昆植标本馆的野外数据采集与管理

作者:徐洲锋时间:2018-05-30 01:59:22评论:0

进入户外参与植物标本的采集是一件既有趣又辛苦的事。尤其是想到咔咔响的快门和满载而归的标本,轮为“肝党”的我们那必须是痛并快乐着!然而在遭遇冗杂的数据整理和失控的个人数据管理之后,昆植的小伙伴们终于还是忍不住了!


于是从 2012 年起,我们在充分评估信息技术的发展对野外工作模式可能带来的潜在影响之后,便着手构思和建立了一套实用而高效的标本采集与数据管理工作流程,由于这套流程十分简单,我们便进一步将它发展成为了一个通用平台,这使得其他野外工作者都能够借此平台获得良好的数据采集和管理能力。



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硬件准备

工欲善其事,必先利其器,对于野外工作,这个真的会很影响幸福感!因此在正式开始之前,根据我们的工作经验,下方给出了一些设备配置建议,对于有更好经验的小伙伴也可以在留言区分享一下。



1.1 拍摄器材

相机是野外工作必不可少的设备,尤其是机身和镜头的选配很多同行都有自己的心得,我们根据负重、普适性、通用性给出三种搭配方案,读者可以根据自身喜好和条件做些参考。


双镜头方案:全画幅单反/微单机身可选配一枚 100mm 左右的微距镜头作为主力拍摄镜头,另可配一枚 35mm 左右的定焦或者兼顾这一焦段的变焦镜头作为人文、植株、生境、植被和生态景观拍摄用头;APS单反/微单可选配一枚 60 mm 左右的微距镜头和一枚 24mm 左右的定焦或者兼顾这一焦段的变焦镜头;4/3 画幅可选配一枚 50mm 左右的微距镜头以及一枚 17mm 左右的定焦头或者兼顾这一焦段的变焦镜头。


推荐硬件:


全画幅硬件:Nikon D850,AF-S VR 105mm f/2.8G IF-ED, AF-S 35mm f/1.8G ED;


APS画幅硬件:Nikon D7500, AF-S 60mm f/2.8G ED,AF-S 24mm f/1.8G ED;


4/3画幅硬件:OM-D E-M1 Mark II,M.ZUIKO DIGITAL ED 60mm F2.8 Macro,M.ZUIKO DIGITAL ED 12-40mm F2.8 PRO



专业单反具有最佳的操控和环境适应性


这一组合的优势在于环境适应性好,采集的影像品质很高。比较适合随队两名拍摄人员各负责一个焦段的拍摄任务;如果只有单人拍摄,中途就需要更换镜头,这在采集节奏较快时,实际操作将非常不便,另外设备体积较大,携带也不算便捷(4/3 画幅的设备除外)。


单镜头方案:全画幅微单机身配一枚 50mm 左右&放大倍率达1:1的标准微距镜头;APS 微单可选配一枚 36mm 左右的&放大倍率达1:1的标准微距镜头;4/3画幅的微单可选配一枚 25mm 左右&放大倍率达1:1的标准微距镜头。


微单在保证操控专业性的同时也具有良好的画质


推荐硬件:


全画幅硬件:Sony a7RIII,Sony FE 50mm F2.8;


4/3画幅硬件:OM-D E-M1 Mark II, M.ZUIKO DIGITAL ED 30mm f/3.5 Macro;


这一方案的优势在于单个镜头可以兼顾形态细节、植株、人文、植被、景观的拍摄,且在保证优秀影像品质的前提下,机身和镜头都更小,因此在三个方案中最为便携,实际使用中一般不用随时将相机放到背包里,可以一直斜挎于腰侧。缺点在于对于极致形态细节和广角端景观的拍摄兼顾不足(由于标准微距的最近对焦距离更近,在同等放大倍率下对拍摄者的操控和环境光的要求更高,客观上容易造成高细节拍摄成片率低)。


手机+百微头方案:对于拍摄品质出众的手机机型,可用手机的相机代替上述双镜头方案中广角端的拍摄。


推荐硬件:


全画幅硬件:Nikon D850,AF-S VR 105mm f/2.8G IF-ED;


APS画幅硬件:Nikon D7500, AF-S 60mm f/2.8G ED;


4/3画幅硬件:OM-D E-M1 Mark II, M.ZUIKO DIGITAL ED 60mm F2.8 Macro;


手机:iPhone 8 plus, iPhone X, HUAWEI p20, HUAWEI P20 PRO;


