劉方舟 楊 陽 李 萌 杜 昱 張一穎 王 靜 李園白

(中國中醫(yī)科學(xué)院中醫(yī)藥信息研究所 北京 100700)

1 引言

道地藥材是指來自特定產(chǎn)地、栽培規(guī)范、加工精細(xì)、貯藏合理、品質(zhì)卓越、療效顯著的中藥材，是傳統(tǒng)中醫(yī)藥行業(yè)評價(jià)藥材質(zhì)量的一項(xiàng)獨(dú)特判別標(biāo)準(zhǔn)，具有強(qiáng)烈的地域性[1]。然而藥材的道地產(chǎn)區(qū)在漫長的歷史形成與發(fā)展中并非一成不變，而是經(jīng)歷了逐步成熟的復(fù)雜演變過程，大部分道地藥材是存在產(chǎn)地變遷的[2]，探索藥材道地產(chǎn)區(qū)的遷移對中藥道地性研究至關(guān)重要[3]。各歷史時(shí)期特定區(qū)域的藥材分布與特點(diǎn)是道地藥材傳承研究的重要內(nèi)容，只有明確各歷史時(shí)期藥材產(chǎn)地的變遷才能更加深入認(rèn)識和理解道地藥材內(nèi)涵[4]。本草古籍是中醫(yī)藥學(xué)習(xí)本源，是中華民族智慧的結(jié)晶，匯載上古春秋至明清時(shí)期中醫(yī)藥學(xué)發(fā)展的輝煌成就。相關(guān)學(xué)者開展藥材產(chǎn)地本草考證研究時(shí)需人工進(jìn)行大量查找、閱讀工作，在利用傳統(tǒng)古文獻(xiàn)上存在很多不便。本研究通過構(gòu)建道地藥材產(chǎn)地沿革生態(tài)地圖共享數(shù)據(jù)庫，以動態(tài)專題地圖的形式展示藥材產(chǎn)區(qū)分布、生態(tài)因子、產(chǎn)區(qū)時(shí)空演變特征，總結(jié)并呈現(xiàn)藥材道地產(chǎn)區(qū)的歷史沿革，為道地藥材產(chǎn)地研究提供借鑒。

2 資料來源

2.1 產(chǎn)地生態(tài)因子數(shù)據(jù)

來源于第4次全國中藥資源普查數(shù)據(jù)，字段包括生態(tài)系統(tǒng)類型、居群面積、栽培面積、土壤容量、根際細(xì)菌優(yōu)勢種、真菌總數(shù)、根際真菌優(yōu)勢種、植被類型、酸堿度、有機(jī)碳含量、土壤質(zhì)地分類、土壤的陽離子交換能力、土壤有效水含量等級、粘土量、含沙量、土壤類型、等溫性、季節(jié)降水量變異系數(shù)、年均溫變化范圍、年均降水量、年平均氣溫、晝夜溫差月均值、鎘、銅、鋅、鉻、鎳、總砷、總汞、總鉛、全氮、總碳、土壤微生物碳、土壤微生物氮、全磷、全鉀、全硒、全鈣、全鎂、全鈉、堿解氮含量、有效磷、有效鋅、有效錳、有效鐵、有效銅、有效硼、有效鉬、有機(jī)質(zhì)、速效鉀、緩效鉀、檸檬酸。

2.2 古代產(chǎn)地?cái)?shù)據(jù)

道地藥材歷代產(chǎn)地本草考證共涉及秦朝、漢朝、南北朝、唐朝、宋朝、明朝相關(guān)古籍10 本，包括《神農(nóng)本草經(jīng)》、《名醫(yī)別錄》、《本草經(jīng)集注》、《千金翼方藥出州土》、《新修本草》、《本草圖經(jīng)》、《本草品匯精要》、《本草原始》、《本草綱目》、《本草述》以及民國書籍《藥物出產(chǎn)辨》。

2.3 各朝代歷史地圖及地貌信息

由中國地圖出版社提供自夏朝至民國多個(gè)朝代的歷史圖，包括中國歷史上自夏朝至民國等多個(gè)朝代的疆域、地名、河流、山脈、地形地貌等地理要素。

3 數(shù)據(jù)庫構(gòu)建

3.1 系統(tǒng)架構(gòu)

