全國中藥資源普查中位置信息獲取和共享應用設計

張小波　李夢　王慧　郭蘭萍　黃璐琦

[摘要]在浩瀚的文獻資料中，多有關于中藥材分布信息的論述。受技術方法的限制，歷代本草中關于中藥材產地或分布方面的資料，多為宏觀層面的描述信息。明確區域內中藥資源的種類和分布等本底信息，是全國中藥資源普查工作的主要目標之一。根據全國中藥資源普查技術規范和試點工作經驗，普查隊借助“3S”技術、計算機網絡技術、數碼拍照技術等現代技術方法，可有效收集中藥資源位置信息。詳細、具體的位置信息，為區域間資源稟賦差異和相似性、生物特性和空間分布規律等方面的研究，均提供了數據支撐。在空間信息技術的支持下，基于位置信息，可以實現對多來源普查數據統計匯總和共享應用。進行中藥資源及相關基礎數據的融合，可對海量數據進行空間化融合、匯總和管理，有助于從總體水平上挖掘中藥資源的科學規律，全面揭示其科學內涵。

[關鍵詞]全國中藥資源普查； 分布信息； 數據采集； 共享應用

[Abstract]In literature， there are many information on the distribution of Chinese herbal medicine Limited by the technical methods， the origin of Chinese herbal medicine or distribution of information in ancient literature were described roughly It is one of the main objectives of the national census of Chinese medicine resources， which is the background information of the types and distribution of Chinese medicine resources in the region According to the national Chinese medicine resource census technical specifications and pilot work experience， census team with "3S" technology， computer network technology， digital camera technology and other modern technology methods， can effectively collect the location information of traditional Chinese medicine resources Detailed and specific location information， such as regional differences in resource endowment and similarity， biological characteristics and spatial distribution， the Chinese medicine resource census data access to the accuracy and objectivity evaluation work， provide technical support and data support With the support of spatial information technology， based on location information， statistical summary and sharing of multisource census data can be realized The integration of traditional Chinese medicine resources and related basic data can be a spatial integration， aggregation and management of massive data， which can help for the scientific rulesdata mining of traditional Chinese medicine resources from the overall level and fully reveal its scientific connotation

[Key words]national Chinese medicine resource census； distribution information； data collection； shared application

現階段，中共中央、國務院高度重視中醫藥事業發展，全國各地和各部門均在大力發展中藥資源相關產業。各種詳細、具體的中藥資源本底數據，是宏觀決策、中觀布局和微觀操作的基礎。國家中醫藥管理局現階段組織實施的第四次全國中藥資源普查（試點）工作，主要目的是掌握資源家底，明確區域內中藥資源的種類、分布和重點藥材數量等基礎信息。由于第三次全國中藥資源普查工作時期，空間信息技術等定位技術方法尚未普遍應用。受方法限制，以前的文獻資料關于中藥資源的分布信息，一般多為宏觀性描述或者是概念性空間分布區域，如分布于路邊、山谷、中國大部分地區等。

現階段，以地理信息系統（GIS）、遙感（RS）和全球定位系統（GPS）為核心技術的空間信息技術（簡稱“3S”技術），已經在眾多領域廣泛應用。如何有效的收集中藥資源分布信息，是此次中藥資源普查工作的關鍵任務之一，也是全國中藥資源普查技術規范和宏觀設計的核心之一。根據全國中藥資源普查（試點）工作經驗，充分運用“3S”技術、計算機網絡技術、數碼拍照技術等現代技術方法，可有效收集中藥資源位置信息。有了詳細、具體的位置信息，就可以對區域間資源稟賦差異和相似性、中藥資源的生物特性和空間分布規律等進行深入研究，為中藥資源持續利用提供基礎研究結果和依據；同時，還可以提升中藥資源普查數據信息的準確性和客觀性，提高普查的工作效率和質量。本文就全國中藥資源普查中關于位置信息的采集技術方法，及后期共享應用設計進行歸納梳理，以期為更有效得獲取中藥資源的分布信息，為中藥資源分布信息的充分共享應用提供服務。本文就全國中藥資源普查工作中位置信息獲取和共享應用進行簡要介紹，總體架構見圖1。endprint

