楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計

文/張琴 黃凱 袁佩玲 楊青 鄭世玨

1 引言

楚國上下八百年的歷史，源遠(yuǎn)流長，創(chuàng)造了種種的文化成果。在秦始皇統(tǒng)一中國后，發(fā)生了一件著名的事件——禁書坑儒，各國的史書文獻(xiàn)被燒毀，楚國文明也因此不得深知。近現(xiàn)代以來，越來越多的楚國遺址和墓葬被考古學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，這些遺址、墓葬里出土了許多的文物。春秋戰(zhàn)國時期，楚國作為春秋五霸戰(zhàn)國七雄之一，它的青銅冶鑄技術(shù)走在前沿，它的絲綢刺繡想象豐富、浪漫絢麗，它的音樂和美術(shù)令人向往，它還有屈原這樣的偉大詩人令人敬佩。這種種全是中華民族的瑰寶，需要保護(hù)、研究和發(fā)揚(yáng)。

在計算機(jī)技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和信息技術(shù)長足發(fā)展的今天，對楚國文物的保護(hù)與研究將有更加科學(xué)的方式。為楚國文物建立一個高效的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，有利于楚國文化的傳承和發(fā)揚(yáng)。由于分布式數(shù)據(jù)庫具有靈活的體系結(jié)構(gòu)、系統(tǒng)的可靠性與可用性高等優(yōu)點，所以在此采用分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計。

2 楚國文化

楚人最初是北方中原人，中國商代初期從中原向南遷徙直至江漢之地。楚人南下后，不斷吸收他國文化，又保存著自己原來文化的特點，而這兩者結(jié)合在一起的文化便成為了神秘、浪漫的楚文化。楚人在冶鑄、

髹漆、織繡、建筑、天文、歷法、音樂、藝術(shù)等領(lǐng)域都有著相當(dāng)大的成就。

2.1 楚國文物

在先秦時期，銅是非常重要的礦產(chǎn)資源，鑄造禮器、樂器、兵器都需要銅。楚國青銅樂器中曾候乙編鐘中外聞名。楚國學(xué)習(xí)其他文化先進(jìn)的冶鑄技術(shù)，逐漸形成了楚國自己別具一格的青銅器風(fēng)格。

楚國的漆器，制作工藝精妙，花紋奇特、種類繁多、應(yīng)用廣泛，在生活器皿、喪葬用器、樂器、車馬器、兵器等方面都有應(yīng)用。其中造型獨特、雄揚(yáng)高吭的虎座鳥鼓架是楚文化的代表。

楚國的建筑浪漫質(zhì)樸，多為干闌式建筑，楚國的建筑裝飾多以紅色和黑色兩色為基調(diào)，體現(xiàn)著楚人崇尚自然、天人和一的建筑觀。

楚國織繡品種繁多，制作工藝精良，著色艷麗，圖案靈活多變，尤其龍鳳的形態(tài)豐富多樣。楚國的織繡充分展現(xiàn)出了楚人奇特的想象力。

2.2 楚國人物

楚國有很多歷史名人，諸如楚莊王、詩人屈原、名將項燕、春申君黃歇、宋玉、偉大的哲學(xué)家和思想家老子等等。

偉大的愛國詩人屈原，提倡“美政”思想，因為主張改革，觸動了楚國貴族大臣們的利益，被貴族誣陷，他兩次被流放，第一次流放至漢北地區(qū)，第二次被流放至沅湘地區(qū)。屈原一生心系楚國，他的詩歌體現(xiàn)了他的愛國情懷。他開創(chuàng)了楚辭這一新文體，寫下了一系列諸如《離騷》這樣的傳世的著作。

2.3 楚國風(fēng)俗

從楚國文物文飾和出土的銅劍數(shù)量可以看出楚人尚武，這也是楚國強(qiáng)大的原因之一。楚人本是從中原遷移而來，在其南下后，仍不忘自己是火神祝融的后裔。楚人南下后，將中原文化與荊楚本地文化相融合，形成了楚國巫風(fēng)甚濃的獨特的巫文化。巫成為人與神溝通的重要媒介，巫師以舞降神，與神通靈。

