基于考古发掘项目的信息检索系统设计研究

刘晓静 王天航 党凯 袁润泽

摘要：随着互联网广泛应用和电子设备的普及，信息技术与各行业有机结合已成为普遍趋势。作为传统类型行业之一的考古也不免要顺应发展趋势，谋求与信息技术的有机结合。本研究即为顺应行业转变趋势的产物，构建基于考古发掘项目的信息检索系统，从需求角度出发，探讨建立考古发掘项目信息检索系统的必要性，再系统阐述设计思路及开发步骤，最终论证考古信息检索系统的实用性。

关键词：考古发掘项目;信息检索系统;信息管理;计算机

党的十九大以来，习近平总书记在多个场合谈到了文物工作的重要性，国家文物局等部门也响应总书记号召，顺应时代发展提出了“互联网+中华文明”的三年行动计划。国家文物局印发的《国家文物事业发展“十三五”规划》中更是提到要建设“国家记忆”工程，挑选一批代表中国先进文化与优秀传统文化的文化遗产，以建筑、典籍、档案等形式为载体，分类分批实施国家历史、文化记忆工程及国家记忆数字化保存行动计划，建设国家精神标识。本文基于考古发掘项目的信息检索系统设计旨在积极响应国家政策号召，推进考古信息资源数字化的进程，从文物发掘源头处对文物进行资料收集与录入，为后续研究提供各种形式的信息资源。设计以权限访问web服务端的形式，利用阿里云的OSS对象存储服务技术面向文博考古行业内部建立的考古信息檢索系统，具有资料储存、信息查询、信息检索、资料上传及下载等功能。考古信息资源数据库建设为田野考古发掘信息采集与保留、保护与利用这一固有矛盾的解决提供了新的思路与途径。数据库依托现代互联网信息技术进行网站搭建，实现考古信息的基本存储与检索功能，研究者可以通过关键词搜索准确定位到所需信息，提高工作效率。而web客户端对考古发掘项目成果及出土文物信息的集中展示则有利于科研工作向深度、广度、综合度三方发展，成为支撑研究者观点的重要论据。

一、需求分析

（一）行业背景

而囿于技术水平限制，如今中国考古信息管理模式普遍存在查找效率低、利用效率低、信息完整度低的“三低”现象。众所周知，自1949年后，田野考古学成为中国考古学的主流，考古队伍得到壮大，考古发掘水平得到了显著提高，中国考古学进入发展黄金时期。20世纪50年代至80年代，大批具有极其重要历史意义的考古遗存被发现，这一时期的考古发掘项目不断涌现，呈现出分布广、数量多、规模大的特点，该时期的考古发掘成果在中国历史上史无前例的，并且对于后来的考古发掘工作者提供了丰富的经验和理论成果。而此时考古工作还停留在手工记录、保存、查找资料的方式，计算机技术尚未普及。随着考古发掘资料的不断增多，考古工作者开始意识到传统方式无法真实、全面的还原考古发掘过程中遗迹现象的空间位置。而空间属性作为考古工作的基石，其中所包含的空间实体的三维数据只有被完整记录才能发挥其应有的作用。而且，考古发掘过程中所反映的遗迹、遗物信息是后续研究的基本保障。如果这些内容无法得到及时的发现、标注与分析，并精准对接研究需求，那么大量信息的存储将毫无意义。

传统信息采集的方式包括文字记录、绘图记录、影像采集等方法。随着技术的革新与设备的升级，新型数字技术手段在考古调查、发掘中得以广泛应用，如全站仪、GPS、数码相机等工具使得考古发掘现场的信息采集方式逐渐丰富，出现了视频、图片、遥感测绘、三维数据等多种方式。但是事实上，文化遗产本体的自然衰变消失是事物发展的必然规律，这也就证实了无论以何种方式对文化遗产进行保护，其留存时间是无法得到无限期延长的，即考古学层面对文化遗产的保护是绝对的，而保存是相对的 。同时，在信息采集过程中，因不可抗力因素而导致的遗迹包含数据丢失现象是不可避免的。因此，如何完整全面、科学、精准地获取文化遗存中的所包含数据，以及如何尽可能延长数据信息保存时间一直是普遍困扰考古工作者的两个焦点问题。传统的记录手段对遗迹遗址的三维信息和空间形态的信息缺失，为后续研究、展示等多种应用需求造成一定程度的不便。考古发掘项目由于技术手段的革新与丰富也由原来的不易保存、不易备份、不易存放实物资料转变为易保存、易备份、易存放的信息数据。而在考古工作过程中产生的庞大的数据与信息流，使用传统的资料处理模式已无法承接，资料的处理与利用也显出颓势。行业发展需求的转变使得集资料储存、信息查询、信息检索、资料上传及下载等功能于一体的考古信息数据库成为发展刚需。

