“元宇宙”賦能地理信息檔案管理研究

摘? 要：“元宇宙”的崛起促進了地理信息建設水平升級和轉型，也為檔案管理工作帶來了新的機遇和挑戰。“元宇宙”核心技術將賦能地理信息檔案管理工作，為檔案數據的安全性、可用性、智能性帶來更優的技術體驗。基于當下檔案管理工作特點及存在的問題，立足“元宇宙”核心技術，提出融合“元宇宙”技術的檔案管理新模式，為進一步提升項目檔案管理水平提供創新性建議。

關鍵詞：“元宇宙”；地理信息；檔案管理；檔案安全；區塊鏈；人工智能；數字孿生

Abstract： The rise of the Metaverse has promoted the upgrading and transformation of geographic information construction， and also brought new opportunities and challenges to archives management. The core technology of Metaverse will energize the of geographic information archives management and bring better technical experience for the security， availability and intelligence of archives data. Based on the characteristics and existing problems of current geographic information archives management， this paper puts forward a new model of geographic information archives management integrating the Metaverse technology， and provides innovative suggestions for further improving the level of geographic information archives management.

Keywords： Metaverse; Geographic information; Archives management; Archives security; Blockchain; Artificial intelligence; Digital twin

隨著新基建的提出和高新技術手段的深度應用，地理信息項目的建設步入了新的發展時期，同時地理信息檔案管理工作也隨之發生變化。近年針對地理信息檔案的研究工作已有部分成果，趙君對地理信息檔案安全系統的建設給出了實踐性建議，從數據加密、數字水印兩方面提升安全保護[1]；王小平等人指出當前重大測繪地理信息檔案管理工作中存在的問題并給出具體措施[2]；趙生輝等人從城市逆向記憶工程出發，探索現代信息技術對基礎設施建設檔案管理的影響[3]。隨著地理信息項目建設上了新臺階，針對檔案管理有關工作存在的短板問題逐漸顯現，傳統技術手段在處理相關管理問題時受困于現有技術弱勢，急需探究新一代技術手段。

與此同時，“元宇宙”技術逐步興起，已在各行業研究領域得到關注。其核心技術在大數據處理、算力提升、數據共享等方面具有新的突破，這正是當前項目檔案管理工作所需的技術保障。2021年可視為“元宇宙”元年，“元宇宙”相關技術受到各行業廣泛關注。有關“元宇宙”目前未有統一定義，普遍觀點認為它是整合多種新技術而產生的互聯網應用系統，是由多種技術手段造就的與現實世界平行存在的虛擬空間。本文分析總結當前地理信息檔案管理工作特點及存在的問題，探討“元宇宙”核心技術手段在檔案管理中的應用，試圖破除現有管理中的三大矛盾，多方面提升檔案管理工作水平。

1 “元宇宙”及地理信息檔案之研究背景

1.1 “元宇宙”技術特點。“元宇宙”中的虛擬世界是基于數字孿生等技術構建的物理世界的鏡像世界，且獨立于物理世界的3D版互聯網生態系統。“元宇宙”具有的六大核心特征是沉浸式體驗、開放性、虛擬身份、不斷演化、虛實互動、新的確權方式，滿足這些特征的就是一個初級的“元宇宙”系統。

“元宇宙”的底層邏輯是去中心化的，與物理世界不同，它是一個自主自治、無主要中心點的網絡架構，一個基于數字貨幣、數字資產、數字通證的價值網絡，一個去中心化大規模協作網絡。其核心技術主要包括人工智能、區塊鏈、云計算、數字孿生四大方面，是諸多高新技術達到一定奇點后的產物，“元宇宙”是各技術的集大成者。

1.2 地理信息檔案管理工作特點及問題。“新基建”加速了地理信息產業的發展，驅動了地理信息檔案的數字化轉型和管理手段升級，當下檔案管理工作呈現了新的特點和問題。對傳統的檔案管理工作提出了新挑戰。本文分析地理信息建設呈現出的新特點與當下地理信息檔案管理方式之間存在的三個矛盾點，以期從技術層面找到解決路徑。