1通過查閱歷史文獻資料獲取分布信息

11查閱本草

中藥是中華民族對自然資源創造性開發與利用的結果，歷代醫藥學家都十分重視中藥材的產地和分布的研究，在浩瀚的醫藥學文獻中，多有關于中藥材分布方面的論述。如東漢初期的《神農本草經》載藥365種，包括藥材的性味、主治、產地、采收、異名、歷史考證等內容；其中，關于人參的“產地”記載為：“生上黨及遼東”[1]。宋朝的《證類本草》收載藥物1 746種，包括藥材的別名、藥性、主治、產地、采集、炮制、辨析、附方等內容；其中，關于人參的“產地”記載為：“產上黨山谷及遼東”[2]。明代的《本草品匯精要》載藥1 815種，包括藥材的“名、地、時、收、用”等內容；其中，關于人參的“產地”記載為：“（圖經曰）生上黨山谷，及閩中新羅，今河東泰山諸州皆有之；（唐本注云）潞州、平州、澤州、易州、檀州、箕州、幽州、太行山；（藥性論云）渤海（道地）遼東高麗上黨者佳”[3]。當代的《中華本草》收載藥物8 090味，包括藥材的來源、產地、療效、化學成分、藥理作用等內容；其中，關于人參的“產地”記載為：“吉林、遼寧、黑龍江、河北（霧靈山、都山）”[4]。受技術方法的限制，歷代本草中關于中藥材產地、分布等方面的資料，多對藥材分布進行宏觀層面的描述。多數文獻內容，對藥材的分布范圍僅記載到當時行政區劃較高的一級（如“省級”）。

12查閱政典、志書

除醫藥著作外，歷代的政典、志書等對中藥材的產地分布也多有記載。如《通典》[5]是我國第一部典章制度專史，全書200卷，分為食貨、選舉、職官、禮、樂、兵刑、州郡、邊防等。在其《食貨·天下諸郡每年常貢》中記載了唐代諸郡每年進貢藥材的情況。唐李吉甫所撰《元和郡縣圖志》[6]，是我國現存最早的歷史地理總志。書中以貞觀十道為基礎，各州府下皆設有“貢賦”一項，所載多為當地的土產，其中就含有大量的中藥材。現代的各類地方志中，也均有關于本地所產中藥材名稱等內容的記載。關于中藥材的分布范圍主要以當時的行政區劃單元為主，區域大小各有不同。

13查閱期刊論文

現代關于中藥材的研究期刊論文逐漸增加，其中多有關于中藥材樣品采集地的記載。部分研究論文對中藥材的分布區域范圍，不但有行政區劃方面的信息，也有關于具體位置的記載。可通過中國知網、萬方、維普等數據庫系統查詢到論文的全文及位置信息等內容。如，通過中國知網，以“寧夏枸杞”為檢索詞，查詢篇名中含有“寧夏枸杞”的文章，結果有442條；文章含有寧夏枸杞宏觀分布信息的有127篇，含有詳細產地或分布記載的有315篇。

14查閱標本

隨著現代信息技術方法和互聯網技術的發展，各類標本館、種質資源庫等實物管理和保存機構，大多對館藏標本實物進行電子化和信息化。可以通過網絡標本館和實物標本館，查詢各類資源的分布信息。如，通過“國家標本資源平臺”查詢“寧夏枸杞”，結果顯示有寧夏枸杞標本281份。

2通過空間信息技術獲取位置信息

以全球定位系統（GPS）、地理信息系統（GIS）、遙感（RS）為代表的“3S”技術，是空間信息的核心技術[7]，空間信息技術是空間信息分析的關鍵技術。

GPS具有在海、陸、空進行全方位實時定位的能力，利用GPS能夠獲取高精度的點位信息。利用GPS還可以在全球范圍內實現全天候、連續、實時的三維導航定位和測速。現實生活中GPS主要用于對移動的人、車及設備進行遠程實時定位。