圖1：楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫體系結(jié)構(gòu)圖

圖2：楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)分片樹圖

圖3：楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)片段分配圖

3 分布式數(shù)據(jù)庫特點

分布式數(shù)據(jù)庫，從物理上來講是分散的，而從邏輯上來講又是集中的。分布式數(shù)據(jù)庫有物理分布性、邏輯整體性以及站點自治性等特點。物理分布性指的是數(shù)據(jù)是分散開來保存于許多的場地，而不是保存于一個場地上，這些場地（或稱節(jié)點或站點）是由網(wǎng)絡(luò)連接起來的。而正是因為這種連接，使得這些節(jié)點的數(shù)據(jù)在邏輯上構(gòu)成一個統(tǒng)一的整體，也就是分布式數(shù)據(jù)庫的邏輯整體性。而它每個場地都能獨立地管理數(shù)據(jù)，也就是分布式數(shù)據(jù)庫的站點自治性。

由于其獨特的結(jié)構(gòu)，分布式數(shù)據(jù)庫允許存在一定的數(shù)據(jù)冗余，站點自治能力強(qiáng)，它有幾個突出的優(yōu)點：

（1）適合分布式數(shù)據(jù)管理，能有效地提高系統(tǒng)性能。分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計目的就是為了能夠很好地適應(yīng)分布式管理的控制。

（2）系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)性和靈活性好。將數(shù)據(jù)保存在存取最頻繁的場地中，這樣在單一場地操作數(shù)據(jù)就更多的是本地操作，有利于效率提高，并且還能降低通信費用。在分布式環(huán)境中，可以比較方便地添加數(shù)據(jù)或者增加新的站點，可擴(kuò)展性和靈活性高。

（3）系統(tǒng)的可用性和可靠性強(qiáng)。由于有多個站點，當(dāng)某個站點出現(xiàn)問題時，其他站點仍然可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（4）數(shù)據(jù)透明性。數(shù)據(jù)透明性主要體現(xiàn)在分布透明、分片透明和復(fù)制透明這三個方面。

（5）站點自治性。分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)可全局應(yīng)用也可局部應(yīng)用，局部應(yīng)用的用戶在一定程度上獨立于全局用戶。

表1：文物表

圖4：楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫表關(guān)系圖

4 楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫設(shè)計

4.1 資源標(biāo)準(zhǔn)

對于資源的整理與錄入有一定的要求。文物資源資料需要包括文物的名稱、材質(zhì)、時間（指此文物是制造的時間）、文物出土（發(fā)現(xiàn)）時間、文物出土（發(fā)現(xiàn)）地點、文物件數(shù)、文物的用途、文物類別(建筑,青銅器,絲織品,農(nóng)具,武器等)、文物等級（國家n級，省n級）、與此文物相關(guān)的素材（包括文章、圖片、音頻、視頻等）、文物簡介、文物的主人情況(包括姓名、身份、朝代、簡介)、參考資料鏈接地址文物資料。

對于人物和節(jié)日資源的收集和整理與文物資源類似。人物資源的內(nèi)容需要包括姓名、身份、出生時間、去世時間、朝代、相關(guān)歷史事件、文學(xué)作品、與此人物相關(guān)的素材（包括文章、圖片、音頻、視頻等）、生平簡介。節(jié)日需要收集的內(nèi)容包括名稱、節(jié)日簡介、時間（指節(jié)日是起源于什么時候的）、此節(jié)日流行地點、此節(jié)日的目的和作用的文件名、與此節(jié)日相關(guān)的素材的文件名（包括文章、圖片、音頻、視頻等）。

對于圖片素材，要求jpg或png格式，應(yīng)該在盡量保持圖片細(xì)節(jié)的前提下減少圖片大小，考慮到圖片瀏覽的流暢性，如果沒有特殊要求，圖片的分辨率應(yīng)小于1280×1024，圖片文件大小應(yīng)該小于3M。jpg格式圖片的壓縮比應(yīng)該為85左右，最高不超過95。png格式應(yīng)為8bit帶alpha通道格式。音頻應(yīng)為mp3格式。視頻素材要求mp4格式，默認(rèn)的視頻幀數(shù)每率為25fps，碼率應(yīng)該小于等于400kbs。采用的視頻編碼應(yīng)該為VC-1、H.264、MPEG-4、WMV-HD這四種編碼方式其中一種。視頻文件大小應(yīng)不大于70M，時長不大于20分鐘。

