科學數據歸檔格式管理現狀分析與啟示

摘要：檔案機構對科學數據進行歸檔格式管理是實現科學數據長期保存的關鍵。本研究在廣泛應用的《數字信息保存手冊》和《數據管護手冊》基礎上，總結出戰略規劃、長期保存格式指南、技術工具、保存策略的格式管理分析框架。以此為基礎，調研國內外七個主要檔案管理機構/平臺和科學數據管理機構/平臺并進行案例分析，對比提出我國科研檔案管理規劃未包含科學數據歸檔格式管理內容、科學數據歸檔和長期保存格式標準規范有待完善、檔案領域科學數據格式管理工具與方法應用不足的問題。從科研檔案管理的角度提出我國檔案機構應將科學數據歸檔格式管理納入科研檔案管理規劃、制定科學數據歸檔和長期保存格式指南以及加強格式管理技術工具應用的啟示。

關鍵詞：科學數據 格式管理 科研檔案 歸檔長期保存 檔案管理

Abstract：Format management of scientific data by archival institutions is the key to achiev？ ing long- term preservation of scientific data. Based on the widely used Digital Preservation Handbook and Digital Curation Manual， this study summarizes the format analysis frame？ work of strategic planning， long-term preserva？ tion format guidelines， technical tools， and pres？ ervation strategies； based on the framework， sev？ en major archive management organizations/plat？ forms and scientific data management organiza？ tions/platforms at home and abroad were re？ searched and case studies were conducted to compare and propose the problems that China’s scientific research archive management planning does not include scientific data format manage？ ment content， the standard specification of scien？ tific data archiving and long- term preservation format needs to be improved， and the application of scientific data format management tools and methods in the field of archives is insufficient. From the perspective of scientific research ar？ chives management， it is proposed that archival institutions in China should incorporate scientific data format management into scientific research archives management planning， formulate for？ mat guidelines for archiving and long-term pres？ ervation of scientific data， and strengthen the ap？ plication of format management technology tools.

Keywords： Scientific data； Format manage？ ment； Scientific research archives； Archiving； Long-term preservation； Archives management

科學數據是國家科技創新和經濟社會發展的重要基礎性戰略資源，格式管理是確保科學數據長期保存和可訪問的關鍵。隨著科研范式朝數據密集型轉變、信息技術的快速發展，科學數據格式正面臨過時和激增等方面的挑戰，缺乏科學合理的數據格式管理方法將很有可能導致數據無法讀取。作為信息管理和長期保存的專業領域，檔案學應積極探索科學數據歸檔格式管理方法，保障科學數據的長期可用。

當前，國內外學術界對于科學數據格式管理方法的研究主要集中在以下三個方面：一是科學數據歸檔和長期保存推薦格式研究。高婷[1]總結了主流電子文件類型及其對應歸檔格式，耿志杰[2]等通過調研荷蘭數據歸檔和網絡服務中心（Data Archiving and Networked Services，DANS）長期保存實踐，介紹了18種數據類型的首選格式和可接受格式，J. Georgieva[3]指出基于XML的格式更適合支持元數據，有助于實現各種數據格式管理目標；同時，還有針對單獨數據類型的推薦格式研究，如版式文檔OFD格式[4]、圖像文件JPEG格式[5]、三維數據STED格式[6]及數據庫SIAED格式[7]等。二是科學數據歸檔和長期保存格式選擇標準研究。黃玉明[8]提出了符合歸檔和長期保存要求的格式選擇原則，包括格式開放、不綁定軟硬件、自描述等；肖秋會等[9]從電子文件類型、長期保存格式及國際采標等方面提出我國電子文件長期保存格式標準的建設思路；徐擁軍等[10]從構建專門的格式標準、強化標準間系統銜接、分析格式標準適用環境等方面提出我國電子文件長期保存標準優化策略。三是科學數據歸檔和長期保存格式管理工具應用研究。錢毅[11]提出建立格式登記系統，應包括自動識別格式、格式驗證、格式元數據抽取、提供技術監測、提供遷移路徑、風險評估及信息推送功能；周祺等[12]探討了我國檔案文件格式登記與管控系統的實施主體、適用范圍、運行前置條件等；J. Xie等[13]指出格式遷移包括格式驗證和對象轉換，介紹了元數據保存的系統架構，并分析了對象變換的映射規律。

