基于GPS定位植物导览系统在教学和科普导赏中的应用

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　　摘    要：导览系统作为一种方便游客景区游览的辅助系统，能提供引导、科普等游览服务。华南农业大学校园内植物丰富，素有“花园式校园”的美称，是广州地区校园绿化的典范代表。以华南农业大学为示范点，采用 C/S（Client/Server）架构，以 Ubuntu16.04、PHP 7.1和MySQL5.6为开发环境，结合腾讯地图API和GPS定位技术，开发校园植物导览系统，即校园植物导览系统是基于微信小程序结合GPS定位系统，为植物进行定点定位，从而实现以植物作为主体同时又进行植物科普相结合的导览功能。同时，微信小程序具有速度快、无需适配、社交分享、易获取、出色体验、低门槛等特点。分析了植物科普的研究现状及存在的问题，介绍了植物导览系统的研究与开发，探讨植物导览系统在华南农业大学的应用与示范，并对其应用与推广的前景作出了分析。
　　关键词：观赏植物;导览系统;小程序;软件开发
　　 近年来，随着我国信息化的快速发展，以及“绿水青山就是金山银山”的深入践行，使得人们对美好生活的追求以及对生态环境保护意识的增强，人们不仅满足于旅游地区的秀丽风光，而对各类公园、风景名胜区乃至住宅小区等园林绿地上的植物科普知识的了解愈加强烈。在“互联网+”概念提出后，“互联网+旅游”和“互联网+教育”模式得以快速发展和普及，我国高校正逐步实现由传统校园、网络化校园、数字化校园到智慧校园的演化;此外，微信小程序已经日益大众化。因此，以微信小程序为载体，GPS定位系统实现导览功能，以“互联网+旅游”和“互联网+教育”为目的，将广大市民群众和植物学习领域人群作为项目开展目标使用对象，打造一款适合景区旅游、校园学习的方便快捷的具有科学性、准确性的微信小程序，为使用户了解植物知识、亲近大自然，提供简便方式，具有深远意义。
　　1   植物科普的研究现状及存在的问题
　　 当前国内大部分景区对于植物科普的展示形式主要为挂树牌、植物科普展板、语音讲解和开展植物科普课堂等。目前国内关于识别植物的软件（如图1）主要有花伴侣、花帮主、花满城、形色、微软识花、Flower Identification（花卉鉴定）、园艺植物识别、植物百科大全等，国外相似软件主要有Leafsnap（由哥伦比亚大学、马里兰大学和史密森博物院联合开发），这些软件实现了拍照识别植物的功能，虽然这些软件的准确率较高，但对于初学者往往很难判断和应用，也缺少导览功能，且部分软件仅限于苹果手机使用，无法在安卓系统及其他系统的手机上使用，在一定程度上无法满足广大专业人士及高校植物相关专业学生学习和和实践训练的需求。
　　 随着智能手机走向大众群体以及互联网技术的迅速发展、WIFI覆盖面的逐渐扩大，移动终端的学习日渐融入学生的日常生活，以及近来对于教育类、旅游类APP的重视和开发，用户对移动APP的使用有需求，进一步追求随时随地学习的状态。但目前许多旅游APP均为旅游攻略类、地图导航类，缺乏专业的景区旅游导览及景区功能旅游导览，仍缺少创新思路，各大旅游攻略APP相互竞争。此外，据调查显示，当前移动教育APP主要有电子阅读类APP、中小学教学辅助APP、幼儿认知启蒙类APP、外语学习类APP和职业教育考试类APP[1]。其中多数教育类APP的使用对象是学生，所以较大比例地偏向于考试训练等方面。而技能培训等方面，大多用户是成年人，这类人的特点在于学习是生活上的一個非主要方面，有的甚至是在生活作息时间之余才展开技能学习等，所以成年人学习使用的时间和频率相对较少。