4.2 楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計

4.2.1 楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫設(shè)計思想

楚國文物、墓群與建筑等主要發(fā)現(xiàn)于湖北、湖南、河南三省?？紤]到在這些地方分別建立楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，而在此系統(tǒng)完全建成后，將會有頻繁的查詢操作，所以使用分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，以提高系統(tǒng)的可用性和可靠性。各地之間的數(shù)據(jù)庫通過數(shù)據(jù)庫鏈相互連接。在對楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫的設(shè)計過程中，采用了自頂向下的設(shè)計方式。分片設(shè)計采用水平分片方式，將全局?jǐn)?shù)據(jù)劃分為三個片段。然后分別將它們分配到三個節(jié)點。

4.2.2 楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫分布式架構(gòu)

湖北、湖南、河南三地各自的數(shù)據(jù)庫都是相互獨立的系統(tǒng)，可以實現(xiàn)站點自治。節(jié)點與節(jié)點之間用數(shù)據(jù)庫鏈相互連接。楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫架構(gòu)如圖1所示。

在圖1中，包含域名的HUBEI.CWH.COM, HUNAN.CWH.COM以 及HENAN.CWH.COM三個英文名稱分別是數(shù)據(jù)庫1（湖北楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫），數(shù)據(jù)庫2（湖南楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫），數(shù)據(jù)庫3（河南楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫）的全局?jǐn)?shù)據(jù)庫名稱，也在分布式環(huán)境中起唯一標(biāo)識作用。

4.3 楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)分片設(shè)計

分片是分布式數(shù)據(jù)庫中對全局?jǐn)?shù)據(jù)的邏輯劃分，這種劃分成的片段之間是互不相交的。它的基本思想是根據(jù)數(shù)據(jù)的某一個屬性將其分成若干片段。分片的方式包括水平分片、垂直分片以及混合分片。

對文物關(guān)系（CRR）進(jìn)行數(shù)據(jù)分片并且保證數(shù)據(jù)的完整性。

根據(jù)楚國文物“出土（發(fā)現(xiàn)）省份”這一屬性并按如下的分片條件進(jìn)行水平分片：

P1:滿足（出土（發(fā)現(xiàn)）省份≠湖南AND出土（發(fā)現(xiàn)）省份≠河南，也就是出土于湖北及其他出土于除湖南和河南之外的省份的文物）的所有分組。

P2:滿足（出土（發(fā)現(xiàn)）省份=湖南）的所有分組。

P3:滿足（出土（發(fā)現(xiàn)）省份=河南）的所有分組。

分片樹如圖2所示。

4.4 楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)分配設(shè)計

對分片得到的片段指定存儲的節(jié)點就是分配。分配類型包括復(fù)制分配和非復(fù)制分配。非復(fù)制分配就是將分片得到的片段只保存在一個節(jié)點上，在其他節(jié)點上沒有副本。而復(fù)制分配就與之相反。復(fù)制分配又包括全復(fù)制分配和部分復(fù)制分配。

由于在楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)全面建成后，查詢操作會很頻繁，為了便于查詢，采用全復(fù)制分配。如圖3所示。

圖3中，CRR為全局?jǐn)?shù)字文物關(guān)系，將其水平分片后得到的P1,P2,P3片段采用全復(fù)制分配的方式分配到每個場地。這樣在單個場地中操作數(shù)據(jù)更方便高效。

4.5 楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫表設(shè)計

前期對楚國文物資源的收集和整理為楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供了思路。數(shù)據(jù)庫中的表與表之間的邏輯關(guān)系如圖4所示，文物表有主鍵文物編號，三個外鍵材質(zhì)編號、文物類別編號、文物等級編號，這三個外鍵分別為材質(zhì)表、文物類別表、文物等級表的主鍵。主人文物關(guān)聯(lián)表的兩個外鍵文物編號和主人編號，分別是文物表和文物主人表的主鍵，這兩個字段作為主人文物關(guān)聯(lián)表的聯(lián)合主鍵。文物關(guān)系表的外鍵文物編號是文物表的主鍵。文物素材表的兩個外鍵文物編號和素材編號分別是文物表和素材表的主鍵。

