息生产者、信息营销者共同组成的网络化地理信息“超级市场”。信息用户能够在这里寻找并获取感兴趣的地理空间数据及有关数据加工处理服务，信息生产和营销者可以在这里向用户提供信息本身及各类服务，以及相应的数据和服务目录信息。网络地理信息服务能够极大地促进地理空间信息共享和开发利用，减少重复生产，大幅度降低地理空间信息数据分发与应用成本。

当前的网络地理信息服务大多基于面向服务的架构(service-oriented architecture， SOA)，由分布式节点组成。各节点按照统一的技术体系与标准规范，提供本节点的地理信息服务资源，通过服务聚合的方式实现整体协同服务，并基于统一访问控制体系对所有服务进行注册管理，实现对服务的发现、状态监测、质量评价、访问量统计、服务代理等。

2.3总体设计

为保证山西省中药资源地理国情监测平台总体建设方案各部分的总体一致性，本部分内容仅包括基础地理信息平台、中药资源数据发布平台、空间数据资源管理中心和公众空间信息服务平台建设所涉及的内容，其它有关部分的建设方案不在描述。

山西省中药资源空间数据基础平台建设目的是构筑空间应用服务平台，采用基于XML、SOAP、WSDL、UDDI的WEB SERVICE技术向建成或在建的应用系统提供服务，提供接口使各异构系统可方便获取数据级和应用程序级的服务。

“山西省中药资源地理国情监测平台”从逻辑层次上总体表现为：在信息基础设施和支撑环境平台上建立空间数据基础平台的信息体系，包括基础地理空间信息数据库、地理空间信息共享与管理平台、地理空间信息应用服务平台，在此基础上建立“山西省中药资源地理国情监测平台”提供面向山西省中药资源地理国情的各种信息实体和用户实体提供数字化、网络化、虚拟化、智能化应用和各种服务。

按其组成服务系统可分为基础数据平台、通讯链路、管理平台、WEB服务四个部分。

1.基础数据平台

基础的数据平台是服务系统服务的内容，没有数据就没有很好的服务，甚至于没有服务。基础的数据平台包含能提供空间地理位置的空间数据库；为指定的地名提供详细的地址以及其他相关的信息的黄页数据库。

2.通讯链路

通讯链路在系统中是传输数据的通道，由于用户对定位信息需求的不同，系统向用户传输的数据量也不同，因此系统就必须考虑用户所能接受的系统响应时间，而通讯链路从根本上决定了数据的传输速率，所以通读链路的不同影响了终端上实现的功能。

3.管理平台

在整个系统中，管理平台是整个系统的核心，提供基本的地理信息业务，所有的基于地理信息服务都是基于管理平台提供的地理信息之上的。管理平台的职能是响应用户各类基本地理信息服务要求，完成用户所需信息的定制，根据不同的用户类型和不同的请求决 定信息发送策略，将用户所需信息高效安全的发送到用户手中。

WEB服务开发接口

开发接口解决应用级地理空间数据共享，即部门应用系统通过平台提供的开发接口来访问平台地理空间数据和地理信息功能，公共服务与管理平台提供的开发接口是通过WEB Service实现。

架构总体目标是：分散关注、松散耦合、逻辑复用、标准定义。分散关注要求架构设计能使项目开发组的不同角色成员明确自己的任务，关注自己的职责，分工合作，从而提高开发的进度。松散耦合要求架构设计能降低模块之间的耦合性和依赖性，模块之间通过接口关联，保证系统的可扩展性。逻辑复用要求架构设计能保证系统能通过接口调用最大程度上的复用已有模块，避免重复开发。标准定义要求架构设计能够在一定的标准化基础上支持上面三个目标。

山西省中药资源地理监测平台采用分层式系统架构，从上至下分别为表示层、业务逻辑层、GIS支撑层、数据访问层和数据层。数据层负责存放大型关系数据库和文件；数据访问层是负责数据库的访问和操作；GIS支撑层负责实现地理信息系统的相关功能和服务；业务逻辑层是整个系统的核心，与系统的业务(领域)有关；表示层是系统的UI部分，负责使用者与整个系统的交互。层与层之间通过接口通信，层次支持，原则上不允许跨层通信。分层式系统架构的优势在于：开发人员可以只关注整个结构中的其中某一层；可以很容易的用新的实现来替换原有层次的实现；可以降低层与层之间的依赖；有利于标准化；利于各层逻辑的复用。

2.4总体架构

“山西省中药资源信息化建设”从逻辑层次上总体表现为：在信息基础设施和支撑环境平台上建立地理空间数据支撑平台的信息体系，包括基础地理空间信息数据库、地理空间信息共享与管理平台、地理空间信息应用服务平台、中药资源数据发布平台，在此基础上建立山西省中药资源地理国情监测平台及山西省中药信息采集及目标监控系统，提供面向“山西省中药资源信息化建设”的各种信息实体和用户实体提供数字化、网络化、虚拟化、智能化应用和各种服务。

面向服务的架构(service-oriented architecture，SOA)是一种软件系统架构，它通过接口和协议将能够完成特定任务的独立功能实体(称为服务)联系起来，以实现网络环境下的业务集成。这些接口与协议独立于实现服务的硬件平台、操作系统和编程语言，是一 种松耦合。因而能够以一种统一和通用的方式实现各个服务之间的互操作，且不受服务内部结构、业务应用流程的影响，具有很强的灵活性和环境适应能力，能够满足按需业务(on demand)的应用需求。

SOA包括服务使用者、服务提供者和服务注册中心三类角色。SOA中的每个服务都扮演着这三种角色中的某一种(或多种)。

1.服务使用者：是一个应用程序、一个软件模块或需要一个服务的另一个服务，它发起对注册中心中的服务的查询，通过传输绑定服务，并且执行服务功能，服务使用者根据接口来执行服务。

