全国中药资源普查中位置信息获取和共享应用设计

张小波　李梦　王慧　郭兰萍　黄璐琦

[摘要]在浩瀚的文献资料中，多有关于中药材分布信息的论述。受技术方法的限制，历代本草中关于中药材产地或分布方面的资料，多为宏观层面的描述信息。明确区域内中药资源的种类和分布等本底信息，是全国中药资源普查工作的主要目标之一。根据全国中药资源普查技术规范和试点工作经验，普查队借助“3S”技术、计算机网络技术、数码拍照技术等现代技术方法，可有效收集中药资源位置信息。详细、具体的位置信息，为区域间资源禀赋差异和相似性、生物特性和空间分布规律等方面的研究，均提供了数据支撑。在空间信息技术的支持下，基于位置信息，可以实现对多来源普查数据统计汇总和共享应用。进行中药资源及相关基础数据的融合，可对海量数据进行空间化融合、汇总和管理，有助于从总体水平上挖掘中药资源的科学规律，全面揭示其科学内涵。

[关键词]全国中药资源普查； 分布信息； 数据采集； 共享应用

[Abstract]In literature， there are many information on the distribution of Chinese herbal medicine Limited by the technical methods， the origin of Chinese herbal medicine or distribution of information in ancient literature were described roughly It is one of the main objectives of the national census of Chinese medicine resources， which is the background information of the types and distribution of Chinese medicine resources in the region According to the national Chinese medicine resource census technical specifications and pilot work experience， census team with "3S" technology， computer network technology， digital camera technology and other modern technology methods， can effectively collect the location information of traditional Chinese medicine resources Detailed and specific location information， such as regional differences in resource endowment and similarity， biological characteristics and spatial distribution， the Chinese medicine resource census data access to the accuracy and objectivity evaluation work， provide technical support and data support With the support of spatial information technology， based on location information， statistical summary and sharing of multisource census data can be realized The integration of traditional Chinese medicine resources and related basic data can be a spatial integration， aggregation and management of massive data， which can help for the scientific rulesdata mining of traditional Chinese medicine resources from the overall level and fully reveal its scientific connotation

[Key words]national Chinese medicine resource census； distribution information； data collection； shared application

現阶段，中共中央、国务院高度重视中医药事业发展，全国各地和各部门均在大力发展中药资源相关产业。各种详细、具体的中药资源本底数据，是宏观决策、中观布局和微观操作的基础。国家中医药管理局现阶段组织实施的第四次全国中药资源普查（试点）工作，主要目的是掌握资源家底，明确区域内中药资源的种类、分布和重点药材数量等基础信息。由于第三次全国中药资源普查工作时期，空间信息技术等定位技术方法尚未普遍应用。受方法限制，以前的文献资料关于中药资源的分布信息，一般多为宏观性描述或者是概念性空间分布区域，如分布于路边、山谷、中国大部分地区等。

现阶段，以地理信息系统（GIS）、遥感（RS）和全球定位系统（GPS）为核心技术的空间信息技术（简称“3S”技术），已经在众多领域广泛应用。如何有效的收集中药资源分布信息，是此次中药资源普查工作的关键任务之一，也是全国中药资源普查技术规范和宏观设计的核心之一。根据全国中药资源普查（试点）工作经验，充分运用“3S”技术、计算机网络技术、数码拍照技术等现代技术方法，可有效收集中药资源位置信息。有了详细、具体的位置信息，就可以对区域间资源禀赋差异和相似性、中药资源的生物特性和空间分布规律等进行深入研究，为中药资源持续利用提供基础研究结果和依据；同时，还可以提升中药资源普查数据信息的准确性和客观性，提高普查的工作效率和质量。本文就全国中药资源普查中关于位置信息的采集技术方法，及后期共享应用设计进行归纳梳理，以期为更有效得获取中药资源的分布信息，为中药资源分布信息的充分共享应用提供服务。本文就全国中药资源普查工作中位置信息获取和共享应用进行简要介绍，总体架构见图1。endprint

