衡水湖野生植物資源數據庫檢索系統的構建

孫素華 鄭博穎 許昭霞

摘要：在對衡水湖５８科１８２屬３０２種野生植物進行調查與收集資料的基礎上，采用ＡＳＰ．ＮＥＴ程序設計與ＳＱＬ Ｓｅｒｖｅｒ ２００５數據庫技術，基于Ｂ／Ｓ模式的三層架構體系結構，構建了衡水湖野生植物資源數據庫檢索系統，其中主要包括用戶登錄、植物檢索、數據維護、信息交流４個模塊。為用戶檢索衡水湖野生植物資源提供服務，為相關決策提供了數字化、信息化的支持。

關鍵詞：野生植物資源；數據庫；檢索系統；衡水湖

中圖分類號：ＴＰ３９２；Ｓ５８文獻標識碼：Ａ文章編號：0439－８114（２０12）15－3330-04

Ｄａｔａｂａｓｅ Ｒｅｔｒｉｅｖａｌ Ｓｙｓｔｅｍ Ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ ｏｆ Ｗｉｌｄ Ｐｌａｎｔ Ｒｅｓｏｕｒｃｅ ｉｎ Ｈｅｎｇｓｈｕｉ Ｌａｋｅ

ＳＵＮ Ｓｕ－ｈｕａ１a，ＺＨＥＮＧ Ｂｏ－ｙｉｎｇ1b，ＸＵ Ｚｈａｏ－ｘｉａ2

（1.Ｈｅｎｇｓｈｕｉ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，a．Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｍａｔｈｅｍａｔｉｃｓ ａｎｄ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ；b． Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｌｉｆｅ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｈｅｎｇｓｈｕｉ ０５３０００，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ；

2． Ｓｈｉjｉａｚｈｕａｎｇ Ｎｏ．２ Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ Ｓｃｈｏｏｌ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ ０５００００，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｏｎ ｔｈｅ ｂａｓｉｓ ｏｆ ｄａｔａ ｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎ ｏｆ ５８ ｓｅｃｔｉｏｎｓ， １８２ ｃａｔｅｇｏｒｉｅｓ， ３０2 ｋｉｎｄｓ ｗｉｌｄ ｐｌａｎｔｓ ｉｎ ｗｉｌｄ ｏｆ Hｅｎｇｓｈｕｉ ｌａｋｅ， Ｈｅｎｇｓｈｕｉ lａｋｅ ｗｉｌｄ ｐｌａｎｔ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｄａｔａｂａｓｅ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ｓｙｓｔｅｍ ｗａｓ ｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ ｂｙ ＡＳＰ．ＮＥＴ， ＳＱＬ ＳＥＲＶＥＲ２００５ ｂａｓｅｄ ｏｎ Ｂ／Ｓ ｍｏｄｅ ｏｆ ｔｈｒｅｅ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ． Ｉｔ ｃｏｍｐｒｉｓｅｓ ｆｏｕｒ ｍｏｄｕｌｅｓ： ｕｓｅｒ ｌｏｇｇｉｎｇ， ｐｌａｎｔ ｒｅｔｒｉｅｖａｌ， ｄａｔａ ｍａｉｎｔａｉｎ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｃｏｍｍｕｎｉｏｎ． Ｉｔ ｗｉｌｌ ｐｒｏｖｉｄｅ ｓｅｒｖｉｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｕｓｅｒ ｔｏ ｒｅｔｒｉｅｖｅ Ｈｅｎｇｓｈｕｉ ｗｉｌｄ ｐｌａｎｔ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ ａ ｄｉｇｉｔａｌ ａｎｄ ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｓｕｐｐｏｒｔ ｆｏｒ ｔｈｅ ｒｅｌｅｖａｎｔ ｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇ．

Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｉｌｄ ｐｌａｎｔ ｒｅｓｏｕｒｃｅ； ｄａｔａｂａｓｅ； ｒｅｔｒｉｅｖａｌ ｓｙｓｔｅｍ； Ｈｅｎｇｓｈｕｉ ｌａｋｅ