（二）现有问题

随着近年来我国经济的高速发展，大量的工程建设带来大规模考古发掘工作，为数众多的遗址被发掘出来，但是研究力量的薄弱导致整理研究无法跟上。而现在的发掘方法决定只有发掘者才可能研究这些遗址，一旦发掘者因为某些原因不能研究它们，这些材料也就随之弃用，不能够很好的被考古学家所使用，更不用说为公众所利用，造成了信息资源的极大浪费。怎样将这些资源活化，是每一个考古人都应该思考的问题。考古学研究有别于其他学科，考古学的学科增长点来源于田野发掘，田野考古发掘所带来的新的文物、新的问题、新的想法是一直在增加的，而随着技术的进步，在原有文物上所提取的新的信息也在一直增加。考古信息量呈几何式增长，考古信息的增速远高于信息管理模式的发展速度，这一问题严重掣肘了考古学的发展。加之信息检索系统的建设资金投入需求大，人力、物力和财力均相对匮乏的考古行业对于考古信息检索系统开发方面也就存在着更多的阻碍与困难。除此之外，受考古行业特性及发展环境所限，各考古单位所留存的大量信息资料难以公开，研究人员获取资料只能通过出版刊物或私人渠道，存在着出版周期过长和研究材料被垄断的弊端，遗址被孤立地研究，遗址的科学价值无法被完全揭露或存在严重滞后。

（三）设计方向

随着信息技术的发展，区域网、OSS对象存储服务技术等许多信息共享保障技术出现，信息共享的范围与程度已具备可控性，考古行业特性所要求的保密性与根据目标导向的信息按需共享已能实现，考古信息检索系统也就应运而生。现代化考古信息资源数据库立足于信息技术，结合自身优势与工作需要，利用多种技术手段实现以考古遗址名称、单位、年代、人员等多种分类依据进行整理归类，满足研究人员在各种工作需要上的不同信息需求，精准检索定位、查询统计、研究总结所需资料。远程访问、信息资料实时更新、信息检索及管理等功能皆可借助网络技术信息资源共享实现。考古研究工作者借助数据库对考古发掘工作中的各类考古遗迹中出土的同等性质遗迹、遗物的资料作出类型学对比分析，有助于进一步调动田野考古发掘工作者的积极性与主动性 。

考古信息资源数据库建设目前主要有三个发展方向：其一，实物资料向信息资源转化。高精度扫描设备的出现使得对以往考古成果实物资料进行数字化处理成为可能，这或许可以成为根本上解决考古信息资源保护与利用固有矛盾的一种新途径。首先，对现存纸质文字资料、照片、胶片、标本等进行系统整理、分类归纳，遵循数字库数据组织、描绘、存储的基本规范，采用高精度扫描仪、三维扫描仪等技术设备与计算机实景架构技术结合，将现存实物资料进行数字化转化存储，最大限度复原考古成果。其次是对已转化的考古信息资源，录入统一的时间、地点、遗址名称等标签信息，进行模式结构化拆分入库，为后续研究人员研究提供资源保障。其二是转变现有信息采集手段，由纸质记载向数字化记录转变。考古发掘过程中的遗迹现象作为一种物质文化遗存在其出土时也随之消失，但出土地点、情况等信息数据与文化遗产本身有着同等重要的意义。因此，将发掘记录的文字和图形、图像等快速便捷的转化为信息资源就极为重要。全站仪、数码相机、RTK与GPS测绘、三维激光扫描与动态捕捉等数字化保护基本技术获取空间实体的几何位置信息，并通过相关软件作业以建立一个具有地理信息和空间位置关系，并带有遗址和文物属性信息的数据库和图形图像库。其三是信息资源线上传输。当今，信息网络系统已成为各行各业信息交换的必需品。资源数据库中录入数据是全面无差别投入整个系统，其具有结构化的特征，不仅可以被多个用户共享使用，新的用户加入难度也随之降低，而这意味着数据库具有极高弹性，可以满足不同用户的各种需求，实现数据高度共享自由。信息数字领域的数据库相关的设计技术的发展使需求得以满足。信息管理数据库已能实现大规模数据处理，实现整体数据的结构化，这是数据库的主要特征之一。用户选取整体中的各种要素用于不同的应用系统，选取数据部分随需求改变进行增加或减少，以此满足新的需求。即研究人员可以利用该数据库中所包含的高清图片、数据、记录、影像资料等信息完成有关研究，减少原本研究过程中因查找数据资料带来的不便。