　　 微信小程序的诞生与广泛应用已成为日后移动互联网发展与应用的重要基础，依托于微信促使小程序拥有庞大的用户群体，其从产生发展到当前的规模，经历了不断的技术提升和应用推广。就未来的发展来看，微信小程序必然会表现出更为强劲的势头，其代表了今后移动互联网和手机应用的发展方向，奠定了未来移动互联网和手机APP的主要发展基础。它的特点是小而快，但又不能替代所有的APP软件。以应用市场的功能为例，微信小程序能在一定程度上分流手机应用的获取方式，但不能直接代替应用市场而存在。从发展上来看，微信小程序还有较大的上升空间。
　　 “微信小程序+旅游+教育”模式的发展具有相当大的潜在价值。目前APP实际使用用户中，有大部分的人使用教育类APP，可见教育类APP很受大家关注。其发展主要在用户使用便利及收费情况等方面有较大影响。另外，目前APP市场的宣传力度较小，其使用者限于移动客户端熟练使用者等。而要在未来阶段更好地发展教育类APP或小程序，必须克服这些阻碍因素。加大市场调查，深入了解市场需求;了解用户的学习习惯;努力致力于开发小程序的潜在价值，引进更先进的技术，创造更高质量的教育资源，在此基础上科普教育小程序的发展前景也是相当客观的。
　　2   华南农业大学在植物导览系统开发的实践
　　 导览系统作为一种方便游客景区游览的系统，能提供指引、引导和科普等游览服务，其主要作用为：定位、信息、导向、识别和管理[2]。植物导览系统是在“互联网+”的新时代背景下的一种适合教学的植物科普新载体，可实现景区游客对景区植物、高校校内外人员对校园植物的认知，更加便捷、有效率地学习植物知识，具体研究思路如图2所示。作为创新性的研究，新载体是基于微信小程序结合GPS定位系统，采用C/S（Client/Server）架构，以Ubuntu 16.04、PHP 7.1和MySQL 5.6为开发环境，结合腾讯地图API和GPS定位技术，开发校园植物导览系统，可支持用户当前位置显示、校园全局植物展示、植物科普文章展示、植物信息查询、植物定位导航、感兴趣植物个体收藏，并支持植物信息反馈，且为植物进行定点定位，并为植物生成独一无二的二维码“身份证”，从而实现以植物作为主体的导览功能。
　　2.1   植物导览系统数据库后台构建和小程序开发 　　 目前国内刘军林等[3]提出智慧旅游系统的“一心（数据及云计算中心）、两端（服务端和客户端）、三网（物联网、互联网、移动通信网）”的组成概念。学者张凌云等[4]认为物联网/泛在网、移动通信/移动互联网、云计算以及人工智能技术的成熟与发展具备了促成智慧旅游建设的技术支撑，同时智能手机、平板电脑等智能移动终端的普及提供了智慧旅游的应用载体。因此，由当前游客及学生等对植物科普功能的需要，对植物导览系统数据库及其小程序进行结构功能设计，如图3所示。
　　 校园植物导览系统包括微信小程序（校园植物导览子系统）以及管理员后台数据库（校园植物管理子系统）。数据库用于储存微信小程序前端所展现的文字、分类、检索信息、植物位置、植物图片、植物科普文章等重要资料，即其具有3个作用[5]：一是远程存储数据，主要用来保存用户信息和植物信息，例如植物的经纬度信息;二是消息传递，是客户端访问数据库的“桥梁”;三是生成二维码图片，记录植物信息。
　　2.2   管理员后台数据库设计
　　 采用密码登录形式以保证后台数据的安全性。访问系统域名后，若处于未登录状态，则系统将自动跳转至登录页面（如图4所示），凭借系统内管理员或编者用户的邮箱以及对应的用户密码进行登录操作。其中管理员以及编者用户由系统最高管理员通过用户管理模块指定，登录成功后将会跳转至后台管理面板首页（即植物百科中全部树木列表页）。
　　 在系统登录成功之后，默认跳转至此页（如图5所示）。页面左部边栏提供了整套系统的功能导航;中部以每个树木的“种”为单位进行划分，展示每一个树种的预设的“封面”（如果未预设则留空白）、所处区域、所属分类（科属）、系统中已录入的数量以及进入该树种列表的“列表”按钮;网页右部边栏提供了筛选功能，可以根据树木所处的“区域”“科”“属”“种”以及“标签”进行多重条件筛选。在标题栏右部的搜索框中，可以根据树木的ID或名称进行搜索。
