“中药标本馆数字化建设的探索与实践”研究工作报告

“中药标本馆数字化建设的探索与实践”研究工作报告
全国卫生职业教育研究发展基金项目
课题编号：09-ZC26
中药标本馆数字化建设的探索与实践
课题负责人所在单位山东中医药高等专科学校
课题负责人张钦德
二O一O年十二月
全国卫生职业教育研究发展基金2008~2009年度教育教学研究课题
课题名称中药标本馆数字化建设的探索与实践项目编号09-ZC26 负责人张钦德
所在单位山东中医药高等专科学校
邮政编码265200
通讯地址山东省莱阳市文化路6号
传真号码0535-*******
填报日期2010.12.28
中药标本馆数字化建设的探索与实践
研究工作报告
一、研究目的
（一）课题来源
本课题是全国卫生职业教育研究发展基金2008-2009年度教育教学研究课题（课题编号09-ZC26）。

自2009年10月批准立项以来，在卫生职业教育教指委、高职高专相关医学类专业教指委、山东中医药高等专科学校的大力支持及课题组成员的共同努力下，已按计划完成了预期研究任务。

（二）国内外研究现状
全世界现已认知的生物物种约100万种，凭证标本达3亿份（件）；我国植物物种占世界已知物种总数的10%左右，约10万种，凭证标本达3000万份（件）。

现今生物信息量爆炸性增长与从实物标
本中获取新知识相对贫乏的矛盾越发突出，正成为全世界面临的重大问题，生物标本的数字化已成为国际学科领域最新趋势。

1. 国外研究概况
西方国家早在70年代就开始了建立植物标本大型数据库的尝试。

美国国家标本馆花费巨资，历经10余年时间，把近20万份植物标本录入数据库，但因使用的是Dbase II系统，在继续扩充中遇到数据不兼容和其他一些困难。

美国堪萨斯自然历史博物馆开发的“物种分析者”（Species analyst）软件，可在几秒钟内生成世界地图，标明动物和植物的发现地、分布区和采集信息等资料。

美国圣迭哥超级计算机中心研制的应用软件，可将标本、生物、环境与气象等信息整合，为追踪气候变化的生态效应、保护濒危物种、管理有害物种入侵等提供依据。

美国密苏里植物园历经20余年研制了数据库TROPICOS系统，但因与其他系统不兼容，且使用维护复杂，难以推广使用。

美国哈佛大学等10余家标本馆进行了植物模式标本采集、物种与图像信息管理和交换系统的开发，并把已整合的信息进行网络管理，但规模和信息量均较小。

澳大利亚、南非和其他国家的一些标本馆也初步完成了各自的物种和标本信息管理系统，但这些系统多互不兼容，而且难于适应标本量超过100万份以上的大型生物
标本馆使用。

澳大利亚科学家基于DOS/S/O平台开发的分类描述系统(DELTA) 的代码已作为国际标准使用，其中也含有部分物种信息管理的内容，但这一系统同样不具备大规模采集和管理植物信息的能力。

其他一些国家也提出了专家系统、神经网络、种类鉴定中的计算机视觉识别等创新性的研究思想。

近年来，高科技、高水准的国际生物标本馆数字化进程加快，但尚未能形成统一的数据采集、管理、整合与交流体制；生物学家与计算机专家设计思想不统一，使系统设计的预测性、兼容性和可塑性低；软、硬件条件不合理。

世界一些著名的大型标本馆在数字化进程中，多采用较为保守的态度，如英国邱园植物标本馆，目前仅在学名、地理分布等工具库中做一些工作，而大规模物种、标本和活植物信息的
采集、录入、整合以及与其他国家的信息交流，尚处于观望和调研阶段。

国外只在生物标本馆数字化建设方面取得进展，而在中药标本馆数字化建设方面尚属空白。

2. 国内研究现状和发展趋势
（1）数字化生物（植物）标本馆
我国生物科学工作者在80年代初期，敏锐地捕捉到国际生物标本馆和植物园研究领域的数字化趋势。

江苏植物研究所在80年代中期开展了以IBM计算机和电子表格lotus123建立模式标本数据库以及植物园信息管理系统，后因界面差、操作不便和容量有限而搁置；中山大学植物标本馆在国家自然科学基金会资助下，与美国阿拉巴马大学合作研究“标本馆双语数据库”，但其基于的Dos平台和Dbase IV系统受到了自身发展的限制；台湾大学植物标本馆基于Dbase 平台设计了Pbase 标本信息管理系统（Tais），现已发展到用视窗界面Pbasew 系统管理台湾大学标本馆的20万份标本，并对地理信息有较好的表达；但因该馆标本量较小，系统的兼容性不强，尚未引起外界的广泛注意。

