數(shù)字地圖檔案館建設(shè)的關(guān)鍵技術(shù)研究

李黎，黃雁，何偉，余華翔

(武漢市測(cè)繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

檔案是人類活動(dòng)客觀的、真實(shí)的記錄。隨著信息技術(shù)在檔案工作中的廣泛應(yīng)用，作為檔案信息化建設(shè)的發(fā)展方向，“數(shù)字檔案館”的建設(shè)理念應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字檔案館是一種分布式信息系統(tǒng)，將不同載體、不同地理位置的檔案信息資源進(jìn)行存儲(chǔ)、管理、分發(fā)和服務(wù)［1］。

數(shù)字地圖檔案館是專題化的“數(shù)字檔案館”，綜合運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通訊技術(shù)等對(duì)數(shù)字地圖檔案及其衍生信息進(jìn)行采集、加工、存儲(chǔ)、管理，將不同載體、不同地理位置的異構(gòu)、異源的測(cè)繪成果數(shù)據(jù)和地理信息融合成統(tǒng)一的數(shù)字地圖檔案信息資源數(shù)據(jù)庫(kù)，實(shí)現(xiàn)數(shù)字地圖檔案信息資源的規(guī)范管理;以PC 桌面、平板電腦、智能手機(jī)等為終端，開(kāi)發(fā)符合功能要求的應(yīng)用系統(tǒng)，逐步實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)字地圖檔案信息資源的網(wǎng)絡(luò)化管理，實(shí)現(xiàn)分層次多渠道提供檔案信息資源高效利用和安全共享服務(wù)［2］。

我國(guó)已建設(shè)有國(guó)家測(cè)繪檔案館，每個(gè)省都有一個(gè)省級(jí)測(cè)繪檔案館。隨著數(shù)字測(cè)繪向信息化測(cè)繪的邁進(jìn)，測(cè)繪檔案的傳統(tǒng)管理模式已無(wú)法適應(yīng)測(cè)繪事業(yè)發(fā)展要求和用戶對(duì)地理信息的需求。同時(shí)，紙質(zhì)檔案無(wú)法充分發(fā)揮其價(jià)值，嚴(yán)重影響測(cè)繪檔案資料的管理和利用。目前還沒(méi)有一個(gè)城市系統(tǒng)地進(jìn)行專題建設(shè)。因此開(kāi)展“數(shù)字地圖檔案館”建設(shè)，加強(qiáng)測(cè)繪檔案信息集成建庫(kù)，綜合管理系統(tǒng)建設(shè)，提高測(cè)繪檔案資料綜合服務(wù)能力具有現(xiàn)實(shí)的必要性。

2 檔案資源組成

城市數(shù)字地圖檔案種類繁多。這些數(shù)據(jù)分散、格式各異、管理方式各異，給城市數(shù)字地圖的管理工作造成了很大的障礙。其中，同一種類信息資源不僅有材質(zhì)(板圖、薄膜圖和白紙圖等)區(qū)分，還有不同時(shí)期的劃分(從上世紀(jì)20年代～90年代)。以武漢為例，主要包括:

(1)全市范圍的基礎(chǔ)控制檔案;

(2)公開(kāi)版電子地圖檔案;

(3)1∶500、1∶2 000、1∶5 000、1∶10 000 和1∶100 000等比例尺的基本地形圖檔案;

(4)1∶2000 和1∶10000 的正射影像圖檔案;

(5)DEM 檔案;

(6)DRG 檔案;

(7)綜合地下管線檔案;

(8)全景地圖檔案;

(9)三維模型檔案;

(10)地名地址檔案;

(11)測(cè)繪工程檔案;

(12)歷史地形圖檔案;

(13)古舊地圖檔案;

(14)歷史地名檔案。

3 總體設(shè)計(jì)

3.1 體系結(jié)構(gòu)

(1)硬件基礎(chǔ)層:是平臺(tái)運(yùn)行所需的各類服務(wù)器、存儲(chǔ)設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備以及各種接入設(shè)備等物理介質(zhì)，該層是物理可見(jiàn)的，其他各層則是在該層之上的虛擬化。

(2)數(shù)據(jù)服務(wù)層:是指用于支撐系統(tǒng)運(yùn)行工程檔案數(shù)據(jù)庫(kù)、地理信息數(shù)據(jù)等。

(3)平臺(tái)服務(wù)層:是開(kāi)發(fā)人員基于實(shí)際環(huán)境創(chuàng)建的運(yùn)行實(shí)例，包括各類應(yīng)用程序。