4.5.1 文物表

文物表，用于存儲文物的信息，在文物表中，首先要對每個文物有一個編號，要存儲文物的名稱、文物的材質(zhì)（在表中存儲材質(zhì)編號，關(guān)聯(lián)材質(zhì)表），出土（發(fā)現(xiàn)）時間、出土（發(fā)現(xiàn)）地點、件數(shù)（同樣的文物可能有多件）、用途、文物類別（在表中存儲文物類別編號，關(guān)聯(lián)文物類別表）、文物等級（在表中存儲文物等級編號，關(guān)聯(lián)文物等級表）、簡介。如表1所示。

4.5.2 材質(zhì)表

材質(zhì)表，用于存儲文物的有哪些材質(zhì)，比如青銅、玉、陶瓷、木質(zhì)、鐵等，主鍵材質(zhì)編號作為文物表同名字段外鍵。

4.5.3 文物類別表

文物類別表，用于存儲文物有哪些類別，主要包括楚國建筑、遺址、楚國墓葬、石刻、石窟寺、紀(jì)念址、石器、陶器、銅器、鐵器、金銀器、玉器、瓷器、漆器、工藝品、書畫、楚國文獻(xiàn)等，主鍵文物類別編號作為文物表的同名字段外鍵。

4.5.4 文物等級表

文物等級表，用于存儲物有哪些等級，比如國家一級、國家二級、國家三級、省一級、省二級、省三級等，主鍵文物等級編號作為文物表的同名字段外鍵。

4.5.5 主人表

主人表，用于存儲文物主人信息，主人表中需要給主人編號、存儲主人姓名、身份、朝代、簡介。

4.5.6 文物主人關(guān)聯(lián)表

一種文物可能對應(yīng)多個主人，一個主人可能有多種文物，所以文物表與主人表是多對多的關(guān)系，因此需要建一張文物主人關(guān)聯(lián)表，來主人表與文物表，表中有文物編號和主人編號兩個字段，并將它們作為聯(lián)合主鍵。

4.5.7 文物關(guān)系表

文物關(guān)系表，用來存儲文物之間的關(guān)系，一種文物可能是由其他文物演變改進(jìn)而來的，此時其他文物就算作雙親文物，一種文物也可能演變改進(jìn)為其他文物，這時其他文物就算作孩子文物。由于一種文物可能有0個或多個雙親文物和0個或多個孩子文物，所以額外用一個編號作為主鍵，文物編號作為外鍵。

4.5.8 素材類型表

素材類型表，用來存儲文物的相關(guān)素材類型，比如文字、圖片、視頻、音頻等，將素材類型編號作為主鍵。

4.5.9 文物素材關(guān)聯(lián)表

一種文物可能有好幾種素材，一種素材可能對應(yīng)許多文物，所以文物表和素材類型表是多對多的關(guān)系，因此需要用一張文物素材關(guān)聯(lián)表將文物表和素材表關(guān)聯(lián)起來，將文物編號和素材類型編號這兩個字段作為聯(lián)合主鍵，其中文物編號是關(guān)聯(lián)文物表的外鍵，素材類型編號是關(guān)聯(lián)素材類型表的外鍵，另有一個字段素材路徑，用于存儲相應(yīng)的素材路徑。

5 結(jié)束語

將楚國數(shù)字文物數(shù)據(jù)庫設(shè)計為分布式數(shù)據(jù)庫，能提高數(shù)據(jù)庫的訪問速度，具有更高的并發(fā)訪問量，且能夠?qū)崿F(xiàn)對數(shù)據(jù)的冗余備份，保證數(shù)據(jù)和服務(wù)的高可靠性。

楚國文化瑰麗浪漫、源遠(yuǎn)流長，楚國文物神秘詭奇、精妙絕倫，擁有八百年歷史的楚國創(chuàng)造了豐富的文化寶藏。楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的設(shè)計是為了更好地傳承楚國文化，保護(hù)文物信息。楚國數(shù)字文物分布式數(shù)據(jù)庫從文物本身出發(fā)存儲楚國文物信息。愿在往后的學(xué)習(xí)工作中能夠?qū)⑦@個項目修正完善。

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