中国科学院的生物标本馆自80年代初期开展了生物标本馆的数字化研究，硬件的使用经历了早期苹果机、8086、286、386、486、586、奔腾II、Sunworkstation等阶段；软件的开发和使用亦经历了电子数据表格、DBASE II、DBASE III、DBASE IV、Foxbase、Foxprow、Access、Oracle等阶段。

现在中国科学院内已初步建成了生物物种和标本信息系统，完成了中国全部高等植物和部分动物物种信息的采集、录入和整
合工作，也完成了中国科学院内各生物标本馆近50万份标本数据录入和整理工作。

中国科学院植物研究所植物标本馆已完成馆藏1万份模式标本和4万份植物标本的采集和入库工作，并采用了国际最先进的植物标本信息条形码管理系统；也尝试了多媒体技术、电子文本自动翻译和生成、网络技术以及GIS在物种和标本信息系统中的应用；中国科学院植物研究所北京植物园，已经在国内率先建立了数字化植物园的地理信息
系统，对园区活植物档案、栽培和配置进行数字化管理和演示。

中国科学院动物研究所动物标本馆完成了鸟类、大部分兽类物种和标本数据库；中国科学院微生物研究所菌物标本馆也已经完成了全部馆藏40万份（件）菌物标本信息的采集和建库工作。

中国科学院于90年代中后期启动了中国科学院重大科研管理项目“中国科学院生物标本馆物种与标本信息系统”项目，中国科学院内的生物标本馆都统一使用这一项目参加单位共同研究开发的数据库和信息管理系统，做到了统筹考虑、一致使用、信息规范和系统兼容。

目前，中国数字植物标本馆已经建成，有400万号植物标本实现数字化，其中230万号已上网，2.7万张彩色照片已上传。

此外还包括模式标本文献查询、中国种子植物名称及其分布数据库、采集地新旧地名对照、植物分类学文献要览、中国植物标本馆的链接等相关数据库，只要输入查询物种的名称，就可以把该植物的相关信息全部显示出来，日点击率达到2000多次。

我国数字化生物标本馆和植物园的研究工作，已取得了在国际同类研究中备受瞩目、甚至在某些领域领先的成就。

（2）数字化中药标本馆
随着信息技术的不断进步和药物价值的不断挖掘，天然药物渐受重视，中药标本馆也逐渐增多，标本馆数字化的问题逐渐被人们关注。

数字化中药标本馆是采用计算机技术、多媒体技术和网络技术等，对实体标本馆的展示内容和相应的标本、实物进行数字化处理，提供在线的中药标本查询、物种信息服务，将传统的中药标本馆网络化、虚拟化。

它是实体标本馆的功能在现代科技条件下的延伸、拓展和创新。

数字化中药标本馆的出现，使中药标本馆的教育功能已不再局限于一个地区、一个国家，而是日益走向开放、走向国际化，在更大的范围内实现最大限度的信息交流和资源共享。

目前国内在这方面还处在初始阶段，只有成都中医药大学、广西中医学院、中国药科大学、上海中医药大学4家建立了标本馆网站，其中成都中医药大学建立了川草
药标本链接，其余的只用图片和文字进行介绍，均未实现数据共
享和标本检索。

据统计，我国有记载的中药材有12 807种，其中植物药11 146种，动物药1 581，矿物药80种，无记载的民间药更不计其数。

中药标本馆作为学校的教学实习基地，承担着教学、科研、对外交流、科普等任务，因此现代化的建设刻不容缓，标本管理水平亟待提高。

而中药标本馆数字化是目前现代化建设的最佳选择。

（三）存在的问题
山东中医药高等专科学校中药标本陈列馆始建于1959年，展出面积648平方米，共收藏各类标本12500余种（份），下设药材标本室、腊叶标本室、浸液标本室及学生标本复习室。

药材标本室分药材专区、中药方剂专区、中成药专区和伪品专区4部分。

药材专区是整个陈列馆的核心部分，室内汇集了川、广、云、贵等全国各地的道地药材、名贵药材、民间草药及进口药材2000余种；中药方剂专区展有常用处方130余首；中成药专区展有山东地产名优中成药近300种；伪品专区展有伪劣药材400余份。