使用 iPhone X 拍摄的植株,简单的光效拖拽就可以在不影响天空背景的前提下提亮阴影下的花部


这一方案的优势在于只需配备一枚挂机百微镜头,拍摄过程中无需更换镜头,因此单人负责拍摄更加方便。同时优异的手机相机能力不仅可以弥补广角端的拍摄任务,手机特殊的优势:比如更低的成片快门、高可用的自动HDR以及便捷的调片软件都可以极大的提高出片率。实际上,这一方案不仅具有最好的出片率,同时在便捷性上也得到了一定的折中,尤其在选配 4/3 画幅微单挂百微的情况下,也可以做到相机的随身斜挎。


除此之外,还需备好足够的相机电池和存储设备,其他诸如三脚架、外置闪光灯、额外的镜头和航拍无人机则可根据需求和习惯选配。另外考虑到防尘、防水等户外需求,本文推荐的机身设备价格都较为昂贵,若从性价比考虑,也可以选配相应厂商同画底不同系列的设备作为替代。


1.2. 轨迹记录设备

养成实时记录野外行进轨迹的习惯可以极大的扩展野外工作的价值。很多同行喜欢使用一些优秀的手机 APP 记录轨迹,这确实更加便捷和直观。不过由于手机续航和手机系统后台机制的不确定性,我们仍然建议长期从事野外工作的朋友能够配备一款独立的轨迹记录仪,这样不仅可以节省手机宝贵的电量,同时还可以提高数据记录的稳定性。这里推荐两款:


Holux M241 Plus其前辈黄胶卷造型的 M241很经典,这是 M241 的升级作品,操作和功能基本一致,价格也一如既往的便宜。这个系列的设备不仅小巧可爱、操作也很简便直观,最重要的是单节AA电池就可以使用一天,因此可以根据野外规划提前备好充足的电池,可谓物美价廉,在圈子里一直都很受欢迎。



这款设备的缺点在于:屏幕显示信息有限,航迹也需要导入电脑之后才可以查看;同时不具备防水能力,因此遭遇恶劣天气时需要注意。


IRIM 户外宝增强版:这是一款北斗导航设备,也是目前我们使用过的野外定位信号最好的设备;本身没有屏幕显示界面,但是可以很方便的与手机 APP 连接,通过手机 APP 可以在电子地图上实时查看当前的位置、导出和云备份设备中的轨迹;另外它还有一个其他 GPS 设备没有的功能:可以在无网络状态下通过手机 APP 发送短消息以及组队共享位置,这是北斗独有的功能,赤果果的黑科技,必须点赞!!!除此之外,设备本身具备防水能力,因此户外适用性更好。



这款设备的缺点:价格较贵,同时使用的是锂电池,在不开消息通讯模块下,可以支持 3 天左右,超过这个行程,中途还是得想办法续电,建议备足充电宝;另外,目前北斗并未提供全球服务,因此超出亚太服务范围的区域就无法使用了。


2
数据采集

Biotracks 生命轨迹平台是由昆植标本馆运维的开放式的自然观察平台,目前昆植标本馆的野外数据采集和管理工作都已迁移到这一平台来完成,Biotracks 包含 Biotracks APPBiotracks.cn 两个用户端, 其中手机端负责野外数据的采集,电脑端负责数据的关联和管理。



2.1 观测数据的记录

我们在某个区域进行野外科考时,对于常见的或者已经采集的植物通常不会再进行采集,对于这样的对象进行观测记录则是一种简单又便捷的记录手段。利用 Biotrakcs APP 地图界面的拍摄按钮直接执行拍照就可以生产一个观测记录点,此时若需要补拍或者精细拍摄植株也可以用相机细致的拍摄一组照片。


一天的观测记录集在biotracks app 上的展示效果


进行观测记录不仅可以高效的收集区域内的植物区系资料,同时我们发现这个功能对于培养随队志愿者和实习学生识记物种也有很大的帮助:作为初学者,实习生和志愿者一般都很难做到对沿途植物的有效识记,让他们利用 APP 执行观测记录,后续再利用手机端进行温习和鉴定,则可以有效的巩固识记,并可增加他们的学习兴趣和自信心。



2.2 标本采集数据的记录

标本采集信息的记录和整理一直都是野外工作的一个重点和痛点。通常的纸质和电子表格记录不仅耗时耗力而且难以保证数据的标准和准确;而变相的数据提取和写入又过于曲折烧脑,难以适用于大多数人。我们利用 Biotracks APP 采集记录模块实时快速的在野外完成关键信息的记录,很好的解决了这个问题。

