大洋樣品管理分類代碼設(shè)計

卜文瑞宋成兵候成飛姜靜

(1.自然資源部海洋地質(zhì)與成礦作用重點(diǎn)實(shí)驗室 青島 266061;2.自然資源部第一海洋研究所 青島 266061;3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗室海洋地質(zhì)過程與環(huán)境功能實(shí)驗室 青島 266200;4.中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會辦公室 北京 100860)

0 引言

自20世紀(jì)70年代末我國科學(xué)家發(fā)現(xiàn)深海多金屬結(jié)核(錳結(jié)核)以來,在原國家海洋局、地質(zhì)礦產(chǎn)部及中國大洋礦產(chǎn)資源研究開發(fā)協(xié)會(以下簡稱“中國大洋協(xié)會”)組織下,經(jīng)過幾代科學(xué)家的努力,我國已組織開展了60余個大洋調(diào)查航次,調(diào)查對象由國際海底區(qū)域(簡稱“區(qū)域”)內(nèi)多金屬結(jié)核一種資源拓展為面向多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼、多金屬硫化物和深海富稀土沉積物等多種資源,調(diào)查區(qū)域也由富集多金屬結(jié)核資源的太平洋CC區(qū)拓展至世界三大洋。在中國大洋事務(wù)管理局的組織下,已申請獲取了包括多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物資源等3種多金屬資源5塊礦區(qū),使我國成為世界上唯一一個擁有5塊國際海底多金屬資源礦區(qū)的國家[1]。在30余年的多金屬資源調(diào)查活動中,采集了大量多金屬結(jié)核、富鈷結(jié)殼和多金屬硫化物等深海礦石及各類巖石、深海沉積物、海水和生物等珍貴樣品,為深海資源評價、科學(xué)技術(shù)研究積累了豐富的樣品資源。

“區(qū)域”內(nèi)多金屬資源勘探工作量大,選定資源礦區(qū),申請獲得國際海底管理局核準(zhǔn)后,承包者需與國際海底管理局簽訂期限為15年的勘探合同[2]。我國大洋調(diào)查持續(xù)時間長、空間范圍覆蓋大、參與單位多、人員更替頻繁,大洋調(diào)查采用調(diào)查手段多樣、獲取的樣品類型復(fù)雜、形態(tài)多樣,且普遍存在同一站位采集多類樣品、同類樣品不止一件的現(xiàn)象,也普遍存在同一站位,甚至同一件樣品由多個學(xué)科、多個單位和多個研究團(tuán)隊共享使用的情形,在工作實(shí)踐中極易出現(xiàn)原始樣品“身份”界定不清、分割切割產(chǎn)生的衍生樣品與原始樣品之間的關(guān)系難以精準(zhǔn)描述等問題。樣品“身份”涉及樣品采集信息、處理加工信息、存儲信息和共享使用信息等內(nèi)容(圖1),準(zhǔn)確厘定同一站位不同類型、同一類型不同件樣品“身份”,尤其是多個單位、多個研究團(tuán)隊自同一件樣品上所分取衍生樣品之間的關(guān)系,以及各件衍生樣品之間的關(guān)系,是樣品高效管理的基礎(chǔ),也是大數(shù)據(jù)條件下樣品知識圖譜構(gòu)建、相關(guān)科學(xué)數(shù)據(jù)集成,服務(wù)海洋科學(xué)研究與深海資源評價的關(guān)鍵所在。

圖1 大洋樣品“身份”相關(guān)信息

1 國內(nèi)外現(xiàn)狀

從國際上看,分布于美國德州農(nóng)工大學(xué)、德國不來梅大學(xué)和日本高知大學(xué)的IODP計劃巖心庫及美國地質(zhì)調(diào)查局巖心研究中心、英國海洋沉積物巖心研究中心保存的樣品多以巖心為主。巖心樣品“身份”標(biāo)識相對簡單,以IODP巖心樣品為例,利用航次(leg)、站 位 號(site)、鉆 孔 號(hole)、巖 心(core)、巖心段(section)及樣品在鉆探巖心上的深度范圍等信息[3],即可準(zhǔn)確標(biāo)識樣品“身份”及其在巖心上的空間位置,對我國形態(tài)多樣、類型復(fù)雜的大洋樣品“身份”管理借鑒意義并不大。

