红树林湿地鸟类查询与鉴别系统的设计与实现

冯琼瑛　陈粤超　张家善　杨　锋　张瑜斌

1(广东海洋大学实验教学部　广东 湛江 524088)2(广东湛江红树林国家级自然保护区管理局　广东 湛江 524000)3(湛江财贸中等专业学校　广东 湛江 524042)4(湛江市海洋与渔业环境测站　广东 湛江 524039)5(广东海洋大学海洋资源与环境监测中心　广东 湛江 524088)



红树林湿地鸟类查询与鉴别系统的设计与实现

冯琼瑛1陈粤超2张家善3杨锋4张瑜斌5*

1(广东海洋大学实验教学部广东 湛江 524088)2(广东湛江红树林国家级自然保护区管理局广东 湛江 524000)3(湛江财贸中等专业学校广东 湛江 524042)4(湛江市海洋与渔业环境测站广东 湛江 524039)5(广东海洋大学海洋资源与环境监测中心广东 湛江 524088)

针对中国红树林湿地现有21目72科195属445种鸟类资源，采用B/S结构，结合MSSQL数据库、ASP.NET、Web技术和专家系统理论，设计和开发红树林湿地鸟类查询与鉴别系统。并就系统浏览、查询和鉴别功能的实现，给出具体的解决方案；同时，利用51ditu API成功实现了电子地图与.NET的交互，使用户能快捷方便地对观鸟记录进行添加和维护。实践证明，系统性能良好，功能实用方便。随着系统的完善和应用，对加强红树林湿地鸟类管理、保护红树林湿地鸟类资源、保护沿海生态环境有着积极的意义。

红树林湿地鸟类MSSQL数据库Web技术专家系统二叉树电子地图

0　引　言

鸟是大自然的精灵，鸟是人类的朋友。鸟类不仅带给人们享受，还在保持生物多样性、维护生态平衡方面发挥着重要作用。作为主要栖息地之一的红树林湿地蕴含了丰富的鸟类资源。据《中国红树林区鸟类》一书记载，中国红树林湿地现有鸟类21目72科195属445种，分别占全国鸟类24目101科429属1332种的83%、71%和33%[1,2]。为了方便用户浏览、查询和鉴别红树林湿地鸟类，积累鸟类原始观测数据，设计和开发了红树林湿地鸟类查询和鉴别系统。

1　系统设计

1.1系统目标

以中国红树林区鸟类名录为依据，专家系统理论为核心，结合Web技术和数据库技术，在查阅了众多鸟类学论著[3-6]和鸟类相关网站的基础上，建立红树林湿地鸟类查询与鉴别系统，实现红树林湿地鸟类的快速浏览查询和鉴别，以及观鸟记录地图管理功能。

1.2系统架构

系统采用三层B/S架构(如图1所示)，以MSSQL Server 2005 数据库作为后台数据管理系统，实现红树林湿地鸟类资源和鉴别知识库的管理。开发平台采用.NET Framework，有效地降低了系统对客户机的要求, 避免了在客户机上分发应用程序与版本控制的困难[7]。并在.NET 架构下引入AJAX，引入AJAX后，将系统分为含有AJAX引擎的表现层、业务逻辑层和数据层。AJAX 和.NET 平台的结合优化了系统的结构设计，减少了用户交互过程中的等待时间,弥补ASP.NET 在客户端显示上的不足，提高了系统的资源利用率和响应速度。

图1　系统体系结构

1.3系统功能设计

按照系统对功能的需求，将功能模块分为客户端和后台管理两大部分。其中客户端设计七大功能模块，包括注册登录模块、鸟类知识模块、浏览模块、查询模块、鉴别模块、观测记录管理和用户中心模块。后台管理分为四大功能模块，包括系统管理、用户管理、鸟类知识管理、红树林鸟类管理。各模块下设若干子模块，如图2所示。

