大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系研究

張志強 王偉鈞 周應敏 施達 楊晉浩

摘要：大熊貓行為研究一直是國家重要的生物研究發(fā)展方向?，F(xiàn)階段，很多大熊貓飼養(yǎng)研究中心在熊貓飼養(yǎng)和行為研究方面都采用數(shù)據(jù)資源人工管理機制進行相關(guān)行為數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)管理，但這種行為數(shù)據(jù)資源管理機制有很多局限性問題。為了解決相應的局限性問題，一方面從企業(yè)數(shù)據(jù)文化建設推動大熊貓研究的角度出發(fā)探討了以數(shù)據(jù)倉庫為核心的行為數(shù)據(jù)資源管理機制建設目標;另一方面設計了具有閉環(huán)數(shù)據(jù)管理模式的大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系，利用生態(tài)體系來實現(xiàn)新的數(shù)據(jù)資源管理機制建設目標。通過生態(tài)體系的構(gòu)建與實施，解決了當前大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理機制的局限性問題。

關(guān)鍵詞：大熊貓行為數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)倉庫;數(shù)據(jù)資源管理機制;閉環(huán);生態(tài)體系

中圖分類號：TP311 ? ? ?文獻標識碼：A

文章編號：1009-3044（2020）31-0005-04

Abstract：Behavior research of giant panda has always been an important development direction of national biological research. At present， many breeding research centers of giant panda use artificial management mechanism of data resource to process and manage relevant behavior data in panda breeding and behavior research， but there are many limitations in the behavior data resource management mechanism. In order to solve the corresponding limitations， on the one hand， from the perspective of enterprise data culture construction to promote giant panda research， this paper discusses the construction target of behavioral data resource management mechanism with data warehouse as the core; on the other hand， an ecological system of giant panda behavioral data resource management with closed-loop data management mode is designed to achieve the target of constructing a new data resource management mechanism. Through the construction and implementation of the ecosystem， the limitations of the current panda behavior data resource management mechanism are solved.

Key words：behavior data of giant panda;data warehouse;data resource management mechanism;closed- loop;ecosystem

大熊貓是僅分布于中國的稀有物種，對于大熊貓保護具有非常重要的意義。隨著大熊貓種群不斷發(fā)展壯大，針對大熊貓的研究已經(jīng)產(chǎn)生。有學者就從生態(tài)學角度提出了大熊貓生態(tài)學的研究現(xiàn)狀，并就大熊貓保護方面提出了研究的方向[1]。在目前大熊貓研究過程中，對大熊貓的行為研究是大熊貓研究的熱點。目前有很多文獻從大熊貓圈養(yǎng)、種群監(jiān)控、風險預測、大熊貓發(fā)情期的行為變化等多個方面進行了大熊貓的行為研究，提出了行為判斷方法、行為訓練實施方案以及行為數(shù)據(jù)記錄的實施過程等[2-7]。另外也有文獻提出了利用大熊貓GPS項圈收集的行為數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)分析計算，從而提出行為數(shù)據(jù)的分類閾值以及繁殖狀態(tài)的判定方法[8-9]。還有文獻利用基于卷積神經(jīng)網(wǎng)絡的識別算法從一些大熊貓行為視頻數(shù)據(jù)中實現(xiàn)行為識別[10]。

在大熊貓行為研究過程中，依據(jù)大熊貓行為的多樣動態(tài)變化性，會產(chǎn)生海量的行為數(shù)據(jù)，如何收集、管理、識別以及合理利用這些數(shù)據(jù)并構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫，使其在進一步做好大熊貓保護及公眾教育等方面發(fā)揮應有的作用尤為重要。目前對數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)的研究中，有文獻提出了基于銀行企業(yè)的數(shù)據(jù)倉庫平臺構(gòu)建方案設計[11]、基于數(shù)據(jù)倉庫的企業(yè)智能決策和營銷決策系統(tǒng)方案設計[12-13]、基于數(shù)據(jù)倉庫的高校信息系統(tǒng)設計[14]。還有文獻利用學生在學習過程中產(chǎn)生的學習行為數(shù)據(jù)構(gòu)建數(shù)據(jù)倉庫進行學習行為分析研究[15]。

