基于GIS數(shù)據(jù)采集技術(shù)的校園植物數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)

宋一凡 何龍 張?zhí)└?/p>

摘 要：國(guó)內(nèi)大學(xué)校園植物種類繁多，生態(tài)系統(tǒng)較為完善，建立相應(yīng)的植物數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)研究校園植被時(shí)空分布特征和生態(tài)效益、植物教學(xué)以及校園植物網(wǎng)站的建設(shè)具有重大的價(jià)值。因此，文章研究了基于GIS數(shù)據(jù)采集技術(shù)的校園植物數(shù)據(jù)庫(kù)建設(shè)。

關(guān)鍵詞：校園植物；GIS數(shù)據(jù)采集；數(shù)據(jù)庫(kù)；植物網(wǎng)站

植物作為校園綠化中重要的構(gòu)景要素，兼具觀賞特性、改善校園環(huán)境，以及輔助生態(tài)教學(xué)等功能[1]。反觀國(guó)內(nèi)大學(xué)校園，普遍植物種類繁多，生態(tài)系統(tǒng)較為完善，因此，建立相應(yīng)的植物數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)校園的生態(tài)文化建設(shè)具有重要的意義。

當(dāng)今社會(huì)已有相當(dāng)成熟的數(shù)據(jù)收集與儲(chǔ)存手段，但數(shù)據(jù)愈加繁多復(fù)雜，分門別類與綜合利用難度不斷上升。基于此背景下，本文介紹基于地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）數(shù)據(jù)采集技術(shù)下，如何建立存儲(chǔ)效率和查詢效率較高的植物數(shù)據(jù)庫(kù)，以方便綜合植物信息系統(tǒng)更加直觀地展示數(shù)據(jù)及其有效利用途徑。

1 基于GIS技術(shù)的數(shù)據(jù)采集

傳統(tǒng)方案下，需要人員手動(dòng)采集，在地圖上記錄并制作紙質(zhì)表格歸檔，數(shù)據(jù)采集效率低下，精準(zhǔn)度低，難以系統(tǒng)化。而利用GIS系統(tǒng)完成的數(shù)據(jù)采集具有實(shí)時(shí)聯(lián)網(wǎng)，時(shí)效性長(zhǎng)，更新速率高等特點(diǎn)。GIS是在計(jì)算機(jī)硬件、軟件支持下，對(duì)地球表層空間（包括大氣層）中的有關(guān)地理分布數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、儲(chǔ)存、管理、分析和顯示描述的一種技術(shù)系統(tǒng)[2]。

調(diào)查者利用戶外助手APP等軟件，通過(guò)衛(wèi)星定位，對(duì)校內(nèi)植物進(jìn)行逐株打點(diǎn)采集數(shù)據(jù)，將植物數(shù)據(jù)與植物GPS空間信息以XML形式提交到數(shù)據(jù)庫(kù)中。由于智能手機(jī)GPS定位誤差在15～30 M，后端人員可通過(guò)地圖要素對(duì)實(shí)際點(diǎn)位進(jìn)行誤差修正。同時(shí)將現(xiàn)有收集整理的文獻(xiàn)資料和拍攝的植物影像圖片與所采集的數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以得到完善的植物數(shù)據(jù)。較傳統(tǒng)數(shù)據(jù)采集方法而言，采集效率及數(shù)據(jù)精準(zhǔn)度更高，易于系統(tǒng)化，潛在價(jià)值巨大。

2 數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 設(shè)計(jì)原則

該數(shù)據(jù)庫(kù)以關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)為模型，應(yīng)遵循相應(yīng)的完整性原則，考慮表記錄之間的約束性條件，如消除每個(gè)表格中重復(fù)的記錄，使用唯一主鍵（碼）來(lái)標(biāo)識(shí)每張記錄表，在多對(duì)多的關(guān)系中，同一個(gè)表格不能存放獨(dú)立的實(shí)體等。采用數(shù)據(jù)庫(kù)的范式，盡可能減少數(shù)據(jù)冗余情況，使數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更有條理。最后，要對(duì)訪客進(jìn)行權(quán)限設(shè)置，保證數(shù)據(jù)的安全性與準(zhǔn)確性，同時(shí)可為后期前端網(wǎng)站的更改預(yù)留數(shù)據(jù)庫(kù)可再開發(fā)的空間。

2.2 植物分類編碼

考慮到植物名稱及分類的復(fù)雜多樣，為了能夠在節(jié)省數(shù)據(jù)庫(kù)存儲(chǔ)空間同時(shí)又能使某一植物物種唯一，存儲(chǔ)時(shí)應(yīng)使用特定的編碼儲(chǔ)存。因此，我們應(yīng)建立一個(gè)植物分類編碼系統(tǒng)，最上級(jí)的分類等級(jí)用第一位字母表示，次級(jí)依次類推，缺少等級(jí)便用0代替，便于分類。

2.3 表字段設(shè)計(jì)

“植物物種”為植物數(shù)據(jù)庫(kù)的基本實(shí)體，具體屬性主要包括：分類信息（界、門、綱、目、科、屬）、名稱信息（如拉丁名、中文名和異名）、形態(tài)特征、生境、地理分布等信息，具體如圖1所示。實(shí)際錄入工作中，可以對(duì)這些屬性進(jìn)行適當(dāng)?shù)娜∩醿?yōu)化。