图2　系统功能设计

1.4系统流程设计

系统流程设计如图3所示。游客输入系统网址，进入主页，可以直接浏览鸟类知识、红树林湿地鸟类各阶元信息，或进行鸟类查询、鸟类鉴别，也可以注册成为本站会员。会员除了享有游客的权利外，还可以添加观鸟记录、发布文章、发表评论、发送站内短信等。管理员直接进入后台管理模块，进行系统设置、会员管理、红树林系统管理，或上传图片、审核用户添加的观鸟记录等操作。

图3　系统流程设计

2　数据库设计

根据系统需求，建立红树林湿地鸟类资源和鉴别数据库。再按分类阶元，在该数据库中建立目表、科表、属表、种表、鸟类鉴别特征表、二叉检索编码表、观鸟记录和电子地图以及管理员表、用户表、用户组表、站内短信表、评论表等。各表字段分别设置如下，各表之间通过种ID、属ID、科ID和目ID建立表间关系。

目表：目ID、目中文名、目中文拼音、描述、生物学特征、鉴别特征、分类与分布、图片、备注等。

科表：科ID、科中文名、科中文拼音名、科拉丁名、目ID、描述、鉴别特征、图片、备注等。

属表：属ID、属中文名、属中文拼音名、科ID、描述、鉴别特征、图片、备注。

种表：种ID、种中文名、种中文拼音名、种拉丁名、种英文名、属ID、国内分布、红树林区分布情况、红树林区居留类型、受威胁状况、保护级别、保护状况、描述、生境、食性、繁殖、叫声、鉴别特征、图片、备注等。

观鸟记录和电子地图：记录号ID、种ID、种名、经度、纬度、观测日期时间、描述、图片、添加用户、添加时间、更新用户、更新时间、是否通过审核、备注等。

鸟类鉴别特征表：种ID、种中文名、种拉丁名、形状、体长、姿态、飞行类型、头、虹膜、喙、翼或翅、尾、足、羽色、鸣叫、行为习性、栖息地、季节、备注等。

二叉检索编码表：序号、编码、描述、目ID、科ID、属ID、科ID、备注。

系统采用SQL Server 2005构建物理数据库，并建立功能强大的后台管理模块，方便管理员对数据库进行维护或备份。同时，为保证系统良好的可移植性，将程序用到的所有连接字符串信息统一存放于config.web配置文档中，并在程序中对该文档配置进行调用来实现数据库连接。当系统需要进行移植时只修改config.web配置文档中的相应数据信息即可实现数据库连接的转移。

3　系统开发关键技术

3.1B/S结构

系统采用B/S结构，在该结构中，主要事务逻辑在服务器端实现，极少部分事务逻辑在浏览器端实现，大大简化了客户端电脑负荷，减轻了系统维护与升级的成本。

3.2ASP.NET和ASP.NET AJAX

系统采用Visual Studio.NET 2008开发，同时引入AJAX技术实现客户端的异步请求操作，解决服务器负担和整页刷新带来的白屏问题[8]。当管理员对红树林湿地鸟类某些阶元进行修改后，用户在请求更新网页时，将部分更新修改后的信息，不需要刷新整个页面，减少了用户的等待时间，提高系统响应速度。

3.3jQuery

系统在浏览和查询模块主要用到了jQuery技术。jQuery是一套简洁、快速、灵活的JavaScript脚本库，同时兼容CSS3和各种浏览器，使用户能更方便地处理HTML、documents、events，实现动画效果，并为网站提供AJAX交互。

其中，应用jquery.prettyPhoto.js进行图片显示，达到类似QQ相册的展示效果，而且图片多时可以在页面上只加载设置的部分图片，不用一次加载所有图片。同时，应用jquery.uploadify.v2.1.0.min.js实现图片无刷新上传，上传时显示进度条，而且能在页面中显示已上传的文件，也可以即时删除图片。在设计鸟类浏览和鸟类查询时，使用了rtree.js，rtree.js在层数不多时使用非常简单，效果很好。鸟类鉴别模块用到无限树功能，选择了jquery.simple.tree.js，可以异步加载子树，而且体积小、兼容性好。

