基于GIS下的文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)分析

摘 要：憑借地理信息系統(tǒng)（GIS）可以創(chuàng)建、管理、分析和繪制所有類型數(shù)據(jù)的平臺(tái)軟件，通過分析文物保護(hù)管理部門的使用需求及使用原則，充分調(diào)研文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)的準(zhǔn)備工作，從而制定出符合文物保護(hù)管理需求的數(shù)據(jù)模塊，用于改善文物信息交流、提高文物工作者的效率以及更好地做出文物保護(hù)方面的管理和決策等工作。

關(guān)鍵詞：GIS；文物保護(hù)；信息管理

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.11.005

目前我國建立了多部法律法規(guī)，設(shè)立了多級部門，全方位、多層次地對文物保護(hù)工作予以監(jiān)管，但現(xiàn)階段文物保護(hù)工作還缺乏科學(xué)有效的數(shù)據(jù)分析，保護(hù)手段多停留在傳統(tǒng)的眼觀、手觸以及基于原始數(shù)據(jù)的分析上，保護(hù)工作被動(dòng)應(yīng)付，文物檔案的管理仍存在以人力為主的狹隘性。隨著社會(huì)各界對文物保護(hù)意識的進(jìn)一步增強(qiáng)，如何結(jié)合歷史數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)監(jiān)測數(shù)據(jù)提高文物保護(hù)工作的準(zhǔn)確性和高效率成為新的挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，GIS空間地理分析架構(gòu)應(yīng)運(yùn)而生。運(yùn)用GIS地理信息系統(tǒng)可以對文物的地理空間和現(xiàn)象的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、管理，從而為文物保護(hù)、管理等工作提供科學(xué)數(shù)據(jù)支撐，以此來推動(dòng)文物保護(hù)管理工作更具數(shù)據(jù)性、高效性、標(biāo)準(zhǔn)性和智能性。

1 文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)的使用需求

研發(fā)文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)主要流程之一就是深入剖析使用客戶的需求。不同的客戶對系統(tǒng)所捕獲的數(shù)據(jù)要求是不一樣的，文保單位涉及最多的是信息整理、檔案管理、數(shù)據(jù)處理、文保宣傳、隱患分析等數(shù)據(jù)的監(jiān)測。以上這些數(shù)據(jù)與GIS捕獲的地理信息數(shù)據(jù)相結(jié)合，分析出變化趨勢，就能對文物修繕提出合理化建議，為決策者提供數(shù)據(jù)支撐。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)利用GIS技術(shù)，分析出符合文物保護(hù)特質(zhì)的功能性應(yīng)用，通過信息管理、文物勘測、日常巡查、變量數(shù)據(jù)下本體空間數(shù)據(jù)的比較，以求主動(dòng)探索使用更優(yōu)化的方式推動(dòng)文物保護(hù)工作高質(zhì)量發(fā)展。

1.1 系統(tǒng)功能需求

在系統(tǒng)功能性需求層面，根據(jù)文保部門及管理人員的決策方向、數(shù)據(jù)獲取、資料管理、技術(shù)現(xiàn)狀等方面的分析，體現(xiàn)在采集、管理、利用三大方面，概括起來需求可分為以下幾個(gè)事項(xiàng)。

1.1.1 信息管理需求

文物信息從內(nèi)容上分為文物收藏品、流散文物、考古發(fā)現(xiàn)點(diǎn)、文保單位等多種類型；從表達(dá)形式上則包含文字、表格、地形圖、照片、多媒體系統(tǒng)等幾類。信息管理的功能包含文物信息的收錄與存放、瀏覽與檢索、改動(dòng)與升級、數(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計(jì)分析、專題地圖輸出，以及將采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效利用達(dá)到輔助文物保護(hù)修復(fù)與研究等服務(wù)。

1.1.2 影響文物阻力面分析需求

通過對影響文物保護(hù)工作相關(guān)因子數(shù)據(jù)的記錄、比對，增加如高程、坡度、地質(zhì)情況、文化傾向、人類活動(dòng)等多種因子的數(shù)據(jù)導(dǎo)入，形成阻力面數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)越大，則越不利于文物保護(hù)工作。