因此，运用现代信息技术，汇总各类发掘记录及出土器物标本数字化信息资源，分类整合建立一个为考古文博行业服务的资源数据库从技术层面上已成为可能。考古信息资源数据库的建设或为田野考古发掘信息采集与保留、保护与利用这一固有矛盾提供新的解决思路与途径。

二、概要设计

（一）技术研发路线

网站开发使用JavaWeb开发中常用的SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，资料存储到了阿里云的oss存储池中，大幅提高数据库中资料数据保密度。通过系统前端Ajax验证与后台验证双重验证方式保证登录的安全性。文件的下载链接也经过特殊的加密，减少了下载链接被盗用的之后文件被随意下载的可能性，最大限度保证数据安全，降低泄露风险。系统工作架构及流程如图1、2。

（二）关键创新技术

1.使用了SSM（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架保证了项目后续可维护性。SpringMVC代表了Model（模型）View（视图）Controller（控制）接收外部请求，进行分发和处理。Mybatis是基于jdbc的框架，主要用来操作数据库，并且将业务实体和数据表联系起来。SpringMVC是使用了MVC设计思想的轻量级web框架，对web层进行解构，使得开发更加简洁，模式更加高效。

2.Token令牌验证降低了用户被盗的可能性，前端后端双重验证、下载链接加密均提高了系统的安全性。Token令牌最大的特点就是随机性，不可预测。一般黑客或软件无法猜测出来。Token是服务端生成的一串字符串，以作客户端进行请求的一个令牌，当第一次登录后，服务器生成一个Token便将此Token返回給客户端，以后客户端只需带上这个Token前来请求数据即可，无需再次带上用户名和密码。它可以减轻服务器的压力，减少频繁的查询数据库，使服务器更加健壮，能满足更多用户长期需求。

3.使用了阿里云的OSS对象存储服务。对象存储服务（Object Storage Service，OSS）是一种海量、安全、低成本、高可靠的云存储服务，适合存放任意类型的文件。您可以使用阿里云提供的 API、SDK 接口或者 OSS 迁移工具轻松地将海量数据移入或移出阿里云 OSS。OSS作为阿里巴巴全集团数据存储的核心基础设施，多年支撑双十一等数据高峰，具有可用度高、可靠度高的特点。OSS的多重冗余架构设计是数据持久存储的另一可靠保障。同时，OSS基于高可用架构设计的特性，使其能达到消除单节故障的效果，数据业务的持续性得到确保。

（三）技术风险

考古信息检索系统中包含技术风险经分析应有以下三种情况：其一，当用户登录云端进行验证时，可能存在账户密码泄露的风险;其二，对于用户已记录的数据，如保存不当，或存在数据被盗取的情况;其三，如多用户同时访问时，超过系统阈值，服务器可能会出现宕机情况。

（四）风险规避方案

针对于使用过程中可能出现的问题，以及基于数据保密与用户登录记录保密的双重需求，考古信息检索系统在用户登录方面采取了基于Token的身份验证。客户端每次请求资源的时候需携带服务端签发 Token，服务端收到请求后进行验证，如确认其携带Token无误，即向客户端返回请求的数据。在数据保密方面对已经记录的数据进行重新编码，用户只有获取对应的解码方式才能正确打开文件。