4　系统功能实现

4.1浏览功能的实现

鸟类信息浏览采用树形目录方式，左侧显示目科属种名称，可单击展开，右侧显示单击后对应阶元的详细信息。

4.2查询功能的实现

鸟类查询主要用SQL结构化查询语言实现，查询结果显示时利用了jQuery技术。可以按中文名、拉丁名、中文拼音名、鉴别特征、叫声等进行精确或模糊查询，查询结果以目录树的方式显示，点击左侧的分类阶元名称可在右侧查看详细信息。图4为输入中文鸟名“鹭”的模糊查询结果，右侧为点击草鹭时的显示情况。

图4　模糊查询

4.3鉴别功能的实现

本系统设计了三种鉴别方式，分别是至目科、至属种，或在已知目科的情况下进行属种鉴别。当完全不知待鉴别的鸟类所属目科或属种时，可直接点击展开条件进行至目科或属种的鉴别；当已知待鉴别的鸟类所属目科名而需要进一步确定属种时，可先输入所属目科名，直接从该目科后开始鉴别。

鸟类目科检索表是鸟类分类检索的主要工具。系统依据鸟类目科检索表与二叉树的结构相似性，将该表转换为鸟类目科检索二叉树，并依据该树设计鸟类鉴别编码表。表字段设置包括序号、编码、描述、目名、科名、种名、备注等，并与数据库中目、科、种表相应字段建立关系。同时为了提高属种鉴别效率，系统引入了B+树和判定树学习，结合专家系统理论、产生式规则实现了鸟类目科至属种的鉴别。该模块的详细设计见《专家系统在红树林湿地鸟类鉴别中的设计与实现》[9]。图5所示为鹳形目鹭科草鹭的鉴别过程。

图5　鸟类鉴别过程

4.4观鸟记录添加与管理

地图API可让第三方网站通过API编程方式调用地图服务网站数据库中的信息和功能[10]。为了记录鸟类分布信息和观测信息，积累原始观测资料，系统设计了观鸟记录模块。该模块采用51ditu API开发，51ditu API提供地图接口、导航接口和查询接口三大类功能接口，可以访问在线数据库，实现基本地图操作、搜索和导航等功能[11]。能方便地将用户的观鸟记录添加到电子地图上，并保存在网站数据库，成功实现了电子地图与.NET的交互。注册用户可以方便地将自己的观鸟记录加入到网站数据库中(如图6所示)，并经过管理员审核后即可实时显示。

图6　观鸟记录添加

管理员从后台登录后，可以对用户添加的观鸟记录进行审核和编辑(如图7所示)，也可以直接添加或编辑观鸟信息。

图7　观鸟记录后台管理

4.5辅助功能的实现

系统还建立了鸟类知识模块和用户中心，以方便用户了解鸟类知识和进行交流。普通用户可以直接浏览鸟类知识，了解红树林鸟类研究领域的最新动态，会员还可以添加鸟类知识或发表评论。也可通过用户中心，进行收发短信、发布文章、发表评论、修改密码、修改资料等操作。

4.6后台管理功能实现

系统设计了强大的后台管理功能，管理员可直接登录进入后台管理模块。除定期对数据库进行维护外，还可以进行系统设置、用户管理、用户组管理、鸟类知识及评论管理，以及对红树林湿地鸟类信息模块的管理，包括：添加、编辑、删除鸟类各阶元信息；添加或编辑鸟类鉴别编码、审核用户注册资料、回答用户提问；审核或编辑观鸟记录、上传图片等。以上功能模块的有机结合，使得系统具有较强的实用性和专业性。

5　结　语

系统的创新性：系统数据库收录了数十万字的文字信息和上千张图片，包含了中国红树林湿地鸟类21目72科195属445种各阶元的详细信息。目前，国内还没有专门针对中国红树林湿地鸟类的查询系统。同时，利用51ditu API 成功实现了电子地图与.NET的交互，使用户能方便地对观鸟记录进行添加和管理。此外，利用产生式规则与二叉树结构的相似性，设计开发了鸟类鉴别模块，实现了鸟类目科至属种的鉴别。目前，系统目科鉴别功能已全部实现，属种鉴别功能尚在完善中。

系统特色：系统采用B/S结构，界面美观，人机交互友好。AJAX技术的使用使系统具有更快的响应速度。同时，提供了强大的后台管理功能，使管理员能快捷方便地对系统进行管理维护。

