基于物联网的地质资料库房智能管理系统的设计与实现

张 茜，于瑞洋

(1. 国家地理信息系统工程技术研究中心，湖北 武汉 430074；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)



基于物联网的地质资料库房智能管理系统的设计与实现

张 茜1,2，于瑞洋2

(1. 国家地理信息系统工程技术研究中心，湖北 武汉 430074；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037)

随着信息化时代的发展，以万物互联为基本理念的互联网智能成为当今社会发展的一个重要趋势。本文分析了物联网在地质资料智能管理方面的应用研究，进而构建了基于物联网的地质资料库房智能管理系统的总体架构。通过3年项目实施，全国地质资料馆基本上实现了基于以上架构的地质资料智能库房，具有以下功能：①地质资料实体的实时跟踪和精准管理；②库房保管环境的智能监测及预警；③库房设施自动巡检及报修；④库房管理的可视化支持及高效决策。本文介绍的架构及实现的功能，为地质资料库房的智能化管理实践提供了一种参考。

智能库房；精准管理；监测预报；巡检报修；可视化决策

2008年IBM首次提出“智慧地球”，2009年IBM发布了《智慧地球赢在中国》计划书，正式揭开了“智慧地球”中国科技战略的序幕。智慧地球的目标是让世界的运转更加智能化，涉及个人、企业、组织、政府、自然和社会之间的互动，而它们之间的任何互动都将是提高性能、效率和生产力的机会[1]。可以说，万物互联的智能化管理是智慧地球的核心和关键，也是未来信息化发展的方向与目标。“物-物互联”的设想最早可追溯到1995年，比尔·盖茨在《未来之路》一书中提出了电子别针与家庭电子服务设施的联通。2005年国际电信联盟(ITU)正式提出了物联网概念。按照国际电信联盟的定义，物联网主要解决物品与物品(Thing to Thing，T2T)，人与物品(Human to Thing，H2T)，人与人(Human to Human，H2H)之间的互连。

地质资料库房是保管地质资料的集中场所，依据《地质资料管理条例》，保证地质资料的完整和安全是地质资料库房管理的核心和重点。地质资料库房管理工作包括地质资料整理入库(上架)、检查、修复、盘点、调档等利用与保护的日常性管理工作和库房“十防”巡检与维护地质资料环境的管理类工作。地质资料库房管理工作繁杂而多变，体现在载体类型杂、管理内容多、数据类型繁、数据规模大、工作头绪多、质量要求高、影响因素杂、知识需求广等八个方面。随着地质资料数量持续增加，尤其是地质资料数据的海量增加及国家对资料信息安全保密的高度重视，各级地质资料馆藏机构以人工为主的传统库房管理模式面临工作量大、业务繁杂分散、工作效率低，资料库房缺乏实时有效安全监管等问题将日益突出。

近年来，档案界开展了面向智慧城市档案信息化的研究，提出智慧档案馆是档案信息化的高级阶段和未来发展趋势。智慧档案馆离不开数字档案馆，数字档案馆建设带来了档案信息管理革命，但是数字档案馆的发展受制于传统档案馆的馆藏资源及管理方式等问题，智慧档案馆是数字档案馆和档案实体管理智慧化的综合体[2]。档案实体管理智慧化离不开档案实体和库房管理的智能化。为此，国内外档案部门在档案实体库房管理智能化方面开展了大量的探索性研究。

1 基于物联网地质资料库房智能管理体系架构

1.1 物联网简述

物联网是指通过各种信息传感设备，如传感器、电子标签(RFID又称无线射频识别)技术、全球定位系统、红外感应器、激光扫描器、气体感应器等各种装置与技术，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程，采集其声、光、热、电、力学、化学、生物、位置等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。从技术架构上来看，物联网可以分为感知层、网络层、应用层三个层次。其中，感知层由各种传感器(包括二氧化碳浓度传感器、温度传感器、湿度传感器、二维码标签、RFID 标签和读写器、摄像头、GPS等感知终端)以及传感器网关构成。感知层用于感知设备采集信息、识别物体的来源，它是物联网的基础，是连接物质世界和虚拟世界的纽带。网络层(又叫传输层)负责传递和处理感知层获取的信息。应用层是物联网和用户(包括人、组织和其他系统)的接口，它与行业需求结合，实现物联网的智能应用。

