生物基本特征篇1

关键词：仿生设计；游艇设计；生物原型

中图分类号：U674.91文献标识码：A文章编号：1005-5312（2015）23-0272-02

一、仿生学概念

仿生学一词最早是在1960年由美国人斯蒂尔（JackEllwoodSteele）取自拉丁文“bios”（生命方式）和词尾“nic”（具有……性质的）合成。斯蒂尔认为：仿生学是研究模仿生物系统方式，或是以具有生物系统特征的方式，或是以类似于生物系统方式的系统科学。因此，我们可以这样定义仿生学：它是研究生物系统的行为、结构、原理、性质以及相互作用，为工程技术提供新的思想观念、系统构成以及工作原理的科学。

二、基于生物原型的仿生学概念

产品形态仿生设计是运用模仿的手法，将生物的某些原型特征赋予产品形态之中，使产品形态与生物特征形态具有某种程度的相似性，而仿生设计成功与否的关键因素就是形态结构特征之间相似程度的大小。

产品仿生设计过程中，非常重要的一个环节是如何准确地提取生物原型的主要特征。阿恩海姆曾说过：意象越具体，它展示出的特征越多，观者也就越不容易明确究竟它的哪一种特征是主要的，事物所具有的最突出、最本质的结构特征就越难以突出和强调。

那么生物形态特征指的是什么呢？它包括生物体本身各个组成部分的形状、大小、相对位置、相互关系等一些构成要素，各要素之间的相对位置形成的一些关联（包含、相离、相交、相切等）、大小比例、距离、角度等关系。基于生物原型的仿生设计以蕴含于生物和自然中的特征或结构、形态为蓝本（如植物的茎、叶以及动物形体、肌肉、骨骼等方面），借助于现代技术手段，对其进行“形”或“神”的模仿，实现特定的技术功能或目标。

三、基于生物原型的仿生学在游艇设计中的研究

古代劳动人民通过对生活在水中的鱼类的模仿，伐木凿船，用木材做成了鱼形的船体，仿照鱼的鱼鳍和尾鳍制成双桨和单橹，从此开始了水上活动。随着模仿水平层次的提高，受更多类型动物（各种鱼类、鸟类等飞行动物）外形的影响，尤其是在空气动力学的发展形成以后，对流线型的动物形态的研究，使得水上交通工具，由之前的独木船发展成为各式各样的“船”，包括帆船、油轮、游艇、各种军用舰艇的外形，甚至是航母的形态，我们都能在他们的外形上发现某些动物形态的蛛丝马迹。在游艇设计的方法中，仿生设计是一种最常见的设计方法。无论在游艇的整体形态造型上还是在局部形态设计中，比如船头船尾、上层建筑等的一些细节设计，都采用了仿生设计的手法。

游艇是用于海上航行的工具，它一旦运行，其造型便是动态的形态，所以游艇的造型艺术不仅是单纯的用来美化和修饰它的轮廓，更多的时候我们关注的是它航行时候的富于流动感的形态意象，使它尽可能最大的与自然环境融合。因此要使游艇能最大程度的融于自然，使游艇的形态更具感染力和动态美，那么我们需要在游艇的造型中看到更多的自然界中这种流线型的柔和的形态特征，选取适合游艇设计的生物原型，并对生物原型的形态进行分析。这也是近期各大游艇品牌在设计船型的时候均采用更加贴近自然的仿生设计方法的原因。根据不同的产品，不同的设计师，进行形态仿生设计造型方法也不同，在此介绍两种比较常用于游艇设计的仿生设计造型手法。

（一）仿态设计

仿态设计又进一步分为局部法和整体法。局部法是选用生物形态特征中的某一部分、最具有特色的、能通过该部分的特点识别整个生物的特征，通过对该特征进行抽象、提炼、加工，使其特征更加突出简练、主次分明、具有代表性。在此基础上将局部形态特征运用于产品形态仿生。比如人造大鲸鱼电动仿生潜艇的仿生设计，潜艇的尾部与两翼的设计采用的是鲸鱼尾部与鳍部特征：突出其肥大的尾部，夸张的表现鳍部特征，表现出鲸鱼在游动时尾部与鳍的作用，使整个潜艇看上去有种灵动的生命感。局部法就是通过抓住局部特征的表现来强调整个生物的主要特点。

整体法与局部法不同的是，它是从全局出发，整体来考虑自然形态特征，对整个的形态做全面的观察，并进行分析。在此基础上对整个形态进行提炼与加工整合，从其外观整体形态中提炼出形态的本质特征，使整个形态特点更加突出、简练、准确。

如果说局部法一般用于动物局部静态的特征，那么整体法常用于模仿动物的运动时，整体特征所表现出的动态美、速度感和力量感。例如海里的各种鱼类，游泳的姿态是它们典型的特征，所以游艇设计时常提取其游泳时的动感特征线并加以提炼加工。

（二）隐喻抽象设计

隐喻抽象设计主要分为三类：由形到意的抽象方法、由意到形的隐喻方法、综合隐喻抽象方法。

自然形态具有丰富复杂的特征，其中一些特征不能很直观的发现、并且能被简单的表达。这种时候我们需要一些形象的表现手法来表达，这就是我们常用的隐喻的抽象法。隐喻抽象法要求形态不仅要准确、贴切，而且还要完整、明确、力求用最简洁的手法来予以表现。比如：象征、隐喻等。例如：通过一组形态线条粗细长短的改变来表示声音音量的变化、重复的图形表现节奏与韵律等，通过线条起伏、疏密、粗细的改变来表示生物形态变化的神韵。在使用该方法的时候一定要表现完整并且准确。

1.由形到意的抽象方法

在产品的仿生设计上，想要做到使用者与产品形态达成共鸣，需要使产品的形与仿生对象的意达到相互融合的程度，通过形的组成要素来表现出意的神韵。如圆形、圆弧形表现出一种规则、柔和的韵味，不规则的多边形则表现一种锐利、刚毅的意境。比如“海斧”游艇，在产品中，通过斧型的船头，设计师表达出的一种力量于速度的感觉，通过对这种形象的细致刻画来表达这种意境。

2.由意到形的隐喻方法

在进行产品仿生设计的时候，设计师以意境为出发点，借助形态来表达，创造出一个神似的仿生形来抽象隐喻。这就是由意到形的隐喻方法。比如Beluga超级游艇，Beluga这艘船的设计灵感是Puresang（来自安特卫普的设计师）从童话人物Pinnochio（匹诺曹）和MobyDick（莫比迪克）身上获得的，其天窗打开时形状就像鲸鱼的嘴。设计师以童话人物的意境为背景，通过游艇形态的仿生设计传达出对这两个人物的神韵，达到一个由意象到形态的升华。

3.综合隐喻抽象方法

综合隐喻抽象方法是仿生设计常用的方法，设计师在做设计的时候会根据需求的差异而是用不同的设计手法，单一的方法往往满足不了设计的需求。将设计师对产品的理解与仿生对象具有的寓意相结合来创造产品形态，即把生物本身寓意延伸扩展开来，同时也使设计师的理解创新提升到一个与自然和谐统一的高度，使两者相得益彰。

四、结语

生物基本特征篇2

关键词：马克思主义哲学；实践唯物主义；辩证唯物主义；历史唯物主义

一直以来，对马克思主义哲学的本质特征都争议不断。有的哲学家认为马克思主义哲学注重的是实践性，不涵盖辩证性与历史性特点，因此马克思主义哲学以实践唯物主义为主。还有部分哲学家则认为马克思主义哲学的根本特征在于辩证性和历史性，所以将马克思主义哲学定义为辩证唯物主义和历史唯物主义，不认可实践唯物主义这一说。对于以上定义，笔者比较认同马克思主义哲学的实践唯物主义，并且其实践性本质特点中还包含了辩证性与历史性的特征，故辩证唯物主义与历史唯物主义的本质特征也说得通。

一、旧唯物主义的缺点

旧唯物主义又称机械唯物主义、形而上学唯物主义，其不懂得社会实践对认识的决定作用；只限于对世界的解释和说明；注重机械的形而上学的反映论。由于马克思主义是针对旧唯物主义的不足而形成的，因此在掌握了解马克思主义哲学的本质特征前，应先分析旧唯物主义的缺点。

（一）旧唯物主义的直观性必然会导致机械性的缺点

旧唯物主义对事物的理解以直观形式为主，而这样一来就使得事物的本质得不到体现，难以获取事物内部的能动性及事物能动性的变化和发展情况，只掌握了事物的外部现象。在事物运动过程中，只能获悉直观感受下的机械运动情况，认为运动是在外力的作用下而形成起来的，使得原本多样化的运动形式变得机械化，而且围绕机械运动来揭露各种不同的现象。尤其将人的所有生理现象纳入到机械运动范畴。比如18世纪法国的唯物主义学者拉美特利将人的身体比作机器，指出人的一切活动都属于机械运动，且通过实例证明自己的说法正确性：当人站在深不见底的悬崖边，身体会机械性的往后退；寒冷的天气人的身体毛孔会机械性的闭起来，防止寒流涌入体内。可见，唯物主义的机械性缺点并非偶然形成的，而是因其直观性缺点最终所致。