1.2.1 檔案資源與傳統管理模式間的矛盾。地理信息檔案資源在數據格式、數據體量、數據來源方面與傳統業務模式相比有很大變化，而傳統的檔案管理手段無法很好地處理新模式下的地理信息檔案數據，這就造成了地理信息檔案資源與傳統管理模式之間的矛盾。上游地理信息建設項目的信息化建設水平逐步提升，人工智能、智慧模型、大數據等高新技術在地理信息領域深度應用，因此在地理信息類檔案的形成過程中，檔案資源已由傳統紙質文件為主轉變為電子資源為主，并呈現出檔案資源數據量大、信息格式繁雜、數據來源差別較大的特點。當前檔案管理中，對數以TB甚至PB級別數據量的信息處理手段較弱，且建設項目規模持續擴大，當前檔案管理系統面對海量級別的數據存儲、檢索力不從心。在信息格式方面，由于前端業務系統不斷融合云計算、大數據、虛擬現實等技術手段，檔案資源類型更多樣化，在傳統測繪信息之外出現了三維模型數據、重力數據、連續運行基站數據等格式[2]，這對檔案管理系統的數據格式轉換能力要求更高。

1.2.2 管理需求與信息系統孤島間的矛盾。地理信息檔案管理的需求已不再單一局限在做好收集整理查詢等傳統管理模式，當下管理手段極大程度依賴于檔案信息資源，對檔案數據共享的需求前所未有，但是當前地理信息系統間信息孤島問題仍然突出，檔案管理需求的變化與業務系統的信息孤島現狀之間產生了矛盾。地理信息檔案管理呈現出信息資源高共享的要求，這是由地理信息技術發展決定的。項目建設過程中參與單位較多，前端業務系統較其他類型檔案管理更為復雜，各業務系統存在建設壁壘，檔案數據難以整合，無法做好地理信息檔案數據的共享利用，為海量檔案信息的存儲、管理、利用帶來了巨大挑戰。隨著信息共享和資源互通的需求增高，業務系統間交互不暢問題成為發展瓶頸，打破行業信息孤島的呼聲日益增高，對檔案管理的需求已經由注重管理轉變為注重利用。

1.2.3 檔案利用與單一服務手段間的矛盾。檔案利用者更希望能拿到智慧化、知識化、決策化的檔案信息，而傳統檔案利用是以簡單的檢索為主，檔案利用需求的智慧化發展與當下單一服務手段間的矛盾不容忽視。數據體量大、信息融合度高、利用需求激增的基本特點使得地理信息檔案的服務需求走向智慧化方向，急需對豐富的地理信息檔案資源進行深層次、廣知識、智決策的檔案服務，深入挖掘地理信息資源，高度共享檔案信息，提供智慧化的決策指導。當前檔案利用服務手段較單一，較為缺乏多元化的服務方式、優質體驗的利用手段。同時，地理信息檔案的開發缺乏一定深度和廣度，海量檔案信息未得到充分利用，在檔案編研、智能決策上未能發揮信息優勢。

2 地理信息檔案管理與“元宇宙”核心技術之融合

本文擬從技術層面，深度分析“元宇宙”核心技術在新時代地理信息檔案工作中如何應用，力求補足檔案管理方面的短板問題，創新提升檔案管理的水平。“元宇宙”的出現為地理信息檔案的管理工作帶來了新的思路和動力，將核心技術融合入地理信息檔案管理流程，試圖解決當下檔案管理的困境，從技術層面改進和提升檔案管理工作水平。

2.1 云計算助力檔案數據保障。云計算是“元宇宙”技術框架中底層技術手段的重要組成，能夠使用最少管理手段和交互方式即可提供共享資源的技術。其技術本質是利用軟件的“元宇宙”的基礎設施進行定義，進而向系統提供服務器、存儲空間、網絡等資源。可以看作云計算技術是對當下流行的超融合技術的提升。與傳統的檔案管理手段中的數據存儲等底層技術相比，云計算技術在硬件服務器類型和種類、數據接入方式、資源可擴展性、產生費用、交互速度、可靠備份等方面均有著明顯優勢。

