中國科學院昆明植物研究所標本館，云南 昆明 650201

引言

科學界普遍認同整合與共享生物多樣性數(shù)據(jù)將會極大的促進生物多樣性及其相關(guān)學科的發(fā)展，由此產(chǎn)生的“生物多樣性信息學”已經(jīng)發(fā)展成為一門全新的、前沿的交叉學科[1-5]。標本館作為生物多樣性數(shù)據(jù)的重要收集場所，一直以來都是各大生物多樣性信息學平臺最主要的數(shù)據(jù)貢獻者之一[6-8]，但是由于傳統(tǒng)分類學的式微，與之緊密相關(guān)的標本館隨之受到了一定的影響，加之生物多樣性及其相關(guān)學科的高速發(fā)展，也向標本館提出了新的服務(wù)需求。這些快速的變化，導致傳統(tǒng)標本館必須尋求改變，以適應學科的發(fā)展。為此，中國科學院昆明植物研究所標本館 (以下簡稱 KUN) 于 2013 年發(fā)起了一項內(nèi)部革新計劃 (以下簡稱 Kingdonia 計劃)：該計劃旨在通過信息化的手段和公民科學的內(nèi)涵，建立一個數(shù)據(jù)科學驅(qū)動的現(xiàn)代化植物標本館，以最大限度的發(fā)揮標本館在生物多樣性數(shù)據(jù)富集方面的優(yōu)勢，滿足未來學科發(fā)展的需要。

公民科學，是指由公眾、科學愛好者參與，科學家提供支持和監(jiān)督的科學活動。其在數(shù)據(jù)收集與探索、數(shù)據(jù)處理與分析、數(shù)據(jù)協(xié)同與共享等方面相比傳統(tǒng)科研模式擁有非常明顯的優(yōu)勢[9-12]，因此十分適和與標本館的工作模式進行整合，Kingdonia 計劃結(jié)合公民科學的一些模式、理念和昆植所的學科特色，構(gòu)建了一個生物多樣性協(xié)同與共享平臺。本文意在介紹和分享 KUN 在這一方面的一些實踐及其所收獲的經(jīng)驗和教訓，以供國內(nèi)同行參考。

1 建立公民科學基礎(chǔ)

歐美國家在公民科學領(lǐng)域的理念和實踐已經(jīng)相當成熟，其不僅具備完善的志愿者體系，志愿者的規(guī)模同樣相當龐大，單以 Zooniverse (https://zooniverse.org) 為例，目前在該平臺注冊的志愿者就達150多萬之巨，而其志愿者涉及的學科不但多種多樣，分工也是細致入微。相較而言，我國的公民科學尚處于起步階段，雖然已有一些成功的實踐 (eg. 中國自然標本館，http://cfh.ac.cn；中國觀鳥記錄中心，http://birdreport.cn/) 但整體上與國外還有很大的差距[13]；加之標本館的工作相對小眾，感興趣的公眾更是鳳毛麟角，在這種情況下開展公民科學顯然是不可能成功的。為此，KUN 在計劃執(zhí)行的早期便決定親自培養(yǎng)和建立自己的志愿者隊伍，以建立公民科學的基礎(chǔ)，而這項工作一直堅持至今。

KUN 在志愿者培養(yǎng)方面，采取了循序漸進的方式。初期主要通過開通靜態(tài)官方網(wǎng)站、微博 (http://weibo.com/caskun/)、微信訂閱號等平臺與用戶建立接觸渠道。這些渠道用于發(fā)布與生物多樣性有關(guān)的植物科普知識、有趣的野外經(jīng)歷和見聞、各類標本館工作片段、KUN 的一些動態(tài)新聞等內(nèi)容。通過這些內(nèi)容，消除了公眾對植物標本館的陌生感，并使其對植物標本館的工作有了一些初步的了解，同時這一過程還為 KUN 樹立了一定的公眾形象。之后，標本館開始了一些線下活動的嘗試，比如招募科考志愿者 (eg.http://www.kun.ac.cn/yueban/show/id/40)、組織各類親子活動 (eg. http://www.kun.ac.cn/yueban/show/id/34)、開設(shè)與植物和飲食文化相關(guān)的主題活動 (eg. http://kun.ac.cn/article/show/id/321) 等，這些活動借助前期建立起來的渠道，獲得了廣泛而快速的傳播，并吸引了大量植物愛好者和公眾的關(guān)注。尤其是科考志愿者招募，已經(jīng)成為 KUN 開展野外工作的主要手段，其不僅極大的緩解了野外工作人力不足的窘境，還大大增強了 KUN 與專業(yè)植物愛好者之間的來往和交流，并為后續(xù)其他工作的開展奠定了良好的基礎(chǔ)。

