數字化博物館集成系統設計

2014-04-29 00:44:03陳孝全

智能計算機與應用 2014年6期

陳孝全

摘要：由于文博系統數字化發展已成為一種趨勢，但是現階段數字化博物館沒有統一的標準與規范，而且博物館各種系統管理分散，業務處理落后耗時，安全存在隱患。針對這些情況，本文引入Web Service 實現SOA和RFID無線傳輸、管理方便的概念與技術，基于J2EE架構和博物館業務設計了一套數字化博物館集成系統。本系統具有“一個中心、兩個平臺、兩大亮點、九類應用”的建設特色，良好運行結果表明，實現了提升用戶體驗，加強博物館研究與交流的目的，設計方法與模式為數字化建設提供參考。

關鍵詞：數字化博物館；Web Service；SOA；RFID；集成系統

中圖分類號：TP399 文獻標識號：A 文章編號：2095-2163（2014）06-

Abstract： The development of digital museum system has become a trend， but digital museum has no unified standards and norms， and the digital system are managed independently， business management has lagged behind， system is time consuming， even there are some security risks.In view of these kinds of conditions，this paper introduces SOA which created by Web Service and RFID with wireless transmission， convenient management concept and technology， designs a set of digital museum integrated system based on J2EE architecture and museums business process.This system has the "one center， two platforms， two bright points， nine kinds of applications" construction features， the result of running this system shows that it is powerful and efficient， the design patterns provides a reference for the construction of digital.

Keywords： Digital Museum； Web Service； SOA； RFID； Integrated System

0 引言

人類歷史源遠流長，博物館成為人類歷史文化和自然遺產得以再現的地方，博物館主要通過征集、典藏、陳列和研究各種實物與非物質，為社會發展提供服務。數字化博物館[1-4]則是在實體博物館的基礎上發展而來，數字化博物館以硬件設施智能化[5]管理為基礎，將文物借助網絡和多媒體進行數字化處理，逐步向綜合管理信息化方向發展。發展實現中則立足藏品數據管理[6]，而以業務流程為核心，系統管理為支撐，再將藏品信息、業務系統、人員管理等功能，在數據共享及數據聯動的基礎上，同時業務檔案和歸檔符合檔案局規范要求的情況下，融合以及確保了全系統整合協同工作。數字博物館的研究設計要求即在于：從物理空間、網絡空間和知識空間上通過整合自身館藏資源和特征信息資源，從而做到對外展示博物館整體形象和服務水平，對內協調覆蓋博物館各個業務方面的數字化管理，在技術水平與整體呈現上實現與國際接軌。從2012年底開始，國家文物局組織第一次全國可移動性文物普查工作，而針對國內各個博物館的數字化建設未臻同步的情況，本文將應用計算機領域的SOA[7-10]和RFID[11-14]等先進技術，并結合博物館的自身情況，設計完成了1一個數字博物館綜合集成系統[15-16]。

1數字化博物館全系統模型

數字化博物館集成系統采用基于SOA架構、運用MVC設計模式，目的在于建立一個基于Web應用的數字博物館框架，通過“一個中心、兩個平臺、兩大亮點、九類應用”建設，從而形成互聯互通、統貫上下的具有統籌整體與區域的文博產業鏈支撐服務和決策支持信息化體系。整體系統模型如圖1所示。

具體來說，“一個中心”指文化遺產數據中心，屬于數字博物館的核心。該核心以服務器集群、存儲器為主體，并結合數據庫系統及中間件等內容，建立開放、統一的文化遺產綜合知識庫，其中包括藏品數據庫、文獻研究庫等多個專題數據庫。"兩個平臺"則指網絡信息化支撐平臺和綜合管理軟件平臺，而且網絡信息化支撐平臺需要在博物館主體內建立計算機局域網與外部互聯網相連接，在公共展覽場所如專題陳列展廳、臨時陳列展廳、演講廳、咖啡廳等處增加有線和無線信息點，同時亦需建立多層次網絡安全防護體系和網絡管理。另外的綜合管理軟件平臺（系統）即屬于數字化系統中各子系統的“上位”系統，可用于整個數字化系統各子項的數據集成、服務集成、應用集成、管理集成、界面集成和系統多層次實現綠色節能，對系統的開放性和擴展性起到關鍵作用，業已成為數字化博物館實施的必備操作系統。系統實現中的“兩大亮點”就是建立SOA架構和RFID應用。相應地，SOA架構通過服務的形式建立良好的規范與接口，統一資源調配，從而實現數字化各子系統的關聯和整合；而RFID技術的應用則包含了幫助參觀者在進入展覽時獲得展覽導航以及將標簽感應技術有效應用于庫房管理上。其他的如，“九類應用”即是依靠文化遺產數據中心，以藏品、業務和管理工作流為基本功能出發點，再以SOA為支撐，并通過統一集成門戶和決策分析，以及統一數據資源整合與交換的模式來實施與打造。九類應用設計如下：