　　 在树木列表中，点击某一棵树的“编辑”按钮即可进入对该树木的编辑页面。在编辑页面中可以对树木的“树木名称”“正文内容”“所属区域”、ID（添加时系统生成）、“所属分类”（科属种）、地理坐标、植物标签以及“发布状态”进行编辑，并实时更新数据库。
　　 已发布、待发布、待完善列表中，将以“棵”为单位，分别对应展示已发布、待发布、待完善的树木。在列表中包含预设的“封面”（如果未预设则留空白）、内部名称、所处于学校的区域、所属的分类（科属种）、发布状态以及“编辑”“删除”按钮。
　　2.3   微信小程序功能开发
　　 小程序主要有3个页面，分别是“首页”（详见图6）、“附近”（详见图7）以及“笔记”（详见图8、9）。其中“首页”主要有文章推送和植物搜索2个功能，首页中的文章将会按照时间的倒序（即最新发布的排在最前面）排序，而通过搜索栏可进入搜索界面进行植物位置搜索;“附近”界面则显示用户所在地点和附近的植物，以用户所在地为圆心，100m为半径的圆，通过缩放地图的比例尺和调整观看地点，从而确定植物所在地并进行导航;“笔记”可分为文章笔记和植物植物，主要作用是方便用户收藏的首页文章和植物百科以及指定植物的位置信息。
　　2.4   植物信息资料的调查收集
　　 以华南农业大学（以下简称我校）为示范点，其校园面积广阔，植物种类繁多，对校园植物的调查也是具有选择性的，调查表如表1。本次调查对本校进行划分，分为教学区、宿舍区和观赏区，其中教学区主要由各学院院楼、办公场所（如图书馆、校史馆等地）;宿舍区分为泰山区、华山区、启林区、嵩山区、燕山区;观赏区以本校五湖（洪泽湖、鄱阳湖、昭阳湖、宁荫湖、西湖）周围为主要调查地点。
　　 记录植物的卫星坐标时，调查主要采取现场踏勘法，在各调查地点按照同种植物取样调查、不同种植物记录调查的原则，同时记录树木的分布情况和生长状况，并把经纬度数据和植物的科属种等信息反馈到小程序的后台系统，为每种植物自动生成序列号，从而使每棵植物生成“独一无二”的二维码。此外，后台系统通过科属归类法和分区归类法2种方法对植物信息进行分析归类，从而归类出不同科属或不同分区的某种植物的数量和应用频率，这些数据的分析有利于对树木进行管理和统计。
　　 制定校园植物的生长状况测量标准，对乔木的树高、胸径、冠幅3个指标进行测定。树高借助布鲁莱斯测高器（Blume-Leiss），利用三角原理直接读出树高;乔木的胸径选取乔木的胸高位置（地面以上1.3m高处）采用胸径围尺测定;而灌木则采取测量地径的方法，即苗干离地面20cm的直径;测冠辐同测胸径类似，方法有2种：如果树木较矮，则采用直接测量法;如果树木较高不便测量，就采用投影法。在定点调研树木的同时还要判断该树木是否有病虫害，研究人员对树木进行初步判断之后，做好标注并且采集标本带回实验室进行进一步研究，并把研究结果、数据应用到小程序，便于景区、高校的后勤人员对其进行维护和管理。
　　2.5   系统自动生成二维码
　　 二维码（2-dimensional bar code），又称作二维条码，起源于日本，是在平面上用某种特定的几何体按一定规律分布的黑白图形，可储存一定的信息数据。其主要有储存信息量大、易识别、容错能力强、成本低等特点，现已应用于商业活动、网络链接、信息读取等范围。
　　 后台人员通过对植物进行定点定位，实现植物编号，并且录入植物信息，通过系统录入校园的植物数据，系統按照一定算法导出二维码，使得每棵定位植物都配备唯一的二维码及相对应的序列号（即编号），生成独一无二的“植物身份证”二维码，可通过树牌、导览图等方式向使用者展示。当游客或者学生通过简洁直接的软件页面扫一扫植物上的二维码，便可知当前植物的生长状况;同时，也有利于学校后勤人员对植物进行日常维护和管理。 　　3   结论与展望