系统的不足：系统不能实现图像或声音的鉴别，只能通过对鸟类特征的文字描述进行引导式鉴别或检索符合条件的记录。

本系统开发的难点在于鸟类鉴别专家知识库的建设，为了保证鸟类资源和知识库的专业性、准确性和实用性，特别邀请红树林湿地鸟类学专家对知识库进行审核。目前，系统浏览、查询、目科鉴别和观鸟地图功能已全部完成，属种鉴别功能仍在完善中。随着系统的完善和应用，对保护红树林湿地鸟类资源、保护沿海生态环境，将有着积极的意义。

[1] 周放,王颖,邹发生,等.中国红树林区鸟类[M].北京:科学出版社,2010.

[2] 郑光美.中国鸟类分类与分布名录[M].北京:科学出版社,2005.

[3] 郑光美,张词祖.中国野鸟[M].北京:中国林业出版社,2002.

[4] 约翰·马敬能,卡伦·菲利普斯,何芬奇.中国鸟类野外手册[M].长沙:湖南教育出版社,2000.

[5] 王元青.探索书系—鸟类[M].沈阳:辽宁教育出版社,2001.

[6] 郭冬生.常见鸟类野外识别手册[M].重庆:重庆大学出版社,2007.

[7] 李正希,胡方霞,陈发吉,等.ASP.NET案例开发[M].北京:中国水利水电出版社,2005.

[8] 仰燕兰,金晓雪,叶桦.ASP.NET AJAX框架研究及其在Web开发中的应用[J].计算机应用与软件,2011,28(6):195-198.

[9] 冯琼瑛,张家善,陈粤超,等.专家系统在红树林湿地鸟类鉴别中的设计与实现[J].广东海洋大学学报,2014,34(1):78-82.

[10] 王红崧,周海晏.基于百度地图API的旅游地理信息系统开发[J].现代计算机:专业版,2012(23):60-63.

[11] 景昕蒂,王方雄.大连市旅游电子地图的设计与开发[J].地理空间信息,2011,9(1):128-130.

DESIGN AND IMPLEMENTATION OF MANGROVE WETLAND BIRDS QUERY AND IDENTIFICATION SYSTEM

Feng Qiongying1Chen Yuechao2Zhang Jiashan3Yang Feng4Zhang Yubin5*

1(Experimental Teaching Administration Department,Guangdong Ocean University,Zhanjiang 524088,Guangdong,China)2(GuangdongZhanjiangMangroveNationalNatureReserveAdministration,Zhanjiang524000,Guangdong,China)3(ZhanjiangFinanceandTradeSecondarySpecializedSchool,Zhanjiang524042,Guangdong,China)4(ZhanjiangOceanandFisheryEnvironmentalMonitoringStation,Zhanjiang524039,Guangdong,China)5(MonitoringCenterforMarineResourcesandEnvironments,GuangdongOceanUniversity,Zhanjiang524088,Guangdong,China)

Existing birds resources found in mangrove wetlands in China add up to 21 orders, 72 families, 195 genera and 445 species. In this regard, based on B/S structure and the combination of MSSQL database, ASP.NET, Web technology and expert system theory, we designed and developed a query and identification system for mangrove wetland birds and put forward the specific solution on the realisation of system browse, query and identification functions. Meanwhile, with the help of 51 ditu API, we successfully realised the interaction between electronic maps and .NET, thus the users can add and maintain their records of the observed birds conveniently. Practice has proved that the system designed here has a good performance and is very functional. With gradual perfection and application, the system will have positive meaning in protecting the resources of mangrove wetland birds and coastal ecological environment.

Mangrove wetland birdsMSSQL databaseWeb technologyExpert systemBinary treeElectronic map

2015-03-08。国家海洋公益性行业科研专项(20130 5021)；广东省教育厅科技创新项目(2013KJCX0095)。冯琼瑛，实验师，主研领域：数据库及GIS应用。陈粤超，高工。张家善，讲师。杨锋，高工。张瑜斌，教授。

TP3

A

10.3969/j.issn.1000-386x.2016.09.015