1通过查阅历史文献资料获取分布信息

11查阅本草

中药是中华民族对自然资源创造性开发与利用的结果，历代医药学家都十分重视中药材的产地和分布的研究，在浩瀚的医药学文献中，多有关于中药材分布方面的论述。如东汉初期的《神农本草经》载药365种，包括药材的性味、主治、产地、采收、异名、历史考证等内容；其中，关于人参的“产地”记载为：“生上党及辽东”[1]。宋朝的《证类本草》收载药物1 746种，包括药材的别名、药性、主治、产地、采集、炮制、辨析、附方等内容；其中，关于人参的“产地”记载为：“产上党山谷及辽东”[2]。明代的《本草品汇精要》载药1 815种，包括药材的“名、地、时、收、用”等内容；其中，关于人参的“产地”记载为：“（图经曰）生上党山谷，及闽中新罗，今河东泰山诸州皆有之；（唐本注云）潞州、平州、泽州、易州、檀州、箕州、幽州、太行山；（药性论云）渤海（道地）辽东高丽上党者佳”[3]。当代的《中华本草》收载药物8 090味，包括药材的来源、产地、疗效、化学成分、药理作用等内容；其中，关于人参的“产地”记载为：“吉林、辽宁、黑龙江、河北（雾灵山、都山）”[4]。受技术方法的限制，历代本草中关于中药材产地、分布等方面的资料，多对药材分布进行宏观层面的描述。多数文献内容，对药材的分布范围仅记载到当时行政区划较高的一级（如“省级”）。

12查阅政典、志书

除医药著作外，历代的政典、志书等对中药材的产地分布也多有记载。如《通典》[5]是我国第一部典章制度专史，全书200卷，分为食货、选举、职官、礼、乐、兵刑、州郡、边防等。在其《食货·天下诸郡每年常贡》中记载了唐代诸郡每年进贡药材的情况。唐李吉甫所撰《元和郡县图志》[6]，是我国现存最早的历史地理总志。书中以贞观十道为基础，各州府下皆设有“贡赋”一项，所载多为当地的土产，其中就含有大量的中药材。现代的各类地方志中，也均有关于本地所产中药材名称等内容的记载。关于中药材的分布范围主要以当时的行政区划单元为主，区域大小各有不同。

13查阅期刊论文

现代关于中药材的研究期刊论文逐渐增加，其中多有关于中药材样品采集地的记载。部分研究论文对中药材的分布区域范围，不但有行政区划方面的信息，也有关于具体位置的记载。可通过中国知网、万方、维普等数据库系统查询到论文的全文及位置信息等内容。如，通过中国知网，以“宁夏枸杞”为检索词，查询篇名中含有“宁夏枸杞”的文章，结果有442条；文章含有宁夏枸杞宏观分布信息的有127篇，含有详细产地或分布记载的有315篇。

14查阅标本

随着现代信息技术方法和互联网技术的发展，各类标本馆、种质资源库等实物管理和保存机构，大多对馆藏标本实物进行电子化和信息化。可以通过网络标本馆和实物标本馆，查询各类资源的分布信息。如，通过“国家标本资源平台”查询“宁夏枸杞”，结果显示有宁夏枸杞标本281份。

2通过空间信息技术获取位置信息

以全球定位系统（GPS）、地理信息系统（GIS）、遥感（RS）为代表的“3S”技术，是空间信息的核心技术[7]，空间信息技术是空间信息分析的关键技术。

GPS具有在海、陸、空进行全方位实时定位的能力，利用GPS能够获取高精度的点位信息。利用GPS还可以在全球范围内实现全天候、连续、实时的三维导航定位和测速。现实生活中GPS主要用于对移动的人、车及设备进行远程实时定位。

GIS是一门集计算机科学、信息学、地理学等多门科学为一体的新兴学科。GIS是空间信息管理和分析最强大的工具，在计算机软硬件支持下，GIS可以对空间数据按地理坐标或空间位置进行各种处理、对与位置相关的数据进行有效管理、分析其空间关系等，并能以地图、图形或数据等形式展示分析处理结果。

RS的特征是不直接接触被研究的目标，感测目标的特征信息，从中提取人们感兴趣的信息。RS技术包括摄影和测量、图像矫正和解析等。当前，遥感信息的应用分析已从单一遥感资料向多时相、多数据源的融合与分析，从静态分析向动态监测过渡，从对资源与环境的定性调查向计算机辅助的定量自动制图过渡，从对各种现象的表面描述向软件分析和计量探索过渡。

根据其他行业进行全国范围资源普查和全国中药资源普查（试点）工作的经验，每个普查队均需配备数码相机、计算机、GPS等设备，GPS在中药资源普查中普遍需要；而在后期数据汇总时，所有的普查数据汇总均需用到GIS技术。由于中药资源分布的特殊性，RS的应用受到一定限制，仅在前期抽样设计和面积估算等方面根据需要进行应用。其中，GPS的使用对象为所有普查队，GIS的使用对象为普查数据管理机构，RS的使用对象为专业技术队伍和机构。