雖然目前已有文獻對大熊貓行為和數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)進行了研究，但是很多都是局限于某些局部問題進行研究，缺乏大熊貓行為數(shù)據(jù)資源體系管理機制的研究，為此，以構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)倉庫核心的數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系以及通過生態(tài)體系進行數(shù)據(jù)資源有效利用的機制研究尤為重要。通過構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系，一方面可以利用這種新的數(shù)據(jù)資源管理機制解決現(xiàn)有數(shù)據(jù)資源管理機制的缺陷問題，為大熊貓行為研究注入新的活力和方法;另一方面也可以系統(tǒng)地提供集成研究成果的方案，為進一步的行為研究打下堅實的基礎。

1 目前大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理機制存在的問題

在大熊貓飼養(yǎng)過程中，會經(jīng)歷大熊貓生長的很多階段，比如大熊貓常規(guī)時期生長過程、大熊貓串圈期生長過程、大熊貓放對期生長過程等不同的階段，在不同階段，需要進行其行為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析，用于研究大熊貓的行為模式。常規(guī)的行為數(shù)據(jù)資源管理方式從管理效率、數(shù)據(jù)采集以及數(shù)據(jù)分析方面都存在著一些問題。

1）孤立的數(shù)據(jù)采集。在大熊貓飼養(yǎng)過程中，通常都由不同的大熊貓飼養(yǎng)員在不同時期完成大熊貓動作行為數(shù)據(jù)的人工記錄，而每個飼養(yǎng)員記錄的數(shù)據(jù)相對孤立，不能很好地聚集在一起進行后期的數(shù)據(jù)分析。

2）零星的應用。在大熊貓行為研究中，研究人員都是在不同時期針對某些局部問題進行研究，從而使得整個大熊貓行為研究呈現(xiàn)零星狀態(tài)。

3）潛在的行為數(shù)據(jù)資源未能得到有效利用。在大熊貓飼養(yǎng)過程中，其行為數(shù)據(jù)量非常龐大，而常規(guī)的人工數(shù)據(jù)處理方式無法采集和處理大量實時數(shù)據(jù)，從而使得潛在的數(shù)據(jù)資源不能得到有效利用。

4）行為數(shù)據(jù)資源采集方式的效率低。大熊貓在不同成長階段需要完成行為數(shù)據(jù)的動態(tài)采集，比如在大熊貓常規(guī)期、發(fā)情期的成長階段，都需要及時準確地完成反映大熊貓行為的動態(tài)數(shù)據(jù)采集，形成有效的實時數(shù)據(jù)資源，用于后期大熊貓行為分析與研究。但常規(guī)的管理方式是采用人工記錄方式進行數(shù)據(jù)采集，一方面數(shù)據(jù)采集的實時性不能保證，另一方面采集數(shù)據(jù)的效率也比較低。

5）行為數(shù)據(jù)資源缺乏有效整合。大熊貓的成長過程有不同的階段，在不同階段，大熊貓會表現(xiàn)出不同的行為特征，這需要對不同行為特征數(shù)據(jù)進行采集，并且形成有效的行為特征數(shù)據(jù)庫，為后期的數(shù)據(jù)分析和挖掘做準備。但常規(guī)的管理方式針對行為數(shù)據(jù)資源都是孤立和零星采集與應用，缺乏有效整合，使得數(shù)據(jù)資源庫很難建立。

6）行為數(shù)據(jù)資源缺乏相應的分析機制。針對大熊貓行為研究的數(shù)據(jù)資源，需要進行數(shù)據(jù)分析和挖掘，比如需要進行大熊貓行為數(shù)據(jù)分析與挖掘、大熊貓發(fā)聲音頻數(shù)據(jù)分析和挖掘等。而常規(guī)的管理方式缺乏相應的分析機制和體系，更多的是靠人工方式進行觀察和識別，從而影響大熊貓行為研究的準確性和效率。

