智慧檔案館背景下安徽省氣象檔案業務系統①

江雙五,溫華洋,盛紹學,范增祿

1(安徽省氣象信息中心,合肥 230031)

2(河北省氣象局,石家莊 050021)

1 引言

2013年,楊來青等以青島市檔案館為例提出了智慧檔案館建設的總體構想[1].此后全國范圍內關于“智慧檔案館”的研究和實踐日趨增多.青島[2]、張家港[3]、威海[4]、麗水[5]、珠海[5]等市以及陽泉礦區[5]的檔案部門已經開展了智慧檔案館建設實踐.行業方面,張磊波等以電力企業檔案館為例,介紹了企業智慧檔案館的內涵及建設路徑[6].吳新宇就“大數據”時代建設醫院“智慧檔案”的必要性和主要思路提出了若干思考[7].系統建設方面,李欣設計一種基于數字水印技術的醫院電子檔案管理系統[8],曲丹秋設計了基于物聯網的圖書與檔案智能管理系統[9],于英香分析了人工智能嵌入檔案管理的特征[10],蔡志強基于云計算技術設計一種電子檔案輔助信息查詢系統[11],容依媚等2019年對我國智慧檔案館研究的167 篇文獻進行了梳理,研究的范圍包含智慧檔案館的概念和特點、結構和功能、關鍵技術、建設方案、信息服務等多個方面[12].國外,相關國家正在政策推動人工智能嵌入到檔案管理中,英國國家檔案館發布的《數字戰略》強調通過機器學習技術開展數據收集工作[13].芬蘭國家檔案館簽署人工智能合作協議,推動數據系統互操作性與開放性[14].目前,以物聯網、人工智能、大數據、云計算等信息技術來設計和建設檔案業務系統,提升檔案的管理和利用能力逐步在業界得到共識.

氣象檔案種類豐富,分為8 個基本類目,包括黨務、氣象事業管理、氣象觀測記錄、氣象業務技術、氣象科學研究、氣象基本建設、氣象儀器裝備和氣象標準計量[15],其中氣象觀測記錄、氣象儀器裝備和氣象標準計量為氣象行業特有.氣象檔案不僅是研究氣候變化不可或缺的重要資源,也是國家重要的科技資源.目前安徽省檔案館館藏的紙質檔案超過千萬頁,電子檔案每年以10 TB 級以上增加.如何改變氣象檔案的管理模式,推進氣象檔案的共享利用能力是氣象檔案業務的重要內容.

2018年,中國氣象局為提升氣象行業檔案業務現代化能力,要求安徽、河北、山東和湖北4 省開展數字(智慧)氣象檔案館試點建設,重點建設面向氣象現代化需求的氣象檔案業務系統,滿足本行業及社會部門對氣象檔案的利用需求.

2 總體設計思想

安徽省氣象檔案業務系統主要承擔安徽省氣象檔案的收集、整理、保管和利用任務,氣象檔案業務系統內容實體是檔案,需要解決的核心問題是檔案從收集端到用戶端業務流程的規范性和可操作性問題,主要目的是如何保護好檔案并為用戶提供高效快捷的檔案服務.因此系統的設計理念為以檔案為核心,以業務流程為主線,以需求為導向,以信息技術為支撐,深入分析各類檔案的特點和規格.在梳理氣象檔案現有流程的基礎上,重點開展物聯網、大數據等信息技術改進業務流程的應用研究[16],理順流程和功能之間的關系,分析不同階段用戶對檔案收集、整理、保管和利用需求,設計規范的安徽省氣象檔案業務系統,業務系統省級部署,面向全省應用.

3 系統的結構和功能

3.1 系統功能結構

安徽省氣象檔案業務系統主要包括檔案收集、整理、保管、利用和鑒定5 個子系統建設.功能結構見圖1.檔案收集子系統包含移交任務創建、移交申請、移交審批、移交檢查和移交預處理模塊.移交任務創建、移交申請提交、移交審批流程和電子檔案接收檢查直接在檔案業務系統中完成,實體檔案接收檢查只需在系統中登記檢查結果.

圖1 安徽省檔案業務系統功能圖

檔案整理子系統不僅包含案卷級、卷內文件和RFID標簽元數據整理,也包含檔案知識庫整理和相應的質量檢查模塊.負責對收集到的檔案進行分類、組合、編號和編目,使之有序化,電子檔案的有序化過程由系統直接完成,實體檔案只以元數據的形式在系統登記有序化的結果.

檔案保管子系統主要包含檔案定期檢查、備份管理、變更、盤點統計、保管環境管理和消毒登記模塊.不僅負責檔案保管中的定期質量檢查、備份、內容和元數據變更、盤點和統計工作,也負責保管環境中溫度、濕度、空氣質量、安防和消防系統的管理以及檔案定期消毒登記等工作.