GIS是一門集計算機科學、信息學、地理學等多門科學為一體的新興學科。GIS是空間信息管理和分析最強大的工具，在計算機軟硬件支持下，GIS可以對空間數據按地理坐標或空間位置進行各種處理、對與位置相關的數據進行有效管理、分析其空間關系等，并能以地圖、圖形或數據等形式展示分析處理結果。

RS的特征是不直接接觸被研究的目標，感測目標的特征信息，從中提取人們感興趣的信息。RS技術包括攝影和測量、圖像矯正和解析等。當前，遙感信息的應用分析已從單一遙感資料向多時相、多數據源的融合與分析，從靜態分析向動態監測過渡，從對資源與環境的定性調查向計算機輔助的定量自動制圖過渡，從對各種現象的表面描述向軟件分析和計量探索過渡。

根據其他行業進行全國范圍資源普查和全國中藥資源普查（試點）工作的經驗，每個普查隊均需配備數碼相機、計算機、GPS等設備，GPS在中藥資源普查中普遍需要；而在后期數據匯總時，所有的普查數據匯總均需用到GIS技術。由于中藥資源分布的特殊性，RS的應用受到一定限制，僅在前期抽樣設計和面積估算等方面根據需要進行應用。其中，GPS的使用對象為所有普查隊，GIS的使用對象為普查數據管理機構，RS的使用對象為專業技術隊伍和機構。

3全國中藥資源普查中位置信息獲取方法設計

31通過GPS獲取中藥資源的位置信息

在進行全國中藥資源普查技術規范編制過程中，充分考慮在外業調查中對分布信息的收集工作，在一般調查、重點調查藥材樣品、臘葉標本和種質資源采集等5類調查表中[8]，均明確了要進行實物或數據采集位置的記錄，包括經度、緯度、海拔高度和地名等內容。普查隊在進行外業調查過程中，通過GPS獲取中藥資源的位置信息，并記錄在各類調查表上；在進行內業整理過程中，將通過GPS獲取的位置信息錄入到數據庫系統。應用“GPS”技術，獲取中藥材的經緯度等空間信息，改變過去關于中藥材分布范圍只能精確到省或縣的限制，使中藥資源分布精確到地塊和具體位置點，拓展了中藥資源普查數據分析的深度和廣度，及共享應用的范圍。

32基于軌跡儀獲取具有時間序列的位置信息

軌跡記錄儀是一種簡單而實用的戶外出行設備，可在固定的時間間隔內持續記錄坐標信息，適合于記錄騎行、爬山等的路線。將軌跡記錄儀獲取的若干時空連續的GPS數據連接，形成的曲線即為運動軌跡。普查隊可以借助軌跡記錄儀自帶軟件、Google Earth軟件等打開所記錄文件，查看運動軌跡。在開發中藥資源普查信息管理系統中，基于計算機軟件、ArcGIS二次開發技術，將軌跡記錄儀記錄的時間和空間信息，自動讀入到中藥資源普查信息管理系統中，并把普查隊的調查軌跡展示出來。基于軌跡儀獲取具有時間序列的位置信息，不但提高了數據獲取數量，還可以全面記錄普查隊工作線路、并在軌跡上嵌入所拍攝照片，為中藥資源數字化、地標分析提供基礎資料。endprint

33基于數碼相機同時獲取照片和位置信息

獲取中藥資源的種類、圖片和位置等信息，是一般調查的核心工作，一般需要普查人員同時攜帶GPS、相機、表格等多種設備才能配合完成信息的采集。常用的方式是，普查隊員在野外作業中先采用手工記錄，內業整理過程中再錄入信息系統。由于經度、緯度等有多位數字，位置信息、照片與基原信息的對應關系容易錄錯。為提高位置信息的錄入能力，降低普查隊員數據錄入工作量和錯誤率。全國中藥資源普查工作中融合數碼相機的拍照功能、GPS的定位功能，通過數碼相機和輔助GPS模塊，在普查隊員應用數碼相機拍攝照片的同時，獲取所拍攝照片的位置信息。后期通過“全國中藥資源普查信息管理系統”讀取照片信息的功能，自動將照片中的經緯度、照片號等信息讀取到填報系統中。使得照片既能反映中藥資源分布區域的生態環境信息、個體形態信息，還能反映出照片拍攝地的位置信息。融合GPS和數碼拍照技術，保證了位置、照片的一致性，同時減少了人工錄入時間，提高外業調查數據采集效率和數據共享能力。

