新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统设计与实现△

孙成忠，李晓瑾，陈国岭*，贾晓光，郝振国，杨泽东，王果平

(1.中国测绘科学研究院，北京 100039；2.新疆维吾尔自治区中药民族药研究所，新疆 乌鲁木齐 830002)

新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统设计与实现△

孙成忠1，李晓瑾2，陈国岭1*，贾晓光2，郝振国1，杨泽东1，王果平2

(1.中国测绘科学研究院，北京 100039；2.新疆维吾尔自治区中药民族药研究所，新疆 乌鲁木齐 830002)

药用植物标本作为药用植物信息资源的实物载体，对中药教学、科研具有重要价值。如何实现药用植物标本的信息化管理和可视化表达，一直是中药资源标本管理者需要解决的问题。本文主要阐述了新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统的设计与实现，详细阐述了该系统建立的技术路线、系统框架和系统功能。

药用植物标本；管理系统；数据库；标本可视化

药用植物资源是中药产业得以存在、发展的重要物质基础之一，药用植物标本作为药用植物信息资源的实物载体，对中药教学、科研具有重要价值。目前，全国中医药相关部门存放着大量的中药资源标本，主要的存放方式大多数还是传统的存放方式(柜子存放)，标本馆的日常维护及管理大多也是采用常规的管理手段，检索和查询的效率很低。再者，在日常使用中极易造成标本破坏，使珍贵的标本遭到不可弥补的损坏。

进入21世纪，随着信息技术的快速发展，国内植物标本存放单位已经开始进行数字标本馆的建设，最典型的代表是中国科学院植物研究所建设的“中国数字植物标本馆”；在中药资源领域，江西中医药大学建设的江西药用植物标本网络数据库和四川省中医药科学院建设的药用植物数字标本馆，其功能是以查询检索为主，而没有实现标本可视化，更不能实现标本与地理信息的结合。因此，这些已建系统具备的基本功能已无法满足人们对知识和信息资源获取的需求，将现代信息技术引入到药用植物标本保护的研究和管理中，以成为当下管理者对标本管理提出更高要求的必然趋势[1-2]。

“新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统”建设旨在应用网络化技术和数据库技术，以新疆第三次中药资源普查和第四次中药资源普查试点工作采集的药用植物标本数据为依托[3-4]，按照药用植物分类系统，即科、属、种的分类方式进行分类、认定和存储，建立一套更完善的、科学的、现代化的药用植物管理信息系统，为药用植物标本的科学管理服务提供信息化平台[5-6]。

1 新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统设计

1.1 技术路线

系统采用了实用、成熟的技术方法进行面向数据管理的二次开发设计，考虑多源、多尺度数据间的逻辑联系，顾及系统的功能需求、持续发展、维护管理与数据更新等方面的要求，结合当今计算机网络技术、软件工程技术，特别是以Oracle为代表的数据库技术的最新进展，通过基于插件的功能定制开发，使系统总体设计满足数据库管理系统性能稳定、功能实用的要求。

系统中单张图像大小动辄20 M，通过网络传输效率低下，因此系统采用二维基本变换算法对系统所有图像进行缩放变化存储，根据不同需要调用不同缩放等级的图像，提高看图的效率。

系统的工作模式为客户模式C/S(Client/Server)。即系统的应用层部署到客户机，数据库部署到服务器。以单机桌面模式实现数据处理各个模块的功能。当客户机提出请求的时候，服务器运行应用程序读取数据库进行操作，并把结果传给客户机，客户机的客户端程序得到数据后将最终结果传给用户。C/S的优势在于减轻服务器端的任务负担，同时，客户机端界面设计功能和控制性强，非常适合人机交互频繁的业务要求。

1.2 系统框架

“新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统”逻辑上由软硬件支撑层、数据层和应用层等组成。1)应用服务层主要包含了相应的功能模块，为数据库管理系统和其他应用系统提供数据应用服务。2)数据层主要是指系统管理的数据资源内容。主要包括第三次中药资源普查采集的药用植物标本数据、第四次中药资源普查试点工作采集的药用植物标本数据、图片数据、辅助数据等组成。数据层包含了相关数据资源，具体的数据存储根据数据的种类与使用方式的不同可以由Oracle或本地存储设备进行存储。3)软硬件支撑层由计算机网络支撑平台提供，主要包含支持系统运行的服务器、本地存储设备、Oracle数据库等，为上层提供数据存储、管理等能力，并对上层提供各类数据访问接口。