目前，KUN 已初步建立了自身的志愿者體系，這一體系涉及科普活動、野外工作、數(shù)據(jù)錄入、數(shù)據(jù)梳理、數(shù)據(jù)收集、資料整理、標本拍攝、標本鑒定等各個方面的標本館工作。而這些志愿者在經(jīng)過短暫的培訓之后，大多是可以勝任標本館所分配的工作的。這可能與志愿者中，大部分為植物愛好者有關(guān)，這些植物愛好者不僅具備了相當水平的植物學知識，對于與植物相關(guān)的工作也更有興趣，更富責任心?？梢娍茖W興趣對于公民科學的發(fā)展還是非常重要的。

2 基于 Kingdonia 平臺的協(xié)同與共享

2.1 Kingdonia 平臺

成功的公民科學不僅需要良好的公眾基礎(chǔ)，還需要優(yōu)秀的組織形式，借助高效的信息網(wǎng)絡(luò)組織和開展公民科學活動是目前影響最為廣泛的公民科學模式[14-16]。僅僅與標本館業(yè)務(wù)相關(guān)的領(lǐng)域，就有涉及標本標簽轉(zhuǎn)錄 (notefromnature, https://notesfromnature.org)、標本物候數(shù)據(jù)提取 (eg. CrowDcurio, https://crowdcurio.com)、自然觀察 (eg. INatureList, http://inaturalist.org) 等多個獨立專業(yè)的平臺，每個平臺都有精心設(shè)計的工具，以輔助和訓練志愿者開展工作。

KUN 同樣也為公眾和志愿者開發(fā)了一套在線協(xié)同與數(shù)據(jù)共享平臺 (Kingdonia 平臺，來自獨葉草Kingdonia uni fl ora 的屬名) 。目前，Kingdonia 平臺包括 Kingdonia 數(shù)據(jù)中心、Kingdonia 標本數(shù)字化系統(tǒng)、Kingdonia 數(shù)據(jù)處理工具包、Biotracks.cn、Biotracks自然記錄 APP、KUN 官方門戶網(wǎng)站六個組成部分。其中 Kingdonia 數(shù)據(jù)中心是一套構(gòu)建于云端的數(shù)據(jù)存儲、集中、整合與分析系統(tǒng)，而其他各部分則是基于 Kingdonia 數(shù)據(jù)中心開發(fā)的應用，這些應用是針對Kingdonia 計劃的各種需求而專門開發(fā)的，涉及網(wǎng)頁端和移動端各種設(shè)備，通過這些應用可以極大的提高相關(guān)工作的效率和效果。

2.2 標本數(shù)字化協(xié)同

標本數(shù)字化工作是目前各類植物標本館最為重要的基礎(chǔ)工作之一，然而至今國內(nèi)該領(lǐng)域尚無相關(guān)的國家行業(yè)標準；同時，各標本館的標本數(shù)字化能力參差不齊，尤其是標本數(shù)字影像的品質(zhì)較差，非常影響數(shù)字標本的整體價值。為此，Kingdonia 計劃于 2013年啟動了相關(guān)標準的制定工作，以解決 KUN 當時標本影像質(zhì)量不佳的問題，并與 2014 年初完成了《臘葉標本數(shù)字影像要求與拍攝指南》 (http://www.kun.ac.cn/article/show/id/220) 的撰寫，這一標準的制定和實施，極大的提高了 KUN 數(shù)字標本影像的獲取速度和影像品質(zhì)，并為基于高品質(zhì)影像的標本數(shù)字化工作的協(xié)同提供了必要的基礎(chǔ)。