3全国中药资源普查中位置信息获取方法设计

31通过GPS获取中药资源的位置信息

在进行全国中药资源普查技术规范编制过程中，充分考虑在外业调查中对分布信息的收集工作，在一般调查、重点调查药材样品、腊叶标本和种质资源采集等5类调查表中[8]，均明确了要进行实物或数据采集位置的记录，包括经度、纬度、海拔高度和地名等内容。普查队在进行外业调查过程中，通过GPS获取中药资源的位置信息，并记录在各类调查表上；在进行内业整理过程中，将通过GPS获取的位置信息录入到数据库系统。应用“GPS”技术，获取中药材的经纬度等空间信息，改变过去关于中药材分布范围只能精确到省或县的限制，使中药资源分布精确到地块和具体位置点，拓展了中药资源普查数据分析的深度和广度，及共享应用的范围。

32基于轨迹仪获取具有时间序列的位置信息

轨迹记录仪是一种简单而实用的户外出行设备，可在固定的时间间隔内持续记录坐标信息，适合于记录骑行、爬山等的路线。将轨迹记录仪获取的若干时空连续的GPS数据连接，形成的曲线即为运动轨迹。普查队可以借助轨迹记录仪自带软件、Google Earth软件等打开所记录文件，查看运动轨迹。在开发中药资源普查信息管理系统中，基于计算机软件、ArcGIS二次开发技术，将轨迹记录仪记录的时间和空间信息，自动读入到中药资源普查信息管理系统中，并把普查队的调查轨迹展示出来。基于轨迹仪获取具有时间序列的位置信息，不但提高了数据获取数量，还可以全面记录普查队工作线路、并在轨迹上嵌入所拍摄照片，为中药资源数字化、地标分析提供基础资料。endprint

33基于数码相机同时获取照片和位置信息

获取中药资源的种类、图片和位置等信息，是一般调查的核心工作，一般需要普查人员同时携带GPS、相机、表格等多种设备才能配合完成信息的采集。常用的方式是，普查队员在野外作业中先采用手工记录，内业整理过程中再录入信息系统。由于经度、纬度等有多位数字，位置信息、照片与基原信息的对应关系容易录错。为提高位置信息的录入能力，降低普查队员数据录入工作量和错误率。全国中药资源普查工作中融合数码相机的拍照功能、GPS的定位功能，通过数码相机和辅助GPS模块，在普查队员应用数码相机拍摄照片的同时，获取所拍摄照片的位置信息。后期通过“全国中药资源普查信息管理系统”读取照片信息的功能，自动将照片中的经纬度、照片号等信息读取到填报系统中。使得照片既能反映中药资源分布区域的生态环境信息、个体形态信息，还能反映出照片拍摄地的位置信息。融合GPS和数码拍照技术，保证了位置、照片的一致性，同时减少了人工录入时间，提高外业调查数据采集效率和数据共享能力。

34基于手机随时随地获取位置信息

随着互联网、通信技术的发展，使用手机的人群迅速发展壮大，几乎每个普查队员都在使用手机。一般手机都带有GPS定位、拍照和上网等功能。全国中药资源普查工作，希望对区域内的中药资源尽可能随时随地记录其种类和分布情况。基于手机的定位功能，开发手机APP（一般调查数据采集子系统）[9]。辅助普查队员利用手机“随时、随地、随手”获取中药资源的位置信息，方便进行一般调查工作中的数据获取和记录。基于手机获取位置信息，可提高普查队在一般调查工作中数据获取能力。

35基于GIS和RS技术获取重点调查位置信息

在全国中药资源普查中，重点调查的目的是通过对区域内的一次普查，准确、系统的获取区域内所有野生重点药用植物资源的种类、分布和蕴藏量信息。针对野生药用植物资源，利用空间抽样、分层抽样和RS技术，以1∶100万全国植被类型数据为主，辅助高程、坡向、土地利用、TM影像等数据提取若干生境地块，辅助调查人员在进行野外调查设计、科学的布设样地和样方。为普查队计算得到每个代表区域的位置和面积，准确的获取野生药用植物资源的种类、分布范围和蕴藏量等信息提供技术支持。基于GIS和格网化技术，辅助普查队预制和优选调查方案[10]。

36基于PDA获取预设样地的位置信息

随着嵌入式移动GIS 软硬件平台、移动定位技术、无线通信互联技术等相关技术的不断发展，嵌入式移动GIS空间信息服务的内涵和应用进一步拓展和完善[11]。为提高重点调查工作效率，准确获取调查位置，降低样方调查时数据录入工作量，融合PDA采集终端和GPS定位技术，基于PDA终端开发了重点调查数据采集系统[12]。在野外调查中，辅助普查队员导航找到预设调查样地，自动获取经纬度信息，并将样方内中药材的数量、种名等信息直接电子化，完成重点调查的数据采集工作。降低了因纸质记录表填写、数量录入PC端过程中笔误导致的错误率，实现了无纸化记录调查位置和数量等数据记录工作。

