寧 靜， 杜中赫， 劉雅慧， 楊麗明， 王建華， 孫 群

（1．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物技術(shù)學(xué)院植物遺傳育種學(xué)系／北京市作物遺傳改良重點實驗室， 北京100193；2．中國農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院， 北京100094）

我國植物種類繁多，在2009年出版的《中國植物志》中，以文字說明和植株圖片的形式共記載了301科31 142種植物，2011年，《中國植物志》發(fā)布了網(wǎng)絡(luò)在線版，方便了相關(guān)人員的使用。然而，《中國植物志》與中國植物志在線版所介紹的內(nèi)容專業(yè)性過強，需要使用者擁有良好的專業(yè)背景，在一定程度上難以滿足初學(xué)者對于相關(guān)知識的訴求。與此同時，隨著種子科學(xué)研究的深入，在科研和教學(xué)方面，對于常見植物種子相關(guān)信息的需求也越來越烈。在我國的研究中，Zhen Luo等［1］嘗試建立了藥用植物種子信息查詢系統(tǒng)，吳青峰［2］研究了基于內(nèi)容的中草藥植物圖像檢索關(guān)鍵技術(shù)的相關(guān)問題，時常江［3］研究了豆科類雜草種子圖像識別系統(tǒng)。放眼國際，歐盟近年來建立了馬鈴薯、玉米、玫瑰和桃等統(tǒng)一的已知品種的數(shù)據(jù)庫［4］，可供歐盟成員國查找信息。

隨著計算機及數(shù)據(jù)庫相關(guān)知識在種業(yè)領(lǐng)域的普及，種子數(shù)據(jù)庫越來越多地被應(yīng)用在實際生產(chǎn)中。在前人的研究中，access軟件由于操作簡便、功能相對完善而受到科研工作者的青睞，廣泛應(yīng)用于林木種子管理［5］和一些重要農(nóng)作物，如馬鈴薯［6］的種質(zhì)資源整理當(dāng)中。除此之外，基于PHP＋MYSQL等技術(shù)的種子數(shù)據(jù)庫應(yīng)用也受到一線農(nóng)業(yè)工作者的歡迎。一方面，有效的種子數(shù)據(jù)庫可以起到行業(yè)監(jiān)督的作用［7］；另一方面，這些數(shù)據(jù)庫也被應(yīng)用于品種信息管理、種子生產(chǎn)經(jīng)營許可證申批、種子事故預(yù)警應(yīng)急處理和種業(yè)信息發(fā)布與交流等［8］。

隨著人們對信息直觀性要求的增加，數(shù)據(jù)庫中單純的文字信息已經(jīng)不能滿足人們的需要，此時，基于圖像處理的相關(guān)數(shù)據(jù)庫應(yīng)運而生。植物圖像數(shù)據(jù)庫如果與其他農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)相結(jié)合［9］，利用網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫這種速度更快、更自由的信息獲得方式向教育者、學(xué)生等傳播常見種子的相關(guān)知識，可以加快種子科學(xué)基礎(chǔ)知識的普及。

1 常見植物種子信息的需求分析

現(xiàn)階段對常見植物種子知識需求主要來自三大領(lǐng)域的人：生產(chǎn)實踐領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)技術(shù)人員和推廣人員；教學(xué)領(lǐng)域的農(nóng)業(yè)專業(yè)的大中專學(xué)生和教師；專業(yè)領(lǐng)域的種子學(xué)專家和常見植物栽培方面的專家。這些領(lǐng)域的人均可成為數(shù)據(jù)庫的用戶。他們對常見植物種子信息的需求有所側(cè)重，因此根據(jù)用戶的不同需求，將整個數(shù)據(jù)庫的信息分為：1）基礎(chǔ)信息：原植物的中文名、學(xué)名、別名及英文名；2）植物學(xué)信息：原植物形態(tài)、種子形態(tài)、原植物的生境和分布、原植物的基本用途；3）圖像信息：植物及其種子圖像。