國內(nèi)植物標本館標本標簽的信息轉(zhuǎn)錄工作主要是基于實物標本的。該模式不僅增加了標本損壞和遺失的幾率，還限制了信息轉(zhuǎn)錄的場所和人數(shù)；而基于標本影像的信息轉(zhuǎn)錄模式[17,18]則完全沒有這些問題。同時，基于影像的信息轉(zhuǎn)錄還有其他眾多優(yōu)點：比如可以利用掃碼程序自動識別標本的條形碼號，以減少人為因素導致的條形碼重復；對于打印的標簽，可以利用 OCR 和詞法分析器輔助相關(guān)字段信息的錄入以提高標本信息的轉(zhuǎn)錄效率[18-20]，另外，還可以脫離場所的限制，利用網(wǎng)絡(luò)分發(fā)標本轉(zhuǎn)錄任務(wù)，從而大大提高標本數(shù)字化的效率。

圖 1 Kingdonia 平臺的各個組成部分Fig. 1 Each component of Kingdonia platform

Kingdonia 標本數(shù)字化系統(tǒng)便是基于這一模式開展標本數(shù)字化協(xié)同的。因此，大量志愿者只需坐在家中，便可以參與標本館的標本數(shù)字化工作，而標本館少量的工作人員則可以從繁重的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)錄工作中解脫出來，轉(zhuǎn)而負責數(shù)字標本的質(zhì)量審核和志愿者的培訓與問題解答，這種模式極大的提高了標本數(shù)字化速度，大大提高了 KUN 的標本數(shù)字化能力，以 2017 年上半年為例，KUN 就完成了高達 6 萬余份的標本信息轉(zhuǎn)錄，而這一任務(wù)量以往則需要整整三年的時間。

除了利用網(wǎng)絡(luò)化的任務(wù)分發(fā)機制提高標本數(shù)字化的速度，Kingdonia 標本數(shù)字化系統(tǒng)還為轉(zhuǎn)錄人員提供了各種輔助功能。比如 GPS 地址解析功能，可以及時判斷錄入的 GPS 數(shù)值與當前記錄的行政區(qū)劃是否匹配，以排除潛在的位置錯誤；采集信息庫則可以使相同的采集信息只需被錄入一次，就可以被同號標本引用，避免了信息的重復錄入；物種名稱庫和行政區(qū)劃表，可以提高志愿者對拉丁學名和行政地理區(qū)劃的轉(zhuǎn)錄速度；條形碼自動識別功能和嚴格的防重機制，降低了入庫標本的數(shù)據(jù)匹配錯誤；影像跟隨功能，讓標本影像可以跟隨用戶錄入的字段類別自動放大特定區(qū)域的影像，從而很大程度上解決了影像轉(zhuǎn)錄操控不夠便捷等問題。這一系列的優(yōu)化有效的提高了信息的轉(zhuǎn)錄速度，并降低了信息轉(zhuǎn)錄出錯的概率。

2.3 Biotracks 自然觀察：記錄與共享

Kingdonia 計劃的另一個核心任務(wù)是解決長期以來標本館野外數(shù)據(jù)采集和整合十分困難這一頑疾。野外數(shù)據(jù)的采集，比如照片、GPS 軌跡、野外觀測記錄、標本采集記錄等，都是通過不同設(shè)備和媒介獲取的，這些數(shù)據(jù)的后期處理和關(guān)聯(lián)常常非常耗時和繁碎，有些數(shù)據(jù)甚至還需要花費大量的人力重新電子化(比如紙質(zhì)記錄的標本采集信息)；至于數(shù)據(jù)的整合，通常也是不充分的，比如大多數(shù)的野外照片，由于無法與標本采集信息有效的關(guān)聯(lián)，最終只能沉睡在個人硬盤中，成為了事實上的死數(shù)據(jù)。為了徹底解決這些問題，KUN 設(shè)計、開發(fā)了 Biotracks 野外數(shù)字輔助系統(tǒng)。該系統(tǒng)重塑并優(yōu)化了野外工作流程，同時極大的簡化了數(shù)據(jù)的采集與整合。目前，Biotracks 不僅解決了 KUN 所關(guān)注的問題，同時還為同樣受此困擾的科研人員、植物愛好者、志愿者甚至護林員提供了一種便捷的數(shù)據(jù)采集和管理的途徑，這一途徑吸引了不少用戶加入到了 Biotracks 所提倡的記錄與共享的活動之中，并驅(qū)動著 Biotracks 向著一個全新的自然觀察記錄平臺發(fā)展。

