利用中國植物圖像庫鑒定你周圍的植物*

喬永海 張曉爽

（惠州市實(shí)驗(yàn)中學(xué) 廣東惠州 516008）

人們身邊常見的植物有很多，能識別這些植物并不容易。目前常用的方法是利用手機(jī)APP 進(jìn)行圖像識別，其實(shí)中國植物圖像庫也是鑒定植物的一個有效工具。中國植物圖像庫（Plant Photo Bank of China，PPBC）是中國科學(xué)院植物研究所在植物標(biāo)本館設(shè)立的專職植物圖片管理機(jī)構(gòu)。PPBC 系統(tǒng)收集、整理并長效保存植物照片、數(shù)碼圖片、植物圖版，以及其他植物學(xué)科相關(guān)影像的原始文件及拷貝，目前已收錄圖片470 科4 839 屬31 161 種4 574 432幅。大部分的植物照片經(jīng)過了專業(yè)鑒定，定名相對準(zhǔn)確。PPBC 對全國的植物分布和生存狀況的普查，對今后實(shí)施物種保護(hù)和遏制物種滅絕都將發(fā)揮重要作用。本文結(jié)合筆者的實(shí)踐，介紹進(jìn)入PPBC 的操作流程，以及如何利用PPBC 鑒定植物的方法。

1 實(shí)名注冊

使用PPBC 之前，需要進(jìn)行實(shí)名認(rèn)證注冊。注冊后需審核（約1 周），審核通過后，用戶通過郵箱得到用戶名（必須是本人的真實(shí)姓名，不能用筆名）和密碼，即可成為PPBC 的注冊用戶（下文簡稱會員），可享受中國植物圖像庫提供的便利。

2 利用PPBC 鑒定植物的方法和步驟

2.1 學(xué)習(xí)和了解本地物種 PPBC 具有地域檢索功能，用戶能看到所關(guān)注的區(qū)域里其他會員拍攝的物種照片和鑒定結(jié)果。會員在上傳植物照片時，需輸入拍攝地的詳細(xì)地址（很重要）。系統(tǒng)根據(jù)上傳照片的屬性自動提取拍攝時間，使得每一幅照片的拍攝地、拍攝時間及拍攝人等信息都有詳細(xì)的記錄。一般情況下，用戶所在區(qū)域的植物已經(jīng)有會員研究過，借鑒他們的研究成果可為今后的研究做一些鋪墊。

2.2 利用PPBC 進(jìn)行鑒定的基本過程 拍攝時要獲得多個視角的照片，包括全株、葉、花、果、莖和根的照片，其中花和葉的照片對鑒定結(jié)果影響最大。在PPBC 上傳照片時，同一個植物（最好是單一個體）的所有照片要用同一個標(biāo)本號，之后瀏覽時它們將匯總在一起（本文稱之為群），便于后續(xù)研究。系統(tǒng)會自動將同一標(biāo)本號的植物放在一起，因此標(biāo)本號不要與他人或自己曾使用過的編號重復(fù)。如何避免標(biāo)本號的重復(fù)？可以采用上傳時間（年、月、日、時和分），再加上編號排序。例如，標(biāo)本號201807081145No24 表示2018年7月8日11 時45 分，No24 是本次上傳的序號，這樣編制的標(biāo)本號不易出現(xiàn)重復(fù)。還要注意，上傳的照片不要用圖片處理軟件編輯，以免影響鑒定效果。照片上傳后，等待數(shù)分鐘（后臺進(jìn)行數(shù)據(jù)更新），然后點(diǎn)擊“我的圖庫-未鑒定菜單”，即可顯示剛上傳的圖片。

PPBC 已采用圖像識別技術(shù)，會提供每一張照片中的物種名稱及可能性系數(shù)。下面舉例說明怎樣鑒定物種。如圖1所示，識圖系統(tǒng)顯示“97.31%水團(tuán)花；2.38%細(xì)葉水團(tuán)花；0.03%風(fēng)箱樹；0.02%赤楠；0.02%洋蒲桃”，水團(tuán)花的可能性系數(shù)超過90%，應(yīng)該是水團(tuán)花。再進(jìn)入“水團(tuán)花”鏈接，查看關(guān)于水團(tuán)花的照片，以便最后確認(rèn)。本文將該物種的可能性系數(shù)定義為準(zhǔn)確度，即水團(tuán)花鑒定的準(zhǔn)確度為97.31%。

