数字化博物馆集成系统设计

陈孝全

摘 要：由于文博系统数字化发展已成为一种趋势，但是现阶段数字化博物馆没有统一的标准与规范，而且博物馆各种系统管理分散，业务处理落后耗时，安全存在隐患。针对这些情况，本文引入Web Service 实现SOA和RFID无线传输、管理方便的概念与技术，基于J2EE架构和博物馆业务设计了一套数字化博物馆集成系统。本系统具有“一个中心、两个平台、两大亮点、九类应用”的建设特色，良好运行结果表明，实现了提升用户体验，加强博物馆研究与交流的目的，设计方法与模式为数字化建设提供参考。

关键词：数字化博物馆；Web Service；SOA；RFID；集成系统

中图分类号：TP399 文献标识号：A 文章编号：2095-2163（2014）06-

Abstract： The development of digital museum system has become a trend， but digital museum has no unified standards and norms， and the digital system are managed independently， business management has lagged behind， system is time consuming， even there are some security risks.In view of these kinds of conditions，this paper introduces SOA which created by Web Service and RFID with wireless transmission， convenient management concept and technology， designs a set of digital museum integrated system based on J2EE architecture and museums business process.This system has the "one center， two platforms， two bright points， nine kinds of applications" construction features， the result of running this system shows that it is powerful and efficient， the design patterns provides a reference for the construction of digital.

Keywords： Digital Museum； Web Service； SOA； RFID； Integrated System

0 引 言

人类历史源远流长，博物馆成为人类历史文化和自然遗产得以再现的地方，博物馆主要通过征集、典藏、陈列和研究各种实物与非物质，为社会发展提供服务。数字化博物馆[1-4]则是在实体博物馆的基础上发展而来，数字化博物馆以硬件设施智能化[5]管理为基础，将文物借助网络和多媒体进行数字化处理，逐步向综合管理信息化方向发展。发展实现中则立足藏品数据管理[6]，而以业务流程为核心，系统管理为支撑，再将藏品信息、业务系统、人员管理等功能，在数据共享及数据联动的基础上，同时业务档案和归档符合档案局规范要求的情况下，融合以及确保了全系统整合协同工作。数字博物馆的研究设计要求即在于：从物理空间、网络空间和知识空间上通过整合自身馆藏资源和特征信息资源，从而做到对外展示博物馆整体形象和服务水平，对内协调覆盖博物馆各个业务方面的数字化管理，在技术水平与整体呈现上实现与国际接轨。从2012年底开始，国家文物局组织第一次全国可移动性文物普查工作，而针对国内各个博物馆的数字化建设未臻同步的情况，本文将应用计算机领域的SOA[7-10]和RFID[11-14]等先进技术，并结合博物馆的自身情况，设计完成了1一个数字博物馆综合集成系统[15-16]。

1数字化博物馆全系统模型

数字化博物馆集成系统采用基于SOA架构、运用MVC设计模式，目的在于建立一个基于Web应用的数字博物馆框架，通过“一个中心、两个平台、两大亮点、九类应用”建设，从而形成互联互通、统贯上下的具有统筹整体与区域的文博产业链支撑服务和决策支持信息化体系。整体系统模型如图1所示。

具体来说，“一个中心”指文化遗产数据中心，属于数字博物馆的核心。该核心以服务器集群、存储器为主体，并结合数据库系统及中间件等内容，建立开放、统一的文化遗产综合知识库，其中包括藏品数据库、文献研究库等多个专题数据库。"两个平台"则指网络信息化支撑平台和综合管理软件平台，而且网络信息化支撑平台需要在博物馆主体内建立计算机局域网与外部互联网相连接，在公共展览场所如专题陈列展厅、临时陈列展厅、演讲厅、咖啡厅等处增加有线和无线信息点，同时亦需建立多层次网络安全防护体系和网络管理。另外的综合管理软件平台（系统）即属于数字化系统中各子系统的“上位”系统，可用于整个数字化系统各子项的数据集成、服务集成、应用集成、管理集成、界面集成和系统多层次实现绿色节能，对系统的开放性和扩展性起到关键作用，业已成为数字化博物馆实施的必备操作系统。系统实现中的“两大亮点”就是建立SOA架构和RFID应用。相应地，SOA架构通过服务的形式建立良好的规范与接口，统一资源调配，从而实现数字化各子系统的关联和整合；而RFID技术的应用则包含了帮助参观者在进入展览时获得展览导航以及将标签感应技术有效应用于库房管理上。其他的如，“九类应用”即是依靠文化遗产数据中心，以藏品、业务和管理工作流为基本功能出发点，再以SOA为支撑，并通过统一集成门户和决策分析，以及统一数据资源整合与交换的模式来实施与打造。九类应用设计如下：

