公路建設項目影像文件采集與溯源應用研究

謝來坤 秦曙光 羅竟

摘要：影像檔案溯源項目建設與影像文件采集活動有密切關系。文章分析目前公路建設項目影像采集現狀，研究以溯源項目建設為目標的影像采集責任、設備、階段、頻率、數量、質量，解決項目溯源的關鍵技術問題，開發公路建設項目影像檔案溯源系統。該課題成果已在荔玉、新柳南等高速公路實踐應用。

關鍵詞：公路;影像;檔案;采集;溯源;管理;系統

中圖分類號：U415.1A010015

0 引言

建設項目影像檔案是工程檔案的重要組成部分，是項目建設的歷史見證和記載。影像檔案，在工程招（投）標、宣傳、借鑒、培訓、糾紛、結（決）算、營運中具有直觀效果。但以項目影像檔案溯源項目建設這一課題，目前鮮有研究。影像采集活動是建設項目影像文件獲取的唯一途徑。溯源項目建設則是影像檔案的價值體現。因此，研究影像文件采集活動和影像檔案溯源項目建設具有十分重要的意義。

本文為廣西壯族自治區檔案局與廣西荔玉高速公路有限公司共同承擔國家檔案局課題研究成果之一。本文研究解答了在影像文件采集過程中的“為何拍”“為誰拍”“誰來拍”“怎樣拍”“拍哪里”“拍什么”“拍多少”和采集的影像文件該“如何選”“怎樣著”“怎樣存”“如何用”等問題。

1 影像文件采集的現狀

1.1 我國缺乏針對建設項目進行影像文件采集的系統研究

國家檔案局在不同時期出臺了關于建設項目影像文件的標準[1]、規范[2]和文件[3]，規范了影像文件的整理、歸檔工作標準。但這些標準、規范、文件在影像文件采集、整理、存儲等方面的條款較少，且語言表達抽象、模糊、可操作性差，各地執行的隨意性較大。以交通運輸行業為例，交通運輸部印發的兩個重要文件[4-5]、監理規范[6]是公路影像文件采集的主要依據。但文件沒有規定影像文件的采集，更無涉及溯源的要求。

頂層設計的不足，在實際操作中使得影像檔案合格性評價缺乏依據。調查顯示[7]，同一個建設項目，建設規模基本相同的參建單位之間收集的影像數量、質量相差懸殊。但按照目前已有的規范、標準，無法判斷數量多少為足夠，影像達到何種質量才能滿足使用。多數企業（包括建設、采購、設計、監理、施工）并未對影像文件的采集引起足夠的重視，造成企業在施工生產、安全、質量控制、二次創效、竣（交）工驗收、營運、維護與加固時缺乏寶貴資料。其后果是有價值的影像資源得不到搶救。

1.2 以影像文件溯源項目建設的研究有待上升為國家或行業標準

以建設項目影像采集與溯源為查新點[8]，檢索到的信息絕大多數為金融、社保、稅務、工商、學校、醫院、文物等領域。經對比，檢索到的文獻中尚未見與本項目查新點完全相同或類似的報道。國際上至今尚無專門針對建設項目影像文件采集對象、時機、部位、數量、頻率、質量的研究，更無以影像溯源項目建設的文獻報道和專題研究。

2 影像文件采集活動的研究

2.1 采集組織的研究

項目法人對項目影像采集工作負總責。項目影像采集工作應實行“兩納入”（納入項目招（投）標、納入項目履約能力檢查）、“三同步”（同步準備、同步推進和同步完成）。項目影像采集組織框架流程按圖1設置。

2.2 采集活動的研究

真實性、同步性、對比性、還原性是建設項目影像文件采集的基本要求。真實性是指數字成像設備直接拍攝形成的原始影像信息，除亮度、對比度、飽和度等處理外，不能對數碼照片的內容和 EXIF 信息進行修改和處理。同步性是指工程影像采集時機與建設活動同步。對比性是指所拍攝的對象要有一定的參照物。開工前后，過程乃至竣工均應有對比影像文件。還原性是指必須采集足夠數量和質量的影像文件，能溯源項目建設重大活動、關鍵工序、重要結構。為此，影像采集活動圍繞以下幾方面開展研究：

（1）合適的數碼攝影設備。攝影設備是確保真實性的條件。一般采用數碼攝影設備，如航拍飛行器、單反、數碼相機、手機等，只要分辨率不低于1 080×720像素，單張照片大小不超出4 M，手機像素最低要求1 200萬，所采集的影像文件，均滿足檔案要求。

課題研發出一款手機采集影像的安卓版APP采集系統。采集影像后，現場通過語音或文字輸入完成影像文件的元數據編輯，上傳系統，能實現采集、著錄、系統管理一體化。

（2）拍攝時機。拍攝時機是確保影像文件采集的同步性。影像拍攝時機應確保在整個事件精華、高潮及結束前完成。因此，項目開工前應有關鍵工序、隱蔽工程、重要結構部位、不同時期反映項目全貌的航拍等項目影像文件采集策劃書。

