麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)

文｜董穎、崔藝、楊麗剛、和學(xué)光、楊萬全、李露平、邱芹軍、王鈺瑩

一、引言

麗江因其文化、自然價值的獨特性和稀缺性成為重要的旅游目的地，但因其資源脆弱性面臨著保護和發(fā)展的難題。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展以及基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的不斷完善，GIS對提高文化遺產(chǎn)保護工作的質(zhì)量和效率發(fā)揮越來越重要的作用,遺產(chǎn)保護對GIS系統(tǒng)的依賴性也越來越大。根據(jù)國家科技部“十二五”科技支撐項目的要求，麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)研發(fā)是針對麗江世界文化遺產(chǎn)保護地的管理保護問題、深入研究不同類型的數(shù)據(jù)的管理要求，并在此基礎(chǔ)上進行系統(tǒng)平臺的建立、物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)設(shè)計、平臺的開放性與統(tǒng)一性的設(shè)計，完成麗江世界文化遺產(chǎn)保護系統(tǒng)的研發(fā)。

古管局是保護麗江文化遺產(chǎn)的重要支撐部門，在古管局的部門內(nèi)部，有很多不同的具體職能部門，每個部門之間的工作也會有交叉，但是傳統(tǒng)的管理系統(tǒng)讓各個職能部門之間不能有機的組織在一起，相互之間的數(shù)據(jù)得不到有效的互用。因此需要在統(tǒng)一的分類編碼、命名規(guī)則、數(shù)據(jù)格式、統(tǒng)計口徑等相關(guān)規(guī)定要求下對數(shù)據(jù)進行整合入庫，建立一個統(tǒng)一的數(shù)據(jù)管理應(yīng)用系統(tǒng)，實現(xiàn)各個職能部門的互聯(lián)互通和數(shù)據(jù)共享。一個成功的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，在很大程度上取決于是否涉及和建立了標準統(tǒng)一、功能完善的時空數(shù)據(jù)庫。因此，對數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)進行合理的設(shè)計與建設(shè)無疑具有十分重要的意義。

本文以麗江世界文化遺產(chǎn)保護為研究對象，詳細介紹了麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的總體架構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)以及系統(tǒng)功能，并結(jié)合實際需求對數(shù)據(jù)庫進行了設(shè)計。

二、系統(tǒng)設(shè)計

（一）總體架構(gòu)

根據(jù)麗江世界文化遺產(chǎn)保護系統(tǒng)平臺的建設(shè)內(nèi)容，平臺采用“分布集成、統(tǒng)一管理、集中服務(wù)”的總體架構(gòu)模式，在管理辦法、標準規(guī)范和指標體系的指導(dǎo)和約束下，在分布式多層數(shù)據(jù)采集與集成技術(shù)框架基礎(chǔ)上，建設(shè)平臺框架。麗江世界文化遺產(chǎn)保護系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖1所示。從邏輯結(jié)構(gòu)上看，平臺在運行維護體系和安全保障體系的支撐下，自底向上可分為：運行支持環(huán)境、數(shù)據(jù)中心、共享服務(wù)平臺、業(yè)務(wù)系統(tǒng)和用戶五個層次。

（二）網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)

系統(tǒng)建設(shè)的目的是提供基礎(chǔ)地理信息服務(wù)和功能服務(wù)，由于系統(tǒng)運行于互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中，數(shù)據(jù)安全保密尤為重要，根據(jù)系統(tǒng)的應(yīng)用需求，平臺的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境建設(shè)具有以下要點：

1. 系統(tǒng)總體網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)除包含系統(tǒng)管理平臺基本運行網(wǎng)絡(luò)外，還包含遠程監(jiān)測系統(tǒng)、遠程會商系統(tǒng)和應(yīng)急指揮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。

2. 古管局領(lǐng)導(dǎo)和相關(guān)職能部門通過政務(wù)專網(wǎng)訪問平臺，進行日常事務(wù)辦理；社會公眾和其它第三方用戶通過Internet訪問系統(tǒng)。

圖1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

3. 應(yīng)急指揮系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過GPS定位和無線通訊實現(xiàn)應(yīng)急指揮調(diào)度工作時各人員之間的信息交流；遠程監(jiān)測系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通過移動通信實現(xiàn)監(jiān)測點監(jiān)測信息的傳輸。

圖2 網(wǎng)絡(luò)部署結(jié)構(gòu)圖

（三）系統(tǒng)功能

業(yè)務(wù)系統(tǒng)建設(shè)主要是對原有系統(tǒng)的升級，主要包括以下方面的建設(shè)：

1. 管理平臺建設(shè)

管理平臺是為了方便古管局的管理人員對古城文化遺產(chǎn)的管理，在數(shù)據(jù)庫的支撐下升級和開發(fā)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，實現(xiàn)基礎(chǔ)地圖展示、數(shù)據(jù)庫維護管理、相關(guān)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)查詢統(tǒng)計、執(zhí)法人員調(diào)度、地圖定制化輸出、人流量監(jiān)控分析、民居修繕審批、準營證辦證換證審批等功能，功能結(jié)構(gòu)圖如圖3所示。