2 數(shù)據(jù)庫功能設(shè)計

2．1 查詢項設(shè)計

數(shù)據(jù)庫是根據(jù)用戶需求來設(shè)計查詢功能的，需要有一定領(lǐng)域的寬度以滿足不同領(lǐng)域用戶的需求，但由于用戶需求內(nèi)容廣泛，加之龐大數(shù)據(jù)帶來的數(shù)據(jù)冗余等技術(shù)問題，設(shè)計的查詢項并不能滿足所有用戶的全部需求，只是選擇了能夠適合不同知識水平和要求的用戶的查詢設(shè)計。

2．2 文字內(nèi)容

除查詢項信息內(nèi)容之外，其他信息的文字說明也應(yīng)較為詳盡，如植物形態(tài)特征、生境和分布、用途以及相關(guān)的典故出處。這些內(nèi)容需要較大的頁面適合作為具體的文字信息內(nèi)容。以上內(nèi)容均歸屬于文字介紹部分。

2．3 圖片功能

數(shù)據(jù)除了可對原植物形態(tài)進行描述之外，還利用圖片置于頁面之首形象直觀地向用戶展示植物形態(tài)，特別是植物種子形態(tài)。

3 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)和基本程序設(shè)計

3．1 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)

用戶經(jīng)過注冊獲取一定的訪問權(quán)限后就可以向Web服務(wù)器請求資源，服務(wù)器再根據(jù)自身數(shù)據(jù)作出響應(yīng)，這樣用戶就可以瀏覽自己需要的信息了。同樣，管理員可以通過Web上的后臺登陸進入管理系統(tǒng)，一方面，可以實現(xiàn)對用戶的管理；可以增減數(shù)據(jù)庫中收錄植物的種類、錄入和修改數(shù)據(jù)庫的內(nèi)容，在此界面上用Apache技術(shù)調(diào)用PSI數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)為PHP文件共同生成瀏覽頁面，從而實現(xiàn)對后臺支撐數(shù)據(jù)庫穩(wěn)定且高速的訪問，更直觀地讓用戶操縱數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

3．2 數(shù)據(jù)庫總體功能的模塊設(shè)計

系統(tǒng)分為對外發(fā)布和后臺管理兩部分，前者主要包括信息檢索和信息瀏覽，而后者則包括信息錄入、修改及用戶管理等內(nèi)容。

在外網(wǎng)發(fā)布系統(tǒng)中，用戶可以根據(jù)自身需要進行檢索和瀏覽。一方面可以通過中文學(xué)名、科屬名及其對應(yīng)的拉丁名稱等來查詢所收錄的植物種子信息；另一方面，對于生產(chǎn)實踐一線的用戶，可以通過高級搜索的功能，從植物類別上直接進行查詢。

在后臺管理系統(tǒng)中，常見植物種子按照常規(guī)分類的所屬類別錄入，將收錄植物分為農(nóng)作物、蔬菜、藥用植物、花卉、樹木、草等六大類，每大類中又設(shè)有相關(guān)小的類別，使得查詢修改數(shù)據(jù)庫信息更為便捷，用以保證信息安全。內(nèi)網(wǎng)的管理是一個不斷完善的過程，不斷地對知識進行更新，才能使外網(wǎng)用戶及時獲得最新信息。

3．3 基本程序設(shè)計

根據(jù)常見植物種子數(shù)據(jù)庫總體功能模塊其基本程序設(shè)計的構(gòu)架分為以下5部分：

1）首頁和分類根目錄，顯示首頁和根目錄下的具體內(nèi)容，結(jié)合本數(shù)據(jù)庫實際就是各種常見植物種子的文字信息內(nèi)容；

2）分類管理，根目錄的建立是建立在分類管理的基礎(chǔ)上，結(jié)合本數(shù)據(jù)庫實際就是各種常見植物種子的文字信息按照所說類別的目錄下管理；

3）建議列表，反映前臺用戶對于數(shù)據(jù)庫的建議情況，結(jié)合本數(shù)據(jù)庫實際就是用戶對于各個常見種子相關(guān)信息的修改建議；

