基于GIS下的文物保護管理信息系統設計分析

摘 要：憑借地理信息系統（GIS）可以創建、管理、分析和繪制所有類型數據的平臺軟件，通過分析文物保護管理部門的使用需求及使用原則，充分調研文物保護管理信息系統設計的準備工作，從而制定出符合文物保護管理需求的數據模塊，用于改善文物信息交流、提高文物工作者的效率以及更好地做出文物保護方面的管理和決策等工作。

關鍵詞：GIS；文物保護；信息管理

DOI：10.20005/j.cnki.issn.1674-8697.2024.11.005

目前我國建立了多部法律法規，設立了多級部門，全方位、多層次地對文物保護工作予以監管，但現階段文物保護工作還缺乏科學有效的數據分析，保護手段多停留在傳統的眼觀、手觸以及基于原始數據的分析上，保護工作被動應付，文物檔案的管理仍存在以人力為主的狹隘性。隨著社會各界對文物保護意識的進一步增強，如何結合歷史數據與實時監測數據提高文物保護工作的準確性和高效率成為新的挑戰。在此基礎上，GIS空間地理分析架構應運而生。運用GIS地理信息系統可以對文物的地理空間和現象的特征數據進行分析、管理，從而為文物保護、管理等工作提供科學數據支撐，以此來推動文物保護管理工作更具數據性、高效性、標準性和智能性。

1 文物保護管理信息系統的使用需求

研發文物保護管理信息系統主要流程之一就是深入剖析使用客戶的需求。不同的客戶對系統所捕獲的數據要求是不一樣的，文保單位涉及最多的是信息整理、檔案管理、數據處理、文保宣傳、隱患分析等數據的監測。以上這些數據與GIS捕獲的地理信息數據相結合，分析出變化趨勢，就能對文物修繕提出合理化建議，為決策者提供數據支撐。本系統設計利用GIS技術，分析出符合文物保護特質的功能性應用，通過信息管理、文物勘測、日常巡查、變量數據下本體空間數據的比較，以求主動探索使用更優化的方式推動文物保護工作高質量發展。

1.1 系統功能需求

在系統功能性需求層面，根據文保部門及管理人員的決策方向、數據獲取、資料管理、技術現狀等方面的分析，體現在采集、管理、利用三大方面，概括起來需求可分為以下幾個事項。

1.1.1 信息管理需求

文物信息從內容上分為文物收藏品、流散文物、考古發現點、文保單位等多種類型；從表達形式上則包含文字、表格、地形圖、照片、多媒體系統等幾類。信息管理的功能包含文物信息的收錄與存放、瀏覽與檢索、改動與升級、數據庫的統計分析、專題地圖輸出，以及將采集到的數據進行有效利用達到輔助文物保護修復與研究等服務。

1.1.2 影響文物阻力面分析需求

通過對影響文物保護工作相關因子數據的記錄、比對，增加如高程、坡度、地質情況、文化傾向、人類活動等多種因子的數據導入，形成阻力面數據。數據越大，則越不利于文物保護工作。

1.1.3 輔助決策需求

輔助決策功能就是通過空間建模，運用通用B/S架構模式，與原有數據進行對接，結合不同來源的數據，形成曲線圖、斑塊圖、星云圖等，以獲得對復雜問題的新見解。另外一項是分類、分級、分層的地理信息管理功能，識別風險及文物本體變化趨勢，運用數據輸入、更新、分析、預處理等功能，形成相交、并集、差值、對稱差值統計，從數據中提取分析制定出可操作性強的決策手段，如保護本體周圍人文活動、氣候數據、建筑密度對其的影響等。

1.1.4 信息發布需求

通過文物保護單位的信息發布，使管理者可以更加了解文物本體淵源、文物保護發展現狀，發現并挖掘身邊的文物資源。同時運用問卷調查等方式搜集群眾信息，發現潛在性文物，檢舉破壞文物的人或事，從而促進文物保護工作的交流與合作①。