圖1 圖像識別系統(tǒng)提供的結(jié)果

有時系統(tǒng)鑒定植物時提供的可能性系數(shù)較低；通常一次就能鑒定得到結(jié)果所占比例不到一半。可能會出現(xiàn)圖2 的情況：23.14%旋覆花；18.97%蒲公英；7.67%歐亞旋覆花；5.36%白緣蒲公英；4.69%水朝陽旋覆花。這時就要進(jìn)入每一個可能物種圖片庫（點(diǎn)擊鏈接即可），查看該物種的現(xiàn)有標(biāo)本圖片，進(jìn)行比對，最終得到鑒定結(jié)果。

圖2 圖像識別系統(tǒng)提供的結(jié)果

當(dāng)系統(tǒng)推薦的物種都不是所拍攝的物種時，可持續(xù)觀察該植物，當(dāng)觀察到它的花、果等詳細(xì)信息時，鑒定就較為準(zhǔn)確了。筆者曾經(jīng)鑒定一種行道樹紫檀，圖像識別始終得不到結(jié)果，而這種樹在作者所在地很少開花，沒有線索。今年終于有一株開花了，鑒定的準(zhǔn)確度就大為提高（花的照片顯示：96.03%是紫檀）。如果還沒有結(jié)果，可暫不鑒定，可能有熱心的會員會幫助你鑒定（建議回復(fù)感謝）。PPBC 并不能幫助鑒定所有物種，遇見的植物越多，未鑒定的植物也越多，這是正?，F(xiàn)象。有的植物PPBC 尚未收錄，也有可能是目前尚未發(fā)現(xiàn)的物種；如果發(fā)現(xiàn)了新的物種，研究的價值就更大了。如果出現(xiàn)容易混淆的植物，PPBC 的識別系統(tǒng)常無能為力，可以從網(wǎng)上查閱相關(guān)信息，例如幌傘楓和菜豆樹（富貴樹和幸福樹）有什么區(qū)別？研究這些相關(guān)文獻(xiàn)后再進(jìn)行確認(rèn)。網(wǎng)上缺乏相關(guān)信息時，可以從《中國植物志》（中國科學(xué)院植物研究所的網(wǎng)站）上查閱植物的信息進(jìn)行比對，找出差異后進(jìn)行鑒定。

2.3 PPBC 工具介紹 這里簡單介紹PPBC 界面編輯按鈕功能，以期為新會員提供參考和幫助。圖3 是鑒定輸入框，輸入準(zhǔn)確的學(xué)名后系統(tǒng)才能確認(rèn)；但不能有錯別字，例如“朱纓花”不能寫成“朱櫻花”。該輸入框能兼容部分俗名，例如“朱纓花”的俗名是“紅絨球”，當(dāng)輸入“紅絨球”后，在框里雙擊鼠標(biāo)左鍵，會出現(xiàn)它對應(yīng)的學(xué)名。對已鑒定的圖片有質(zhì)疑時，點(diǎn)擊圖3 右側(cè)的蓮花圖標(biāo)，會出現(xiàn)系統(tǒng)最新鑒定結(jié)果，可以重新鑒定。

圖3 鑒定輸入框

上傳照片的左上方有編輯按鈕，點(diǎn)擊后能修改圖片拍攝的時間（系統(tǒng)會自動提??；如果是網(wǎng)絡(luò)圖片，系統(tǒng)顯示時間是1900年，這時要進(jìn)行修改）和地址；照片的屬性包括公開（進(jìn)入系統(tǒng)的人都能看到）、保密（僅自己能看到）和刪除（刪除照片）選項(xiàng)（圖4）。

圖4 編輯工具

照片下方編輯按鈕可以修改標(biāo)本號（圖5）。如果不同植物放在了同一群里，需要修改標(biāo)本號將這些植物照片從原群中分離出來。操作辦法是在這些照片的標(biāo)本號上添加一個數(shù)字（用“勾選”可以一次修改多個），即可實(shí)現(xiàn)分群。但不要修改前面的數(shù)字，避免標(biāo)本號重復(fù)。當(dāng)鼠標(biāo)放在圖片上時，右上角出現(xiàn)向下的箭頭，點(diǎn)擊后可隨時下載用戶自己的原始照片（沒有水印的），數(shù)據(jù)庫就成為網(wǎng)盤，當(dāng)然只能下載用戶自己的原始照片。

圖5 編輯工具

2.4 不同角度的照片對鑒定結(jié)果的影響 同一物種的全株、葉、花、果、莖、根的照片（不一定全），對鑒定結(jié)果的影響是不同的，具有互補(bǔ)性。本文結(jié)合筆者的實(shí)踐進(jìn)行舉例說明。