2.服务提供者：是一个可通过网络寻址的服务，它接受和执行来自使用者的请求，它将自己的服务和接口发布到服务注册中心，以便服务使用者可以发现和访问该服务。

3.服务注册中心：包含一个可用服务的存储库，并允许感兴趣的服务使用者查找服务提供者接口。

SOA的操作包括：发布、发现、绑定和调用等。SOA具有可重用(一个服务创建后能用于多个应用和业务流程)、松耦合(服务请求者不需要知道服务提供者实现的技术细节，如程序语言、底层平台等)、标准接口、独立服务(不依赖于其他服务)、基于开放标准(基于公开的W3C及其他公认标准)等特点。

2.5总体结构

遵照主流的WEBService技术规范，综合基于图形与基于图像两种三维景观建模技术，充分利用两者的优势，在不损耗系统性能基础上，与GIS数据库系统相关联，构成3DGIS系统，为专业应用系统、公用信息平台、地理信息系统定义数据标准、提供接口，实现信息共享、资源共享。

2.6系统模块构成

2.7 WEBGIS设计策略

从WEBGIS的设计角度，WEBGIS的设计策略可以概括为“侧重服务器”和“侧重客户端”两种各有其长短的策略。

侧重服务器的策略以服务器为中心，主要目的是根据客户端的需要向其提供GIS数据和分析结果。在这种策略下，数据与数据处理软件都运行于服务器上，客户端没有数据处理能力，仅仅组织、发送请求和显示服务器的响应结果。其优点在于如果使用一个高性能 服务器，可以让一些用户访问到许多比较难于通过网络进行传输或在客户端本地处理的复杂数据；可以让一些即使没有使用过复杂软件的用户也可以使用一些复杂的分析程序；可以有效地控制用户对数据的访问，以保证数据得到正确的使用。其缺点在于任何一个请求都必须返回到服务器端进行处理，并在处理完请求后通过Internet返回响应给客户端；服务器与浏览器之间的Internet的网络带宽和流量是影响系统性能的主要因素，特别是在服务器响应需要传输大量数据的情况下，系统没有有效利用客户端计算机的处理能力，仅仅利用它提交请求和显示响应结果。一般来说，这一策略适于面向大量对GIS分析功能要求较少的用户；对于一些实时性要求较高的WEBGIS系统，使用这种策略比较好，可以避免传输大量实时产生的数据，更有利于对数据的控制和反映系统的真实现状。

侧重客户端的策略，客户端应用程序分担了一部分原来有服务器负责的处理任务。往往是一部分GIS功能下载到或驻存于客户端，对数据的某些处理在客户端本地完成。其优点是利用了客户端计算机的处理能力；用户可以对数据分析过程进行更多的控制；一旦服务器返回了响应，用户即可以不在通过网络与服务器进行信息交换，就可以对返回的数据进行处理。其缺点主要表现在来自服务器的响应可能包含大量的数据或对数据进行处理的小程序，从而可能导致较长的响应等待；如果客户端处理能力不足，则处理数据量较大或比较复杂的数据比较困难，复杂的GIS分析可能运行缓慢；为了正确使用数据和分析功能，用户必须进行必要的培训。

纯粹的侧重服务器或侧纯粹的重客户端的策略都存在明显的局限：如果需要频繁的数据传输，侧重服务器的策略情况下，系统的性能对Internet的网络带宽和网络流量非常敏感；侧重客户端的策略对客户端的计算机处理能力非常敏感，也就是说，如果某些任务超出其处理能力，则可能非常慢。

综合这两种策略，形成一种混合型的解决办法，来更好地发挥服务器和客户端的优势与潜力。涉及到繁重的数据库操作或复杂分析的任务让性能高的一方来承担，一般来说是服务器；涉及到用户控制的任务让客户端承担。这样，双方共享彼此的计算处理能力，从而使数据和小程序可以进行合理分配，以使整个系统的性能达到最高。这种混合方式对于某些付费服务和预约服务型的应用比较有用，在这种应用中用户可以通过“预定”的方式，定期向服务器要求提供数据或进行某些分析服务。一个有效的设计策略，需要确切了解系统的用户对象，以及用户计算机的性能，用户的GIS应用能力。

比较理想的方式是能否提供一种智能化的任务分担功能，使系统自动根据客户端和服务器上的处理能力，对数据处理任务进行自动分配，这样系统可以具有对服务器一客户机 性能状况的自适应能力。

2.8运行模式

“山西省中药资源地理国情监测平台”空间数据基础设施的运行模式是指各类用户如何借助“山西省中药资源地理国情监测平台”实现自己的业务处理和逻辑应用。随着Internet技术的飞速发展，出现了现代网络计算模式。“山西省中药资源地理国情监测平台”的运行无疑是基于Internet的分布式、异构互联、多协议的体系模式。“山西省中药资源地理国情监测平台”用户的绝大部分逻辑应用都是通过WEB浏览器呈现出来的。用户的事务包括两个方面，即应用逻辑处理和网络生活方式。

用户的应用逻辑处理采用的是网络计算模式。用户通过WEB服务器的安全机制登录到相关站点，提出应用处理请求(如查询、分析等)，应用请求经网络传输协议传达给WEB服务器，WEB服务器接收到请求信息后，通过安全认证、身份鉴别等过程，确认用户请求的有效性。然后对用户应用进行归类，根据应用类别选择应用服务器中的应用组件，以消息形式命令应用组件完成用户的应用，或允许WEB服务器下载相关组件。应用服务器将响应结果返回WEB服务器，经由WEB服务器传送到用户WEB浏览器中。其中，对数据库访问由应用组件通过ODBC或JDBC接口完成。用户不直接访问和操纵数据库中的数据，从而保证了数据的安全性。

2.9系统安全设计

数据获取、加工、处理、存储、分发、服务等各阶段都是信息流，信息流在每一个阶段都可能丢失或泄漏，必须考虑计算机系统的硬件安全、软件安全、数据库安全、网络安全等。

对于数据安全设计方面，首先，测绘数据作为具有密级的数据类型，系统设计时考虑运行系统与外网物理隔离并不允许登陆Internet。其次，系统在设计中考虑了在意外发生时及时抢救手段和在不得已的灾难中减少损失的方案，这些构成了系统的容灾计划。容灾计划主要由磁盘存储数据异地备份和数据库的安全机制实现。

