基于位置的園林植物科普云平臺(tái)的構(gòu)建

黎 欣 ，高鳳君 *，鄭馬奮 ，鄭珊珊 ，蘇梓維 ，吳杰坤

（廣東輕工職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 廣州510300）

十九大提出“到本世紀(jì)中葉全面建成富強(qiáng)民主文明和諧美麗的社會(huì)主義現(xiàn)代化強(qiáng)國(guó)”的新目標(biāo)，可見生態(tài)文明建設(shè)已被擺在我國(guó)發(fā)展全局的關(guān)鍵位置。環(huán)境教育是建設(shè)生態(tài)文明的必然舉措，植物科普已經(jīng)成為我國(guó)政府進(jìn)行環(huán)境教育樹立群眾生態(tài)環(huán)保意識(shí)的重要途徑，也是我國(guó)實(shí)施“科教興國(guó)”戰(zhàn)略的具體措施之一。因此，植物科普教育關(guān)系到我國(guó)社會(huì)主義建設(shè)新目標(biāo)能否順利實(shí)現(xiàn)，具有深遠(yuǎn)意義。

1 我國(guó)園林植物科普教育的發(fā)展

我國(guó)的園林植物科普教育起步較晚，早期的起步階段在20世紀(jì)五六十年代——八十年，這個(gè)階段，隨著植物園的建設(shè)，傳統(tǒng)的科普工作也逐步開展起來，主要是傳播植物學(xué)和園藝學(xué)知識(shí)，向人們介紹植物界的珍、奇、美、異［1］。植物園是一個(gè)涵蓋多種社會(huì)科學(xué)與自然科學(xué)的綜合體，收集栽培多樣化的植物為基本特征，具有物種保育、科學(xué)研究、科普教育、教學(xué)實(shí)習(xí)和旅游等功能［2］。植物園可以說是以植物知識(shí)為主題的“露天科普館”，具有豐富多彩的植物資源、珍奇花草、特色景觀、優(yōu)美的自然環(huán)境，對(duì)于廣大公眾具有強(qiáng)大吸引力，是開展環(huán)境教育的理想之地［3］。長(zhǎng)期以來園林植物科學(xué)普及工作依賴于人工解說、標(biāo)牌展示、實(shí)物展示與圖解等手段。存在明顯的信息滯后、互動(dòng)性不強(qiáng)、群眾參與度低等缺陷，造成科普效果不好、受眾熱情度低等問題。隨著時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)環(huán)境問題、環(huán)保問題、教育問題等有了新的認(rèn)識(shí)，傳統(tǒng)的此類園林科普教育形式和活動(dòng)內(nèi)容，已經(jīng)不能滿足人們?nèi)找嬖鰸q的物質(zhì)和文化的需求，傳統(tǒng)的宣傳方式如報(bào)紙、書籍、廣播等媒體形式已經(jīng)不適應(yīng)新時(shí)代的發(fā)展［4］。

隨著IT技術(shù)的發(fā)展，特別是GIS技術(shù)與移動(dòng)互網(wǎng)聯(lián)的結(jié)合，植物科普的手段和形式越來越豐富。網(wǎng)路技術(shù)的發(fā)展為當(dāng)代的科學(xué)傳播提供了豐富的傳播形式，網(wǎng)絡(luò)科普網(wǎng)站、科普知識(shí)類博客、科普手機(jī)APP等［5］。網(wǎng)絡(luò)科普形式滿足了受眾群體想要便捷、快速的獲取知識(shí)的需求，同時(shí)也為植物科普提供了高效的教育學(xué)習(xí)途徑。但網(wǎng)絡(luò)信息魚龍混雜，信息的專業(yè)化程度不高，非專業(yè)人員難以作出準(zhǔn)確的選擇。中國(guó)植物志APP是《中國(guó)植物志》的全文數(shù)字化整理，信息來源專業(yè)可靠，是傳統(tǒng)紙媒的創(chuàng)新之舉，但只能靠輸入植物名稱的方式獲得植物信息，圖像多為黑白手繪，無法滿足非專業(yè)人員的學(xué)習(xí)需求。也不能滿足高校園林、園藝、林學(xué)等相關(guān)專業(yè)學(xué)生進(jìn)行專業(yè)學(xué)習(xí)和實(shí)踐演練的需求。