（1）藏品信息管理系統。以館藏文物數據管理為基礎，業務流程為核心，系統管理為支撐，將藏品信息、業務信息，人員信息及關聯信息，在數據共享及數據聯動的基礎上，實現全系統整合協同工作，旨在全面有效提升藏品管理的規范性和高效性。按照日常工作的實際情況，可將系統主要分為藏品的征集管理、藏品編目、影像管理、藏品保管、庫房管理、藏品展覽、統計管理和系統管理等功能模塊。

（2）數字化采集管理。包括高精度2D/3D圖像和音視頻的采編、高精度原始文件存儲和源數據庫操作等部分。為自身館藏、研究資料、外來或自制多媒體資源、外來資源（包括日常業務工作中的印刷品、文檔影像）等提供全方位的多媒體信息采集、加工、存儲、管理平臺，同時亦為博物館數據庫系統中各專題數據庫提供豐富的原始素材；而且，其作為各應用系統的基礎，也能對數字資源采取有效保護措施。

（3）RFID智能庫房管理。利用RFID技術對每件藏品進行唯一性的電子標識，經過標識的藏品能夠進行檢驗、入庫、出庫、移庫移位、庫存盤點等各個作業環節的數據進行自動化的數據采集，保證工作人員管理各個作業環節數據輸入的效率和準確性，以及確保管理人員迅捷準確地掌握庫存的真實數據。另外，在通過RFID 技術對館藏品進行科學管理的同時，亦要借助通道安全門等設備的監控，以求達到防盜安全的功能。

（4）辦公自動化管理。以館內的局域網為依托，形成以電子文件流轉批閱為核心的、覆蓋行政和業務等各部門的辦公信息系統，同時實現功能如下：個人辦公、公文流轉、接待管理、出訪管理、收藏者俱樂部審批、志愿者審批、公共信息發布、綜合信息管理、內部電子郵件、資料中心、數據轉換、個人存儲、流轉監控、短消息等。

（5）文物修復保護管理。為文物修復保護部門提供日常主要工作處理，實現文物修復保護工作的流程現代化、信息資源化和傳輸網絡化，系統功能具體表現為：對文物修復保護項目審批、立項、實施和驗收的信息化管理，以及信息交互和共享的實現。

（6）非物質文化管理。對諸如相關文檔、圖像、視頻、音頻、虛擬三維展示、考古發掘、傳統工藝、民俗節慶、少數民族、臨時展覽、國家文博專題等非物質文化遺產信息的統一集成管理，并提供與藏品系統的用戶接口。

（7）展示與服務。主要在博物館開放空間中現場向公眾和參觀者提供包含各類媒體形式在內的多媒體信息查詢、無線接入、信息公告服務功能，并作為自助式無線語音導覽的補充進一步提供了隨身標簽導航、多媒體資料中心的計算機管理和視頻點播等服務。

（8）移動互聯。開發基于移動終端（手機、平板、手持）的觀眾服務系統，支持Android版、IOS版，實現導覽、出版、網站、內容共建等一體化。用戶可在展項前利用手機拍攝二維碼以獲取更廣泛的觀眾服務和信息推廣，同時形成無線互動。

（9）集群應用。收集歷史文化資源并進行管理，能將資源憑借地圖方式展現出來，并且無論針對的是文保單位，還是歷史建筑，均可查詢相關地理位置及歷史信息。特別地，還支持著網站、手機、平板等的多載體瀏覽。

2數據庫設計

博物館文物的量級均以千萬計，由此若考慮到文物信息數據庫管理的特殊性，當數據庫軟件選型時即需參考不同方面的諸多要求，具體包括了多媒體支持、高速數據處理能力、平臺支持、數據庫管理、數據完整性檢查、數據庫查詢性能、安全機制、備份與恢復、XML處理、開放式聯結等。時下流行的數據庫Oracle和SQL Server則可用作研究設計時的借鑒和指引。

針對不同的應用需求，數字化博物館數據庫設計思路可確定為層次型的數據庫，即將數據庫設計為原始資源數據庫、局域網數據庫及網站數據庫三個層次，同時亦需保證同一數據在不同數據庫中具有數據一致性。其結構功能模塊如圖2所示。