1）花和花序的照片對鑒定結(jié)果的影響。根據(jù)花和花序鑒定的準(zhǔn)確度是最高的。植物的花五顏六色、形態(tài)各異、特征明顯，便于圖片的比對。例如，一點(diǎn)紅、假鷹爪、長春花、紅雀珊瑚、使君子和蝦衣花等植物的單花形狀和顏色很獨(dú)特，報春花（石斑木）和金嘴蝎尾蕉等的花序獨(dú)特，圖像庫的鑒定準(zhǔn)確度會較高。對鯽魚膽花的鑒定準(zhǔn)確度是60.99%，但對葉子的鑒定準(zhǔn)確度很低。鑒定毛麝香時，對有花的照片鑒定的準(zhǔn)確度為90%，對只有葉子的照片鑒定的準(zhǔn)確度為16%，并且它的葉片在冬季色澤比較暗淡，鑒定的準(zhǔn)確度為0%。黃蟬和軟枝黃蟬同屬于黃蟬屬，花很接近，黃蟬的花較小，軟枝黃蟬的花較大。所以，一張黃蟬照片的鑒定結(jié)果為：57.27%是黃蟬，36.80%是軟枝黃蟬，此時需進(jìn)行人工鑒定。有時植物的花很獨(dú)特，而鑒定的準(zhǔn)確度卻是0%，原因是由于本物種樣本較少，還沒有可供比對的樣本，例如赤苞花，雖然其花和花序都十分獨(dú)特，圖像庫卻不能鑒定，要等PPBC 添加了該物種的樣本，鑒定的精確度才會提高。不同時期系統(tǒng)鑒定物種的精確度會有所不同，定期對沒有鑒定的物種進(jìn)行鑒定，會發(fā)現(xiàn)之前不能鑒定的物種也許可以鑒定了。

2）葉形和葉序的照片對鑒定結(jié)果的影響。葉的形狀和葉序是鑒定最常依據(jù)的特征，因?yàn)榭疾熘参飼r恰逢開花的機(jī)會并不多。圖像庫依據(jù)植物葉子鑒定的準(zhǔn)確度僅次于花和花序。葉大且形狀獨(dú)特的植物，鑒定準(zhǔn)確度很高。例如，利用葉片的照片鑒定龜背竹的準(zhǔn)確度是98.18%；鑒定春羽的準(zhǔn)確度是72.73%；鑒定一把傘南星的準(zhǔn)確度是97.71%；鑒定白背葉的準(zhǔn)確度是85.12%；枸骨的葉形奇特（四角狀，尖端有刺），鑒定準(zhǔn)確度達(dá)到93.87%。葉脈明顯的，鑒定精度也較高，例如鑒定白背葉的準(zhǔn)確度是85.12%；鑒定野牡丹的準(zhǔn)確度是39.18%；鑒定毛菍的準(zhǔn)確度是47.70%。葉序顯著的植物鑒定準(zhǔn)確度也較高，例如三椏苦的三出小葉很顯著，其鑒定準(zhǔn)確度是42.83%。

當(dāng)植物的葉子很相似時，要根據(jù)葉片形狀、葉脈和葉序進(jìn)行人工比對。例如，野牡丹的葉脈是基出脈7 條，毛菍的葉脈是基出脈5 條，野牡丹的葉片寬短，毛菍的葉片狹長，這樣就可以精準(zhǔn)鑒定。鑒定是綜合性的，需要較多相應(yīng)的植物學(xué)知識。有些植物的葉子有獨(dú)特的氣味，例如檸檬草的葉子具有香味，而其他芒草都沒有該特征，這種情況可以通過人工進(jìn)行鑒別。

3）果的照片對鑒定結(jié)果的影響。利用植物果實(shí)、果莢或者種子，鑒定的精度也較高。例如，當(dāng)對以下植物有果實(shí)的照片進(jìn)行鑒定時，圖像庫的準(zhǔn)確度較高：鑒定海南紅豆的準(zhǔn)確度是98.73%；鑒定紅果仔的準(zhǔn)確度是98.17%；鑒定五椏果的準(zhǔn)確度是95.16%；鑒定蘋婆的準(zhǔn)確度是92.60%；鑒定白花懸鉤子的準(zhǔn)確度是72.22%；鑒定狐尾椰子的準(zhǔn)確度是66.65%。