（二）旧唯物主义未结合实践来直观世界，必将导致唯心史观

马克思曾经说过，人类历史存在的根本在于存在有生命的个人，个人自觉和动物分开的第一个历史行动并非凭自己思维而进行，而是个人清楚的知道开发赖以生存的生活资料的重要性。个人最初的劳动实践，是人类社未来发展的引领，在此基础上逐渐扩大各种物质生活与精神生活领域，这样一来，就强调了人类社会发展史和物质生产发展史间的一致性，人类口中津津乐道的世界历史体现的就是人通过自身的劳动而诞生的过程。由此可以证明，在历史唯物主义整个领域中，实践占据重要位置，若不结合实际情况来考察历史，忽略历史发展中人类和自然界之间的实践关系，忽略自然科学和工业，那么就会产生一种与自然、人，以及人与自然关系相脱离的以抽象为特征的唯心主义历史观。旧唯物主义之所以难以涉及社会历史方方面面，是因为旧唯物主义忽视了实践对改造客观世界的作用和意义，只是通过感性的形式直观客观世界。所以其在认识和把握社会历史过程中，仅仅将人和社会作为直观的对象来认识。这样直观到的人就非常的抽象，是感情领域中承认现实的、单独的、肉体的人。由主观感受到的社会历史仅仅是各类偶然事件的积累过程，不能突出实际存在的必然联系。由于旧唯物主义未结合实践来直观人类社会，因此无法清晰的明确人类社会就是实际的物质过程，最终朝着唯心主义方向发展。所以我们应以不同的层次角度了解旧唯物主义的缺点，而直观性忽视了实践的作用与意义是旧唯物主义最突出的缺点，该缺点必然会导致机械性、唯心史观等缺点的产生。

二、马克思主义哲学的本质特征

由于旧唯物主义存在机械性、唯心史观等缺点，因此落实科学实践观，从实践角度出发理解事物现实、感性，扬弃旧唯物主义缺点，实现具有实践本质、辩证本质及历史性的唯物主义已刻不容缓。实践性作为马克思主义哲学最突出的一种本质，其内部蕴含了辩证性特征、历史性特征等。

（一）马克思主义哲学的实践性本质特征决定了辩证的唯物主义

马克思主义哲学注重从实践的角度看待真实存在的世界，实现了能动性的唯物主义。马克思主义明确指出，人类实际开展的活动就是能动的改造现实存在的世界。在此基础上理解真实的世界，那么就将真实的世界作为了人类能动的改造领域及结果的过程。马克思认为，自然社会中的人存在自然力和生命力，是能动的自然存在物。而正是因为马克思主义哲学紧密联系实践来看待客观世界，通过全方位的分析研究人的实践活动及其意义，有效促进了唯物主义和人的主体能动性间的统一，并基于此产生了实践的辩证法。其次以实践的角度为出发点理解世界，可以清楚的获悉世界并非是长期不变的事物的全面综合，而体现的是全过程。人类实际活动过程中，在对外部世界施加作用的同时，外部世界也会通过自身存在的能动力量对人施加作用，对实际存在的人的活动方式进行制约，决定了实践活动的成与败，让人们充分的了解客观世界原本就存在的能动发展的规律。同时，实践活动还使人们得到了了解客观世界本质特征与客观必然性的渠道。由此可见，人类要想理解真实世界，就必须注重实践这一“平台”，人们通过该平台全方位的认识客观世界辩证发展的规律，并积极主动的体现真实世界中潜在的辩证法。通过统一实践辩证法和真实世界中潜在的辩证法后，赋予了辩证唯物主义的具体内容，全方位反映了马克思主义哲学集唯物论和辩证法为一体的目标，使得唯物论与辩证法达到了统一性，而一切的统一性都离不开实践观。因此辩证唯物主义是在实践性特征下了解世界的必然结果。

（二）马克思主义哲学的实践性本质特征决定了历史的唯物主义

历史唯物主义强调社会历史发展的基础规律，而要想切实把握社会历史发展的基础规律，首先就要从实践理解历史的角度获悉社会生活的本质。只有结合实践理解人类社会，才能清楚的获悉社会生活实况和历史发展中所遵循的规律。由于马克思主义哲学的实践性本质特征强调以实践为出发点来理解事物、实际、感性，因此就获得了了解历史的途径，进而正确认识唯物史观。除此之外，应树立正确的实践观意识，清晰了解社会环境的变化和人类实际活动间的联系性，突出人类的本质特征，从而对不断变化的历史观中的重大课题予以有效处理。从揭露历史唯物主义形成的《德意志意识形态》中可以看出，马克思依旧强调以物质实践角度出发理解社会生活现象，通过深入分析物质实际情况及其内部矛盾，可及时准确的获悉社会历史发展中的具体规律，从而促进了历史唯物主义。由此不难看出，实践性本质特征对历史唯物主义的形成起到决定性作用。

（三）马克思主义哲学的实践性本质特征突出阶级性

在传统哲学中，总是将人类的理论思维活动看的比较重，而对于人类的实践活动却关注的较少，将看待与认识世界作为了核心任务，无法主动地站在哲学的角度来改造客观世界。和传统的哲学不同，马克思主义哲学的实践性本质特征直接强调了其不仅要从实践的角度出发来解释世界，还要以实践的角度来改变客观世界。以哲学的方式改造客观世界最根本之处在于建立符合于世界的哲学思想，这就要求马克思主义哲学全面获悉具有符合世界的哲学思想的实践主体。马克思主义哲学的思想强调对资本主义社会的改造，通过共产主义社会带领人类走向解放。毫无疑问，无产阶级就是反映马克思主义哲学思想的实践主体。所以马克思非常清晰明确的提出了将无产阶级作为新唯物主义不可或缺的物质武器，无产阶级则将马克思主义哲学作为了主要的精神武器。使马克思主义哲学中的实践性本质特征和阶级性之间存在的内在关系淋漓尽致展现。

（四）解放思想、实事求是、与时俱进是马克思主义哲学的精髓

解放思想主要强调了以马克思主义为重要指导，消除一切不符合客观实际的陈旧思想观，加强对各类新情况和新问题的研究力度，突出马克思主义哲学中对革命批判的本质；实事求是强调的是始终站在客观实际的角度，从中找寻其本质规律，作为行动的向导，这是马克思主义哲学中的关键一环。解放思想与实事求是概括了辩证唯物主义和历史唯物主义的基础观点，体现了马克思主义的革命性与科学性，是马克思主义的思想基础。其次，与时俱进强调的是以马克思主义理论为指导紧密联系现代社会，注重规律性，强调创新性和创造性，这不仅是马克思主义哲学中不可忽视的重要理论品质，而且还是马克思主义哲学强大的功能。解放思维与实事求是都必须符合与时俱进。此外，解放思想、实事求是、与时俱进彼此间存在渗透、促进的关系，将这三者紧密联系可全面体现马克思主义世界观与方法论，在马克思主义哲学中占据重要位置。构建一套涵盖解放思想、实事求是、与时俱进在内的机制，从而体现马克思主义哲学的理论内容、本质特征、社会功能。马克思主义哲学正确的揭示了物质世界的基本规律，使唯物主义和辩证法得到了统一，唯物辩证中自然观及其历史观得到了统一，客观科学性与革命性得到了统一，体现了无产阶级的世界观和方法论，为建设具有中国特色的社会主义提供了重要的理论支撑。马克思主义哲学注重实践性，始终以实践的角度为出发点对事物、现实、感性科学合理的理解，因此形成了实践唯物主义，消除了将直观性、机械性、唯心史观作为本质特征的旧唯物主义，使马克思主义哲学的综合特征得到了全面体现，因此实践唯物主义、辩证唯物主义、历史唯物之间存在互通性，有效促进了无产阶级的发展。

作者:陈磊单位:安庆师范学院

参考文献：

〔1〕杨沐.实践时空观[D].吉林大学,2009.

〔2〕李冲.马克思理论对近代人道主义的超越[D].吉林大学,2009.

〔3〕相秀丽.从理论到实践[D].吉林大学,2008.

〔4〕卢继富.马克思人的全面发展理论在中国的发展与实践[D].安徽师范大学,2007.

〔5〕周春妹.科学发展观的哲学原理[J].才智,2009，（12）.

〔6〕王伟光.努力推进马克思主义哲学中国化[N].人民日报,2010-9-28.

