數字地圖檔案館建設的關鍵技術研究

李黎，黃雁，何偉，余華翔

(武漢市測繪研究院，湖北 武漢 430022)

1 引 言

檔案是人類活動客觀的、真實的記錄。隨著信息技術在檔案工作中的廣泛應用，作為檔案信息化建設的發展方向，“數字檔案館”的建設理念應運而生。數字檔案館是一種分布式信息系統，將不同載體、不同地理位置的檔案信息資源進行存儲、管理、分發和服務［1］。

數字地圖檔案館是專題化的“數字檔案館”，綜合運用現代信息技術、網絡技術、通訊技術等對數字地圖檔案及其衍生信息進行采集、加工、存儲、管理，將不同載體、不同地理位置的異構、異源的測繪成果數據和地理信息融合成統一的數字地圖檔案信息資源數據庫，實現數字地圖檔案信息資源的規范管理;以PC 桌面、平板電腦、智能手機等為終端，開發符合功能要求的應用系統，逐步實現對數字地圖檔案信息資源的網絡化管理，實現分層次多渠道提供檔案信息資源高效利用和安全共享服務［2］。

我國已建設有國家測繪檔案館，每個省都有一個省級測繪檔案館。隨著數字測繪向信息化測繪的邁進，測繪檔案的傳統管理模式已無法適應測繪事業發展要求和用戶對地理信息的需求。同時，紙質檔案無法充分發揮其價值，嚴重影響測繪檔案資料的管理和利用。目前還沒有一個城市系統地進行專題建設。因此開展“數字地圖檔案館”建設，加強測繪檔案信息集成建庫，綜合管理系統建設，提高測繪檔案資料綜合服務能力具有現實的必要性。

2 檔案資源組成

城市數字地圖檔案種類繁多。這些數據分散、格式各異、管理方式各異，給城市數字地圖的管理工作造成了很大的障礙。其中，同一種類信息資源不僅有材質(板圖、薄膜圖和白紙圖等)區分，還有不同時期的劃分(從上世紀20年代～90年代)。以武漢為例，主要包括:

(1)全市范圍的基礎控制檔案;

(2)公開版電子地圖檔案;

(3)1∶500、1∶2 000、1∶5 000、1∶10 000 和1∶100 000等比例尺的基本地形圖檔案;

(4)1∶2000 和1∶10000 的正射影像圖檔案;

(5)DEM 檔案;

(6)DRG 檔案;

(7)綜合地下管線檔案;

(8)全景地圖檔案;

(9)三維模型檔案;

(10)地名地址檔案;

(11)測繪工程檔案;

(12)歷史地形圖檔案;

(13)古舊地圖檔案;

(14)歷史地名檔案。

3 總體設計

3.1 體系結構

(1)硬件基礎層:是平臺運行所需的各類服務器、存儲設備、網絡設備以及各種接入設備等物理介質，該層是物理可見的，其他各層則是在該層之上的虛擬化。

(2)數據服務層:是指用于支撐系統運行工程檔案數據庫、地理信息數據等。

(3)平臺服務層:是開發人員基于實際環境創建的運行實例，包括各類應用程序。

(4)業務層:具體的軟件功能實施命令。

3.2 技術路線

“數字地圖檔案盒”總體上采用混合架構。

(1)對于專業用戶和數據制作用戶，使用ArcEngine 組件、Geodatabase 數據模型和柵格目錄技術開發C/S 架構(Client/Server，基于客戶端/服務器端)的應用系統，數據庫管理采用Oracle，空間數據引擎采用ArcSDE，以提高不同數據的存取響應速度和利用效率，也更有利于數據的完整性、保密性。

(2)對于瀏覽用戶和信息發布端，采用ASP 和Java 開發B/S 結構的應用，服務器端使用ArcServer，安全連接件使用Servlet+tomcat 實施。

3.3 數據庫設計

數字地圖檔案數據庫的邏輯結構自上而下分為“數據庫→表空間→邏輯對象→數據段→數據區間→數據塊”6 層，實現空間數據和屬性數據的圖庫一體化管理，其中空間圖形數據是數據庫的核心，采用統一的空間參考定位，屬性數據通過圖形實體的標識碼來關聯。數據庫涵蓋各類地理信息數據和專題數據，其數據類型分類和建庫方法如表1 所示:

數據集 表1

4 關鍵技術

基于城市數字地圖檔案館的關鍵技術研究主要集中在:用于檔案制作的數字地圖檔案盒技術，用于檔案借閱的數字地圖閱覽室技術，用于檔案安全的檔案信息防擴散技術等。

4.1 數字地圖檔案盒技術

“數字地圖檔案盒”是“測繪地理信息工程檔案數字化歸檔系統”的簡稱，如圖1 所示。“數字地圖檔案盒”采用C/S(Client/Server)架構，關鍵技術有:

圖1 數字地圖檔案盒界面

(1)全數字化歸檔，模擬紙質檔案盒，使用自動歸類方式或拖拽方式，將Word 文檔、電子表格、幻燈片、圖片、DWG 成果數據等電子文件集中收集，形成檔案盒目錄文件樹。

(2)一鍵式數據格式轉換，目錄文件樹形成后，進行一鍵式數據格式轉換，將原有歸檔文件的數據格式轉換成帶有數字簽名和加密的PDF 電子檔案，并且轉換過程脫離CAD、Word 等數據的原始軟件;自動生成檔案盒封面、目錄和備考表等。

(3)規范化處理，面向檔案制作加工人員、檔案質量監控人員，實現檔案信息的收集、整理、提交、制作、歸檔，質量檢查、入庫、發布的規范操作。

(4)檔案安全，集中使用電子身份認證、數字證書和電子簽名等技術手段來增強數字地圖檔案的保密性、安全性;采用UKey，集成電子身份認證、文件加解密和數字簽名功能，直接讀取與人力資源數據庫掛接的唯一標識個人身份和權限。歸檔時，只有正確的UKey 歸檔持有者能解密并進行歸檔，確保了檔案信息的安全。數字證書采用DES 算法進行加密，并存儲于UKey，確保數字證書不易被盜用。

數字檔案館中最基礎的工作是制作數字地圖檔案盒。數字地圖檔案盒突破了傳統的數字地圖檔案收集、管理、利用和保存的局限，充分整合各類檔案信息資源，建立了集現勢地理信息、測繪地理信息工程數字檔案、古舊地圖檔案于一體的檔案資源數據庫，縮減不必要紙質檔案的庫存和管理，提升檔案信息的管理、利用與共享服務。

4.2 數字閱覽室技術

基于“一張圖”理念開展數字閱覽室應用系統(如圖2 所示)的建設，目標是為用戶提供簡潔、快速、直觀的檔案的查詢、借閱、分發、下載、統計等服務，關鍵技術包括:

圖2 數字地圖閱覽室界面

(1)多源、多時序地圖的集成調度和匹配聯動。數字地圖檔案分為“圖”(地形圖、影像圖、管線圖等)和“庫”(地名庫、工程檔案庫等)兩種，均以服務的方式發布。

①使用瓦片化地圖服務(TiledMapServiceLayer)進行圖的集成調度。使用預生成的、經過緩存的、來自不同數據源的地圖瓦片提供地圖服務。一般有三種方式:單一圖種切換顯示，不同圖種分窗顯示和不同時序地圖過渡顯示。

②使用矢量圖層(GraphicsLayer)進行庫的集成調度。所有地理要素均以要素的形式返回到客戶端，地理要素查詢、統計結果通過符號化和渲染的專題圖進行顯示。

(2)富客戶端展示檔案信息資源。基于“一張圖”理念開展數字地圖閱覽室建設，通過地圖彈簧動畫(地圖縮放、平移等操作具有連續性)、界面元素作為地圖要素(隨地圖縮放)、地圖符號動畫、要素按簇顯示等技術提高顯示性能和效果，確保檔案信息數據和諧統一的展現。通過地理對象處理、網絡分析、在線編輯、數據疊加等功能，確保用戶在海量數據中能夠快速準確的查找到所需的信息，并以簡潔明了方式將結果集反饋給用戶［3］。

(3)按需分發檔案信息資源。在數字地圖閱覽室中，按照用戶的實際使用需求，在符合國家安全要求的前提下，開展檔案的查詢、借閱、分發、下載、統計等服務。

4.3 數字地圖檔案防擴散技術

目前離線數字地圖檔案信息通常還是以DWG 格式發送傳播［4］。DWG 格式的檔案信息文件就是一個存儲在塊表中的AcDb 對象的集合。每一個對象都有一個句柄勇于實體識別，而實體是一類特殊的數據庫對象，是線、圓、圓弧、文本、區域、多段線和橢圓的組合。因此，可以通過對實體的編輯和訪問控制，實現檔案信息的防擴散。檔案信息防擴散技術包括:提供文件授權加解密的服務器端和供檔案使用者的客戶端。

