一種基于自動化技術(shù)的植物鑒別泛在學(xué)習(xí)模式※

高理文 林小樺

（1廣州中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣州510006；2廣州中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，廣州510006）

一種基于自動化技術(shù)的植物鑒別泛在學(xué)習(xí)模式※

高理文1林小樺2*

（1廣州中醫(yī)藥大學(xué)醫(yī)學(xué)信息工程學(xué)院，廣州510006；2廣州中醫(yī)藥大學(xué)中藥學(xué)院，廣州510006）

植物的形態(tài)特征紛繁復(fù)雜，這些幾乎沒有規(guī)律可言而又繁多的特征讓常人難以記憶。要學(xué)習(xí)鑒別植物的種類，觀察實際植物非常重要。然而，鑒于師資力量、教學(xué)經(jīng)費(fèi)的有限性，當(dāng)前的植物分類的教學(xué)，均是以在教室中教師指導(dǎo)為主，野外帶教為補(bǔ)充。本文提出一種基于自動化技術(shù)的植物鑒別泛在學(xué)習(xí)模式，讓植物分類的學(xué)習(xí)突破時間地點的限制，讓人們在“想學(xué)就學(xué)”的氛圍下不斷提升植物鑒別能力。

植物鑒別；泛在學(xué)習(xí)模式；自動化技術(shù)

我國幅員遼闊，自然條件復(fù)雜，植物種類豐富，許多還具有藥用價值。據(jù)不完全統(tǒng)計，我國約有植物3萬多種［1］。在如此浩大植物種類的情況下，要準(zhǔn)確鑒別一種植物是何種植物，有何藥用特性，實非易事。由此而引發(fā)了一系列的問題：

1 存在問題

①長期以來，因藥用植物鑒別錯誤而誤食誤用草藥導(dǎo)致中毒的事件時有發(fā)生。相關(guān)的案例數(shù)不勝數(shù)。2005年底，廣東省韶關(guān)市曲江區(qū)某職業(yè)學(xué)院3名學(xué)生在登山途中，采集到一叢鮮嫩的“金銀花”（實為劇毒斷腸草）回宿舍泡水喝［2］。9名學(xué)生接連出現(xiàn)中毒癥狀，1人于當(dāng)晚死亡。倘若案例中的受害者，能較為方便地知道他們用的植物是某種有毒的植物，那么他們必然不會服用，悲劇就不會發(fā)生。②當(dāng)前，我國不少珍稀藥用植物瀕臨滅絕。如果廣大的人民群眾能較容易地認(rèn)識身邊的植物，知道其種類和價值，就能在一定程度上培養(yǎng)對植物的愛惜和保護(hù)意識，從而做到對己的自律和對他人的監(jiān)督。③雖然我國植物資源豐富，但是在如此浩大的植物寶庫中，有許多具有重大藥用價值的珍貴植物尚未被發(fā)掘［3］。研究藥用植物快速鑒別方法，加快調(diào)查研究植物資源，發(fā)掘珍稀藥用植物種類，對于我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)具有重要意義。④在植物的選育、引種、栽培，中草藥的采收加工，以及藥物研發(fā)等工作中，往往都需要專業(yè)人員先花費(fèi)較多的時間和精力進(jìn)行種類鑒別。

由此可見，植物分類能力，是大眾應(yīng)該具備的基本素質(zhì)。然而，植物種類繁多，每種植物的形態(tài)特征紛繁復(fù)雜。這些幾乎沒有規(guī)律可言而又繁多的特征讓常人難以記憶。結(jié)合實際植物進(jìn)行觀察學(xué)習(xí)必不可少。

然而，鑒于師資力量、教學(xué)經(jīng)費(fèi)的有限性，當(dāng)前的植物分類的教學(xué)，均是以在教室中教師指導(dǎo)為主，野外帶教為補(bǔ)充。從學(xué)生的角度而言，他要被動地在特定時間、地點和特定的人的指導(dǎo)下才能進(jìn)行有效的學(xué)習(xí)。

