摘 要：憑借地理信息系統(tǒng)（GIS）可以創(chuàng)建、管理、分析和繪制所有類型數(shù)據(jù)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(diào)研文物保護管理信息系統(tǒng)設(shè)計的準備工作，從而制定出符合文物保護管理需求的數(shù)據(jù)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(guān)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(guī)，設(shè)立了多級部門，全方位、多層次地對文物保護工作予以監(jiān)管，但現(xiàn)階段文物保護工作還缺乏科學有效的數(shù)據(jù)分析，保護手段多停留在傳統(tǒng)的眼觀、手觸以及基于原始數(shù)據(jù)的分析上，保護工作被動應(yīng)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(jié)合歷史數(shù)據(jù)與實時監(jiān)測數(shù)據(jù)提高文物保護工作的準確性和高效率成為新的挑戰(zhàn)。在此基礎(chǔ)上，GIS空間地理分析架構(gòu)應(yīng)運而生。運用GIS地理信息系統(tǒng)可以對文物的地理空間和現(xiàn)象的特征數(shù)據(jù)進行分析、管理，從而為文物保護、管理等工作提供科學數(shù)據(jù)支撐，以此來推動文物保護管理工作更具數(shù)據(jù)性、高效性、標準性和智能性。

1 文物保護管理信息系統(tǒng)的使用需求

研發(fā)文物保護管理信息系統(tǒng)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(tǒng)所捕獲的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)處理、文保宣傳、隱患分析等數(shù)據(jù)的監(jiān)測。以上這些數(shù)據(jù)與GIS捕獲的地理信息數(shù)據(jù)相結(jié)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(shù)據(jù)支撐。本系統(tǒng)設(shè)計利用GIS技術(shù)，分析出符合文物保護特質(zhì)的功能性應(yīng)用，通過信息管理、文物勘測、日常巡查、變量數(shù)據(jù)下本體空間數(shù)據(jù)的比較，以求主動探索使用更優(yōu)化的方式推動文物保護工作高質(zhì)量發(fā)展。

1.1 系統(tǒng)功能需求

在系統(tǒng)功能性需求層面，根據(jù)文保部門及管理人員的決策方向、數(shù)據(jù)獲取、資料管理、技術(shù)現(xiàn)狀等方面的分析，體現(xiàn)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(nèi)容上分為文物收藏品、流散文物、考古發(fā)現(xiàn)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(tǒng)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(shù)據(jù)庫的統(tǒng)計分析、專題地圖輸出，以及將采集到的數(shù)據(jù)進行有效利用達到輔助文物保護修復與研究等服務(wù)。

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(guān)因子數(shù)據(jù)的記錄、比對，增加如高程、坡度、地質(zhì)情況、文化傾向、人類活動等多種因子的數(shù)據(jù)導入，形成阻力面數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)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(gòu)模式，與原有數(shù)據(jù)進行對接，結(jié)合不同來源的數(shù)據(jù)，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(shù)據(jù)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(tǒng)計，從數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)、建筑密度對其的影響等。

1.1.4 信息發(fā)布需求

通過文物保護單位的信息發(fā)布，使管理者可以更加了解文物本體淵源、文物保護發(fā)展現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)并挖掘身邊的文物資源。同時運用問卷調(diào)查等方式搜集群眾信息，發(fā)現(xiàn)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(tǒng)設(shè)計原則

1.2.1 易操作性

系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)務(wù)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(tǒng)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(guī)律有其不確定性，系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)考慮用戶習慣，使用B/S架構(gòu)，用戶可跨平臺使用，從客戶端輸入數(shù)據(jù)后，利用系統(tǒng)提供的服務(wù)，通過網(wǎng)址直接登錄系統(tǒng)；二是考慮系統(tǒng)的穩(wěn)定性及成本輸出，確保系統(tǒng)流暢、操作簡單、易維護。

1.2.3 可兼容性

系統(tǒng)在設(shè)計時應(yīng)充分兼顧系統(tǒng)與其他操作系統(tǒng)的兼容性，能提供多個擴展模塊，能完成系統(tǒng)與平臺的互操作，可以為其他服務(wù)項目提供便利的插口。

1.2.4 經(jīng)濟實用性

一是文物維護信息系統(tǒng)需要涉及大量的空間信息，GIS中對空間數(shù)據(jù)的錄入、管理、檢索、處理、分析和表達是其優(yōu)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(tǒng)運行的成本；二是考慮系統(tǒng)與數(shù)據(jù)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(guān)系，以便更好地理解地理現(xiàn)象，獲取空間關(guān)聯(lián)性分析數(shù)據(jù)，為決策方向提供科學依據(jù)。

