楚國數字文物分布式數據庫設計

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，源遠流長，創造了種種的文化成果。在秦始皇統一中國后，發生了一件著名的事件——禁書坑儒，各國的史書文獻被燒毀，楚國文明也因此不得深知。近現代以來，越來越多的楚國遺址和墓葬被考古學家們發現，這些遺址、墓葬里出土了許多的文物。春秋戰國時期，楚國作為春秋五霸戰國七雄之一，它的青銅冶鑄技術走在前沿，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、研究和發揚。

在計算機技術、網絡技術和信息技術長足發展的今天，對楚國文物的保護與研究將有更加科學的方式。為楚國文物建立一個高效的數據庫系統，有利于楚國文化的傳承和發揚。由于分布式數據庫具有靈活的體系結構、系統的可靠性與可用性高等優點，所以在此采用分布式數據庫的設計。

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、藝術等領域都有著相當大的成就。

2.1 楚國文物

在先秦時期，銅是非常重要的礦產資源，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。楚國學習其他文化先進的冶鑄技術，逐漸形成了楚國自己別具一格的青銅器風格。

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

楚國的建筑浪漫質樸，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，體現著楚人崇尚自然、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，尤其龍鳳的形態豐富多樣。楚國的織繡充分展現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，第二次被流放至沅湘地區。屈原一生心系楚國，他的詩歌體現了他的愛國情懷。他開創了楚辭這一新文體，寫下了一系列諸如《離騷》這樣的傳世的著作。

2.3 楚國風俗

從楚國文物文飾和出土的銅劍數量可以看出楚人尚武，這也是楚國強大的原因之一。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：楚國數字文物分布式數據庫體系結構圖

圖2：楚國數字文物數據分片樹圖

圖3：楚國數字文物數據片段分配圖

3 分布式數據庫特點

分布式數據庫，從物理上來講是分散的，而從邏輯上來講又是集中的。分布式數據庫有物理分布性、邏輯整體性以及站點自治性等特點。物理分布性指的是數據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（或稱節點或站點）是由網絡連接起來的。而正是因為這種連接，使得這些節點的數據在邏輯上構成一個統一的整體，也就是分布式數據庫的邏輯整體性。而它每個場地都能獨立地管理數據，也就是分布式數據庫的站點自治性。

由于其獨特的結構，分布式數據庫允許存在一定的數據冗余，站點自治能力強，它有幾個突出的優點：

（1）適合分布式數據管理，能有效地提高系統性能。分布式數據庫的設計目的就是為了能夠很好地適應分布式管理的控制。

（2）系統經濟性和靈活性好。將數據保存在存取最頻繁的場地中，這樣在單一場地操作數據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。在分布式環境中，可以比較方便地添加數據或者增加新的站點，可擴展性和靈活性高。

（3）系統的可用性和可靠性強。由于有多個站點，當某個站點出現問題時，其他站點仍然可以正常運轉。

（4）數據透明性。數據透明性主要體現在分布透明、分片透明和復制透明這三個方面。

（5）站點自治性。分布式數據庫系統可全局應用也可局部應用，局部應用的用戶在一定程度上獨立于全局用戶。

表1：文物表

圖4：楚國數字文物分布式數據庫表關系圖

4 楚國數字文物數據庫設計

4.1 資源標準

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、時間（指此文物是制造的時間）、文物出土（發現）時間、文物出土（發現）地點、文物件數、文物的用途、文物類別(建筑,青銅器,絲織品,農具,武器等)、文物等級（國家n級，省n級）、與此文物相關的素材（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。

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

對于圖片素材，要求jpg或png格式，應該在盡量保持圖片細節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，圖片的分辨率應小于1280×1024，圖片文件大小應該小于3M。jpg格式圖片的壓縮比應該為85左右，最高不超過95。png格式應為8bit帶alpha通道格式。音頻應為mp3格式。視頻素材要求mp4格式，默認的視頻幀數每率為25fps，碼率應該小于等于400kbs。采用的視頻編碼應該為VC-1、H.264、MPEG-4、WMV-HD這四種編碼方式其中一種。視頻文件大小應不大于70M，時長不大于20分鐘。

4.2 楚國數字文物分布式數據庫設計

4.2.1 楚國數字文物分布式數據庫設計思想

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

4.2.2 楚國數字文物數據庫分布式架構

湖北、湖南、河南三地各自的數據庫都是相互獨立的系統，可以實現站點自治。節點與節點之間用數據庫鏈相互連接。楚國數字文物分布式數據庫架構如圖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據庫1（湖北楚國數字文物數據庫），數據庫2（湖南楚國數字文物數據庫），數據庫3（河南楚國數字文物數據庫）的全局數據庫名稱，也在分布式環境中起唯一標識作用。

4.3 楚國數字文物數據分片設計

分片是分布式數據庫中對全局數據的邏輯劃分，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數據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。

對文物關系（CRR）進行數據分片并且保證數據的完整性。

根據楚國文物“出土（發現）省份”這一屬性并按如下的分片條件進行水平分片：

P1:滿足（出土（發現）省份≠湖南AND出土（發現）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（發現）省份=湖南）的所有分組。

P3:滿足（出土（發現）省份=河南）的所有分組。

分片樹如圖2所示。

4.4 楚國數字文物數據分配設計

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

由于在楚國數字文物數據庫系統全面建成后，查詢操作會很頻繁，為了便于查詢，采用全復制分配。如圖3所示。

圖3中，CRR為全局數字文物關系，將其水平分片后得到的P1,P2,P3片段采用全復制分配的方式分配到每個場地。這樣在單個場地中操作數據更方便高效。

4.5 楚國數字文物數據庫表設計

前期對楚國文物資源的收集和整理為楚國數字文物數據庫表結構的設計提供了思路。數據庫中的表與表之間的邏輯關系如圖4所示，文物表有主鍵文物編號，三個外鍵材質編號、文物類別編號、文物等級編號，這三個外鍵分別為材質表、文物類別表、文物等級表的主鍵。主人文物關聯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聯表的聯合主鍵。文物關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（在表中存儲材質編號，關聯材質表），出土（發現）時間、出土（發現）地點、件數（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，關聯文物類別表）、文物等級（在表中存儲文物等級編號，關聯文物等級表）、簡介。如表1所示。

4.5.2 材質表

材質表，用于存儲文物的有哪些材質，比如青銅、玉、陶瓷、木質、鐵等，主鍵材質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 文物主人關聯表

一種文物可能對應多個主人，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系，因此需要建一張文物主人關聯表，來主人表與文物表，表中有文物編號和主人編號兩個字段，并將它們作為聯合主鍵。

4.5.7 文物關系表

文物關系表，用來存儲文物之間的關系，一種文物可能是由其他文物演變改進而來的，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 文物素材關聯表

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

5 結束語

將楚國數字文物數據庫設計為分布式數據庫，能提高數據庫的訪問速度，具有更高的并發訪問量，且能夠實現對數據的冗余備份，保證數據和服務的高可靠性。

楚國文化瑰麗浪漫、源遠流長，楚國文物神秘詭奇、精妙絕倫，擁有八百年歷史的楚國創造了豐富的文化寶藏。楚國數字文物分布式數據庫系統的設計是為了更好地傳承楚國文化，保護文物信息。楚國數字文物分布式數據庫從文物本身出發存儲楚國文物信息。愿在往后的學習工作中能夠將這個項目修正完善。

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