圖3 管理平臺建設(shè)

（1）體系架構(gòu)升級

目前系統(tǒng)平臺的建設(shè)是利用C/S架構(gòu)，本項目將對原系統(tǒng)進行升級改造，建設(shè)為B/S架構(gòu)，升級后，用戶不需要在本地安裝數(shù)據(jù)庫和相關(guān)軟件，通過瀏覽器，就可以訪問部分數(shù)據(jù)庫；對于系統(tǒng)界面，也會重新設(shè)計和展示，以增加用戶的體驗度。用戶可以通過手持終端和瀏覽器來提升管理方式和辦公效率。

（2）人機交互改善

原有系統(tǒng)的界面不夠友好，操作不夠人性化，新系統(tǒng)將對原系統(tǒng)的人機交互界面和系統(tǒng)功能進行改善，從用戶的角度出發(fā)，給用戶帶來友好的界面和便捷的操作。主要從以下方面進行改善：界面的友好性設(shè)計、操作的人性化設(shè)計。

（3）準營證管理子系統(tǒng)建設(shè)

準營證管理子系統(tǒng)將輔助古管局編制麗江古城商業(yè)規(guī)劃，核發(fā)風景名勝區(qū)準營證，加強古城市場準入監(jiān)管，合理布局古城商業(yè)網(wǎng)點。

（4）公房管理子系統(tǒng)建設(shè)

公房管理子系統(tǒng)實現(xiàn)的功能有：公房信息管理、公房報表管理、公房文檔管理。

（5）GPS地圖定位及服務(wù)子系統(tǒng)建設(shè)

通過GPS設(shè)備及軟件實現(xiàn)巡邏車輛、巡邏人員在麗江古城及景點內(nèi)的定位功能，可以實現(xiàn)對相關(guān)車輛及人員定點監(jiān)控功能。管理員可以通過地圖了解到目前巡邏車輛、人員在古城地區(qū)的定位實時的了解相關(guān)情況，主要功能有：GPS管理、手持終端的定位實現(xiàn)、歷史軌跡查詢。

（6）應(yīng)急資源管理子系統(tǒng)建設(shè)

應(yīng)急資源管理子系統(tǒng)對古城所有的應(yīng)急資源進行集中管理，包括應(yīng)急物資，應(yīng)急設(shè)施，應(yīng)急人員等。在緊急事件發(fā)生時可以查詢到就近的應(yīng)急物資和人員，有利于對緊急情況做出快速的處理。以消防栓為例，依托消防部隊數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)和電子地圖，通過消防栓管理系統(tǒng)，每個消防栓的分布、水壓、狀況一目了然，消防員出警可以根據(jù)電子地圖的定位查詢安排最優(yōu)行車路線、停車地點，迅速找到水源快速滅火，有利于制定最切實可行的滅火預(yù)案，還有利于對消防栓進行及時的維修保養(yǎng)。

2. 移動終端系統(tǒng)建設(shè)

平臺推薦基于Win8系統(tǒng)，進行APP定制開發(fā)，采用平板存儲數(shù)據(jù)、內(nèi)網(wǎng)定期下載更新包的更新機制。移動終端系統(tǒng)的功能包括移動辦公、消息推送、軌跡回放、指揮調(diào)度。

3. 后臺安全管理系統(tǒng)

后臺安全管理系統(tǒng)是為了保障系統(tǒng)軟件環(huán)境、數(shù)據(jù)中心以及各業(yè)務(wù)系統(tǒng)穩(wěn)定、高效的運行，利用安全運維管理流程，進一步提高系統(tǒng)信息化的管理水平。后臺安全管理面向系統(tǒng)運行維護管理人員，為整個系統(tǒng)的安全、良效運作提供強大的后臺保障。主要包括用戶權(quán)限管理、配置管理、日志管理等功能模塊。

圖4 移動終端建設(shè)

三、安全體系設(shè)計

麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)安全防護體系建設(shè)應(yīng)嚴格按照“雙網(wǎng)雙機、分區(qū)分域、等級防護、多層防御”的十六字方針原則。

1. 雙網(wǎng)雙機：麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)按大區(qū)劃分為信息內(nèi)網(wǎng)和信息外網(wǎng)，管理信息內(nèi)外網(wǎng)間采用邏輯強隔離設(shè)備進行隔離，信息內(nèi)外網(wǎng)分別采用獨立的服務(wù)器及桌面主機。

2. 分區(qū)分域：在麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)劃分為管理信息大區(qū)的基礎(chǔ)上，將管理信息大區(qū)的系統(tǒng)，依據(jù)定級情況及業(yè)務(wù)系統(tǒng)類型，進行安全域劃分，以實現(xiàn)不同安全域的獨立化、差異化防護。

3. 等級防護：麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)將以實現(xiàn)等級保護為基本出發(fā)點，進行安全防護體系建設(shè)，并參照國家等級保護基本要求進行安全防護措施設(shè)計。

4. 多層防御：在分域防護的基礎(chǔ)上，將各安全域的信息系統(tǒng)劃分為邊界、網(wǎng)絡(luò)、主機、應(yīng)用四個層次進行安全防護設(shè)計，以實現(xiàn)層層遞進，縱深防御。