本研究以數字信息保存聯盟發布的《數字信息保存手冊》（Digital Preservation Handbook）[14]和英國數字管護中心發布的《數字管護手冊》（Digital Curation Manual）[15]為基礎，總結科學數據格式管理分析框架，選取國內外科學數據格式管理實踐典型案例開展調研，梳理國內外科學數據格式管理工作現狀與特點，歸納科研檔案中科學數據歸檔格式管理的主要方法，并結合我國實際情況，提出對我國科學數據歸檔格式管理的啟示，以期為我國檔案界進行科學數據歸檔格式管理提供經驗與參考。

一、科學數據格式管理分析框架與案例調研對象

如表1所示，本研究結合《數字信息保存手冊》和《數字管護手冊》中關于文件格式管理部分內容，總結歸納出戰略規劃、長期保存格式指南、技術工具和保存策略四方面的科學數據格式管理分析框架，并以此為基礎選取美國、英國、澳大利亞、新西蘭、荷蘭、瑞典、中國的檔案機構/平臺、科學數據管理機構/平臺，進行格式管理方法相關政策、工具與實踐進展調研，如表2所示。

二、科學數據格式管理方法現狀分析

科學數據來源于科學研究活動，是科研檔案的重要組成部分，其歸檔和長期保存工作涉及檔案管理機構和科學數據管理機構的協同，因而本研究主要對檔案管理機構、科學數據管理機構的格式管理方法進行調研與分析。

（一）頂層規劃

頂層規劃有效指導了格式管理工作的開展。圍繞數字資源長期保存，各國檔案管理機構、科學數據管理機構出臺了數字保存戰略、規劃、政策等，并將“格式管理”作為其重要維度之一。一是指出格式管理面臨的主要問題。例如，澳大利亞國家檔案館（National Archives of Australia，NAA）發布的《數字保存規劃》認為數字記錄有三種過時形式，即文件格式過時、軟件過時和硬件過時，[16]識別過時形式是有效管理的前提，針對不同形式的過時問題應采用不同的管理方法；瑞典國家數據服務中心（Swedish National Data Ser？ vice，SNDA）的《數據管理計劃清單》指出專有文件格式是限制數字記錄長期訪問的主要威脅。[17]二是設計格式管理的具體行動路徑。例如，美國國家檔案與文件署（National Archives and Records Administra？ tion，NARA）2022年發布的《數字保存戰略2022—2026》設計了格式管理的關鍵措施，包括制定并持續更新保護計劃以精確識別館藏文件中各種格式、對存在風險的文件進行必要的格式轉換，以及持續監測和評估接收的文件和媒體格式，以便及時發現并應對潛在的過時風險；[18]新西蘭檔案館（Archives New Zea？ land，ANZ）發布的《數字保存》[19]和《數字保存聲明》[20]認為必須對信息、記錄及文件格式相關風險進行詳盡的評估，并采取相應的保存措施，如格式遷移。

（二）格式指南

格式指南規范著格式選擇標準與要求。科學數據格式種類多樣，版本迭代迅速，并不是所有格式都符合歸檔和長期保存需求，因而需要明確科學數據歸檔和長期保存格式的選擇原則，當前已有一些檔案管理機構、科學數據管理機構發布了格式指南規范科學數據歸檔和長期保存格式。

格式指南基本采用定量評估、定性評估或定量與定性相結合的科學方法推薦科學數據歸檔和長期保存格式。定性評估是指從格式特征、實踐現狀及國際標準中提取可持續性因素指標，來綜合評估對象格式的可持續性。例如，美國國會圖書館（Li？ brary of Congress，LC）發布的《數字格式：可持續性、性能和質量因素》，[21]詳細分析了影響數字格式可持續性的基本因素和特殊因素。定性與定量相結合評估是指既提出指標，還對指標分配不同的權重，以可量化的矩陣框架評估可持續性因素和長期保存問題。以美國國家檔案與文件署2018年8月更新的《永久保存電子文件移交的格式指南》為例，首先調查館藏文件格式現狀，以全面了解文件格式風險；然后創建風險和優先級矩陣，設置評估項和權重，分為公開程度、流行性、透明度、自描述、外部依賴性、許可和專利、使用加密/權限管理七大類別，具體包括37個評估項，且各類和各項的權重不同；最后基于以上評估在格式指南中將格式分為“推薦格式”“可接受格式”等。[22]

