大熊猫行为数据资源管理生态体系研究

张志强 王伟钧 周应敏 施达 杨晋浩

摘要：大熊猫行为研究一直是国家重要的生物研究发展方向。现阶段，很多大熊猫饲养研究中心在熊猫饲养和行为研究方面都采用数据资源人工管理机制进行相关行为数据处理和数据管理，但这种行为数据资源管理机制有很多局限性问题。为了解决相应的局限性问题，一方面从企业数据文化建设推动大熊猫研究的角度出发探讨了以数据仓库为核心的行为数据资源管理机制建设目标;另一方面设计了具有闭环数据管理模式的大熊猫行为数据资源管理生态体系，利用生态体系来实现新的数据资源管理机制建设目标。通过生态体系的构建与实施，解决了当前大熊猫行为数据资源管理机制的局限性问题。

关键词：大熊猫行为数据;数据仓库;数据资源管理机制;闭环;生态体系

中图分类号：TP311      文献标识码：A

文章编号：1009-3044（2020）31-0005-04

Abstract：Behavior research of giant panda has always been an important development direction of national biological research. At present， many breeding research centers of giant panda use artificial management mechanism of data resource to process and manage relevant behavior data in panda breeding and behavior research， but there are many limitations in the behavior data resource management mechanism. In order to solve the corresponding limitations， on the one hand， from the perspective of enterprise data culture construction to promote giant panda research， this paper discusses the construction target of behavioral data resource management mechanism with data warehouse as the core; on the other hand， an ecological system of giant panda behavioral data resource management with closed-loop data management mode is designed to achieve the target of constructing a new data resource management mechanism. Through the construction and implementation of the ecosystem， the limitations of the current panda behavior data resource management mechanism are solved.

Key words：behavior data of giant panda;data warehouse;data resource management mechanism;closed- loop;ecosystem

大熊貓是仅分布于中国的稀有物种，对于大熊猫保护具有非常重要的意义。随着大熊猫种群不断发展壮大，针对大熊猫的研究已经产生。有学者就从生态学角度提出了大熊猫生态学的研究现状，并就大熊猫保护方面提出了研究的方向[1]。在目前大熊猫研究过程中，对大熊猫的行为研究是大熊猫研究的热点。目前有很多文献从大熊猫圈养、种群监控、风险预测、大熊猫发情期的行为变化等多个方面进行了大熊猫的行为研究，提出了行为判断方法、行为训练实施方案以及行为数据记录的实施过程等[2-7]。另外也有文献提出了利用大熊猫GPS项圈收集的行为数据进行数据分析计算，从而提出行为数据的分类阈值以及繁殖状态的判定方法[8-9]。还有文献利用基于卷积神经网络的识别算法从一些大熊猫行为视频数据中实现行为识别[10]。

在大熊猫行为研究过程中，依据大熊猫行为的多样动态变化性，会产生海量的行为数据，如何收集、管理、识别以及合理利用这些数据并构建数据仓库，使其在进一步做好大熊猫保护及公众教育等方面发挥应有的作用尤为重要。目前对数据仓库技术的研究中，有文献提出了基于银行企业的数据仓库平台构建方案设计[11]、基于数据仓库的企业智能决策和营销决策系统方案设计[12-13]、基于数据仓库的高校信息系统设计[14]。还有文献利用学生在学习过程中产生的学习行为数据构建数据仓库进行学习行为分析研究[15]。

虽然目前已有文献对大熊猫行为和数据仓库技术进行了研究，但是很多都是局限于某些局部问题进行研究，缺乏大熊猫行为数据资源体系管理机制的研究，为此，以构建大熊猫行为数据仓库核心的数据资源管理生态体系以及通过生态体系进行数据资源有效利用的机制研究尤为重要。通过构建大熊猫行为数据资源管理生态体系，一方面可以利用这种新的数据资源管理机制解决现有数据资源管理机制的缺陷问题，为大熊猫行为研究注入新的活力和方法;另一方面也可以系统地提供集成研究成果的方案，为进一步的行为研究打下坚实的基础。

1 目前大熊猫行为数据资源管理机制存在的问题

在大熊猫饲养过程中，会经历大熊猫生长的很多阶段，比如大熊猫常规时期生长过程、大熊猫串圈期生长过程、大熊猫放对期生长过程等不同的阶段，在不同阶段，需要进行其行为数据采集和数据分析，用于研究大熊猫的行为模式。常规的行为数据资源管理方式从管理效率、数据采集以及数据分析方面都存在着一些问题。

1）孤立的数据采集。在大熊猫饲养过程中，通常都由不同的大熊猫饲养员在不同时期完成大熊猫动作行为数据的人工记录，而每个饲养员记录的数据相对孤立，不能很好地聚集在一起进行后期的数据分析。

2）零星的应用。在大熊猫行为研究中，研究人员都是在不同时期针对某些局部问题进行研究，从而使得整个大熊猫行为研究呈现零星状态。

3）潜在的行为数据资源未能得到有效利用。在大熊猫饲养过程中，其行为数据量非常庞大，而常规的人工数据处理方式无法采集和处理大量实时数据，从而使得潜在的数据资源不能得到有效利用。