1.2 物联网在地质资料库房智能管理的应用研究

地质资料具有档案价值和现实价值的双重属性，从地质资料档案性出发对近几年来的物联网在档案智能管理应用进行了研究，物联网在档案智能管理主要体现在以下三个方面。一是物联网的关键技术RFID在实体安全智能管理应用。美国联邦政府、日本的瑞穗银行、马来西亚Sure-Reach档案管理公司、澳大利亚Magellan Technology公司应用RFID技术管理重要的档案文件。绍兴市档案馆是RFID技术成功运用于实体档案安全管理的具有代表性的档案馆。整个智能化管理贯穿了档案入库、跟踪、查询、调档、清查、统计的全过程，实现了高效盘库、错位查找、自动门禁、档案实物定位跟踪、各类数据汇总统计等功能[3]。二是物联网在档案和环境监控一体化智能管理应用。谢玺(2016)从理论上开展了物联网技术对档案库房管理的影响分析[4]。贺冰花(2016)基于物联网技术对档案存储环境监测进行分析和设计，设想基于物联网可实现自动分析处理监测数据、报警和预警、实时查询监测数据，主动生成统计报表等功能及实现路径[5]。三是物联网感知数据发布和远程监控应用研究。孙亚丽(2016)通过研究NI公司LabVIEW DataSockcet和JSP网页编程两种技术，构建了一种基于B/S架构的物联网感知数据发布和远程监控系统[6]。

地质资料是地质工作所形成的档案资料，它是地质工作服务社会的主要载体，从它产生起就具有更强的现实价值。因此，地质资料在组织、保管与服务等方面与档案管理有很大差别。一是地质资料实体按照地质调查项目成果进行组织管理与利用，即每档地质资料是一项地质工作成果；二是每档地质资料历史价值和现实价值的体现离不开地质资料信息资源的完整性和可用性，信息和载体的不可分离性就决定了地质资料实体安全管理是保证地质资料服务社会的基础和保障；三是地质资料实体遵循档案的纸电双轨制，但与档案相比，地质资料实体管理具有自身特点，纸质地质资料尤其是地质图件的内容表达与可持续利用受地质资料的纸张类型、印刷方式及所处的保管环境影响很大；地质资料数据海量增加、文件组织层级多等复杂性和不可控性所带来的数据安全风险使地质资料数据备份采用了档案级光盘、蓝光光盘、磁带、硬盘异质备份和本地、同城、异城异地备份机制，具有独特性和复杂性。

可见，物联网在档案实体安全管理、环境智能监控一体化管理和数据发布和远程监控应用对地质资料库房智能管理具有可借鉴性和应用意义。由于地质资料组织、保管和服务的档案和现实的双重特点，基于物联网的地质资料智能库房建设应结合实际进行规划和设计。

1.3 基于物联网地质资料智能管理总体架构

基于物联网技术特点和工作原理，结合地质资料库房业务发展和内在需求，可以形成一个集地质资料信息、库房环境、基础设施设备智能化、一体化管理和地质资料库房管理高效预测的地质资料智能管理体系，最终实现馆藏资料、基础设备设施和管理人员的相互联通，建成集人防、技防和物防为一体的全方位、全天候、立体的安全管理平台，通过实时监控、远程控制和系统联动,实现资料库房管理人员、地质资料实体和库房设施设备之间随时随地的对话和控制，使地质资料保管工作从被动、分散、人工管理模式向主动、集中、智能管理模式转变，实现地质资料库房管理的流程化、信息化、智能化，保障地质资料实体的完整、安全和有序。该管理体系应具有库房组织多维度、立体化、实时监管、智能运行、万物相联、实时通讯、远程控制、智能决策，地质资料数据格式内容多样化和提取、重组智能化等特点。