在系统安全方面，通常保障系统安全的方法有三大类：以“防火墙”(Firewall)技术为代表的被动防卫型和建立在数据加密、用户授权确认机制上的开放型密码技术、以及常规的防病毒软件。

2.9.1安全备份

只有管理员才允许进行数据备份、访问或更改备份设备；数据由管理员指定备份周期 和方式，数据备份和备份设备定期维护、检查；数据备份后，必须及时进行校验，以确保备份数据的正确性；对于备份的成果至少应有两份异地备份。

2.9.2网络安全

1.局域网的安全控制

目前数据库在局域网范围内使用，局域网属于内部网，其安全性主要体现在存取控制和用户身份识别上。对于空间数据库所涉及的卷、硬盘、目录、文件等，由数据库系统管理员根据空间数据库运行安全的需要，对其进行访问权限设置。

计算机病毒对计算机和网络造成的危害越来越大，在安装防病毒软件的同时，要做好预防措施，如：定期检测病毒，禁止安装不可靠软件，外来文件进行病毒检测，服务器采用专用防病毒软件等。

2.Internet的安全控制

数据库采取与Internet物理隔离的安全措施。如需与因特网相连接，则采用防火墙与数据加密相结合的技术手段实现空间数据库的安全。

2.9.3服务器安全管理

1.环境安全

测绘数据作为具有密级的数据类型，系统设计时考虑运行系统与外网物理隔离并不允许登陆Internet。其次，系统在设计中考虑了在意外发生时及时抢救手段和在不得已的灾难中减少损失的方案，这些构成了系统的容灾计划。容灾计划主要由磁盘存储数据异地备份和数据库的安全机制实现。

2.系统安全

数据库服务器使用的是WindowsServer 2003操作系统，这是一个比较安全的系统，作为数据库专用服务器；同时还应做到，以“防火墙”(Firewall)技术为代表的被动防卫型和建立在数据加密、用户授权确认机制上的开放型密码技术、以及常规的防病毒软件。

信息安全是信息化建设时面临的最关键的问题之一。测绘数据作为具有密级的数据，安全相关的问题更加重要。本方案重视数据灾备的管理，保证系统的数据安全。

2.9.4系统管理的安全

1.用户管理：根据系统整体使用要求，用户权限管理满足：统一的身份认证及权限管理，保证用户在整个系统中身份信息的连续性和准确性，保证权限的统一管理。

2.工作日志管理：系统提供了完整的日志，为审计、故障分析、运行情况分析、统计核实等方面的工作提供了全面的客观依据。

3.输出日志管理：输出日志管理对于系统数据的输出进行日志管理，所有日志的输出均记录在案，以备日后进行查询，包括增加协议、维护协议、浏览协议等。

2.9.5数据安全

系统在设计中考虑了在各种意外发生时及时抢救手段和在不得已的灾难中减少损失的方案，这些构成了系统的容灾计划。容灾计划主要由磁盘阵列的冗余热备份技术和Oracle的安全机制实现。

2.9.6常用安全技术

通常保障系统安全的方法有三大类：以“防火墙”(Firewall)技术为代表的被动防卫型和建立在数据加密、用户授权确认机制上的开放型密码技术、以及常规的防病毒软件。

2.10数据更新机制

城市是社会经济活动最为集中也最为活跃的地区，而承载这些活动的城市空间也就变化非常频繁，必须周期性对城市基础信息数据进行更新。数据更新的目的是要保持基础地理信息数据的现势性，使得数据能够及时反映实际的情况。在数字城市共享服务平台的共享环境下，数据更新具有独特的机制，建立和完善一个对数据库进行实时维护和更新的机制是非常必要的。

空间数据更新类型包括全局更新、局部更新等，基础数据的更新也主要依赖于测绘等手段，如野外测量、航空摄影测量以及卫星遥感数据采集等。数据更新的任务分工与数据集成的任务分工基本保持一致，即由数据的生产者来进行数据更新，这是比较合理的，因为在进行数据集成分工时，已经充分考虑了各部门的特点和数据情况。根据山西省中药资源地理国情监测平台实际情况，平台由技术人员负责定期或不定期的数据平台数据更新工作。

2.11平台的运行维护

1.数据维护

做好数据管理与定期备份，对数据进行持续更新、补充与完善。

2.服务功能完善与扩充

对网页功能、服务接口、应用程序编程接口等进行完善，不断增加新服务、新产品、 新功能，提高用户体验。与用户进行技术交互，回应用反馈意见，对网站及服务接口应用提供技术支持，不断扩大应用。

3.服务管理与用户管理

进行分布式异构服务的注册、发现、分类管理、查询等需求，以及用户注册、单点登录、访问授权、身份认证、权限认证。

本发明提供一种中药资源地理国情监测方法，包括如下步骤：

步骤一、在服务器中建立中药资源数据库，其中，所述中药资源库数据包括所监测地区中药的药材名称、药材属性、药材形态、产量和分布数据；

步骤二、在服务器中建立地理国情监测数据库，所述地理国情监测数据库包括基础地理数据、生态环境数据、遥感影像数据、中药分布数据和中药属性数据；以及，

步骤三、将步骤一中得到的所述中药资源数据库和步骤二中得到的所述地理国情监测数据库相整合关联，在服务器中建立中药资源地理国情监测数据库，以将中药资源与地理国情监测数据相关联，用于根据地理国情数据的变化管理、分析和预测中药资源的形态、产量和分布的变化。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，在所述步骤三之后还包括：

步骤四、在客户端设置一网页浏览器，所述客户端与所述服务器端通过网络连接，在所述客户端通过所述网页浏览器以三维可视化方式展示所述中药资源地理国情监测数据库。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，所述步骤三中，基于B/S架构建立所述中药资源地理国情监测数据库，且构建基于MVC思想的javascript前端框架。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，所述前端框架采用基于字符串的Handlebars模板。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，所述步骤一中，所述中药资源数据库为空间数据库，所述空间数据库包括空间元数据、数据组织信息和背景空间信息数据。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，所述空间元数据、数据组织信息和背景空间信息数据以数据表形成显示。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，所述空间数据库采用基于文档的空间数据组织形式存储数据。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，在所述步骤三之后还包括：