4）首頁圖片，首頁圖片從相冊中調(diào)用圖片資料，同時在首頁顯示；

5）用戶管理，管理員和其他用戶的管理。

4 數(shù)據(jù)來源

4．1 文字資料整理

本數(shù)據(jù)庫的文本數(shù)據(jù)參考國內(nèi)植物志、出版物、網(wǎng)絡(luò)資源等資料。其中，基礎(chǔ)信息如原植物的名稱、學(xué)名、俗名、分類地位、形態(tài)特征、起源、用途等來自《中國植物志》及 其 對 應(yīng) 網(wǎng)站 http：／／frps．eflora．cn［10］及http：／／www．eflora．cn［11］。常規(guī)分類信息參考國家作物種質(zhì)基因庫和國家作物種質(zhì)信息系統(tǒng)（CGRIS），http：／／icgr．caas．net．cn［12］。對植物的生境分布、用途和相關(guān)典故等進行了文字整理，使得數(shù)據(jù)庫中的內(nèi)容更加豐富，更具科學(xué)普及性。

4．2 圖片資料整理

數(shù)據(jù)庫的原植物植株照片多數(shù)在北京市各大公園、北京藥用植物園等處拍攝；而植物種子照片拍攝自中國農(nóng)業(yè)大學(xué)種子科學(xué)實驗室，這些植物及植物種子均經(jīng)過相關(guān)專家鑒定。可以為用戶帶來直觀的印象。

5 數(shù)據(jù)庫的使用

5．1 前臺用戶使用

5．1．1 注冊與登錄

新用戶在使用PSI數(shù)據(jù)庫之前，需要進行注冊。在地址欄中搜索http：／／psi．cau．edu．cn可出現(xiàn)如圖1所示頁面。點擊注冊，填寫用戶名、真實姓名、E－mail地址等基本信息，并進行密碼設(shè)定，提交注冊信息，待管理員進行審核后即可成為PSI數(shù)據(jù)庫的使用會員。

圖1 PSI數(shù)據(jù)庫的登陸界面

老用戶在使用數(shù)據(jù)庫之前需要進行登陸。同樣，在地址欄中搜索http：／／psi．cau．edu．cn，待出現(xiàn)圖1界面后輸入原先注冊的用戶名和密碼即可進入查詢頁面。

5．1．2 模糊查詢與高級查詢

在模糊查詢界面（如圖2）中點擊“高級搜索”，即可出現(xiàn)高級查詢界面，在這一搜索界面中，可以通過輸入中文名稱、英文名稱、中文科名、拉丁科名、中文屬名、拉丁屬名、別名、植物一級類別和植物二級類別等條目，點擊“查詢”按鈕進行高級搜索。

5．1．3 分類查詢

在模糊查詢界面（如圖2）中點擊“分類顯示”，即可出現(xiàn)分類顯示界面，在這一搜索界面中，使用了日常生產(chǎn)生活中對于常見植物的分類方法。具體來說，就是將常見植物分為農(nóng)作物、蔬菜、藥用植物、花卉、樹木、草共六大類，在每一類別中按照形態(tài)特征和用途細分類別進行排列，以方便非本專業(yè)的用戶進行查詢。

5．1．4 資料瀏覽

當(dāng)用戶在搜索界面中搜索關(guān)鍵詞后，就可以進入資料瀏覽界面。在這一界面中，用戶可以看到關(guān)于所搜索植物的相關(guān)文字介紹和原植物植株、種子的照片（圖3），這樣的介紹方式可以給用戶更為全面的認識。

5．1．5 糾錯和建議

在用戶使用數(shù)據(jù)庫的過程中，在前臺即可以對數(shù)據(jù)庫中出現(xiàn)的問題進行糾錯和建議，以便后臺管理者對數(shù)據(jù)庫內(nèi)容進行更新。

5．2 后臺的管理

在PSI數(shù)據(jù)庫的運行過程中，為了知識的及時更新和查漏補缺，管理人員可以從后臺登陸進行數(shù)據(jù)管理。

5．2．1 管理員登陸

在用戶登錄界面（如圖1）左下角點擊“后臺登陸”即可出現(xiàn)管理員登陸界面，輸入管理員賬號、密碼及驗證碼，點擊“進入管理中心”，即可實現(xiàn)管理員的后臺登陸。

5．2．2 用戶管理

為保證數(shù)據(jù)庫的正常運行，管理員需要對注冊的用戶進行管理，PSI數(shù)據(jù)庫為管理員提供了較為便捷的管理措施。在進入后臺管理中心后，點擊左側(cè)的用戶管理按鈕（如圖4），即可進入用戶管理界面。通過這一界面，可以使管理員充分了解用戶注冊的基本情況，同時實現(xiàn)對用戶權(quán)限的變更。