檔案利用子系統主要包含檔案元數據查詢和全文檢索、實體檔案出館和不出館借閱、電子檔案跨館檢索、專題檔案檢索和檔案編研模塊.面向部門內、行業和社會公眾用戶,提供包括檔案借閱申請、審批和查詢檢索等服務方式.

檔案鑒定子系統主要包含檔案價值、密級、保存時間、保存方式和銷毀等鑒定模塊.負責按照鑒定流程對檔案定級定密,價值鑒定重點選出本行業內國家級或省級珍貴氣象檔案.密級鑒定按照氣象檔案保密級別進行,保存時間鑒定按照中期、長期或永久來鑒定.保存方式鑒定主要鑒定檔案是否需要數字化、數據化或是否需要雙套制備份.銷毀鑒定模塊主要鑒定超過保存期限的檔案是否銷毀及銷毀流程和方式.

3.2 系統總體設計

安徽省氣象檔案業務系統總體架構層次上按照基礎設施平臺層、智能物聯層、檔案資源層和業務應用層的模型設計,總體架構見圖2.基礎設施平臺層主要為業務系統提供基礎設施資源,主要包括計算資源、存儲資源和網絡資源.計算資源主要為服務器和虛擬機.網絡資源包括氣象業務內網、智能傳感器局域網和無線射頻網,其中氣象業務網直接依賴安徽省氣象信息中心現有的業務網絡來設計和建設,主要實現氣象檔案業務系統與其它業務系統之間的數據交換;智能傳感器局域網和無線射頻網需結合智能物聯系統來新建,主要實現溫度、濕度、空氣質量、煙感和漏水檢測等傳感器與業務系統之間的內部數據交換.存儲資源主要包括光盤庫、移動硬盤庫、氣象私有云存儲系統等離線和在線存儲系統.

圖2 安徽氣象檔案業務系統總體架構設計

智能物聯層主要包括智能安防管理、環境感知和控制、實體檔案管理和可視化展示利用.智能物聯網設備實時收集檔案館環境信息和檔案資源狀態信息,為檔案保管、安防、環境監控和利用提供技術支持.

數據資源層建立在基礎設施平臺層和智能物聯設備層之上,為應用層提供數據資源,主要包括館藏檔案整理著錄而成的元數據庫、紙質檔案數字化形成的文件庫、原生電子類檔案庫、知識圖譜構建形成的知識庫、檔案編研形成的專題檔案資源庫、檔案館智能物聯系統運行形成的溫、濕、空氣質量、視頻監控等環境管理數據和業務系統正常運行需要的后臺管理數據.

應用層直接面向用戶提供包括檔案收集、整理、保管、查詢利用和檔案鑒定等服務.

標準規范體系是安徽省氣象檔案業務系統建設的依據,也是實現檔案資源共享和交換的基礎,需要根據安徽省數字氣象檔案業務系統建設需求建立相應的標準體系.

安全保障體系是構建符合分級、等級保護的信息安全體系.

3.3 系統總體信息流程

氣象檔案業務系統流程按照檔案收集、整理、保管和利用順序依次展開.檔案收集按照檔案移交和審核順序開展,檔案整理形成檔案描述數據(元數據)庫和檔案庫,檔案保管對象為檔案庫、元數據庫、知識庫和管理信息庫,檔案利用就是對保管的檔案開展借閱、查詢和瀏覽,系統信息流程圖見圖3.

圖3 安徽省氣象檔案總體信息流程圖

4 關鍵技術

4.1 氣象檔案標準化體系

安徽省氣象檔案業務系統是全國省級氣象檔案業務的先行試點系統,需要聯合其他試點省共同制定氣象檔案業務標準體系,主要包括業務流程、保管環境監測技術、檔案資源,氣象檔案服務接口等標準規范.其中業務流程類規范規定了氣象檔案生命周期中檔案收集、整理、保管和利用業務流程.保管環境監測類技術規范定義了實體(主要是紙質)和電子檔案保管環境中溫度、濕度、光線、安防等方面的要求.檔案資源類標準規范是檔案生命周期中與檔案資源相關的標準規范,該類標準與檔案本質屬性密切相關,主要包括氣象檔案資源的案卷級元數據、卷內文件級元數據、電子標簽元數據、質量檢測以及數字化等標準規范.氣象檔案服務接口規范定義了訪問檔案業務系統的接口.

通過系統性建立(或應用) 氣象檔案標準體系框架,安徽省氣象檔案業務系統全面規范了氣象檔案生命周期的流程和環境技術要求,實現業務系統的標準化和規范化,為跨省或跨行業檔案資源的互訪提供了基礎.