2 文物保護管理信息系統(tǒng)的設(shè)計準備

2.1 確定開發(fā)方法

開發(fā)策略的好壞直接影響系統(tǒng)開發(fā)和系統(tǒng)特性，常見的開發(fā)方式歸納起來主要包括結(jié)構(gòu)型系統(tǒng)開發(fā)、原型化系統(tǒng)開發(fā)與軟構(gòu)件開發(fā)三類。基于GIS的文物保護信息管理系統(tǒng)開發(fā)采用的是軟構(gòu)件開發(fā)方式，這種開發(fā)方式的優(yōu)點是通過即插即用型構(gòu)件組合來建立相應(yīng)技術(shù)體系，修改框架、創(chuàng)建和修改構(gòu)件都是通過“軟構(gòu)件”完成，從而建造彼此分割開的問題域模型。此開發(fā)方式具有針對性強、易維護、易擴展、易復用等優(yōu)勢。

2.2 確定系統(tǒng)總體框架

文物保護管理信息系統(tǒng)的總體框架應(yīng)該包括數(shù)據(jù)層、功能層、表示層。數(shù)據(jù)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(xiàn)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(shù)據(jù)層還要實現(xiàn)信息庫管理以及管理權(quán)限的分配等。功能層是為了響應(yīng)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(shè)計以分布式系統(tǒng)作為載體，提供GIS服務(wù)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(xiàn)較好的文物信息管理，實現(xiàn)文物保護和管理的信息應(yīng)用化。表示層是指把用戶需要的信息或請求以網(wǎng)頁的形式反饋給用戶，比如可以展現(xiàn)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(guān)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(wǎng)的電腦就能輕松完成客戶端的維護，系統(tǒng)的擴展也非常容易。

3 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫功能模塊設(shè)計分析

我國文物眾多，分布區(qū)域廣、分類雜，所攜帶的歷史、藝術(shù)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(tǒng)和大數(shù)據(jù)分析，科學統(tǒng)籌文物保護信息系統(tǒng)。文物保護信息管理系統(tǒng)應(yīng)包含數(shù)據(jù)庫管理功能、信息空間查詢與檢索功能、文物信息管理應(yīng)用功能、文物信息輸出功能、GIS圖形瀏覽功能以及數(shù)據(jù)庫功能等。

3.1 數(shù)據(jù)庫管理功能

GIS數(shù)據(jù)管理功能可以較好地完成“輸入—處理—輸出”數(shù)據(jù)處理過程，多種類型的關(guān)鍵數(shù)據(jù)信息的載入，將數(shù)字化的文物數(shù)據(jù)信息，包括文物修繕記錄、巡查記錄等應(yīng)用于文物數(shù)字化領(lǐng)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(xiàn)從文物本體信息到周圍地理空間信息、地質(zhì)信息以及環(huán)境信息的全面拓展③。充分剖析文物動態(tài)變換規(guī)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(xiàn)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(tǒng)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(shù)據(jù)允許客戶端大規(guī)模處理來自衛(wèi)星、航空圖像和其他來源的海量數(shù)據(jù)?？臻g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(shù)據(jù)屬性；使用查詢構(gòu)建器可查詢圖層數(shù)據(jù)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(huán)境給予概括和歸納；利用GIS中歷史數(shù)據(jù)的回溯、調(diào)取和比對，可以方便、靈活地查詢和檢索文物信息的屬性數(shù)據(jù)。在GIS系統(tǒng)中，空間檢索技術(shù)更可節(jié)省計算時間，加快空間連接的速度，利用R樹、四叉樹和網(wǎng)絡(luò)空間索引辦法，加速空間查找過程，實現(xiàn)以較小的數(shù)據(jù)管理大量數(shù)據(jù)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(yīng)用功能

文物信息管理應(yīng)用功能是所有系統(tǒng)的關(guān)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(nèi)涵信息。文物管理人員根據(jù)文物普查到的GPS信息，通過GIS連接到地圖上，創(chuàng)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(xiàn)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(xiàn)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(shù)據(jù)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(jiān)測記錄工作的一部分。