腊叶标本室收藏各类药用植物8000余份。

浸液标本室展有海洋药物标本500余份，植物浸液标本1000余份。

学生复习室展出临床常用药材500余种，学生可以利用一切课余时间来本室复习。

近五十年来，本馆作为中医药教育的特殊课堂与对外学术交流的重要窗口，对教学、科研、中医药文化交流等方面发挥了积极作用。

但由于本馆以半开放的形式只允许中药领域的专家学者进入阅览，资源利用率低，已不能适应当今社会发展的需要。

提高中药标本资源的高效利用成为当务之急。

将中药资料整理、整合为一个整体的数据库，并实现网络查询，可大大节省科研工作者的时间，提高工作的效率；也为中药鉴定学、生药学、药用植物学等课程的教学提供便利，丰富内容；又可以吸引更多的中药爱好者，为中药研究注入更多的年轻人才。

（四）解决问题所在
将学校中药标本馆的中药标本以文字、图像或其他的数字化形式存储，建立中药标本数据库，将其挂于互联网上使其网络化，通过互联网提供远程用户检索、查询和利用。

在我校数字化中药标本馆建设
中，我们着重考虑解决以下三方面问题。

1．对数字化中药标本馆进行特殊定位，实现数据库功能更高的飞跃
数字化中药标本馆是建立在网上的新型中药标本馆，它以实体标本馆为依托来建设，但又不同于实体中药标本馆，因为它的展示内容和媒体信息更为丰富，展示艺术
和表现手法更为多样；它也不同于科教片，但借用了其动态的表现手法；它还不同于单纯的数据库，因为它涵盖的信息量更大，除了功能强大的数据库外，还有中医药科普知识浏览。

因此，数字化中药标本馆是综合了实体中药标本馆展示特点、科教片表现手法、数据库功能的更高的飞跃。

2．针对中药标本馆的服务对象分类设计，以满足不同服务群体的需要
中药标本馆的服务对象有两个群体，一是面向社会公众尤其是青少年进行中医药科普教育；二是为高等院校和科研院所的教学、科研提供服务。

数字化中药标本馆的内容安排和表现手法上要统筹兼顾，以满足不同群体的需要。

3．构筑多功能的数字化标本系统，以对观众产生强大的吸引力
数字化中药标本馆的建设应最大限度地发挥计算机技术、多媒体技术和网络技术的作用，并且在实践中不断地创新，构筑多功能的数字化中药标本馆系统，把复杂而深奥的科学内容用直观而形象的技术手法表现出来，以对观众产生强大的吸引力。

4. 推行馆藏标本条码化管理，实施实物标本库与资源数据库对接
为了实现实物标本库与资源数据库的对接，在开发中药资源数据库的同时，对中药标本馆馆藏标本实施条码化管理，并按以下编码原则实施编码：植物标本编码=陈列区编码+标本类别代码(Z)+标本采集号；药材标本编码=陈列区编码+标本类别代码(Y)+数据库编号；浸液标本编码=陈列区编码+药材类别代码(J)+个编；内外标本编码按照以上编码原则在“陈列区编码”与“标本类别代码”之间分别加上字母N、W。

中药标本馆的所有馆藏标本均按照以上编码原则实施了条码
化管理，这些编码与中草药资源数据库编码一致，从而为实物标本库与资源数据库的对接奠定基础。

数字化中药标本馆的建立，构建了多功能的教学功能体系，实现了中药资源的共享，扩大了标本的展示空间，还可经常发布有关信息。

通过网站可随时浏览常用中药的原植物、生药材图片并可免费下载，点击者可根据植物名称或科属进行精确或模糊查找，栏目中不仅有精美的图片，还有该种植物的详细介绍，包括中文名、拉丁学名、别名、所在科属、植物特征、药用部位及功效等，使中药科研工作者在资料查询上变得方便快捷，可以更好地服务于教学及科研，同时成为宣传中医药知识、弘扬中医药文化的重要窗口及科普教育基地。

二、研究内容与方法
（一）研究内容
我们将数字化中药标本馆的建设可以分成六个阶段，即文字稿本编写阶段、软件脚本编写阶段、馆藏中药标本数字化采集阶段、编程制作阶段、系统集成阶段以及调试运行与网上发布阶段。

1．文字稿本的编写
编写文字稿本是数字化中药标本馆建设过程的基础。

它关系到网上标本馆信息量的多少与准确性的高低，关系到展示内容是否能引人入胜。

文字稿与实体标本馆的陈列内容设计方案类似，但不完全相同。

后者是根据陈列主题和内容布局，把文字、图片、展品等按一定顺序有机结合而成，这一过程中要根据展厅的面积安排内容的主次详略；而数字化中药标本馆的文字稿本则是根据建设思路和建设内容构架，把文字、图形、图像、音频、视频、动画等媒体素材巧妙地组合起来完成的，这一过程中应尽可能考虑计算机、多媒体技术的应用，根据设计目的和需要安排不同的媒体信息，同时不断地与编程制作人员探索可能的实现手段。