步骤五、建立多源异构数据管理模块，并将所述多源异构数据管理模块与所述中药资源地理国情监测数据库相关联，所述多远异构数据管理模块包括数据管理模块、查询检索模块和输出模块。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，所述数据管理模块包括数据入库单元、数据编辑单元、数据备份单元和数据还原单元，所述查询检索模块包括模糊查询单元、范围查询单元和混合查询单元，所述输出模块包括数据导出单元、制图输出单元和打印输出单元。

优选的是，所述的中药资源地理国情监测方法中，通过所述三维可视化方式展示的数据包括：可视化数据、电子标本数据和统计分析数据，所述可视化数据包括中药的二维视图、三维视图和超媒体集成图，所述电子标本数据包括中药的药材名称、药材属性和药材形态，所述统计分析数据包括中药产量统计数据、分布统计数据和中药所在地区生长是否适宜的适应性分析数据。

本发明至少包括以下有益效果：

本发明紧密围绕中药资源地理国情监测技术的本发明前沿和存在的问题，深入本发明探讨了地理国情监测技术在中药资源本发明领域的有关理论和技术方法问题，成功研制了山西省中药资源地理国情监测技术平台，解决了中药资源信息化、中药资源空间数据库建设、中药资源三维可视化分析等技术难题，并进行了应用推广，取得了良好的社会、经济价值，具有较高的理论、技术和实践意义。

1.在中药资源的数据管理方面，本发明结合地理国情监测手段，利用先进的测绘、GIS技术，克服了传统中草药资源普查方法的缺点。可以利用专业测绘手段，结合真实影像，通过实地调绘可以得到中草药精确的分布范围，这使得以后的统计分析结果更加可靠。可以对多源的海量的测绘、中草药数据进行标准化管理，提高了数据安全性，减少了数据冗余度，实现了数据的充分共享。

2.在中药资源的可视化分析方面，本发明利用测绘、中草药、生态因子等数据进行多样的统计分析操作，使用二三维一体化结合超媒体技术实现了全方位、多视角、真实的展现效果，使得分析结果更加直观，辅助决策能力更加可靠。

3.在中药资源的综合分析和评估方面，本发明研制的山西省中药资源地理国情监测技术平台能够编绘植被分布图、气候图等一系列社会经济指标统计图，可进行多种专题图的 重叠而获得综合信息，实现对具有时空变化特点的中药资源存量和价值量的测算以及资源现状、潜力和质量的客观评估，从而真实反映中药资源状况，为科学利用和管理中药资源提供强有力的决策依据。

4.在中药资源的生产管理方面，本发明研制的山西省中药资源地理国情监测技术平台可以通过田间和产量变化情况的观察分析，寻找出影响产量的主要因素。同时，构建不同条件下中药生长模型和多种估产模式，根据各种模型预估中药产量，为中药材的生产及市场需求预测提供可靠依据。

在中药资源的生境分析方面，本发明研制的山西省中药资源地理国情监测技术平台可以对道地药材的资源及其生态系统环境，进行空间数据的定性定量解释、预测与模拟，提取道地药材原产地的主导生态因子，为探索地理环境与道地药材资源的复杂关系、彻底阐明古代道地药材概念的科学性提供重要的本发明手段。

6.在技术创新方面，山西省中药资源地理国情监测技术平台处于领先水平，其混搭式的模型结构，可以很好的完成地理空间信息数据支撑系统的工作；设计使用的MVC前端框架，实现了中药资源数据在网页上的快速组织和渲染；基于WebGL技术，多线程技术、Shader技术实现了中药数据的快速三维可视化和地理分析；研制了具有自适应、可伸缩特性的空间数据引擎，实现了对具有异构、非规格化大规模中药资源数据快速调度。

本发明的其它优点、目标和特征将部分通过下面的说明体现，部分还将通过对本发明的本发明和实践而为本领域的技术人员所理解。

附图说明

图1为本发明的轻量级空间数据库总体结构图。

图2为本发明的在线地理信息数据的构成图。

图3为本发明的在线地理信息生产流程图。

图4为本发明的数据库建设流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。

应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不配出一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。

1空间数据库建设

空间数据库的本发明始于20世纪70年代，在许多的领域当中都有着重要的应用，是数据采集、存储和管理的中心，它与传统的关系型数据库的区别在于，其存储和处理的对象是空间数据，即与二维、三维或者高维空间的坐标或者范围相关的数据。空间数据在社会经济生活的诸多领域发挥着越来越重要的作用，随着空间信息获取手段的不断改进，空间数据量也在不断地增大，同时对空间信息的可靠性、稳定性也提出了新的要求，这对数据库提出了严峻的考验。而且，空间数据具有数据类型多样、实体之间关系复杂、数据量大、时空变化、多尺度与多维度、非结构化等特点。这些特点就决定了空间数据不能用普通的数据库系统进行管理，GIS必须发展并不断完善自己的数据库-空间数据库系统。