1.2 系統設計原則

1.2.1 易操作性

系統開發應務求貼近客戶，頁面簡單實用，同時提供友善的提醒和指導。與此同時，系統運作里將大量工作交于計算機解決，盡量完成自動化管理。

1.2.2 易維護性

一是因為文物信息的變化規律有其不確定性，系統設計應考慮用戶習慣，使用B/S架構，用戶可跨平臺使用，從客戶端輸入數據后，利用系統提供的服務，通過網址直接登錄系統；二是考慮系統的穩定性及成本輸出，確保系統流暢、操作簡單、易維護。

1.2.3 可兼容性

系統在設計時應充分兼顧系統與其他操作系統的兼容性，能提供多個擴展模塊，能完成系統與平臺的互操作，可以為其他服務項目提供便利的插口。

1.2.4 經濟實用性

一是文物維護信息系統需要涉及大量的空間信息，GIS中對空間數據的錄入、管理、檢索、處理、分析和表達是其優勢所在，這就盡可能地考慮操作的方便性和靈活性，降低系統運行的成本；二是考慮系統與數據分析的適配度，GIS可以通過將一個或多個圖層合并疊置分析的方式，提供不同圖層之間的空間關系，以便更好地理解地理現象，獲取空間關聯性分析數據，為決策方向提供科學依據。

2 文物保護管理信息系統的設計準備

2.1 確定開發方法

開發策略的好壞直接影響系統開發和系統特性，常見的開發方式歸納起來主要包括結構型系統開發、原型化系統開發與軟構件開發三類。基于GIS的文物保護信息管理系統開發采用的是軟構件開發方式，這種開發方式的優點是通過即插即用型構件組合來建立相應技術體系，修改框架、創建和修改構件都是通過“軟構件”完成，從而建造彼此分割開的問題域模型。此開發方式具有針對性強、易維護、易擴展、易復用等優勢。

2.2 確定系統總體框架

文物保護管理信息系統的總體框架應該包括數據層、功能層、表示層。數據層是為了方便對文物的信息進行收集、分類、儲存和管理，要實現文物的地理信息、文物圖像影視信息、文物三維模型信息、文物檔案資料信息等的收集，同時數據層還要實現信息庫管理以及管理權限的分配等。功能層是為了響應文物管理人員，滿足他們的請求和查詢操作，使文物信息更容易地提供給文物管理人員，功能層的設計以分布式系統作為載體，提供GIS服務項目，進一步加強信息處理和操作的性能，最大限度擴展信息共享空間，并且消除信息傳遞壁壘，實現較好的文物信息管理，實現文物保護和管理的信息應用化。表示層是指把用戶需要的信息或請求以網頁的形式反饋給用戶，比如可以展現文物的名字、文物介紹、文物視聽資料等信息檔案，并提供訪問、查詢以及下載等功能，以便于文物保護工作人員完成相關工作②，這種相互獨立的框架體系可以不用安裝專門軟件，只要有臺能上網的電腦就能輕松完成客戶端的維護，系統的擴展也非常容易。

3 系統數據庫功能模塊設計分析

我國文物眾多，分布區域廣、分類雜，所攜帶的歷史、藝術和科學信息不盡相同，涉及的風險因素也種類繁多，這就需要利用信息化系統和大數據分析，科學統籌文物保護信息系統。文物保護信息管理系統應包含數據庫管理功能、信息空間查詢與檢索功能、文物信息管理應用功能、文物信息輸出功能、GIS圖形瀏覽功能以及數據庫功能等。

3.1 數據庫管理功能

GIS數據管理功能可以較好地完成“輸入—處理—輸出”數據處理過程，多種類型的關鍵數據信息的載入，將數字化的文物數據信息，包括文物修繕記錄、巡查記錄等應用于文物數字化領域，通過記錄的增、刪、修改、更新等功能，方便文物工作者日常管理工作。利用GIS二維地圖，管理文物的平立剖圖及專題圖，包括文物保護綜合地圖、邊界綁定，實現從文物本體信息到周圍地理空間信息、地質信息以及環境信息的全面拓展③。充分剖析文物動態變換規律，展示文物的微小變化，把變形成果以水平位移、沉降位移、傾斜位移等形式展現出來，對于文物隱患分析具有重要意義，從而使文物保護工作更加精準化、科技化、系統化和高效化。