4全国中药资源普查中位置信息汇总和应用设计

41基于位置信息，汇总中药资源普查工作任务分布情况

按照全国中药资源普查实施方案的要求，普查队在开展县域中药资源普查时，获取县域内可药用资源的种类和分布等信息，并获取影音资料和实物资料等工作。基于一般调查的位置信息，借助GIS可以展示每一个植物个体、每一张照片的具体位置。基于轨迹仪获取的位置信息，可以明确普查队调查工作的路线。借助GIS和RS技术，可以明确普查队调查工作的代表性。基于样方套和样地的位置信息，可以明确重点调查分布区域和不同区域重点调查工作量和样地的分布密度等。并可以对中药资源普查相关工作，通过在线地图、离线地图和纸质地图等展示[13]。

42基于位置信息，进行药用资源物种多样性研究

物种丰富度[14]是指分布于某一区域的物种数量，它是生物资源保护中最常用的指标。在全国和各地中药资源普查工作结束后，将汇总大量的中药资源种类和分布等方面的数据信息，区域之间中药资源丰富度是客观反映区域间中药资源禀赋的一个有效指标。基于位置信息，在不同尺度条件下统计汇总区域间药用资源的丰富度，可以客观得反映区域间中药资源丰富度实际情况。如张小波等[15]基于公里网格对重庆市的中药资源物种丰富度进行了研究。此外，还可以进行物种均匀度、特有性等方面的研究。

43基于位置信息，进行区域中药资源区划研究

最大信息熵模型（MaxEnt）是一种较为常用的估算生物物种潜在分布区域的方法。基于大量的中药资源位置信息，应用MaxEnt等技术方法，可以进行多种多样的中药资源潜在分布区划研究。在此次中药资源普查工作中，基于一般调查的点状数据，应用ArcGIS可以明确每一调查记录、每一个资源个体的具体位置；对同种资源的多个个体位置，可以明确资源的分布密度和分布特征。如吴晓俊等[16]基于大量的党参药材位置信息，利用MaxEnt模型和ArcGIS 技术，对党参3个基原种的潜在空间分布区域进行了分析。此外，基于样方样地调查获取的数量信息，可以进行中药资源生长区划研究；基于普查获取的、带有位置信息的药材样品，在明确药材品质评价指标和结果的基础上，可以进行中药材品质区划；基于分布、生长和品质区划的基础上，还可以進行生产等其他类型的区划研究。

44基于位置信息，进行中药材面积估算和监测

传统采用收购量推算、人为估计中药材储量的调查方法，已不能满足目前中药资源调查以及动态监测的需求。中药资源普查工作中获取的各类地物的位置信息，为应用遥感技术进行中药材的面积和产量估算，提供了丰富的采样点数据。在大量的位置信息基础上，基于SVM分类器[17]、监督分类等遥感图像的植被识别方法，以及比值植被指数、差值植被指数、归一化植被指数等植被指数，可以进行中药材的种植面积和产量估算。如史婷婷等在实地调查获取大量位置信息的基础上，基于Landsat8、高分一号（GF1）、资源三号（ZY3）等遥感影像数据，估算了安徽省宁国市的前胡种植面积[18]、云南省文山州的三七种植面积[19]、吉林省抚松县的人参种植面积[20]。endprint

此外，在不同时像遥感影像的基础上，基于位置信息还可以进行野生中药资源栖息地、面积等的变化情况监测。如张小波等[21]应用3S技术，结合地面调查，基于多伦县不同时期植被指数（NDVI）的变化情况，对1988—2006年多伦县野生芍药资源的分布面积的变化趋势进行了监测分析。

45基于位置信息，进行区域间中药资源分布格局和规律研究

451进行中药资源空间分布格局研究中药资源分布是指一定时间内中药资源在地理空间内的位置、聚散和组合情况，是重要的自然现象和社会经济现象之一。中药资源种类是区域内药用资源和生物多样性丰富程度，也是反映区域内发展中医药产业具有资源禀赋的重要指标。全局空间自相关主要是对属性在整个区域空间上特征的描述方法，反映了观测变量在整个研究区域内空间相关性的整体趋势。基于空间自相关分析方法、区域内中药资源种类和位置信息，可以进行中药资源种类的空间自相关分析，进而揭示中药资源空间分布的规律性，指导中药资源合理布局，为区域资源、环境的协调发展、相关政策制定提供参考。如张小波等基于全国中药资源试点工作阶段性成果，基于空间自相关分析方法，进行了全国和吉林中药资源种类空间分布差异研究[2223]，明确了全国和吉林省各地中药资源种类的丰富程度及其空间分布特征。