（1）藏品信息管理系统。以馆藏文物数据管理为基础，业务流程为核心，系统管理为支撑，将藏品信息、业务信息，人员信息及关联信息，在数据共享及数据联动的基础上，实现全系统整合协同工作，旨在全面有效提升藏品管理的规范性和高效性。按照日常工作的实际情况，可将系统主要分为藏品的征集管理、藏品编目、影像管理、藏品保管、库房管理、藏品展览、统计管理和系统管理等功能模块。

（2）数字化采集管理。包括高精度2D/3D图像和音视频的采编、高精度原始文件存储和源数据库操作等部分。为自身馆藏、研究资料、外来或自制多媒体资源、外来资源（包括日常业务工作中的印刷品、文档影像）等提供全方位的多媒体信息采集、加工、存储、管理平台，同时亦为博物馆数据库系统中各专题数据库提供丰富的原始素材；而且，其作为各应用系统的基础，也能对数字资源采取有效保护措施。

（3）RFID智能库房管理。利用RFID技术对每件藏品进行唯一性的电子标识，经过标识的藏品能够进行检验、入库、出库、移库移位、库存盘点等各个作业环节的数据进行自动化的数据采集，保证工作人员管理各个作业环节数据输入的效率和准确性，以及确保管理人员迅捷准确地掌握库存的真实数据。另外，在通过RFID 技术对馆藏品进行科学管理的同时，亦要借助通道安全门等设备的监控，以求达到防盗安全的功能。

（4）办公自动化管理。以馆内的局域网为依托，形成以电子文件流转批阅为核心的、覆盖行政和业务等各部门的办公信息系统，同时实现功能如下：个人办公、公文流转、接待管理、出访管理、收藏者俱乐部审批、志愿者审批、公共信息发布、综合信息管理、内部电子邮件、资料中心、数据转换、个人存储、流转监控、短消息等。

（5）文物修复保护管理。为文物修复保护部门提供日常主要工作处理，实现文物修复保护工作的流程现代化、信息资源化和传输网络化，系统功能具体表现为：对文物修复保护项目审批、立项、实施和验收的信息化管理，以及信息交互和共享的实现。

（6）非物质文化管理。对诸如相关文档、图像、视频、音频、虚拟三维展示、考古发掘、传统工艺、民俗节庆、少数民族、临时展览、国家文博专题等非物质文化遗产信息的统一集成管理，并提供与藏品系统的用户接口。

（7）展示与服务。主要在博物馆开放空间中现场向公众和参观者提供包含各类媒体形式在内的多媒体信息查询、无线接入、信息公告服务功能，并作为自助式无线语音导览的补充进一步提供了随身标签导航、多媒体资料中心的计算机管理和视频点播等服务。

（8）移动互联。开发基于移动终端（手机、平板、手持）的观众服务系统，支持Android版、IOS版，实现导览、出版、网站、内容共建等一体化。用户可在展项前利用手机拍摄二维码以获取更广泛的观众服务和信息推广，同时形成无线互动。

（9）集群应用。收集历史文化资源并进行管理，能将资源凭借地图方式展现出来，并且无论针对的是文保单位，还是历史建筑，均可查询相关地理位置及历史信息。特别地，还支持着网站、手机、平板等的多载体浏览。

2数据库设计

博物馆文物的量级均以千万计，由此若考虑到文物信息数据库管理的特殊性，当数据库软件选型时即需参考不同方面的诸多要求，具体包括了多媒体支持、高速数据处理能力、平台支持、数据库管理、数据完整性检查、数据库查询性能、安全机制、备份与恢复、XML处理、开放式联结等。时下流行的数据库Oracle和SQL Server则可用作研究设计时的借鉴和指引。

针对不同的应用需求，数字化博物馆数据库设计思路可确定为层次型的数据库，即将数据库设计为原始资源数据库、局域网数据库及网站数据库三个层次，同时亦需保证同一数据在不同数据库中具有数据一致性。其结构功能模块如图2所示。

