基于GIS數據采集技術的校園植物數據庫建設

宋一凡 何龍 張泰格

摘 要：國內大學校園植物種類繁多，生態系統較為完善，建立相應的植物數據庫，對研究校園植被時空分布特征和生態效益、植物教學以及校園植物網站的建設具有重大的價值。因此，文章研究了基于GIS數據采集技術的校園植物數據庫建設。

關鍵詞：校園植物；GIS數據采集；數據庫；植物網站

植物作為校園綠化中重要的構景要素，兼具觀賞特性、改善校園環境，以及輔助生態教學等功能[1]。反觀國內大學校園，普遍植物種類繁多，生態系統較為完善，因此，建立相應的植物數據庫，對校園的生態文化建設具有重要的意義。

當今社會已有相當成熟的數據收集與儲存手段，但數據愈加繁多復雜，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（Geographic Information System，GIS）數據采集技術下，如何建立存儲效率和查詢效率較高的植物數據庫，以方便綜合植物信息系統更加直觀地展示數據及其有效利用途徑。

1 基于GIS技術的數據采集

傳統方案下，需要人員手動采集，在地圖上記錄并制作紙質表格歸檔，數據采集效率低下，精準度低，難以系統化。而利用GIS系統完成的數據采集具有實時聯網，時效性長，更新速率高等特點。GIS是在計算機硬件、軟件支持下，對地球表層空間（包括大氣層）中的有關地理分布數據進行采集、儲存、管理、分析和顯示描述的一種技術系統[2]。

調查者利用戶外助手APP等軟件，通過衛星定位，對校內植物進行逐株打點采集數據，將植物數據與植物GPS空間信息以XML形式提交到數據庫中。由于智能手機GPS定位誤差在15～30 M，后端人員可通過地圖要素對實際點位進行誤差修正。同時將現有收集整理的文獻資料和拍攝的植物影像圖片與所采集的數據相結合，可以得到完善的植物數據。較傳統數據采集方法而言，采集效率及數據精準度更高，易于系統化，潛在價值巨大。

2 數據庫系統設計

2.1 設計原則

該數據庫以關系型數據庫為模型，應遵循相應的完整性原則，考慮表記錄之間的約束性條件，如消除每個表格中重復的記錄，使用唯一主鍵（碼）來標識每張記錄表，在多對多的關系中，同一個表格不能存放獨立的實體等。采用數據庫的范式，盡可能減少數據冗余情況，使數據存儲更有條理。最后，要對訪客進行權限設置，保證數據的安全性與準確性，同時可為后期前端網站的更改預留數據庫可再開發的空間。

2.2 植物分類編碼

考慮到植物名稱及分類的復雜多樣，為了能夠在節省數據庫存儲空間同時又能使某一植物物種唯一，存儲時應使用特定的編碼儲存。因此，我們應建立一個植物分類編碼系統，最上級的分類等級用第一位字母表示，次級依次類推，缺少等級便用0代替，便于分類。

2.3 表字段設計

“植物物種”為植物數據庫的基本實體，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）、形態特征、生境、地理分布等信息，具體如圖1所示。實際錄入工作中，可以對這些屬性進行適當的取舍優化。

為減少數據冗余、提高存儲效率，在粗略地設計的基礎上，需要將屬性進一步分解細化，即建立多張屬性表，并建立表與表之間的聯系。如部分植物有多個異名，應單獨建立異名表[3]。相應地，可以對分類群、形態特征等屬性細化。

具體設計表字段時，需考慮所面向對象的具體需要。表字段應選取合適的字段名并設置適當的類型及長度。由于大部分字段都是對植物生態學特征及分類信息的描述性內容，所以字段類型應以文本類型居多。設計字段時，應仔細分析，設置合理的長度，并做適當的優化，才能提高效率，減少數據的冗余。

3 數據庫應用服務

該植物網站是基于瀏覽器/服務器（Browser/Server，B/S）模式，主要通過超文本標記語言（HyperText Markup Language，HTML）和層疊樣式表（Cascading Style Sheets，CSS）完成網頁的靜態布局，并以JavaScript腳本語言設計網頁的動態響應效果，如鼠標事件和首頁的滾動圖片動態效果。其中主要設計了“植物索引”頁面來訪問數據庫，以實現植物信息的查詢檢索。

3.1 連接數據庫

為實現連接數據庫，需在Web服務器創建的項目中同時創建機器數據源（包括用戶數據源和系統數據源）和開放式數據庫系統互連（Open Database Connectivity，ODBC）。

數據源，設置連接屬性[4]。ODBC是一種重要的數據庫訪問API，能實現Web服務器與各種數據庫服務器相連接，調用該接口可以對數據庫進行存取操作[5]。通過ODBC驅動程序，可以實現后期用戶通過瀏覽器訪問網站數據庫。ODBC連接數據庫的結構如圖2所示。

3.2 網頁設計

網站的版塊設計包括首頁、植物索引、資訊百科、植物地圖、花期花歷、公眾號6個部分的網頁，其中各部分的具體內容介紹如下。

（1）“首頁”版塊包含了網站的建站簡介，以及各頁面的導讀小窗口，其中附帶各自的跳轉鏈接，如圖3所示。

（2）“植物索引”版塊是通過連接訪問植物數據庫，以實現對不同植物信息的查詢，查詢條件包括植物名、學名、是否有花期等關鍵字，點擊查詢后將跳轉特定的植物信息頁面，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。

（4）“植物地圖”版塊鏈接相關校園植物地圖，方便查詢植物分布和空間位置。

（5）“花期花歷”版塊設計了12個分頁，對應各月份的開花植物，提供圖片和部分文字說明，方便瀏覽查詢各月開花植物。

（6）“公眾號”版塊用以推送已有公眾號的文章，并提供相關聯系方式。

4 結語

通過建立校園植物數據庫，學校相關部門可以更便捷、直觀地得到校園范圍內植物的全面信息，從而更加科學規范地管理校園植物資源。同時，校園植物數據庫可以鏈接到相關的植物網站，訪問者可以通過網頁進行植物查詢，獲取校園內的植物信息，用以研究校園植被時空分布特征和生態效益或是植物學科的學習。另外，建立校園植物數據庫不僅有利于學校生態文化建設，對于輔助提高植物教學具有顯著的促進作用。

[參考文獻]

[1]楊琴軍，陳龍清，楊晨珊.大學校園植物景觀研究—以武漢大學為例[J].華中建筑，2010（10）：133-136.

[2]閭國年，張書亮，龔敏霞.地理信息系統集成原理與方法[M].北京：科學出版社，2003.

[3]沈光，佟斌，孫波.論植物數據庫的建立[J].國土與自然資源研究，2007（1）：89-90.

[4]顧梅.如何開發和訪問網站數據庫[J].信息系統工程，2000（12）：42.

[5]董駱駱.基于B/S模式的管理信息系統的研究與開發[D].武漢：華中科技大學，2007.