雷杰 （泰安市泰山风景名胜区管理委员会中天门管理区，山东 泰安 271000）
目前我国制定了多部法律法规，设立了多级部门，全方位、多层次地对文物保护工作予以监管，但现阶段文物保护工作还缺乏科学有效的数据分析，保护手段多停留在传统的眼观、手触以及基于原始数据的分析上，保护工作被动应付，文物档案的管理仍存在以人力为主的狭隘性。随着社会各界对文物保护意识的进一步增强，如何结合历史数据与实时监测数据提高文物保护工作的准确性和高效率成为新的挑战。在此基础上，GIS空间地理分析架构应运而生。运用GIS地理信息系统可以对文物的地理空间和现象的特征数据进行分析、管理，从而为文物保护、管理等工作提供科学数据支撑，以此来推动文物保护管理工作更具数据性、高效性、标准性和智能性。
1 文物保护管理信息系统的使用需求
研发文物保护管理信息系统主要流程之一就是深入剖析使用客户的需求。不同的客户对系统所捕获的数据要求是不一样的，文保单位涉及最多的是信息整理、档案管理、数据处理、文保宣传、隐患分析等数据的监测。以上这些数据与GIS捕获的地理信息数据相结合，分析出变化趋势，就能对文物修缮提出合理化建议，为决策者提供数据支撑。本系统设计利用GIS技术，分析出符合文物保护特质的功能性应用，通过信息管理、文物勘测、日常巡查、变量数据下本体空间数据的比较，以求主动探索使用更优化的方式推动文物保护工作高质量发展。
在系统功能性需求层面，根据文保部门及管理人员的决策方向、数据获取、资料管理、技术现状等方面的分析，体现在采集、管理、利用三大方面，概括起来需求可分为以下几个事项。
文物信息从内容上分为文物收藏品、流散文物、考古发现点、文保单位等多种类型；从表达形式上则包含文字、表格、地形图、照片、多媒体系统等几类。信息管理的功能包含文物信息的收录与存放、浏览与检索、改动与升级、数据库的统计分析、专题地图输出，以及将采集到的数据进行有效利用达到辅助文物保护修复与研究等服务。
通过对影响文物保护工作相关因子数据的记录、比对，增加如高程、坡度、地质情况、文化倾向、人类活动等多种因子的数据导入，形成阻力面数据。数据越大，则越不利于文物保护工作。
辅助决策功能就是通过空间建模，运用通用B/S架构模式，与原有数据进行对接，结合不同来源的数据，形成曲线图、斑块图、星云图等，以获得对复杂问题的新见解。另外一项是分类、分级、分层的地理信息管理功能，识别风险及文物本体变化趋势，运用数据输入、更新、分析、预处理等功能，形成相交、并集、差值、对称差值统计，从数据中提取分析制定出可操作性强的决策手段，如保护本体周围人文活动、气候数据、建筑密度对其的影响等。
通过文物保护单位的信息发布，使管理者可以更加了解文物本体渊源、文物保护发展现状，发现并挖掘身边的文物资源。同时运用问卷调查等方式搜集群众信息，发现潜在性文物，检举破坏文物的人或事，从而促进文物保护工作的交流与合作①。
系统开发应务求贴近客户，页面简单实用，同时提供友善的提醒和指导。与此同时，系统运作里将大量工作交于计算机解决，尽量完成自动化管理。
一是因为文物信息的变化规律有其不确定性，系统设计应考虑用户习惯，使用B/S架构，用户可跨平台使用，从客户端输入数据后，利用系统提供的服务，通过网址直接登录系统；二是考虑系统的稳定性及成本输出，确保系统流畅、操作简单、易维护。
系统在设计时应充分兼顾系统与其他操作系统的兼容性，能提供多个扩展模块，能完成系统与平台的互操作，可以为其他服务项目提供便利的插口。
一是文物维护信息系统需要涉及大量的空间信息，GIS中对空间数据的录入、管理、检索、处理、分析和表达是其优势所在，这就尽可能地考虑操作的方便性和灵活性，降低系统运行的成本；二是考虑系统与数据分析的适配度，GIS可以通过将一个或多个图层合并叠置分析的方式，提供不同图层之间的空间关系，以便更好地理解地理现象，获取空间关联性分析数据，为决策方向提供科学依据。
2 文物保护管理信息系统的设计准备
开发策略的好坏直接影响系统开发和系统特性，常见的开发方式归纳起来主要包括结构型系统开发、原型化系统开发与软构件开发三类。基于GIS的文物保护信息管理系统开发采用的是软构件开发方式，这种开发方式的优点是通过即插即用型构件组合来建立相应技术体系，修改框架、创建和修改构件都是通过“软构件”完成，从而建造彼此分割开的问题域模型。此开发方式具有针对性强、易维护、易扩展、易复用等优势。