1.1.3 輔助決策需求

輔助決策功能就是通過空間建模，運(yùn)用通用B/S架構(gòu)模式，與原有數(shù)據(jù)進(jìn)行對接，結(jié)合不同來源的數(shù)據(jù)，形成曲線圖、斑塊圖、星云圖等，以獲得對復(fù)雜問題的新見解。另外一項(xiàng)是分類、分級、分層的地理信息管理功能，識別風(fēng)險(xiǎn)及文物本體變化趨勢，運(yùn)用數(shù)據(jù)輸入、更新、分析、預(yù)處理等功能，形成相交、并集、差值、對稱差值統(tǒng)計(jì)，從數(shù)據(jù)中提取分析制定出可操作性強(qiáng)的決策手段，如保護(hù)本體周圍人文活動(dòng)、氣候數(shù)據(jù)、建筑密度對其的影響等。

1.1.4 信息發(fā)布需求

通過文物保護(hù)單位的信息發(fā)布，使管理者可以更加了解文物本體淵源、文物保護(hù)發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)并挖掘身邊的文物資源。同時(shí)運(yùn)用問卷調(diào)查等方式搜集群眾信息，發(fā)現(xiàn)潛在性文物，檢舉破壞文物的人或事，從而促進(jìn)文物保護(hù)工作的交流與合作①。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

1.2.1 易操作性

系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)務(wù)求貼近客戶，頁面簡單實(shí)用，同時(shí)提供友善的提醒和指導(dǎo)。與此同時(shí)，系統(tǒng)運(yùn)作里將大量工作交于計(jì)算機(jī)解決，盡量完成自動(dòng)化管理。

1.2.2 易維護(hù)性

一是因?yàn)槲奈镄畔⒌淖兓?guī)律有其不確定性，系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮用戶習(xí)慣，使用B/S架構(gòu)，用戶可跨平臺(tái)使用，從客戶端輸入數(shù)據(jù)后，利用系統(tǒng)提供的服務(wù)，通過網(wǎng)址直接登錄系統(tǒng)；二是考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及成本輸出，確保系統(tǒng)流暢、操作簡單、易維護(hù)。

1.2.3 可兼容性

系統(tǒng)在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分兼顧系統(tǒng)與其他操作系統(tǒng)的兼容性，能提供多個(gè)擴(kuò)展模塊，能完成系統(tǒng)與平臺(tái)的互操作，可以為其他服務(wù)項(xiàng)目提供便利的插口。

1.2.4 經(jīng)濟(jì)實(shí)用性

一是文物維護(hù)信息系統(tǒng)需要涉及大量的空間信息，GIS中對空間數(shù)據(jù)的錄入、管理、檢索、處理、分析和表達(dá)是其優(yōu)勢所在，這就盡可能地考慮操作的方便性和靈活性，降低系統(tǒng)運(yùn)行的成本；二是考慮系統(tǒng)與數(shù)據(jù)分析的適配度，GIS可以通過將一個(gè)或多個(gè)圖層合并疊置分析的方式，提供不同圖層之間的空間關(guān)系，以便更好地理解地理現(xiàn)象，獲取空間關(guān)聯(lián)性分析數(shù)據(jù)，為決策方向提供科學(xué)依據(jù)。

2 文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)備

2.1 確定開發(fā)方法

開發(fā)策略的好壞直接影響系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)特性，常見的開發(fā)方式歸納起來主要包括結(jié)構(gòu)型系統(tǒng)開發(fā)、原型化系統(tǒng)開發(fā)與軟構(gòu)件開發(fā)三類?；贕IS的文物保護(hù)信息管理系統(tǒng)開發(fā)采用的是軟構(gòu)件開發(fā)方式，這種開發(fā)方式的優(yōu)點(diǎn)是通過即插即用型構(gòu)件組合來建立相應(yīng)技術(shù)體系，修改框架、創(chuàng)建和修改構(gòu)件都是通過“軟構(gòu)件”完成，從而建造彼此分割開的問題域模型。此開發(fā)方式具有針對性強(qiáng)、易維護(hù)、易擴(kuò)展、易復(fù)用等優(yōu)勢。