34基于手機隨時隨地獲取位置信息

隨著互聯網、通信技術的發展，使用手機的人群迅速發展壯大，幾乎每個普查隊員都在使用手機。一般手機都帶有GPS定位、拍照和上網等功能。全國中藥資源普查工作，希望對區域內的中藥資源盡可能隨時隨地記錄其種類和分布情況。基于手機的定位功能，開發手機APP（一般調查數據采集子系統）[9]。輔助普查隊員利用手機“隨時、隨地、隨手”獲取中藥資源的位置信息，方便進行一般調查工作中的數據獲取和記錄。基于手機獲取位置信息，可提高普查隊在一般調查工作中數據獲取能力。

35基于GIS和RS技術獲取重點調查位置信息

在全國中藥資源普查中，重點調查的目的是通過對區域內的一次普查，準確、系統的獲取區域內所有野生重點藥用植物資源的種類、分布和蘊藏量信息。針對野生藥用植物資源，利用空間抽樣、分層抽樣和RS技術，以1∶100萬全國植被類型數據為主，輔助高程、坡向、土地利用、TM影像等數據提取若干生境地塊，輔助調查人員在進行野外調查設計、科學的布設樣地和樣方。為普查隊計算得到每個代表區域的位置和面積，準確的獲取野生藥用植物資源的種類、分布范圍和蘊藏量等信息提供技術支持。基于GIS和格網化技術，輔助普查隊預制和優選調查方案[10]。

36基于PDA獲取預設樣地的位置信息

隨著嵌入式移動GIS 軟硬件平臺、移動定位技術、無線通信互聯技術等相關技術的不斷發展，嵌入式移動GIS空間信息服務的內涵和應用進一步拓展和完善[11]。為提高重點調查工作效率，準確獲取調查位置，降低樣方調查時數據錄入工作量，融合PDA采集終端和GPS定位技術，基于PDA終端開發了重點調查數據采集系統[12]。在野外調查中，輔助普查隊員導航找到預設調查樣地，自動獲取經緯度信息，并將樣方內中藥材的數量、種名等信息直接電子化，完成重點調查的數據采集工作。降低了因紙質記錄表填寫、數量錄入PC端過程中筆誤導致的錯誤率，實現了無紙化記錄調查位置和數量等數據記錄工作。

4全國中藥資源普查中位置信息匯總和應用設計

41基于位置信息，匯總中藥資源普查工作任務分布情況

按照全國中藥資源普查實施方案的要求，普查隊在開展縣域中藥資源普查時，獲取縣域內可藥用資源的種類和分布等信息，并獲取影音資料和實物資料等工作。基于一般調查的位置信息，借助GIS可以展示每一個植物個體、每一張照片的具體位置。基于軌跡儀獲取的位置信息，可以明確普查隊調查工作的路線。借助GIS和RS技術，可以明確普查隊調查工作的代表性。基于樣方套和樣地的位置信息，可以明確重點調查分布區域和不同區域重點調查工作量和樣地的分布密度等。并可以對中藥資源普查相關工作，通過在線地圖、離線地圖和紙質地圖等展示[13]。

42基于位置信息，進行藥用資源物種多樣性研究

物種豐富度[14]是指分布于某一區域的物種數量，它是生物資源保護中最常用的指標。在全國和各地中藥資源普查工作結束后，將匯總大量的中藥資源種類和分布等方面的數據信息，區域之間中藥資源豐富度是客觀反映區域間中藥資源稟賦的一個有效指標。基于位置信息，在不同尺度條件下統計匯總區域間藥用資源的豐富度，可以客觀得反映區域間中藥資源豐富度實際情況。如張小波等[15]基于公里網格對重慶市的中藥資源物種豐富度進行了研究。此外，還可以進行物種均勻度、特有性等方面的研究。