2 數(shù)據(jù)資源管理的建設目標

大熊貓行為研究是數(shù)據(jù)驅(qū)動型組織（“中國大熊貓保護研究中心”）重要的研究方向，以企業(yè)數(shù)據(jù)文化建設推動組織以大熊貓研究與保護為目的進行大熊貓行為數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系的構(gòu)建。通過生態(tài)體系的構(gòu)建，一方面可以解決常規(guī)大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理方式的問題;另一方面能夠?qū)崿F(xiàn)企業(yè)數(shù)據(jù)文化建設推動數(shù)據(jù)驅(qū)動型組織進行大熊貓研究與保護。企業(yè)數(shù)據(jù)文化建設體現(xiàn)為企業(yè)精神文化建設、企業(yè)制度文化建設、企業(yè)物質(zhì)文化建設等三個方面。

1）在企業(yè)精神文化建設方面，針對數(shù)據(jù)驅(qū)動型企業(yè)，通過構(gòu)建行為數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系，能夠達成相應的愿景文化共識，構(gòu)建的愿景主要體現(xiàn)為：

?數(shù)據(jù)資源、數(shù)據(jù)技術(shù)要服務于大熊貓飼養(yǎng)繁殖管理以及行為研究，從而形成這兩方面的核心競爭力;

?把數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)技術(shù)作為資產(chǎn)管理來增值;

?能夠形成良性循環(huán)的數(shù)據(jù)驅(qū)動型組織機制。

通過構(gòu)建數(shù)據(jù)驅(qū)動型組織的數(shù)據(jù)資源生態(tài)系統(tǒng)，能夠從企業(yè)精神文化建設方面提高研究人員對大熊貓行為研究的滿意度，從而提高大熊貓研究人員對組織的數(shù)據(jù)驅(qū)動認知度。

2）在企業(yè)制度文化建設方面，通過制定相關(guān)的制度和運行機制來保障企業(yè)數(shù)據(jù)文化建設的愿景實現(xiàn)。制度和運行機制主要體現(xiàn)為：

?利用目標管理的smart模型從明確性、可量化性、可實現(xiàn)性、相關(guān)性、時間性等多個方面將愿景轉(zhuǎn)化為管理建設目標;

?根據(jù)當前大熊貓行為研究現(xiàn)狀和行為數(shù)據(jù)資源管理方式，對現(xiàn)有大熊貓行為研究流程進行梳理和優(yōu)化，將工作流程與數(shù)據(jù)資源和技術(shù)進行優(yōu)化匹配。以大熊貓發(fā)情期和大熊貓野外監(jiān)控期的行為研究為例，分別構(gòu)建目前現(xiàn)有工作流程與數(shù)據(jù)資源匹配的UC矩陣和建設目標的工作流程與數(shù)據(jù)資源匹配的UC矩陣。以大熊貓發(fā)情期為例，分別構(gòu)建的UC矩陣如表1和表2所示;以大熊貓野外監(jiān)控期為例，分別構(gòu)建的UC矩陣如表3和表4所示。在表1中和表3中，針對不同時期的現(xiàn)有階段工作流程更多采用人工操作方式產(chǎn)生數(shù)據(jù)資源和數(shù)據(jù)資源處理，而在對應比較的表2和表4中，相應的建設目標工作流程既可以采用生態(tài)體系的工具進行數(shù)據(jù)資源采集（App為移動端大熊貓動作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）、數(shù)據(jù)特征識別、數(shù)據(jù)資源管理以及業(yè)績評價來提高數(shù)據(jù)資源管理的效率，同時又可以采用常規(guī)的人工操作方式進行數(shù)據(jù)資源管理，兩者相互補充，相互印證。由此可見其工作流程和數(shù)據(jù)資源匹配性更好。各角色在建設目標與數(shù)據(jù)資源匹配的UC矩陣中的關(guān)系如圖1所示。

?通過構(gòu)建行為數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系，實現(xiàn)建設目標的工作流程和數(shù)據(jù)資源的匹配，同時采用PDCA模型管理機制對數(shù)據(jù)流和工作流進行整合，優(yōu)化流程管理的效率，從而進行數(shù)據(jù)資源建設和管理。