生物基本特征篇3

一、田间种植鉴定的合法性。

（一）、新品种的选育和审定及新品种的特征特性的鉴定，依法应在田间种植的条件下进行。

《种子法》规定：主要农作物或林木品种在推广前应当通过部级或者省级审定；应当审定的农作物或林木品种未经审定通过的，不得广告，不得经营、推广。《主要农作物品种审定办法》规定：申请审定的品种应当具备特异性、稳定性、一致性等条件；品种试验包括区域试验和生产试验，区域试验应当对品种的丰产性、适应性、抗逆性和品质等农艺性状进行鉴定；生产试验是在接近大田生产的条件下，对品种的丰产性、适应性、抗逆性等进一步验证，同时总结配套栽培技术。上述法规证明，主要农作物或林木的新品种必须在田间接近大田生产的条件下种植，进行区域试验、生产试验。新品种是在接近大田生产的条件下进行品种实验，是在田间对品种的丰产性、适应性、抗逆性、品质以及其特异性、稳定性、一致性等特征特性进行一系列的鉴定才选育出来的，而不是在实验室内用按电钮的方法电泳出来的。新品种的选育和审定必须在田间种植条件下进行，品种的鉴定也应在田间种植条件下进行。法规没有规定可用物理、化学的方法对植物新品种进行选育和鉴定。采用化学的方法提取植物蛋白质和氨基酸，采用物理的方法电解分离蛋白质，对比蛋白质分离图谱以鉴定植物新品种的特征特性的所谓电泳测定法，是没有法律依据的。

（二）、将植物在田间种植生长出的特征特性即表现型与审定公告公布的及品种权申请公告的新品种的特征特性相对照，鉴定两个品种是否具备同一性，符合法律规定。

《种子法》规定：通过审定的主要农作物或林木品种由审定部门公告。如“鲁白16号”大白菜杂交种是由山东省品审委审定公告的。山东省农作物品种审定委员会（97）鲁农审字第2号文件即关于公布第十九批审定认定品种的通知（即山东省品种审定公告），公告的内容是“鲁白16号”大白菜等作物品种的选育经过和特征特性，其选育经过是在田间进行的，其特征特性是在田间种植的情况下与对照品种进行比较表现出来的。将“鲁白16号”的被控侵权品种“丰抗78”进行田间种植，根据其种植后表现出的特征特性与相邻种植的和通知公告的“鲁白16号”的特征特性相对照，进行差异性遗传学分析，即可鉴定他们是否同一品种。

由于审定公告仅公告了“鲁白16号”的特征特性，没有公告“鲁白16号”的电泳分离图谱，所以，无法将“丰抗78”的电泳图谱与山东省品审委公告的“鲁白16号”的电泳图谱相对照。没有对照就没法鉴定。其它机构（包括鉴定机构）不是法定的品种审定机构，依其制作的电泳图谱作对照，没有法律依据。

（三）、新品种在田间种植条件下表现出的特征特性是品种权保护的范围，其电泳图谱不属品种权保护的范围。

《农业植物新品种保护公报》公告的申请品种权的说明书，其内容是育种过程和申请品种的育种方法及其主要特征特性等。其中的特征特性，特别是该品种的特异性主要是在田间种植条件下与对照品种相比较表现出来的，是经公告被公众知悉和认可的。《保护公报》没公告新品种的电泳图谱，其电泳图谱不为公众所知和认可，不是品种权保护的范围。

（四）、田间种植鉴定是法定的鉴定程序。

对被控侵权品种是否授权品种进行的鉴定，属于种子真实性鉴定。农作物种子真实性鉴定，应依据GB/T3543.5-1995进行。GB/T3543.5-1995规定，“种子真实性是指供检品种与文件记录是否相符。”田间小区种植鉴定是GB/T3543.5-1995规定的鉴定程序，而其开章明义地指出：“田间小区种植是鉴定品种真实性和测定品种纯度的最为可靠、准确的方法。”该标准未规定电泳法是测定植物品种真实性的程序，所以，应当采用国家标准GB/T3543.5-1995进行植物品种真实性鉴定。在有国家标准的情况下，不应采用不属国家标准的电泳法进行蛋白质测定。

二、田间种植鉴定的科学性。

（一）、依据遗传学理论，根据表现型判断的结果比较可靠。

一个植物品种的特征特性，是其内部基因（称为基因型）和外部环境条件共同作用下表现于外部的性状（称为表现型），即植物品种的特征特性是内因（基因）和外因（环境条件）共同作用的结果。一个植物品种有什么样的表现型必有什么样的基因型，但有什么样的基因型不一定就有什么的表现型。高产品种虽有高产基因，在肥水充足的良田虽表现高产，但在旱薄地不能高产；而低产品种无论在良田或旱薄地均不能高产，即是这个道理。

田间种植鉴定在鉴定外部性状的同时测定了其内在基因；而电泳法测定只能测定内部基因，不能测定作为品种权保护的特征特性等外部性状。田间种植鉴定依据的是植物品种表现出的特征特性，而电泳法测定依据的是种子籽粒分离出的蛋白质、氨基酸等生物大分子在电场影响下的移动。植物品种经种植表现出什么样的特征特性必有什么样的基因；而电泳分离出植物品种含有某种基因，在没有适宜的条件下，该种基因不会发生作用，表现不出性状。男人有长胡须的基因，但如认定没长胡须的小男孩是女人，将是幼稚可笑的。田间鉴定既鉴定了内因又鉴定了外因，能鉴定植物的特征特性；电泳测定仅能考查内因，不可能测定植物的特征特性；所以田间鉴定较电泳测定科学。

（二）、依据概率论理论，田间种植鉴定具有代表性。

1、样本的代表性。依据GB/T3543.2-1995（农作物种子检验规程.扦样），大白菜种子田间种植鉴定送检样品最小重量是100克。由于没有电泳法测定大白菜种子真实性和纯度的法定标准，参照电泳法测定大麦、小麦种子纯度（注意：不是真实性）的国家标准，包括各种药剂、溶剂在内，样品吸取量也仅为10-20微升（UL）。不足20UL的液体与100克籽粒的代表性相比，谁大谁小不言自明。

由于电泳法测定取样太小，代表性太差，出现错将相同品种误定为不同品种或错将不同品种误定为相同品种的概率太大，所以，电泳法不如田间种植法科学。

2、差异性分析的准确性。田间种植鉴定种子的真实性，其鉴定结论是通过对调查数据进行统计分析后，根据其差异性大小判定是否具有同一性的。如果被控侵权品种与授权品种差异的概率小于或等于1%，证明其极可能是同一品种（概率论称为差异极不显著）；如果概率小于或等于5%，证明其可能是同一品种（概率论称为差异不显著）。法院据此下判，判定其是同一品种的正确率就达95-99%以上，能达到高度盖然性的证明标准。

因为同一种作物不同的品种之间差异性很小，一个新品种能比对照品种增产5%或增加一个优良性状或淘汰一个不良性状就很好了；如果能增产10%或改进一个质量性状将是极好的品种。如“鲁白16号”比其对照品种“鲁白10号”在1995年增产仅为1.6%，其仍被审定为新品种。一个质量性状对应的往往是一个基因或几个基因，品种间一两个质量性状的差异或百分之一点多的数量性状的差异，靠几微升的溶液测定，并用其测定结果判决是非，风险性太大。所以，国家没有将电泳测定法列为品种真实性鉴定的方法，未制定其标准。

三、田间种植鉴定的可行性。

田间种植鉴定是小区鉴定，一般小区面积只有几平方米，用种量较少，国家保藏中心有足够数量的种子供鉴定所用。即使国家保藏中心保藏的授权品种的种子量不能满足田间种植鉴定用种，依据《植物新品种保护条例》实施细则的规定，品种权人也应提供鉴定所用的种子。作为品种权人，不可能提供不出供鉴定所用的种子。所以，田间种植鉴定是可行的。

四、对杂交种进行田间种植鉴定的特殊性。

对杂交种，品种权保护的范围是杂交种本身和其父、母本特定的杂交组合。这就是说，品种权既不保护杂交种的种子，也不保护其父本与母本反交产生的杂交种；还不保护其亲本本身；更不保护其亲本与其它繁殖材料杂交产生的杂交种即授权杂交种的同父异母兄弟、同母异父兄弟以及表兄弟、堂兄弟等。但是，授权杂交种的双亲均与授权杂交种有50%的核基因或性状一样；两亲本的反交杂交种，与授权杂交种的核基因100%一样，只有少量的细胞质基因不同，其性状相同处在98%以上；授权杂交种的亲本与其它繁殖材料杂交产生的杂交种，均是授权杂交种的同父异母或同母异父兄弟，应有50%以上的基因一样；授权杂交种的种子即F2，虽为分离世代，但仍有绝大多数与授权杂交种的基因和性状相同。总之，授权杂交种与其父、母以及同父异母兄弟或异父同母兄弟基因型和表现型差异很小，不进行田间种植鉴定，很难区分其差异性即特异性。

杂交种本身不具有稳定性。它不像常规品种能够“种瓜得瓜，种豆得豆”，其自身具有稳定性。杂交种的亲本是常规品系，其上下代之间性状遗传具有稳定性，这是杂交种稳定性的真正含义。杂交种的真实性鉴定要比常规种真实性鉴定复杂得多。

五、应用电泳法测定受限制。

目前，科学已测定清楚玉米、水稻、小麦的全部基因及其排序，并绘制了其基因图谱，所以，对玉米、水稻、小麦等已绘制基因图谱的作物，采用电泳法或其它方法测定其基因，用其基因图谱与标准基因图谱对照，可以测定其品种纯度。对于基因的排序未测定清楚，未绘制出基因图谱的农作物，无法采用电泳或DNA分析方法对其差异性进行测定。这也是我国法定检测机构承办用电泳法测定玉米种子纯度，而不承办用电泳法测定大白菜等杂交种的种子纯度的缘由所在。

生物基本特征篇4

【关键词】植物识别图片辅助模糊识别关键字匹配植物信息检索APP

一、研究背景

1.1国内外植物识别技术概述

植物识别是植物学研究基础技术之一，在此前已有相关人士基于分形特征对植物进行相关的识别。传统的植物识别主要通过人工采样和对比，需要耗费大量的人力物力，效率低下，且无法在艰苦环境作业，也难以大面积实施。目前为止最主要的植物识别方法是基于计算机图像的识别以及人工查阅植物检索表根据特征进行识别。

