植物資源數據庫系統的研究現狀及展望*

丁 霞 賈玉山*,柴 博

(1.內蒙古農業大學生態環境學院,內蒙古 呼和浩特 010018;2.內蒙古師范大學計算機與信息技術學院,內蒙古 呼和浩特 010010)

1 前言

植物資源相關數據、信息是科研人員智慧和勞動的結晶,是我國農業領域的寶貴戰略資源,隨著我國農業自身的發展和外部環境條件的變化(特別是科學研究國際化、科技信息資源的快速增長和信息技術的迅猛發展),信息作為戰略資源的地位得到空前的提高,不論是農業生產、科研、教學,還是農業宏觀和微觀管理,都越來越依賴于科技數據及信息的有效獲取和利用。

然而,隨著當前研究技術和手段的快速發展,采用傳統的存儲、查詢方法和手段,對浩繁、龐雜的物種數據信息進行管理,已經無法滿足當代快速管理、獲取信息的需要。此時,計算機技術和數據庫技術在植物資源領域的應用,便為處理這些龐雜的數據、信息提供了先進的手段。

目前,建立植物資源數據庫及信息系統,已成為當今農業資源領域研究的熱點。

2 數據庫系統簡介

數據庫系統是指在計算機系統中引用數據庫技術后的系統構成,一般由數據庫、數據庫管理系統(及其開發工具)、應用系統、數據庫管理員和用戶構成 。〔1〕。

2.1 數據庫

數據是數據庫中存儲的基本對象,是描述事物的符號記錄,其可以是數字,也可以是文字、圖形、聲音、語言等,數據有多種表現形式,它們都可以經過數字化后存入計算機〔2〕。

數據庫是長期存儲在計算機內的、有組織的、可共享的數據的集合。數據庫的數據按一定的數據模型組織、描述和存儲,具有較小的冗余度,較高的數據獨立性和可擴充性,并為各種用戶共享。〔3〕

2.2 數據庫管理系統

數據庫管理系統是為數據庫訪問提供服務的軟件,同時維護所有數據必需的特性。數據庫管理系統為支持應用程序訪問和操作數據庫數據提供下列服務:事務處理、并發控制、恢復、安全、語言接口(包括數據定義語言DDL、數據操作語言DM L和數據控制語言DCL、容錯性、數據目錄(亦稱數據字典)和存儲管理等。〔4〕

2.3 數據庫應用系統

數據庫應用系統是指系統開發人員利用數據庫系統資源開發出來的、面向某一類實際應用的應用軟件系統。它分為兩類:(1)管理信息系統:所謂管理信息系統是一個由人、計算機及其他外圍設備等組成的能進行信息收集、傳遞、存儲、加工、維護和使用的系統。(2)開發式信息服務系統:這是面向外部、提供動態信息查詢功能,以滿足不同信息需求的數據庫應用系統。〔5〕

3 植物資源數據庫系統在國內外的研究概況

3.1 國內研究概況

我國在植物資源數據庫的建設方面起步較晚,雖然有的研究單位于20世紀80年代利用微機建立了一些相關數據庫系統,但全面考慮建立信息系統還是在90年代生物多樣性項目開始之后〔6〕-〔8〕。

目前,國內的主要應用和新建的植物信息數據庫有:“中國農作物種質資源數據庫”(1987年,由中國農業科學院作物品種資源研究所建庫)、“中國西南藥用植物資源數據庫”(中國科學院昆明植物研究所承擔建設)、“中國經濟植物資源數據庫”(1988年,由中國科學院植物研究所建庫)、“江蘇省農業資源數據庫”(江蘇省農業科學院建設)等。

此外,一些科研單位、高等院校根據特定需求編制了若干專類植物數據庫和區域性植物數據庫,如:“甘肅省稀有瀕危植物數據庫”、“廣西木本觀賞植物數據庫管理信息系統”、“內蒙古農業及荒漠植物花粉形態數據庫”、“新疆植物信息資源數據庫”、“青藏高原東南部天然農業主要有毒有害植物數據庫”、“山西高等植物數據庫”、“貴州省植物園珍稀瀕危植物數據庫建立”、“湖南省園林植物數據庫”、“湖北后河國家自然保護區植物多樣性數據庫”、“湖北地區主要出口植物有害生物多媒體數據庫”等〔9〕-〔20〕。