?通過構(gòu)建行為數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系，能夠?qū)崿F(xiàn)組織內(nèi)各部門協(xié)同管理，其協(xié)同管理一方面實現(xiàn)在組織內(nèi)各部門之間工作流和數(shù)據(jù)流處理協(xié)同;另一方面實現(xiàn)組織和外部合作研發(fā)部門之間工作流和數(shù)據(jù)流處理協(xié)同。

3）在企業(yè)物質(zhì)文化建設方面，基于數(shù)據(jù)資源和技術(shù)，構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系，通過生態(tài)體系來保障企業(yè)精神文化和制度文化的建設和實施。在生態(tài)體系的構(gòu)建中，利用移動開發(fā)技術(shù)實現(xiàn)大熊貓動作數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，利用數(shù)據(jù)倉庫技術(shù)實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源庫的構(gòu)建，利用大數(shù)據(jù)挖掘技術(shù)和深度學習技術(shù)實現(xiàn)音視頻數(shù)據(jù)的采集和行為模式識別與研究。生態(tài)體系的數(shù)據(jù)規(guī)范化與管理機制相聯(lián)系，采用PDCA管理機制不斷循環(huán)工作流和數(shù)據(jù)流的整合;利用大數(shù)據(jù)技術(shù)和人工智能識別技術(shù)來實現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理流程，另外，隨著硬件環(huán)境的變化，通過生態(tài)體系重新實現(xiàn)面向目標的優(yōu)化。

3 數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系的構(gòu)建

利用規(guī)范化的數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)倉庫架構(gòu)模式，將數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)驅(qū)動業(yè)務關(guān)聯(lián)，從而形成大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系。整個數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系由移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、基于智能監(jiān)控的音視頻數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)和數(shù)據(jù)展示平臺系統(tǒng)構(gòu)成。大熊貓行為數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3.1 移動端大熊貓動作行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的構(gòu)建

在大熊貓飼養(yǎng)過程中，大熊貓在生長的不同時期會出現(xiàn)不同的動作行為，這些動作行為對于大熊貓行為研究分析至關(guān)重要，將這些動作行為轉(zhuǎn)換為動作數(shù)據(jù)進行存儲和處理是構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系的重要組成部分，因此需要構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)資源庫。由于大熊貓行為都是動態(tài)發(fā)生變化的，因此需要設計基于移動端的大熊貓行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（設計App軟件）將大熊貓在常規(guī)期、發(fā)情串卷期和發(fā)情放對期等不同時期和地點的不同動作行為轉(zhuǎn)化為行為數(shù)據(jù)進行動態(tài)規(guī)范化采集并存儲到數(shù)據(jù)資源庫中。在采集的過程中，實現(xiàn)了大熊貓的吼叫、步頻以及其他行為的數(shù)據(jù)實時采集。通過移動端的行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的運行，將原來分散采集、零星管理、數(shù)據(jù)實時性差的狀態(tài)變成集中采集、動態(tài)管理、數(shù)據(jù)實時采集，從而快速準確地構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)資源。

3.2 基于智能監(jiān)控的大熊貓行為音視頻數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)的構(gòu)建

在大熊貓飼養(yǎng)過程中，一方面需要采集動作行為數(shù)據(jù)，另一方面還需要采集大熊貓活動的音視頻數(shù)據(jù)，從而隨時監(jiān)控和觀察其行為狀態(tài)。為此，在大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系中，有一個重要部分是構(gòu)建基于智能監(jiān)控的大熊貓行為音視頻數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)。該系統(tǒng)一方面采集音視頻監(jiān)控過程中產(chǎn)生的大熊貓活動音頻和視頻數(shù)據(jù)，構(gòu)建大熊貓活動音視頻數(shù)據(jù)資源庫;另一方面，對大熊貓活動音視頻數(shù)據(jù)和動作行為數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，實現(xiàn)大熊貓行為的準確識別。通過行為識別，一方面可以補充和加強印證利用移動端對大熊貓行為數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)構(gòu)建的數(shù)據(jù)資源，另一方面，在識別過程中，通過樣本學習，對行為數(shù)據(jù)進行語義標識和注冊關(guān)聯(lián)，形成數(shù)據(jù)倉庫，通過數(shù)據(jù)倉庫為大熊貓行為研究人員提供決策信息。

