植物种子信息图像数据库的建立

宁 静， 杜中赫， 刘雅慧， 杨丽明， 王建华， 孙 群

（1．中国农业大学农学与生物技术学院植物遗传育种学系／北京市作物遗传改良重点实验室， 北京100193；2．中国农业大学理学院， 北京100094）

我国植物种类繁多，在2009年出版的《中国植物志》中，以文字说明和植株图片的形式共记载了301科31 142种植物，2011年，《中国植物志》发布了网络在线版，方便了相关人员的使用。然而，《中国植物志》与中国植物志在线版所介绍的内容专业性过强，需要使用者拥有良好的专业背景，在一定程度上难以满足初学者对于相关知识的诉求。与此同时，随着种子科学研究的深入，在科研和教学方面，对于常见植物种子相关信息的需求也越来越烈。在我国的研究中，Zhen Luo等［1］尝试建立了药用植物种子信息查询系统，吴青峰［2］研究了基于内容的中草药植物图像检索关键技术的相关问题，时常江［3］研究了豆科类杂草种子图像识别系统。放眼国际，欧盟近年来建立了马铃薯、玉米、玫瑰和桃等统一的已知品种的数据库［4］，可供欧盟成员国查找信息。

随着计算机及数据库相关知识在种业领域的普及，种子数据库越来越多地被应用在实际生产中。在前人的研究中，access软件由于操作简便、功能相对完善而受到科研工作者的青睐，广泛应用于林木种子管理［5］和一些重要农作物，如马铃薯［6］的种质资源整理当中。除此之外，基于PHP＋MYSQL等技术的种子数据库应用也受到一线农业工作者的欢迎。一方面，有效的种子数据库可以起到行业监督的作用［7］；另一方面，这些数据库也被应用于品种信息管理、种子生产经营许可证申批、种子事故预警应急处理和种业信息发布与交流等［8］。

随着人们对信息直观性要求的增加，数据库中单纯的文字信息已经不能满足人们的需要，此时，基于图像处理的相关数据库应运而生。植物图像数据库如果与其他农业信息系统相结合［9］，利用网络和数据库这种速度更快、更自由的信息获得方式向教育者、学生等传播常见种子的相关知识，可以加快种子科学基础知识的普及。

1 常见植物种子信息的需求分析

现阶段对常见植物种子知识需求主要来自三大领域的人：生产实践领域的农业技术人员和推广人员；教学领域的农业专业的大中专学生和教师；专业领域的种子学专家和常见植物栽培方面的专家。这些领域的人均可成为数据库的用户。他们对常见植物种子信息的需求有所侧重，因此根据用户的不同需求，将整个数据库的信息分为：1）基础信息：原植物的中文名、学名、别名及英文名；2）植物学信息：原植物形态、种子形态、原植物的生境和分布、原植物的基本用途；3）图像信息：植物及其种子图像。

2 数据库功能设计

2．1 查询项设计

数据库是根据用户需求来设计查询功能的，需要有一定领域的宽度以满足不同领域用户的需求，但由于用户需求内容广泛，加之庞大数据带来的数据冗余等技术问题，设计的查询项并不能满足所有用户的全部需求，只是选择了能够适合不同知识水平和要求的用户的查询设计。

2．2 文字内容

除查询项信息内容之外，其他信息的文字说明也应较为详尽，如植物形态特征、生境和分布、用途以及相关的典故出处。这些内容需要较大的页面适合作为具体的文字信息内容。以上内容均归属于文字介绍部分。

2．3 图片功能

数据除了可对原植物形态进行描述之外，还利用图片置于页面之首形象直观地向用户展示植物形态，特别是植物种子形态。

3 数据库结构和基本程序设计

3．1 数据库结构

用户经过注册获取一定的访问权限后就可以向Web服务器请求资源，服务器再根据自身数据作出响应，这样用户就可以浏览自己需要的信息了。同样，管理员可以通过Web上的后台登陆进入管理系统，一方面，可以实现对用户的管理；可以增减数据库中收录植物的种类、录入和修改数据库的内容，在此界面上用Apache技术调用PSI数据库中的数据为PHP文件共同生成浏览页面，从而实现对后台支撑数据库稳定且高速的访问，更直观地让用户操纵数据库中的数据。