由圖2可知，原始資源數據庫包括多媒體采集數據庫和初始征集庫，其中的多媒體采集數據庫存放著原始的多媒體資源，包括了高精度圖片和影像等，這些原始資源經過一級鈍化處理后即為局域網數據庫提供了可用于查看的多媒體信息，從而方便用戶快速查詢、瀏覽；而經過二級鈍化后將提供給網站數據庫，便于因特網用戶實施查詢和瀏覽。位于原始數據庫下方的局域網數據庫面向的是博物館內部人員使用的數據庫，可存放文化遺產數據和其他館內服務資源，如藏品、圖書、OA等業務資源，并分別響應不同的訪問，而且也包括了將文化遺產數據庫的二維圖像進行鈍化處理后的動態庫等。另外的網站數據庫則面向Internet用戶服務，存放著經過二級鈍化的多媒體圖片和VOD資源；當Web/APP服務器要調用數據庫，為確保其安全，Web不能直接調用局域網數據庫信息，因此在網站網絡部分需設置一臺網站數據庫，以供網站的資源調用。

3 RFID標簽服務系統

3.1 RFID系統結構設計

RFID標簽服務系統是一種非接觸式雙向通信系統。RFID的射頻識別功能，可以為博物館的公共服務管理、庫房管理和安防管理提供相應技術支持和有效保障。RFID在智能庫房管理上可以通過手持式讀寫器，直接掃描典藏柜，一次讀取多個RFID標簽（TAG）資料來進行文物的典藏、盤點、偵錯和安全管理，不僅高效、而且省時。

博物館標簽導航服務系統應用在公共服務管理上，主要立足于導覽信息場景，以及綁定用戶身份與電子標簽服務卡，同時也可根據觀眾對博物館展品對象的不同關注度而提供具有可選擇性功能的移動信息服務。服務系統是由服務感應器、讀寫器、信息服務智能標簽（RFID卡）、RFID中間件和應用軟件系統共五部分組成。并且在運營商各個支撐平臺的操引作用下，通過場景感應進入服務調用和后臺管理以完成整體運作流程，其體系結構示意則如圖3所示。

（5）游覽后續服務，為游客提供更為詳細的游覽路線、場景和展品資料，并可選擇刻錄成光盤或制成電子郵件實時發送。

在實現功能上，RFID導航系統在后臺處理上能對觀眾信息進行維護處理，包括新增、刪除、修改、查詢等操作。通過分析觀眾刷卡日志，統計分析用戶感興趣的服務頻道、服務點內容，并最終匯總生成報表，如此將助益館方了解觀眾的參觀、接受服務的意向以及服務點的應用動態等情況，這就為館方不斷深化、優化服務內容提供了詳盡的分析資料。報表可選擇時間段統計，統計結果可輸出Excel文件保存至本地。而且，系統還可在Web上提供資訊類服務，除提供基本文字文檔外，也可上傳圖片、掛接視頻、生成日志等。

4 SOA設計

4.1 SOA架構系統實施

面向服務的架構SOA是一個典型的MVC模式架構，SOA平臺能在服務內及服務間支持包括如Java和Microsoft.NET等不同的技術，其標準規范、松散耦合、共享服務、粗細粒度和聯合控制的特點更有利于文物文博信息系統的管理設計。并且，基于SOA的博物館集成服務采用J2EE設計，具體架構如圖4所示。

在圖4中，根據邏輯模型可分為用戶應用層、注冊總線層、服務組裝層、基礎設施層四個層次。SOA系統的集成是通過Web service框架的企業服務總線（ESB）來實現，在注冊總線層的ESB總線通過將屬于應用服務器上的博物館各個子系統的多種應用以集成服務組裝的形式掛接到總線及連接點上，而且在服務組裝層的博物館集成服務組件可同時進行更新與開發等，從而降低內部信息共享和運營的成本。博物館的組件服務通過網絡服務描述語言（WSDL）進行定義接口、描述并公開，而WSDL的語義可用XML來定義。服務的發布則由注冊中心經過服務封裝后執行。當用戶需要獲得某個數字化服務，即在用戶應用層的client界面向服務注冊中心發送UDDI查詢，并且此種查詢基于SOAP協議。注冊總線層的服務注冊中心通過HTTP獲取信息后，轉向注冊庫的API接口查詢SOAP服務，如果沒有該項服務或獲取失敗則返回應答并終止。如果授予了獲取服務權限將會通過HTTP返回用戶Client界面，下一步就能通過企業服務總線平臺（ESB）將這項服務綁定到用戶，同時相關組件服務和用戶也將直接通信而無需再經過注冊中心。另外，為保證信息的安全性，數字博物館集成系統網絡請求和返回的信息多將采用SSL協議加密。