Biotracks 通過“Biotracks 自然記錄 APP”(http://biotracks.cn/app/biotracks，以下簡稱 APP) 進行各種記錄，在野外環(huán)境下，用戶可以通過智能手機隨時隨地拍攝照片、記錄 GPS 軌跡，APP 會在一張電子地圖上自動整合這些數(shù)據(jù)，并為用戶生成個人觀察地圖。對于采集信息的記錄，APP 會自動獲取當前的經(jīng)緯度、海拔、行政區(qū)劃、采集日期，并能按照預設(shè)的格式編排采集號；采集信息同步之后，會與所有的采集隊員共享，相關(guān)隊員還可進一步編輯、修改和完善這些數(shù)據(jù)，因此非常有利于采集隊員的野外分工協(xié)作。除此之外，APP 還為用戶提供了物種照片檢索、查看周邊照片和軌跡等功能。

圖 2 Biotracks 自然記錄 BiotracksFig. 2 Biotracks APP

對于用戶其他設(shè)備所記錄的數(shù)據(jù)，比如相機、外置 GPS 設(shè)備，則可以通過 Biotracks.cn 網(wǎng)頁平臺上傳到個人賬戶之中。Biotracks.cn 提供了比手機 APP 更為豐富的數(shù)據(jù)管理功能，用戶可以在個人賬戶中進一步關(guān)聯(lián)和完善各類數(shù)據(jù)，并可導出和下載這些數(shù)據(jù)。同時，Biotracks.cn 還是一個綜合性的生物多樣性數(shù)據(jù)平臺，所有用戶均可以通過網(wǎng)頁端檢索和查閱各類物種影像和物種分布等信息 (目前主要是植物)，而這些數(shù)據(jù)主要來自于 Biotracks 用戶公開共享的各類野外觀察記錄。

KUN 借助 Biotracks 的各類采集記錄建立了標本數(shù)字化系統(tǒng)的采集信息庫，采集人員只需將 APP 記錄的采集信息同步至 Biotracks，其相關(guān)標本在數(shù)字化時，就可以經(jīng)過簡單的查找直接關(guān)聯(lián)這些采集信息，而不必再次進行標簽轉(zhuǎn)錄；同時，與這些采集信息關(guān)聯(lián)的數(shù)字標本會推送給相關(guān)采集用戶，通過這些數(shù)字標本，用戶就可以進一步獲得這些標本在標本館的鑒定情況，從而為用戶鑒定手中的野外照片提供了一種新的渠道。

2.4 開放與共享

Kingdonia 計劃幫助 KUN 解決了標本數(shù)字化和野外數(shù)據(jù)采集與整合這兩個核心難題。同時，公民科學基礎(chǔ)的建立和信息化手段的介入，不僅重塑了 KUN的工作流，也使得 KUN 的整個運維理念和運維方式逐步變得更加開放。伴隨著這些進步，KUN 官方門戶也從最初簡單的靜態(tài)頁面逐步發(fā)展成為一個功能和內(nèi)容都比較豐富的站點 (http://kun.ac.cn)。

目前 KUN 的官方站點除了用于發(fā)布傳統(tǒng)的圖文消息，還提供了諸如活動約伴 (約伴，http://kun.ac.cn/yueban)、詞條編輯 (百科，http://pfa360.org)、見聞分享 (行攝，http://kun.ac.cn/ fl ower) 等新的社會化的交互形式；與此同時，官方站點還開放了目前已有的數(shù)字標本數(shù)據(jù)、自然觀察數(shù)據(jù)、植物科學畫集、以及物種百科 (http://bio360.kun.ac.cn) 等數(shù)據(jù)集，并專門優(yōu)化了界面操控，以盡可能的為用戶檢索和查閱這些數(shù)據(jù)提供良好的體驗。當然，這些共享方式還比較簡單，未來 KUN 希望能夠借助數(shù)據(jù)科學進一步加深數(shù)據(jù)的價值，從而更好的將其反饋給社會。