因此，迫切需要針對(duì)不同受眾群體研發(fā)服務(wù)于大眾科普和高校師生的植物科普系統(tǒng)。

2 基于位置的園林植物科普云平臺(tái)構(gòu)建的目的及意義

近年來，很多高校利用校園內(nèi)豐富的植物資源，開發(fā)建立了植物科普系統(tǒng)：北京林業(yè)大學(xué)開發(fā)了“校園植物檢索系統(tǒng)”開展校園植物科普教育［6］；西北農(nóng)林科技大學(xué)建立了數(shù)字化植物園網(wǎng)站［7］；華中科技大學(xué)通過新媒體進(jìn)行校園植物科普教育［5］；重慶大學(xué)設(shè)計(jì)了《基于智能手機(jī)的植物科普系統(tǒng)》［8］。這些軟件平臺(tái)除了滿足植物科普需求還可用于園林相關(guān)專業(yè)的教學(xué)工作，但由于都是以本校的植物資源為數(shù)據(jù)源，具有較強(qiáng)的地域局限性，更不適合推廣應(yīng)用到南方地區(qū)。因此，開發(fā)一款適合華南地區(qū)的園林植物科普教育APP尤為必要。

本項(xiàng)目旨在通過智能手機(jī)平臺(tái)設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)植物科普應(yīng)用APP—基于位置的園林植物科普云平臺(tái)。該款A(yù)PP可用于公眾的植物科普教育，還可滿足開設(shè)有園林、林學(xué)等相關(guān)專業(yè)的高校進(jìn)行教師教學(xué)和學(xué)生實(shí)踐。該應(yīng)用以華南植物園內(nèi)的數(shù)萬種植物為資源庫(kù)為樣本數(shù)據(jù)庫(kù)，充分發(fā)揮華南植物園科學(xué)研究、園林教學(xué)、科普教育、休閑旅游的功能?？蔀楣娞峁┫冗M(jìn)的植物科普手段，為高校專業(yè)教師提供信息化的教學(xué)手段，為學(xué)生提供真實(shí)的專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)，具有深遠(yuǎn)的現(xiàn)實(shí)意義。

3 基于位置的園林植物科普云平臺(tái)構(gòu)建過程

3.1 平臺(tái)用途

園林植物科普云平臺(tái)軟件是一款基于位置的園林植物辨識(shí)軟件。該平臺(tái)可用于公眾植物科普教育和高校專業(yè)教學(xué)與實(shí)踐。使用者通過智能移動(dòng)設(shè)備對(duì)植物科學(xué)知識(shí)進(jìn)行了解和學(xué)習(xí)；高校教師可用于園林植物及相關(guān)課程的教學(xué)工作；學(xué)生獲取管理權(quán)限后，可對(duì)植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行更新，教師對(duì)新增數(shù)據(jù)信息進(jìn)行評(píng)判和管理，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐平臺(tái)的功能。該平臺(tái)服務(wù)于公眾和高校師生，將大大提高公眾科學(xué)素質(zhì)和高校教學(xué)效果。

3.2 技術(shù)思路

該平臺(tái)組成包括移動(dòng)APP（移動(dòng)端）、PC網(wǎng)頁管理平臺(tái)（服務(wù)端）、植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)三部分。移動(dòng)APP主要實(shí)現(xiàn)植物定位、獲取和瀏覽科普信息功能；PC網(wǎng)頁管理平臺(tái)主要實(shí)現(xiàn)用戶信息管理和植物信息管理；植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)植物信息進(jìn)行存儲(chǔ)。其技術(shù)路線如下：

圖1 技術(shù)路線圖

3.3 功能開發(fā)過程

3.3.1 PC網(wǎng)頁管理平臺(tái)功能開發(fā)

網(wǎng)頁平臺(tái)基于 C#5.0進(jìn)行開發(fā)，包括“用戶管理”、“我的賬號(hào)”、“植物管理”三項(xiàng)功能。通過“用戶管理”功能可對(duì)管理平臺(tái)的用戶及權(quán)限進(jìn)行授權(quán)，被授權(quán)后的用戶可對(duì)植物數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行修改和維護(hù)，登陸后可在“我的賬號(hào)”模塊進(jìn)行用戶資料和登錄密碼的修改。通過該功能高校教師可對(duì)高校學(xué)生開放權(quán)限，學(xué)生利用本平臺(tái)進(jìn)行植物資源數(shù)據(jù)信息的修改和維護(hù)，教師審核后進(jìn)行管理，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生專業(yè)實(shí)踐的功能。