各機構的格式指南詳細分析如表3所示，這些格式指南在格式選擇原則的制定上基本達成共識。一是普遍性強，即該格式被大量用戶和多種軟件系統所支持，更有可能得到持續的開發和不斷的優化，并促進最佳實踐的分享。二是獨立性強，強調格式不應被任何特定的軟硬件、開發人員或供應商所綁定，降低了因軟硬件過時、停止維護而導致的格式風險。三是有開放的規范或標準，這意味著格式的技術細節和實現方式應公開透明，不受版權或專有技術限制，有效促進了格式的互操作性，有助于不同軟件之間的數據寫入和讀取，還有利于數據的共享和遷移。

此外，格式指南還從格式版本、參考標準、格式說明等方面對各類型格式進行了深入分析。同時，格式指南還保持定期更新，確保歸檔和長期保存的數據格式始終符合當前的最佳實踐和技術標準，反映了格式管理的動態性和持續性。

（三）格式管理工具

多功能格式管理工具與集成性管理系統共同構成了格式管理的重要手段。格式管理工具根據功能可被分為四大類別：格式識別（Format Identifica？ tion）、格式驗證（Format Validation）、格式表征（For？ mat Characterization）及格式評估（Format Assess？ ment）。[23]

第一，格式識別作為整個管理流程的起點，依賴文件擴展名、內部代碼等特征來實現識別。常見的格式識別工具如DROID，作為英國國家檔案館在PRONOM技術注冊服務框架下開發的首款工具，利用PRONOM存儲的簽名信息實現格式的自動批量識別。[24]第二，格式驗證通過解析比特流的完整內容，驗證文件是否符合既定的格式規范。已有通用格式驗證工具如Checksum Checker、Apache POI等。第三，格式表征是了解格式顯著特征，包括提取和記錄與格式相關的元數據。常見的格式表征工具有如JHOVE2，支持多種數字格式的驗證和特征提取，如圖像、音頻、視頻和文本文件等，詳細記錄元數據、結構和格式特征等信息。[25]第四，格式評估是對文件格式長期可用性或過時、信息丟失風險的綜合評估。已有相關研究基于格式風險的定量評估模型設計了格式過時風險評估系統，將專家不可量化的知識或經驗轉換為機器可識別和可處理的形式，即“風險評分”，其結果可以被計算機自動識別，有助于數字保存的自動、半自動風險管理。[26]

國外檔案機構使用集成性的格式管理系統進行實踐，英國國家檔案館的PRONOM提供了一系列支持數字保存的工具和服務，如對象識別與驗證、元數據提取、風險評估和遷移路徑規劃；[27]新西蘭國家檔案館則選用了Ex Libris公司的Rosetta系統，該系統遵循開放檔案信息系統（Open Archival Information Sys？ tem，OAIS）、保存元數據實施策略（Preservation Metadata Implementation Strategies，PREMIS）和元數據編碼和傳輸標準（Metadata Encoding and Transmission Standard，METS）等國際長期保存標準，格式管理流程全面覆蓋識別、驗證、元數據提取及格式遷移等環節，并允許用戶根據自身需求定制化格式管理功能，具有極大的靈活性和可配置性。[28]

（四）長期保存技術策略

國外檔案機構/平臺、科學數據機構/平臺在科學數據格式管理實踐中形成了以格式遷移為主的科學數據長期保存操作規范。格式遷移是指對構成數據的比特流進行改變，[29]是數據長期保存的常用方法，用于將原始數據格式轉換為符合長期保存要求的格式。然而，任何數字干預都面臨著一定的風險，它可能導致數據內容或結構的更改、基本信息的丟失或新錯誤的產生。鑒于這些潛在的問題，審慎的遷移過程至關重要。新西蘭檔案館在進行格式遷移時，會仔細考慮其對數據可訪問性、內容完整性、格式有效性及文檔記錄的影響，以確保不會損害數據的原始價值和未來的可利用性。[30]英國國家檔案館則發布了專門的格式遷移指南，[31]并附有“格式遷移檢查表”，如表4所示，以指導檔案信息管理人員和IT專業人員完成格式遷移。指南詳細說明了為什么、何時以及如何進行格式遷移。荷蘭數據歸檔和網絡服務中心也以格式遷移作為主要的保存策略，在科學數據集入庫后對文件原始格式的可讀性和可持續性進行全周期評估，將穩定性不佳或過時的格式轉換為更具持久性的首選格式。[32]