4.2 元數據應用

元數據是描述數據的數據,氣象數據管理中多將元數據技術應用于對數據資源的描述[17-19].氣象檔案業務系統設計了三類元數據用于氣象檔案的存儲管理和共享服務,包括案卷級、卷內文件級和RFID 電子標簽元數據.案卷級元數據以卷為最小著錄實體形成元數據,元數據內容主要包含但不限于:檔案館編碼、全宗號、檔案名稱、分類號、地域號、檔案產生單位、檔案起止時間、檔號、關鍵詞、立卷單位、立卷時間、組卷方式、每卷件數、每卷頁數、容量大小、密級、保管期限、存放位置、盒號、信息化情況、存檔介質等數據元素.卷內文件級元數據以頁紙或單個文件為最小著錄實體形成元數據,著錄內容與案卷級元數據大多相同,部分字段有所調整.RFID 電子標簽元數據主要描述每卷檔案電子標簽的內容,目前共定義或預留了7 個數據元素,由必備項、可選項和預留項組成.必選項包括:標簽版本、檔案館編碼、位置信息、縮寫的檔號.可選項包括:保密等級、保管期限.預留項暫時不定義內容,可方便業務實踐中的需要擴充.

4.3 知識圖譜技術應用

近幾年,為提升數據智能利用能力,不少行業都在探索構建適合本領域的知識圖譜[20-23].查詢公開的技術論文,氣象或檔案行業知識圖譜構建論文鮮有發表,基于氣象檔案查詢需求,需要構建氣象檔案中蘊含的知識單元及其語義關系.具體技術路線是以安徽省館藏氣象記錄檔案資源和檔案元數據為基礎,通過自頂向下的方式設計概念層及層次關系來構建本體庫,選擇“氣象記錄檔案”作為最頂層核心概念,次核心概念為“氣象檔案文件”、“氣象記錄檔案形成”和“氣象記錄檔案管理”3 類,核心概念的歸納整理注意本體中類的設計秉承獨立性、共享性原則[24],最終從頂向下定義了氣象記錄檔案領域的28 個核心概念.設計了物理、空間、觀測、時間和事件6 種本體關系模型,將檔案的來源、收集、整理、保管和利用中產生的概念和屬性都歸屬到6 種關系模型中.基于本體庫對接館藏檔案實體構建知識模型,分別采取D2RQ、圖像識別和定制包裝器對不同存儲格式的檔案和檔案元數據進行知識抽取構建數據層,通過建立氣象檔案同義詞庫和敏感詞庫等來完成知識融合,利用MySQL和Neo4j 數據庫分別完成氣象記錄檔案知識庫建設.概念—實體—屬性映射關系樣例如圖4所示.

圖4 概念—實體—屬性映射關系樣例圖

4.4 智能物聯技術應用

物聯網技術在檔案館建設中的應用研究是近幾年檔案業務的一個熱點應用[25].物聯網技術與檔案業務的深度結合正在深刻地影響或改變著檔案的管理和服務模式.物聯網技術在檔案管理中的應用是指通過無線射頻識別技術、紅外感應技術、定位技術、環境感知傳感設備、視頻監控設備和運算設備,按照約定的協議,實現檔案管理員與借閱人、館藏檔案實體和智能設備之間的協同工作[26].

4.4.1 檔案館環境智能管理技術

基于物聯網技術,開發環境監控系統,實現了館區環境監控設備之間的協調聯動工作.通過監控視頻發現活體運動軌跡、人臉識別設備控制門禁、溫度傳感器控制空調、濕度傳感器控制加濕機抽濕機、光線傳感器控制光線控制器、空氣質量傳感器控制空氣凈化器、煙霧報警器控制煙霧報警開關等物聯網技術實現了活體抓拍、門開關、溫度、濕度、空氣質量、光線強弱、煙霧報警等設備的自動監控管理.通過在環境監控系統設置各種環境感知信息的閾值范圍和設備聯動機制,實現了溫度、濕度、漏水檢測、光線等環境信息、視頻監控信息和語言告警信息在不同設備之間、設備和檔案管理員之間的互動和協同工作.大大提高了檔案管理員對檔案環境的感知和管控能力.當漏水檢測傳感器報警時,攝像頭聯動拍照部分代碼如下:

//設置攝像頭拍攝角度,其中xyz為坐標

int wPanPos=Integer.parseInt(x,16);

int wTiltPos=Integer.parseInt(y,16);

int wZoomPos=Integer.parseInt(z,16);

moveCamera.wPanPos=(short) wPanPos;

moveCamera.wTiltPos=(short) wTiltPos;

moveCamera.wZoomPos=(short) wZoomPos;

Pointer lpInBuffer=

moveCamera.getPointer();

moveCamera.write();

//轉動攝像頭到拍攝角度

boolean lHandle=

hCNetSDK.NET_DVR_SetDVRConfig(lUserID,

HCSDK.NET_DVR_SET_PTZPOS,chanle,

lpInBuffer,lpInBuffer.SIZE);