3．2 数据库总体功能的模块设计

系统分为对外发布和后台管理两部分，前者主要包括信息检索和信息浏览，而后者则包括信息录入、修改及用户管理等内容。

在外网发布系统中，用户可以根据自身需要进行检索和浏览。一方面可以通过中文学名、科属名及其对应的拉丁名称等来查询所收录的植物种子信息；另一方面，对于生产实践一线的用户，可以通过高级搜索的功能，从植物类别上直接进行查询。

在后台管理系统中，常见植物种子按照常规分类的所属类别录入，将收录植物分为农作物、蔬菜、药用植物、花卉、树木、草等六大类，每大类中又设有相关小的类别，使得查询修改数据库信息更为便捷，用以保证信息安全。内网的管理是一个不断完善的过程，不断地对知识进行更新，才能使外网用户及时获得最新信息。

3．3 基本程序设计

根据常见植物种子数据库总体功能模块其基本程序设计的构架分为以下5部分：

1）首页和分类根目录，显示首页和根目录下的具体内容，结合本数据库实际就是各种常见植物种子的文字信息内容；

2）分类管理，根目录的建立是建立在分类管理的基础上，结合本数据库实际就是各种常见植物种子的文字信息按照所说类别的目录下管理；

3）建议列表，反映前台用户对于数据库的建议情况，结合本数据库实际就是用户对于各个常见种子相关信息的修改建议；

4）首页图片，首页图片从相册中调用图片资料，同时在首页显示；

5）用户管理，管理员和其他用户的管理。

4 数据来源

4．1 文字资料整理

本数据库的文本数据参考国内植物志、出版物、网络资源等资料。其中，基础信息如原植物的名称、学名、俗名、分类地位、形态特征、起源、用途等来自《中国植物志》及 其 对 应 网站 http：／／frps．eflora．cn［10］及http：／／www．eflora．cn［11］。常规分类信息参考国家作物种质基因库和国家作物种质信息系统（CGRIS），http：／／icgr．caas．net．cn［12］。对植物的生境分布、用途和相关典故等进行了文字整理，使得数据库中的内容更加丰富，更具科学普及性。

4．2 图片资料整理

数据库的原植物植株照片多数在北京市各大公园、北京药用植物园等处拍摄；而植物种子照片拍摄自中国农业大学种子科学实验室，这些植物及植物种子均经过相关专家鉴定。可以为用户带来直观的印象。

5 数据库的使用

5．1 前台用户使用

5．1．1 注册与登录

新用户在使用PSI数据库之前，需要进行注册。在地址栏中搜索http：／／psi．cau．edu．cn可出现如图1所示页面。点击注册，填写用户名、真实姓名、E－mail地址等基本信息，并进行密码设定，提交注册信息，待管理员进行审核后即可成为PSI数据库的使用会员。

图1 PSI数据库的登陆界面

老用户在使用数据库之前需要进行登陆。同样，在地址栏中搜索http：／／psi．cau．edu．cn，待出现图1界面后输入原先注册的用户名和密码即可进入查询页面。

5．1．2 模糊查询与高级查询

在模糊查询界面（如图2）中点击“高级搜索”，即可出现高级查询界面，在这一搜索界面中，可以通过输入中文名称、英文名称、中文科名、拉丁科名、中文属名、拉丁属名、别名、植物一级类别和植物二级类别等条目，点击“查询”按钮进行高级搜索。

5．1．3 分类查询

在模糊查询界面（如图2）中点击“分类显示”，即可出现分类显示界面，在这一搜索界面中，使用了日常生产生活中对于常见植物的分类方法。具体来说，就是将常见植物分为农作物、蔬菜、药用植物、花卉、树木、草共六大类，在每一类别中按照形态特征和用途细分类别进行排列，以方便非本专业的用户进行查询。