依靠云計算在數據存儲方面的特性，解決地理信息檔案數據量大、歸檔來源復雜、格式多元化的問題。云計算技術下的地理信息檔案管理系統在數據存儲層使用是設備管理系統和多個存儲設備結合的工作模式，本質是云計算系統，底層核心是數據存儲與管理。部署在存儲層上的是對存儲設備進行管理的管理系統，需對存儲設備進行邏輯虛擬化、多鏈路冗余、硬件狀態等方面進行監管[4]，使用軟件手段管理存儲設備，以達到存儲服務的效果，這就是存儲功能從設備到服務的轉變。

2.2 區塊鏈優化檔案資源共享。區塊鏈技術是一個由分布式賬本、去中心網絡和互操作協議構成的系統。區塊鏈指的是多個區塊組成的鏈條，其中每個區塊均保存數據，且按照時間順序組成鏈條。整個區塊鏈條同時保存在所有節點服務器中，且這些節點服務器的主體不同。當需要修改區塊鏈內的信息時，要經過半數以上節點同意且同時修改才能完成。因此，區塊鏈技術具備數據難以篡改和去中心化的兩個特點。將區塊鏈技術融合到檔案管理中，將分布式、共識機制、算力算法的優勢運用到檔案管理中，優化地理信息資源共享。

2.2.1 地理信息檔案數據區塊鏈的共享機制。建立地理信息檔案數據區塊鏈，利用區塊鏈技術多節點參與、多節點治理的根本優勢，讓各節點共同維護檔案信息區塊鏈的分布式“檔案數據賬本”。區塊鏈技術改變了傳統數據管理的網絡形態（見圖1），由中心化管理網絡轉變為多節點、分布式管理網絡，將以往檔案數據中心的絕對控制權下放到各服務節點，將數據中心對全部數據的管理義務拆解到各服務節點共同維護，將數據中心對數據的絕對安全責任分解到所有服務節點共同保障數據安全上。在數據采集層面，區塊鏈分布式模式能夠從各節點獲取更多的檔案數據；在檔案數據存儲層面，區塊鏈是強背書的數據庫存儲技術；在數據分析層面，區塊鏈授權后各用戶才能訪問數據，保障了數據安全。

2.2.2 地理信息檔案數據區塊鏈的安全性保障。地理信息檔案數據區塊鏈依靠基于密碼學的分布式算法，在無法建立信任關系、存在數據壁壘的前端業務系統互聯網絡上，借助多節點網絡結構，不需額外建立檔案數據中心即可使各業務系統在數據傳輸和安全性上達成共識。這是區塊鏈共識機制的內在機理，即通過分布式節點的“投票”，在極短的時間間隔內對數據修改進行驗證和確認；如果某次數據處理能夠得到超過半數節點的“投票”，就可認為全部鏈上的節點也可以達成共識。由于數據修改必須經過一半以上節點同意才可同時修改，因此只要不被篡改掌控一半以上節點，篡改行為即無法完成，這就是為何地理信息檔案數據區塊鏈非常安全，能避免主觀人為的數據變更的原因。以去中心化的架構解決了數據共享、安全信任等可靠數據傳遞難題，實現數據共享，有效收集、歸檔各業務系統檔案數據。

2.2.3 地理信息檔案數據區塊鏈的算力加持。在云計算基礎設施基礎上，疊加區塊鏈技術去中心化的P2P覆蓋網絡、共識算法、區塊鏈結構，并通過區塊鏈的“去中心化、匿名性、數據不可篡改”等特性解決云計算的“可信、可靠、可控制”問題，實現可信的地理信息檔案數據的協同操作，共同構建“元宇宙”技術下的檔案管理的強大算力。