3.4 文物信息輸出功能

GIS空間數(shù)字化的文物填充屬性，可以完善文物數(shù)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(zhuǎn)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(jù)工作需要輸出為專項圖紙、統(tǒng)計表和圖表等。GIS 的動態(tài)三維建模與VR技術(shù)輸入相關(guān)聯(lián)，用于虛擬現(xiàn)實技術(shù)；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(shù)和激光掃描技術(shù)成功收集了巴黎圣母院10億個數(shù)據(jù)點，生成的模型誤差據(jù)說只有5毫米，這對火災(zāi)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(xiàn)GIS圖形的可視化和便捷訪問，信息系統(tǒng)還應(yīng)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(tài)標注、遙感圖以及樹結(jié)構(gòu)訪問等。圖層管理功能主要是為了實現(xiàn)數(shù)據(jù)圖層的比例和形態(tài)顯示設(shè)置，以便一目了然地將文物的基本情況呈現(xiàn)出來。圖形訪問功能是為了能夠?qū)崿F(xiàn)圖形數(shù)據(jù)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(tài)標注功能可以實現(xiàn)文物與坐標的動態(tài)管理，道路名動態(tài)標注要確保所有管理在冊的文物都要有對應(yīng)的道路標記，并且能夠?qū)⒌缆访苯釉趫D形中標出，還能夠跟隨圖形數(shù)據(jù)漫游和放大等。圖形的基本數(shù)據(jù)功能實現(xiàn)后，還要利用GIS技術(shù)實現(xiàn)衛(wèi)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(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)樹的訪問功能的目的在于系統(tǒng)化地布置數(shù)據(jù)信息的結(jié)構(gòu)，并且可以根據(jù)事前設(shè)定的文物圖形和路標等有關(guān)信息進行精準訪問。另外，為了貼合人眼收看效果，信息系統(tǒng)還要實現(xiàn)圖形比例精度的優(yōu)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(shù)期刊等相關(guān)信息④。

3.6 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

文物信息管理需要建立數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，用于儲存、分類和管理文物相關(guān)的空間信息、特征信息、動靜態(tài)數(shù)據(jù)等，作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)支撐點。在數(shù)據(jù)庫的結(jié)構(gòu)中需要有GIS數(shù)據(jù)庫、文物檔案資料數(shù)據(jù)庫、可移動和不可移動文物數(shù)據(jù)庫以及文物信息管理單位數(shù)據(jù)庫。

3.6.1 GIS 數(shù)據(jù)庫

GIS數(shù)據(jù)庫類屬于空間型數(shù)據(jù)庫，文物的數(shù)據(jù)能夠?qū)崿F(xiàn)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(shù)據(jù)庫的架構(gòu)以信息空間的定位作為媒介，提供文物信息來搭建。在數(shù)據(jù)地圖中可以根據(jù)不同的地貌數(shù)據(jù)以及比例精度來對數(shù)據(jù)進行遙感查找，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的坐標定位，同時還能夠完成空間標準的統(tǒng)一。文物地理信息的數(shù)據(jù)庫中應(yīng)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(shù)據(jù)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(shù)據(jù)庫，使用唯一的地理位置創(chuàng)建數(shù)據(jù)庫的信息空間，將文物和數(shù)據(jù)庫信息中的文物信息和文物地理信息關(guān)聯(lián)。記錄不可移動的文物數(shù)據(jù)信息時，需要包含文物的質(zhì)量性數(shù)據(jù)，如文物的編號和名稱，并根據(jù)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(guān)資料⑤。

3.6.3 可移動文物數(shù)據(jù)庫

對于可移動文物也需要建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫進行信息管理?？梢苿游奈锟梢酝ㄟ^編號和名稱等文物數(shù)據(jù)記錄表進行記錄，并將文物的視聽資料和三維模型等相關(guān)聯(lián)，儲存在指定的數(shù)據(jù)庫空間中。

3.6.4 文物檔案數(shù)據(jù)庫

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

3.6.5 文物保護單位數(shù)據(jù)庫

為了給文物保護單位提供更好的文物信息管理服務(wù)，還需要建立單獨的文物保護單位的數(shù)據(jù)庫，該數(shù)據(jù)庫與上述數(shù)據(jù)庫可以進行空間關(guān)聯(lián)，文物保護部門可以通過該數(shù)據(jù)庫查詢到相應(yīng)的文物資料和模型數(shù)據(jù)。關(guān)聯(lián)各個數(shù)據(jù)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(jié)語

文物保護管理涉及很多空間信息，對空間數(shù)據(jù)的上傳、管理方法、查找、解決、剖析語言的表達是G1S技術(shù)性的優(yōu)點。通過GIS技術(shù)，將地理信息與其他數(shù)據(jù)源信息結(jié)合，可以使文物保護單位和人員以快速、新穎及創(chuàng)新的方式捕捉、存儲、分析呈現(xiàn)的數(shù)字文物信息，記錄文物信息，挖掘文物的價值，實現(xiàn)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(shù)據(jù)支撐及科學依據(jù)。

注釋

①朱睿，郭小東，王志濤.GIS在文化遺產(chǎn)保護領(lǐng)域的應(yīng)用綜述[J].中國文化遺產(chǎn)，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(tǒng)開發(fā)應(yīng)用[D].西安：西安建筑科技大學，2017.

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

④李向東.地上文物管理信息系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)[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(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)：以渝中區(qū)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(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[J].東北測繪，2002（1）：13-16.