基于GIS数据采集技术的校园植物数据库建设

宋一凡 何龙 张泰格

摘 要：国内大学校园植物种类繁多，生态系统较为完善，建立相应的植物数据库，对研究校园植被时空分布特征和生态效益、植物教学以及校园植物网站的建设具有重大的价值。因此，文章研究了基于GIS数据采集技术的校园植物数据库建设。

关键词：校园植物；GIS数据采集；数据库；植物网站

植物作为校园绿化中重要的构景要素，兼具观赏特性、改善校园环境，以及辅助生态教学等功能[1]。反观国内大学校园，普遍植物种类繁多，生态系统较为完善，因此，建立相应的植物数据库，对校园的生态文化建设具有重要的意义。

当今社会已有相当成熟的数据收集与储存手段，但数据愈加繁多复杂，分门别类与综合利用难度不断上升。基于此背景下，本文介绍基于地理信息系统（Geographic Information System，GIS）数据采集技术下，如何建立存储效率和查询效率较高的植物数据库，以方便综合植物信息系统更加直观地展示数据及其有效利用途径。

1 基于GIS技术的数据采集

传统方案下，需要人员手动采集，在地图上记录并制作纸质表格归档，数据采集效率低下，精准度低，难以系统化。而利用GIS系统完成的数据采集具有实时联网，时效性长，更新速率高等特点。GIS是在计算机硬件、软件支持下，对地球表层空间（包括大气层）中的有关地理分布数据进行采集、储存、管理、分析和显示描述的一种技术系统[2]。

调查者利用户外助手APP等软件，通过卫星定位，对校内植物进行逐株打点采集数据，将植物数据与植物GPS空间信息以XML形式提交到数据库中。由于智能手机GPS定位误差在15～30 M，后端人员可通过地图要素对实际点位进行误差修正。同时将现有收集整理的文献资料和拍摄的植物影像图片与所采集的数据相结合，可以得到完善的植物数据。较传统数据采集方法而言，采集效率及数据精准度更高，易于系统化，潜在价值巨大。

2 数据库系统设计

2.1 设计原则

该数据库以关系型数据库为模型，应遵循相应的完整性原则，考虑表记录之间的约束性条件，如消除每个表格中重复的记录，使用唯一主键（码）来标识每张记录表，在多对多的关系中，同一个表格不能存放独立的实体等。采用数据库的范式，尽可能减少数据冗余情况，使数据存储更有条理。最后，要对访客进行权限设置，保证数据的安全性与准确性，同时可为后期前端网站的更改预留数据库可再开发的空间。

2.2 植物分类编码

考虑到植物名称及分类的复杂多样，为了能够在节省数据库存储空间同时又能使某一植物物种唯一，存储时应使用特定的编码储存。因此，我们应建立一个植物分类编码系统，最上级的分类等级用第一位字母表示，次级依次类推，缺少等级便用0代替，便于分类。

2.3 表字段设计

“植物物种”为植物数据库的基本实体，具体属性主要包括：分类信息（界、门、纲、目、科、属）、名称信息（如拉丁名、中文名和异名）、形态特征、生境、地理分布等信息，具体如图1所示。实际录入工作中，可以对这些属性进行适当的取舍优化。

為减少数据冗余、提高存储效率，在粗略地设计的基础上，需要将属性进一步分解细化，即建立多张属性表，并建立表与表之间的联系。如部分植物有多个异名，应单独建立异名表[3]。相应地，可以对分类群、形态特征等属性细化。

具体设计表字段时，需考虑所面向对象的具体需要。表字段应选取合适的字段名并设置适当的类型及长度。由于大部分字段都是对植物生态学特征及分类信息的描述性内容，所以字段类型应以文本类型居多。设计字段时，应仔细分析，设置合理的长度，并做适当的优化，才能提高效率，减少数据的冗余。

3 数据库应用服务

该植物网站是基于浏览器/服务器（Browser/Server，B/S）模式，主要通过超文本标记语言（HyperText Markup Language，HTML）和层叠样式表（Cascading Style Sheets，CSS）完成网页的静态布局，并以JavaScript脚本语言设计网页的动态响应效果，如鼠标事件和首页的滚动图片动态效果。其中主要设计了“植物索引”页面来访问数据库，以实现植物信息的查询检索。

3.1 连接数据库

为实现连接数据库，需在Web服务器创建的项目中同时创建机器数据源（包括用户数据源和系统数据源）和开放式数据库系统互连（Open Database Connectivity，ODBC）。

数据源，设置连接属性[4]。ODBC是一种重要的数据库访问API，能实现Web服务器与各种数据库服务器相连接，调用该接口可以对数据库进行存取操作[5]。通过ODBC驱动程序，可以实现后期用户通过浏览器访问网站数据库。ODBC连接数据库的结构如图2所示。

3.2 网页设计

网站的版块设计包括首页、植物索引、资讯百科、植物地图、花期花历、公众号6个部分的网页，其中各部分的具体内容介绍如下。

（1）“首页”版块包含了网站的建站简介，以及各页面的导读小窗口，其中附带各自的跳转链接，如图3所示。

（2）“植物索引”版块是通过连接访问植物数据库，以实现对不同植物信息的查询，查询条件包括植物名、学名、是否有花期等关键字，点击查询后将跳转特定的植物信息页面，如图4所示。

（3）“资讯百科”版块可以推送最新的校园植物资讯，并科普植物知识。

（4）“植物地图”版块链接相关校园植物地图，方便查询植物分布和空间位置。

（5）“花期花历”版块设计了12个分页，对应各月份的开花植物，提供图片和部分文字说明，方便浏览查询各月开花植物。

（6）“公众号”版块用以推送已有公众号的文章，并提供相关联系方式。

4 结语

通过建立校园植物数据库，学校相关部门可以更便捷、直观地得到校园范围内植物的全面信息，从而更加科学规范地管理校园植物资源。同时，校园植物数据库可以链接到相关的植物网站，访问者可以通过网页进行植物查询，获取校园内的植物信息，用以研究校园植被时空分布特征和生态效益或是植物学科的学习。另外，建立校园植物数据库不仅有利于学校生态文化建设，对于辅助提高植物教学具有显著的促进作用。

[参考文献]

[1]杨琴军，陈龙清，杨晨珊.大学校园植物景观研究—以武汉大学为例[J].华中建筑，2010（10）：133-136.

[2]闾国年，张书亮，龚敏霞.地理信息系统集成原理与方法[M].北京：科学出版社，2003.

[3]沈光，佟斌，孙波.论植物数据库的建立[J].国土与自然资源研究，2007（1）：89-90.

[4]顾梅.如何开发和访问网站数据库[J].信息系统工程，2000（12）：42.

[5]董骆骆.基于B/S模式的管理信息系统的研究与开发[D].武汉：华中科技大学，2007.