4）行为数据资源采集方式的效率低。大熊猫在不同成长阶段需要完成行为数据的动态采集，比如在大熊猫常规期、发情期的成长阶段，都需要及时准确地完成反映大熊猫行为的动态数据采集，形成有效的实时数据资源，用于后期大熊猫行为分析与研究。但常规的管理方式是采用人工记录方式进行数据采集，一方面数据采集的实时性不能保证，另一方面采集数据的效率也比較低。

5）行为数据资源缺乏有效整合。大熊猫的成长过程有不同的阶段，在不同阶段，大熊猫会表现出不同的行为特征，这需要对不同行为特征数据进行采集，并且形成有效的行为特征数据库，为后期的数据分析和挖掘做准备。但常规的管理方式针对行为数据资源都是孤立和零星采集与应用，缺乏有效整合，使得数据资源库很难建立。

6）行为数据资源缺乏相应的分析机制。针对大熊猫行为研究的数据资源，需要进行数据分析和挖掘，比如需要进行大熊猫行为数据分析与挖掘、大熊猫发声音频数据分析和挖掘等。而常规的管理方式缺乏相应的分析机制和体系，更多的是靠人工方式进行观察和识别，从而影响大熊猫行为研究的准确性和效率。

2 数据资源管理的建设目标

大熊猫行为研究是数据驱动型组织（“中国大熊猫保护研究中心”）重要的研究方向，以企业数据文化建设推动组织以大熊猫研究与保护为目的进行大熊猫行为数据资源生态体系的构建。通过生态体系的构建，一方面可以解决常规大熊猫行为数据资源管理方式的问题;另一方面能够实现企业数据文化建设推动数据驱动型组织进行大熊猫研究与保护。企业数据文化建设体现为企业精神文化建设、企业制度文化建设、企业物质文化建设等三个方面。

1）在企业精神文化建设方面，针对数据驱动型企业，通过构建行为数据资源生态体系，能够达成相应的愿景文化共识，构建的愿景主要体现为：

?数据资源、数据技术要服务于大熊猫饲养繁殖管理以及行为研究，从而形成这两方面的核心竞争力;

?把数据资源和数据技术作为资产管理来增值;

?能够形成良性循环的数据驱动型组织机制。

通过构建数据驱动型组织的数据资源生态系统，能够从企业精神文化建设方面提高研究人员对大熊猫行为研究的满意度，从而提高大熊猫研究人员对组织的数据驱动认知度。

2）在企业制度文化建设方面，通过制定相关的制度和运行机制来保障企业数据文化建设的愿景实现。制度和运行机制主要体现为：

?利用目标管理的smart模型从明确性、可量化性、可实现性、相关性、时间性等多个方面将愿景转化为管理建设目标;

?根据当前大熊猫行为研究现状和行为数据资源管理方式，对现有大熊猫行为研究流程进行梳理和优化，将工作流程与数据资源和技术进行优化匹配。以大熊猫发情期和大熊猫野外监控期的行为研究为例，分别构建目前现有工作流程与数据资源匹配的UC矩阵和建设目标的工作流程与数据资源匹配的UC矩阵。以大熊猫发情期为例，分别构建的UC矩阵如表1和表2所示;以大熊猫野外监控期为例，分别构建的UC矩阵如表3和表4所示。在表1中和表3中，针对不同时期的现有阶段工作流程更多采用人工操作方式产生数据资源和数据资源处理，而在对应比较的表2和表4中，相应的建设目标工作流程既可以采用生态体系的工具进行数据资源采集（App为移动端大熊猫动作数据采集系统）、数据特征识别、数据资源管理以及业绩评价来提高数据资源管理的效率，同时又可以采用常规的人工操作方式进行数据资源管理，两者相互补充，相互印证。由此可见其工作流程和数据资源匹配性更好。各角色在建设目标与数据资源匹配的UC矩阵中的关系如图1所示。

?通过构建行为数据资源生态体系，实现建设目标的工作流程和数据资源的匹配，同时采用PDCA模型管理机制对数据流和工作流进行整合，优化流程管理的效率，从而进行数据资源建设和管理。

?通过构建行为数据资源生态体系，能够实现组织内各部门协同管理，其协同管理一方面实现在组织内各部门之间工作流和数据流处理协同;另一方面实现组织和外部合作研发部门之间工作流和数据流处理协同。

3）在企业物质文化建设方面，基于数据资源和技术，构建大熊猫行为数据资源生态体系，通过生态体系来保障企业精神文化和制度文化的建设和实施。在生态体系的构建中，利用移动开发技术实现大熊猫动作数据采集系统，利用数据仓库技术实现数据资源库的构建，利用大数据挖掘技术和深度学习技术实现音视频数据的采集和行为模式识别与研究。生态体系的数据规范化与管理机制相联系，采用PDCA管理机制不断循环工作流和数据流的整合;利用大数据技术和人工智能识别技术来实现数据的处理流程，另外，随着硬件环境的变化，通过生态体系重新实现面向目标的优化。