整个系统的构建依据药用植物标本数据的相关标准和管理规范进行建设，并依据相应的数据管理策略和信息安全体系构建，与存储设备、存储管理软件结合，最终通过系统界面向用户提供服务。系统总体框架如图1所示。系统采用Microsoft Visual Studio.NET 2010开发。.Net是微软提供的一个新的面向对象的快速开发语言，比VC有更好的易用性和理解性。数据库采用Oracle数据库和文件数据库共同管理的方式。Oracle数据库存储字典表、用户表、权限表以及药用标本的属性表。文件数据库存储药用标本的图片数据。

图1 新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统总体框架图

1.3 图像变化算法

标本图片和基原图片的查看，涉及到图像的放大和缩小。对图像的放大、缩小和平移，采用线性矩阵变换的算法来实现。

二维图形变换分为两类：二维基本变换和二维组合变换。这里主要用到二维基本变换。二维基本变换的矩阵变换算法的主要形式为：

设二维平面的一个点坐标为[xy]，对其进行矩阵变换：

变换后，该点的坐标为：

对于缩放变化，参数矩阵取值为：

其中，a为x方向的缩放因子，d为y方向的缩放因子。当a=d时，图形沿x方向和y方向等比例缩放[7]。

1.4 系统功能设计

1.4.1 系统安全管理功能 本系统使用的用户主要有普通人员、数据编辑人员、系统管理员，对各类使用人员进行权限设置。

1.4.1.1 普通人员权限 检索和查看标本信息(敏感信息不能查看，例如标本位置、标本图片)、基原植物信息、标本鉴定信息、标本在县级行政区内的图上位置信息。

1.4.1.2 数据编辑人员权限 数据编辑人员除具有普通人员的所有权限外，还包括查看标本位置信息、查看标本图片、标本信息的编辑、鉴定信息的编辑、图片信息的编辑权限。

1.4.1.3 系统管理员权限 系统管理员具有最高权限。除具有数据编辑人员所有权限外，还具有标本信息添加、标本信息删除、基原植物信息添加、基原植物信息删除、系统用户管理、系统权限组指派等权限。

1.4.2 标本信息检索功能 实现对标本信息的快速检索和其他相关信息的查看。对标本数据快速检索定位，并对检索到的数据详细信息进行查看。

1.4.3 标本信息编辑功能 实现对标本信息的快速编辑以及对相关信息的编辑。对标本数据可以增加、删除和修改操作，实现数据流的导入和输出。

1.4.4 标本图片管理功能 对药用标本图片数据的管理。药用标本图片包括标本压制后的图片、基原植物图片以及基原植物相对应的生境图片。系统可以对图片数据进行查看、缩放、增加、删除操作。

1.4.5 基原植物信息管理功能 对标本的基原植物信息进行管理，系统可以对基原植物信息进行增加、修改和删除操作。

1.4.6 检索和统计功能 对数据库中的植物标本按科或者种进行统计，也可以根据行政单位(市、县)进行统计。统计结果以柱状图的形式在行政区划内表达，同时显示统计数据。

1.4.7 系统管理功能 系统管理主要包括用户管理、日志管理和权限管理。对用户可以增加和删除，以及分配权限。用户登录系统后的所有操作，将记录日志。

系统总体模块设计如图2所示。

图2 新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统总体模块设计图

2 新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统实现

2.1 标本数据信息化实现

对新疆药用植物标本数据进行分析归类，数据分4种：第三次中药资源普查标本数据、第四次中药资源普查试点工作标本数据、图片数据和其他数据。

2.1.1 第三次中药资源普查的标本数据 主要指标本的基本信息数据。第三次的标本数据没有经纬度信息，数据字段与第四次的标本数据字段上，有一定的出入。

2.1.2 第四次中药资源普查试点工作的标本数据 主要指标本的基本信息数据。第四次的标本数据含有经纬度信息，字段信息较完整。

2.1.3 图片数据 主要指第三次、第四次资源普查的标本图片、基原植物的图片(全株、根、茎、叶、花、果、实、生境照片)以及基原植物的药材图片。

2.1.4 其他数据 主要包括标本鉴定数据、图片描述信息数据、用户数据、用户权限数据、系统字典表、符号数据等。

2.2 数据库实现

系统采用Oracle数据库。创建一个表空间，表空间名称为“xjsimpleatt”，为表空间xjsimpleatt设置用户名“xjadminsim”。

所有属性数据通过ADO.NET进行存取。数据访问模型如图3所示，主要涉及的系统表如表1所示。

图3 数据访问模型

表1 系统表

2.3 系统功能实现

2.3.1 用户登录 出于对系统安全的考虑以及用户分析的需要，对用户实行安全等级管理。不同等级的人展现的用户界面不一样。其中普通人员权限最低，系统管理员权限最高。用户登录流程如图4所示。