河北省衡水湖國家級濕地自然保護區位于華北平原中南部的衡水市境內，是華北平原上第一個內陸淡水湖國家級自然保護區，也是華北平原惟一保持沼澤、水域、灘涂、草甸和林地等完整濕地生態系統的自然保護區，地理位置和生態環境的優越性為生長在衡水湖的植物提供了適宜的生長環境。通過多年的野外調查及植物標本的整理，統計出衡水湖自然保護區共有野生高等植物５８科１８２屬３０2種，同時開展了部分野生植物資源的價值評估。在已收集數據的基礎上，運用信息技術手段對植物資源進行管理，從而提高了工作效率、豐富了數據信息，可為用戶有效管理、利用衡水湖野生植物資源提供更好的服務。

１衡水湖植物資源概況

衡水湖濕地自然保護區共有植物５８科１８２屬３０2種。其中種子植物有５３科１７６屬２９３種［１］，另外還有苔蘚植物３科，蕨類植物１科，裸子植物１科［２］。由以上數據可知，種子植物占絕大部分，在５３科中，以禾本科（Ｇｒａｍｉｎｅａｅ）、菊科（Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ）、豆科（Ｌｅｇｕｍｉｎｏｓａｅ）、十字花科（Ｃｒｕｃｉｆｅｒａｅ）、藜科（Ｃｈｅｎｏｐｏｄｉａｃｅａｅ）為主；單屬科有馬齒莧科（Ｐｏｒｔｕｌａｃａｃｅａｅ）、金魚藻科（Ｃｅｒａｔｏｐｈｙｌｌａｃｅａｅ）、藍雪科（Ｐｌｕｍｂａｇｉｎａｃｅａｅ）、蒺藜科（Ｚｙｇｏｐｈｙｌｌａｃｅａｅ）等１９科［3-5］。由此可見，大科及較大的科構成了該區系種的組成主體，較小科、小型科及單種科構成了科的主體，一定程度上反映了保護區植物區系的復雜性。

《中國植被》［６］一書把保護區的野生種子植物劃分為灌木、藤本、多年生草本、一年生草本和水生草本。由統計可知，該區內以草本植物占絕對優勢，占總種數的９４．５％，其中一年生草本最多，占總種數的４５．５６％；其次是多年生草本，占總種數的３１．８５％；水生草本植物也占到了１７．１２％。這在某種程度上也反映了衡水湖濕地保護區的植被特點。

該保護區有豐富的野生植物資源，按其用途可分為野生藥用植物、野生蔬菜植物、野生飼料植物、野生油脂植物、野生纖維植物、野生蜜源植物、野生花卉觀賞植物七大類，其中野生藥用植物７６種［７］，野生蔬菜植物２９種，野生花卉觀賞植物３８種，野生飼料植物１０８種，野生油脂植物２４種，野生纖維植物１０種，野生蜜源植物４８種，這些植物除具有生態價值之外，還具有廣泛的使用價值。

２００３年發現黃頂菊（Ｆｌａｖｅｒｉａ ｂｉｄｅｎｔｉｓ）入侵衡水湖。后經調查發現外來入侵植物有１９種，隸屬于１０個科，如節節麥、刺莧、皺果莧等［８］，其中以黃頂菊造成的生態危害最為嚴重。

根據衡水湖野生植物的植物區系的復雜性、草本植物較多、植物具有較高的生態價值、外來物種入侵等幾個特點，以實地調查數據為基礎，運用數據庫管理技術，構建較完善、較科學的數據庫很有必要。

２數據庫的構建及安全管理

２．１數據庫的構建

衡水湖植物資源信息系統的數據庫主要由多年實地調查收集的數據組成，其中主要分為植物基本特征、應用價值、植物群落三個部分［９］。

植物特征數據主要由植物名稱和植物形態組成，其中植物名稱包括植物編號、中文名、中文屬名、中文科名、屬拉丁名、科拉丁名、物種學名等，植物形態包括植物類型、樹冠形態、樹皮特征、葉片形狀、葉片色彩、枝條特征、花序、果實形狀、果實類型、種子等。生態價值的數據主要有生態數據（固碳釋氧、降溫除濕、除菌、滯塵、吸收有害氣體、凈化水體、固化土壤等），應用價值（藥用、觀賞、用材、纖維、飼料、食用、野菜、香料、油料、綠肥、工業、草坪、糧用）等。植物群落數據主要由群落名稱、類型、生態特征構成。根據所整理資料建立的植物名稱數據字段屬性見表１。

