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1、 信息生态学信息生态学讲师：胡超宇讲师：胡超宇目录1 信息生态学基础信息生态学基础2 生态系统中的信息流动生态系统中的信息流动3 生态系统信息的采集技术生态系统信息的采集技术4 生态系统的信息处理技术生态系统的信息处理技术5 信息系统的建立信息系统的建立1 信息生态学基础信息生态学基础1.1起源起源（1）生态学的发展和对信息的需求（2）信息技术的进步及其在生态学研究中的应用1.2研究对象和内容研究对象和内容生态信息学的概念 我国首先提出信息生态学的是中国科学院著名科学家张时新院士：“信息生态学不仅具有信息科学的高科技与信息理论的优势，而且继承和发展了生态学的传统理论，强调对人类，生态系统及生物
2、圈生存问题的综合分析与研究，模拟与预测，并着眼于未来的发展与反馈作用。”目前，信息生态学的一般定义为：信息生态学是以现代系统理论和方法，现代计算机技术来分析，处理日趋膨胀的试验和观测得到的生态学信息，以寻求生态学系统整体水平规律的生态学分支学科。生态信息学的研究内容（1）生态学数据采集技术规范化及数据库的系统化（2）生态系统信息分析与模型化（3）生态系统管理的信息化咨询与决策2生态系统中的信息流动2.1主要特点 （1）生态系统的信息量与日俱增 （2）生态系统信息的多样性 （3）信息通信的复杂性 （4）信息种类多，物种信息储存量大 （5）大量信息有待开发2.1过程环节（1）信息的产生：信息的产生
3、过程是一种自然的过程，是生物系统长期进化和适应环境的一种表现。只要有事物的存在，就会有运动，有运动的状态和方式的变化，就是生态系统中的信息。如植物它感作用（allelopathy)。（2）信息的获取：指信息的感知和信息的识别。（3）信息的传递：包括信息的发送处理，传输处理和接收处理等过程环节。图 信息传递系统模型信源加工/再生信息信宿接受器官信道发送器官/机械接收信息传递信息传递信息发送信息（4）信息处理系统：为了不同目的而实施的对信息进行的加工和变换。（5）信息再生：利用已有的信息来产生信息的过程，在整个信息过程中起着重要的作用。（6）信息施效：生态系统中的信息流动多种多样，相当复杂，对于化
4、学信息只有同种个体或者移动的特定类群才能破译。人类只有破译了这些化学信息的“密码”，才谈得上认识生物间通信的机制，才能利用这些规则为人类服务。3生态系统信息的采集技术3.1概述 概念：信息采集是指根据特定的目标和要求，将分散在不同时空域的有关信息，通过特定的手段和措施进行采掘和汇聚的过程。原则：（1）可靠性原则：采集的生态信息必须是真实对象或环境所产生的，必须保证信息来源是可靠的，必须保证采集的生态信息能反映生态系统的真实状况。（2）完整性原则：采集的生态信息在内容上必须完整无缺。（3）实时性原则：能及时获取所需的生态信息，主要是指时间尺度问题。（4）准确性原则 （5）易用性原则3.2生态系统
5、调查技术1.基于人工手段的生态信息采集2.基于智能化的生态信息采集技术3.基于“3S”技术的生态信息采集“3S”技术是以遥感（RS），地理信息系统（GIS），全球定位系统（GPS）为基础与其他高新技术（如网络技术，通信技术等）有机整合而形成的一项新的综合技术。4.地面台站检测的网络化（长期生态定位观测技术）3.3实验测试技术（同位素示踪技术）1.稳定性同位素技术2.放射性同位素技术3.4信息采集的文献检索方法3.5信息采集的网络方法 4生态系统的信息处理技术生态系统的信息处理技术概念：广义的理解，一切为了更好地利用生态信息而对其本身所施加的操作过程，都可称为生态系统的信息处理。如对信息的编码，