為集成不同來源樣品及相關(guān)信息,隸屬于美國自然科學(xué)基金會的多學(xué)科地球數(shù)據(jù)聯(lián)盟(Interdisciplinary Earth Data Alliance,IEDA)使用了由9位字符組成的“國際地學(xué)樣品代碼”(International Geo Sample Number,IGSN),并以此為基礎(chǔ)開發(fā)了地學(xué)樣品登記系統(tǒng)(System for Earth Sample Registration,SESAR)[4],統(tǒng)一標(biāo)識在該系統(tǒng)登記的樣品?！皣H地學(xué)樣品代碼”由兩個代碼段、9位字符組成,第一個代碼段為5位字符,用于標(biāo)識用戶(登記者個人或機(jī)構(gòu))的唯一性,第二個代碼段由4位隨機(jī)字符(0~9,A~Z)組成,可表達(dá)樣品“身份”的唯一性及與樣品相關(guān)的采樣信息(如,站位、地層等)?？傮w來看,國際地學(xué)樣品代碼較短,便于使用,不僅可以直接作為樣品編號在出版物中出現(xiàn),而且有足夠多的代碼容量(每個注冊用戶理論上可登記364=1 679 616件樣品),但因該記錄信息有限,加之第二個代碼段為4位隨機(jī)字符,僅能記錄樣品與登記用戶之間的隸屬關(guān)系,雖在一定程度上滿足了不同樣品“身份”唯一性的要求,但不能精準(zhǔn)標(biāo)識原始樣品之間、原始樣品與衍生樣品之間,以及同一原始樣品分割切割所產(chǎn)出衍生樣品之間的邏輯關(guān)系。

我國的海洋樣品管理起步較晚,除大洋樣品館和專項海洋地質(zhì)樣品庫外,多為單位內(nèi)部樣品庫,樣品來源和共享使用范圍都十分有限,對樣品“身份”管理的要求并不高,幾乎沒有對樣品進(jìn)行編碼管理的需求。

2 大洋樣品管理分類代碼總體設(shè)計

2.1 設(shè)計原則

樣品分類管理代碼的編碼對象為大洋樣品及樣品使用成果實(shí)物,代碼設(shè)計遵循以下基本原則。

2.1.1 唯一性原則

樣品分類管理代碼由館藏碼、狀態(tài)碼、原始碼和衍生碼等4部分組成(圖2),以保證不同調(diào)查平臺、不同任務(wù)來源各站、各類原始樣品的唯一性,以及原始樣品分割切割所產(chǎn)生各件衍生樣品的唯一性。

圖2 大洋樣品分類管理代碼唯一性設(shè)計

2.1.2 可溯性原則

樣品分類管理代碼包含了原始樣品采集信息及衍生樣品分割切割信息,可實(shí)現(xiàn)原始樣品采樣位置、采樣方式和采樣任務(wù)的準(zhǔn)確追溯,以及衍生樣品與原始樣品之間在“身份”上和空間位置關(guān)系上的精準(zhǔn)追溯。

2.1.3 可擴(kuò)展性原則

樣品分類管理代碼順序碼采用0~9等10個阿拉伯?dāng)?shù)字和A~Z(除“O”外)等25個大寫拉丁字母編制,為35進(jìn)制,具有充裕的編碼容量,可在不改變代碼總體結(jié)構(gòu)的情況下擴(kuò)展樣品類型、采樣任務(wù)、采樣方式和采樣位置等類目代碼,具有較強(qiáng)的可擴(kuò)展性。

2.1.4 適用性原則

樣品分類管理代碼所涉及樣品類型以肉眼觀察或借助放大鏡鑒定為基礎(chǔ),不涉及通過樣品處理加工或借助儀器設(shè)備分析鑒定后的分類命名,以滿足在樣品分類整理過程中“身份”前置的工作流程需要,具有很強(qiáng)的適用性。

