植物資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀及展望*

丁 霞 賈玉山*,柴 博

(1.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010018;2.內(nèi)蒙古師范大學(xué)計算機與信息技術(shù)學(xué)院,內(nèi)蒙古 呼和浩特 010010)

1 前言

植物資源相關(guān)數(shù)據(jù)、信息是科研人員智慧和勞動的結(jié)晶,是我國農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的寶貴戰(zhàn)略資源,隨著我國農(nóng)業(yè)自身的發(fā)展和外部環(huán)境條件的變化(特別是科學(xué)研究國際化、科技信息資源的快速增長和信息技術(shù)的迅猛發(fā)展),信息作為戰(zhàn)略資源的地位得到空前的提高,不論是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、科研、教學(xué),還是農(nóng)業(yè)宏觀和微觀管理,都越來越依賴于科技數(shù)據(jù)及信息的有效獲取和利用。

然而,隨著當(dāng)前研究技術(shù)和手段的快速發(fā)展,采用傳統(tǒng)的存儲、查詢方法和手段,對浩繁、龐雜的物種數(shù)據(jù)信息進(jìn)行管理,已經(jīng)無法滿足當(dāng)代快速管理、獲取信息的需要。此時,計算機技術(shù)和數(shù)據(jù)庫技術(shù)在植物資源領(lǐng)域的應(yīng)用,便為處理這些龐雜的數(shù)據(jù)、信息提供了先進(jìn)的手段。

目前,建立植物資源數(shù)據(jù)庫及信息系統(tǒng),已成為當(dāng)今農(nóng)業(yè)資源領(lǐng)域研究的熱點。

2 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)簡介

數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)是指在計算機系統(tǒng)中引用數(shù)據(jù)庫技術(shù)后的系統(tǒng)構(gòu)成,一般由數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)(及其開發(fā)工具)、應(yīng)用系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫管理員和用戶構(gòu)成 ?！?〕。

2.1 數(shù)據(jù)庫

數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫中存儲的基本對象,是描述事物的符號記錄,其可以是數(shù)字,也可以是文字、圖形、聲音、語言等,數(shù)據(jù)有多種表現(xiàn)形式,它們都可以經(jīng)過數(shù)字化后存入計算機〔2〕。

數(shù)據(jù)庫是長期存儲在計算機內(nèi)的、有組織的、可共享的數(shù)據(jù)的集合。數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)按一定的數(shù)據(jù)模型組織、描述和存儲,具有較小的冗余度,較高的數(shù)據(jù)獨立性和可擴充性,并為各種用戶共享?！?〕

2.2 數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)是為數(shù)據(jù)庫訪問提供服務(wù)的軟件,同時維護所有數(shù)據(jù)必需的特性。數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為支持應(yīng)用程序訪問和操作數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)提供下列服務(wù):事務(wù)處理、并發(fā)控制、恢復(fù)、安全、語言接口(包括數(shù)據(jù)定義語言DDL、數(shù)據(jù)操作語言DM L和數(shù)據(jù)控制語言DCL、容錯性、數(shù)據(jù)目錄(亦稱數(shù)據(jù)字典)和存儲管理等?！?〕

2.3 數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)

數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)是指系統(tǒng)開發(fā)人員利用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)資源開發(fā)出來的、面向某一類實際應(yīng)用的應(yīng)用軟件系統(tǒng)。它分為兩類:(1)管理信息系統(tǒng):所謂管理信息系統(tǒng)是一個由人、計算機及其他外圍設(shè)備等組成的能進(jìn)行信息收集、傳遞、存儲、加工、維護和使用的系統(tǒng)。(2)開發(fā)式信息服務(wù)系統(tǒng):這是面向外部、提供動態(tài)信息查詢功能,以滿足不同信息需求的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用系統(tǒng)?！?〕

3 植物資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在國內(nèi)外的研究概況

3.1 國內(nèi)研究概況

我國在植物資源數(shù)據(jù)庫的建設(shè)方面起步較晚,雖然有的研究單位于20世紀(jì)80年代利用微機建立了一些相關(guān)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng),但全面考慮建立信息系統(tǒng)還是在90年代生物多樣性項目開始之后〔6〕-〔8〕。

目前,國內(nèi)的主要應(yīng)用和新建的植物信息數(shù)據(jù)庫有:“中國農(nóng)作物種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫”(1987年,由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物品種資源研究所建庫)、“中國西南藥用植物資源數(shù)據(jù)庫”(中國科學(xué)院昆明植物研究所承擔(dān)建設(shè))、“中國經(jīng)濟植物資源數(shù)據(jù)庫”(1988年,由中國科學(xué)院植物研究所建庫)、“江蘇省農(nóng)業(yè)資源數(shù)據(jù)庫”(江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院建設(shè))等。

此外,一些科研單位、高等院校根據(jù)特定需求編制了若干專類植物數(shù)據(jù)庫和區(qū)域性植物數(shù)據(jù)庫,如:“甘肅省稀有瀕危植物數(shù)據(jù)庫”、“廣西木本觀賞植物數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)”、“內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)及荒漠植物花粉形態(tài)數(shù)據(jù)庫”、“新疆植物信息資源數(shù)據(jù)庫”、“青藏高原東南部天然農(nóng)業(yè)主要有毒有害植物數(shù)據(jù)庫”、“山西高等植物數(shù)據(jù)庫”、“貴州省植物園珍稀瀕危植物數(shù)據(jù)庫建立”、“湖南省園林植物數(shù)據(jù)庫”、“湖北后河國家自然保護區(qū)植物多樣性數(shù)據(jù)庫”、“湖北地區(qū)主要出口植物有害生物多媒體數(shù)據(jù)庫”等〔9〕-〔20〕。