从物联网技术在地质资料库房智能管理应用出发，物理网总体架构从底层到顶层分别为地质资料库房基础设施设备层、感知层、数据层、网络层、应用层等五层(图1)。其中，地质资料库房基础设备层包括纸质地质资料实体、备份载体实体、库房温湿度空调、密集架、视频监控探头、门禁等设备；感知层包括RFID标签及识别设备、温湿度传感器、远程控制器、红外传感器等感知设备；数据层包括地质资料实体数据、地质资料出入库数据、温湿度数据、密集架排架数据、视频数据、人员出入库数据和各种设备运行数据。网络层是将管理人员、地质资料实体、库房设施设备进行通讯的网络层。应用层主要包括地质资料实体精准管理、库房环境智能监测预警、设施设备自动巡检报修、库房可视支持高效决策四个方面。

图1 地质资料库房智能管理总体架构图

1.4 基于物联网地质资料智能管理系统技术架构

基于物联网地质资料智能管理系统的技术架构可分为感知技术、网络技术、应用技术和安全管理技术四个层次。其中，感知技术中RFID技术应用于地质资料实体的实时跟踪管理，人脸识别技术应用于出入库人员实时管理；视频影像技术、传感器技术应用于库房环境的实时监控预警管理；嵌入式技术应用于设施设备自动巡检报修管理；网络技术包括TCP/IP技术、移动通讯技术、串口融合技术、网络计算、抗干扰技术。应用技术主要包括集成技术、数据融合技术、虚拟现实技术、标准化技术和数据管理技术；安全与管理技术包括信息安全技术和系统综合管理技术。四个技术层相互关联支撑地质资料智能管理系统稳定高效运行。

图2 地质资料库房智能管理技术架构图

2 基于物联网地质资料库房智能管理系统功能与应用

2.1 基于物联网地质资料智能管理功能模块

基于物联网的地质资料库房智能管理系统是基于Delphi平台、SQL Server数据库以及网络环境，采用客户端/服务器(C/S)模式，具备地质资料管理、库房管理、库房人员和信息服务决策智能管理等十个方面的管理功能。该系统包括地质资料实体管理子系统、温湿度管理子系统、视频监控子系统、排架管理子系统、安全巡检子系统、出入库管理子系统、权限管理子系统、预警子系统、三维子系统和信息发布子系统等十个子系统。其中地质资料实体管理子系统包括地质资料数据加工、入库核查、调档、出库、销毁等功能，温湿度管理子系统包括温湿度记录、统计分析等功能，视频监控子系统包括视频图像管理和视频设备管理功能；排架管理子系统包括密集架管理、层架标签制作功能，出入库管理子系统包括门禁卡记录、使用记录功能，权限管理子系统包括人员维护功能；预警子系统包括库房预警统计、预警通知、通知人维护等功能，信息发布子系统包括查询统计和展示宣传；三维子系统包括虚拟库房管理和虚拟档案管理功能(图3)。

2.2 基于物联网地质资料智能管理系统应用

基于物联网的地质资料库房智能管理系统的十个子系统功能纵向延伸，横向联动，在地质资料实体管理、库房环境监测预警、设施设备巡检报修和库房高效决策等方面得到了应用，取得了良好的效果。