圖 3 Biotracks.cn 地圖視圖Fig. 3 Web view of biotracks.cn

圖 4 KUN 數(shù)字標本頁面 (http://db.kun.ac.cn/speciman/show/id/815828)Fig. 4 Digital specimen page

3 總結(jié)

3.1 公民科學的價值

目前較為成功的生物多樣性信息學平臺大體包括以下四種運作模式：國家平臺模式[21]，比如 AVH、iDigBio、CVH、NSII 等；跨地區(qū)合作模式，比如GBIF、Species 2000、BHL、The Plant List 等；數(shù)據(jù)發(fā)表模式，包括各類科研人員主動或被動的科研數(shù)據(jù)發(fā)布[22-24]以及公民科學模式。其中，公民科學模式是四種運作模式中不可控因素最多，難度最大的一種模式。然而，這種模式的重要性卻日漸提高，這與它的優(yōu)點是密不可分的：這種由公眾推動的生物多樣性信息學平臺，不僅最大限度的拓展了人力、智力和數(shù)據(jù)的來源渠道；更為重要的是，它還是一個自下而上運作的平臺，因此更為有利于形成高效、健康、可持續(xù)的平臺生態(tài)鏈[25]。

昆植所基于 KUN 的公民科學實踐也恰恰驗證了這一優(yōu)點。Biotracks 的用戶絕大多數(shù)來自于高校、林業(yè)部門、研究院所、植物愛好者等群體，Biotracks.cn則在不足一年的時間內(nèi)富集了逾 70 萬張物種照片和 40多萬個物種分布點，足見這一群體是愿意主動參與分享的。在志愿者隊伍方面，這一現(xiàn)象更為明顯，大部分志愿者不僅愿意參與平臺分享，而且不少志愿者還有意愿進入相關(guān)領(lǐng)域深造，可見公民科學模式不單純對科學項目有益，對于學科的發(fā)展也是有利的，因此，相比其他模式而言，公民科學的價值是深層次的。

3.2 態(tài)度決定成敗

國內(nèi)目前公民科學環(huán)境還不成熟，即便是科研人員，也并不都能理解共享的優(yōu)勢與風險。但作為公民科學的重要參與方，科研人員肩負著監(jiān)督和引導的職責，如果本身不能準確把握公民科學的理念，這對于項目本身和參與項目的志愿者而言往往都是災難性的。經(jīng)常被忽視的是志愿者與項目本身并非雇傭關(guān)系，因此志愿者對于所分配的工作并沒有絕對的義務(wù)。KUN 對志愿者工作的安排通常比較人性化，同時還會盡可能保證工作的多樣性，并會根據(jù)志愿者的興趣和特長在工作安排上有所側(cè)重。其次，合理的補貼是必要的，畢竟每個人都有生存的需要，雖然不可能給予志愿者太多的酬勞，但是根據(jù)工作量給予適當?shù)难a貼既是對志愿者的一種尊重，也是一種鼓勵。此外，還需要為志愿者的人身安全和科學實踐負責，除了不能讓志愿者參與危險的工作，還需要在工作和交流中給予志愿者正確的科學指導，從而幫助他們提升自己的科學素養(yǎng)。KUN 在項目實施過程中，還會考慮為有意愿的志愿者日后的工作和發(fā)展提供力所能及的幫助，時至今日這些志愿者中已有不少成為了該領(lǐng)域的研究生。因此，公民科學是一種以合作、互助為基本價值觀的科研模式，這一價值觀對于項目的成敗是至關(guān)重要的。