项目中的web端使用了JavaWeb开发技术中的（Spring+SpringMVC+MyBatis）框架，在改进和个性化定制界面及用户交互的同时，不需要重新编写业务逻辑。在前端页面的编写中使用了Bootstrap开源框架，通过jquery、JavaScript的配合可以实现站内搜索的效果。对于服务器，我们选择了阿里云提供的服务器，保证了网站安全稳定的运行。在服务器配置上，采用Nginx 进行反向代理，负载均衡。反向代理机制可以帮助经常被请求的页面缓解服务器的压力，将客户端的请求转发到目标服务器上;负载均衡具有转发、故障移除的功能，nginx 可以通过一定的算法，如轮询、权重的算法来将不同的客户端请求转发到不同的服务器上，减轻单个服务器的压力，以此来增加系统的并发量，利用心跳检测机制，来判断集群中的某台服务器是否正常工作。同时使用RocketMQ消息队列进行削峰处理，将请求数据先存入消息中间件中，消费处理系统逐渐拉取消费，将消费过的数据异步写入数据库，降低服务器压力。对于部分静态文件，考古信息检索系统采用内容分发网络（CDN）进行存储，当客户端请求时，将请求分发到距离客户端最近的缓存服务器上，由缓存服务器响应客户端的请求。

考古信息检索系统中数据库采用了读写分离、Redis 热缓存降低数据库压力，服务器采用了Nginx进行负载均衡和反向代理机制来增加请求响应速度，使用RocketMQ消息队列进行削峰处理，降低服务器压力。静态资源使用CDN来加速资源的获取。

三、详细设计

（一）设计步骤

（二）软件功能

本软件的主要功能是实现用户的文件上传以及下载。上传的文件将会通过 Java 编写的 SpringBoot 后端代码以及阿里云的 OSS 对象存储服务接口来上传到云端空间中，并向数据库中插入上传记录，方便后期查找。运行项目之后，打开浏览器输入 http：//localhost：8088/，点击网络平台即可跳转到上传系统登录页面。在登陆界面中，填入正确的用户名和密码，即可登录。登录之后可以查看当前已经上传的资料，以及选择上传资料和查找资料。需要上传新的资料时，点击上传文件，跳转到上传界面，选择好文件之后，点击上传。上传成功之后会提示用户成功上传。对于已经上传了的文件，可以直接下载。点击任意文件的下载按钮，会弹出下载提示框。点击删除按钮，即可删除对应文件。

四、实用性分析

（一）推动研究工作发展

对于大部分考古发掘项目来说，常常存在考古资料出版工作滞后于考古发掘进程的问题。考古发掘工作已结束后五六年甚至长达十几年内发掘报告无法出版，研究资料无法得到公布或片面公布的情况时有发生。信息的垄断与封闭是阻碍研究水平整体提升的根本因素，研究工作仅在小范围、局部开展不利于问题的解决与学科的发展。在基建考古已逐渐成为现阶段考古工作的主流之下，避免研究材料浪费的一个可持续的策略就是要让这些田野材料也能为其他的考古学家所利用，保证不因人废事。最有效的方法就是仔细测量所有出土物的三维坐标，准确地绘制平、剖面图，将其转化成数字地图。这样与现在普遍运用的数码照相技术结合起来，所有的考古材料可以以数字化的方式存放起来，并可以成为网络资源，通过数据库的形式实现共享。同时可以避免出版周期过长和研究材料被垄断的弊端。对于一些特别重要的遗址，如有关农业起源的遗址，如果科学分析不能及时到位，可以考虑将所有的文化堆积按单位存放起来，以备将来分析之用。数据库的应用可以使更多的学者以多元竞合的方式让参与到一个遗址的工作中来，从而避免这个遗址被孤立地研究，让遗址的科学价值不断被揭露出来。从考古学以及文物保护的角度来说，更精细完整的记录考古发掘过程中的信息、实现各类考古信息的全面数字化存储管理、实现考古信息资源的集成与共享、利用数据挖掘、大数据等技术建立智能化的考古信息系统，对于提高我国文化遗产保护以及考古研究水平都具有极为重大的意义。将各类先进的信息技术引入到考古发掘、考古管理、考古研究中，进行考古工地数字化管理，是田野考古发展的必然趋势。考古学的学科目的可总结为是通过整合、分析古代遗迹、遗物中蕴含的历史信息以还原古代社会，探究发展规律 。而网络信息技术在分析数据、整合资源方面特有的优势，将会为传统考古学提供了新的研究方法与研究手段。可以预见，考古学在未来也将因与信息技术的结合而发生巨大变化。