2.2 確定系統(tǒng)總體框架

文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)的總體框架應(yīng)該包括數(shù)據(jù)層、功能層、表示層。數(shù)據(jù)層是為了方便對文物的信息進(jìn)行收集、分類、儲(chǔ)存和管理，要實(shí)現(xiàn)文物的地理信息、文物圖像影視信息、文物三維模型信息、文物檔案資料信息等的收集，同時(shí)數(shù)據(jù)層還要實(shí)現(xiàn)信息庫管理以及管理權(quán)限的分配等。功能層是為了響應(yīng)文物管理人員，滿足他們的請求和查詢操作，使文物信息更容易地提供給文物管理人員，功能層的設(shè)計(jì)以分布式系統(tǒng)作為載體，提供GIS服務(wù)項(xiàng)目，進(jìn)一步加強(qiáng)信息處理和操作的性能，最大限度擴(kuò)展信息共享空間，并且消除信息傳遞壁壘，實(shí)現(xiàn)較好的文物信息管理，實(shí)現(xiàn)文物保護(hù)和管理的信息應(yīng)用化。表示層是指把用戶需要的信息或請求以網(wǎng)頁的形式反饋給用戶，比如可以展現(xiàn)文物的名字、文物介紹、文物視聽資料等信息檔案，并提供訪問、查詢以及下載等功能，以便于文物保護(hù)工作人員完成相關(guān)工作②，這種相互獨(dú)立的框架體系可以不用安裝專門軟件，只要有臺(tái)能上網(wǎng)的電腦就能輕松完成客戶端的維護(hù)，系統(tǒng)的擴(kuò)展也非常容易。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫功能模塊設(shè)計(jì)分析

我國文物眾多，分布區(qū)域廣、分類雜，所攜帶的歷史、藝術(shù)和科學(xué)信息不盡相同，涉及的風(fēng)險(xiǎn)因素也種類繁多，這就需要利用信息化系統(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析，科學(xué)統(tǒng)籌文物保護(hù)信息系統(tǒng)。文物保護(hù)信息管理系統(tǒng)應(yīng)包含數(shù)據(jù)庫管理功能、信息空間查詢與檢索功能、文物信息管理應(yīng)用功能、文物信息輸出功能、GIS圖形瀏覽功能以及數(shù)據(jù)庫功能等。

3.1 數(shù)據(jù)庫管理功能

GIS數(shù)據(jù)管理功能可以較好地完成“輸入—處理—輸出”數(shù)據(jù)處理過程，多種類型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的載入，將數(shù)字化的文物數(shù)據(jù)信息，包括文物修繕記錄、巡查記錄等應(yīng)用于文物數(shù)字化領(lǐng)域，通過記錄的增、刪、修改、更新等功能，方便文物工作者日常管理工作。利用GIS二維地圖，管理文物的平立剖圖及專題圖，包括文物保護(hù)綜合地圖、邊界綁定，實(shí)現(xiàn)從文物本體信息到周圍地理空間信息、地質(zhì)信息以及環(huán)境信息的全面拓展③。充分剖析文物動(dòng)態(tài)變換規(guī)律，展示文物的微小變化，把變形成果以水平位移、沉降位移、傾斜位移等形式展現(xiàn)出來，對于文物隱患分析具有重要意義，從而使文物保護(hù)工作更加精準(zhǔn)化、科技化、系統(tǒng)化和高效化。

3.2 信息空間查詢與檢索功能

GIS地理空間大數(shù)據(jù)允許客戶端大規(guī)模處理來自衛(wèi)星、航空圖像和其他來源的海量數(shù)據(jù)?？臻g查詢信息使用鷹眼顯示文物所在圖層的概貌；利用識別工具可查詢文物本體數(shù)據(jù)屬性；使用查詢構(gòu)建器可查詢圖層數(shù)據(jù)屬性；按屬性表查詢可得到屬性相同或相似文物本體的分布圖；按位置查詢可對文物本體、面圖相鄰點(diǎn)線周邊環(huán)境給予概括和歸納；利用GIS中歷史數(shù)據(jù)的回溯、調(diào)取和比對，可以方便、靈活地查詢和檢索文物信息的屬性數(shù)據(jù)。在GIS系統(tǒng)中，空間檢索技術(shù)更可節(jié)省計(jì)算時(shí)間，加快空間連接的速度，利用R樹、四叉樹和網(wǎng)絡(luò)空間索引辦法，加速空間查找過程，實(shí)現(xiàn)以較小的數(shù)據(jù)管理大量數(shù)據(jù)的查詢，提高檢索的效率和定位的準(zhǔn)確性。

3.3 文物信息管理應(yīng)用功能

文物信息管理應(yīng)用功能是所有系統(tǒng)的關(guān)鍵。其中之一涉及文物分布特征信息、文物基本屬性信息以及文物內(nèi)涵信息。文物管理人員根據(jù)文物普查到的GPS信息，通過GIS連接到地圖上，創(chuàng)建點(diǎn)要素，并在點(diǎn)要素的屬性表中添加GPS信息和文物屬性信息，之后錄入，就可實(shí)現(xiàn)文物信息在地圖上顯示的目的。之二涉及的厘清文物保護(hù)范圍的信息，以及更直觀反映文物現(xiàn)狀的照片或視頻信息，文物管理人員可利用照片或拍攝地自帶的GPS信息，與GIS底圖數(shù)據(jù)疊置，進(jìn)行空間矯正后，就可以點(diǎn)擊地圖上的要素點(diǎn)來顯示照片或視頻，這也能成為文物保護(hù)人員進(jìn)行日常巡查監(jiān)測記錄工作的一部分。

