南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫工程

吳祎歡 楊云峰 蘆建國

隨著二維碼與GIS技術的高速發(fā)展，以及計算機與智能移動設備的不斷普及與推廣，計算機數(shù)據(jù)庫在植物信息管理與植物保護研究中的優(yōu)勢日益明顯。國內一些高校、中學，尤其是以開展園林植物教學為特色的一些綜合性高校，為推進校園植物資源管理的科學化、規(guī)范化，逐步建立起各自的校園植物數(shù)據(jù)庫[1]。

南京林業(yè)大學坐落于風光如畫的紫金山山麓、碧波蕩漾的玄武湖畔[2]。始建于1955年，由建筑學家楊廷寶完成總體規(guī)劃設計，鄭萬鈞、陳植等負責校園植物景觀設計，提出了“森林公園式校園”的建設目標[3]。最新校園植物普查結果顯示，南京林業(yè)大學新莊校區(qū)校園植物合計約400種，隸屬于94科222屬，種類豐富度較高。

植物在校園綠地的建設過程中扮演著重要角色，記錄著百年南林的點點滴滴。作為一所以“林”為特色的綜合性高校，多年辨識常用植物是林學院、風景園林學院、生物與環(huán)境學院等師生重要的學習內容。為更好地開發(fā)校園植物的科普和教學價值，學校著手進行校園植物標識牌系統(tǒng)的開發(fā)與校園植物數(shù)據(jù)庫工程的營建。

1 植物標識牌發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 二維碼技術在校園植物標識牌中的應用

隨著計算機與二維碼技術的高速發(fā)展，傳統(tǒng)植物標識牌的種種局限逐漸顯露，它們受限于牌式的大小及布局，主要展示該植物的學名、俗名、生長習性等信息，僅能滿足人們對該植物的初步了解。二維碼植物標識牌區(qū)別于傳統(tǒng)植物標識牌，是信息化和網(wǎng)絡化相結合的產(chǎn)物，如今已在各大高校校園內逐漸活躍應用起來，如北京林業(yè)大學、江蘇農林職業(yè)技術學院、云南農業(yè)大學等均在2014～2018年間完成對校園植物二維碼標識牌的規(guī)劃與設置。為了改善南京林業(yè)大學植物科普辨認現(xiàn)狀，提高植物知識普及以及環(huán)境教育方面的作用，學校著手規(guī)劃建立系統(tǒng)全面的校園植物二維碼標識牌。

1.2 植物二維碼標識牌系統(tǒng)優(yōu)勢

（1）掃描二維碼獲取信息簡便易操作。二維碼是記錄數(shù)據(jù)符號信息的條碼技術，基于二維碼技術的植物標識牌，等同于給植物貼上了電子標簽[4]。如今智能移動設備廣泛普及，通過移動智能終端設備掃描標示牌上的二維碼直接讀取信息簡便易行。

（2）二維碼掃描獲取信息形式廣泛，打破了傳統(tǒng)植物標識牌信息容量及形式的局限性。人們通過“掃碼”即能獲得全面的文字介紹，包括每個物種的中文名、拉丁學名、別名、科屬信息、形態(tài)特征、生活習性、校園分布、園林用途，除此外還能讀取諸如圖片、聲音等形象具體的信息。信息形式豐富，利于植物的科普與學習。

（3）二維碼標識牌系統(tǒng)信息來源全面可靠。系統(tǒng)的建立基于多個專業(yè)植物數(shù)據(jù)及圖像信息庫，包括百度百科、維基百科、植物標本館在線信息系統(tǒng)、中國植物圖像庫、中國在線植物志和南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫。信息來源準確可靠，且各個信息庫定期進行更新維護，信息的實時性得到保障。

（4）二維碼標識牌信息管理、保存、更新便捷。將二維碼圖形與校園植物數(shù)據(jù)庫對接，校園植物龐大的信息量，包括植物基本信息及擴展圖片定位等資料，通過校園植物數(shù)據(jù)庫平臺管理保存更為安全準確。數(shù)據(jù)庫日常更新操作痕跡保留，對實施管理時所做的更新維護的記錄、圖片、文檔等都進行保存整理，便于日后考察。