文物保护管理信息系统的总体框架应该包括数据层、功能层、表示层。数据层是为了方便对文物的信息进行收集、分类、储存和管理，要实现文物的地理信息、文物图像影视信息、文物三维模型信息、文物档案资料信息等的收集，同时数据层还要实现信息库管理以及管理权限的分配等。功能层是为了响应文物管理人员，满足他们的请求和查询操作，使文物信息更容易地提供给文物管理人员，功能层的设计以分布式系统作为载体，提供GIS服务项目，进一步加强信息处理和操作的性能，最大限度扩展信息共享空间，并且消除信息传递壁垒，实现较好的文物信息管理，实现文物保护和管理的信息应用化。表示层是指把用户需要的信息或请求以网页的形式反馈给用户，比如可以展现文物的名字、文物介绍、文物视听资料等信息档案，并提供访问、查询以及下载等功能，以便于文物保护工作人员完成相关工作②，这种相互独立的框架体系可以不用安装专门软件，只要有台能上网的电脑就能轻松完成客户端的维护，系统的扩展也非常容易。
3 系统数据库功能模块设计分析
我国文物众多，分布区域广、分类杂，所携带的历史、艺术和科学信息不尽相同，涉及的风险因素也种类繁多，这就需要利用信息化系统和大数据分析，科学统筹文物保护信息系统。文物保护信息管理系统应包含数据库管理功能、信息空间查询与检索功能、文物信息管理应用功能、文物信息输出功能、GIS图形浏览功能以及数据库功能等。
GIS数据管理功能可以较好地完成“输入—处理—输出”数据处理过程，多种类型的关键数据信息的载入，将数字化的文物数据信息，包括文物修缮记录、巡查记录等应用于文物数字化领域，通过记录的增、删、修改、更新等功能，方便文物工作者日常管理工作。利用GIS二维地图，管理文物的平立剖图及专题图，包括文物保护综合地图、边界绑定，实现从文物本体信息到周围地理空间信息、地质信息以及环境信息的全面拓展③。充分剖析文物动态变换规律，展示文物的微小变化，把变形成果以水平位移、沉降位移、倾斜位移等形式展现出来，对于文物隐患分析具有重要意义，从而使文物保护工作更加精准化、科技化、系统化和高效化。
GIS地理空间大数据允许客户端大规模处理来自卫星、航空图像和其他来源的海量数据。空间查询信息使用鹰眼显示文物所在图层的概貌；利用识别工具可查询文物本体数据属性；使用查询构建器可查询图层数据属性；按属性表查询可得到属性相同或相似文物本体的分布图；按位置查询可对文物本体、面图相邻点线周边环境给予概括和归纳；利用GIS中历史数据的回溯、调取和比对，可以方便、灵活地查询和检索文物信息的属性数据。在GIS系统中，空间检索技术更可节省计算时间，加快空间连接的速度，利用R树、四叉树和网络空间索引办法，加速空间查找过程，实现以较小的数据管理大量数据的查询，提高检索的效率和定位的准确性。
文物信息管理应用功能是所有系统的关键。其中之一涉及文物分布特征信息、文物基本属性信息以及文物内涵信息。文物管理人员根据文物普查到的GPS信息，通过GIS连接到地图上，创建点要素，并在点要素的属性表中添加GPS信息和文物属性信息，之后录入，就可实现文物信息在地图上显示的目的。之二涉及的厘清文物保护范围的信息，以及更直观反映文物现状的照片或视频信息，文物管理人员可利用照片或拍摄地自带的GPS信息，与GIS底图数据叠置，进行空间矫正后，就可以点击地图上的要素点来显示照片或视频，这也能成为文物保护人员进行日常巡查监测记录工作的一部分。
GIS空间数字化的文物填充属性，可以完善文物数字资料，让文物资料“活”起来、“动”起来成为可能。文物属性以可视化的形式表达出来，转换成被视觉感知的二维计算机图像，输出文物主体全要素地图，根据工作需要输出为专项图纸、统计表和图表等。GIS的动态三维建模与VR技术输入相关联，用于虚拟现实技术；与3D打印机相连，可以导出文物三维立体图等。如2011年美国已故历史学家安德鲁·塔隆利用GIS技术和激光扫描技术成功收集了巴黎圣母院10亿个数据点，生成的模型误差据说只有5毫米，这对火灾后的巴黎圣母院“重生”起到了非常重大的作用。
