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数字化动物园的探索与研究

【摘要】本文通过对数字化动物园的阐述，介绍了数字化动物园的基

本建设体系，并详细总结出其基本构架和基础，及所应探索和研究的内容及方向，

并以北京动物园的研究和技术集成为示范，强调数字化动物园建设的紧迫性和重

要性。

【关键词】数字化动物园，建设体系

1前言

动物园是通过人工模拟区域自然环境和种群结构，来实现生物多样性的

保育、科普教育、资源储存和开发利用的基地，它主要以动物学、生态学和园林

园艺学支撑。随着时代的发展，这些传统学科将继续发挥重要的作用，而新兴的

科学和技术，特别是信息科学将为动物园的可持续发展发挥重要作用。随着计算

机和互联网技术的飞速发展，以及ＩＴ技术在生命科学领域的广泛运用，世界各

大单位也纷纷加强了信息化进程。发达国家著名的动物园均积极采用必威体育精装版信息技

术实现动物记录与监测管理计算机化；采用环境调控技术实现展馆环境自动化控

制，满足模拟多种生态环境的要求；采用动物学、生态学和园林园艺学等多种手

段，研究、保护和利用动物遗传多样性。

2数字化动物园的含义

数字化动物园作为一个新的概念，尚无明确的定义，参照国内外对数字

地球、数字农业等相关定义，并考虑到动物园的特点，数字化动物园应包括以下

几个内容：对动物园的各个方面的各种要素与过程全面实现数字化；在动物园的

各个部门全面地实施数字化和网络化管理。

数字化动物园的主要特征包括：信息资源得到充分的应用；基础设施装

备高度智能化；动物保育操作技术自动化；动物园经营管理信息网络化；数字、

信息和知识链条化；资源环境的信息监测、评价和决策系统化；动物生长过程的

数字化；动物展览设计智能化。动物数字化表达与虚拟、生物信息学、精确农业

技术、智能化专家系统、智能机械和设备等为基本手段，从不同层次、不同方面

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和不同技术内容实现对动物园全过程的数字化表达、控制和管理。

3数字化动物园的建设体系结构

3.1数字化动物园的建设体系结构

建设数字化动物园是一个复杂的系统工程，主要由基础层、技术层、数

据层和系统层4个部分组成。基础层是基础和前提，包括建设数字化动物园的各

种标准与规范、软硬件条件、网络环境和基础设施等，尤其是信息采集、处理与

监控标准化平台；技术层是支撑条件，包括3S技术、计算机技术、网络技术、

智能技术和可视化技术等，其中3S技术是核心技术；数据层是核心内容，主要

是相关数据库存、多维空间数据仓库和空间数据的无缝连接等内容；应用层主要

面向不同用户群的需求提供业务服务，例如虚拟环境以及辅助决策支持系统和物

种保护过程机械智能化等。

3.2数字化动物园的信息技术体系

数字化动物园的信息技术体系包括动物园信息管理、地理信息监测、动

物管理、智能动物保育和动物园信息服务。

信息的采集、处理、存储和管理是信息化的基础，动物园会积累大量种

群谱系资源数据库、科学研究数据库、科普教育数据库、资源利用数据库和日常

管理数据库等，要求建立一个专门的、共享式的动物园信息管理平台。

3.3数字化动物园的基础——虚拟动物标本馆

自20世纪60年代就有基于动物生理生态过程的模拟动物生长研究，随

着信息技术的发展，可视化仿真为动物生长研究提供了一种直观、迅速的科学研

究方法，它可通过图形方式更有效地观察与分析动物生长中的结构与功能、生长

发育、进化和分布等规律。因此，虚拟动物开始用于数字化动物园研究中。虚拟

动物就是以当物体为研究对象，通过构造一个简单但是能够反映物理世界中真实

动物的数学抽象描述模型，模拟被研究对象的发生、发展过程，为解释现象、揭

示机理、发现规律和预测结果提供有用工具。

按建模方法和目的不同可将虚拟动物模型分为两类：静态模型和动态模

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型。静态模型是应用三维数字化方法等测定动物的形态结构数据后，直接应用这

些数据建立虚拟动物模型。动态模型是基于对动物生长过程中拓扑结构演变和几

何形态变化规律的研究，提取动物的生长规则而建立的模型。

虚拟动物的研究方法包括：对不同生长条件、不同发育阶段的动物进行

定性观察，判