借助计算机的图像处理技术可以完成植物的外观特征的分析，通过提取大量数据特征进行聚类分析获得结果，在国内，黄得发了农业生物特征识别系统一植物叶片识别系统（BSA-RSPL），他提出了一种基于图像分析及数字形态特征的植物分类识别方法。同时，也有专业人士采用计算机模式识别方法，即在一定量度或观测基础上把待识模式划分到各自的模式类中去，主要是利用计算机等装置对物体、图像、图形、语音、字形等信息进行自动识别，即用计算机实现人的模式识别能力。但通过图片识别植物的方法受到叶片状态，叶子新鲜程度，叶片受损程度等多方面因素影响，另外根据算法的不同，采用计算机技术进行图形研究的误差，并不能可靠的识别植物种属。

另外一种植物识别技术是通过手动翻阅查询植物检索表等书籍来进行植物识别，这也是最常见且使用最为广泛的植物识别方式，检索表的编制最早是根据法国人拉马克（Lamarck，1744-1829）的二歧分类原则，将要编制的检索表中需容纳的所有植物，选用一对以上显著不同的特征，分成两类；然后又从每类中再找出相对的特征再区分为两类；如此下去，直到所需要的分类单位（如科、属、种等）出现。它一般是以花、果、叶等生殖器官特征为检索依据，因其特征表现稳定，检索结果准确可靠。该识别方式往往需要使用者积累一定的植物知识，有较高的植物识别认知能力，对检索表查询方式足够熟练才可使用，而对于普通植物爱好者而言，对植物检索知识的欠缺和携带书籍的不便给植物识别带来了较大的困难。

目前电子的植物检索表以及相关电子植物识别资源处于起步阶段，植物特征的繁杂以及多样性为未知植物的检索和识别产生了很大困难，目前基于植物特征识别的方法还停留在手动书籍查阅识别，计算机图像识别，以及大数据库分类识别等方面，植物识别方面迫切需要一个简单便捷的识别工具来替代现有植物识别方法。

1、移动平台概述

采用安卓APP开发技术，以Eclipse为开发平台，基于JAVA环境，开发出简便易行，易于操作的植物模糊识别APP。安卓操作系统具有完全的开放性以及系统可移植性，安卓的JAVA程序运行环境，它的可靠性和安全性都较好，它可以保证编译器能够发现方法并调用错误、杜绝了内存的非法访问；在JRE之上运行Eclipse，然后在Eclipse中安装一个名为ADT的安卓开发工具插件，接着就可以使用SDK进行安卓应用开发了。

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因此，临床开展肝脏抗病毒感染，需重点视患者的年龄及病程的增加而可作为判断患者肝脏炎症水平的重要指标。对临床放弃行肝脏穿刺患者可将其ALT、年龄（P

2、基于植物特征识别的APP客户端开发的意义

经人们研究发现，在任何时间，植物特征之间的差异性使植物成为更独立的个体，这使得根据植物特征进行植物的识别成为了可能，将植物特征字符串化优势在于可以有效克服信息的冗余性，数据库应用技术可以对植物特征进行查询和选择，结合相应的数据库查找和字符串匹配算法，进行植物特征的查询和分类，字符串匹配算法对性能要求较高，植物特征在小样本情况下，通过不同字符进行组合，实现有序的字符串，采用精确，多模式字符串匹配进行研究，使用通俗易懂的字符串来概括植物的特征，用计算机执行字符串匹配功能来代替繁琐的植物检索表查询，该方法在植物识别领域上做出了一个跨越式的进步。同时将植物种类按照树形结构排列，运用数据结构中树的查找算法，并结合图片辅助更直观更清楚地观察植物的器官和特征，从而完成对未知植物的识别。

二、北京市园林植物志APP项目概述

2.1APP概述

本项目旨在开发一种通过选择植物外在特征进行植物识别的手机移动应用软件，从而使非专业者能够更加简单的认识身边植物，最终通过APP呈现出来的、为本地植物建立系统的查询网络。当使用者想要获取陌生植物的基本信息时，通过进入该特征识别app界面，并选择其植物特征，通过专业、非专业（植物分类）物种型态描述术语，来确定身边的未知植物，对相应植物有详细介绍，如叶片形状，齿纹等，通过多步骤选择特征最终识别出该植物。使软件筛选出符合要求的植物并显示各自图片，通过比较图片，让使用者得知自己看到的植物的基本信息。并设计易用友好的APP及其UI，使得该app兼容于各种类型移动终端。建立本地植物的数据库，鉴于植物具有地区性，我们将以北京地区植物为先例，日后进一步扩大到华北、华东，直至全国。

一方面，这个软件可以为学习植物的广大学生提供一个认知身边植物的良好平台；另一方面，随着构建“美丽中国”的提出，国家更加重视园林建设，人民的生活与园林植物的距离也越来越小，对植物的认知有一定的需求，此移动软件可以随时随地让人们了解自己身边的植物。

2.2研究对象

APP所选的植物，主要有常绿乔木，落叶乔木，常绿灌木，落叶灌木以及落叶藤本等五类。这是根据北京市主要园林植物识别手册进行筛选分类的，从其中筛选出较为常见和特征明显的大致30种植物作为样本，对花期，果期等进行详细总结。根据其在北京地区的常见程度及特征识别难易，我们选取了北京地区公园，校园，及开放空间等园林绿化最常用的植物，如：白皮松，银杏，悬铃木，国槐，榆叶梅，连翘，棣棠等。

2.3分类依据

APP所选的植物拥有2～3处明显特征，便于检索，使得检索的正确性得到提高（这是植物检索最基本的一步，其他较难分辨树种，我们将在后期将其完善）。并根据从整体到局部，从大类到小类的方法进行划分。整理出树冠，树干树皮，树枝，叶，花，果实等方面的特征，再逐一细分；其中以叶片特征最为繁杂，叶片特征主要分为叶片着生方式、叶片形状、叶脉、叶色、叶基、叶柄、气孔带和气孔线、叶枕、叶厚，叶硬度、横断面、叶子长度、叶子粗细度、几针几束、叶缘、叶端、叶背、叶表、质地等分类。将植物的特征详细的分类并按照一定的数据结构填充到数据库中，并对植物的特殊特征加以标，注这些特征可以唯一确定一种植物，这使得数据库冗余性大大降低。植物特征的整理是和实地的考察检验相结合，通过对实地植物特征的拍照与观察，查阅相关资料，根据表现稳定，性状明显的特征进行整理，有效提高了识别结果的可信度。

三、北京市园林植物志APP客户端设计方案

3.1需求分析

APP主要面向园林，林学，植物学专业的同学以及其他对植物认知有兴趣的人群，满足他们对植物认知搜索识别方面的需求。

3.2信息架构

APP的基本架构是数据层，业务层以及表现层。数据层数据以SQLite录入，汇集乔木，灌木，藤本表；同时录入每种植物所对应的特征和局部或整体图片。业务层采用简单SQL语句查询每条植物记录，并输出。表现层显示查询出的植物部分或整体图片，供使用者筛选。

APP的主要功能为植物检索，植物识别，用户管理这三个主要功能，植物检索是根据植物中文名或拉丁文名检索植物相关信息并显示；植物识别依据用户所选择的特征与图片观察相结合方法辨识一种未知植物；用户管理功能主要显示用户浏览记录，所掌握的植物信息以及相关科普网站推荐。

2.最终效果演示

（图6―10）

生物基本特征篇5

传统的身份认证方法主要借助体外物来实现身份的鉴定，包括标识物品和标识信息，前者如证件、信用卡、驾照等，后者如用户名和密码等。一旦证明身份的标识物品和标识信息被盗或遗忘，其身份就容易被他人冒充或取代。基于生物特征的身份认证则利用了人体固有的生理和行为特征来进行个人身份的认证或鉴定，比如：指纹、声音，人脸、虹膜、笔迹、步态等。由于基于生物特征的身份认证主要是通过生物传感器、光学、声学、计算机科学和统计学原理等高科技手段的密切结合来实现的，因而它与传统的身份认证方法相比：（1）更具安全性：生物特征基本不存在丢失、遗忘或被盗的问题；（2）更具保密性：用于身份认证的生物特征技术很难被伪造；（3）更具方便性：生物特征具有随身“携带”的特点以及随时随地可用的特点。

基于生物特征的身份认证技术在信息安全领域具有重要的地位，可广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务。伴随着其应用的发展,该领域的研究越来越深入，许多国家将其作为重大基础战略技术加以研究。“9·11”事件后，基于生物特征的身份认证技术更是受到美国、日本、欧洲各国的高度重视，愈加显示出它的价值，以美国为例，基于这项技术的产业规模已经达到数十亿美元。美国通过立法明确要求在国家安全领域采用这一技术。国际民用航空组织日前也要求其所属188个成员国和地区从2004年底开始将生物特征加入个人护照中。

一般而言，能够用来认证身份的生物特征应该具有以下特点：（1）广泛性：每个人都应该具有这种特征；（2）唯一性：每个人拥有的特征应该各不相同；（3）稳定性：所选择的特征应该不随时间变化而发生变化；（4）可采集性：所选择的特征应该便于获取。然而，在实际的应用中，并不是所有能够满足上述四个特点的生物特征就可以用来进行身份认证的。通常，还需考虑如下几个主要指标：性能指标，所选择的生物统计特征能够达到多高的识别率；效率指标，对于资源的要求，包括时间复杂度和空间复杂度两个方面；安全性指标，系统是否能够防止被攻击；可接受性及非侵犯性指标，用户是否愿意接受所选择的生物特征；同时还要考虑具体应用领域的特点等等。基于对这些指标的考虑，目前诸多应用中，在众多的生物特征中声音、指纹、人脸三种生物特征被广泛选择采用。