3.2 信息空間查詢與檢索功能

GIS地理空間大數據允許客戶端大規模處理來自衛星、航空圖像和其他來源的海量數據。空間查詢信息使用鷹眼顯示文物所在圖層的概貌；利用識別工具可查詢文物本體數據屬性；使用查詢構建器可查詢圖層數據屬性；按屬性表查詢可得到屬性相同或相似文物本體的分布圖；按位置查詢可對文物本體、面圖相鄰點線周邊環境給予概括和歸納；利用GIS中歷史數據的回溯、調取和比對，可以方便、靈活地查詢和檢索文物信息的屬性數據。在GIS系統中，空間檢索技術更可節省計算時間，加快空間連接的速度，利用R樹、四叉樹和網絡空間索引辦法，加速空間查找過程，實現以較小的數據管理大量數據的查詢，提高檢索的效率和定位的準確性。

3.3 文物信息管理應用功能

文物信息管理應用功能是所有系統的關鍵。其中之一涉及文物分布特征信息、文物基本屬性信息以及文物內涵信息。文物管理人員根據文物普查到的GPS信息，通過GIS連接到地圖上，創建點要素，并在點要素的屬性表中添加GPS信息和文物屬性信息，之后錄入，就可實現文物信息在地圖上顯示的目的。之二涉及的厘清文物保護范圍的信息，以及更直觀反映文物現狀的照片或視頻信息，文物管理人員可利用照片或拍攝地自帶的GPS信息，與GIS底圖數據疊置，進行空間矯正后，就可以點擊地圖上的要素點來顯示照片或視頻，這也能成為文物保護人員進行日常巡查監測記錄工作的一部分。

3.4 文物信息輸出功能

GIS空間數字化的文物填充屬性，可以完善文物數字資料，讓文物資料“活”起來、“動”起來成為可能。文物屬性以可視化的形式表達出來，轉換成被視覺感知的二維計算機圖像，輸出文物主體全要素地圖，根據工作需要輸出為專項圖紙、統計表和圖表等。GIS 的動態三維建模與VR技術輸入相關聯，用于虛擬現實技術；與3D打印機相連，可以導出文物三維立體圖等。如2011年美國已故歷史學家安德魯·塔隆利用GIS技術和激光掃描技術成功收集了巴黎圣母院10億個數據點，生成的模型誤差據說只有5毫米，這對火災后的巴黎圣母院“重生”起到了非常重大的作用。

3.5 GIS圖形瀏覽功能

為了實現GIS圖形的可視化和便捷訪問，信息系統還應當配備GIS圖形的瀏覽功能，功能主要包括圖層管理、圖形訪問、道路名動態標注、遙感圖以及樹結構訪問等。圖層管理功能主要是為了實現數據圖層的比例和形態顯示設置，以便一目了然地將文物的基本情況呈現出來。圖形訪問功能是為了能夠實現圖形數據的漫游、放大、縮小、更新以及精準定位等功能，需要在圖形瀏覽模塊配備圖形訪問功能，其中要注意圖形的標識需要使用與測繪院一致的標志。道路名動態標注功能可以實現文物與坐標的動態管理，道路名動態標注要確保所有管理在冊的文物都要有對應的道路標記，并且能夠將道路名直接在圖形中標出，還能夠跟隨圖形數據漫游和放大等。圖形的基本數據功能實現后，還要利用GIS技術實現衛星遙感影像，通過這項功能可以開展文物的地理信息定位。數據結構樹的訪問功能的目的在于系統化地布置數據信息的結構，并且可以根據事前設定的文物圖形和路標等有關信息進行精準訪問。另外，為了貼合人眼收看效果，信息系統還要實現圖形比例精度的優化，訪問時可以直接在圖形上看到自動累加的文物信息，比如維護資料、考古資料、保護方案、遺址、文物檔案、文物研究、學術期刊等相關信息④。