在文字稿本的编写过程中，必须重视数字化中药标本馆“两个面向”的宗旨，既要面向社会公众开展科普教育，也要面向高校和科研院所，为相关专业的教学和科研提供服务。

对前一个面向，可通过学
科知识浏览系统来实现，后一个面向可通过标本数据库系统来达到。

为此，在知识浏览系统的内容设计中，应充分考虑公众的需求，突出体现科学性、知识性、通俗性和趣味性的原则，正确处理知识的系统性与网页浏览效果的关系，力图将最新的研究成果、热点问题及观众感兴趣的问题反映出来，尽可能避免过于专业性的表述，稿本内容应深入浅出、通俗易懂，为进一步开展中医药科普教育提供了有利条件。

而在标本数据库系统，文字稿本的编写任务就是进行标本描述，以供科研人员查询和检索用。

标本描述应该遵循数字化中药标本馆建设的专业内容标准，以科学性为前提，做到严格规范，格式统一，充分反映每件标本的综合信息，如中药标本的中文名、拉丁名、产地、采集人、采集时间以及主要特征等。

2．软件脚本的编写
软件脚本是连接文字稿本与编程制作的重要桥梁。

其编写是在文字稿本的基础上进行的，主要由计算机技术人员完成。

在编写软件脚本前，尽最大可能反复了解文字
稿本中的专业内容以及各部分内容之间的关系。

计算机技术人员与稿本编写者双方应就专业内容、设计构思等进行详细的沟通，密切配合，以便处理好内容容量与页面浏览效果的关系、内容构思与技术实现的关系，编写出可操作性及实用性强的软件脚本。

软件脚本的构思与编写牵涉到诸多方面，如每一页面的构思与设计是否形象、新颖，各页面素材的技术处理与设计是否得当，甚至还有美学风格与个人艺术素养等。

软件脚本编写的成功有效，会为后续的编程制作提供便利。

3．馆藏中药标本的数字化采集
馆藏中药标本的数字化采集是数字化标本馆建设的重要一环。

它与实体中药标本陈列室建设中的标本及辅助展品的准备工作类似，包括标本实物、图片和图表的数字化采集，可与文字稿本、软件脚本的编写同时进行。

标本应由文字稿本编写者根据内容的需要选取，提供给数字化采集人员的标本清单应准确无误。

在数字化采集之前，对各种素材应有一个科学、统一的文件名定名规则，以方便计算机的处理与存储。

首先以不同的英文字母表示标
本分类，其次确定素材编号。

由于任何一类素材的数量均不超过4位数，可确定素材数字编号顺序为0000－9999，且要求4个占位符，如0008，0100等；第三是进行素材类型分类，可按英文字母顺序A －Z表示，第四是确定媒体类型，用样也是英文字母表示，如文字为S，图像为P，视频为V，动画为L等。

经过上述4个步骤，素材文件名就可确定下来。

标本数字化采集中，文字的采集（标本描述）如前述由文字稿本编写者负责。

标本图像的采集用数码相机完成，标本视频采集用数码摄像机完成。

用数码相机采集图像时，除了根据需要以及针对不同的标本选择合适的技术参数外，应注意选择最能表现标本特征的主要信息面进行拍照。

图像的清晰度非常关键，如果清晰度低，就会严重影响今后的页面浏览效果。

用数码摄像机采集标本视频时，为旋转拍摄，应确保旋转台平稳，转速均匀，清晰度要高。

为采集方便，可特设一摄影间，配备先进的灯光及其它设施，工作人员应自始至终一丝不苟。

图片的图像采集一般用扫描仪完成，要求所选的图片本身要清晰。

由于标本数字化采集工作量大，全过程中要求标本编号、素材文件名、素材名称、素材图像或视频、素材文字说明等一一对应、清晰明了，如果张冠李戴，不仅造成了专业错误，而且也使得采集工作前功尽弃。