本文提出一種基于自動化技術(shù)的植物鑒別泛在學(xué)習(xí)模式。它突破了傳統(tǒng)的局限，讓植物分類機(jī)器人教師遍布于室內(nèi)、公園、路邊、河邊、深山乃至荒郊野外的每一個角落，讓植物分類的學(xué)習(xí)方式革命性地由被動轉(zhuǎn)為主動，讓人們在“想學(xué)就學(xué)”的氛圍下不斷提升植物鑒別能力。它必然與傳統(tǒng)學(xué)習(xí)模式相互促進(jìn)，相得益彰。

2 植物鑒別泛在學(xué)習(xí)模式的提出

“泛在”，即無處不在，無時不在的概念?！胺涸趯W(xué)習(xí)”，即隨時隨地進(jìn)行的學(xué)習(xí)。

具體而言，學(xué)生見到一種感興趣的植物時，便可掏出隨身攜帶的具有攝像功能的手機(jī)，現(xiàn)場通過無線網(wǎng)請教機(jī)器人教師；也可以用數(shù)碼相機(jī)拍攝下來，待回到計算機(jī)終端前再經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)請教；倘若沒帶任何電子設(shè)備，還可以在允許的前提下，摘下植物葉片，回去再用數(shù)碼相機(jī)拍攝或掃描儀掃描，并通過有線網(wǎng)絡(luò)請教。此外，學(xué)生間也可通過該平臺相互交流。

3 植物鑒別泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)的設(shè)計

基于自動化技術(shù)的植物泛在學(xué)習(xí)系統(tǒng)由手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、掃描儀以及聯(lián)網(wǎng)的計算機(jī)組成。采用手機(jī)拍攝的在枝葉片圖像，現(xiàn)場無線上傳；或者用數(shù)碼相機(jī)拍攝在枝葉片圖像，并通過有線網(wǎng)絡(luò)上傳；又或者把葉片摘下來，稍后用數(shù)碼相機(jī)拍攝或掃描儀掃描，并通過有線網(wǎng)絡(luò)上傳。系統(tǒng)在接受輸入后，會運(yùn)行在枝葉片圖像預(yù)處理模塊或已摘除葉片圖像預(yù)處理模塊，然后提取葉片的特征，再把這些特征送入自行研究設(shè)計的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。在系統(tǒng)啟用之初，需要對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，讓其充分學(xué)習(xí)。經(jīng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)分析之后，得到一個可能性從大到小排序的結(jié)果列表。若學(xué)生對結(jié)果列表滿意，并根據(jù)它迅速確定了最終的植物種類，則完成了整個識別過程。若學(xué)生希望得到更好的識別結(jié)果，可進(jìn)一步輸入其他特征。系統(tǒng)將會用模糊推理算法從結(jié)果列表中剔除不可能的種類，輸出修正后的結(jié)果列表。

4 結(jié)束語

泛在學(xué)習(xí)模式的引入，有望為植物的自主學(xué)習(xí)帶來新的發(fā)展。有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨立思考解決問題的能力。該系統(tǒng)平臺已部分實現(xiàn)，可支持“已摘除葉片”的圖像識別。對“在枝葉片”的圖像識別是當(dāng)前國內(nèi)外眾多學(xué)者努力攻關(guān)的關(guān)鍵問題。可望在不遠(yuǎn)的將來得以實現(xiàn)。

圖1 系統(tǒng)流程圖

［1］中國科學(xué)院中國植物志編輯委員會．中國植物志［M］．北京：科學(xué)出版社，2005．

［2］范士忠．?dāng)嗄c草殺人無形［J］．藥物與人，2008，4：36．

［3］楊春澍．藥用植物學(xué)［M］．上海：上?？茖W(xué)技術(shù)出版社，1997．

10.3969／j.issn.1672-2779.2013.09.039

1672-2779（2013）-09-0063-02

蘇 玲

2013-04-08）

廣東省教育科研“十一五”規(guī)劃研究項目［No：2009tjk082］；廣東省建設(shè)中醫(yī)藥強(qiáng)省科研課題［No：20111233］；廣州中醫(yī)藥大學(xué)教育研究課題［No：1055］

*通訊作者