（3）合適的參照物。參照物出現在影像文件中，對拍攝對象具有很強的對比性。照片類常用的參照物有鋼尺、卷尺、塔尺、標識牌。其中標識牌尺寸規定為：標識牌長60 cm，寬50 cm，行高10 cm。字體統一為初號。圖2為標識牌范例圖。

錄像類影像除在被拍攝的目標上豎立標識牌外，目標周邊影響范圍的地形地物也應該在拍攝范圍。

合適的景別。這也是確保影像真實、對比的措施。畫面主體應占照片1/2～3/4畫幅。景別以遠景、全景、中景、近景及特寫構圖為主。重要活動應采用多機位、多視角拍攝，選擇最能體現工程特色的景別和畫面，并以周邊永久性參照物作為背景。

（4）影像文件的數量、質量、頻率和專業軟件系統是保障還原的前提。因現行的行業標準對建設項目文件的溯源要求還是空白，本課題對這些問題進行了深入的研究。

2.3 影像文件采集范圍、頻率、數量的研究

課題以影像文件能滿足溯源項目建設為目標來研究采集的范圍、部位（階段）、頻率、數量。建筑是凝固的藝術結晶，建設項目具有亮點、地標、特色的場景，融入地域性人文、地理、風土人情，均應多機位、多維度拍攝，為全方位再現建筑藝術之美提供足夠數量和高質量的影像文件。本課題影像文件采集的研究成果，已經成為廣西檔案行業建設項目影像文件采集指南[9]：

（1）采集范圍及階段。從項目籌備、立項、招標投標、合同協議、勘察設計、征地拆遷、移民安置及工程準備過程，到項目建設過程，至項目竣（交）工為止整個過程的具有查考、利用價值的所有影像文件，均應列入采集范圍。

（2）采集頻率及數量。各節點采集的頻率，根據拍攝對象的重要程度確定，以能反映事件或部位為原則。文件[9]規定了各個環節采集的頻率和數量。

2.4 影像文件的分組

結合公路建設項目特點，將所采集的影像文件按照表1進行分組。每一張照片，每一段錄音、錄像都可以從表1中找到相應的組別歸類。表中在每個單位工程等聚類之后再劃分組，并預先設置聚類系統。

2.5 優質影像文件的推送

同一個主題活動往往需要采集很多照片。基于模糊圖片篩選法系統（Fuzzy Detection system）檢測圖像模糊度，運用拉普拉斯算法利用圖片的灰度值計算出“模糊量”。如果模糊量低于預先定義的閾值，那么該圖片就可以被認為是模糊的;高于閾值，就不是模糊的。考慮兩種場景：（1）在有對比圖片的前提下判定上傳圖片是否模糊;（2）在沒有參考圖片的情況下判斷上傳的圖片是否清晰。

本課題開發的溯源系統直接引入JAVA圖片分類篩選功能，能從眾多相似的圖片中推送最清晰的一幀照片。圖3為推選的最優圖片。

3 影像文件的溯源研究

3.1 制定影像檔案標識編碼規則

標識編碼是實現溯源的最便捷路徑。基于multilevel coding tree模型，課題建立了支持多層狀溯源的編碼規則。圖4為本課題典型的樹狀結構模型圖。每一個影像文件都有唯一的標識編碼，包含定位（通過RFID等技術快速確定目標電子檔案資源在服務器中的具體位置）、描述（文件元數據）、聚類（主題標識）。

標識編碼采用項目代號、屬性、保管期限、類別和流水號等不等長“五段位”組成[7]。每個段位根據項目行業特征加以規范。

范例：以圖3左邊第一幅圖為例，系統生成的標識編碼G59GXLY-411-30-3Q01A01A01A-1，這張照片標識編碼隱含這以下這些元數據信息：國家高速公路網呼和浩特至北海高速公路（G59）廣西荔浦至玉林段（GXLY），中交二航局第11合同段（411），保管期限30年（30），質保資料（3），相思州大橋左幅（Q01，劃分表預先設定，下同），基礎及下部構造分部工程（A01），鋼筋籠分項工程（A01），第一道工序（A），第一張照片（1）。標識編碼的元數據自動進入系統表格，并在照片周邊中文顯示隱含的信息。

3.2 建立多層狀網絡的溯源方式

表1中的20組影像文件材料，經歸檔元數據，進行電子封裝包后，為溯源提供了基礎信息。系統提供了組別、單位分部分項工序、時間、保管期限、事件或單項工程等單項或組合式的多層狀溯源方式。

單位、分部、分項、工序的劃分及唯一性標識編碼是實現影像文件溯源，與質保資料電子文件、BIM等軟件進行數據交換，實行多維溯源的橋梁通道。

3.3 溯源關鍵技術的研究

利用影像文件溯源項目建設，涉及影像電子存儲格式、元數據、封裝、電子簽名、備份等關鍵技術。

3.3.1 存儲格式

影像電子文件可以通過劃分電子設備環境中生成的原生電子文件格式或翻曬、掃描等數字化操作方法得到，有設備自帶的影像電子文件格式。各種存儲格式之間可以相互轉換。本課題直接采用原生電子文件格式或自帶格式作為存儲格式。