目前，空间数据库系统主要有两种实现模式：“关系型数据库+空间数据引擎”和“扩展对象关系型数据库”。“关系型数据库+空间数据引擎”是GIS领域采用的一种经典方案。这种模式保存了传统的关系型数据库系统的完整型，在此基础上开发空间数据引擎中间件。用户进行空间数据的存储、查询和更新等操作时，由空间数据库引擎将相应的操作转换为关系数据库中的各种操作，并将关系数据库的返回结果转化为用户可以使用的方式。也就是说，关系数据库仅是存放空间数据的容器，而空间数据引擎是空间数据进出该容器的转换通道。ESRI公司的ArcSDE和SuperMap公司的SDX+是这类系统的典型代表。“扩展对象关系型数据库”是一项比较新的技术。这种模式借鉴面向对象技术，对关系型数据库系统进行扩展。由于关系型数据库系统难以管理非结构化的空间数据，对它进行对象关系改造，使之支持空间数据的存储管理。用户可以利用系统提供的扩展接口增加空间数据类型和操作函数，从而可以直接使用数据库系统中新增的空间数据类型和空间操作函数来操作空间数据。Oracle公司的OracleSpatial和DB2的SpatialExtender是这类系统的典型代表。当前，扩展对象关系型数据库正逐渐成为开发空间数据库的主流趋势。无论是主流关系型数据库系统(Oracle、DB2和SQLServer)，还是开源数据库系统(Ingres、MySQL、PostgreSQL等)，都在实施空间扩展计划，有的已推出相应的空间扩展产品。然而，目前这种扩展主要集中在矢量数据类型，除了OracleGeoRaster外，大部分成熟的空间数据库产品都不支持栅格数据类型。而且诸如Oracle这样的数据库系统，虽然具有体系先进，性能完善的优点，但也具有价格昂贵，操作复杂等缺点，而GIS的应用领域又是如此广泛，在很多应用中并不需要大型数据库系统。同时，由于我国的核心技术落后，目前国内开发的、可用的空间数据库系统并不多见，特别是适用于大多数GIS应用工程的，体系先进、功能完善而又体积较小的轻量级空间数据库系统还未见报道。

综上所述，开发具有自主产权的，既支持矢量数据，又支持包括栅格数据在内的各种类型空间数据的，性能完善的，方便应用的轻量级空间数据库系统是目前GIS本发明和应用的当务之急，特别是海量数据的存储与管理、空间数据的索引等关键技术的研发和轻量级空间数据库在网络环境、三维可视化、空间信息系统软件测试等方面的应用尤为重要。

1.1空间数据库设计

1.1.1空间数据库总体结构设计

本发明设计的空间数据库系统，按照国家基础地理空间元数据框架的架构设计，包含基础的数据结构信息、常用结构描述、出版发布信息、原图信息、更新信息以及图幅信息等内容，同时作为面向应用的空间数据集的数据基础和来源，并利用轻量级的应用，加入了地理空间数据的简要描述，达到本地数据的快速检索。

本发明设计的空间数据库系统的建设内容包括：整合专业部门的4D数据，按照平台统一的数据库设计完成数据信息的提取、入库和管理，采用自动读取模式和人工录入模式将数据信息复制到应用服务平台，为系统的运行提供数据支持，平台数据架构如图1所示。

针对具体特点和要求，本发明建立的空间数据库系统支持跨平台，操作简单，能够使用很多语言直接创建数据库，实现零配置高独立性，支持数据库事务四要素的正确执行，同时并具备高效率执行的特点。

1.1.2空间数据库系统的逻辑设计

数据库由三类数据表组成：空间元数据、数据组织信息和背景空间信息数据表。

(1)空间元数据

系统支持的数据类型总体分为矢量数据和栅格数据，包括全色DOM遥感数据，数字高程模型(DEN)，数字线划地图(DLG)以及数字栅格地图(DRG)四类数据。采用中华人民共和国测绘行业元数据标准，以适用基础地理信息数字产品的生产、更新和管理。

(2)数据组织信息

以工作空间的形式对地理空间数据进行组织管理，数据库中对用户保存的工作空间进行了相关信息的记录，以用于信息的记录管理。同时提供查询结果的临时记录，与工作空间形式相同，提供一些基础信息。

(3)基础空间数据

基础空间数据主要包括各级境界矢量图、多比例尺境内接图表、境内交通矢量图以及 居民点集聚区等地理空间数据。

1.1.3空间数据库系统的物理设计

数据库采用集中方式进行管理，全部存放在磁盘阵列上。

表1 数据库物理设计

磁盘	存放内容
		系统盘	操作系统、轻量级空间数据库系统
磁盘柜：逻辑磁盘1	表空间
		磁盘柜：逻辑磁盘2	备份空间1(建议采用NASE备份后异地管理)
磁盘柜：逻辑磁盘3	备份空间2(建议采用NASE备份后异地管理)

1.1.4数据库系统的数据表设计

表2 DOM元数据表

视图表如下：

表3 视图信息表

1.2空间数据库建设

地理空间数据库建设内容包括：整合专业部门的4D数据，按照平台统一的数据库设计完成数据的提取、处理、转换和入库，采用数据复制的方式将数据复制到应用服务平台，通过平台对系统提供数据服务。

1.2.1建库原则

山西省中药资源地理国情监测平台数据库建库执行以下原则：

系统性：数据建库在技术指标、标准体系、产品模式、库体结构等方面具有系统性，各库之间具有良好的衔接性和相关性。

先进性：利用当前先进技术手段，采用先进设计方案、硬件平台、数据库管理系统和GIS软件平台，保证数据库系统稳定、可靠。

开放性：采用通用空间数据交换格式和标准化系统通讯协议等，数据库系统设计满足信息数据共享。

标准化：数据库设计、建设、管理与维护等符合标准化要求。

现势性：建立数据库共享和维护更新机制，最大限度地保证数据的现势性。

1.2.2技术参数

数学基础：针对山西省中药分布地具体情况，将DLG、DOM、DEM统一建立在WGS84独立坐标系下。

数据格式：空间数据管理、数据采集、数据处理、数据建库等采用ESRI标准数据格式SHP。

数据内容：获取数据经技术处理，最终成果为基础地理信息数据集和专题数据集。

符号库设计：符号库设计执行“1∶5000 1∶10000地形图图式”GB/T202572-2006要求。

1.2.3数据获取

平台发布数据的内容包括电子地图、地理空间信息数据、专题地理信息产品、地球科学科普知识等，这些服务内容是利用来自测绘地理信息部门、专业部门、企业和社会团体、网络用户与志愿者的各类矢量地图数据、影像数据、各类表现模型、地理监测数据、实时传感数据等数据源，按照网络地理信息服务相关技术标准和规定进行加工制作而成的。根据用途不同可分为地理实体数据与地名地址数据、电子地图数据、模型数据等，分别支持不同模式的服务，见图2。