此外，保留原始格式和操作記錄是格式遷移后的重要步驟。荷蘭數據歸檔和網絡服務中心、新西蘭國家檔案館、美國國家檔案與文件署等機構都規定，在格式遷移后繼續保留文件的原始格式，并在元數據中保留所有格式遷移的操作記錄，以確保數據的完整性和可追溯性。

三、我國科學數據歸檔格式管理問題分析

在我國，科學數據已被納入科研檔案歸檔范圍，科學數據歸檔成為科研檔案管理的重要組成部分。2020年出臺的《科學技術研究檔案管理規定》[33]指出科學數據是研究實施及過程管理階段形成的重要文件材料；《“十四五”全國檔案事業發展規劃》[34]也提出要“大力推動科學數據與科研檔案協同管理”。然而，對標國際實踐經驗，我國的科學數據歸檔格式管理還面臨一些亟待破解的重點問題。

（一）科研檔案管理規劃未包含科學數據歸檔格式管理內容

科學數據從創建、處理、利用，到作為科研檔案歸檔和長期保存的不同時期會在格式、使用、目的和價值上出現多種變化。而科研項目研發周期較長，項目結束后，數據的歸檔備份和長期服務難以執行。[35]根據中國科學院檔案館于2021年對院內重大科技項目科學數據管理情況進行的問卷調查結果，約88%的被調研項目產生的科學數據格式多樣，且暫無格式統一的考慮或要求。[36]鑒于此，應在科研項目成立之初就制定科學數據歸檔的格式管理計劃并將其納入整個數據生命周期之中。目前，各行各業對于科研檔案中的科學數據歸檔格式管理探索均處于起步階段。政府相關部門亟須發揮主導作用，協同檔案部門、科學數據部門及大數據部門，共同制定針對科學數據歸檔格式管理的政策、規劃或具體措施，進一步明確相關主體職責、工作流程等，以有效推動科學數據歸檔和長期保存工作進展。

（二）科學數據歸檔和長期保存格式標準規范有待完善

科學數據格式更新迭代迅速的背景下，相關標準規范成為科學數據在歸檔和長期保存時格式選取的首要依據。當前，我國就歸檔和長期保存格式方面表達較為完整的國家標準是《電子文件歸檔與電子檔案管理規范》（GB/T 18894—2016），雖然該標準提出了電子文件歸檔格式應具備開放性、軟硬件無關性、顯示一致性、可轉換性和易用性的要求，并規定了電子文件應以通用格式形成、收集并歸檔，或在歸檔前轉換為通用格式，[37]但未進一步指出滿足歸檔要求的具體格式有哪些及未規定何為通用格式，導致可操作性較弱，難以落實。此外，盡管我國檔案領域已有關于電子文件、電子檔案格式管理的相關標準，但尚未有針對科學數據這一特殊對象的格式管理標準規范出臺。該方面的標準規范還需要結合不同學科、不同領域的科學數據特征進行個性化深入研究。

（三）檔案領域科學數據歸檔格式管理工具與方法應用不足

科學數據歸檔和長期保存格式管理離不開有效的方法和工具，當前我國科研檔案管理實踐中尚未應用系統的格式管理方法和通用的格式管理工具。以中國科學院數字檔案移交接收系統為例，主要通過格式著錄和四性檢測管理科學數據格式，格式的相關著錄項包括“格式名稱”“格式版本”“格式描述”“計算機文件大小”“容量”，但在實際著錄過程中存在字段空缺情況；四性檢測中涉及格式問題的執行情況也缺乏具體指導。此外，更缺少關于格式遷移、格式監測等工具、系統的統一配置。

四、對我國科學數據歸檔格式管理的啟示

基于對檔案機構與科學數據管理機構的科學數據格式管理調研結果，針對當前國內在科學數據歸檔格式管理上面臨的問題，我國應當積極借鑒國外的先進經驗，在規劃設計、指南制定及工具應用等方面加大投入力度，形成符合國情的科學數據歸檔與長期保存格式管理方法，從而提升我國科學數據的歸檔與長期保存能力。