圖2 PC網(wǎng)頁管理平臺(tái)登錄界

“植物管理”功能包括“新增植物”、“植物列表”、“附近植物”三個(gè)子菜單，包含了查詢、增加、修改、刪除功能。查詢功能可以查詢到所有錄入的植物信息和搜索到所需要的植物信息，增加功能通過植物登記模塊添加新的植物坐標(biāo)和屬性信息，修改功能通過植物信息模塊修改已錄入的植物信息，刪除功能刪除不存在或失效的植物信息。

圖3 用戶管理界面

圖4 植物管理界面

為了滿足遠(yuǎn)程訪問的需求，還開發(fā)了網(wǎng)頁版的模擬定位功能“附近植物”模塊，“附近植物”模塊的開發(fā)完成實(shí)現(xiàn)了即使使用者不在現(xiàn)場(chǎng)也可以模擬定位到所需要的位置，定點(diǎn)后可以查詢到周圍植物的信息。

3.3.2 移動(dòng)APP功能開發(fā)

移動(dòng)APP要實(shí)現(xiàn)植物定位和科普信息瀏覽功能，使用者通過手機(jī)GPS定位功能獲取位置信息，該植物信息以小圖標(biāo)的形式自動(dòng)刷新顯示，使用者通過點(diǎn)擊植物圖標(biāo)獲取該植物的基本科普信息，通過點(diǎn)擊“詳細(xì)信息”可進(jìn)行深入的專業(yè)學(xué)習(xí)。通過模擬定位功能，使用者即便不在數(shù)據(jù)庫(kù)所在區(qū)域也可虛擬定位到相關(guān)區(qū)域進(jìn)行瀏覽查看植物信息。

移動(dòng)端使用Android4.2（Froyo）基于 Java 1.7版本進(jìn)行開發(fā)，采用百度地圖定位。安卓客戶端開發(fā)通過下載百度地圖移動(dòng)版API(Android)開發(fā)包——申請(qǐng)API Key——?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)Android工程——在布局文件中添加地圖控件(res/layout/main.xml)——?jiǎng)?chuàng)建Activity繼承com.baidu.mapapi.Map——在Android Manifest.xml中配置。通過以上工作完成百度地圖的基本配置。通過獲取手機(jī)的GPS定位信息然后在地圖顯示當(dāng)前的位置實(shí)現(xiàn)定位功能。接下來創(chuàng)建的是相關(guān)活動(dòng)事件，通過數(shù)據(jù)庫(kù)獲取植物信息和百度坐標(biāo)信息，以植物的百度坐標(biāo)為基準(zhǔn)在地圖上定位，并將讀取的植物信息輸入，當(dāng)點(diǎn)擊該植物的圖標(biāo)時(shí)就會(huì)顯示植物的名稱和拉丁名的基本信息。

圖5 新增植物信息界面

圖6 模擬定位功能界面

圖7 移動(dòng)端APP主界面

圖8 植物科普基本信息圖

9 植物科普詳細(xì)信息

3.3.3 植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)的構(gòu)建

植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)采用Microsoft SQL Server 2008實(shí)現(xiàn)對(duì)植物信息數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，按照植物科普信息設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)。植物科普信息一般包含植物名稱、拉丁名、別名、科屬種信息、形態(tài)特征、樹牌編號(hào)、樹齡、瀕危等級(jí)、經(jīng)緯度坐標(biāo)、分布、小知識(shí)和植物用途等。與PC網(wǎng)頁管理平臺(tái)中植物登記頁面的信息一一對(duì)應(yīng)，通過植物唯一的ID號(hào)與數(shù)據(jù)庫(kù)相連，PC網(wǎng)頁管理平臺(tái)中新增的植物信息記錄直接存儲(chǔ)到植物資源數(shù)據(jù)庫(kù)中。

4 基于位置的園林植物科普云平臺(tái)特點(diǎn)

4.1 植物資源豐富

本項(xiàng)目主要以中國(guó)科學(xué)園華南植物研究所華南植物園內(nèi)的植物為研究對(duì)象，植物園占地面積333公頃，建于1929年，是我國(guó)歷史最久、種類最多、面積最大的南亞熱帶植物園?，F(xiàn)與世界80多個(gè)國(guó)家和地區(qū)的200多個(gè)植物園建立有學(xué)術(shù)及種苗交換關(guān)系，引種有國(guó)內(nèi)外熱帶、亞熱帶植物11000多種，被譽(yù)為永不落幕的“萬國(guó)奇樹博覽會(huì)”，有“中國(guó)南方綠寶石”之稱。該數(shù)據(jù)源是鮮有的專業(yè)的植物科普軟件數(shù)據(jù)源。