基于声纹的身份认证

人的语音，包含了语义信息和说话人信息，其中包含说话人信息的成份被称作“声纹”，利用声纹进行身份认证的方式被称为声纹识别(VoiceprintRecognition,VPR)或说话人识别(SpeakerRecognition)。一般有两类，即说话人辨认(SpeakerIdentification)和说话人确认(SpeakerVerification)。前者用以判断某段语音是若干人中的哪一个所说的，是“多选一”问题；而后者用以确认某段语音是否是指定的某个人所说的，是“一对一判别”问题。不同的任务和应用会使用不同的声纹识别技术，如缩小刑侦范围时可能需要辨认技术，而银行交易时则需要确认技术。基于声纹的身份认证又可分为与文本有关和与文本无关两种情形，前者是指在进行身份认证时，输入语音必须按指定文本内容进行发音并被用来构建系统模型；而后者在进行身份认证时，输入语音与训练时所采用的语音无关。

国际上开展基于声纹的身份认证研究已经有近40年的历史，研究单位包括大学、专门的研究机构以及大公司等，如：德克萨斯仪器公司、麻省理工学院、贝尔实验室等。国内开展相关研究较早的单位有北京大学、中科院声学所、清华大学、中科院自动化所等。一些基于声纹的身份认证系统产品也相继推出，如：ITT公司开发的SpeakerKey系列产品，Keyware公司开发的VoiceGuardian，Sensory公司开发的VoiceDirect364及DSP芯片，T－NETIX公司开发的SpeakEZ产品等等。

1．基于声纹的身份认证系统框架

一个典型的基于声纹的身份认证系统框图如图1所示[1]。(注：参考文献[1]~[29]请见本刊网站。）

不论是说话人辨认技术还是说话人确认技术，都需要先对说话人的声纹进行建模，这就是所谓的“训练”或“学习”过程。

基于声纹的身份认证一般包括两个阶段：训练阶段和认证阶段。在训练阶段，根据输入的训练语音数据建立说话人的声纹模版库；在认证阶段，则根据身份声明的说话人的语音，通过某种距离测度进行认证判决。

2．方法概述

(1)特征提取为了更有效地表征说话人的信息，研究者们已经提出了若干语音特征，但遗憾的是目前还未找到专门反映说话人信息的语音特征，在进行说话人识别时采用的特征还基本上是语音识别中所采用的特征，如线性预测系数(LPC)、倒谱系数、美标度倒谱(MFCC)、感知线性预测等。大多数研究者的研究结果表明，美标度倒谱特征在语音识别和说话人识别等典型的语音信号处理问题中具有良好的性能，因此，该特征成为目前最常用的语音特征。

(2)声纹身份认证基本方法基于声纹的身份认证方法主要有以下几种：①动态时间规整[2]：动态时间规整是一种谱模式匹配方法，它可以解决语速变化问题。②长时平均法[3]：该方法对说话人身份的表征是通过将语音特征在长时间上进行平均来实现。但是这种方法缺乏对短时特征的描述。③矢量量化法[4]：矢量量化通过某种聚类规则对说话人的特征建立模型，该模型通常为一系列包含若干码字的码本，对每一个特定的说话人有一个码本。该方法对短时语音特征能够进行很好的描述。④人工神经网络[5]：对说话人特征的提取还难以形成公认的规则，因此利用善于从大量数据中寻找规律的人工神经网络方法，也是一类可取且有效的方法。⑤隐含马尔可夫模型[6]：隐含马尔可夫模型能够有效地捕捉谱特征中的统计变化，同时也很好地描述了短时语音特征以及语音中的时间变化，因此具有很好的性能，成为一种被广泛采用的与文本有关的说话人识别方法。⑥高斯混和模型[7]：高斯混和模型可被认为是隐含马尔可夫模型的单一状态的特殊情形，对于与文本无关的身份认证，该方法能够达到很好的效果。

上述若干方法都或多或少地有各种衍生方法和改进方法，也存在将若干种方法的融合起来进行身份认证的情形，这些尝试都是以提高身份认证准确率为目的的，其中一些尝试取得了很好的效果，比如人工神经网络与隐含马尔可夫模型的结合方法等等。

3．当前基于声纹的身份认证研究中存在的问题

基于对前人研究的归纳，Furui在1997年指出，在基于声纹的身份认证中存在如下几大类问题[8]：①如何借鉴人类在在利用声纹进行身份认证时所采用的机制，②如何处理语音的长时变化、短时变化以及语音声学特征的变异，③如何将基于声纹的身份认证技术与其它身份认证技术进行融合。

4．基于声纹身份认证的应用

基于声纹的身份认证几乎可以应用到人们日常生活的各个角落，而通过电话线进行身份认证是其独有的特色。基于声纹身份认证的主要应用领域如下：（1）信息领域：如在自动总机系统中；(2)银行、证券：鉴于密码的安全性不高，可用声纹识别技术对电话银行、远程证券交易等业务中的用户身份进行确认；(3)公安司法：对于各种电话勒索、绑架、电话人身攻击等案件，基于声纹的身份认证技术可以在一段录音中查找出嫌疑人或缩小侦察范围；同时，该技术还可以在法庭上提供身份确认的旁证；(4)军事和国防：基于声纹的身份认证技术可以察觉电话交谈过程中是否有关键说话人出现，继而对交谈的内容进行跟踪(战场环境监听)；在通过电话发出军事指令时，可以对发出命令的人的身份进行确认(敌我指战员鉴别)；(5)保安和证件防伪：如机密场所的门禁系统；(6)其它。

基于人脸的身份认证

基于人脸的身份认证就是利用计算机对给定的静止图像或者动态图像序列进行分析，从中提取出有效的识别信息，基于已有的人脸数据库来“辨认”或者“确认”一个或多个人身份的一项技术。

人的面孔各异，世界上没有长得一模一样的两个人，即使是双胞胎，用人类学方法测量也可发现差异。因而，基于人脸的身份认证技术是一项具有潜力的身份认证技术。基于一系列评价指标如抗干扰性、精确度、代价、性能等，研究人员对6种主要的身份认证技术：人脸、声纹、指纹、手掌、虹膜、签名进行了综合比较，基于人脸的身份认证技术具有最高的得分[9]，见图2。

基于人脸的身份认证技术研究始于20世纪60年代末期。到了20世纪90年代后期以来，一些商业性的基于人脸的身份认证系统逐渐进入市场。作为一种非接触式的、容易隐蔽使用的识别技术，基于人脸的身份认证技术成为当今国际反恐和安全防范最重要的手段之一。

1.基于人脸的身份认证系统框架

一个典型的人脸识别系统框架如图3所示。

人脸图像数据的获取图像数据可以是包含人脸图像的静态图像，也可以是动态视频序列，一般可以通过摄像机、照相机、扫描仪等输入设备获得。

图像或视频序列中人脸图像的检测、定位首先在图像中检测到人脸，然后根据人脸比较稳定的特征如眼睛进行特征点定位。人脸检测在自动人脸识别中占有非常重要的地位，直接影响到识别分类的结果。复杂背景条件下实时的自动人脸检测是人脸识别领域非常重要的一个课题。

人脸图像的预处理为了更加有效地提取人脸特征，消减环境光照等变化对人脸识别结果的影响，需要对人脸图像做预处理，这些预处理过程一般包括图像的旋转、光线矫正、直方图均衡等过程。

人脸识别特征的提取提取能够有效区别于其他人的识别特征，为下一步的识别做好准备。

人脸图像的匹配与分类—身份认证得到人脸的特征模式之后，将模式送入设计好的分类器，最后得到分类的结果。

2.方法概述

（1）检测定位人脸检测可以被看作是一个两类的模式识别问题，一个图像区域被分类为人脸或者非人脸。常用的人脸检测方法大致有：

基于知识的方法：这些基于规则的方法将人脸的结构知识进行编码。这些规则通常描述了人脸特征之间的关系。这些方法主要用来进行人脸定位。其代表方法如基于规则的多分辨率方法等。

特征不变法：这些算法的目的在于找到一些不受姿式、视角、光照条件影响的结构特征，并用这些结构特征来定位人脸。其代表方法如：针对面部特征的边缘分组方法；针对纹理的人脸模式空间灰度级独立矩阵方法；针对肤色的高斯混合方法以及将肤色、人脸尺寸、人脸外形等多特征的融合方法等。

模板匹配方法：几种标准的人脸模式被存储起来用于描述整体的人脸或者人脸的各个构成部分。通过计算输入图像和存储的模式之间的相关性来进行检测。这些方法用在人脸定位和人脸检测中。其代表方法如外形模板方法及可变外形模板方法等。

基于外观的方法：与模板匹配不同的是，可以捕捉人脸外观具有代表性的可变性的模型(或模板)是从一组训练图像中学习来的。这些学到的模型被用于检测。其代表方法如：本征脸方法、基于分布方法、神经网络方法、支撑向量机、统计系综学习方法(其典型代表AdaBoost方法)、原始贝叶斯分类器、隐马尔可夫模型、信息论方法等。这类方法现基本成为人脸检测方法的主流方法。