2.1.5 分級性原則

本分類代碼采用面分類法為主、線分類法為輔的混合分類法。其中樣品類型、采樣位置等類目采取線分類法,分為若干個層級,每個層級又分為若干個類目,同位類類目之間為并列關(guān)系,相互不交叉、不重復(fù)、不隸屬,下位類與上位類類目之間構(gòu)成隸屬關(guān)系[5],以方便數(shù)據(jù)庫建設(shè)和信息分級統(tǒng)計、分級管理,以及樣品類型和采樣位置等信息精準(zhǔn)查詢和模糊查詢的需要。

2.2 代碼總體結(jié)構(gòu)

樣品分類管理代碼設(shè)計為30位等長代碼,總體上采用面分類法[6-7],分為館藏碼、狀態(tài)碼、原始碼和衍生碼等4個部分,13個類目(代碼段)(表1)。各部分代碼組成、代碼位數(shù)及含義及如下。

表1 樣品分類管理代碼總體結(jié)構(gòu)

(1)館藏碼,由“存儲信息”1個代碼段組成,占1個代碼位,為代碼總體結(jié)構(gòu)第一位,用以標(biāo)識樣品保存庫房,或樣品不在館藏機(jī)構(gòu)原因。

(2)狀態(tài)碼,由“狀態(tài)類型”1個代碼段組成,占1個代碼位,為代碼總體結(jié)構(gòu)第二位,用以標(biāo)識樣品的分割狀態(tài)或加工試樣的類別。

(3)原始碼,由“樣品分類、采樣任務(wù)、采樣方式、采樣位置、站位序號、重復(fù)站位識別碼和站位同類樣品序號”等7個代碼段組成,占21個代碼位,為代碼總體結(jié)構(gòu)第三位至第二十三位,用以標(biāo)識原始樣品的唯一性及不同原始樣品之間的邏輯關(guān)系。

(4)衍生碼,由“剖分序號、分段切割長度、分段切割序號和分取試樣份次號”等4個代碼段組成,占7個代碼位,為代碼總體結(jié)構(gòu)第24位至第30位,用以標(biāo)識原始樣品分割、切割產(chǎn)生的衍生樣品與原始樣品之間,以及自同一原始樣品所獲取各衍生樣品之間的邏輯關(guān)系。

2.3 代碼設(shè)計

2.3.1 編碼字符

樣品分類管理代碼采用阿拉伯?dāng)?shù)字0~9和大寫拉丁字母A~Z(為避免與阿拉伯?dāng)?shù)字“0”混淆,不含字母“O”)編制,以滿足代碼容量的需要;利用“#”“$”“%”“&”“*”及“@”等可由鍵盤直接輸入的特殊字符,標(biāo)識具有特殊含義的編碼對象,不僅方便輸入,而且具備很強(qiáng)的識別度。

2.3.2 代碼組成

樣品分類管理代碼采用約定代碼和編碼方法相結(jié)合的方式,由9個約定代碼表和10項主要編碼方法組成。

3 大洋樣品管理分類代碼編制

3.1 代碼編制規(guī)則

樣品分類管理代碼按如下規(guī)則編制:

(1)順序碼優(yōu)先采用阿拉伯?dāng)?shù)字1~9,超出相應(yīng)代碼位容量時,依次采用大寫拉丁字母A~Z(除O外),即以“A”代表10、“B”代表“11”依次類推;

(2)順序碼為多位的,超出相應(yīng)代碼位容量時,首位和第二位阿拉伯?dāng)?shù)字合并編碼;

(3)采用線分類法分為多層的代碼段,如上位類不分出下位類,下位類代碼編為“0”;

(4)采用線分類法分為多層的代碼段,分別以“X99”“X9”或“X”等代碼標(biāo)識不同分類層級的收容項。

3.2 約定代碼表

存儲信息、狀態(tài)類型、樣品類別、樣品類型、采樣方式和采樣位置等類目,采用列舉編碼對象、分別賦予代碼的約定代碼。約定代碼表的設(shè)計,包括編碼對象分級分類和代碼賦值兩個方面。