452进行种群空间格局研究[24]种群不仅是联结群落与个体的纽带，还是生物群落生态系统的基本组成成分，植物种群的个体在群落中的分布格式既是种群的重要特征之一，也是植物种群在群落中所处的空间结构基本特征。种群的空间格局是种群自身特性、种间关系及环境条件综合作用的结果。它反映了种群个体在空间水平上彼此间的相互关系，是影响种群发展的重要因素。植物种群空间分布格局的研究方法有，样方法、趋势面分析法、种毗连法、中心点四分法、变异矩分析、点格局分析法等[25]。

453进行单物种分布格局研究由于任何区域内都有不同的生境，每种植物的个体在其分布区内的布满程度是极不相同的，只能占据其所适宜的生境。根据中药资源在不同地区的分布频数对科、属、种进行聚类和排序分析，可以明确我国各地中药资源所属科、属、种在的分布格局和分布特点。如王哲等通过对吉林省内穿龙薯蓣实地调查，运用MaxEnt模型和GIS技术，筛选出影响穿龙薯蓣分布的主导环境因子，并对穿龙薯蓣进行分布区划，绘制吉林省穿龙薯蓣分布区划图[26]。

46基于位置信息，可将普查数据与其他行业的普查数据进行共享应用

中药资源的分布、生长和质量与生态环境具有密切关系，相关研究表明，气候、地形、植被、土壤等方面的自然生态环境因子对中药资源的分布均有不同程度的影响，甚至是决定性因素。中药资源相关数据信息有了空间位置信息，可与气象、国土、林业和环保部等部门的数据进行对接。如，罗瑶等在实地调查获取的具体位置数据基础上，应用气象、地形、植被、土壤等相关领域的数据，完成了云南重楼[27]、川西獐牙菜[28]、川牛膝[29]等的生态适宜性区划研究。李英等在实地调查的基础上，基于地形数据完成了河北省北柴胡生态适宜性区划研究[30]。赵文龙等在实地调查的基础上，基于气象、地形、植被、土壤等相关领域的数据完成了板蓝根的品质区划研究[31]。

5讨论

在浩瀚的文献资料中，多有关于中药材分布方面的论述。受技术方法的限制，历代本草中关于中药材产地、分布等方面的资料，多在宏观层面对药材分布地进行粗略的描述。本次全国中药资源普查技术规范设计工作中，设计并应用“GPS”技术，获取中药材的经纬度等位置信息，改变过去关于中药材分布范围只能精确到省或县的限制。

全国中药资源普查工作中，以传统调查方法为基础，充分运用数码照相、“3S”技术、计算机网络等先进的现代技术和方法。获取和应用位置信息，确保了普查基础数据的准确性和客观性，提高普查效率和质量。其中：应用GPS技术，可进行样方的精确定位和样地面积的确定；应用GIS技术，可将普查数据空间化，并实现这些空间数据的管理、分析、信息发布和生成专题地图；应用RS图，可估算中药材的种植面积、确定调查区域范围、提取生境信息等。

由于全國中药资源普查工作是以县为基本单位组织实施，县级行政区划单元是普查工作和成果统计的最小单位。将普查工作中得到的点状数据和以行政区划单元为基础统计汇总的中药资源数据，与林业、国土、统计等其他部门的普查数据和统计数据进行对接，使普查工作为中医药行业及相关行业和部门提供数据信息服务。需要借助县级普查队在普查过程中收集到的大量空间位置信息，对中药资源普查数据进行空间网格化融合，以实现普查成果在更广的范围内共享应用。

在空间信息技术的支持下，可以实现对多来源普查数据的统计汇总和共享应用。如基于中药资源普查中获取的点状数据、行政区划边界数据，应用ArcGIS缓冲区、MaxEnt模型等技术方法可以进行中药资源的区划研究。在位置信息的基础上，应用ArcGIS 空间插值等功能可以进行中药材数量和质量等的空间估计。基于GIS+GPS技术方法，把调查点连接成调查线路，后期工作中可以基于调查线路，对调查的代表性进行调整，提高调查区域的代表性，同时辅助开展县域中药资源普查工作验收和考评工作。进行中药资源及相关基础数据的空间网格化融合，可对海量数据进行空间化融合、汇总和管理，有助于从总体水平上挖掘中药资源的科学规律，全面揭示其科学内涵。

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[责任编辑吕冬梅]endprint