丽江古城文化知识数据库系统设计与实现

文｜董颖、崔艺、杨丽刚、和学光、杨万全、李露平、邱芹军、王钰莹

一、引言

丽江因其文化、自然价值的独特性和稀缺性成为重要的旅游目的地，但因其资源脆弱性面临着保护和发展的难题。随着GIS技术的发展以及基础数据的不断完善，GIS对提高文化遗产保护工作的质量和效率发挥越来越重要的作用,遗产保护对GIS系统的依赖性也越来越大。根据国家科技部“十二五”科技支撑项目的要求，丽江古城文化知识数据库系统研发是针对丽江世界文化遗产保护地的管理保护问题、深入研究不同类型的数据的管理要求，并在此基础上进行系统平台的建立、物联网系统设计、平台的开放性与统一性的设计，完成丽江世界文化遗产保护系统的研发。

古管局是保护丽江文化遗产的重要支撑部门，在古管局的部门内部，有很多不同的具体职能部门，每个部门之间的工作也会有交叉，但是传统的管理系统让各个职能部门之间不能有机的组织在一起，相互之间的数据得不到有效的互用。因此需要在统一的分类编码、命名规则、数据格式、统计口径等相关规定要求下对数据进行整合入库，建立一个统一的数据管理应用系统，实现各个职能部门的互联互通和数据共享。一个成功的数据库管理系统，在很大程度上取决于是否涉及和建立了标准统一、功能完善的时空数据库。因此，对数据库系统进行合理的设计与建设无疑具有十分重要的意义。

本文以丽江世界文化遗产保护为研究对象，详细介绍了丽江古城文化知识数据库系统的总体架构，网络部署结构以及系统功能，并结合实际需求对数据库进行了设计。

二、系统设计

（一）总体架构

根据丽江世界文化遗产保护系统平台的建设内容，平台采用“分布集成、统一管理、集中服务”的总体架构模式，在管理办法、标准规范和指标体系的指导和约束下，在分布式多层数据采集与集成技术框架基础上，建设平台框架。丽江世界文化遗产保护系统总体架构如图1所示。从逻辑结构上看，平台在运行维护体系和安全保障体系的支撑下，自底向上可分为：运行支持环境、数据中心、共享服务平台、业务系统和用户五个层次。

（二）网络部署结构

系统建设的目的是提供基础地理信息服务和功能服务，由于系统运行于互联网环境中，数据安全保密尤为重要，根据系统的应用需求，平台的网络环境建设具有以下要点：

1. 系统总体网络结构除包含系统管理平台基本运行网络外，还包含远程监测系统、远程会商系统和应急指挥系统网络。

2. 古管局领导和相关职能部门通过政务专网访问平台，进行日常事务办理；社会公众和其它第三方用户通过Internet访问系统。

图1 系统总体架构图

3. 应急指挥系统网络通过GPS定位和无线通讯实现应急指挥调度工作时各人员之间的信息交流；远程监测系统网络通过移动通信实现监测点监测信息的传输。

图2 网络部署结构图

（三）系统功能

业务系统建设主要是对原有系统的升级，主要包括以下方面的建设：

1. 管理平台建设

管理平台是为了方便古管局的管理人员对古城文化遗产的管理，在数据库的支撑下升级和开发业务系统，实现基础地图展示、数据库维护管理、相关业务数据查询统计、执法人员调度、地图定制化输出、人流量监控分析、民居修缮审批、准营证办证换证审批等功能，功能结构图如图3所示。

图3 管理平台建设

（1）体系架构升级

目前系统平台的建设是利用C/S架构，本项目将对原系统进行升级改造，建设为B/S架构，升级后，用户不需要在本地安装数据库和相关软件，通过浏览器，就可以访问部分数据库；对于系统界面，也会重新设计和展示，以增加用户的体验度。用户可以通过手持终端和浏览器来提升管理方式和办公效率。

（2）人机交互改善

原有系统的界面不够友好，操作不够人性化，新系统将对原系统的人机交互界面和系统功能进行改善，从用户的角度出发，给用户带来友好的界面和便捷的操作。主要从以下方面进行改善：界面的友好性设计、操作的人性化设计。

（3）准营证管理子系统建设

准营证管理子系统将辅助古管局编制丽江古城商业规划，核发风景名胜区准营证，加强古城市场准入监管，合理布局古城商业网点。

（4）公房管理子系统建设

公房管理子系统实现的功能有：公房信息管理、公房报表管理、公房文档管理。

（5）GPS地图定位及服务子系统建设

通过GPS设备及软件实现巡逻车辆、巡逻人员在丽江古城及景点内的定位功能，可以实现对相关车辆及人员定点监控功能。管理员可以通过地图了解到目前巡逻车辆、人员在古城地区的定位实时的了解相关情况，主要功能有：GPS管理、手持终端的定位实现、历史轨迹查询。