（2）预处理人脸图像的预处理工作包括两部分内容：人脸图像的几何归一化和人脸图像的灰度归一化。

人脸图像的几何归一化是指根据人脸检测的结果将图像中的人脸变换到相同的位置和尺寸。一般是根据人脸图像上器官的位置如眼睛、嘴、鼻子等进行的，归一化后的图像可以完整的保留眼睛、鼻子和嘴的部分。

人脸图像的灰度归一化是指对分割、定位后的人脸图像灰度值进行调整，以尽可能地减小成像环境差异、光照方位、角度不同带来的负面影响。通常是通过光照补偿等方法实现的。

（3）人脸身份认证基本方法基于人脸的身份认证涉及到诸多的技术和方法，这些方法大致可归类为两种模式：基于图像灰度分布的方法(appearance-basedscheme)和基于模型的方法(model-basedscheme)。

基于图像灰度分布分析的人脸身份认证主要思想是人脸图像被表示为一个向量，可看作是高维空间中的一个点，其核心问题是如何通过统计技术分析这些在高维空间中的表征人脸图像的矢量以及分析矢量空间本身。基于外观模式的人脸身份认证又包括线性分析方法和非线性分析方法两类。

线性分析方法主要有：

（1）主成份分析方法(PCA－PrincipalComponentAnalysis)：通过正交变换得到从高维图像空间到低维子空间的变换矩阵[10]，该变换是一种最优正交变换。这些正交基又被称作“特征脸”[11][12]，这种方法被称作基于特征脸的方法。该方法是一种简单、快速、实用的基于代数特征的人脸识别方法，保留了人脸部件之间的拓扑关系，也保留了各器官部件的信息，得到广泛的应用。但它对光照、视角的变化影响比较大，因此对预处理、归一化的要求比较高。

（2）独立成份分析方法(ICA－IndependentComponentAnalysis)[13]：该方法与主成份分析方法非常类似，唯一不同的是各成份的分布不服从高斯分布。

（3）线性判别分析方法(LDA，LinearDiscriminantAnalysis)[14][15]：该方法是模式识别领域里非常有效的降维手段之一，其基本思想是：充分利用训练样本集的类别信息，定义了类内扩散矩阵和类间扩散矩阵，策略就是使类内扩散矩阵尽量小，类间扩散矩阵尽量大，以此达到降维、分类的目的。近年来，衍生出许多改进的或扩展的LDA算法，如多类问题LDA方法、Foley-Sammon最佳鉴别矢量集以及UODV算法等。

线性分析方法在将高维矢量映射为低维矢量时，其变换矩阵是线性的。然而，人脸图像实际上非常复杂，很难用线性模型对其进行完全的刻画和表示，因此，相应的非线性方法得到了很好的研究。常见的非线性方法有：基于核的主成份分析方法(KPCA－KernelPCA)[16]，其主要思想是基于某选定的核函数，构造从输入空间到特征空间的一个非线性映射。此外，典型的非线性方法还有：ISOMAP[17]，LLE[18]等。

基于模型的人脸身份认证技术与基于外观的人脸身份认证技术不同，其主要目标是致力于构建能够表征人脸变化特性的模型，在设计模型时，人脸的先验知识被高度利用。主要代表方法有：基于特征的弹性模板匹配方法(Feature-basedElasticBunchGraphMatching)[19]、二维可变人脸模型(2Dmorphablefacemodel)[20]以及三维可变人脸模型(3Dmorphablefacemodel)[21]等。

3．当前基于人脸身份认证研究中存在的问题

基于人脸的身份认证研究经历了几十年的研究，研究者也提出了诸多经典算法用以提高系统的性能，然而，它仍然是一个存在诸多挑战的课题。主要存在问题可以归结如下：（1）姿态：人脸的图像会随着相机和人脸的相对姿式的不同而改变(正面，45度，侧面，俯视)。（2）结构成份的有或无：一些脸部特征比如胡子和眼镜不会在所有的人脸中出现，而且这些构成部分本身在尺寸外形颜色上也具有很大的不确定性。（3）面部表情：人脸的外观常常受到其表情的直接影响。（4）遮蔽：人脸有可能部分的被其它物体所遮蔽。在一张多人的图像中，一些脸可能部分的被其它的脸所遮蔽。（5）图像旋转：人脸图像会随着相机光轴的旋转而不同。（6）成像条件：拍摄照片的时候，光线(谱段，光源分布和光强)和相机特性(传感器性能，镜头)都会影响一张脸的外观。

其中姿态变化(包括姿势、表情、遮挡物等)和不同光照条件是基于人脸身份认证技术的两大主要挑战问题。近年来该领域的诸多研究致力于解决这些问题。比如：在解决光照影响的研究中，主要形成了三类方法：不变特征法、光照变化建模和人脸图像归一化方法。总而言之，尽管基于人脸身份认证技术取得了长足的进展，其性能仍然不够令人满意[22]。

4．基于人脸身份认证的应用

人脸自动识别技术在商业领域及安全领域都有着广泛的应用。主要包括：（1）证件识别：如居民身份证、驾驶执照、护照等，将证件上的照片与持证人核对，这方面的应用已经开展了起来。（2）银行等安全部门的身份验证：无须密码，直接把交易人与银行里的人脸数据库核对，依此来确定人的身份，这方面应用的安全性要求较高，应用还不广泛。（3）海关、机场等部门的监控系统：计算机实时处理由监控设备传回的视频序列，将其中的人脸图像与数据库中的或罪犯图像比对，及时发现恐怖、犯罪分子。随着近两年恐怖主义事件的频频发生，这方面的应用在美国的机场、海关已经发挥了一定的作用。（4）公安刑事侦察：将嫌疑犯与公安人脸数据库中的罪犯、通缉犯等核对，对案件的侦破有一定的辅助作用，分布式公安人脸数据库人脸识别系统将有非常好的应用前景。（5）新一代的人机交互界面：使机器与人的交互更自然，直接。（6）人脸识别还有很多应用，如现在比较热门的基于内容的图像与视频数据库检索分类、公司或小区的自动门卫系统、远程电视会议、远程教育等，随着人脸识别研究的进一步深入，它的应用领域会越来越大。

基于指纹的身份认证

基于指纹的身份认证技术是20世纪60年代兴起的、利用计算机来进行自动指纹识别的一种方法。作为生物特征身份认证技术的一种，它具有其它特征识别所不可比拟的优点：（1）指纹具有唯一性：每个人的指纹基本上是独一无二的，两人之间就算他们是双胞胎也不可能存在着相同的指纹。在60亿人中不会找到一对特征完全相同的指纹。（2）指纹具有稳定性：每个人的指纹是相当固定的，很难发生变化。（3）指纹具有携带方便性：它是每个人天生具有的，所以获取指纹样本较方便。一个人的十指指纹皆不相同，这样，可以方便地利用多个指纹构成多重口令，提高系统的安全性。所以，自动指纹识别是一种更为理想的身份确认技术。

1．基于指纹身份认证的基本过程

与其它身份认证方法类似，基于指纹身份认证过程也是一类典型的模式识别过程，它包括两个部分：登记过程和认证过程。

2．方法概述

(1)指纹图像预处理—纹增强在指纹认证过程中，尽管任一手指均可用于指纹登记，但通常采用拇指、食指或中指来登记，这是因为拇指纹路较清晰，而食指和中指比较灵活的缘故。同时，登记的指纹最好是纹路清晰、特征点明显、没有破损或疤痕。

在实际的自动指纹身份认证系统中，总是出现指纹图像质量偏低的情形，因而，指纹图像增强的研究成为指纹特征提取过程的一个关键所在。为了提高质量偏低指纹图像的处理效果和效率，研究者们提出了多种指纹增强算法，如Willis等人提出的指纹增强算法[23]，LinHong等人提出将Gabor滤波器用于指纹图像增强[24]等等。

(2)特征提取根据指纹的总体形状和细节，指纹的特征分为两类：总体特征和局部特征(细节特征)。其中总体特征包括：基本纹路图案(环型、拱型、螺旋型)、核心点、三角点、式样线、纹数等；局部特征指的是指纹上的节点。通常有6种类型的指纹节点：脊断点、分歧点、分叉点、孤立点、短纹、环形点。除了类型特性以外，节点还有如下三种特性：方向、曲率、位置。

根据需求的不同，还可以把人的指纹特征分为永久特征和非永久特征。其中永久特征在人的一生中永远不会改变，如基本纹路图案、核心点、三角点、脊断点、分叉点、纹数、纹路曲率等；而非永久特征主要是在后天环境下形成的，如孤立点、短纹、疤痕以及由疤痕而造成的断点等等。

两枚指纹经常具有相同的总体特征，但它们的局部特征却不可能完全相同。因此，一般而言，基于指纹的身份认证系统大多是根据细节点的数目、类型和位置等信息来实现身份的认证。这使得准确可靠的检测细节特征对于基于指纹的身份认证具有非常重要的意义。近年来，许多研究者对此展开了较深入的研究，如：Srinivasan等人提出了一种通过检测纹线方向直方图的检测方法[25]；Bazen等人提出一种用纹线方向变化梯度的检测方法[26]等。