3.4 文物信息輸出功能

GIS空間數(shù)字化的文物填充屬性，可以完善文物數(shù)字資料，讓文物資料“活”起來、“動(dòng)”起來成為可能。文物屬性以可視化的形式表達(dá)出來，轉(zhuǎn)換成被視覺感知的二維計(jì)算機(jī)圖像，輸出文物主體全要素地圖，根據(jù)工作需要輸出為專項(xiàng)圖紙、統(tǒng)計(jì)表和圖表等。GIS 的動(dòng)態(tài)三維建模與VR技術(shù)輸入相關(guān)聯(lián)，用于虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)；與3D打印機(jī)相連，可以導(dǎo)出文物三維立體圖等。如2011年美國已故歷史學(xué)家安德魯·塔隆利用GIS技術(shù)和激光掃描技術(shù)成功收集了巴黎圣母院10億個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)，生成的模型誤差據(jù)說只有5毫米，這對火災(zāi)后的巴黎圣母院“重生”起到了非常重大的作用。

3.5 GIS圖形瀏覽功能

為了實(shí)現(xiàn)GIS圖形的可視化和便捷訪問，信息系統(tǒng)還應(yīng)當(dāng)配備GIS圖形的瀏覽功能，功能主要包括圖層管理、圖形訪問、道路名動(dòng)態(tài)標(biāo)注、遙感圖以及樹結(jié)構(gòu)訪問等。圖層管理功能主要是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖層的比例和形態(tài)顯示設(shè)置，以便一目了然地將文物的基本情況呈現(xiàn)出來。圖形訪問功能是為了能夠?qū)崿F(xiàn)圖形數(shù)據(jù)的漫游、放大、縮小、更新以及精準(zhǔn)定位等功能，需要在圖形瀏覽模塊配備圖形訪問功能，其中要注意圖形的標(biāo)識需要使用與測繪院一致的標(biāo)志。道路名動(dòng)態(tài)標(biāo)注功能可以實(shí)現(xiàn)文物與坐標(biāo)的動(dòng)態(tài)管理，道路名動(dòng)態(tài)標(biāo)注要確保所有管理在冊的文物都要有對應(yīng)的道路標(biāo)記，并且能夠?qū)⒌缆访苯釉趫D形中標(biāo)出，還能夠跟隨圖形數(shù)據(jù)漫游和放大等。圖形的基本數(shù)據(jù)功能實(shí)現(xiàn)后，還要利用GIS技術(shù)實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星遙感影像，通過這項(xiàng)功能可以開展文物的地理信息定位。數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹的訪問功能的目的在于系統(tǒng)化地布置數(shù)據(jù)信息的結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)事前設(shè)定的文物圖形和路標(biāo)等有關(guān)信息進(jìn)行精準(zhǔn)訪問。另外，為了貼合人眼收看效果，信息系統(tǒng)還要實(shí)現(xiàn)圖形比例精度的優(yōu)化，訪問時(shí)可以直接在圖形上看到自動(dòng)累加的文物信息，比如維護(hù)資料、考古資料、保護(hù)方案、遺址、文物檔案、文物研究、學(xué)術(shù)期刊等相關(guān)信息④。

3.6 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

文物信息管理需要建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于儲(chǔ)存、分類和管理文物相關(guān)的空間信息、特征信息、動(dòng)靜態(tài)數(shù)據(jù)等，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐點(diǎn)。在數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)中需要有GIS數(shù)據(jù)庫、文物檔案資料數(shù)據(jù)庫、可移動(dòng)和不可移動(dòng)文物數(shù)據(jù)庫以及文物信息管理單位數(shù)據(jù)庫。

3.6.1 GIS 數(shù)據(jù)庫

GIS數(shù)據(jù)庫類屬于空間型數(shù)據(jù)庫，文物的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)全國 1∶500或1∶2000地圖，省級 1∶10000 地圖范圍進(jìn)行維護(hù)?；贕IS數(shù)據(jù)庫的架構(gòu)以信息空間的定位作為媒介，提供文物信息來搭建。在數(shù)據(jù)地圖中可以根據(jù)不同的地貌數(shù)據(jù)以及比例精度來對數(shù)據(jù)進(jìn)行遙感查找，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的坐標(biāo)定位，同時(shí)還能夠完成空間標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一。文物地理信息的數(shù)據(jù)庫中應(yīng)當(dāng)包含地貌、水體、建筑和植被等各類特征信息。