4．编程制作
编程制作工作与实体标本馆陈列室建设的施工类似，主要包括素材的数字化处理、动画制作和页面制作等。

素材的数字化处理主要指图像、视频等的处理。

图像处理可采用目前流行的JPG 格式来处理和存储图片，不能进行有损压缩。

应保留原始档案数据，图片档案数据精度采用1600*1200像素。

为网上浏览和传输的需要，图片的应用数据精度为760 * xxx。

其中彩色图像的颜色数不能低于256色，通常为32位真彩色；灰度图像的灰度级不低于128级，扫描图像的扫描分辨率不低于300dpi。

同时为了减少数据存储量，节约传送带宽，应对数据进行压缩。

可选择不可逆的压缩法，既使压缩后的图像能满足视觉要求，又使数据量大幅减少，降低费用。

对于仅靠二维图片难以完整表现其内容的标本，可采用视频旋转予以
表现，并将旋转视频文件经过抽帧处理，加工成360度12帧，形成循环播放视频。

这样可以保证视频资料能够在网络应用环境下正常使用。

最后可将视频文件集成为网络动画方式，进一步缩小视频文件的数据量，同时为系统集成和网上应用的顺利展开铺平道路。

动画制作的专业性和技术性很强，采用FLASH MX、ULEAD GIF ANIMATOR制作二维动画，利用VRML语言编写三维动画。

采用动画的目的，一是形象而直观地表现复杂和深奥的科学内容，二是增强内容的吸引力，寓教于乐。

某些动画如果能够让观众来参与和控制，将会使他们产生更为浓厚的兴趣，产生良好的互动效果。

处理好各网络素材后，利用HTML语言及ASP技术，生成动态网页。

5．系统集成
各模块按原设计要求完成编程制作工作后，可进行系统集成工作。

即将各模块统一于一个系统网络平台上，设计一个数字化中药标本馆门户主界面菜单，把各系统有机联系起来，使之在网上运行。

6．调试运行与网上发布
在系统集成完成后，即可进行调试运行与网上发布。

要求开发人员在终端对各模块内容进行测试，确保图片质量清晰，视频连续，页面下载速度快，系统运行无误。

专业人员和技术人员必须认真对待，仔细检查，并请有关专家把关，看看是否在专业内容、编程制作以及运行等方面存在问题，作到随时发现，随时修改，包括错别字、标点符号错误、英文字母错误等，作到精益求精。

要建成一个信息量、功能强大的数字化中药标本馆，需要长时间的艰苦努力。

而且，在网上发布后还要接受各方面的应用检验，需要不断地充实和完善。

（二）研究方法和技术路线
运用Internet网络技术、ASP技术以及数据库技术将中药标本馆进行数字化，解决标本的存贮空间小、环境条件差等问题，使标本及其各种属性得到永久性保存，发挥其科学价值，扩大标本馆的影响力，让标本使用群体由原来在校师生扩大到全国卫生职业院校及广大的计
算机网络用户，使人们能在网站上查阅标本资料，使中药标本资源得到更加高效的利用。

数字化中药标本馆体系建设，使传统中药标本馆创出新的研究方法与工作模式，对于实现生物物种的动态监测有非常重要的现实意义，也可为政府与科研机构决策以及为公众科普教育等提供高效服务。

三、研究结果
1. 中药标本馆数字化建设
运用Internet网络技术、ASP技术以及数据库技术将中药标本馆进行数字化建设，解决标本存贮空间小、环境条件差等问题，使标本及其各种属性得到永久性保存，发挥其科学价值，扩大标本馆的影响力，让标本使用群体由原来在校师生扩大到全国卫生职业院校及广大的计算机网络用户，使中药标本资源得到更加高效的利用，对于实现生物物种的动态监测有非常重要的现实意义，也可为政府与科研机构决策以及为公众科普教育等提供高效服务。

随着我国高等教育改革的不断深入，我国高等教育事业得到了高速的发展，以网络技术为代表的现代化信息技术为高等教育带来新的概念，增添新的内容，提供新的教育形式与手段。

中药标本馆是学校收藏、展示和研究各类中药标本的基地，是学生学习中医药知识的课堂，是国内外专家学者参观考察进行学术交流的重要窗口，同时也是进行社会科普教育和爱国主义教育的阵地。

网络化中药标本馆大大突破了传统标本馆的这些缺点与不足。

⑴网络标本馆不受空间的限制：中药材标本可在Internet这个虚拟空间内得到充分的展示。

⑵网络标本馆不受时间的限制：只要有一台上网的计算机，便可在任意时间访问网络中药标本馆，检索、查询、下载和利用需求的各种中药材相关信息。

⑶网络中药标本馆并非单一的静态展示：网络中药标本馆具有虚拟数
字展示的功能，需求信息者可以从各个角度观察中药材标本，更详尽的了解中药材相关信息。

⑷网络中药标本馆有关中药材的信息更全面：它包括某一味中药材图片、原植物图片、蜡叶标本图片、浸制标本图片、饮片标本图片，并配有详细的文字说明及相关的资料信息。