（6）应急资源管理子系统建设

应急资源管理子系统对古城所有的应急资源进行集中管理，包括应急物资，应急设施，应急人员等。在紧急事件发生时可以查询到就近的应急物资和人员，有利于对紧急情况做出快速的处理。以消防栓为例，依托消防部队数据通讯网络和电子地图，通过消防栓管理系统，每个消防栓的分布、水压、状况一目了然，消防员出警可以根据电子地图的定位查询安排最优行车路线、停车地点，迅速找到水源快速灭火，有利于制定最切实可行的灭火预案，还有利于对消防栓进行及时的维修保养。

2. 移动终端系统建设

平台推荐基于Win8系统，进行APP定制开发，采用平板存储数据、内网定期下载更新包的更新机制。移动终端系统的功能包括移动办公、消息推送、轨迹回放、指挥调度。

3. 后台安全管理系统

后台安全管理系统是为了保障系统软件环境、数据中心以及各业务系统稳定、高效的运行，利用安全运维管理流程，进一步提高系统信息化的管理水平。后台安全管理面向系统运行维护管理人员，为整个系统的安全、良效运作提供强大的后台保障。主要包括用户权限管理、配置管理、日志管理等功能模块。

图4 移动终端建设

三、安全体系设计

丽江古城文化知识数据库系统安全防护体系建设应严格按照“双网双机、分区分域、等级防护、多层防御”的十六字方针原则。

1. 双网双机：丽江古城文化知识数据库系统按大区划分为信息内网和信息外网，管理信息内外网间采用逻辑强隔离设备进行隔离，信息内外网分别采用独立的服务器及桌面主机。

2. 分区分域：在丽江古城文化知识数据库系统划分为管理信息大区的基础上，将管理信息大区的系统，依据定级情况及业务系统类型，进行安全域划分，以实现不同安全域的独立化、差异化防护。

3. 等级防护：丽江古城文化知识数据库系统将以实现等级保护为基本出发点，进行安全防护体系建设，并参照国家等级保护基本要求进行安全防护措施设计。

4. 多层防御：在分域防护的基础上，将各安全域的信息系统划分为边界、网络、主机、应用四个层次进行安全防护设计，以实现层层递进，纵深防御。

四、数据库设计

（一）数据库设计的基本要求

丽江古城文化知识数据库设计可分为：空间数据库设计和业务数据库设计。在设计和建设数据库时应遵循以下几点要求：（1）遵循最小冗余度原则，对大量的数据体要用非冗余结构进行定义；（2）在插入、修改和删除数据时，数据的结构、相互之间的关系和从属性应保持不变；（3）数据库要具有独立性，数据存放尽可能地独立于使用它的应用程序；（4）要具有不断扩充和更新的能力。

（二）空间数据库设计

鉴于传统数据库不能管理空间数据的局限性，采用空间数据库技术有利于对各种空间信息进行管理。根据古管局的实际需求，本项目中的空间数据库主要包括基础地理数据库和专题数据库：基础地理数据库包括遥感影像、基础地理、基础地质；专题数据包括民居空间数据库、管网线空间数据、绿化带空间数据、用电设施分布空间数据。为了与国家节点的数据格式保持一致，需要对原始数据进行标准化处理。通过MapGIS基础平台对数据进行加工处理、投影转换、数据裁剪等操作，使数据转化为满足业务应用系统和地理信息系统的形式，再基于MapGIS Server进行数据的发布。

（三）业务数据库设计

本项目中的业务数据库包括不同阶段，不同工作形成的各类数据信息，主要有保护民居数据库、管网线数据库、亮光工程数据库、绿化数据库、全球眼数据库、设施数据库、准营证数据库、门牌号数据库等。用户通过行政区、街道等具体条件信息或拉框画圆范围几何查询等多种查询方式对相应的业务信息（如保护民居数据、管网线数据、绿化带数据、准营证数据等）进行查询，查询结果将相应业务在地图中标会出来，点图标可以查看详细信息及其它附件类信息。针对业务数据库系统建立了灵活、稳定的数据维护系统。保证数据库数据更新的及时性，提供对新增入库数据的扩展性，可以对数据库数据进行质量检测。

图5 空间数据库设计

五、系统的运行与实现

由于丽江古城文化知识数据库系统中的数据除基础空间数据以外，还涉及不同数据数据库种类，包括文本数据、图片数据、空间数据、各类表格等内容。考虑到现有主流数据库的现状，方案拟采用oracle作为关系数据库管理系统。

图6 业务数据库设计

图7 系统运行效果

丽江世界文化遗产保护系统运用Oracle库，充分利用数据融合及集成管理技术、空间及查询技术、计算机网络技术等，建立多功一体的数据库管理信息系统。系统目前整体运定，能够清晰地反映丽江世界文化遗产保护的信息。运行效果如图7所示。

六、结论

丽江古城文化知识数据库系统，利用先进的计算机技术和GIS技术，建立数据共享平台，让古管局所有用户都工作在统一的平台上，各个部门之间的数据和应用都可以通过平台来共享，形成一个有机的整体。针对古管局的管理职能和业务需求，在数据中心的基础上开发共享服务平台，建立相关业务系统，包括民居修缮管理子系统、准营证管理子系统、公房管理子系统、GPS地图定位及服务子系统、应急资源管理子系统移动终端系统。文化遗产管理部门可根据系统提供的信息，快速准确地制定保护及防范措施。