3.2.1 編碼對象分級分類

采用約定代碼的存儲信息、狀態(tài)類型、樣品類別和采樣方式等類目,均只有一位層級,不存在分級問題,編碼對象采用列舉法逐一列出。

樣品類型和采樣位置等一級類目分級分類如下。

3.2.1.1 樣品類型分級分類

樣品類型代碼采用線分類法,分為“大類”“中類”“小類”和“亞類”4層。其中第一層分為“富鈷結(jié)殼”“多金屬結(jié)核”“生物殘骸”“熱液多金屬礦石”“巖石”“沉積物”“海洋生物”和“海水”等8個類目。

富鈷結(jié)殼、多金屬結(jié)核、巖石和沉積物等在相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)中已有分級分類的,參照國家標(biāo)準(zhǔn)中的已有分級分類方案[8-10];熱液多金屬礦石依據(jù)大洋工作實(shí)踐及大洋領(lǐng)域?qū)＜夜沧R分級分類(圖3);海洋生物類型復(fù)雜,本分類代碼體系中按相關(guān)分類體系[11-12]僅列出了大洋調(diào)查工作中常見的類型(圖4);在“生物殘骸”“熱液多金屬礦石”和“海洋生物”等一級類目之下的“中類”“小類”和“亞類”等層級設(shè)“其他”類目作為隸屬于上位類,但不屬于已有同位類樣品的收容項。

圖3 熱液多金屬礦石樣品管理分級分類方案

圖4 海洋生物樣品管理分級分類方案

3.2.1.2 采樣位置分級分類

采樣位置代碼,參照已有標(biāo)準(zhǔn)[13],采用線分類法,分為“洋區(qū)”“海域”“海區(qū)/海山群”和“海山/區(qū)塊”4層。其中第一層分為“中國近海及毗鄰海域”“西北太平洋邊緣?！薄疤窖蟆薄按笪餮蟆薄坝《妊蟆薄氨北蟆焙汀澳洗笱蟆钡?個類目。

采樣位置分級分類及命名原則如下:

(1)中國近海及毗鄰海域、西北太平洋邊緣海等調(diào)查程度高、地理分區(qū)細(xì)的區(qū)域提升采樣位置分類級別,將隸屬于“太平洋”的“西北太平洋邊緣海”及隸屬于“西北太平洋邊緣海”的“中國近海及毗鄰海域”分別由第二層和第三層提升為第一層。

(2)已有大量海上調(diào)查工作的深海資源合同區(qū)、資源調(diào)查區(qū),按已有地理實(shí)體分級分類詳列,以滿足實(shí)際工作需要;潛在工作區(qū)略列,以保證分類體系的適用性。

(3)既有地理實(shí)體名稱,又有調(diào)查區(qū)域代號的,以地理實(shí)體名稱命名“采樣位置”,以調(diào)查區(qū)域代號為“簡寫”,無地理實(shí)體名稱的,以調(diào)查區(qū)代號命名“采樣位置”[14-15]。

(4)根據(jù)需要在“海域”“海區(qū)/海山群”和“海山/區(qū)塊”等層級有關(guān)類目之下設(shè)“其他”,作為隸屬于上位類,但不屬于已有同位類采樣位置的收容項。

3.2.2 約定代碼賦值

約定代碼采用無含義代碼和有含義代碼相結(jié)合的方法編制。無含義代碼一般采用順序遞增碼,有含義代碼一般以編碼對象英文字母、漢語拼音首字母為基礎(chǔ),參照已有工作習(xí)慣編制,并將特定編碼對象的代碼賦值為特殊字符,以增強(qiáng)特定編碼對象的識別度。

編碼對象分為多個層級的,同類同層級編碼對象的約定代碼一般自“1”開始依次編制。因多個層級的約定代碼表中,各分類層級只占一個代碼位,同類同層級編碼對象個數(shù)超過“9”時,自大寫拉丁字母“A”開始依次編制。

編碼對象分為多個層級,設(shè)置收容項的,收容項代碼編為大寫拉丁字母“X”。收容項分類層級存在下位類的,各級下位類代碼均編為數(shù)字“9”。

3.3 編碼方法

對采樣任務(wù)、站位序號、重復(fù)站位識別碼、站位同類樣品序號、剖分序號、分段切割長度、分段切割序號及分取試樣份次號等難以列舉編碼對象的類目,設(shè)計相應(yīng)的編碼方法。采用編碼方法的類目,在分層分類后,可采用約定代碼對不同層級或類目的編碼對象賦值。