4.2 基于位置的定位服務(wù)（LBS）及科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹参镔Y源數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)位置與植物知識(shí)互查，直觀瀏覽、定位精準(zhǔn)

該項(xiàng)目通過智能手機(jī)實(shí)時(shí)獲取植物的定位信息，植物信息與GIS（地理信息系統(tǒng)）結(jié)合，用戶可獲取華南植物園內(nèi)各種植物的確切位置，定位精準(zhǔn)；將各類植物位置直觀的展現(xiàn)在地圖上，更加快捷的引導(dǎo)游客觀賞植物；同時(shí)，可通過位置關(guān)聯(lián)的屬性信息查看各種植物的專業(yè)知識(shí)介紹，獲取科普知識(shí)。該數(shù)據(jù)庫(kù)的植物知識(shí)來源于專業(yè)的植物書籍，科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)。

4.3 針對(duì)不同層次受眾群體的不同需求設(shè)計(jì)科普內(nèi)容

植物信息設(shè)置上分成基本信息和詳細(xì)信息兩個(gè)層次，由淺入深?；拘畔⒅伙@示植物名稱、拉丁名等基本信息，滿足非專業(yè)人員即時(shí)便捷的科普需求。詳細(xì)信息包含了植物等級(jí)、瀕危等級(jí)、形態(tài)特征、趣味知識(shí)、園林應(yīng)用及其他用途等多種信息，滿足專業(yè)人士及有學(xué)習(xí)需求的受眾群體進(jìn)行深度學(xué)習(xí)探索。

4.4 基于智能手機(jī)平臺(tái)，可用于園林教學(xué)和科研的植物科普軟件

本項(xiàng)目集智能手機(jī)特有的移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、全球定位系統(tǒng)和手機(jī)攝像等技術(shù)于一體，可用于大眾科普教育外，還可用于園林及相關(guān)專業(yè)的科研、教學(xué)與學(xué)生實(shí)踐。傳統(tǒng)的園林植物識(shí)別實(shí)踐課需要任課教師帶領(lǐng)學(xué)生實(shí)地游園認(rèn)識(shí)各類植物，這種方式容易受到天氣因素的影響，另外因?yàn)闀r(shí)間有限，學(xué)生不可能記憶和掌握全部?jī)?nèi)容，學(xué)習(xí)效果并不好。該平臺(tái)為教師提供了先進(jìn)的信息化教學(xué)手段；學(xué)生可隨時(shí)隨地自主學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)，提高了教學(xué)效果和學(xué)習(xí)效果。學(xué)生通過獲取管理權(quán)限，可對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行維護(hù)，通過這樣的交互過程可對(duì)所學(xué)習(xí)到的專業(yè)知識(shí)進(jìn)行實(shí)踐，提升自身的實(shí)踐能力。

4.5 形式新穎，提高科普及學(xué)習(xí)效果

在程序設(shè)計(jì)上以生動(dòng)的形式突出了科學(xué)傳播的吸引力，通過豐富的精美圖片、靈活的動(dòng)畫形式、探索性的引導(dǎo)步驟、觸控式的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，使科學(xué)知識(shí)的信息傳輸比傳統(tǒng)的專業(yè)教材和科普形式更高效。

4.6 模擬定位功能突破了場(chǎng)地限制

模擬定位功能可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程定位瀏覽，即便不在華南植物園課可以通過虛擬定位到華南植物園，瀏覽華南植物園豐富的植物信息。突破了場(chǎng)地限制，滿足了公眾即時(shí)的科普需求，也突破了高校教學(xué)的場(chǎng)地限制，為學(xué)生提供了更加豐富的學(xué)習(xí)資源。

5 小結(jié)

本平臺(tái)的構(gòu)建是對(duì)華南地區(qū)植物科普教育形式的創(chuàng)新，希望在一定程度上提升植物科普教育水平和效果。該平臺(tái)也為開設(shè)了相關(guān)專業(yè)的高校師生提供了先進(jìn)的信息化教學(xué)手段和實(shí)踐平臺(tái)，可提升了高校教師教學(xué)效果和學(xué)生的學(xué)習(xí) 效率。因水平有限，在某些方面還需不斷改進(jìn)和完善。