43基于位置信息，進行區域中藥資源區劃研究

最大信息熵模型（MaxEnt）是一種較為常用的估算生物物種潛在分布區域的方法。基于大量的中藥資源位置信息，應用MaxEnt等技術方法，可以進行多種多樣的中藥資源潛在分布區劃研究。在此次中藥資源普查工作中，基于一般調查的點狀數據，應用ArcGIS可以明確每一調查記錄、每一個資源個體的具體位置；對同種資源的多個個體位置，可以明確資源的分布密度和分布特征。如吳曉俊等[16]基于大量的黨參藥材位置信息，利用MaxEnt模型和ArcGIS 技術，對黨參3個基原種的潛在空間分布區域進行了分析。此外，基于樣方樣地調查獲取的數量信息，可以進行中藥資源生長區劃研究；基于普查獲取的、帶有位置信息的藥材樣品，在明確藥材品質評價指標和結果的基礎上，可以進行中藥材品質區劃；基于分布、生長和品質區劃的基礎上，還可以進行生產等其他類型的區劃研究。

44基于位置信息，進行中藥材面積估算和監測

傳統采用收購量推算、人為估計中藥材儲量的調查方法，已不能滿足目前中藥資源調查以及動態監測的需求。中藥資源普查工作中獲取的各類地物的位置信息，為應用遙感技術進行中藥材的面積和產量估算，提供了豐富的采樣點數據。在大量的位置信息基礎上，基于SVM分類器[17]、監督分類等遙感圖像的植被識別方法，以及比值植被指數、差值植被指數、歸一化植被指數等植被指數，可以進行中藥材的種植面積和產量估算。如史婷婷等在實地調查獲取大量位置信息的基礎上，基于Landsat8、高分一號（GF1）、資源三號（ZY3）等遙感影像數據，估算了安徽省寧國市的前胡種植面積[18]、云南省文山州的三七種植面積[19]、吉林省撫松縣的人參種植面積[20]。endprint

此外，在不同時像遙感影像的基礎上，基于位置信息還可以進行野生中藥資源棲息地、面積等的變化情況監測。如張小波等[21]應用3S技術，結合地面調查，基于多倫縣不同時期植被指數（NDVI）的變化情況，對1988—2006年多倫縣野生芍藥資源的分布面積的變化趨勢進行了監測分析。

45基于位置信息，進行區域間中藥資源分布格局和規律研究

451進行中藥資源空間分布格局研究中藥資源分布是指一定時間內中藥資源在地理空間內的位置、聚散和組合情況，是重要的自然現象和社會經濟現象之一。中藥資源種類是區域內藥用資源和生物多樣性豐富程度，也是反映區域內發展中醫藥產業具有資源稟賦的重要指標。全局空間自相關主要是對屬性在整個區域空間上特征的描述方法，反映了觀測變量在整個研究區域內空間相關性的整體趨勢。基于空間自相關分析方法、區域內中藥資源種類和位置信息，可以進行中藥資源種類的空間自相關分析，進而揭示中藥資源空間分布的規律性，指導中藥資源合理布局，為區域資源、環境的協調發展、相關政策制定提供參考。如張小波等基于全國中藥資源試點工作階段性成果，基于空間自相關分析方法，進行了全國和吉林中藥資源種類空間分布差異研究[2223]，明確了全國和吉林省各地中藥資源種類的豐富程度及其空間分布特征。

452進行種群空間格局研究[24]種群不僅是聯結群落與個體的紐帶，還是生物群落生態系統的基本組成成分，植物種群的個體在群落中的分布格式既是種群的重要特征之一，也是植物種群在群落中所處的空間結構基本特征。種群的空間格局是種群自身特性、種間關系及環境條件綜合作用的結果。它反映了種群個體在空間水平上彼此間的相互關系，是影響種群發展的重要因素。植物種群空間分布格局的研究方法有，樣方法、趨勢面分析法、種毗連法、中心點四分法、變異矩分析、點格局分析法等[25]。