(1)服務器端防擴散技術。主要包括文件的授權設置、有效期設置、版權設置、使用權限設置、數據加密、數據解密等各類授權服務。

①授權設置。通過“軟件加密”或“硬件加密”兩種方式對分發的離線數字檔案進行授權碼設置和注冊。

②有效期設置。基于AutoCAD 內核，在要素對象中設置本機的系統時間和有效期，同時記錄用戶每次打開數據的時間，以某種遞歸方式對有效時間進行檢查。

③版權控制。基于AutoCAD 內核，將授權的使用單位和發布的時間與所有保護對象永久關聯，在對象復制的過程中，自動傳遞版權信息，有效實現數據來源跟蹤散。

④使用權限控制。基于AutoCAD 內核，對發布對象以塊狀或要素進行加密，賦予不同的操作類別權限，且與使用正常數據沒有差異，只是操作后的數據仍然是出于加密狀態。

⑤加密。對外分發的檔案信息數據進行加密，同時不影響正常使用，且保證無法將外發數據及其衍生數據以明文形式存儲在本地硬盤及其他存儲設備上。

⑥解密。解密是指將已加密的檔案信息文件還原到加密之前的狀態，包括解除期限時間、授權狀態、版權信息、數據擴散保護等。

(2)客戶端防擴散技術。主要包括文件的授權信息讀取、有效期信息讀取、版權信息讀取、加密數據讀取等各類授權信息讀取服務，保證用戶能夠進行操作和使用。

①授權信息讀取。加載檔案數據時，通過一定算法進行匹配計算，自動根據客戶端的加密方式，獲取授權信息。合法授權者可正常加載和進行數的瀏覽。

②有效期信息讀取。打開檔案數據時讀取數據的有效期信息，如果在有效期內，則可以正常對數據進行操作;否則對對象進行直接刪除或者進行隱藏對數據使用者不可見。

③版權信息讀取。對檔案數據遍歷操作，對文件發布時提供給的使用方信息進行讀取，包括加密的起始時間以及數據使用方單位名稱。

④加密數據讀取。利用AutoCAD 的消息響應機制，對打開的數據進行讀取，根據加密的逆運算，將加密的文件進行還原，正常顯示，并根據使用者的使用權限正常使用。

⑤AutoCAD 版本覆蓋。為了滿足程序的通用性，需要實現AutoCAD 版本的全覆蓋。

5 結 語

城市數字地圖檔案館的建設是在厘清城市不同時期、不同比例尺各種數字地圖檔案的基礎上，在原有雙套制檔案管理的基礎上，重新梳理和調整，制定了一套基于全數字化檔案管理的規范流程。基于庫房與機房融合理念建立一套一體化的檔案信息資源基礎設施和檔案安全設施基礎設施。建立一系列全時空檔案信息資源庫，不僅涵蓋完整的、現勢性強的現狀地理信息，而且將大量反應城市歷史的各時期數字地圖和測繪地理信息納入科學管理。使得城市的地理信息成系列、全比例，形成現勢和歷史地理信息的互相補充，進一步完善了城市的地理信息體系，同時建立合理的現勢數字地圖轉化為歷史數字地圖的機制。研發涵蓋歸檔、借閱、開發、利用及安全管理等工作的多個應用系統，為各類應用提供服務和共享平臺。

［1］國家檔案局．數字檔案館建設指南［EB/OL］．http://www．gzdaj．gov．cn/daywzd/daxxhgz/201012/t20101224 _54362．htm，2010．

［2］李黎．數字檔案館建設設想［J］．武漢檔案，2010(1)，15～17．

［3］李黎，姬鳳英，劉劍等．基于RIA 的數字地圖檔案閱覽室建設［J］．地理空間信息，2013(6)，150～152．

［4］吳偉中．AutoCAD 圖形文件的安全保護［J］．機械工程師，2006(5)，109～111．

［5］楊茜茜．基于共享的數字檔案館信息資源整合［J］．浙江檔案，2014(3)，8～9．

［6］趙寧燕，錢萬里．數字檔案館信息安全風險自評估軟件設計研［J］．檔案與建設，2014(2)，29～32．

［7］黃曉艷．淺談數字檔案館環境下的檔案信息服務模式［J］．中國科技信息，2014(8)，269～270．

［8］劉建偉，周楓．基于大數據的數字檔案館信息服務模式研究［J］．云南檔案，2014(3)，48～50，56．