基于地理信息系統(tǒng)(Geographic Information System, GIS)平臺，采用瀏覽器/服務(wù)器(Browser/Server, B/S)服務(wù)模式，實(shí)現(xiàn)中藥材歷史分布顯示查詢、基于生態(tài)因子的管理查詢展示，與中藥材庫數(shù)據(jù)進(jìn)行接口對接，總體上分3層。一是數(shù)據(jù)層，為展示平臺提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，包括時(shí)空地名、朝代、生態(tài)因子、空間圖層、藥材數(shù)據(jù)。二是GIS平臺層，提供GIS基礎(chǔ)功能，具體包括圖層管理、瀏覽、放大縮小、拉框放大、鷹眼、測量等功能，為中藥材展現(xiàn)、查詢提供GIS服務(wù)。三是平臺展現(xiàn)層，基于GIS服務(wù)實(shí)現(xiàn)歷史地圖藥材展示、時(shí)空演變展示、藥材定位、藥材可視化展示、生態(tài)因子地圖展示、生態(tài)因子關(guān)聯(lián)查詢、位置匹配、藥材接口等功能，見圖1。

圖1 道地藥材產(chǎn)地沿革生態(tài)地圖系統(tǒng)架構(gòu)

3.2 運(yùn)行環(huán)境

以Tomcat 8作為系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)器。應(yīng)用前端主要采用JQuery與Bootstrap的組合，與后臺數(shù)據(jù)傳輸采用Json格式，針對需要靜態(tài)化的頁面采用FreeMarker，其他情況使用Jstl。應(yīng)用后端使用SpringMvc框架，按照Action、Service、Dao 3層體系設(shè)計(jì)應(yīng)用，對Service做數(shù)據(jù)庫事務(wù)處理，使用MyBatis與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)存儲采用MySql 數(shù)據(jù)庫。

3.3 功能模塊

3.3.1 歷史地圖 展示中國歷史上夏朝、商朝、西周、春秋、戰(zhàn)國、秦朝、西漢、東漢、三國、西晉、東晉十六國、南北朝、隋朝、唐朝、五國十代、遼北宋、金南宋、元朝、明朝、清朝、民國各歷史時(shí)期的疆域、地名、河流、山脈、地形地貌等地理要素。

3.3.2 生態(tài)地圖 在基礎(chǔ)地理要素基礎(chǔ)上疊加重要生態(tài)因子、藥材POI信息，形成藥材生態(tài)專題地圖，選擇溫度、降水量、土壤、氣候、水系、干濕區(qū)6個(gè)重要生態(tài)因子，每個(gè)生態(tài)因子單獨(dú)使用一張底圖用于疊加。

3.3.3 時(shí)空地名數(shù)據(jù)庫 建立歷史地名和現(xiàn)代地名的對應(yīng)關(guān)系，實(shí)現(xiàn)地名數(shù)據(jù)的統(tǒng)一管理。數(shù)據(jù)庫內(nèi)容包括自夏朝至民國等多個(gè)朝代及現(xiàn)代地名數(shù)據(jù)及其對應(yīng)關(guān)系，用于查詢定位、符號配置和地圖顯示。

3.3.4 藥材信息查詢和定位 通過關(guān)鍵字、藥材類別和藥材產(chǎn)地列表查詢實(shí)現(xiàn)藥材信息查詢，在地圖上準(zhǔn)確定位，根據(jù)藥材產(chǎn)量確定藥材符號數(shù)量，以地圖符號形式展示藥材產(chǎn)地位置，對藥材產(chǎn)地行政區(qū)劃單元分級顯示。

3.3.5 藥材產(chǎn)地時(shí)空演變 通過時(shí)間軸方式展示不同歷史時(shí)期全國或放大區(qū)域的一種或多種藥材的產(chǎn)地分布，支持手動和自動兩種切換時(shí)間軸方式，可同時(shí)展示不同時(shí)期藥材分布對比情況。