3.3 通過PDCA形成生態(tài)體系的閉環(huán)管理模式

在項目管理中，為了提高項目管理的效率，一般采用PDCA模型進行項目實施的質(zhì)量管理。在構(gòu)建大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系時，采用了PDCA模型將體系中的數(shù)據(jù)流和工作流進行整合。

PDCA模型應用主要體現(xiàn)為：

?Play（“計劃”）階段，針對大熊貓研究的行為數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分析制定量化目標和設計工作流方案;

?Do（“實現(xiàn)”）階段，根據(jù)制定的量化目標和方案，實現(xiàn)大熊貓行為數(shù)據(jù)采集和大熊貓行為音視頻數(shù)據(jù)的識別與挖掘，建立數(shù)據(jù)倉庫;

?Check（“監(jiān)測”）階段，比較實際的目標結(jié)果和測試運行的目標結(jié)果，進行差異化的分析和研究;

?Act （“分析與反饋”）階段，根據(jù)數(shù)據(jù)倉庫的后期應用，通過逐步的樣本學習，發(fā)現(xiàn)更多的分析問題，然后反饋到數(shù)據(jù)倉庫，進行新的數(shù)據(jù)更新和整合，從而更新形成新的數(shù)據(jù)倉庫。

生態(tài)體系中PDCA管理模型的流程如圖3所示。

顯然，通過PDCA模型，可以將數(shù)據(jù)資源生態(tài)體系中的工作流和數(shù)據(jù)流進行統(tǒng)一整合，形成閉環(huán)數(shù)據(jù)管理模式。

由此看見，通過多模塊構(gòu)建的生態(tài)體系，使得不同角色能夠通過生態(tài)體系進行大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理、共享和研究。大熊貓飼養(yǎng)員可以利用生態(tài)體系中的移動端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)進行大熊貓動作行為數(shù)據(jù)的實時采集并構(gòu)建行為數(shù)據(jù)庫;大熊貓行為監(jiān)控人員可以利用生態(tài)體系中的基于智能監(jiān)控的音視頻數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)進行大熊貓活動音視頻數(shù)據(jù)采集并構(gòu)建活動音視頻數(shù)據(jù)庫;大熊貓行為研究人員可以通過音視頻數(shù)據(jù)挖掘系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進行分析和挖掘，實現(xiàn)大熊貓行為識別研究;大熊貓行為數(shù)據(jù)管理人員和行為研究人員可以利用生態(tài)體系中的數(shù)據(jù)展示平臺系統(tǒng)進行研究結(jié)果數(shù)據(jù)的展示和查詢來提供決策信息;行政管理人員可以利用生態(tài)體系中的數(shù)據(jù)資源進行部門人員的業(yè)績考核。

4 結(jié)語

針對目前大熊貓行為研究的數(shù)據(jù)資源管理機制存在的問題，首先從企業(yè)數(shù)據(jù)文化建設的三個層面即精神文化建設、制度文化建設和物質(zhì)文化建設探討了數(shù)據(jù)驅(qū)動型組織構(gòu)建新的行為數(shù)據(jù)資源管理機制的建設目標。然后根據(jù)建設目標設計了具有閉環(huán)管理模型的大熊貓行為數(shù)據(jù)資源管理生態(tài)體系，在體系中利用PDCA模型進行數(shù)據(jù)流和工作流的整合形成閉環(huán)數(shù)據(jù)資源管理。在生態(tài)體系的支持下，能夠?qū)?shù)據(jù)資源進行統(tǒng)一管理和優(yōu)化，從多角度進行數(shù)據(jù)資源的共享和研究，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源管理的建設目標。

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【通聯(lián)編輯：李雅琪】