四、數(shù)據(jù)庫設(shè)計

（一）數(shù)據(jù)庫設(shè)計的基本要求

麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫設(shè)計可分為：空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計和業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計。在設(shè)計和建設(shè)數(shù)據(jù)庫時應(yīng)遵循以下幾點要求：（1）遵循最小冗余度原則，對大量的數(shù)據(jù)體要用非冗余結(jié)構(gòu)進行定義；（2）在插入、修改和刪除數(shù)據(jù)時，數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)、相互之間的關(guān)系和從屬性應(yīng)保持不變；（3）數(shù)據(jù)庫要具有獨立性，數(shù)據(jù)存放盡可能地獨立于使用它的應(yīng)用程序；（4）要具有不斷擴充和更新的能力。

（二）空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

鑒于傳統(tǒng)數(shù)據(jù)庫不能管理空間數(shù)據(jù)的局限性，采用空間數(shù)據(jù)庫技術(shù)有利于對各種空間信息進行管理。根據(jù)古管局的實際需求，本項目中的空間數(shù)據(jù)庫主要包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫和專題數(shù)據(jù)庫：基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)庫包括遙感影像、基礎(chǔ)地理、基礎(chǔ)地質(zhì)；專題數(shù)據(jù)包括民居空間數(shù)據(jù)庫、管網(wǎng)線空間數(shù)據(jù)、綠化帶空間數(shù)據(jù)、用電設(shè)施分布空間數(shù)據(jù)。為了與國家節(jié)點的數(shù)據(jù)格式保持一致，需要對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理。通過MapGIS基礎(chǔ)平臺對數(shù)據(jù)進行加工處理、投影轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)裁剪等操作，使數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為滿足業(yè)務(wù)應(yīng)用系統(tǒng)和地理信息系統(tǒng)的形式，再基于MapGIS Server進行數(shù)據(jù)的發(fā)布。

（三）業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

本項目中的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫包括不同階段，不同工作形成的各類數(shù)據(jù)信息，主要有保護民居數(shù)據(jù)庫、管網(wǎng)線數(shù)據(jù)庫、亮光工程數(shù)據(jù)庫、綠化數(shù)據(jù)庫、全球眼數(shù)據(jù)庫、設(shè)施數(shù)據(jù)庫、準營證數(shù)據(jù)庫、門牌號數(shù)據(jù)庫等。用戶通過行政區(qū)、街道等具體條件信息或拉框畫圓范圍幾何查詢等多種查詢方式對相應(yīng)的業(yè)務(wù)信息（如保護民居數(shù)據(jù)、管網(wǎng)線數(shù)據(jù)、綠化帶數(shù)據(jù)、準營證數(shù)據(jù)等）進行查詢，查詢結(jié)果將相應(yīng)業(yè)務(wù)在地圖中標會出來，點圖標可以查看詳細信息及其它附件類信息。針對業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)建立了靈活、穩(wěn)定的數(shù)據(jù)維護系統(tǒng)。保證數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)更新的及時性，提供對新增入庫數(shù)據(jù)的擴展性，可以對數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)進行質(zhì)量檢測。

圖5 空間數(shù)據(jù)庫設(shè)計

五、系統(tǒng)的運行與實現(xiàn)

由于麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)除基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)以外，還涉及不同數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫種類，包括文本數(shù)據(jù)、圖片數(shù)據(jù)、空間數(shù)據(jù)、各類表格等內(nèi)容?？紤]到現(xiàn)有主流數(shù)據(jù)庫的現(xiàn)狀，方案擬采用oracle作為關(guān)系數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。

圖6 業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)庫設(shè)計

圖7 系統(tǒng)運行效果

麗江世界文化遺產(chǎn)保護系統(tǒng)運用Oracle庫，充分利用數(shù)據(jù)融合及集成管理技術(shù)、空間及查詢技術(shù)、計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，建立多功一體的數(shù)據(jù)庫管理信息系統(tǒng)。系統(tǒng)目前整體運定，能夠清晰地反映麗江世界文化遺產(chǎn)保護的信息。運行效果如圖7所示。

六、結(jié)論

麗江古城文化知識數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，利用先進的計算機技術(shù)和GIS技術(shù)，建立數(shù)據(jù)共享平臺，讓古管局所有用戶都工作在統(tǒng)一的平臺上，各個部門之間的數(shù)據(jù)和應(yīng)用都可以通過平臺來共享，形成一個有機的整體。針對古管局的管理職能和業(yè)務(wù)需求，在數(shù)據(jù)中心的基礎(chǔ)上開發(fā)共享服務(wù)平臺，建立相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)，包括民居修繕管理子系統(tǒng)、準營證管理子系統(tǒng)、公房管理子系統(tǒng)、GPS地圖定位及服務(wù)子系統(tǒng)、應(yīng)急資源管理子系統(tǒng)移動終端系統(tǒng)。文化遺產(chǎn)管理部門可根據(jù)系統(tǒng)提供的信息，快速準確地制定保護及防范措施。