3.2 國外研究概況

國外有關植物資源數據庫系統多偏重于物種多樣性信息的數據庫建設。世界上發達國家在該領域起步較早。其中動用多位專家學者,耗資近千萬美元的美國植物數據庫工程“USDA”稱得上是現今世界上國家級植物數據庫系統的典范〔21〕。其他一些植物物種信息系統諸如“TROPI0S”、“MUSE”、“BGCI的瀕危植物材料數據庫” 、“US National Plants Databaseand Projects(美國農業部國家植物數據庫和規劃)”、“Invaders Database System(美國東北部外來植物數據庫系統)”、“Gymnosperm Database(德國裸子植物數據庫)”、“American Indian Ethno botany Database(美國印地安民族植物學數據庫)”、“Prairie Source Database(野花數據庫)”、“O rchid Database(蘭花數據庫)” 、“Palms Database(棕櫚數據庫)” 、“Medicinal and Poisonous Plant Databases(醫用植物和有毒植物數據庫)”等〔9,19〕,這些數據庫目前已經在植物學及其農業相關領域得到廣泛的應用,其中部分數據庫 ,如“TROPl0S” 、“MUSE” 、“BGCI的瀕危植物材料數據庫”等,已經實現了互聯網在線查詢功能,為植物信息資源共享、科研信息查詢等方面做出了極大的貢獻。

4 數據庫系統在植物學領域中的應用展望

4.1 植物資源Web數據庫的建立

隨著Internet和WWW迅速發展,WWW上的可用數據源迅速增長。因而人們將WWW的數據源集成為一個數據庫,稱為Web數據庫,使這些資源得以充分利用〔22〕。

隨著植物學研究領域的不斷發展,學科間的交叉變得越來越頻繁,單純學科方向的數據庫已經不能滿足日益蓬勃發展的科研需求,且越來越多不同類型的植物資源信息隨著計算機技術、數據庫技術和網絡技術的發展,實現了數據的網絡共享,為此,開發植物資源Web數據庫所需要的信息集成系統,整合網絡零售數據將成為必然。

4.2 開發建立傳感器數據庫

隨著微電子技術的發展,傳感器的應用越來越廣泛。根據傳感器在一定的范圍內發回的數據,在一定的范圍內收集有用的信息,并且將其發回到指揮中心。當有多個傳感器在一定的范圍內工作時,就組成了傳感器網絡。在傳感器網絡中,傳感器數據就是由傳感器中的信號處理函數產生的數據。信號處理函數要對傳感器探測到的數據進行度量和分類,并且將分類后的數據標記時間戳,然后發送到服務器,再由服務器對其進行處理〔23〕。

隨著現代科技的發展,傳感器網絡越來越多地應用于對很多新應用的監測和監控。而植物科學是一個動態的學科,研究觀察的對象往往隨著時間的改變而不斷變化。為此植物資源傳感器數據庫的建立,將為研究人員對研究對象進行實時觀測、監督檢測等提供可靠的信息來源。

4.3 植物資源智能數據庫的開發

將人工智能和數據庫技術相結合,開發各類智能數據庫和專家系統,以成為數據庫技術發展的主要趨勢。

利用某種成熟的技術和方法搜集、存儲并管理植物資源領域的大量信息,然后在這基礎上發現并獲取知識,再利用數據庫作為知識源,把邏輯學、統計學、機械學、模糊學、數據分析、可視化計算等學科成果綜合在一起,進行從數據庫中發現知識的研究〔24〕。使植物資源數據庫不僅僅能任意查詢存放在庫中的數據,而且上升到對庫中數據的整體特征的認識,從而獲得一些與數據庫數據相吻合的宏觀知識,進一步提高了數據庫的使用價值與應用層次。

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