在线地理信息数据生产流程如图3所示。

1.2.4数据组织

采用数据库方式对多源基础地理信息数据进行统一管理，按数据类型进行分层，采取物理以及逻辑上无缝的方式建库。其中：矢量数据按要素的类型和几何特征进行分层组织；数字高程模型数据全地区整体镶嵌，建立金字塔结构，实现快速浏览；数字正射影像数据全地区整体镶嵌，建立金字塔结构，实现快速浏览。

1.2.5数据建库

在确定建库总体目标基础上，根据数据库用户调查和需求分析结果，结合数据分析结果，进行数据库的逻辑设计和物理设计；根据设计要求创建库体，将各种数据经过入库检查和数据处理后加入数据库中，并进行数据库系统的集成；经系统测试、数据库验收后，完成数据库建库工作，继而转入数据库的日常运行与维护。具体流程如图4所示。

2动态页面渲染

传统Web页面渲染是基于静态文档或嵌入脚本的静态文档实现的，通过页面之间参数的传递和同服务器的单向通信，完成页面应用的渲染和加载。这种方式在传统互联网早期的应用中可以胜任大部分应用场景，但随着Web应用日趋复杂的发展态势，传统的页面渲染方式已无法满足应用的需求，因此动态页面的渲染技术应运而生。

2.1前端框架

企业级Web系统随着用户数量的增多，数据量变得日益庞大，逐渐由早期的作坊式开发转变为由专门的开发团队来构建和实现。一个优秀的企业级WEB系统，往往必须具备优良的系统体系结构，才能满足节约开发成本以及易于维护等要求。因此在系统设计之初就应该考虑其体系结构的合理性、灵活性、健壮性等，从而既可满足企业级应用的复杂需求也能为今后系统的调整和升级留有余地。

前端框架实际上是一种端到端的解决方案，通过前端的设计、优化解决数据从后端读取、传输所造成的延迟。前端框架通常具有如下功能特点：

模块化：前端框架将页面代码(HTML、CSS、JavaScript等)根据一定的规则划分为各个模块，模块之间独立运算且无耦合关系，这就使得页面的开发和运行可以多个线程异步进行，极大地减少了开发和维护的时间。同时，模块化的工程增强了代码本身的复用性和可靠性，将模块化开发变成零件组装式的工作。

选择器：选择器是根据一定规则，将页面元素选取出来的工具。基于选择器可以实现Web中各种页面容器、控件的快速定位，并对其进行数据访问，页面中80％的操作都是通过选择器完成的，因此选择器的执行响应速度直接影响着应用运行的效率。

DOM(Document Object Model，文档对象模型)操作：通过选择器获取的页面中的文档对象中包含大量数据信息需要进一步处理，例如从文档对象中提取用户名、密码等有效信息。对DOM的操作发生在用户交互操作的最后环节，通过DOM的操作实现页面的最终成图或向服务器端发送请求，复杂的单页面应用绝大部分操作都是通过DOM的操作完成的。

2.2语义模板

语义模板通过对view和data的分离来快速构建Web模板。它采用"Logic-less template″(无逻辑模版)的思路，在加载时被预编译，而不是到了客户端执行到代码时再去编译，这样可以保证模板加载和运行的速度。在还同Web应用中，为了对丰富的页面元素进行 渲染、表达，往往通过脚本的形式对页面进行嵌入，然而这种方式较为严重地破坏了HTML的结构，同时并不能在本质上解决页面与数据同步的渲染。通过语义模板则可以解决上述问题，语义模板在页面中定义各类占位符或标签，将这些占位符同后端数据绑定，实现占位符与数据的同步，从而实时、快速地将前端页面渲染出来。

2.3基于MVC的前端框架

系统设计并采用了一个JavaScript MVC框架，其采用基于字符串的Handlebars模板，能够灵活高效地对WEB页面进行组织和渲染。主要特点如下：

双向绑定。数据双向绑定能够自动在视图和业务逻辑之间建立连接，并自动同步变化。当业务逻辑导致数据发生变化时，自动同步更新DOM；当用户操作导致表单元素发生变化时，自动同步更新数据。这种运行机制，避免掉了手工操作DOM所需的代码，使得前端可以用更清晰的方式来设计和实现业务逻辑。

观察者模式。观察者模式将观察者和被观察的对象分离开。用户界面可以作为一个观察者，业务数据是被观察者，用户界面观察业务数据的变化，发现数据变化后，就显示在界面上。一个对象只做一件事情，并且将他做好。观察者模式在模块之间划定了清晰的界限，提高了应用程序的可维护性和重用性。

计算属性。除存储属性外，框架的类、结构体和枚举可以定义计算属性，计算属性不直接存储值，而是提供一个getter来获取值，一个可选的setter来间接设置其他属性或变量的值。

路由控制。在框架中，每个可能的状态都体现在URL上，并且由路由器负责管理这些状态。路由器下有一组路由，每个路由对应一个状态，也就是一个URL。应用启动，路由器负责显示模版，加载数据和设置应用状态，通过匹配当前的URL到定义的路由来完成工作。

3高效地学信息可视化

地学信息涉及的内容极为广泛，按照其数据表现形式可以分为图形、图像、标记及属性等多种数据信息，这些信息构成了对描述对象的完整表达，如何依据这些信息来实现关联对象的立体化、多层次及全方位展示与描述，成为地学信息可视化的一个重要本发明内容。从目前的技术水平及发展趋势来看，融合2D、3D、及属性为一体的协同化数据展示无疑是一个完美的解决方案，通过本发明，搭建了一个GIS平台，实现了地学信息的快速协同可视化。