為減少數(shù)據(jù)冗余、提高存儲(chǔ)效率，在粗略地設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，需要將屬性進(jìn)一步分解細(xì)化，即建立多張屬性表，并建立表與表之間的聯(lián)系。如部分植物有多個(gè)異名，應(yīng)單獨(dú)建立異名表[3]。相應(yīng)地，可以對(duì)分類群、形態(tài)特征等屬性細(xì)化。

具體設(shè)計(jì)表字段時(shí)，需考慮所面向?qū)ο蟮木唧w需要。表字段應(yīng)選取合適的字段名并設(shè)置適當(dāng)?shù)念愋图伴L(zhǎng)度。由于大部分字段都是對(duì)植物生態(tài)學(xué)特征及分類信息的描述性內(nèi)容，所以字段類型應(yīng)以文本類型居多。設(shè)計(jì)字段時(shí)，應(yīng)仔細(xì)分析，設(shè)置合理的長(zhǎng)度，并做適當(dāng)?shù)膬?yōu)化，才能提高效率，減少數(shù)據(jù)的冗余。

3 數(shù)據(jù)庫(kù)應(yīng)用服務(wù)

該植物網(wǎng)站是基于瀏覽器/服務(wù)器（Browser/Server，B/S）模式，主要通過(guò)超文本標(biāo)記語(yǔ)言（HyperText Markup Language，HTML）和層疊樣式表（Cascading Style Sheets，CSS）完成網(wǎng)頁(yè)的靜態(tài)布局，并以JavaScript腳本語(yǔ)言設(shè)計(jì)網(wǎng)頁(yè)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)效果，如鼠標(biāo)事件和首頁(yè)的滾動(dòng)圖片動(dòng)態(tài)效果。其中主要設(shè)計(jì)了“植物索引”頁(yè)面來(lái)訪問(wèn)數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)植物信息的查詢檢索。

3.1 連接數(shù)據(jù)庫(kù)

為實(shí)現(xiàn)連接數(shù)據(jù)庫(kù)，需在Web服務(wù)器創(chuàng)建的項(xiàng)目中同時(shí)創(chuàng)建機(jī)器數(shù)據(jù)源（包括用戶數(shù)據(jù)源和系統(tǒng)數(shù)據(jù)源）和開放式數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)互連（Open Database Connectivity，ODBC）。

數(shù)據(jù)源，設(shè)置連接屬性[4]。ODBC是一種重要的數(shù)據(jù)庫(kù)訪問(wèn)API，能實(shí)現(xiàn)Web服務(wù)器與各種數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連接，調(diào)用該接口可以對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行存取操作[5]。通過(guò)ODBC驅(qū)動(dòng)程序，可以實(shí)現(xiàn)后期用戶通過(guò)瀏覽器訪問(wèn)網(wǎng)站數(shù)據(jù)庫(kù)。ODBC連接數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.2 網(wǎng)頁(yè)設(shè)計(jì)

網(wǎng)站的版塊設(shè)計(jì)包括首頁(yè)、植物索引、資訊百科、植物地圖、花期花歷、公眾號(hào)6個(gè)部分的網(wǎng)頁(yè)，其中各部分的具體內(nèi)容介紹如下。

（1）“首頁(yè)”版塊包含了網(wǎng)站的建站簡(jiǎn)介，以及各頁(yè)面的導(dǎo)讀小窗口，其中附帶各自的跳轉(zhuǎn)鏈接，如圖3所示。

（2）“植物索引”版塊是通過(guò)連接訪問(wèn)植物數(shù)據(jù)庫(kù)，以實(shí)現(xiàn)對(duì)不同植物信息的查詢，查詢條件包括植物名、學(xué)名、是否有花期等關(guān)鍵字，點(diǎn)擊查詢后將跳轉(zhuǎn)特定的植物信息頁(yè)面，如圖4所示。

（3）“資訊百科”版塊可以推送最新的校園植物資訊，并科普植物知識(shí)。

（4）“植物地圖”版塊鏈接相關(guān)校園植物地圖，方便查詢植物分布和空間位置。

（5）“花期花歷”版塊設(shè)計(jì)了12個(gè)分頁(yè)，對(duì)應(yīng)各月份的開花植物，提供圖片和部分文字說(shuō)明，方便瀏覽查詢各月開花植物。

（6）“公眾號(hào)”版塊用以推送已有公眾號(hào)的文章，并提供相關(guān)聯(lián)系方式。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)建立校園植物數(shù)據(jù)庫(kù)，學(xué)校相關(guān)部門可以更便捷、直觀地得到校園范圍內(nèi)植物的全面信息，從而更加科學(xué)規(guī)范地管理校園植物資源。同時(shí)，校園植物數(shù)據(jù)庫(kù)可以鏈接到相關(guān)的植物網(wǎng)站，訪問(wèn)者可以通過(guò)網(wǎng)頁(yè)進(jìn)行植物查詢，獲取校園內(nèi)的植物信息，用以研究校園植被時(shí)空分布特征和生態(tài)效益或是植物學(xué)科的學(xué)習(xí)。另外，建立校園植物數(shù)據(jù)庫(kù)不僅有利于學(xué)校生態(tài)文化建設(shè)，對(duì)于輔助提高植物教學(xué)具有顯著的促進(jìn)作用。

[參考文獻(xiàn)]

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