（二）基础功能完善

该研究所提出的基于考古发掘项目的信息系统，开发设计工作完全由西安文理学院学生自主研发完成，设计成本低且实用性较强。

1.信息管理。考古信息检索系统针对考古学学科特点和工作需要，充分利用计算机的多媒体技术、可视化技术和数据库技术，将考古信息以图、文、声、像等多种形式，分类设置按照时代、遗迹性质、遗迹单位的顺序分门别类进行输入和归档、管理。

2.信息检索。页面首页支持对系统内所有数据查询，通过关键词模糊查询算法提高查询的精确度。检索功能可以实现信息进行空间和属性的双向查询，满足用户多种需求。

3. 权限分级。针对不同级别用户设计不同权限，一级用户主要针对各大考古所、文物部门等合作单位，拥有查看原图、页面上传、编辑、修改资料等权限;二级用户主要针对有科研需求的各大高校及个人，开放资料、高清图片下载权限;第三级普通用户仅开放浏览权限，资料无法下载保存。

4.上傳下载。信息录入多采用数据上传的形式，通过文件整体上传可最大限度保存信息的完整性与真实性，加快信息录入效率。系统支持自定义文件上传、下载。上传支持多选文件上传和文件夹上传，方便数据备份和共享。

在配合基建的考古发掘和资料整理工作的过程中，工作单位可直接应用该系统于实际工作中，实现信息的分类管理、存储、检索、查询。学者在研究过程中，也可以根据不同需求快速、准确地对资料进行检索、查询、统计和研究。同时，网络技术在考古信息管理中的应用，可以充分发挥出信息资源共享的优势，使考古信息通过网络实现实时的远程输入、检索、归档和管理。借助构建于网络技术平台的考古信息管理系统，考古工作者通过对网络服务器中专业数据库的远程访问，可以实现对考古信息的网络输入、检索和管理，并及时追加和补充考古发掘的最新信息。

五、结语

陕西地区文物资源丰富，大量的文化遗址往往因数量众多且研究价值较低而未得到足够的重视。这也就意味着其中所包含的考古信息资源也没有得到有效利用。考古信息检索系统的推出可以为之提供了信息长期储存、管理、检索的平台，并为后续的研究提供坚实的基础与保障。

同时，考古信息的科学有序管理也是后续考古工作中一个重要发展方向与研究过程中的实际需求。“互联网+考古学”的全新组合既为考古学发展提供新的方向和思路，也将进一步优化重组考古学工作结构，提高考古工作效率，推动行业科研水平提升。立足于现代信息技术的考古信息检索系统所代表的新型信息管理模式，在整合基础信息的基础上也必将会对考古学的工作模式产生影响。考古工作的网络化宏观管理将会随着全国范围内统一、规范的考古信息管理模式的构建完成得以实现，此管理模式将运作考古工作从初期勘探、中期发掘到后期资料整理的每一个工作步骤 。所以可以预见，考古信息检索系统的出现是顺应当今社会发展的主要趋势，同时也是考古学转型发展的一大助力。

基于考古发掘项目的信息检索系统包括了信息存储、信息管理、信息检索、信息录入、信息研究支持等多个模块，实现了考古发掘现场空间信息的高效便捷采集，多源异构信息的规范统一存储，多级授权的信息与过程管理，灵活丰富的分析研究工具支持等，为考古发掘提供了全面的信息采集、存储、应用的解决方案，大大促进了考古发掘、研究与管理的技术进步。

参考文献：

[1]刘澜.文物考古信息资源数字化建设探究[J].湖南大众传媒职业技术学院学报，2013，13（05）：79-81.

[2]王斌.计算机网络技术未来发展与应用[J].计算机光盘软件与应用，2014，17（11）：116-118.

[3]张颖岚.计算机网络技术与考古学的未来发展[J].华夏考古，2003（04）：97-101.

[4]董崇文.计算机网络管理技术的问题及未来发展[J].硅谷，2014，7（02）：144-173.

【作者简介】刘晓静（2001.08-），女，汉族，安徽省阜阳市人，西安文理学院文物与博物馆学专业本科在读，主要研究方向：数字考古。

【课题项目】2020年陕西省大学生创新创业训练项目——“考古信息检索系统研发”（项目编号：S202011080055）。