1.3 植物二維碼標識牌系統(tǒng)構建路線

制作植物二維碼標識需要結合網(wǎng)絡信息系統(tǒng)，根據(jù)全校范圍內植物的實地調查，同時結合植物學相關書籍，整理匯總植物信息表，構建校園植物數(shù)據(jù)庫[5]。具體可參照以下九個步驟：校園植物資源調研、植物文字及圖片資料收集、校園綠地植物平面栽植圖繪制、解說內容選擇與排版、校園植物數(shù)據(jù)庫平臺搭建、植物資料錄入、編寫二維碼、設計制作二維碼樹牌、樹牌懸掛。

2 南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫構建

植物數(shù)據(jù)庫是校園植物信息的綜合管理，是植物標識牌系統(tǒng)建立的基礎。植物數(shù)據(jù)庫在一定程度上彌補了校園植物手冊在檢索速度和信息量方面的不足[6]，同時也成為展現(xiàn)校園文化的重要窗口。

2.1 標識牌系統(tǒng)現(xiàn)存問題

南京林業(yè)大學植物辨識的途徑主要依賴自導式植物標識牌。根據(jù)對校園標志牌的實地調查及統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)校內植物標識牌存在以下問題：（1）植物名牌數(shù)量較少，與校內實際植物資源相差甚遠。標識種類基本為特殊樹種，大部分校園綠地中僅標識1～2棵，無法滿足游人在校內游覽時辨識常用樹種的需求；（2）校內植物標識標志牌使用年數(shù)較久，破損嚴重，解說文字面目全非；（3）現(xiàn)有標識牌并沒有經(jīng)過系統(tǒng)規(guī)劃，使用材料和設計形式較為雜亂，影響閱讀的同時也無法滿足審美需求；（4）當前校園植物標識牌中標志內容僅限于植物的名稱、科屬、功能用途等基本信息，對于植物的形態(tài)特征、生活習性、園林用途、校園分布等信息缺失較為嚴重。這不僅影響教師學生的課程學習效果，還制約著校園植物科普宣傳和環(huán)境教育功能的發(fā)揮。因此，構建合理、全面、高效的校園植物數(shù)據(jù)庫及校園植物標識牌系統(tǒng)十分迫切。

1.校園分區(qū)圖（梅琬譽繪制）

2.2 南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫構建

南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫（http://plants.njfu.edu.cn/）是在數(shù)據(jù)與資源這兩種技術結合的基礎上構建起來的，以后臺（遠程）數(shù)據(jù)庫為基礎，加以一定的前臺（本地計算機）程序，是通過瀏覽器或客戶端完成數(shù)據(jù)存儲、查詢等操作的系統(tǒng)[7]，能夠將調研成果與相關資料完整展示于網(wǎng)絡頁面，共享植物資源信息，幫助人們快速獲取校內植物基本資料、分布地點、相關圖片等等。數(shù)據(jù)庫的構建包括校園植物資源普查、數(shù)據(jù)庫功能確定、植物數(shù)據(jù)庫網(wǎng)頁結構設計、植物數(shù)據(jù)庫網(wǎng)頁代碼編寫與網(wǎng)站建立、植物資料錄入、植物標識牌二維碼編寫、樹牌設計及制作、樹牌懸掛。其中植物數(shù)據(jù)庫網(wǎng)頁代碼編寫與網(wǎng)站建構由南京林業(yè)大學網(wǎng)絡信息部專業(yè)人員完成，其余工作由植物數(shù)據(jù)庫構建小組人員完成。

2.2.1 校園植物資源普查

南京林業(yè)大學校園綠地植物的調研與測繪工作自2016年10月展開，調查共分為三步：

（1）對南京林業(yè)大學新莊校區(qū)內的綠地進行調研分析，根據(jù)綠地類型進行分區(qū)歸類，將校區(qū)劃分為校前區(qū)、紫湖溪區(qū)、辦公區(qū)、教學區(qū)、生活區(qū)、運動區(qū)、家屬區(qū)、后山區(qū)共八大功能區(qū)，各分區(qū)內綠地細分為53個地塊（圖1）。