3.2 國外研究概況

國外有關(guān)植物資源數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)多偏重于物種多樣性信息的數(shù)據(jù)庫建設(shè)。世界上發(fā)達(dá)國家在該領(lǐng)域起步較早。其中動用多位專家學(xué)者,耗資近千萬美元的美國植物數(shù)據(jù)庫工程“USDA”稱得上是現(xiàn)今世界上國家級植物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的典范〔21〕。其他一些植物物種信息系統(tǒng)諸如“TROPI0S”、“MUSE”、“BGCI的瀕危植物材料數(shù)據(jù)庫” 、“US National Plants Databaseand Projects(美國農(nóng)業(yè)部國家植物數(shù)據(jù)庫和規(guī)劃)”、“Invaders Database System(美國東北部外來植物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng))”、“Gymnosperm Database(德國裸子植物數(shù)據(jù)庫)”、“American Indian Ethno botany Database(美國印地安民族植物學(xué)數(shù)據(jù)庫)”、“Prairie Source Database(野花數(shù)據(jù)庫)”、“O rchid Database(蘭花數(shù)據(jù)庫)” 、“Palms Database(棕櫚數(shù)據(jù)庫)” 、“Medicinal and Poisonous Plant Databases(醫(yī)用植物和有毒植物數(shù)據(jù)庫)”等〔9,19〕,這些數(shù)據(jù)庫目前已經(jīng)在植物學(xué)及其農(nóng)業(yè)相關(guān)領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用,其中部分?jǐn)?shù)據(jù)庫 ,如“TROPl0S” 、“MUSE” 、“BGCI的瀕危植物材料數(shù)據(jù)庫”等,已經(jīng)實現(xiàn)了互聯(lián)網(wǎng)在線查詢功能,為植物信息資源共享、科研信息查詢等方面做出了極大的貢獻(xiàn)。

4 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)在植物學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用展望

4.1 植物資源Web數(shù)據(jù)庫的建立

隨著Internet和WWW迅速發(fā)展,WWW上的可用數(shù)據(jù)源迅速增長。因而人們將WWW的數(shù)據(jù)源集成為一個數(shù)據(jù)庫,稱為Web數(shù)據(jù)庫,使這些資源得以充分利用〔22〕。

隨著植物學(xué)研究領(lǐng)域的不斷發(fā)展,學(xué)科間的交叉變得越來越頻繁,單純學(xué)科方向的數(shù)據(jù)庫已經(jīng)不能滿足日益蓬勃發(fā)展的科研需求,且越來越多不同類型的植物資源信息隨著計算機技術(shù)、數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展,實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)共享,為此,開發(fā)植物資源Web數(shù)據(jù)庫所需要的信息集成系統(tǒng),整合網(wǎng)絡(luò)零售數(shù)據(jù)將成為必然。

4.2 開發(fā)建立傳感器數(shù)據(jù)庫

隨著微電子技術(shù)的發(fā)展,傳感器的應(yīng)用越來越廣泛。根據(jù)傳感器在一定的范圍內(nèi)發(fā)回的數(shù)據(jù),在一定的范圍內(nèi)收集有用的信息,并且將其發(fā)回到指揮中心。當(dāng)有多個傳感器在一定的范圍內(nèi)工作時,就組成了傳感器網(wǎng)絡(luò)。在傳感器網(wǎng)絡(luò)中,傳感器數(shù)據(jù)就是由傳感器中的信號處理函數(shù)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)。信號處理函數(shù)要對傳感器探測到的數(shù)據(jù)進(jìn)行度量和分類,并且將分類后的數(shù)據(jù)標(biāo)記時間戳,然后發(fā)送到服務(wù)器,再由服務(wù)器對其進(jìn)行處理〔23〕。

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展,傳感器網(wǎng)絡(luò)越來越多地應(yīng)用于對很多新應(yīng)用的監(jiān)測和監(jiān)控。而植物科學(xué)是一個動態(tài)的學(xué)科,研究觀察的對象往往隨著時間的改變而不斷變化。為此植物資源傳感器數(shù)據(jù)庫的建立,將為研究人員對研究對象進(jìn)行實時觀測、監(jiān)督檢測等提供可靠的信息來源。

4.3 植物資源智能數(shù)據(jù)庫的開發(fā)

將人工智能和數(shù)據(jù)庫技術(shù)相結(jié)合,開發(fā)各類智能數(shù)據(jù)庫和專家系統(tǒng),以成為數(shù)據(jù)庫技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。

利用某種成熟的技術(shù)和方法搜集、存儲并管理植物資源領(lǐng)域的大量信息,然后在這基礎(chǔ)上發(fā)現(xiàn)并獲取知識,再利用數(shù)據(jù)庫作為知識源,把邏輯學(xué)、統(tǒng)計學(xué)、機械學(xué)、模糊學(xué)、數(shù)據(jù)分析、可視化計算等學(xué)科成果綜合在一起,進(jìn)行從數(shù)據(jù)庫中發(fā)現(xiàn)知識的研究〔24〕。使植物資源數(shù)據(jù)庫不僅僅能任意查詢存放在庫中的數(shù)據(jù),而且上升到對庫中數(shù)據(jù)的整體特征的認(rèn)識,從而獲得一些與數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)相吻合的宏觀知識,進(jìn)一步提高了數(shù)據(jù)庫的使用價值與應(yīng)用層次。

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