　　 综上所述，植物导览系统同时运用GPS技术和微信小程序相结合的智慧型植物导览系统是具有创新性和科学性的，并有小程序方便快捷、GPS定位和导览功能、教育功能和管理功能等应用优势。
　　 随着移动终端和移动应用的飞速发展，导览系统也面临着技术的更新和改革，植物导览系统的推广价值是毋庸置疑的。在科技迅速发展的时代里，人们逐渐意识到大自然的重要性，也逐步感受自然，喜爱植物。 “植物导览系统”将是当前及未来重点研究与开发的课题，其不仅可应用于校园，还可应用至各大公园景区。公园信息化建设的不断进步能推动公园“智慧化”的进程，微信小程序作为一种不需要下载和安装就可使用的应用，对公园“智慧化”有重要作用[6]。
　　 微信小程序的价值观是以用户体验为主，  即小程序的一切均以用户价值为最终目标、   让创造发挥价值[7]。它不仅无需下载原生APP，而且具有速度快、无需适配、社交分享、易获取、出色体验、低门槛等特点。游客只需要使用手机或平板，同时打开其定位服务，即可使用植物导览系统小程序，进行导览。相比起传统的导览方式，植物导览系统小程序更为简便、更为丰富、更为专业、更有科普意义。
　　 但就目前而言，本导览系统采取的GPS定位系统是基于美国自主研发的卫星定位系统，而当前我国正在逐渐发展、独立运行我国自主研发的全球卫星导航系统——北斗卫星导航系统（Compass/Beidou Navigation Satellite System）。据研究成果[8]显示：北斗卫星精密定轨径向精度优于10cm，静态精度单点定位精度达厘米级、基线相对定位达到毫米级，接近目前GPS所能实现的精密定位水平，预计2020年左右可建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。由此可见，在未来的导览系统研究中，可运用我国自主研发的卫星导航系统。
　　 另外，当前微信小程序的主要使用群体是青少年人，中老年人较少使用微信小程序。因此，使用微信公众平台进行宣传推广，扩大微信及微信小程序的用户年龄范围也是当前研究的一个重点。随着科技发展以及大众的文化程度逐步提高，微信和微信小程序的广泛普及是指日可待的。
　　 在后台管理方面上，如何提高植物科普文章的科学性、趣味性和专业性是关注点之一。由于植物导览系统面向对象为专业人士和非专业人士，在植物科普文章撰写时需要花费大量人力物力，同时文章配图的原创性也很重要。
　　 综上所述，随着华南农业大学校园植物导览系统的开发完成，以及对植物导览系统一些基础问题的深入研究，植物导览系统的广泛运用无疑是前景广阔。
　　（收稿：2019-08-13）
　　参考文献：
　　[1]刘丹，胡卫星，李玉斌，等.移动教育APP的研发现状与应用问题分析[J].电化教育研究，2016，37（08）：47-52.
　　[2]陈烨，刘群阅，尤达，等.微信小程序在森林公园导览系统中的应用研究[J].林业资源管理，2017（05）：120-124+140.
　　[3]刘军林，范云峰.智慧旅游的构成、价值与发展趋势[J].重庆社会科学，2011（10）：121-124.
　　[4]张凌云，黎巎，刘敏.智慧旅游的基本概念与理论体系[J].旅游学刊，2012，27（05）：66-73.
　　[5]王贵梅.基于Android的校园植物导览系统的研究与开发[D].河北农业大学，2018.
　　[6]郭全中.小程序及其未来[J].新闻与写作，2017（03）：28-30.
　　[7]施闯，赵齐乐，李敏，等.北斗卫星导航系统的精密定轨与定位研究[J].中國科学：地球科学，2012，42（06）：854-861.
　　作者简介：林黛仪，女，汉族，广东人，本科，研究方向：园林。
　　通信作者：吴永彬，高级实验师。
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