(4)業(yè)務(wù)層:具體的軟件功能實(shí)施命令。

3.2 技術(shù)路線

“數(shù)字地圖檔案盒”總體上采用混合架構(gòu)。

(1)對(duì)于專業(yè)用戶和數(shù)據(jù)制作用戶，使用ArcEngine 組件、Geodatabase 數(shù)據(jù)模型和柵格目錄技術(shù)開(kāi)發(fā)C/S 架構(gòu)(Client/Server，基于客戶端/服務(wù)器端)的應(yīng)用系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)管理采用Oracle，空間數(shù)據(jù)引擎采用ArcSDE，以提高不同數(shù)據(jù)的存取響應(yīng)速度和利用效率，也更有利于數(shù)據(jù)的完整性、保密性。

(2)對(duì)于瀏覽用戶和信息發(fā)布端，采用ASP 和Java 開(kāi)發(fā)B/S 結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，服務(wù)器端使用ArcServer，安全連接件使用Servlet+tomcat 實(shí)施。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)

數(shù)字地圖檔案數(shù)據(jù)庫(kù)的邏輯結(jié)構(gòu)自上而下分為“數(shù)據(jù)庫(kù)→表空間→邏輯對(duì)象→數(shù)據(jù)段→數(shù)據(jù)區(qū)間→數(shù)據(jù)塊”6 層，實(shí)現(xiàn)空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)的圖庫(kù)一體化管理，其中空間圖形數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)庫(kù)的核心，采用統(tǒng)一的空間參考定位，屬性數(shù)據(jù)通過(guò)圖形實(shí)體的標(biāo)識(shí)碼來(lái)關(guān)聯(lián)。數(shù)據(jù)庫(kù)涵蓋各類地理信息數(shù)據(jù)和專題數(shù)據(jù)，其數(shù)據(jù)類型分類和建庫(kù)方法如表1 所示:

數(shù)據(jù)集 表1

4 關(guān)鍵技術(shù)

基于城市數(shù)字地圖檔案館的關(guān)鍵技術(shù)研究主要集中在:用于檔案制作的數(shù)字地圖檔案盒技術(shù)，用于檔案借閱的數(shù)字地圖閱覽室技術(shù)，用于檔案安全的檔案信息防擴(kuò)散技術(shù)等。

4.1 數(shù)字地圖檔案盒技術(shù)

“數(shù)字地圖檔案盒”是“測(cè)繪地理信息工程檔案數(shù)字化歸檔系統(tǒng)”的簡(jiǎn)稱，如圖1 所示。“數(shù)字地圖檔案盒”采用C/S(Client/Server)架構(gòu)，關(guān)鍵技術(shù)有:

圖1 數(shù)字地圖檔案盒界面

(1)全數(shù)字化歸檔，模擬紙質(zhì)檔案盒，使用自動(dòng)歸類方式或拖拽方式，將Word 文檔、電子表格、幻燈片、圖片、DWG 成果數(shù)據(jù)等電子文件集中收集，形成檔案盒目錄文件樹(shù)。

(2)一鍵式數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，目錄文件樹(shù)形成后，進(jìn)行一鍵式數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換，將原有歸檔文件的數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換成帶有數(shù)字簽名和加密的PDF 電子檔案，并且轉(zhuǎn)換過(guò)程脫離CAD、Word 等數(shù)據(jù)的原始軟件;自動(dòng)生成檔案盒封面、目錄和備考表等。

(3)規(guī)范化處理，面向檔案制作加工人員、檔案質(zhì)量監(jiān)控人員，實(shí)現(xiàn)檔案信息的收集、整理、提交、制作、歸檔，質(zhì)量檢查、入庫(kù)、發(fā)布的規(guī)范操作。

(4)檔案安全，集中使用電子身份認(rèn)證、數(shù)字證書(shū)和電子簽名等技術(shù)手段來(lái)增強(qiáng)數(shù)字地圖檔案的保密性、安全性;采用UKey，集成電子身份認(rèn)證、文件加解密和數(shù)字簽名功能，直接讀取與人力資源數(shù)據(jù)庫(kù)掛接的唯一標(biāo)識(shí)個(gè)人身份和權(quán)限。歸檔時(shí)，只有正確的UKey 歸檔持有者能解密并進(jìn)行歸檔，確保了檔案信息的安全。數(shù)字證書(shū)采用DES 算法進(jìn)行加密，并存儲(chǔ)于UKey，確保數(shù)字證書(shū)不易被盜用。

數(shù)字檔案館中最基礎(chǔ)的工作是制作數(shù)字地圖檔案盒。數(shù)字地圖檔案盒突破了傳統(tǒng)的數(shù)字地圖檔案收集、管理、利用和保存的局限，充分整合各類檔案信息資源，建立了集現(xiàn)勢(shì)地理信息、測(cè)繪地理信息工程數(shù)字檔案、古舊地圖檔案于一體的檔案資源數(shù)據(jù)庫(kù)，縮減不必要紙質(zhì)檔案的庫(kù)存和管理，提升檔案信息的管理、利用與共享服務(wù)。