3.3.6 藥材生態(tài)因子可視化顯示 在地圖上通過點(diǎn)、線、面等多種專題地圖符號對一個(gè)或多個(gè)生態(tài)因子信息(如降水量、溫度等)進(jìn)行動態(tài)展示，同時(shí)在網(wǎng)頁上以文字或表格形式展示所有或部分生態(tài)因子信息。

3.3.7 位置匹配 根據(jù)藥材數(shù)據(jù)庫的藥材產(chǎn)地經(jīng)緯度坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)藥材數(shù)據(jù)與地理底圖相匹配，展示不同歷史時(shí)期藥材產(chǎn)地定位信息。

4 應(yīng)用展示

4.1 概述

以現(xiàn)代中國行政區(qū)劃地圖、自夏朝至民國多個(gè)朝代歷史圖、中國生態(tài)地圖為基礎(chǔ)，結(jié)合不同時(shí)期藥材本草考證專題數(shù)據(jù)及生態(tài)因子數(shù)據(jù)，完成道地藥材產(chǎn)地沿革生態(tài)地圖共享數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)開發(fā)，數(shù)據(jù)庫主要包括歷史地圖、生態(tài)地圖、時(shí)空地名數(shù)據(jù)庫3大模塊。

4.2 歷史地圖

切片按照比例尺分為6級，內(nèi)容主要包括不同行政等級行政區(qū)或疆域、地名、河流、山脈、地形地貌等地理要素，時(shí)間上包括21個(gè)朝代。具體功能：一是基本功能，手動或自動切換不同朝代歷史地圖，展示該朝代歷史藥材分布情況。二是地圖基礎(chǔ)操作，瀏覽、放大縮小、拉框放大、鷹眼、圖例、測量等。三是藥材查找定位，根據(jù)藥材名稱或歷史朝代在地圖上定位藥材產(chǎn)地，藥材圖標(biāo)高亮顯示。同一點(diǎn)可能存在多條藥材信息，通過藥材圖標(biāo)疏密程度展示藥材數(shù)量信息。四是藥材信息展示，點(diǎn)擊地圖中藥材可以顯示藥材詳細(xì)信息，如藥材別名、朝代名稱、詳情鏈接、古代品種名稱、相關(guān)文獻(xiàn)、對應(yīng)現(xiàn)代地名、古籍文字描述等，包括文字、圖片信息。歷史地圖模塊，見圖2。

4.3 生態(tài)地圖

該數(shù)據(jù)中包括大量生態(tài)因子類型，根據(jù)已有地圖資料，展示氣溫、降水、中國土壤區(qū)劃、氣候、水系、干濕區(qū)6個(gè)生態(tài)因子，與不同級別行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、地名數(shù)據(jù)相疊加，地圖切片分級數(shù)按照比例尺分為6級。生態(tài)因子地圖藥材展示，結(jié)合藥材主要生態(tài)因子展示各地區(qū)生態(tài)因子、藥材分布圖，實(shí)現(xiàn)不同生態(tài)地圖切換，可按照藥材、地名進(jìn)行條件查詢。具體生態(tài)地圖列表包括：中國1月、4月、7月、10月平均氣溫及全年降水量、冬季降水量、夏季降水量、中國土壤區(qū)劃、氣候分布、水系分布和干濕區(qū)分布。生態(tài)地圖模塊，見圖3。

4.4 時(shí)空地名數(shù)據(jù)庫

按照不同行政區(qū)劃級別，根據(jù)古今地名定位點(diǎn)相對距離分別確定古代地名與現(xiàn)代地名的對應(yīng)關(guān)系，建立時(shí)空地名數(shù)據(jù)庫，通過關(guān)聯(lián)產(chǎn)地字段，實(shí)現(xiàn)道地藥材產(chǎn)地的準(zhǔn)確定位。以北宋為例，分別從路(道)、府(州、軍司駐所)、縣3個(gè)行政等級進(jìn)行古今地名對應(yīng)。