为了实现GIS图形的可视化和便捷访问，信息系统还应当配备GIS图形的浏览功能，功能主要包括图层管理、图形访问、道路名动态标注、遥感图以及树结构访问等。图层管理功能主要是为了实现数据图层的比例和形态显示设置，以便一目了然地将文物的基本情况呈现出来。图形访问功能是为了能够实现图形数据的漫游、放大、缩小、更新以及精准定位等功能，需要在图形浏览模块配备图形访问功能，其中要注意图形的标识需要使用与测绘院一致的标志。道路名动态标注功能可以实现文物与坐标的动态管理，道路名动态标注要确保所有管理在册的文物都要有对应的道路标记，并且能够将道路名直接在图形中标出，还能够跟随图形数据漫游和放大等。图形的基本数据功能实现后，还要利用GIS技术实现卫星遥感影像，通过这项功能可以开展文物的地理信息定位。数据结构树的访问功能的目的在于系统化地布置数据信息的结构，并且可以根据事前设定的文物图形和路标等有关信息进行精准访问。另外，为了贴合人眼收看效果，信息系统还要实现图形比例精度的优化，访问时可以直接在图形上看到自动累加的文物信息，比如维护资料、考古资料、保护方案、遗址、文物档案、文物研究、学术期刊等相关信息④。
文物信息管理需要建立数据库系统，用于储存、分类和管理文物相关的空间信息、特征信息、动静态数据等，作为系统的数据支撑点。在数据库的结构中需要有GIS数据库、文物档案资料数据库、可移动和不可移动文物数据库以及文物信息管理单位数据库。
GIS数据库类属于空间型数据库，文物的数据能够实现全国1∶500或1∶2000地图，省级1∶10000地图范围进行维护。基于GIS数据库的架构以信息空间的定位作为媒介，提供文物信息来搭建。在数据地图中可以根据不同的地貌数据以及比例精度来对数据进行遥感查找，实现数据的坐标定位，同时还能够完成空间标准的统一。文物地理信息的数据库中应当包含地貌、水体、建筑和植被等各类特征信息。
对于一些无法挪动的文物，其文物保护信息管理需要单独建立一个数据库，使用唯一的地理位置创建数据库的信息空间，将文物和数据库信息中的文物信息和文物地理信息关联。记录不可移动的文物数据信息时，需要包含文物的质量性数据，如文物的编号和名称，并根据文物的视听资料和三维模型等建立指定存放空间，在需要进行查询索引时可以一目了然地查看文物相关资料⑤。
对于可移动文物也需要建立相关的数据库进行信息管理。可移动文物可以通过编号和名称等文物数据记录表进行记录，并将文物的视听资料和三维模型等相关联，储存在指定的数据库空间中。
文物档案数据库可以用来记录各项文物工程项目中的相关资料和数据信息，并且对工程项目进行编排、分类、记录。记录中应包含项目的名称和编号，记录内容要详细到文物工程项目的数据信息，比如文物的调查信息、文物的维管信息、工程项目计划方案、文物保护规划方案、文物遗址、文物评定资料、项目经费、文物相关著作和期刊等。由于数据繁多，必须按照类别详尽地进行数据界定，然后才能存放在数据库指定空间。
为了给文物保护单位提供更好的文物信息管理服务，还需要建立单独的文物保护单位的数据库，该数据库与上述数据库可以进行空间关联，文物保护部门可以通过该数据库查询到相应的文物资料和模型数据。关联各个数据库后可以大大提升文物保护单位进行文物管理的工作效率⑥。
4 结语
文物保护管理涉及很多空间信息，对空间数据的上传、管理方法、查找、解决、剖析语言的表达是G1S技术性的优点。通过GIS技术，将地理信息与其他数据源信息结合，可以使文物保护单位和人员以快速、新颖及创新的方式捕捉、存储、分析呈现的数字文物信息，记录文物信息，挖掘文物的价值，实现文物保护管理工作能力的提升，也可辅助文物保护修复和研究工作，进一步为文物决策者提供数据支撑及科学依据。
注释：
①朱睿，郭小东，王志涛.GIS在文化遗产保护领域的应用综述[J].中国文化遗产，2021（4）：31-35.
②高宋铮.基于GIS的宝鸡市文物保护单位管理信息系统开发应用[D].西安：西安建筑科技大学，2017.
③韩洋.基于GIS系统的吉林省文物资源保护管理信息系统的设计与实现[D].长春：吉林大学，2016.
④李向东.地上文物管理信息系统的设计与实现[D].成都：电子科技大学，2011.
⑤曾群华.重庆文物保护管理信息系统的设计与实现：以渝中区为例[D].重庆：重庆师范大学，2004.
⑥周娅，谢志仁.GIS支持下文物保护管理信息系统设计与实现[J].东北测绘，2002（1）：13-16.