4.2 SOA服務類型設計

SOA服務成為網絡中的一種可用軟件資源。對于服務請求者，無需了解服務的具體實現細節，服務設計者只需要將服務的功能邏輯設計成安全穩健則可。現將數字化博物館集成系統設計為如下五種類型的服務：

（1）博物館數字化組件服務。對系統進行封裝打包，能以參數形式與其他博物館系統進行數據交換。

（2）博物館流程業務服務。為多于一個以上的系統應用提供封裝打包或能定制博物館相關應用的復雜服務。

（3）博物館底層數據訪問服務。文化遺產數據中心下轄藏品數據庫，文獻研究庫等多個數據庫，能根據需求對不同的數據庫與數據源進行訪問，向數據網關提供符合博物館數字化系統數據交換規范的數據內容。

（4）組合服務。能使用已有服務（包括上述三種類型的數字化SOA服務）來自由組合創建包含現有功能和新功能的新服務。

（5）共享形式的博物館基礎架構服務。對于高頻可見的重用性服務，包括日志、消息等的低級服務，設置成共享形式，以便于快速創建新的高級服務。

在此，還需指出，以上服務均要采用國際標準形式組件，同時也需符合XML和相關EDI等行業標準規范。完備了SOA的支撐設計，數字化博物館集成系統的搭建和規范管理也隨之具備了一種新的實現模式。

5 系統運行

博物館數字化項目首先要求機房環境良好，在底層網絡信息支撐的硬件配備上，核心交換機選用單引擎交換容量、而且大于2Tbps，數據庫服務器則采用IBM System x3850 X5系列，數據庫平臺將以oracle構建實體，而其他各個系統的服務器即選用IBM刀片服務器HS23。

經過業務功能、操作界面、配置、安全性和訪問控制、數據和數據庫完整性、故障轉移和恢復等測試后，試運行三個月，各系統運行平穩，各項功能運行正常，完全達到了采用先進技術獲得實踐型用戶體驗，并提升博物館研究和館際交流能力的目的。本系統除對分散系統表現有全面整合功能外，還具備了以下特點與優勢：

（1）在數字化資源采集層面，以最快速度和多角度完成一級文物藏品的數字化采集和計算機管理；

（2）在數字化資源應用層面，開放式綜合集成管理框架，統一的數字博物館風格設計，后臺高效組織，多精度，全方位的多媒體影像和圖片管理；

（3）在展廳服務層面，RFID導航訪客系統獲取資料全面，滿足不同觀眾對不同文物或展品的需求，人性化全面導覽，圖文并茂，安全性高，使用簡便，用戶反饋良好；

（4）在智能庫房管理層面，多文物同時識別，避免手動操作，因而快捷準確，文物進出庫房管理耗時縮短一半以上。安全性高，穩定可靠，良好的失竊檢測。自動化操作，降低勞動力成本，維護方便；

（5）基于博物館業務流程，按業務邏輯和應用功能，縱橫劃分，系統采用構件化的分層開發技術模式，項目實施后可維護性高；

（6）基于SOA架構，解決了各個博物館數字化系統關聯性的問題，使各個系統的服務和數據得到更好的共享和調用。服務提供者只需在服務中心注冊，即可發布服務，靈活可靠，維護更新方便，并且適應多種業務，可擴展性強。SOA所具有的QOS，也保證了系統的服務質量。

6 結束語

博物館數字化系統不但包含了刀片中心、系統服務器、網絡設備、存儲陣列、UPS等硬件設備，也包括各個應用系統等軟件體系，本文的數字化博物館集成系統主要通過軟件角度進行集成設計，用以提高管理效率和服務水平，系統對外完成了開放體驗式的觀眾與數字化現場服務系統建設，對內則面向博物館館員和研究人員針對文物文博資源的研究、保護而提供了一個綜合資源管理與共享交流的平臺。本文基于SOA和RFID的設計應用為文博事業的信息化建設提供了有效樣例與有益參考。隨著科學技術的發展，未來數字化博物館的建設會向著云計算、虛擬現實、三維高清大影像方向發展，如何將新技術融入到數字化建設中來現已成為下一步的研究熱點與焦點。

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