圖2 道地藥材產(chǎn)地沿革生態(tài)地圖共享數(shù)據(jù)庫-歷史地圖模塊

圖3 道地藥材產(chǎn)地沿革生態(tài)地圖共享數(shù)據(jù)庫-生態(tài)地圖模塊

5 討論

5.1 道地藥材產(chǎn)地沿革研究的重要意義

道地藥材是傳統(tǒng)中醫(yī)藥的精髓[5]。作為優(yōu)秀中華民族文化傳承的重要載體與源泉，在漫長的歷史變遷中，大部分藥材道地產(chǎn)區(qū)存在遷移的現(xiàn)象，其形成受到諸多因素影響[6]。故在開展藥材道地性研究時(shí)應(yīng)對相關(guān)歷史產(chǎn)地變遷進(jìn)行深入探索，明確不同歷史時(shí)期、不同產(chǎn)區(qū)的變遷沿革[7]，以便更加全面、深入地開展道地藥材研究。我國中藥資源普查自唐朝編纂《新修本草》[8]時(shí)期就已開始，政府組織藥材普查整理。宋代編著《圖經(jīng)本草》[9]時(shí)期再次開展全國范圍的藥材資源調(diào)查，建國后又相繼開展4次資源普查，從中調(diào)研藥材道地產(chǎn)區(qū)的變遷、發(fā)現(xiàn)新的中藥優(yōu)質(zhì)分布地域[10]。

5.2 共享數(shù)據(jù)庫研發(fā)價(jià)值

本研究建立道地藥材產(chǎn)地沿革生態(tài)地圖共享數(shù)據(jù)庫，采用古代醫(yī)書本草考證方式獲取數(shù)據(jù)資料，以夏朝至民國多個(gè)朝代的歷史圖、中國生態(tài)地圖為基礎(chǔ)，藥材產(chǎn)地生態(tài)因子數(shù)據(jù)來源于第4次全國中藥資源普查數(shù)據(jù)，為不同朝代道地藥材產(chǎn)地變遷、地域生態(tài)環(huán)境特色分析提供可靠的數(shù)據(jù)支持，提供專業(yè)、系統(tǒng)、共享的數(shù)字化資源。不僅具有藥材產(chǎn)地生態(tài)、本草古籍采集數(shù)據(jù)，還包含大量動態(tài)地圖圖片和虛擬環(huán)物等，均可通過數(shù)據(jù)接口與其他異構(gòu)數(shù)據(jù)庫實(shí)現(xiàn)資源共享。構(gòu)建采用先進(jìn)的信息化技術(shù)與手段，為用戶提供直觀的查詢體驗(yàn)，既為本草古籍資源本身的再研究、再利用提供各種可能，又為中藥材產(chǎn)地生態(tài)環(huán)境相關(guān)研究做出貢獻(xiàn)。數(shù)據(jù)庫構(gòu)建順應(yīng)我國信息化時(shí)代的發(fā)展要求，改變傳統(tǒng)中藥資源產(chǎn)地沿革資料存儲和查詢模式，為中藥資源道地產(chǎn)區(qū)考證、地域特色分析等相關(guān)研究提供可靠的數(shù)據(jù)支持與可視化展示。古代地圖模塊可以根據(jù)朝代和藥材名稱查詢展示該味藥材在選中朝代疆域范圍內(nèi)的產(chǎn)地分布情況、輪播不同歷史朝代藥材產(chǎn)地變化，還可以顯示不同區(qū)域的溫度與降水量等生態(tài)信息。

6 結(jié)語

目前數(shù)據(jù)庫收錄71味常用中藥的產(chǎn)地沿革與生態(tài)因子信息，今后可不斷增加更多藥材相關(guān)信息入庫。隨著時(shí)間的推移、查詢需求的不斷變化及領(lǐng)

域相關(guān)知識的不斷更新，本系統(tǒng)不僅可以快速進(jìn)行數(shù)據(jù)擴(kuò)充，同時(shí)還可以在目前架構(gòu)基礎(chǔ)上優(yōu)化升級系統(tǒng)功能或開發(fā)新的功能，例如數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)挖掘、知識地圖視頻、展示與分析等，以保證數(shù)據(jù)庫信息資源的使用價(jià)值和平臺功能的合理性，從而為開展道地藥材相關(guān)研究提供有力工具，為總結(jié)中藥資源產(chǎn)地沿革與地域生態(tài)因子的可視化展示提供可靠的信息保障與技術(shù)支持。