２．２數據庫的安全管理

對于該系統的數據庫，考慮系統的功能性與實用性，可以對不同信息采用不同的加密方式。因為該系統數據庫中有些關鍵數據有很強的保密性，在前期研究的基礎上，針對關鍵信息加密或解密運算時，使用ＡＥＳ算法、ＭＤ５算法保障數據安全，以采用雙重手段加密效果最好。如用戶的密碼，考慮其特性，可以采用ＭＤ５算法；對于關鍵信息可以采用ＡＥＳ算法與ＭＤ５算法綜合的方式，為防止關鍵信息被篡改，先對關鍵信息使用ＭＤ５加密，再將該值進行ＡＥＳ加密保存在數據庫中，以后可用于檢查關鍵信息的完整性。

３系統結構及功能模塊設計

３．１系統邏輯結構的設計

在研究過程中綜合分析系統的穩定性、安全性、延展性、執行效率及用戶響應速度等因素，系統設計中采用基于Ｂ／Ｓ（Ｂｒｏｗｓｅｒ／Ｓｅｒｖｅｒ）模式的三層體系結構，分別為表現層、業務邏輯層、數據訪問層［１０］。

表現層包含系統的顯示邏輯，主要通過Ｉｎｔｅｒｎｅｔ實現用戶交互。通過處理數據提供者和數據共享者各類用戶的輸入和輸出，保證用戶的使用權限。用戶通過計算機中的瀏覽器運行相應的腳本，獲得系統提供的服務，能夠保證用戶隨時隨地地通過Ｗｅｂ瀏覽器獲取所提供的衡水湖植物資源信息的共享與應用。

業務邏輯層是系統的核心部分，根據衡水湖植物資源數據庫檢索系統開發的實際需要，提供系統訪問接口組件實現相關數據的關聯，完成數據訪問層與表現層中用戶界面的交互，并且實現數據處理應用邏輯，從而實現對數據庫的管理還負責把處理結果返回到前端界面。該層介于數據訪問層和表現層之間，起到了數據交換中的“橋梁”作用。

數據訪問層是該系統的基礎，由各類數據組成的數據庫和相應的管理軟件組成，是對數據庫的操作和數據結構的抽象。主要是依據收集數據進行分類的結果，建立相應的數據庫，為檢索系統的實現奠定數據基礎。

３．２系統功能模塊的設計與實現

衡水湖植物數據庫檢索系統共分為用戶管理、數據管理、植物檢索、信息交流４個模塊。

１）用戶管理。衡水湖野生植物數據庫檢索系統中服務平臺有三類用戶［１１］。一類為系統管理員，負責系統數據維護、管理和所有對外服務功能，對于系統的功能此用戶都擁有最高權限，是系統的擁有者。第二類普通用戶者，此類用戶需要注冊與登錄，可以瀏覽數據、查詢數據、發表論壇和上傳數據等，這類用戶要接受系統管理員的審核。這是系統對用戶打開的一個窗口，系統通過這個窗口實現與普通用戶的交流，獲取更有價值的建議與信息，以及用戶上傳的對系統有補充與完善功能的植物資源數據。該用戶上傳的數據主要是保存了論壇指定的位置，先經過敏感字符查詢篩選通過，再經過系統管理員審核后才能根據要求顯示到論壇頁面，如果是有價值的植物資源數據則可歸入到后臺數據庫中被系統調用。第三類用戶可以稱為“互聯網過客”，無需注冊登錄，只具有數據瀏覽和部分查詢等權限。

２）數據管理。主要包括植物信息數據整體更新、添加、修改、刪除，還包括審核論壇的信息及各種形式數據的相互轉換。

３）數據檢索。此項功能是系統的主要功能，是用戶查詢使用衡水湖野生植物數據庫檢索系統的端口。數據主要包括第一項野生植物信息查詢按科、屬、形態、價值與分布的查詢，第二項查詢是模糊查詢。其中第一項功能用戶進入對應界面后輸入相應信息就可完成查詢操作；形態查詢、應用價值與分布查詢兩項通過下拉菜單點擊就可實現查詢。模糊查詢是為了在實現查詢信息不明確的條件下進行信息查詢，根據查詢條件在空白文本框中輸入相應內容就可完查詢［１２］。