453進行單物種分布格局研究由于任何區域內都有不同的生境，每種植物的個體在其分布區內的布滿程度是極不相同的，只能占據其所適宜的生境。根據中藥資源在不同地區的分布頻數對科、屬、種進行聚類和排序分析，可以明確我國各地中藥資源所屬科、屬、種在的分布格局和分布特點。如王哲等通過對吉林省內穿龍薯蕷實地調查，運用MaxEnt模型和GIS技術，篩選出影響穿龍薯蕷分布的主導環境因子，并對穿龍薯蕷進行分布區劃，繪制吉林省穿龍薯蕷分布區劃圖[26]。

46基于位置信息，可將普查數據與其他行業的普查數據進行共享應用

中藥資源的分布、生長和質量與生態環境具有密切關系，相關研究表明，氣候、地形、植被、土壤等方面的自然生態環境因子對中藥資源的分布均有不同程度的影響，甚至是決定性因素。中藥資源相關數據信息有了空間位置信息，可與氣象、國土、林業和環保部等部門的數據進行對接。如，羅瑤等在實地調查獲取的具體位置數據基礎上，應用氣象、地形、植被、土壤等相關領域的數據，完成了云南重樓[27]、川西獐牙菜[28]、川牛膝[29]等的生態適宜性區劃研究。李英等在實地調查的基礎上，基于地形數據完成了河北省北柴胡生態適宜性區劃研究[30]。趙文龍等在實地調查的基礎上，基于氣象、地形、植被、土壤等相關領域的數據完成了板藍根的品質區劃研究[31]。

5討論

在浩瀚的文獻資料中，多有關于中藥材分布方面的論述。受技術方法的限制，歷代本草中關于中藥材產地、分布等方面的資料，多在宏觀層面對藥材分布地進行粗略的描述。本次全國中藥資源普查技術規范設計工作中，設計并應用“GPS”技術，獲取中藥材的經緯度等位置信息，改變過去關于中藥材分布范圍只能精確到省或縣的限制。

全國中藥資源普查工作中，以傳統調查方法為基礎，充分運用數碼照相、“3S”技術、計算機網絡等先進的現代技術和方法。獲取和應用位置信息，確保了普查基礎數據的準確性和客觀性，提高普查效率和質量。其中：應用GPS技術，可進行樣方的精確定位和樣地面積的確定；應用GIS技術，可將普查數據空間化，并實現這些空間數據的管理、分析、信息發布和生成專題地圖；應用RS圖，可估算中藥材的種植面積、確定調查區域范圍、提取生境信息等。

由于全國中藥資源普查工作是以縣為基本單位組織實施，縣級行政區劃單元是普查工作和成果統計的最小單位。將普查工作中得到的點狀數據和以行政區劃單元為基礎統計匯總的中藥資源數據，與林業、國土、統計等其他部門的普查數據和統計數據進行對接，使普查工作為中醫藥行業及相關行業和部門提供數據信息服務。需要借助縣級普查隊在普查過程中收集到的大量空間位置信息，對中藥資源普查數據進行空間網格化融合，以實現普查成果在更廣的范圍內共享應用。

在空間信息技術的支持下，可以實現對多來源普查數據的統計匯總和共享應用。如基于中藥資源普查中獲取的點狀數據、行政區劃邊界數據，應用ArcGIS緩沖區、MaxEnt模型等技術方法可以進行中藥資源的區劃研究。在位置信息的基礎上，應用ArcGIS 空間插值等功能可以進行中藥材數量和質量等的空間估計。基于GIS+GPS技術方法，把調查點連接成調查線路，后期工作中可以基于調查線路，對調查的代表性進行調整，提高調查區域的代表性，同時輔助開展縣域中藥資源普查工作驗收和考評工作。進行中藥資源及相關基礎數據的空間網格化融合，可對海量數據進行空間化融合、匯總和管理，有助于從總體水平上挖掘中藥資源的科學規律，全面揭示其科學內涵。

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[責任編輯呂冬梅]endprint