（2）對一定時間內植物配置不發(fā)生大規(guī)模變動的綠地進行植物種植測繪，內容包括植物種植平面、植物種類及規(guī)格，并由此完成植物種植圖的繪制。在測繪過程中，主要記錄植物品種、位置、冠幅、高度、個體數(shù)量或群體面積等。在反復校對樹木品種，驗核基本無誤后，繪制成彩色植物栽植平面圖（圖2），注明植物序號及品種，便于查找。

（3）對校園內部測繪到的植物種類進行統(tǒng)籌整理，按照科屬系統(tǒng)分類，收集各植物的相關信息為校園植物數(shù)據(jù)庫資料的錄入準備材料。植物文字資料的整理，主要采用鄭萬鈞系統(tǒng)對裸子植物進行分類，Cronquist系統(tǒng)對被子植物進行分類。根據(jù)整理得出的校園植物名錄，收集各植物的詳細資料，包括名稱、拉丁名、科屬、花期、果期、校園分布、形態(tài)特征、生長習性、園林用途、校園照片以及各植物在中國自然標本館、中國植物圖像庫、中國在線植物志各網(wǎng)頁中的具體鏈接，并將以上資料按植物科屬整理為文檔，為植物數(shù)據(jù)庫信息的錄入做準備。

2.2.2 確定植物數(shù)據(jù)庫的功能

通過對多個已建植物數(shù)據(jù)庫的調查分析以及對本校植物資源的調查統(tǒng)計，總結出南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫需要具備以下功能：（1）數(shù)據(jù)來源必須準確全面，并且具備實時更新功能；（2）植物檢索途徑多樣化；（3）適當增加特色板塊，增加趣味性，增加吸引力，為非專業(yè)性人群服務；（4）校園植物數(shù)據(jù)庫同時也是校園文化的展示窗口，界面設計合理、簡潔[7]。

2.2.3 數(shù)據(jù)庫結構設計

依據(jù)網(wǎng)站功能需求，將網(wǎng)站檢索設計分為網(wǎng)站首頁、地圖、植物名錄、植物花歷、擴展知識和植物查詢六大板塊（圖3）。其中地圖、植物名錄、植物查詢?yōu)榫W(wǎng)站主要的三大植物檢索欄目，使用者可通過校園地圖定位，植物分類系統(tǒng)與植物名稱進行檢索，進一步獲取相關信息。

2.3 二維碼植物標志牌設計與懸掛

南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫建立后，將各個植物文章頁面網(wǎng)址整理為文檔，并進一步將其生成二維碼圖片，加入校園植物標識牌中，豐富標識牌內容。標識牌根據(jù)喬木與灌木的形態(tài)特征分別設計為掛牌與豎牌兩種形式。標識牌左側為樹種簡要介紹，包括中文名稱、拉丁語名、科屬信息，右側為該樹種在南京林業(yè)大學校園植物網(wǎng)中介紹頁面的二維碼圖片，標識牌底部為南京林業(yè)大學校徽及名稱。

牌示印制完成后，進行標志牌懸掛工作。掛牌采用彈簧繩與螺絲將牌示固定于植物主干（圖4）。對于枝葉主干過于細弱的植物使用豎牌進行標識，豎牌采用將牌示底部挖土埋入的方式進行固定（圖5）。

2.教學主樓植物種植圖

3.南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫結構

4.掛牌設置（龍柏）

5.豎牌設置（錦繡杜鵑）

3 南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫深化建設

3.1 完善校園草本植物資源信息

南京林業(yè)大學校園植物資源普查開始于2016年10月，截至2018年5月測繪完成，共測得植物400種，94科，222屬。其中喬木241種，灌木93種，草本藤本53種，竹類及棕櫚類13種。測繪內容以木本植物為主，記錄了小部分短期內種植位置不發(fā)生變化的草本及藤本植物。大部分草本植物因測繪期間生長周期更替未能及時定種測繪。這部分草本植物將在后續(xù)工作中及時補測，收集相關資料及圖片后定期上傳至數(shù)據(jù)庫平臺。