6、传输，分类，排序，复制，纠错，加密等处理工作，都可看作信息处理。生态信息处理过程：生态信息中心（数据库）目标数据集预处理结果转换结果处理结果知识选择信息预处理转换分析处理解释评价选择信息时考虑的问题包括：1.属性选择的客观性，某些重要的知识 可能隐藏在那些与学习过程不相关的属性中。2.数据的同构性，由于数据可能来自不同的系统，需要统一可能各种不相同的数据模型。3.数据的动态性，有些数据在处理过程中可能会发生变化。4.采样策略，如采用随机策略还是分层策略。5.样本数目，样本规模过大，将影响信息处理的效率，规模过小，处理过程的有效性难以保障。信息分析预处理时考虑的问题：1.确定信息处理类型，是为用
7、户产生信息（发现型），还是对用户提出的假设进行验证（验证型）。2.方法选择，根据信息处理的任务选择适当的方法。3.运行效率，发现过程是有效的，对大型数据库的运行时间是可预见的，可接受的。5信息系统的建立会同森林生态系统定位研究数据管理系统的研建会同森林生态系统定位研究是在长期固定集水区中设置固定样地,对森林生态系统的组成、结构、生物生产力、养分循环、水循环和能量利用等在自然状态下或某些人为活动干扰下的动态变化格局与过程进行长期监测.它是阐明森林生态系统发生、发展、演替的内在机制和森林生态系统自身的动态平衡,以及参与生物地球化学循环过程等不可替代的研究方法。5.1会同森林生态系统定位研究数据管理
8、系统(简称Eco-DBM S)数据管理系统的开发是一项涉及面广、工作量大、探索性强的系统工程项目,为了获得好的效果,本次系统开发采用了管理信息系统的研制方法.开发过程包括五个阶段:系统分析、系统设计、系统实现、系统调试、系统评价和维护。系统分析系统分析是在系统开发项目确定之前,对系统开发的必要性和可能性进行分析和评价.技术方面包括开发者人员的组织、培训以及原始数据的收集等;经济方面包括项目实施的经费预算、支出等.通过收集外业调查资料,对系统进行可行性分析,提出设计方案,并在系统需求分析的基础上确定系统的功能。它包括系统开发流程分析、数据分析、功能分析、目的分析和系统定义等组成部分。系统分析的目
9、的实际上就是解决“做什么”的问题。系统设计系统设计主要包括系统模块结构设计、数据编码设计、输入输出设计、数据库和图形库设计和模块设计。系统设计的目的实际上是解决“怎么做”的问题。系统实现系统实现主要包括软件、硬件的准备、程序编制和调试、原始数据的录入、系统测试及完善等部分.系统实现实际上是解决“具体做”的问题,它是系统付诸实现的实践阶段,也是系统开发的重要阶段。系统调试系统调试是要求将编写的程序在计算机上进行实现,然后输入数据.原始数据录入完成后,对系统的统计功能等进行进一步完善,并要求进行系统维护,使系统具有永久的生命力.当系统不能很好的满足要求时,就能根据要求进行修改或研制新系统的新要求.
10、系统评价和维护对研制系统的改进评价是必不可少的一个过程,通过评价,检查系统是否达到了预期的目标及系统运行的可靠性、稳定性、实用性等 5.2 Eco-DBM S的结构及内容根据会同森林生态系统定位研究站历年来收集的基本观测数据的特点,共设计4个数据库:标准地数据库；水文数据库；气象数据库：气象数据库主要有天气现象数据表、降雨强度计算数据表、降水蒸发月统计表、近地0 20 cm温度月统计表、地下温度月统计表、林内外空气温度和湿度月统计表等。养分循环数据库：养分循环数据库分植物、土壤和水分养分循环三大部分,主要采用原子吸收或盐酸、硫酸亚铁滴定法测定,具有数据量大、结构复杂、内容多等特点。5.3 Eco-DBM S的功能Eco-DBMS包括数据输入、数据查询、数据维护、数据统计、打印表格、预留功能、系统管理等功能模块,用户可根据自己的要求,通过人机对话的方式,选择相应的功能,每一功能模块执行完后,返回本系统菜单,以便继续选用.