（一）將科學數據歸檔格式管理納入科研檔案管理規劃

科學數據長期保存是一項系統工程，需要建立覆蓋科學數據生命周期的格式管理計劃，明確不同階段的管理目標和內容。在科研檔案中，尤其關注歸檔和長期保存階段的格式管理目標和內容，既需要制度、標準、指南等管理層面的支持，還需要格式識別、驗證、表征、評估和遷移等技術手段的支撐。

我國檔案機構應加強與科學數據中心等科學數據管理部門的合作，充分融合科學數據中心的技術優勢和檔案機構在歸檔、長期保存方面的建制化優勢，共同就制定格式指南、開發應用格式管理工具、實施格式遷移策略等在內的格式管理方法加強統一制度建設和應用實踐。以美國國會圖書館為例，它將保障數字格式的可持續性作為其數字保存戰略規劃目標的關鍵部分，包括制定數字內容格式的戰略規劃，提供當前與新興格式的信息清單及所需工具和詳細文檔，識別并描述具有長期可持續發展潛力的格式，識別存在風險的格式并制定策略以維護其內容的完整性，[38]為科學數據格式管理提供了管理層面的支持與技術手段的支撐。

（二）制定科學數據歸檔和長期保存格式指南

檔案機構應在遵循現有標準規范的基礎上，針對歸檔科學數據格式特征制定更加科學的歸檔和長期保存格式推薦指南，可以從以下三方面進行。一是明確和細化科學數據歸檔和長期保存格式的選擇原則，增強對業務部門、管理部門在實踐中的指導作用。二是建立全面的科學數據格式體系，劃分常規通用格式、學科通用格式和專有格式。[39]當前科學數據種類豐富多樣，應從數據類型、學科領域等維度對歸檔科學數據格式進行充分的調研分析。如生物學領域常見的科學數據格式有FASTA（Fast All Sequences in A）、FASTQ（Fast Quality Score）、SAM（Se？ quence Alignment/Map）和BAM（Binary Align？ ment/Map），地球科學領域常見的科學數據格式有SHP（Shapefile）、NetCDF（Network Common Data Form）、GeoTIFF（Georeferenced Tagged Image File Format）。三是分級別推薦格式，如首選格式、可接受格式和不接受格式，為后續格式分類管理工作提供基礎。

（三）加強科學數據歸檔和長期保存格式管理技術工具的應用

面對大量的科學數據格式，合理利用科學的技術和工具是檔案機構開展科學數據歸檔格式管理的高效手段。一是關注科學數據格式的創新與發展，開發符合歸檔和長期保存需求的科學數據格式，提升格式自身的長期可持續性。例如，圍繞電子文件長期保存需求，我國自主研發了OFD系列格式，具有完全自主知識產權、技術門檻較低、便于網絡傳輸、可定制等優勢，是基本符合國際電子文檔長期保存相關原則和要求的保存格式。[40]二是引進國外成熟的科學數據格式管理工具。目前國外數字保存領域常用的工具包括DROID、JHOVE2、DRAMBORA等，通過引進國外先進工具可以降低自身的研發成本。三是注重研發符合我國特色的科學數據歸檔和長期保存格式管理工具，以增強技術自主性和安全性，防止數據泄露和篡改。此外，檔案機構在搭建數字檔案館（室）平臺時，應將格式管理工具嵌入其中，使之與檔案管理流程深度契合，提高格式管理信息化和自動化水平。

五、結語

科學數據歸檔和長期保存格式管理是檔案機構保障科學數據長期可訪問的重要手段。國際上已經形成了相對成熟的科學數據格式管理方法，包括格式管理要求、推薦指南、技術工具等，在此基礎上本研究提出我國檔案機構應將科學數據歸檔格式管理納入科研檔案管理規劃、制定科學數據歸檔和長期保存格式指南及加強格式管理技術工具的應用的建議，有助于為檔案機構開展科學數據歸檔格式管理提供參考借鑒。科學數據格式學科領域性強、版本更新迭代迅速，未來可以結合具體的學科領域、格式類型進一步完善科學數據格式管理方法的適用性。

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作者單位：1.中國科學院文獻情報中心2.中國科學院大學經濟與管理學院信息資源管理系3.中國科學院檔案館