(3)匹配及识别指纹识别系统的核心步骤是指纹匹配，基本包括如下几类：细节点匹配、脊线匹配以及指纹特征向量匹配等。一般来说，指纹匹配首先是进行指纹的校准，然后进行匹配点对的计算。指纹识别的研究在近几年里也取得很大的进展，提出了许多较好的方法，如目前最常用的FBI方法：它利用脊线末梢与脊线分支点来进行指纹鉴定和点模式匹配。此外，Hrechak等人提出了通过结构匹配的指纹识别方法[27]；Isenor等人提出用图匹配的方法来进行指纹匹配[28]；Miklos等人提出的三角匹配算法[29]等等。

为了寻求待识别图像相对于模板图像的最佳平移参数和旋转角度，研究者将曲线拟合技术引入指纹匹配过程中，通过对纹线拟合度的分析来进行指纹识别。此外，由于噪声干扰和特征点提取方法不完备等不利因素的影响，特征匹配需要解决由此引起的一系列问题，如特征数目不等、几何畸变以及伪细节点的出现等等。针对这些问题，研究者们分别提出利用Delaunay三角形化进行特征点空间剖分的特征匹配方法，多模板细节点融合方法等等。

在对当前指纹识别的现状及趋势进行深入分析的基础上，研究者们提出了基于细节点匹配，综合多种匹配方法的指纹识别思想。这一思想被认为是提高指纹识别系统可靠性的一种非常有效的途径。

3．基于指纹身份认证的应用

基于指纹的身份认证技术历史悠久，发展成熟，其应用领域也非常广泛，主要包括：（1）刑事侦破：这是指纹身份认证技术最早的应用领域。（2）门禁系统：指纹身份认证技术和产品较多应用于门禁系统。（3）金融证券：由于金融业务涉及资金以及客户的经济机密，为保证资金安全，保护银行客户及银行自身的利益，在业务管理和经营过程中，利用指纹身份认证技术越发显现出其必要性。（4）户籍管理：可以为加强政府行政准确度和行政管理力度提供可靠的质量保证。（5）员工考勤：员工考勤的公正、合理、科学、有效逐步成为企业或公司面临的现实课题，这首要强调的是身份认证的准确性。（6）其它如计算机及网络，社会保险，移动通信等等领域。

发展趋势

基于生物特征的身份认证技术经历了几十年的研究和探索，基本形成由利用单一的生物特征到综合多种生物特征来进行身份认证的发展趋势。

由于各种生物特征的识别方式都有其一定的适用范围和要求，单一的生物特征识别系统在实际应用中显现出各自的局限性，如有些人的指纹无法提取特征，患白内障的人虹膜会发生变化等等，统计显示迄今为止，还没有一个单生物特征能达到完美无错的要求。目前，生物特征识别领域出现了一种新的方向，即多种生物特征识别技术结合使用。如德国知名的法兰富尔协会研发了一种多重模板识别系统，DCSAG公司采用这一专利开发了身份识别系统BiolD。BiolD利用目前日渐普及的数字摄像头，将一个人的面貌、声音以及嘴唇运动三种生物特征相结合，在一秒钟内快速完成识别。由于在识别过程中同时采用了动态、静态这两种特征，当其中的一种生物特征变动时，多重模板识别系统还能依据其它两项生物特征进行识别。将数据融合方法用于身份鉴别，结合多种生理和行为特征进行身份鉴别具有低错误拒绝率、特征变化的适应性强、安全可靠性高等优点，从而进一步精化了识别率。提高鉴别系统的精度和可靠性，成为身份鉴别领域发展的趋势。

虽然目前中国生物识别研究的总体水平与国际先进水平尚存在一定差距，但研究步伐大体上跟国际同步，并在虹膜、指纹、声纹、人脸、掌纹、笔迹识别等领域颇具特色，达到世界先进和领先水平。为了推动国内生物认证技术的发展，不久前，作为国内生物认证技术研究单位之一的中科院自动化研究所，以模式识别国家重点实验室为核心，成立了国内第一个生物特征识别技术的专业认证与测评机构——“生物特征认证与测评中心”，结束了国内生物认证领域没有评测机构的历史。

在以计算机技术和生物技术为主流科技的知识经济崛起时代，身份认证有了来自生物体自身的密匙，横跨这两大科技领域的生物特征识别技术正愈益显示出其旺盛的生命力和远大前景。

生物基本特征篇6

1材料与方法

1．1试验设计

本研究通过3个田间试验，构建不同生长条件下冬小麦的群体生长过程，为建立产量形成与群体动态变化的关系提供数据支持。

1．1．1田间试验

设计试验Ⅰ于2009年10月11日—2010年6月16日在河北吴桥试验站进行。耕层土壤基础养分为有机质16．07g／kg、全氮1．10g／kg、速效磷33．20mg／kg和速效钾142．75mg／kg。品种为石麦15，播种行距为0．2m，设基本苗、水、氮、磷和钾5个试验因素，各因素均设5水平，以均匀设计方法［14－15］为基础，越冬前选用U10（55）均匀设计表，拔节和开花期用U10（52）均匀设计表，根据冬小麦生产管理的阶段性，结合田间群体大小，设定动态水肥方案［16］。按吴桥地区栽培模式，设处理11和12为2个对照，共12个处理（表1），每个处理3次重复。试验Ⅱ于2010年10月14日—2011年6月15日在相同地点不同田块进行，土壤耕层含有机质11．43g／kg、全氮1．04g／kg、速效磷33．20mg／kg和速效钾128．48mg／kg。品种为石麦15，试验Ⅱ设计方法与试验Ⅰ相同，但各因素的设置略有不同。共设12个处理（表2），每个处理3次重复。试验Ⅲ于2012年10月18日—2013年6月15日在相同地点不同田块进行。土壤耕层基础养分为有机质8．21g／kg、全氮1．30g／kg、速效磷26．53mg／kg和速效钾152．60mg／kg。试验Ⅲ设计方法与试验I相同，但各因素的设置略有不同。共设12个处理（表3），每个处理3次重复。

1．1．2调查及测定

项目于越冬前、起身期、拔节期、孕穗期、开花期、花后10d、花后20d和成熟期，每小区取一行0．5m长（0．1m2）的植株，数总株数，从中选取10株有代表性的植株，量取叶面积，用长宽系数法计算叶面积，最后得到LAI。同时，将样段内所有植株剪去根装入纸袋，105℃杀青0．5h，80℃烘干至恒重，计算单位土地面积上的植株干物重（kg／hm2）；于越冬前数3行1m长（0．6m2）的总茎数；于成熟期选取具代表性4m2样方测产，折算产量（含水量13％）。于小区内选取具代表性的3行1m长（0．6m2）调查穗数，并从中选取30株调查穗粒数，每小区测产的样品中取500粒籽粒烘干称重，3次重复，计算得到千粒重（含水量为13％）。气象数据来源于试验点所在气象站。

1．2产量形成与冬小麦群体动态变化特征的关系构建方法

1．2．1冬小麦群体动态变化特征

由于冬小麦越冬期间地上部分停止生长，其群体动态变化在整个生长阶段是不连续的，因此，将冬小麦群体动态变化特征分为冬前和冬后2个阶段来考虑。干物质积累特征冬前用单株干物重和冬前茎描述，冬后用Logistic曲线来描述；LAI特征冬前用单株叶面积来表示，冬后用Rational生长曲线来描述。将不同生育阶段＞0℃的积温GGDDi（从播种开始至不同生育时期的积温）进行归一化处理，得到相对积温RGDDi＝（GGDDi／GGDDH），其中GGDDH为收获时累积的＞0℃的有效积温（℃）。RGDDi的取值为0～1，i＝1，2，…，8，表示取样时的生长状态点，1为返青期，2为起身期，3为拔节期，4为孕穗期，5为开花期，6为花后10d，7为花后20d，8为成熟期。同理，将LAI和播种—成熟的天数分别进行归一化处理，将最大叶面积指数和播种至成熟天数分别定为1，得到相对LAI（LR）（取值0～1）和相对时间RGDi（取值0～1）。利用CurveExpert1．34软件对冬后干物质积累与相对积温（RGDDi）之间的关系进行拟合，得到最优化的Logistic方程y＝a／（1＋be－cx），其中y为干物质积累量，x为RGDDi，得到方程参数分别为a、b、c，在此基础上得到干物质增长最大速率ac／4出现时的相对积温x＝lnb／c，以及干物质积累速率曲线上的2个拐点对应的相对积温值x1＝（lnb－1．317）／c与x2＝（lnb＋1．317）／c［17］。同时，将冬后相对LAI和相对时间之间的关系进行拟合，得到最优化的Rational方程y′＝（a′＋b′x′）／（1＋c′x′＋d′x′2），其中y′为LR，x′为RGDi，获取方程特征参数a′、b′、c′和d′。

1．2．2产量形成与群体动态变化特征模型的构建及检验方法

在干物质积累过程特征参数与产量模型优化的基础上［13］，用SPSS17．0软件分析干物质积累特征参数、LAI动态变化特征参数与产量之间的关系，建立产量与群体动态变化过程特征的关系模型。并采用配对t检验进行模型检验，分析模型模拟值与观测值间的一致性，该一致性越好，模型的模拟结果越准确、可靠。建模数据来自试验Ⅱ和Ⅲ，模型独立样本检验数据来自试验Ⅰ。