3.3 設(shè)計、工具和培訓的重要性

與生物多樣性有關(guān)的公民科學往往十分重視個體的參與，相關(guān)平臺的價值也極度依賴參與者的貢獻。但與傳統(tǒng)科學項目相比，公民科學涉及的人員眾多，而且大部分參與者并非受過良好訓練的專業(yè)人員。因此，為保證項目實施的效果，就需要精心設(shè)計工作流，以確保人員工作的有序性，KUN 標本數(shù)字化的網(wǎng)絡(luò)任務(wù)分發(fā)模式以及 Biotracks 自然記錄 APP和 Biotracks.cn 的分工就是這種設(shè)計的體現(xiàn)。針對特定環(huán)節(jié)開發(fā)專門的工具同樣是非常重要的，比如KUN在標本數(shù)字化項目中，發(fā)現(xiàn)大部分轉(zhuǎn)錄人員對地理行政區(qū)劃比較陌生，而這一點非常影響他們的轉(zhuǎn)錄速度，為了解決這一問題，我們設(shè)計了一個可擴展的行政區(qū)劃表，轉(zhuǎn)錄時只需簡單的搜索便可快速鎖定所需的行政區(qū)劃，從而大大提高了轉(zhuǎn)錄的速度。另外，有的時候必要的培訓依然是必須的：很多第一次使用 Biotracks 自然記錄 APP 的資深志愿者會專門詢問應用的使用方法，而這一點起初被我們認為是不言自明的；同樣，參與標本數(shù)字化的志愿者在閱讀了操作文檔之后，依然會有可能在轉(zhuǎn)錄數(shù)據(jù)時出現(xiàn)明顯的錯誤，而簡單的培訓可以有效解決這些問題。

3.4 物種地理位置的敏感性

數(shù)據(jù)共享是生物多樣性信息學平臺最為重要的意義之一，KUN 借助昆植所在生物地理學領(lǐng)域的思維習慣構(gòu)建了 Biotracks 野外數(shù)字輔助系統(tǒng)，并希望逐步將其建設(shè)為一個生物地理學領(lǐng)域的開放平臺。然而，部分公眾和同行擔憂這種模式可能會助長民間的各類植物盜挖行為。這一擔憂不無道理，而且并不局限于類似 Biotracks 這樣的生物多樣性地圖平臺，各類與物種有關(guān)的數(shù)據(jù)平臺其實都應當重視這一問題。

生物多樣性信息尤其是地理分布信息的大規(guī)模聚合和共享對于相關(guān)學科的發(fā)展具有極大的促進作用，這一點既是學科共識，也是學科發(fā)展的必然趨勢[26-29]。而且它還可以為植物保護比如保護區(qū)的設(shè)定、入侵物種的監(jiān)測等實際應用提供強有力的數(shù)據(jù)支撐。至于潛在的盜挖，在操作層面上會有很多更好的方式，事實上并非所有植物都需要保護，屏蔽重點植物的位置在技術(shù)上也并非難事，Biotracks 就采取了這一手段。這種方式不僅避免了潛在的破壞，也適應了學科的發(fā)展。但是由于國家保護植物名錄更新緩慢，政府法令的頒布周期對于在線平臺而言又具有很大的遲滯性，因此確有必要在科學圈內(nèi)部起草和維護一份專門用于互聯(lián)網(wǎng)物種地理信屏蔽的物種名錄，Biotracks 也在往這一方面努力，但目前各個平臺仍需要根據(jù)各自的判斷去處理這一問題。

3.5 下一步的工作

自 2013 年至今，Kingdonia 計劃已經(jīng)完成了第一階段的大部分內(nèi)容，下一步 KUN 會將主要精力用于建立更加規(guī)范的志愿者體制、激勵平臺用戶內(nèi)容創(chuàng)作、提高平臺服務(wù)深度和服務(wù)質(zhì)量等方面的工作。同時，現(xiàn)有平臺仍然還有很多需要改進和完善的地方。比如標本數(shù)字化的效率還有很大的提升空間，嘗試引入 OCR 等技術(shù)或許可以進一步提升轉(zhuǎn)錄速度；目前標本數(shù)字化系統(tǒng)雖然具備了數(shù)字標本的管理能力，但還無法有效的管理實物標本，因此重塑實物標本管理的工作流，增加平臺實物標本的管理能力也是十分必要的。除此之外，加強與所內(nèi)其他相關(guān)部門的合作，更好的發(fā)揮標本館的科研支撐職能也是目前的工作重點。

生物多樣性信息學的高速發(fā)展為標本館提供了難得的機遇，作為有著悠久歷史的自然科學平臺，標本館未來也必將承載更多的學科責任，KUN 也希望Kingdonia 計劃的實踐能夠為國內(nèi)同行帶來一些有價值的參考。

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