3.3.1 代碼結(jié)構(gòu)

同一類目,可采用線分類法,先分層,后編碼,必要時可多級分層,分別編碼。如先采用線分類法將“采樣任務(wù)”分為“任務(wù)類別”和“任務(wù)編號”兩層,其中“任務(wù)類別”采用1位約定代碼;“任務(wù)編號”采用線分類法進(jìn)一步分為“航次”和“航段”兩層,分別編碼。

同一類目,可分不同情形分別設(shè)計編碼方法。如“站位序號”分“連續(xù)編號采樣作業(yè)”和“重新編號采樣作業(yè)”等情形分別設(shè)計編碼方法。

3.3.2 代碼賦值

非約定代碼編碼對象的賦值方法如下:

(1)不涉及剖分、分段切割、分層分取試樣的,相應(yīng)代碼段賦值為“0”。

(2)重復(fù)站位識別碼、站位同類樣品序號、剖分序號、分取試樣份次號等無含義代碼,采用遞增順序碼,一般自“1”開始順序連續(xù)編制。

(3)站位序號、分段切割長度和分段切割序號等有含義代碼,以編碼對象相關(guān)信息為基礎(chǔ)編制,如“站位序號”代碼以采樣站號中代表站位次序、采樣作業(yè)次序的數(shù)字為基礎(chǔ)編制;巖心“分段切割長度”代碼按以厘米為單位的巖心長度數(shù)值為基礎(chǔ)編制;巖心“分段切割序號”代碼按以厘米為單位的巖心分段切割起始深度數(shù)值為基礎(chǔ)編制。

4 大洋樣品管理分類代碼技術(shù)特點(diǎn)及應(yīng)用

大洋樣品管理分類代碼具有如下若干特點(diǎn):

(1)該分類代碼設(shè)計以解決大洋樣品管理工作需要為目標(biāo),并經(jīng)長期工作實(shí)踐不斷驗證、優(yōu)化調(diào)整形成的,具有很強(qiáng)的針對性和適用性。

(2)樣品分類包含樣品類別與樣品類型兩個類目,其中“樣品類別”以滿足樣品館藏管理、信息追蹤,方便代碼體系中樣品衍生碼設(shè)計等需求為目的;“樣品類型”以肉眼觀察或借助放大鏡鑒定為基礎(chǔ),不涉及經(jīng)復(fù)雜的處理加工,或借助顯微鏡等大型設(shè)備鑒定獲得的樣品分類命名,既能滿足樣品“身份”前置的工作流程需要,又能適應(yīng)海上調(diào)查現(xiàn)場及樣品管理工作環(huán)境條件。

(3)該分類代碼體系編碼對象除館藏樣品外,可擴(kuò)展至樣品處理加工形成的成果實(shí)物,以及不在館樣品(現(xiàn)場丟棄樣品、館內(nèi)縮減樣品、分配使用樣品、加工耗盡樣品等),奠定了樣品全生命周期管理的技術(shù)基礎(chǔ),是基于樣品產(chǎn)出科學(xué)數(shù)據(jù)自動整合、大數(shù)據(jù)分析、科學(xué)信息深度挖掘的技術(shù)基礎(chǔ)。

(4)該分類代碼體系以大洋樣品管理為基礎(chǔ)設(shè)計,可擴(kuò)展至其他來源樣品,能夠滿足不同采樣任務(wù)獲取、來自世界大洋不同海域、各種類型樣品管理工作的需要,具有面向海洋各學(xué)科領(lǐng)域、不同部門任務(wù)采集樣品管理工作推廣的可能性。

以該分類代碼為基礎(chǔ),已建立了面向大洋樣品管理的大洋樣品管理信息系統(tǒng),管理了自2001年以來50余個大洋調(diào)查航次的館藏樣品及共享使用樣品,并拓展至國家專項海洋地質(zhì)樣品管理,在樣品的高效管理、共享使用和成果匯集等方面產(chǎn)生了積極影響,并將為樣品使用效益持續(xù)發(fā)揮、良好科研生態(tài)打造、服務(wù)海洋強(qiáng)國建設(shè)產(chǎn)生積極推動作用。參考文獻(xiàn)

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