3.2 GIS植物定位功能的應用

2016年5月6日，國家林業(yè)局印發(fā)《林業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》，提出要建設90個國家花卉種質資源庫的目標。中科院植物研究所“一三五”規(guī)劃中，部署了“數(shù)字植物與物種快速鑒定”的重大所級項目，相繼推出“中國數(shù)字植物園”科普網(wǎng)站、《中國植物志》移動應用、《植物園伴侶》移動應用等系列數(shù)字產(chǎn)品，開展“中國珍稀瀕危植物鑒定平臺”等服務于植物鑒別的社會公益性平臺[8]。一系列人工智能應用于植物辨識軟件也應運而生。此類程序將智能植物辨認與GIS植物定位功能相結合，以百度地圖、高德地圖等地圖系統(tǒng)為基礎，通過人工點地圖將植物經(jīng)緯度數(shù)據(jù)錄入數(shù)據(jù)庫，為植物添加使用位置。其中GIS植物定位功能使用最具有代表性的為植物辨認軟件“形色”與廈門大學校園植物網(wǎng)的地圖欄目。

南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫截至2018年8月已完成400種校園植物的文字與圖片資料錄入，后續(xù)將增加GIS校園植物定位功能。此項功能的增加，主要依靠百度地圖API功能來實現(xiàn)。

3.2.1 百度API技術研究

百度地圖API是為開發(fā)者免費提供的一套基于百度地圖服務的應用接口，提供基本底圖展現(xiàn)、搜索、定位、逆地理編碼、路線規(guī)劃、檢索等多種功能，適用于多種設備，多種操作系統(tǒng)下的地圖應用開發(fā)[9]。地圖生成工具是基于改進過的柏林噪音算法進行算法生成，可在線生成基于百度地圖的植物標注、定位、文字的智能地圖，并快捷獲取地圖生成種子、地圖共享代碼。

3.2.2 GIS植物定位功能的實現(xiàn)

南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫是基于博杉網(wǎng)站群內容管理云平臺V3.2.10進行網(wǎng)頁設計代碼編寫。在博杉網(wǎng)站群內容管理云平臺V3.2.10中增加GIS植物定位網(wǎng)頁欄目頁，根據(jù)網(wǎng)頁設計頁面編寫代碼，預留百度地圖生成器地圖共享代碼區(qū)域。百度地圖共享代碼的獲取共分為四步：

（1）進入百度地圖API頁面，點擊進入地圖生成器工具，定位中心點（圖6）?？焖俨檎夷暇┝謽I(yè)大學，定位地圖中心點經(jīng)緯度為X：118.823369，Y：32.085309，設置地圖級別為18；（2）根據(jù)校園植物庫植物網(wǎng)站設計布局設置地圖的顯示尺寸，設置地圖尺寸寬度為697像素，高度為550像素。添加地圖縮放、地圖縮略圖、地圖比例尺等相關快捷按鈕形式、位置、單位（圖7）；（3）根據(jù)測算植物所在地圖的相關地區(qū)，添加標記圖標及名稱標注（圖8）；（4）點擊獲取代碼按鈕，獲取地圖共享代碼（圖9）。

4 結語

6.定位中心點（百度地圖API網(wǎng)站截圖）

7.設置地圖（百度地圖API網(wǎng)站截圖）

8.添加植物標注（百度地圖API網(wǎng)站截圖）

9.獲取代碼（百度地圖API網(wǎng)站截圖）

南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫項目緣起于對校園植物的科普與教學價值的開發(fā)，完善校園植物標識牌系統(tǒng)?；陧椖块_展前期一系列植物資源普查與資料分析整理工作，最終不僅完成了校園植物數(shù)據(jù)庫的基礎構建，并在此基礎上綜合各植物數(shù)據(jù)庫網(wǎng)站的優(yōu)勢不斷創(chuàng)新完善。南京林業(yè)大學校園植物數(shù)據(jù)庫的構建意在滿足人們對植物的好奇心、不斷增進人對植物的求知欲、逐漸改變人們對于自然植物的學習方式[10]。通過二維碼植物標識牌與植物數(shù)據(jù)庫，使人們與植物的關系不僅僅停留在視覺審美層面，而更進一步推進至了解與辨認深度[11]。對于學生而言，數(shù)據(jù)庫也能更好地調動主動學習的積極性，使植物辨認的課堂融入生活之中。相比傳統(tǒng)的植物標識系統(tǒng)，基于校園植物數(shù)據(jù)庫的二維碼牌示系統(tǒng)更注重資源信息的全面性、資源獲取的便捷性，為校園植物科普與教學提供更好的渠道。