3.3.2 元數據方案

在國家檔案局現行標準中，照片類電子文件元數據實體共94類，錄音錄像類電子文件元數據96類。依靠人工著錄這些元數據信息非常困難。課題在執行國家檔案局行業標準的電子文件元數據方案基礎上，將其改良為適合公路行業特色的影像文件元數據方案。限于篇幅，表2為改良適合公路行業特色的部分元數據方案。

系統設置元數據信息著錄劃分為三大類：

（1）一次性錄入、反復調用類，如項目代號、采集單位信息、全宗號、組別代號、單位代號等。

（2）系統自動生成類，如捕獲設備，格式信息（原生、轉換），圖像、視頻和音頻參數，拍攝和上傳時間，錄音錄像類起訖時間、流水號、系統時間、下載日期、瀏覽量、下載量、元數據校驗等。

（3）人工錄入、選擇性錄入或系統輔助類，如題名、說明、拍攝者、保管期限、聚類、編輯者、參見號等。

3.3.3 封裝包

每一張照片，每一段錄音、錄像按照表2歸檔改良元數據后，基于XML的JXERMS封裝結構，建立影像電子文件與元數據的文件包封裝。該方法將電子文件元數據分為目錄信息元數據、電子屬性元數據、過程信息元數據。這三種元數據都采用XML語言規范封裝。目錄信息元數據集中保存整個文件包包含的全部電子文件的目錄信息，電子屬性元數據、過程信息元數據與電子文件內容采用檔號層次文件夾的形式組織在一起。

3.3.4 電子簽名

影像文件的電子簽名與通常的電子文件AC簽名不一樣。影像電子簽章的關鍵技術環節是采用加密等辦法提供保障。相關研究表明，采用OM/Active 技術開發，將電子印章和數字簽名技術結合為一體。本課題由于采用了照片真偽識別技術，沒有開展影像文件的電子簽名研究。

3.3.5 區塊鏈備份

每隔一定時間對系統進行一次完全備份是確保影像文件安全的重要舉措。以荔玉高速公路為例，其電子檔案管理系統服務器采用多硬盤陣列方案實時對數據進行備份。同時系統提供遠程數據，實行區塊鏈模式，用戶系統也自動備份接口，實時、遠程、自動、快速備份用戶上傳到服務器的數據，確保數據安全。

4 開發專用軟件

4.1 開發原則

將采集的影像文件收集后，按照項目溯源方式，開發溯源系統，就能溯源基建項目全程或局部活動。系統開發應按照簡單性、針對性、實用性、一致性和先進性原則。使用影像文件采集、錄入系統、溯源項目建設的用戶專業背景不同，所開發的系統要達到簡潔功能，操作簡潔方便。

4.2 系統的開發流程

系統使用SpringBoot框架、MySQL成熟的開發技術和數據庫。基本流程如圖5所示。

4.3 溯源操作

用戶選擇相關的檢索字段，通過系統的檢索，將結果通過幻燈片和PDF導航形式進行文件的不同效果展示。本模塊要解決的關鍵問題是圖片真偽和圖片模塊的識別問題。圖6為本模塊的程序流程圖。

5 結語

本課題以影像檔案溯源項目建設為對象展開系列研究。影像文件采集成果填補了國內空白，已經上升為檔案行業地方標準。溯源系統采用B/S架構，建立了多角色的資料質量控制和追溯體系，開發了《建設項目影像檔案溯源系統》。該系統還為用戶提供多文件上傳溯源影像資料的采集錄入，并且上傳的圖像資料可通過圖像真偽判別和圖像模糊判斷功能對其真偽和質量進行判斷。通過網絡、智能終端等多種形式向用戶提供服務，切實有效地實現了對基建項目影像檔案的溯源和跟蹤。

系統在柳州經合山至南寧，松旺至鐵山港東岸等800多km高速公路項目進行了推廣應用，在電力、港口、市政、房建等行業得到驗證。

參考文獻：

[1]DA/T50-2014，數碼照片歸檔與管理規范[S].

[2]GB/T18894-2002，電子文件歸檔與管理規范[S].

[3]GB/T18894-2016，電子文件歸檔與電子檔案管理規范[S].

[4]中華人民共和國交通運輸部（交公路發〔2010〕65號）.關于印發公路工程竣交工驗收辦法實施細則的通知[Z].北京：交通運輸部，2010.

[5]中華人民共和國交通運輸部（交辦發〔2010〕382號）.關于印發公路建設項目文件材料立卷歸檔管理辦法的通知[Z].北京： 交通運輸部：2010.

[6]JTGG10-2006，公路工程施工監理規范[S].

[7]廣西荔玉高速公路有限公司.基建項目影像文件采集與溯源的應用研究[R].2019.

[8]廣西壯族自治區科學技術情報研究所.基建項目影像文件采集與溯源的應用研究[R].2020.

[9]廣西壯族自治區檔案局.建設項目影像文件采集指南[Z].南寧：廣西壯族自治區檔案局，2018.

收稿日期：2020-04-09