由图2可知，原始资源数据库包括多媒体采集数据库和初始征集库，其中的多媒体采集数据库存放着原始的多媒体资源，包括了高精度图片和影像等，这些原始资源经过一级钝化处理后即为局域网数据库提供了可用于查看的多媒体信息，从而方便用户快速查询、浏览；而经过二级钝化后将提供给网站数据库，便于因特网用户实施查询和浏览。位于原始数据库下方的局域网数据库面向的是博物馆内部人员使用的数据库，可存放文化遗产数据和其他馆内服务资源，如藏品、图书、OA等业务资源，并分别响应不同的访问，而且也包括了将文化遗产数据库的二维图像进行钝化处理后的动态库等。另外的网站数据库则面向Internet用户服务，存放着经过二级钝化的多媒体图片和VOD资源；当Web/APP服务器要调用数据库，为确保其安全，Web不能直接调用局域网数据库信息，因此在网站网络部分需设置一台网站数据库，以供网站的资源调用。

3 RFID标签服务系统

3.1 RFID系统结构设计

RFID标签服务系统是一种非接触式双向通信系统。RFID的射频识别功能，可以为博物馆的公共服务管理、库房管理和安防管理提供相应技术支持和有效保障。RFID在智能库房管理上可以通过手持式读写器，直接扫描典藏柜，一次读取多个RFID标签（TAG）资料来进行文物的典藏、盘点、侦错和安全管理，不仅高效、而且省时。

博物馆标签导航服务系统应用在公共服务管理上，主要立足于导览信息场景，以及绑定用户身份与电子标签服务卡，同时也可根据观众对博物馆展品对象的不同关注度而提供具有可选择性功能的移动信息服务。服务系统是由服务感应器、读写器、信息服务智能标签（RFID卡）、RFID中间件和应用软件系统共五部分组成。并且在运营商各个支撑平台的操引作用下，通过场景感应进入服务调用和后台管理以完成整体运作流程，其体系结构示意则如图3所示。

（5）游览后续服务，为游客提供更为详细的游览路线、场景和展品资料，并可选择刻录成光盘或制成电子邮件实时发送。

在实现功能上，RFID导航系统在后台处理上能对观众信息进行维护处理，包括新增、删除、修改、查询等操作。通过分析观众刷卡日志，统计分析用户感兴趣的服务频道、服务点内容，并最终汇总生成报表，如此将助益馆方了解观众的参观、接受服务的意向以及服务点的应用动态等情况，这就为馆方不断深化、优化服务内容提供了详尽的分析资料。报表可选择时间段统计，统计结果可输出Excel文件保存至本地。而且，系统还可在Web上提供资讯类服务，除提供基本文字文档外，也可上传图片、挂接视频、生成日志等。

4 SOA设计

4.1 SOA架构系统实施

面向服务的架构SOA是一个典型的MVC模式架构，SOA平台能在服务内及服务间支持包括如Java和Microsoft.NET等不同的技术，其标准规范、松散耦合、共享服务、粗细粒度和联合控制的特点更有利于文物文博信息系统的管理设计。并且，基于SOA的博物馆集成服务采用J2EE设计，具体架构如图4所示。

在图4中，根据逻辑模型可分为用户应用层、注册总线层、服务组装层、基础设施层四个层次。SOA系统的集成是通过Web service框架的企业服务总线（ESB）来实现，在注册总线层的ESB总线通过将属于应用服务器上的博物馆各个子系统的多种应用以集成服务组装的形式挂接到总线及连接点上，而且在服务组装层的博物馆集成服务组件可同时进行更新与开发等，从而降低内部信息共享和运营的成本。博物馆的组件服务通过网络服务描述语言（WSDL）进行定义接口、描述并公开，而WSDL的语义可用XML来定义。服务的发布则由注册中心经过服务封装后执行。当用户需要获得某个数字化服务，即在用户应用层的client界面向服务注册中心发送UDDI查询，并且此种查询基于SOAP协议。注册总线层的服务注册中心通过HTTP获取信息后，转向注册库的API接口查询SOAP服务，如果没有该项服务或获取失败则返回应答并终止。如果授予了获取服务权限将会通过HTTP返回用户Client界面，下一步就能通过企业服务总线平台（ESB）将这项服务绑定到用户，同时相关组件服务和用户也将直接通信而无需再经过注册中心。另外，为保证信息的安全性，数字博物馆集成系统网络请求和返回的信息多将采用SSL协议加密。