结合地学信息的技术特点及web网络环境，本发明提出了多种切实有效的技术措施来解决相关的数据调度及快速显示等技术难题：

(1)基于多分辨率数据组织。地形和地表纹理数据在同一帧的场景下具有不同水平的细节层次，也就是所谓的多分辨率模型。这样不但能满足视觉效果，而且也减少了需要绘制的数据量。矢量数据根据比例尺大小和显示的范围，对其需要绘制的数据范围内进行水平分块和纵向分层，然后在若干个大小尺寸的一致的矩形范围内对其绘制并保存图片在缓存中，然后显示引擎对此图片集进行调度显示。这种显示方式避免了矢量数据不断进行实时绘制，从而提高绘制效率。对于模型数据在纵向方向对其建立LOD模型，根据显示比例尺调度不同的粗、精模型；在横向方向，把整体模型分解成若干个简单模型。显示引擎根据其是否位于视窗范围内，控制其是否显示。

(2)研制了基于浏览器环境的协同数据显示软件。该软件具有丰富的数据表达能力，能够实现图形、图像、及文字信息的协同显示表达，而且能够实现基于三维场景的图、表、标记等的多样化展示，此外还具备丰富的三维统计表达及专题图展示功能。这些功能实现了地学信息的全方位、立体化及多样性表达与展示，较传统GIS表现方式有了较大的进步。

3.1自适应协同可视化引擎设计

内核引擎是地学浏览器的灵魂，它向下与空间数据库进行交流，获取所需的空间信息，向上与众多功能模块进行衔接，根据其请求为其提供数据支持。内核包括框架模块和管理模块两个部分，其中框架模块负责整个系统的调度运行，管理模块辅助框架模块，对功能操作及其任务完成状态进行管理。

3.2累进式编码流式处理技术

基于网络的海量空间数据实时交互处理的关键之一是将客户端和服务器端之间的传输数据量控制在网络和客户端能够容纳的范围内，并能根据客户端和网络的性能状况进行自适应调节。流式三维数据的应用较传统流式媒体更加强调客户端的交互和控制能力，实时的交互响应速度和优良的场景绘制质量是衡量系统服务质量的重要指标，可以量化的重要评价指标有两条：

(1)客户端交互响应速度采用客户端场景的显示帧率来衡量，即每秒能够显示不同场景数量的能力，记为f(单位是帧/s)，帧率越高，质量越好。

(2)场景的逼真程度或者绘制质量反映了场景的显示效果，为了消除指标中包含的主观因素，可以采用如下量化指标来衡量显示效果：a)客户端场景显示窗口的分辨率，包括垂直 像素数量p和显示窗口的纵横比r，像素总数p2/r越多，质量越好；b)输出恒定的动态多分辨率简化算法中提出的远景界垂直像素误差n，反映了地平线的精确程度，n越小，质量越好；c)输出恒定的动态多分辨率简化算法中提出的采样步长s，反映了地形数据简化过程中采样的精细程度，s越小，质量越好；d)地形数据流式编码时系数矩阵的有效系数个数Nc，Nc越大，质量越好；e)流式三维地形数据解码时所采用的系数矩阵有效系数个数Nd，Nd越大，质量越好。

在大规模空间数据实时交互处理系统中，服务器、网络和客户端的性能都会影响整个系统的服务质量，应该通过统计这些系统性能，按照指定的服务质量控制原则对控制参数进行调整，以达到用户满意的服务质量。客户端的性能参数包括处理器性能Pclient-CPU和图形子系统性能Pclient-GRAPH，对于网络性能用一个综合指标“数据到达率”来衡量，数据到达率Pnet-DATA定义为指定时间内，向服务器请求的数据通过网络传输到达客户端的百分比。服务器的性能参数包括服务器处理器性能PserverCPU、综合资源负载Pserver-THREAD和服务器网络性能Pserver-NET，服务器网络性能由单位时间内服务器发送流式地形数据的总量来衡量。在系统资源有限的情况下，难以同时满足客户端服务质量评价指标交互实时程度和场景显示效果，对两个指标满足的优先顺序决定了两种服务质量控制策略：实时交互优先策略和场景质量优先策略。

(1)实时交互优先策略以客户端交互的响应速度优先，当系统性能Pclient-GRAPH低于用户期望的交互响应速度，或者数据到达率Pnet-DATA降低到阈值以下，或者Pclient-CPU高于阈值，系统将自动按照用户指定的顺序和阈值来逐步降低场景的绘制质量，使Pclient-GRAPH恢复到用户期望的帧率或者使Pclient-CPU和Pnet-DATA恢复到安全区，当交互响应速度达到后，系统又自动按照相反的顺序逐步提升场景的绘制质量。

(2)场景质量优先策略以客户端场景绘制的质量优先，当网络带宽不足，使得数据到达率Pnet-DATA降低到阈值以下，或者Pclient-GRAPH低于用户期望的交互响应速度，或者Pclient-CPU高于阈值，系统将自动降低交互响应的帧率，使Pnet-DATA恢复到阈值以上或者Pclient-GRAPH和Pclient-CPU恢复到安全区，当系统性能都恢复到安全区后，系统又自动逐步增加帧率，以使系统实现最高的服务质量。

服务器必须为尽量多的客户端提供尽量好的数据质量，虽然服务器的性能一般不会直接影响单个客户端的数据质量，但是服务器的资源是有限的。这样，数据质量优先还是客户端数量优先，就成为服务器调度策略的两个选择：

(1)客户端数量优先策略尽量让服务器能够保证期望的客户端数量，为更多的客户端提供服务，当表征服务器资源数量的服务器性能下降到一定阈值时，系统将自动按照指定的顺序和阈值来逐步降低场景的绘制质量，对于高出服务器设置要求的客户端请求，服务器将强制降低客户端请求中的场景绘制质量，以便将资源保留给其它更多的客户端。当服务器性能上升，并且客户端数量到达期望值时，系统将自动按照相反的顺序和阈值来逐步升高场景的绘制质量，以便为客户端提供更好的数据质量。

(2)数据质量优先的策略尽量保证客户端能够获得其所要求的场景绘制质量，当服务器性能下降到一定阈值时，系统将自动降低允许同时服务的客户端数量，以便将资源保留给实现更高的数据质量。而当服务器性能上升，如客户端选择了低质量的场景数据，系统可以升高允许同时服务的客户端数量，以便为更多的客户端提供服务。