2.3 數字孿生提升檔案服務體驗。數字孿生是基于物理世界之上，運用傳感器、多尺度多概率等技術融合的仿真過程，能夠在虛擬空間中完成物理世界的映射。數字孿生計算支撐起物理世界與“元宇宙”虛擬世界的虛實映射和虛實交互，在物理世界和虛擬空間中建立實時交互，打造身臨其境的檔案服務體驗。依托數字孿生技術構建地理信息檔案的虛擬設計和虛擬展覽空間，可以更直觀展示地理信息項目，可利用全景技術、H5、知識地圖等手段，多角度、全方位提供展示[5]。通過對地理信息檔案數據著錄并抽取建模，形成一個數字孿生的場景，對物理世界的地理信息檔案數據在虛擬世界中構建平行空間，利用場景融合技術和可穿戴設備，為檔案利用者提供身臨其境的查檔體驗。數字孿生技術結合地理信息前端系統，能夠基于空天地數據獲取、全息空間數據采集、二三維一體測繪、泛在測繪和按需組裝服務[4]等形成基于地理信息的數字孿生技術，成為構建地理信息檔案數字孿生的數據基礎（見圖2）。

使用數字孿生方法提升檔案服務的沉浸式感受，能增加檔案服務的沉浸性、交互性和構想性體驗，模擬物理現實孿生數字檔案展覽場景，以現實世界的實體為主題，將虛擬信息與真實世界綜合、疊加，并將虛擬對象投射到現實世界的信息系統之中[6]，在合并現實和虛擬世界的基礎上，形成全新的可視化環境，使得虛擬空間和現實世界深度交融。人機交互設備將觀眾的神經意識和機器相連，可跨維度完成信息交互，提供融合化、多感官綜合的沉浸式展覽體驗。

2.4 人工智能革新檔案利用模式。海量地理信息檔案數據的利用開發的背后需要海量數據、強大算力和智能算法。地理信息檔案中以自然語言為主，因此利用人工智能技術在自然語言處理技術上的語言學習能力，可以有效分析檔案數據中的語言信息，從而構建地理信息檔案數據智能化信息處理能力，實現檔案利用智能化服務。人工智能從較早期機器學習技術到深度學習，從淺層神經網絡到復雜機器學習網絡的發展過程，對學習過程和算法設計逐步完善。機器學習、知識圖譜、自然語言處理等是人工智能技術的核心方法。其中知識圖譜和自然語言處理兩大技術在對以自然語言為主的地理信息檔案數據智能化研究方面具有明顯技術優勢。

人工智能技術助力的地理信息檔案智能化利用可從地理信息數據出發，構建大量的語言文本語料和深度語言模型，對模型訓練后提供檢索服務；同時從知識層面抽象語料中的概念，構建基于知識圖譜的地理信息檔案語料表征模型，從而構建對文本信息具備知識抽象、歸納和推理能力的語言模型。相關算法均是基于對人腦機制的模擬，實現具有不同的學習模型，將底層語言數據提取為語言特征，進而向深層的高級特征轉化，形成更深的網絡結構，將語言數據的提取、檢索融為一體，通過自動獲取特征信息，給出知識檢索結果[7]。人工智能算法賦能地理信息檔案數據利用可通過深度網絡和神經元之間的復雜的機器學習技術進行自主學習與決策功能計算，是“元宇宙”技術下地理信息檔案智能化利用的重要方法手段。人工智能技術與云計算和區塊鏈相輔相成，共同構建“元宇宙”技術下的地理信息檔案利用的智能底座。

3 總結

利用云服務、區塊鏈、數字孿生、人工智能等區塊鏈核心技術手段，解決地理信息檔案管理工作中的現存問題，能夠完善檔案管理的數據保障，開闊管理工作的技術路徑，擴展檔案服務的用戶體驗，優化檔案利用的智能水平，為當下檔案管理工作提供新的思路。

*本文系國家社科基金項目《檔案治理生態系統優化及治理效能提升研究》；中國高等教育學會檔案工作分會重點研究基金項目“高校檔案文化記憶與大學文化記憶研究”（項目編號：ZGD-ZD-2020-15）；河南省檔案科技項目“基于智慧管理的高校檔案數據化研究”（項目編號：2019-X-17）的階段性研究成果。

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（作者單位：鄭州大學檔案與校史館 陳茜月，博士，館員，信息技術科科長 來稿日期：2023-04-10）