4.2 SOA服务类型设计

SOA服务成为网络中的一种可用软件资源。对于服务请求者，无需了解服务的具体实现细节，服务设计者只需要将服务的功能逻辑设计成安全稳健则可。现将数字化博物馆集成系统设计为如下五种类型的服务：

（1）博物馆数字化组件服务。对系统进行封装打包，能以参数形式与其他博物馆系统进行数据交换。

（2）博物馆流程业务服务。为多于一个以上的系统应用提供封装打包或能定制博物馆相关应用的复杂服务。

（3）博物馆底层数据访问服务。文化遗产数据中心下辖藏品数据库，文献研究库等多个数据库，能根据需求对不同的数据库与数据源进行访问，向数据网关提供符合博物馆数字化系统数据交换规范的数据内容。

（4）组合服务。能使用已有服务（包括上述三种类型的数字化SOA服务）来自由组合创建包含现有功能和新功能的新服务。

（5）共享形式的博物馆基础架构服务。对于高频可见的重用性服务，包括日志、消息等的低级服务，设置成共享形式，以便于快速创建新的高级服务。

在此，还需指出，以上服务均要采用国际标准形式组件，同时也需符合XML和相关EDI等行业标准规范。完备了SOA的支撑设计，数字化博物馆集成系统的搭建和规范管理也随之具备了一种新的实现模式。

5 系统运行

博物馆数字化项目首先要求机房环境良好，在底层网络信息支撑的硬件配备上，核心交换机选用单引擎交换容量、而且大于2Tbps，数据库服务器则采用IBM System x3850 X5系列，数据库平台将以oracle构建实体，而其他各个系统的服务器即选用IBM刀片服务器HS23。

经过业务功能、操作界面、配置、安全性和访问控制、数据和数据库完整性、故障转移和恢复等测试后，试运行三个月，各系统运行平稳，各项功能运行正常，完全达到了采用先进技术获得实践型用户体验，并提升博物馆研究和馆际交流能力的目的。本系统除对分散系统表现有全面整合功能外，还具备了以下特点与优势：

（1）在数字化资源采集层面，以最快速度和多角度完成一级文物藏品的数字化采集和计算机管理；

（2）在数字化资源应用层面，开放式综合集成管理框架，统一的数字博物馆风格设计，后台高效组织，多精度，全方位的多媒体影像和图片管理；

（3）在展厅服务层面，RFID导航访客系统获取资料全面，满足不同观众对不同文物或展品的需求，人性化全面导览，图文并茂，安全性高，使用简便，用户反馈良好；

（4）在智能库房管理层面，多文物同时识别，避免手动操作，因而快捷准确，文物进出库房管理耗时缩短一半以上。安全性高，稳定可靠，良好的失窃检测。自动化操作，降低劳动力成本，维护方便；

（5）基于博物馆业务流程，按业务逻辑和应用功能，纵横划分，系统采用构件化的分层开发技术模式，项目实施后可维护性高；

（6）基于SOA架构，解决了各个博物馆数字化系统关联性的问题，使各个系统的服务和数据得到更好的共享和调用。服务提供者只需在服务中心注册，即可发布服务，灵活可靠，维护更新方便，并且适应多种业务，可扩展性强。SOA所具有的QOS，也保证了系统的服务质量。

6 结束语

博物馆数字化系统不但包含了刀片中心、系统服务器、网络设备、存储阵列、UPS等硬件设备，也包括各个应用系统等软件体系，本文的数字化博物馆集成系统主要通过软件角度进行集成设计，用以提高管理效率和服务水平，系统对外完成了开放体验式的观众与数字化现场服务系统建设，对内则面向博物馆馆员和研究人员针对文物文博资源的研究、保护而提供了一个综合资源管理与共享交流的平台。本文基于SOA和RFID的设计应用为文博事业的信息化建设提供了有效样例与有益参考。随着科学技术的发展，未来数字化博物馆的建设会向着云计算、虚拟现实、三维高清大影像方向发展，如何将新技术融入到数字化建设中来现已成为下一步的研究热点与焦点。

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