1．3冬小麦群体参数优化方法

根据非线性规划理论，其模型一般形式可以表示为：Maxf（x）（1）gj（x）≥0，j＝1，2，…，m（2）hk（x）＝0，k＝1，2，…，l（3）式中，（1）为目标函数，（2）和（3）为约束函数。结合冬小麦生长特点及参数的生物学意义，以产量为目标，群体动态变化特征参数为中间变量，其目标函数为MaxY（a，b，c，a′，b′，c′，d′）。在构建设计方法中，约束条件主要有：1）产量与群体动态变化参数的关系约束，冬前茎与基本苗、冬前有效积温的关系，穗数、穗粒数、千粒重与干物质积累特征参数的关系约束，这类约束是等式约束；2）不同生育时期干物质积累量的变化范围约束，由试验中的栽培条件决定，其中Wi＝a／（1＋be－cxi），W为干物质积累量（t／hm2），xi为RGDDi；3）不同生育时期LAI的变化范围约束，由试验中的栽培条件决定，其中Li＝（a′＋b′x′i）／（1＋c′x′i＋d′x′i2），L为LR，x′i为RGDi，i分别代表不同的生长时期；4）参数自身需满足的范围约束。用MicrosoftExcel2003的规划求解进行分析，得出目标函数的最优值，同时也获得群体动态变化参数a，b，c，a′，b′，c′和d′等。

2结果与分析

2．1产量形成与群体动态变化特征参数关系模型及检验

2．1．1冬小麦群体动态变化特征参数

冬小麦冬后干物质积累特征参数见文献［13］。对于LAI的动态变化特征（表4），每个试验及处理的Rational曲线拟合的r值都大于0．9，说明Rational曲线可用于描述越冬后小麦LAI动态变化过程。不同处理下群体LAI变化不同，因而有不同的参数组合。当x＝1时，y′＝（a′＋b′）／（1＋c′＋d′），（a′＋b′）／（1＋c′＋d′）即为收获期的冬小麦群体的LAI，方程只有1个峰值，且当x∞时，y′0。Rational方程y′＝（a′＋b′x′）／（1＋c′x′＋d′x′2）同时可以变为y′＝［1／（c1＋d1x′）］－［1／（c2＋d2x′）］，前部分代表新生叶面积的累积量，后一部分代表叶面积衰亡的累积量，从这个角度更能解释叶面积的增长规律。

2．1．2产量形成与群体动态变化特征的关系模型

将各处理的群体动态变化特征与产量Y（kg／hm2）之间作逐步回归分析，得到模型（4）。Y＝89．936×（ac／4）＋14633．895×x2＋25701．599b′＋1906．812c′d′（r＝0．9，s＝510．6）（4）将模型变换形式：Y＝89．936×（ac／4）＋14633．895×（lnb＋1．317）／c＋25701．599b′＋1906．812c′d′（5）从（4）和（5）式可以看出，石麦15产量的形成与群体动态变化参数有一定的相关性，与干物质积累的特征参数ac／4、x2，以及LAI特征参数b′、c′和d′关系密切。产量的形成与干物质最大积累速率关系密切，且干物质快速积累的延续点离收获期越近，能为产量的提高提供更多物质基础，有利于产量的提高。另外，在保证物质积累高效的基础上，LAI动态变化特征是对产量形成过程的优化。

2．1．3模型检验

首先用建模的数据进行产量模拟值与观测值比较，t检验显著水平P为0．966，大于0．05，差异不显著（图1（a））。其次，用独立样本（试验I）的数据来验证模型的效果，将模型的模拟值与观测值进行配对t检验，t检验显著水平P为0．142，大于0．05，差异不显著（图1（b））。

2．2冬小麦群体参数优化设计过程

以上述构建的产量与群体动态变化特征参数模型及以往的研究为基础，结合冬小麦生长特点及参数的生物学意义，在构建设计方法中，目标函数为MaxY（a，b，c，a′，b′，c′，d′），约束条件应满足（6）～（20）式。其中，（6）～（10）式为第①类约束；（11）和（12）为第②类约束，干物质是不断增加的过程，且不同生长时期的上下限由试验中的栽培条件决定；（13）～（14）为第③类约束，LAI在孕穗期达最大，返青—孕穗期是不断增加的，孕穗—成熟期是降低的；（15）～（20）为第④类约束。在第④类约束中，对于干物质积累特征参数，a为干物质积累的最大值；最大积累速率出现的时间在拔节—灌浆后期，因此0．3＜lnb／c＜1；干物质快速积累的时间段为拔节初期—灌浆后期，因此0．3＜x1＜x2＜1。对于冬后LAI动态变化特征，在孕穗期，即x∈（0．82，0．84），LAI基本上达到生育期内最大值，即（a′＋0．830b′）／（1＋0．830c′＋0．689d′）1；收获期的LAI尽量小，因此（a′＋b′）／（1＋c′＋d′）0。Y＝89．936×（ac／4）＋14633．895×x2＋25701．599×b′＋1906．812×c′d′（6）u1＝－1523．481＋1．214u0＋5．122v1（7）u2＝8．274a＋34．977c＋0．201u1（0．000120bu1（0．000056（x2u1）2（8）u3＝162．683（1．131×（ac／4）（0．572×（lnb／c）×u2＋0．005532au2＋0．000943（x1u2）2（9）u4＝73．291（2．638c＋1．170（ac／4）（288．885AB（1．235（ac／4）B＋243．041AB2＋892．536A3B（670．937A3B2（10）Wi＜Wi＋1，Wi下限≤Wi≤Wi上限（11）0＜W2≤2，2≤W3≤4，5≤W4≤9，9≤W5≤12，12≤W6≤16，16≤W7≤19，19≤W8≤23（12）Li＜Li＋1，i＝1，2，3，4Li＞Li＋1，i＝4，5，6，7，8Li下限≤Li≤Li上限（13）0＜L2≤0．3，0．3≤L3≤0．8，0．9≤L4≤1，0．6≤L5≤0．9，0．4≤L6≤0．6，0．2≤L7≤0．4，0≤L8≤0．1（14）a＝Wmax（15）0．3＜lnb／c＜1（16）0．3＜x1＜x2＜1（17）0．9≤（a′＋0．830b′）／（1＋0．830c′＋0．689d′）≤1（19）0≤（a′＋b′）／（1＋c′＋d′）≤0．1（20）式中：Y为产量（kg／hm2），u0为基本苗（104／hm2），u1为冬前茎蘖数（104／hm2），v1为冬前有效积温（℃），u2为穗数（104／hm2），u3为穗粒数，u4为千粒重（g），A＝（1（x2）／（1（x1），反映干物质积累速率方程2个拐点比例特征关系，B＝1000［（ac／4）／u2／u3］［（x2（x1）／（1（x1）］，反映最大干物质积累速率对籽粒灌浆的影响特征。在此约束条件下，用MicrosoftExcel2003的规划求解得出目标函数的最优值，同时得到群体动态变化特征参数a，b，c，a′，b′，c′和d′等指标（表5），通过参数结果获得产量和产量构成因素及其他群体生长指标（表6和图2）。

3讨论

定量分析作物生产过程中群体的动态变化是揭示作物产量形成和掌握高产群体调控指标的重要内容［18］。Logistic模型可用于分析水稻、小麦和玉米等作物的干物质积累动态变化特征［3－5］，Rational模型能较好地反映LAI的动态变化过程［10－11］。在不同品种、栽培措施和气象条件下，模型参数差异较大，通用性不强，采用“归一化”的方法能消除年际间积温、播期、品种及密度等差异［19］。本研究基于产量与干物质积累特征的模型，引入LAI变化特征参数，优化了模型，模型的相关系数提高到了0．9以上，且检验显著水平值大于0．05，差异不显著。在此模型的基础上建立以产量为目标的群体参数优化设计方法，得出的参数结果基本符合冬小麦的生长规律。2009／2010、2010／2011和2012／2013生长季冬小麦的产量分别为8265kg／hm2、8670kg／hm2和6828kg／hm2，和优化目标产量有一定的差距。3年的试验结果中，最高产量为9781kg／hm2，穗数为536×104／hm2，穗粒数为40，千粒重为46g，与该方法设计的最大目标产量的结果相近，但略低于该目标产量。因此，利用该方法设计的结果具有一定的有效性，且实现了产量的优化。另外，建模的数据来源于1个品种，因此，在今后的研究中需增加多个品种数据，以完善模型的稳定性和适应性。由于农田肥力或者年际间气候的差异，对于不同生产条件可以将参数的约束范围及群体生长动态变化范围的上下限进行调整。当生产条件适宜，可以将群体生长动态变化的下限上调或者不调；生产条件不宜可将上限下调，调整幅度依赖于对生产条件的判断。通过本研究的群体优化设计方法，能为栽培管理提供指导。在华北平原，大田试验中实现9000～9826kg／hm2的水平已经达到，但是农户农田大部分产量水平仅在7500kg／hm2左右，通过缩小农民产量和试验产量的差距，能使粮食总产上一个大台阶［20］，本研究能为缩小这种产量差提供技术分析手段。与以往［21］的研究相比，本研究提出的方法具有几个优点：第一，系统性，能定量描述达到目标产量时，整个生育过程中干物质及LAI的动态变化过程，以及其他的群体指标等；第二，灵活性和方便性，本设计方法能适用于不同生产技术条件以及生产中任何时间点，能进一步将不同的数据资料综合起来处理。另外，设计过程中利用的非线性优化理论相对成熟，提高了方法的可靠性和稳定性。

4结论