4.2 數(shù)字閱覽室技術(shù)

基于“一張圖”理念開(kāi)展數(shù)字閱覽室應(yīng)用系統(tǒng)(如圖2 所示)的建設(shè)，目標(biāo)是為用戶提供簡(jiǎn)潔、快速、直觀的檔案的查詢、借閱、分發(fā)、下載、統(tǒng)計(jì)等服務(wù)，關(guān)鍵技術(shù)包括:

圖2 數(shù)字地圖閱覽室界面

(1)多源、多時(shí)序地圖的集成調(diào)度和匹配聯(lián)動(dòng)。數(shù)字地圖檔案分為“圖”(地形圖、影像圖、管線圖等)和“庫(kù)”(地名庫(kù)、工程檔案庫(kù)等)兩種，均以服務(wù)的方式發(fā)布。

①使用瓦片化地圖服務(wù)(TiledMapServiceLayer)進(jìn)行圖的集成調(diào)度。使用預(yù)生成的、經(jīng)過(guò)緩存的、來(lái)自不同數(shù)據(jù)源的地圖瓦片提供地圖服務(wù)。一般有三種方式:單一圖種切換顯示，不同圖種分窗顯示和不同時(shí)序地圖過(guò)渡顯示。

②使用矢量圖層(GraphicsLayer)進(jìn)行庫(kù)的集成調(diào)度。所有地理要素均以要素的形式返回到客戶端，地理要素查詢、統(tǒng)計(jì)結(jié)果通過(guò)符號(hào)化和渲染的專題圖進(jìn)行顯示。

(2)富客戶端展示檔案信息資源。基于“一張圖”理念開(kāi)展數(shù)字地圖閱覽室建設(shè)，通過(guò)地圖彈簧動(dòng)畫(huà)(地圖縮放、平移等操作具有連續(xù)性)、界面元素作為地圖要素(隨地圖縮放)、地圖符號(hào)動(dòng)畫(huà)、要素按簇顯示等技術(shù)提高顯示性能和效果，確保檔案信息數(shù)據(jù)和諧統(tǒng)一的展現(xiàn)。通過(guò)地理對(duì)象處理、網(wǎng)絡(luò)分析、在線編輯、數(shù)據(jù)疊加等功能，確保用戶在海量數(shù)據(jù)中能夠快速準(zhǔn)確的查找到所需的信息，并以簡(jiǎn)潔明了方式將結(jié)果集反饋給用戶［3］。

(3)按需分發(fā)檔案信息資源。在數(shù)字地圖閱覽室中，按照用戶的實(shí)際使用需求，在符合國(guó)家安全要求的前提下，開(kāi)展檔案的查詢、借閱、分發(fā)、下載、統(tǒng)計(jì)等服務(wù)。

4.3 數(shù)字地圖檔案防擴(kuò)散技術(shù)

目前離線數(shù)字地圖檔案信息通常還是以DWG 格式發(fā)送傳播［4］。DWG 格式的檔案信息文件就是一個(gè)存儲(chǔ)在塊表中的AcDb 對(duì)象的集合。每一個(gè)對(duì)象都有一個(gè)句柄勇于實(shí)體識(shí)別，而實(shí)體是一類特殊的數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)象，是線、圓、圓弧、文本、區(qū)域、多段線和橢圓的組合。因此，可以通過(guò)對(duì)實(shí)體的編輯和訪問(wèn)控制，實(shí)現(xiàn)檔案信息的防擴(kuò)散。檔案信息防擴(kuò)散技術(shù)包括:提供文件授權(quán)加解密的服務(wù)器端和供檔案使用者的客戶端。

(1)服務(wù)器端防擴(kuò)散技術(shù)。主要包括文件的授權(quán)設(shè)置、有效期設(shè)置、版權(quán)設(shè)置、使用權(quán)限設(shè)置、數(shù)據(jù)加密、數(shù)據(jù)解密等各類授權(quán)服務(wù)。

①授權(quán)設(shè)置。通過(guò)“軟件加密”或“硬件加密”兩種方式對(duì)分發(fā)的離線數(shù)字檔案進(jìn)行授權(quán)碼設(shè)置和注冊(cè)。

②有效期設(shè)置。基于AutoCAD 內(nèi)核，在要素對(duì)象中設(shè)置本機(jī)的系統(tǒng)時(shí)間和有效期，同時(shí)記錄用戶每次打開(kāi)數(shù)據(jù)的時(shí)間，以某種遞歸方式對(duì)有效時(shí)間進(jìn)行檢查。

③版權(quán)控制。基于AutoCAD 內(nèi)核，將授權(quán)的使用單位和發(fā)布的時(shí)間與所有保護(hù)對(duì)象永久關(guān)聯(lián)，在對(duì)象復(fù)制的過(guò)程中，自動(dòng)傳遞版權(quán)信息，有效實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)來(lái)源跟蹤散。