System.out.println("lHandle:" +

lHandle);

………

//設置圖片分辨率

HCSDK.NET_DVR_JPEGPARA m_jPEGPARA=new

HCSDK.NET_DVR_JPEGPARA();

m_jPEGPARA.wPicSize=5;

m_jPEGPARA.wPicQuality=2;

//攝像頭拍攝并保存拍攝照片

result=

hCNetSDK.NET_DVR_CaptureJPEGPicture(l

UserID,chanle,m_jPEGPARA,path);

……

//回復攝像頭原來的位置

result=CameraUtil.setCameraLocation(ip,port,

username,password,

String.valueOf(Integer.toHexString(ol

d_wPanPos)),

String.valueOf(Integer.toHexString(ol

d_wTiltPos)),z);

4.4.2 實體檔案自動識別及管理技術

射頻識別(RFID)是一種無線通信技術,可以通過無線電訊號識別特定目標并讀寫相關數據,而無需在識別系統與特定目標之間建立機械或者光學接觸[27].

每個密集架架位布設RFID 架位標簽,每卷氣象檔案均貼有RFID 標簽.通過室內定位技術與電子射頻RFID 技術聯合使用,檔案管理員在借閱和歸還檔案的過程中,通過系統提示或者掃描RFID,獲取檔案位置,借助密集柜上的位置提示燈亮起,能快速找到密集柜的位置和檔案所在柜內位置.對于歸還的檔案通過掃描檔案RFID 標簽,檔案業務系統自動補充登記檔案歸還信息,實現檔案的快速歸還.在檔案庫房門禁處增加了RFID 讀取設備,當貼有RFID 標簽的檔案通過門禁時,讀取設備自動判識出庫檔案是否獲得出入授權,并對非法出庫檔案進行現場語音告警或短信通知檔案管理員.

5 應用示例

5.1 首頁

氣象檔案業務系統首頁主要分為檢索區、信息展示區、特色服務區、專題資源區、快捷功能區和頂部常用菜單等6 個區域.檢索區提供類別和區域等關鍵詞檢索;信息展示區顯示最新工作動態及熱搜點擊率排名前列的信息;特色服務提供包括檔案館簡介、資源導航、可視化檔案、科技展覽及知識圖譜等檔案特色服務內容;專題檔案提供中國氣象百年站、珍貴檔案、重大氣象活動等內容服務.快捷功能區根據用戶角色提供了需要處理和關注的功能入口;頂部常用菜單分別顯示了“首頁”、“資源導航”、“研學中心”、“登錄”、“使用說明”、“業務流程圖”等常用的菜單鏈接.首頁部分畫面如圖5所示.

圖5 安徽省氣象檔案業務系統首頁(部分)

5.2 檔案元數據整理

檔案管理人員登陸系統后,菜單展開后點擊“檔案登記”,右側顯示已歸檔登記的檔案信息頁面(見圖6).頁面上部區域為查詢區,選擇查詢條件后點擊“查詢”,在頁面的下部區域列出符合查詢條件的檔案元數據信息.檔案管理人員可進行檔案元數據的新增、修改、刪除、查看等.可以通過模板批量導入元數據信息,批量導入功能需要使用系統提供的模塊,先點擊“模板下載”下載模板維護好數據信息再回傳.

圖6 安徽省氣象檔案元數據登記截圖

5.3 檔案保管環境集成監控

借助安徽省氣象局業務內網,將相隔5 km的省氣象檔案主庫房(第一庫房)、文書檔案庫房和財務檔案庫房環境信息集成到業務系統中集中顯示(見圖7),實時監控可以集中展示檔案館庫房中溫度、濕度、水浸、煙霧、光照等實時數據信息,采用圖形化的展示方式,便于管理員進行查看、調控.

圖7 檔案環境監控截圖

5.4 檔案利用

檔案經過案卷級和文件級元數據整理,形成條目數據,條目數據與檔案圖像掛接,用戶在查詢元數據時可實現對檔案元數據及圖像文件的查詢與檢索.檔案利用人員登錄后進入首頁,通過查詢找到要檢索的檔案,點擊查看(見圖8).

圖8 檔案利用截圖

6 小結

本文研究和設計了智慧檔案館建設背景下安徽省氣象檔案業務系統的功能、總體架構和數據流程及關鍵技術.通過物聯網和知識圖譜等信息技術的應用,改變了傳統氣象檔案的管理和服務模式,為豐富氣象檔案資源,開展氣象檔案的智能化利用打下了良好的基礎.目前,該系統已在安徽省氣象部門實際業務環境中投入業務運行,提高了安徽省氣象檔案服務水平和效率.后續將重點開展知識圖譜技術架構下的檔案編研能力,進一步推動氣象檔案的分析挖掘、價值發現和社會化應用能力,更大程度實現檔案資源的價值.