Biotracks APP 会自动按序编排采集号,同时可以一键获取海拔、经纬度和标准行政区划,并可为采集信息及时附加野外照片,实测极速操作下可以在五六秒的时间内完成一号采集的关键信息记录(不附加照片),但实际应用中一般还是得花费十多秒时间才能完成一号记录,不过从经验来看这个时间并不会对全天的野外工作造成实质性的影响。


Biotracks APP 采集速记页面和采集记录集页面


Biotracks APP 会自动编排特定格式的采集号,因此只需将准备好的号牌或者及时手写的号牌挂到对应的植株上即可;对于无法在野外及时挂号牌的采集组,可以在晚上或者中途休憩时,根据 APP 中采集附加的图片确定采集号后挂上对应的号牌。


2.3 地标数据的记录

小地点的记录之前一直只是作为采集记录的一部分,后来我们发现纯粹的地点记录仍然有其独特的价值,比如采集点、村落、样地、湖泊等地标的记录对于野外工作者积累自然地理知识,规划野外工作,执行野外回访等都是非常有用的。Biotracks APP 为此提供了专门的地标记录功能,并预设了物种居群、采集点、湖泊、监测点、样地、山顶、山脊、垭口、宿营地、观景、水源、小憩点、桥梁、村落、城镇、古树名木、地理参照等位置类型以供分类管理。


Biotracks 地标记录页面与作者参与的第四次麻栗坡科考记录的地标信息在 Biotracks APP 上面的展示,再也不用担心记不住已去过的地方了


记录地标时,Biotracks APP 会自动记录当前位置的海拔、经纬度,也可以通过编辑按钮录入准备好的坐标经纬度,这样就可提前在 APP 上进行野外出行规划,最终所有的地标都可以在电子地图上进行展示,通过定位按钮也可以直观的感知自身位置与所设地标点的空间关系,实际应用中效果很好。


2.4. 影像数据与轨迹数据的记录

使用相机对植物进行拍摄是野外工作中非常重要的内容,对于其中的拍摄要求,友馆上海辰山植物园标本馆(CSH)发布的“辰山标本馆活植物图像的拍摄与管理”已经有过细致的说明,在此就不再重复了。

对于轨迹数据的记录,应该在开始记录之前首先确保相机时间与轨迹记录仪时间的一致性,有些相机可能会在主电池耗尽电力之后复位记时,这就需要及时注意时间的校队了。一般我们建议在早上出发前开启记录,至当天收队时关闭轨迹记录仪即可。


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数据处理

如果条件允许,每天结束野外工作之后,需要养成及时对数据进行备份和整理的习惯。否则随着数据的积累,将会给个人带来极大的工作量,最终可能会导致数据管理的失控。


3.1. 数据预处理

在完成野外工作回到室内之后,需将相机和轨迹记录仪内的数据导出至笔记本电脑进行预处理,预处理的流程如下:

Step 1. 我们建议可根据日期和地点创建当天的文件夹,然后将当天的照片全部存储于该文件夹根目录下,这样处理和查阅都比较方便。

Step 2. 对照片进行查验,删除模糊、重复、角度不佳的照片(这个非常重要!!拍摄者需要养成这样的习惯)。

Step 3. 批量选中连续的同一个物种照片,按照“拉丁+下划线+中文名+下划线+采集号+下划线+拍摄者姓名简写”的格式命名照片,操作系统会一次性为这些照片写入新的文件名并自动附加序号(最终效果见下图);


图片文件夹目录和图片命名样式


     将拉丁名放置于首位,可让照片按照字母顺序自动排序,便于同一类群的照片聚集一处,利于图片检阅;

     写入拍摄者姓名的字母简写,使得照片提交给其他人时,便于他人准确知晓照片的来源;

     对于无法给予任何鉴定(无法到科属)或者没有采集号的照片,命名时去除格式中的相应模块即可;

     命名照片时,可对照 Biotracks APP 或者网页端同步的采集信息获得采集号。


Step 4. 将导出的轨迹文件放置于该文件夹根目录下,并按照日期和地点重命名。


3.2 数据备份

对于Biotracks APP 中的数据,由于采集信息非常重要,因此可在APP中开启自动备份采集信息功能,APP 将在任何网络环境下及时对采集信息中的文本进行备份;对于 APP 的观测记录和采集记录中的照片,则可设置为 Wifi 下自动备份,这样手机连上wifi 打开 APP,图片便会自动备份至 Biotracks.cn 的个人图库之中。 采集信息若已完成备份,采集记录中的其他队员,均可在自己的 Biotracks APP 或者 Biotracks.cn 个人中心内看到这些采集信息:


采集队员可在个人 Biotracks APP 云端栏目和 Biotracks.cn 个人采集栏目下看到采集数据


其他队员也可以登录 Biotracks.cn,并将这些数据打包成一份 excel 表下载至个人电脑,同时还能够对这些数据进行在线的修改和补充,这些修订也会被相关队员收到。导出的 excel 文件可以用于标本批次的提交以及标签的打印,这些规范的数据也会进一步降低标本馆标本数字化的工作量。


野外进行的记录,无需额外的处理,便可导出一份完整的采集信息


对于相机中的照片,则可以在网络良好的状况下,登录 Biotracks.cn 个人图库,根据自己的目录管理习惯建立文件夹目录,并将照片备份至个人图库之中:


Biotracks.cn 个人图库,左侧可以右击建立层级文件夹目录,右侧为对应目录下的图片


Biotracks.cn 提供了原图备份功能,对于上传备份的照片程序会自动读取图片文件名中的鉴定并将其写入到照片鉴定之中,备份完成之后,对于不能共享的照片,需及时设私。

除此之外,对于特别重要的数据,除了个人设备和 Biotracks 备份,还可以借助第三方云服务再做一次备份(比如百度云盘、OneDrive等)。


3.3 数据的关联和分享

到这里已经完成了数据的采集、预处理与备份,其中最大的工作量就在于图片的预处理,良好的图片预处理会为后期的数据管理提供很好的基础,也是避免个人数据管理失控的主要因素,因此需要认真完成。在完成以上工作之后,就可以借助 Biotracks.cn 进行有效的数据关联和管理了。


3.3.1 照片与轨迹文件的关联

绝大部分相机拍摄的照片是不带坐标的,对于已经备份至 Biotracks.cn 个人图库的照片,可以通过 Biotracks.cn 轨迹匹配功能进行照片位置的解析,只需在我的轨迹 栏目下上传相应的轨迹文件,然后点击 匹配照片 按钮就可以生成下面这样的图片路径:


Biotracks.cn 解析的图片拍摄路径


Biotracks.cn 是根据照片的拍摄时间和轨迹文件的时间戳进行匹配和关联的,因此应首先保证相机的时间与轨迹记录仪的时间一致才能确保匹配的准确性。对于已经完成匹配的照片,若需查看它的具体经纬度,可以到个人图库中找到该照片,然后将鼠标滑动至照片上的 EXIF 图标进行查看:


在个人图库中查看图片的经纬度坐标值


3.3.2 照片与采集信息的关联

Biotracks APP 记录采集时,手机可以及时拍摄若干照片与采集信息进行绑定,后续相关标本获得鉴定之后,昆植标本馆(或者其他使用 Kingdonia 数字标本馆系统管理标本的标本馆)会推送鉴定信息至 Biotracks 以完成这些照片的鉴定;但是对于相机拍摄的照片,因为未能与采集信息完成绑定,若想获得鉴定推送,就需要手动将相机拍摄的照片与相关的采集信息进行绑定:


Biotracks.cn 中照片与采集信息进行绑定的页面


绑定也很简单,只需在 Biotracks.cn 相应的采集信息编辑页面之中选中相机拍摄的照片保存即可。这一工作多少还是会耗费一定的时间,因此可以根据个人需要选择是否进行关联。关联之后这些照片不仅可以获得鉴定推送,标本馆在完成标本数字化之后,还可以看到对应的数字标本,因此对于那些没有太多时间亲自鉴定标本的朋友应该是非常有用的。


3.3.3 鉴定分享

执行一次采集,通常会有多名队友对同一物种进行过拍摄,后续有队友若已完成鉴定,则可以将相应图集生成一个链接发送给其他队友(在个人图库中右击图片文件夹=>生成展示页),其他队友就可以参考该队友的鉴定结果对自己的图片进行物种鉴定。


4
写在最后

我们非常高兴的看到目前已有很多同行使用 Biotracks 平台优化他们的野外工作,这也是我们将其打造成一个通用平台的初衷,Biotracks 平台目前也在不断优化,随后还会带来更多实用、炫酷和好玩的功能。除此之外,我们也十分欣喜的发现中国的植物标本馆目前正处在一个很好的发展阶段,相信未来的植物标本馆会为领域的发展带来更为广泛而全新的支撑。




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