④使用權(quán)限控制。基于AutoCAD 內(nèi)核，對(duì)發(fā)布對(duì)象以塊狀或要素進(jìn)行加密，賦予不同的操作類別權(quán)限，且與使用正常數(shù)據(jù)沒(méi)有差異，只是操作后的數(shù)據(jù)仍然是出于加密狀態(tài)。

⑤加密。對(duì)外分發(fā)的檔案信息數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，同時(shí)不影響正常使用，且保證無(wú)法將外發(fā)數(shù)據(jù)及其衍生數(shù)據(jù)以明文形式存儲(chǔ)在本地硬盤(pán)及其他存儲(chǔ)設(shè)備上。

⑥解密。解密是指將已加密的檔案信息文件還原到加密之前的狀態(tài)，包括解除期限時(shí)間、授權(quán)狀態(tài)、版權(quán)信息、數(shù)據(jù)擴(kuò)散保護(hù)等。

(2)客戶端防擴(kuò)散技術(shù)。主要包括文件的授權(quán)信息讀取、有效期信息讀取、版權(quán)信息讀取、加密數(shù)據(jù)讀取等各類授權(quán)信息讀取服務(wù)，保證用戶能夠進(jìn)行操作和使用。

①授權(quán)信息讀取。加載檔案數(shù)據(jù)時(shí)，通過(guò)一定算法進(jìn)行匹配計(jì)算，自動(dòng)根據(jù)客戶端的加密方式，獲取授權(quán)信息。合法授權(quán)者可正常加載和進(jìn)行數(shù)的瀏覽。

②有效期信息讀取。打開(kāi)檔案數(shù)據(jù)時(shí)讀取數(shù)據(jù)的有效期信息，如果在有效期內(nèi)，則可以正常對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作;否則對(duì)對(duì)象進(jìn)行直接刪除或者進(jìn)行隱藏對(duì)數(shù)據(jù)使用者不可見(jiàn)。

③版權(quán)信息讀取。對(duì)檔案數(shù)據(jù)遍歷操作，對(duì)文件發(fā)布時(shí)提供給的使用方信息進(jìn)行讀取，包括加密的起始時(shí)間以及數(shù)據(jù)使用方單位名稱。

④加密數(shù)據(jù)讀取。利用AutoCAD 的消息響應(yīng)機(jī)制，對(duì)打開(kāi)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀取，根據(jù)加密的逆運(yùn)算，將加密的文件進(jìn)行還原，正常顯示，并根據(jù)使用者的使用權(quán)限正常使用。

⑤AutoCAD 版本覆蓋。為了滿足程序的通用性，需要實(shí)現(xiàn)AutoCAD 版本的全覆蓋。

5 結(jié) 語(yǔ)

城市數(shù)字地圖檔案館的建設(shè)是在厘清城市不同時(shí)期、不同比例尺各種數(shù)字地圖檔案的基礎(chǔ)上，在原有雙套制檔案管理的基礎(chǔ)上，重新梳理和調(diào)整，制定了一套基于全數(shù)字化檔案管理的規(guī)范流程。基于庫(kù)房與機(jī)房融合理念建立一套一體化的檔案信息資源基礎(chǔ)設(shè)施和檔案安全設(shè)施基礎(chǔ)設(shè)施。建立一系列全時(shí)空檔案信息資源庫(kù)，不僅涵蓋完整的、現(xiàn)勢(shì)性強(qiáng)的現(xiàn)狀地理信息，而且將大量反應(yīng)城市歷史的各時(shí)期數(shù)字地圖和測(cè)繪地理信息納入科學(xué)管理。使得城市的地理信息成系列、全比例，形成現(xiàn)勢(shì)和歷史地理信息的互相補(bǔ)充，進(jìn)一步完善了城市的地理信息體系，同時(shí)建立合理的現(xiàn)勢(shì)數(shù)字地圖轉(zhuǎn)化為歷史數(shù)字地圖的機(jī)制。研發(fā)涵蓋歸檔、借閱、開(kāi)發(fā)、利用及安全管理等工作的多個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)，為各類應(yīng)用提供服務(wù)和共享平臺(tái)。

［1］國(guó)家檔案局．?dāng)?shù)字檔案館建設(shè)指南［EB/OL］．http://www．gzdaj．gov．cn/daywzd/daxxhgz/201012/t20101224 _54362．htm，2010．

［2］李黎．?dāng)?shù)字檔案館建設(shè)設(shè)想［J］．武漢檔案，2010(1)，15～17．

［3］李黎，姬鳳英，劉劍等．基于RIA 的數(shù)字地圖檔案閱覽室建設(shè)［J］．地理空間信息，2013(6)，150～152．

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