流式空间数据处理继承了流式媒体的许多优点，除在流式编码和传输方面具有比传统三维GIS系统优越的特性(如可变码率传输)外，还有一些新特性是传统的非流式处理三维地形系统所不具备的。流式地形服务器可以将某个指定客户端交互漫游所生成的流式三维地形数据以广播的形式发送出去，这样每个接收端用户都能够同步接收到流式三维地形数据，在客户端准确高质量地显示出演示者的漫游内容。在交互进行三维地形漫游时，用户还可以将流式三维地形数据逐帧存放到本地文件中，以便将来脱离服务器也能在客户端或者其它机器上重放交互漫游的过程。由于流式地形数据文件是以帧为单位记录的，交互漫游记录的编辑可以像数字视频的编辑一样简单。在生成了流式地形数据文件后，流式地形服务器可以向客户端提供这些流式地形数据文件的广播和点播服务，类似流媒体服务器提供的视频广播和视频点播服务。在广播和点播服务中，客户端接收的流式地形数据虽然是事先录制的既定路线交互，也仍然可以采用客户端的服务质量控制策略来实现服务质量控制。

3.3网络环境下的空间数据快速可视化

空间数据在网络中渐进传输需遵循传输数据的精确性、确定性、单一性、可恢复性和可持续性。精确性指只传输符合当前精度要求的数据，如合适分辨率的金字塔层级的数据块；确定性指只传输有必要的数据，尽量减少不相关的数据；单一性即要求传输过的数据不可再传；可恢复性指传输前压缩的数据，传输后可以恢复过来；可持续性指要保证客户端用户感受到的数据浏览是持续稳定的。

当大量数据都存放在大容量存储介质磁盘阵列中时，预先对影像分块和建立金字塔能 一定程度上改善影像浏览显示的性能，但是如果每次浏览操作均需从硬盘读取的话，则还是很影响浏览需求的响应速度，为了能在最短时间内浏览到所需的影像数据，有必要采用缓存机制来调度管理数据。本发明采用了多线程多级缓存结构，实现了海量影像数据的快速可视化。

在设置了合适大小的缓存区后，无需每次都直接从硬盘中读取所需的数据，从而实现影像的快速浏览。由于存储的数据比较大，而用户大多数时候浏览的只是其中的一部分，这部分数据由客户端显示的分辨率和显示范围来决定。当用户浏览数据时，预先利用后台线程从服务器缓存中拷贝数据，如果缓存中没有再从磁盘文件中读取，这样，由于每幅影像数据都比较大，而每次需要的数据只是很小的一部分，且从内存中读取的速度比从硬盘直接读取要快很多，从而大大提高数据传输效率。在客户端浏览时，可以设置一个三级缓存机制，包括客户端屏幕影像块缓存、影像块缓存和GDAL块缓存。GDAL块缓存就是当读取的影像块，再为GDAL块缓存分配的内存中有的话，就可以直接从中读取；影像块缓存，指在当前的浏览窗口中的每一个像素对应的影像块都被放到了缓存区中，因此，其影像块的值可以直接读取；屏幕图像缓存，即是将当前的屏幕作为一张图片放到内存中，这样可以被用户重新利用。

对数据的传输和可视化采用了多线程开发技术，即在后台采用了多个线程负责与外部的进程进行交互，有的线程负责地图漫游、放大、缩小操作时地图数据的请求并根据请求回应控制地图的显示，有的线程用于向服务器发送数据预取请求并维护数据接收缓存区，并按一定的算法规则进行缓存区管理。

尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。

Claims (10)

1.一种中药资源地理国情监测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、在服务器中建立中药资源数据库，其中，所述中药资源库数据包括所监测地区中药的药材名称、药材属性、药材形态、产量和分布数据；

步骤二、在服务器中建立地理国情监测数据库，所述地理国情监测数据库包括基础地理数据、生态环境数据、遥感影像数据、中药分布数据和中药属性数据；以及，

步骤三、将步骤一中得到的所述中药资源数据库和步骤二中得到的所述地理国情监测数据库相整合关联，在服务器中建立中药资源地理国情监测数据库，以将中药资源与地理国情监测数据相关联，用于根据地理国情数据的变化管理、分析和预测中药资源的形态、产量和分布的变化。

2.如权利要求1所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，在所述步骤三之后还包括：

步骤四、在客户端设置一网页浏览器，所述客户端与所述服务器端通过网络连接，在所述客户端通过所述网页浏览器以三维可视化方式展示所述中药资源地理国情监测数据库。

3.如权利要求1所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，所述步骤三中，基于B/S架构建立所述中药资源地理国情监测数据库，且构建基于MVC思想的javascript前端框架。

4.如权利要求3所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，所述前端框架采用基于字符串的Handlebars模板。

5.如权利要求1所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，所述步骤一中，所述中药资源数据库为空间数据库，所述空间数据库包括空间元数据、数据组织信息和背景空间信息数据。

6.如权利要求5所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，所述空间元数据、数据组织信息和背景空间信息数据以数据表形成显示。

7.如权利要求5所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，所述空间数据库采用基于文档的空间数据组织形式存储数据。

8.如权利要求1所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，在所述步骤三之后还包括：

步骤五、建立多源异构数据管理模块，并将所述多源异构数据管理模块与所述中药资源地理国情监测数据库相关联，所述多远异构数据管理模块包括数据管理模块、查询检索模块和输出模块。

9.如权利要求8所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，所述数据管理模块包括数据入库单元、数据编辑单元、数据备份单元和数据还原单元，所述查询检索模块包括模糊查询单元、范围查询单元和混合查询单元，所述输出模块包括数据导出单元、制图输出单元和打印输出单元。

10.如权利要求8所述的中药资源地理国情监测方法，其特征在于，通过所述三维可视化方式展示的数据包括：可视化数据、电子标本数据和统计分析数据，所述可视化数据包括中药的二维视图、三维视图和超媒体集成图，所述电子标本数据包括中药的药材名称、药材属性和药材形态，所述统计分析数据包括中药产量统计数据、分布统计数据和中药所在地区生长是否适宜的适应性分析数据。