4）莖的照片對鑒定結(jié)果的影響。圖像庫對樹干鑒定的準(zhǔn)確度較低，但對人工比對有幫助。例如，俗稱富貴樹的幌傘楓的主干有環(huán)痕，俗稱幸福樹的菜豆樹主干的裂紋比較淺，二者常作為家庭盆栽植物，在庭院種植很難開花，葉子也極其相似，但可以從樹干特征進(jìn)行區(qū)分。又如，散尾葵、夏威夷椰子、袖珍椰子和富貴椰子，它們的葉都是羽狀全裂，非常接近，照片更是難以分辨，但植株的大小和莖的粗細(xì)長短差別很大。散尾葵植株高大，莖粗4～5 cm；夏威夷椰子莖細(xì)長；袖珍椰子植株矮小；富貴椰子植株較大，莖短小不顯著；這些植物用人工方法鑒定比系統(tǒng)自動鑒定要更準(zhǔn)確一些。植物莖的形狀對人工鑒定有重要的參考價值，這是容易被忽視的。

5）根的照片對鑒定結(jié)果的影響。在野外考察時，不易得到植物的根，但植物的根往往是中草藥的取藥部位，鑒定有實(shí)際價值。例如，鑒定巴戟天根的準(zhǔn)確度是60.63%；鑒定錦屏藤氣生根的準(zhǔn)確度是74.69%。

6）全株照片對鑒定結(jié)果的影響。植物全株照片對鑒定高大的喬木有幫助，因?yàn)楦叽髥棠救~、花、果的精細(xì)照片不易獲得（長焦鏡頭可以解決這一問題）。例如，鑒定鳳凰木的準(zhǔn)確度是99.80%；鑒定蒲葵的準(zhǔn)確度是74.86%；鑒定八寶樹的準(zhǔn)確度是43.19%；鑒定絲葵的準(zhǔn)確度是18.29%；鑒定南洋楹的準(zhǔn)確度是17.27%。

上述鑒定互為補(bǔ)充可提高鑒定植物的準(zhǔn)確度。例如，榕屬包含150 多種，鑒定時要參考葉、果和全株；鑒定杜鵑葉山茶、文殊蘭和水鬼蕉等時要參考花和葉；鑒定金櫻子、吊燈樹和臘腸樹等時要參考花和果；鑒定馬占相思要參考葉、花和果；有的植物很奇特，例如美麗異木棉，花像紅花羊蹄甲，果子像木瓜，包裹種子的棉絮像木棉，這時要綜合考察各方面的特征，信息越全面鑒定越準(zhǔn)確。

3 PPBC 是逐步完善的系統(tǒng)

PPBC 是對公眾開放的不斷更新的數(shù)據(jù)庫?？赡苡幸恍┬碌奈锓N引入我國不久，數(shù)據(jù)庫尚未收錄，暫時不能鑒定，例如棕櫚葉酢漿草。也有一些植物雖然已經(jīng)被收錄了，但還沒有建立比對樣本，系統(tǒng)暫時識別困難。例如，從印度引入的長葉暗羅，數(shù)據(jù)庫無鑒定樣本（鑒定為：73.57%是香欖）。有的物種會被重新命名，例如，早期的 “香菇草（Hydrocotyle vulgaris）” 后來改名為 “南美天胡荽（Hydrocotyle vulgaris）”。有的植物雖然是同一物種，卻放在不同位置，例如量天尺、火龍果和霸王花，其實(shí)是同一物種，莖叫量天尺，雄花叫霸王花，果叫火龍果，卻放在了不同位置，容易被誤認(rèn)為是不同物種。

4 用PPBC 鑒定植物的意義

用PPBC 鑒定植物對個人和社會都有重要意義。1）便于個人檢索和研究植物標(biāo)本照片，數(shù)十萬張照片，需要哪些，可以隨時調(diào)取。2）了解身邊植物的相關(guān)信息，作為生物學(xué)課外活動的項(xiàng)目，用以培養(yǎng)學(xué)生對生物學(xué)的興趣。3）便于進(jìn)一步研究本土植物的分布和生存狀況。4）選取有趣的植物在本地論壇上發(fā)布，對大眾進(jìn)行植物科普，同時搜集民間應(yīng)用植物的信息。

野外考察和鑒定是一件很有意義的活動，希望有更多的愛好者加入這一行列。如果更多的愛好者成為PPBC 的會員，對本地的植物進(jìn)行考察和鑒定，即可擴(kuò)大植物的普查范圍，可能會發(fā)現(xiàn)更多的新物種，同時對“瀕危物種加以保護(hù)，遏制物種快速滅絕的態(tài)勢”有重要意義。