圖2 模糊查詢界面

圖3 資料瀏覽界面

圖4 用戶管理按鈕

5．2．3 資料的編輯與修改

進入后臺管理中心后，點擊左側(cè)的“植物管理”，即可進行植物資料的編輯與修改。可以通過Excel表格導(dǎo)入在表格中完成的植物文字信息，也可以通過頁面右上角的完成單條植物信息的寫作。每條植物信息后面提供了編輯、刪除功能。另外也可以通過植物信息后面的“不顯示”選項，選擇相關(guān)資料是否對用戶開放。所有的植物信息可以批量導(dǎo)出保存為Excel表格形式。

6 總結(jié)與展望

本數(shù)據(jù)資料收集比較基礎(chǔ)，與教學(xué)、生產(chǎn)實際非常接近，通過資料整理選取我國常見植物作為展示對象，詳盡描述其形態(tài)特征、分布、用途、典故等，加之形象的圖片描述，錄入數(shù)據(jù)庫。查詢項的設(shè)計除了可以滿足種業(yè)領(lǐng)域相關(guān)人士的需求，對于植物所屬類別的設(shè)計可以使生產(chǎn)一線的技術(shù)人員和推廣人員較為方便的查詢到所需信息。

系統(tǒng)設(shè)計簡單大方，兼顧查詢、瀏覽、信息修改的功能，可以實現(xiàn)同一植物的單一搜索和組合檢索，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的高級查詢，是整個操作系統(tǒng)更便于推廣和利用。本文構(gòu)建的常見植物種子圖像數(shù)據(jù)庫可以在現(xiàn)有水平上不斷升級，增加和豐富所錄內(nèi)容，使數(shù)據(jù)庫的層次更為清晰，數(shù)據(jù)更加完善。植物圖像數(shù)據(jù)庫如果可以和專家系統(tǒng)相結(jié)合，這將會發(fā)揮更大的生產(chǎn)實踐效用。

［1］Zhen Luo，Xiaowei Dai，Baoqi Sun，et al．Construction of Information Retrieval of System of Traditional Chinese Medicine（TCM）Plants seeds．Recent advances in computer science and information engineering2011（Z．Qian et al，Eds）［J］．Lecture Notes in Electrical Engineering，2011，127：545－551．

［2］吳青峰．基于內(nèi)容的中草藥植物圖像檢索關(guān)鍵技術(shù)研究［D］．廈門大學(xué)，2007．

［3］時長江．豆科類雜草種子圖像識別系統(tǒng)研究［D］．中國海洋大學(xué)，2009．

［4］楊坤，張新明，劉平，等．植物已知品種數(shù)據(jù)庫構(gòu)建方法的研究［J］．中國農(nóng)學(xué)通報，2011，27：283－287．

［5］曲振濤．利用Access設(shè)計開發(fā)林木種子管理系統(tǒng)［J］．林業(yè)勘查設(shè)計，2008（4）：103－104．

［6］鄧祿軍，黃萍，夏錦慧，等．貴州馬鈴薯種質(zhì)資源數(shù)據(jù)庫的設(shè)計與實現(xiàn)［J］．種子，2013，32（8）：59－61．

［7］徐曉晨，張?zhí)m華．利用農(nóng)業(yè)信息系統(tǒng)提高種業(yè)質(zhì)量與監(jiān)督［J］．中國農(nóng)學(xué)通報，2012年北京國際種子產(chǎn)業(yè)發(fā)展高峰論壇．

［8］錢虎君，馮恩東，湯義華，等．信息技術(shù)在種子管理上的應(yīng)用［J］．種子科技，2010（9）：4－6．

［9］馬曉丹，祁廣云，譚峰．基于圖像處理的植物圖像數(shù)據(jù)庫存取技術(shù)［J］．農(nóng)機化研究，2006（3）：180－181，186．

［10］《中國植物志》全文在線版網(wǎng)站，http：／／frps．eflora．cn／．

［11］中國在線植物志，http：／／www．eflora．cn／．

［12］國家作物種質(zhì)信息系 統(tǒng) （CGRIS），http：／／icgr．caas．net．cn／．