3.6 數據庫設計

文物信息管理需要建立數據庫系統，用于儲存、分類和管理文物相關的空間信息、特征信息、動靜態數據等，作為系統的數據支撐點。在數據庫的結構中需要有GIS數據庫、文物檔案資料數據庫、可移動和不可移動文物數據庫以及文物信息管理單位數據庫。

3.6.1 GIS 數據庫

GIS數據庫類屬于空間型數據庫，文物的數據能夠實現全國 1∶500或1∶2000地圖，省級 1∶10000 地圖范圍進行維護。基于GIS數據庫的架構以信息空間的定位作為媒介，提供文物信息來搭建。在數據地圖中可以根據不同的地貌數據以及比例精度來對數據進行遙感查找，實現數據的坐標定位，同時還能夠完成空間標準的統一。文物地理信息的數據庫中應當包含地貌、水體、建筑和植被等各類特征信息。

3.6.2 不可移動文物數據庫

對于一些無法挪動的文物，其文物保護信息管理需要單獨建立一個數據庫，使用唯一的地理位置創建數據庫的信息空間，將文物和數據庫信息中的文物信息和文物地理信息關聯。記錄不可移動的文物數據信息時，需要包含文物的質量性數據，如文物的編號和名稱，并根據文物的視聽資料和三維模型等建立指定存放空間，在需要進行查詢索引時可以一目了然地查看文物相關資料⑤。

3.6.3 可移動文物數據庫

對于可移動文物也需要建立相關的數據庫進行信息管理。可移動文物可以通過編號和名稱等文物數據記錄表進行記錄，并將文物的視聽資料和三維模型等相關聯，儲存在指定的數據庫空間中。

3.6.4 文物檔案數據庫

文物檔案數據庫可以用來記錄各項文物工程項目中的相關資料和數據信息，并且對工程項目進行編排、分類、記錄。記錄中應包含項目的名稱和編號，記錄內容要詳細到文物工程項目的數據信息，比如文物的調查信息、文物的維管信息、工程項目計劃方案、文物保護規劃方案、文物遺址、文物評定資料、項目經費、文物相關著作和期刊等。由于數據繁多，必須按照類別詳盡地進行數據界定，然后才能存放在數據庫指定空間。

3.6.5 文物保護單位數據庫

為了給文物保護單位提供更好的文物信息管理服務，還需要建立單獨的文物保護單位的數據庫，該數據庫與上述數據庫可以進行空間關聯，文物保護部門可以通過該數據庫查詢到相應的文物資料和模型數據。關聯各個數據庫后可以大大提升文物保護單位進行文物管理的工作效率⑥。

4 結語

文物保護管理涉及很多空間信息，對空間數據的上傳、管理方法、查找、解決、剖析語言的表達是G1S技術性的優點。通過GIS技術，將地理信息與其他數據源信息結合，可以使文物保護單位和人員以快速、新穎及創新的方式捕捉、存儲、分析呈現的數字文物信息，記錄文物信息，挖掘文物的價值，實現文物保護管理工作能力的提升，也可輔助文物保護修復和研究工作，進一步為文物決策者提供數據支撐及科學依據。

注釋

①朱睿，郭小東，王志濤.GIS在文化遺產保護領域的應用綜述[J].中國文化遺產，2021（4）：31-35.

③高宋錚.基于GIS的寶雞市文物保護單位管理信息系統開發應用[D].西安：西安建筑科技大學，2017.

③韓洋.基于GIS系統的吉林省文物資源保護管理信息系統的設計與實現[D].長春：吉林大學，2016.

④李向東.地上文物管理信息系統的設計與實現[D].成都：電子科技大學，2011.

⑤曾群華.重慶文物保護管理信息系統的設計與實現：以渝中區為例[D].重慶：重慶師范大學，2004.

⑥周婭，謝志仁.GIS支持下文物保護管理信息系統設計與實現[J].東北測繪，2002（1）：13-16.