图4 用户登录流程

2.3.2 标本信息检索 用户提供特定的检索词，例如标本编号、植物种名称、科名称等对数据库中的信息进行检索。可以进行精确检索，也可以进行模糊检索。检索的结果将以列表的形式进行显示，同时对检索到的标本信息，还可以查看其基原植物信息、图片信息等。标本信息检索流程如图5所示。

2.3.3 标本信息入库 通过标本信息录入界面，填写详细的标本信息，然后入库。信息入库之前，需要对信息的准确性进行检查，如果检查通过，则入库；反之，则不能入库。标本信息入库流程如图6所示。

2.3.4 标本扫描图片入库 标本扫描图片由于数据量大，所以是以文件的形式保存在服务器上的。图片在上传服务器的同时，需要创建缩略图用于后期的快速调取。标本扫描图片入库流程如图7所示。

图5 标本信息检索流程

图6 标本信息入库流程

图7 标本扫描图片入库流程

3 结语

中药资源信息化建设是中药现代化的基础，因此，信息技术和数据库技术在中药资源信息化中应用是中医药行业发展的需要。药用植物标本的存储和管理也应抛弃传统的管理模式，跟上时代发展步伐[8-10]。“新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统”目前已经开发完成，取得了国家计算机软件著作权登记，并已开始运行。“新疆维吾尔自治区药用植物标本管理系统”的设计和实现，为省一级药用植物标本信息化管理提供了参考模式，使得省一级珍贵的药用植物标本实现了数字化的存储和管理，使药用植物标本为科研和教学提供更加便利的服务，为中药资源的可持续利用提供了信息化的标本数据支撑。

[1] 张小波，李大宁，郭兰萍，等.关于建立中药资源动态监测机制的探讨[J].中国中药杂志，2013，(38)19：3223-3225.

[2] 于红艳，刘魁锋.信息技术在中药标本规范化管理中的应用[J].中医药管理杂志，2007，15(12)：932-933.

[3] 黄璐琦，陆建伟，郭兰萍，等.第四次全国中药资源普查方案设计与实施[J].中国中药杂志，2013，(38)5：625-628.

[4] 陈士林，张本刚，杨智，等.全国中药资源普查方案设计[J].中国中药杂志，2005，(30)16：1229-1232.

[5] 孙成忠，陈士林，赵润怀.地理信息系统与中药资源信息化建设[C]//中国自然资源学会天然药物资源专业委员会.全国第9届天然药物资源学术研讨会.广州：中国自然资源学会天然药物资源专业委员会，2010：88-93.

[6] 王果平，贾晓光，李晓瑾，等.新疆药用植物标本数据库建设[J].新疆中医药，2010，126(2)：86-88.

[7] 何援军.图形变换的几何化表示--论图形变换和投影的若干问题之一[J].计算机辅助设计与图形学学报，2005，17(4)：723-728.

[8] 刘魁锋，王磊，李学文.数据库技术在中药标本规范化管理中的应用[J].河南中医学院学报，2009，24(4)：22-23.

[9] 王静，刘石磊，邹存珍.浅谈高校中药标本馆现状及发展方向[J].中医药信息.2008，25(3)：78-79.

[10] 鲁军，汪洋，陈新培，等.建设与时俱进的中药标本馆[J].中医药学刊，2006，24(10)：1919-1920.

DesignandImplementationofMedicinalPlantSpecimensManagementSystem

SUN Chengzhong1，LIXiaojin2，CHENGuoling1*，JIAXiaoguang2，HAOZhenguo1，YANGZedong1，WANGGuoping2

(1.ChineseAcademyofSurveyingandMapping，Beijing100039,China；2.InstituteoftraditionalmedicineandethnodruginXinjiang，Urumqi830002，China)

Medicinal plant specimens as physical carrier of information resources of medicinal plants，traditional Chinese medicine teachingandscientific research has an important value.How to realize the information management and visualization of the medicinal plant specimen，has been the problem that the Chinese medicine resources specimen management need to solve.This paper mainly expounds the design and implementation of the medical plant specimen management system in the Xinjiang Uygur Autonomous Region，and the technical route，system frame and function of the system.

Plant specimens；management system；data base；visualization of the specimen

2015-11-04)

新疆维吾尔自治区科技计划(20133210)

*

陈国岭，工程师，研究方向：地理信息系统；E-mail：cgl316myh@163.com

10.13313/j.issn.1673-4890.2016.5.012