3.6.2 不可移動(dòng)文物數(shù)據(jù)庫

對于一些無法挪動(dòng)的文物，其文物保護(hù)信息管理需要單獨(dú)建立一個(gè)數(shù)據(jù)庫，使用唯一的地理位置創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的信息空間，將文物和數(shù)據(jù)庫信息中的文物信息和文物地理信息關(guān)聯(lián)。記錄不可移動(dòng)的文物數(shù)據(jù)信息時(shí)，需要包含文物的質(zhì)量性數(shù)據(jù)，如文物的編號和名稱，并根據(jù)文物的視聽資料和三維模型等建立指定存放空間，在需要進(jìn)行查詢索引時(shí)可以一目了然地查看文物相關(guān)資料⑤。

3.6.3 可移動(dòng)文物數(shù)據(jù)庫

對于可移動(dòng)文物也需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行信息管理?？梢苿?dòng)文物可以通過編號和名稱等文物數(shù)據(jù)記錄表進(jìn)行記錄，并將文物的視聽資料和三維模型等相關(guān)聯(lián)，儲(chǔ)存在指定的數(shù)據(jù)庫空間中。

3.6.4 文物檔案數(shù)據(jù)庫

文物檔案數(shù)據(jù)庫可以用來記錄各項(xiàng)文物工程項(xiàng)目中的相關(guān)資料和數(shù)據(jù)信息，并且對工程項(xiàng)目進(jìn)行編排、分類、記錄。記錄中應(yīng)包含項(xiàng)目的名稱和編號，記錄內(nèi)容要詳細(xì)到文物工程項(xiàng)目的數(shù)據(jù)信息，比如文物的調(diào)查信息、文物的維管信息、工程項(xiàng)目計(jì)劃方案、文物保護(hù)規(guī)劃方案、文物遺址、文物評定資料、項(xiàng)目經(jīng)費(fèi)、文物相關(guān)著作和期刊等。由于數(shù)據(jù)繁多，必須按照類別詳盡地進(jìn)行數(shù)據(jù)界定，然后才能存放在數(shù)據(jù)庫指定空間。

3.6.5 文物保護(hù)單位數(shù)據(jù)庫

為了給文物保護(hù)單位提供更好的文物信息管理服務(wù)，還需要建立單獨(dú)的文物保護(hù)單位的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫與上述數(shù)據(jù)庫可以進(jìn)行空間關(guān)聯(lián)，文物保護(hù)部門可以通過該數(shù)據(jù)庫查詢到相應(yīng)的文物資料和模型數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)各個(gè)數(shù)據(jù)庫后可以大大提升文物保護(hù)單位進(jìn)行文物管理的工作效率⑥。

4 結(jié)語

文物保護(hù)管理涉及很多空間信息，對空間數(shù)據(jù)的上傳、管理方法、查找、解決、剖析語言的表達(dá)是G1S技術(shù)性的優(yōu)點(diǎn)。通過GIS技術(shù)，將地理信息與其他數(shù)據(jù)源信息結(jié)合，可以使文物保護(hù)單位和人員以快速、新穎及創(chuàng)新的方式捕捉、存儲(chǔ)、分析呈現(xiàn)的數(shù)字文物信息，記錄文物信息，挖掘文物的價(jià)值，實(shí)現(xiàn)文物保護(hù)管理工作能力的提升，也可輔助文物保護(hù)修復(fù)和研究工作，進(jìn)一步為文物決策者提供數(shù)據(jù)支撐及科學(xué)依據(jù)。

注釋

①朱睿，郭小東，王志濤.GIS在文化遺產(chǎn)保護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用綜述[J].中國文化遺產(chǎn)，2021（4）：31-35.

③高宋錚.基于GIS的寶雞市文物保護(hù)單位管理信息系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)用[D].西安：西安建筑科技大學(xué)，2017.

③韓洋.基于GIS系統(tǒng)的吉林省文物資源保護(hù)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].長春：吉林大學(xué)，2016.

④李向東.地上文物管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2011.

⑤曾群華.重慶文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)：以渝中區(qū)為例[D].重慶：重慶師范大學(xué)，2004.

⑥周婭，謝志仁.GIS支持下文物保護(hù)管理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].東北測繪，2002（1）：13-16.