４）信息交流。隨著信息技術的發展系統需要不斷更新，同時由于生態等各方面的影響植物資源也在不斷變化，用戶在使用過程中可以通過論壇提出好的建議與意見，特別是可以將發現的新物種等信息提供給管理員，以方便系統的維護與更新；對于與衡水湖野生植物有關的信息可以發表到此模塊中，方便用戶瀏覽與使用。

通過以上分析可以得到系統主要邏輯功能結構見圖１。

３．３衡水湖野生植物資源檢索系統的實現

系統界面是用戶與系統直接進行交流的窗口，它定義了系統的外觀，友好的用戶界面是系統優良的一個重要體現。

以基于Ｃ＃的ＡＳＰ．ＮＥＴ程序設計開發軟件為基礎，實現了衡水湖野生植物資源信息管理系統，以形態檢索的結果見圖２。

４小結

衡水湖野生植物檢索系統功能的實現是在用戶界面設計、數據庫設計、邏輯結構設計的基礎上通過程序代碼來完成的，是系統開發過程的關鍵。系統在運行過程中還會出新的問題，隨著環境、生態等因素的變化，衡水湖野生植物資源也將不斷發展，作為系統的設計者將要根據野生植物信息的更新、用戶需求的變化等，對系統不斷更新完善。

在對衡水湖的野生植物信息進行較完善的分析與處理的基礎上，構建了衡水湖野生植物數據庫并開發了檢索系統；該系統實現了衡水湖野生植物資源數據庫檢索的數字化、網絡化、信息化，其相對獨立，具有高效檢索與信息交流、安全穩定、提高工作效率和擴大信息共享等功能，同時因可采用登錄用戶提出的有益建議和上傳的有價值的數據，豐富了數據和信息的來源，為系統的科學完善創建了一條新途徑，不僅提高了衡水湖野生植物資源檢索的效率、方便了用戶共享信息服務，而且還可為管理部門決策提供數據支持。

參考文獻：

［１］ 李惠欣． 河北省衡水湖自然保護區種子植物區系初步研究［Ｄ］．石家莊：河北師范大學，２００７．

［２］ 鄭云翔．衡水湖自然保護區高等植物名錄［Ｊ］．衡水學院學報，２００６， ８（１）：７９－８３．

［３］ 河北植物志編輯委員會． 河北植物志（第一卷）［Ｍ］．石家莊：河北科學技術出版社，１９８６．

［４］ 河北植物志編輯委員會． 河北植物志（第二卷）［Ｍ］．石家莊：河北科學技術出版社，１９８９．

［５］ 河北植物志編輯委員會． 河北植物志（第三卷）［Ｍ］．石家莊：河北科學技術出版社，１９９１．

［６］ 中國植被編輯委員會．中國植被［Ｍ］．北京：科學出版社，１９８０．

［７］ 杜怡斌．河北野生資源植物志［Ｍ］．保定：河北大學出版社，２０００．

［８］ 高賢明，唐廷貴，梁宇，等． 外來植物黃頂菊的入侵警報及防控對策［Ｊ］．生物多樣性，２００４，１２（２）：２７４－２７９．

［９］ 張明麗，秦俊，王麗勉，等． 綠色建筑植物資源信息系統的構建及應用［Ｊ］． 生態與農村環境學報，２０１０，２６（４）：３２３－３２８．

［１０］ 段克奇． ＡＳＰ．ＮＥＴ基礎教程［Ｍ］．北京：清華大學出版社，２００９．

［１１］ 林國． 基于空間數據挖掘的臺州市農業資源綜合管理信息系統［Ｄ］． 杭州：浙江工業大學，２０１０．

［１２］ 邢震，張啟翔，劉灝，等． 西藏園林植物資源數據庫檢索系統的構建［Ｊ］． 北京林業大學學報，２０１２，３４（１）：１０５－１０９．