5．1．4 资料浏览

当用户在搜索界面中搜索关键词后，就可以进入资料浏览界面。在这一界面中，用户可以看到关于所搜索植物的相关文字介绍和原植物植株、种子的照片（图3），这样的介绍方式可以给用户更为全面的认识。

5．1．5 纠错和建议

在用户使用数据库的过程中，在前台即可以对数据库中出现的问题进行纠错和建议，以便后台管理者对数据库内容进行更新。

5．2 后台的管理

在PSI数据库的运行过程中，为了知识的及时更新和查漏补缺，管理人员可以从后台登陆进行数据管理。

5．2．1 管理员登陆

在用户登录界面（如图1）左下角点击“后台登陆”即可出现管理员登陆界面，输入管理员账号、密码及验证码，点击“进入管理中心”，即可实现管理员的后台登陆。

5．2．2 用户管理

为保证数据库的正常运行，管理员需要对注册的用户进行管理，PSI数据库为管理员提供了较为便捷的管理措施。在进入后台管理中心后，点击左侧的用户管理按钮（如图4），即可进入用户管理界面。通过这一界面，可以使管理员充分了解用户注册的基本情况，同时实现对用户权限的变更。

图2 模糊查询界面

图3 资料浏览界面

图4 用户管理按钮

5．2．3 资料的编辑与修改

进入后台管理中心后，点击左侧的“植物管理”，即可进行植物资料的编辑与修改。可以通过Excel表格导入在表格中完成的植物文字信息，也可以通过页面右上角的完成单条植物信息的写作。每条植物信息后面提供了编辑、删除功能。另外也可以通过植物信息后面的“不显示”选项，选择相关资料是否对用户开放。所有的植物信息可以批量导出保存为Excel表格形式。

6 总结与展望

本数据资料收集比较基础，与教学、生产实际非常接近，通过资料整理选取我国常见植物作为展示对象，详尽描述其形态特征、分布、用途、典故等，加之形象的图片描述，录入数据库。查询项的设计除了可以满足种业领域相关人士的需求，对于植物所属类别的设计可以使生产一线的技术人员和推广人员较为方便的查询到所需信息。

系统设计简单大方，兼顾查询、浏览、信息修改的功能，可以实现同一植物的单一搜索和组合检索，实现数据的高级查询，是整个操作系统更便于推广和利用。本文构建的常见植物种子图像数据库可以在现有水平上不断升级，增加和丰富所录内容，使数据库的层次更为清晰，数据更加完善。植物图像数据库如果可以和专家系统相结合，这将会发挥更大的生产实践效用。

［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］吴青峰．基于内容的中草药植物图像检索关键技术研究［D］．厦门大学，2007．

［3］时长江．豆科类杂草种子图像识别系统研究［D］．中国海洋大学，2009．

［4］杨坤，张新明，刘平，等．植物已知品种数据库构建方法的研究［J］．中国农学通报，2011，27：283－287．

［5］曲振涛．利用Access设计开发林木种子管理系统［J］．林业勘查设计，2008（4）：103－104．

［6］邓禄军，黄萍，夏锦慧，等．贵州马铃薯种质资源数据库的设计与实现［J］．种子，2013，32（8）：59－61．

［7］徐晓晨，张兰华．利用农业信息系统提高种业质量与监督［J］．中国农学通报，2012年北京国际种子产业发展高峰论坛．

［8］钱虎君，冯恩东，汤义华，等．信息技术在种子管理上的应用［J］．种子科技，2010（9）：4－6．

［9］马晓丹，祁广云，谭峰．基于图像处理的植物图像数据库存取技术［J］．农机化研究，2006（3）：180－181，186．

［10］《中国植物志》全文在线版网站，http：／／frps．eflora．cn／．

［11］中国在线植物志，http：／／www．eflora．cn／．

［12］国家作物种质信息系 统 （CGRIS），http：／／icgr．caas．net．cn／．