3 数据资源生态体系的构建

利用规范化的数据采集和数据仓库架构模式，将数据关联驱动业务关联，从而形成大熊猫行为数据资源管理生态体系。整个数据资源管理生态体系由移动端数据采集系统、基于智能监控的音视频数据挖掘系统和数据展示平台系统构成。大熊猫行为数据资源生态体系结构如图2所示。

3.1 移动端大熊猫动作行为数据采集系统的构建

在大熊猫饲养过程中，大熊猫在生长的不同时期会出现不同的动作行为，这些动作行为对于大熊猫行为研究分析至关重要，将这些动作行为转换为动作数据进行存储和处理是构建大熊猫行为数据资源管理生态体系的重要组成部分，因此需要构建大熊猫行为数据资源库。由于大熊猫行为都是动态发生变化的，因此需要设计基于移动端的大熊猫行为数据采集系统（设计App软件）将大熊猫在常规期、发情串卷期和发情放对期等不同时期和地点的不同动作行为转化为行为数据进行动态规范化采集并存储到数据资源库中。在采集的过程中，实现了大熊猫的吼叫、步频以及其他行为的数据实时采集。通过移动端的行为数据采集系统的运行，将原来分散采集、零星管理、数据实时性差的状态变成集中采集、动态管理、数据实时采集，从而快速准确地构建大熊猫行为数据资源。

3.2 基于智能监控的大熊猫行为音视频数据挖掘系统的构建

在大熊猫饲养过程中，一方面需要采集动作行为数据，另一方面还需要采集大熊猫活动的音视频数据，从而随时监控和观察其行为状态。为此，在大熊猫行为数据资源管理生态体系中，有一个重要部分是构建基于智能监控的大熊猫行为音视频数据挖掘系统。该系统一方面采集音视频监控过程中产生的大熊猫活动音频和视频数据，构建大熊猫活动音视频数据资源库;另一方面，对大熊猫活动音视频数据和动作行为数据进行分析和挖掘，实现大熊猫行为的准确识别。通过行为识别，一方面可以补充和加强印证利用移动端对大熊猫行为数据采集系统构建的数据资源，另一方面，在识别过程中，通过样本学习，对行为数据进行语义标识和注册关联，形成数据仓库，通过数据仓库为大熊猫行为研究人员提供决策信息。

3.3 通过PDCA形成生态体系的闭环管理模式

在项目管理中，为了提高项目管理的效率，一般采用PDCA模型进行项目实施的质量管理。在构建大熊猫行为数据资源管理生态体系时，采用了PDCA模型将体系中的数据流和工作流进行整合。

PDCA模型应用主要体现为：

?Play（“计划”）阶段，针对大熊猫研究的行为数据采集和数据分析制定量化目标和设计工作流方案;

?Do（“实现”）阶段，根据制定的量化目标和方案，实现大熊猫行为数据采集和大熊猫行为音视频数据的识别与挖掘，建立数据仓库;

?Check（“监测”）阶段，比较实际的目标结果和测试运行的目标结果，进行差异化的分析和研究;

?Act （“分析与反馈”）阶段，根据数据仓库的后期应用，通过逐步的样本学习，发现更多的分析问题，然后反馈到数据仓库，进行新的数据更新和整合，从而更新形成新的数据仓库。

生态体系中PDCA管理模型的流程如图3所示。

显然，通过PDCA模型，可以将数据资源生态体系中的工作流和数据流进行统一整合，形成闭环数据管理模式。

由此看见，通过多模块构建的生态体系，使得不同角色能够通过生态体系进行大熊猫行为数据资源管理、共享和研究。大熊猫饲养员可以利用生态体系中的移动端数据采集系统进行大熊猫动作行为数据的实时采集并构建行为数据库;大熊猫行为监控人员可以利用生态体系中的基于智能监控的音视频数据挖掘系统进行大熊猫活动音视频数据采集并构建活动音视频数据库;大熊猫行为研究人员可以通过音视频数据挖掘系统对数据进行分析和挖掘，实现大熊猫行为识别研究;大熊猫行为数据管理人员和行为研究人员可以利用生态体系中的数据展示平台系统进行研究结果数据的展示和查询来提供决策信息;行政管理人员可以利用生态体系中的数据资源进行部门人员的业绩考核。

4 结语

针对目前大熊猫行为研究的数据资源管理机制存在的问题，首先从企业数据文化建设的三个层面即精神文化建设、制度文化建设和物质文化建设探讨了数据驱动型组织构建新的行为数据资源管理机制的建设目标。然后根据建设目标设计了具有闭环管理模型的大熊猫行为数据资源管理生态体系，在体系中利用PDCA模型进行数据流和工作流的整合形成闭环数据资源管理。在生态体系的支持下，能够对数据资源进行统一管理和优化，从多角度进行数据资源的共享和研究，从而实现数据资源管理的建设目标。

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【通联编辑：李雅琪】