一是基于电子标签技术实现了纸质地质资料实体从入库、调档、盘点、出库、销毁全流程实时精准智能管理。该系统在完成目录数据导入的基础上，完成实体核对和数据的采集，经馆员工作站清点后入库上架，系统实时更新入库资料，入库单留存备查。资料调档时可按档、按盒、按件提供借阅服务，系统自动显示模糊破损信息，以便在借阅资料过程中做好资料的保护工作。资料调档单在自动打印时，系统联动智能密集架，远程打开借阅资料所在的密集架位置，工作人员能够快速准确地调取资料。资料调档和归档时，须经过馆员工作站识别，未经馆员工作站识别安全门将发出警报，经过允许的资料方可出库。地质资料盘点是保证地质资料安全性和齐全性的一项重要工作，电子标签应用大大提高了资料盘点的效率。地质资料出库是一项非常谨慎的工作，地质资料的核对和登记是一项极其重要的工作。只要在系统里输入出库资料档号，便自动关联资料实体相关信息，工作人员进行核对后，填写出库原因后方可执行出库。出库后的资料数据自动进入资料管理历史数据库。

图3 地质资料库房智能管理系统功能架构图

二是基于传感器技术实现了对库房温湿度等环境实时智能监测预警。该系统在地质资料库房部署温湿度采集器，设置温湿度预警参数，当库房温湿度出现异常时，系统自动预警，系统自动调取报修界面，向工作人员提供相关维护人员的联系方式，使异常得到及时发现和处理。

三是基于嵌入式技术实现对设施设备自动巡检报修跟踪管理。该系统可自动监测库房设备运行状态，设备出现故障时，系统自动登记异常，并主动提供故障描述及维护人员的联系方式，便于及时排除故障。

四是基于虚拟现实技术实现地质资料库房可视化技术支持高效决策管理。系统可以直观地显示库房温湿度设备、视频设备等设备、烟感、消防管道等基础设施设备点位，及相关设备运行状态和监测到环境状态；同时可以直观地查询资料实体相关数据，查看库房资料在库情况。

3 总结与展望

综上所述，物联网在地质资料库房智能管理的成功应用实现了地质资料实体全流程智能安全管理和地质资料保管环境的实时远程监控的一体化管理，全面提高了地质资料服务社会的能力，为全国各级地质资料馆藏机构的地质资料库房管理提供了一种思路和方法。但是，基于物联网的地质资料库房智能管理系统对基础设施设备和感知设备具有较强的依赖性向地质资料智能库房管理建设提出了“因地制宜”的要求。基于物联网地质资料库房智能管理应用将会产生海量的数据，如何高效地利用这些数据对地质资料库房管理进行科学预测，更好地支持智能决策是下今后重点思考与研究的问题。

[1] 李德仁，龚健雅，邵振峰. 从数字地球到智慧地球[J]. 武汉大学学报：信息科学版，2010，7(2)：127-132.

[2] 檀竹茂. 智慧城市背景下档案管理范式的转换——以青岛市智慧档案馆为例[J]. 档案，2014(3)：15-17.

[3] 严青云.RFID技术：档案实体安全管理的探索与实践——绍兴市档案馆应用实例[J].浙江档案，2011(11)：40-41.

[4] 谢玺. 物联网技术对档案库房管理的影响分析[J]. 中国管理信息化，2016，31(6)：191.

[5] 贺冰花. 基于物联网技术的档案存储环境监测[J]. 山西科技，2016,31(1)：106-108.

[6] 孙亚丽，张念. 物联网感知数据的发布和远程监控[J]. 工业控制计算机，2016.29(2):20-21.

The architecture and implementation of intelligent management system for a geological archives warehouse based on Internet of Things

ZHANG Qian1,2, YU Rui-yang2

(1.National Engineering Research Center for Geographic Information System, Wuhan 430074， China; 2.Development and Research Center, China Geological Survey, Beijing 100037,China)

The intelligent internet application around the concept of “Internet of Everything” has become one of the latest trends in this information age. This article studied application of Internet of Things (IoT)) for intelligent management of geological archives and then introduced the architecture of intelligent management system for a geological archives. Through 3 years construction, the National Geological Archives of China (NGAC)has basically implemented the intelligent geological archives warehouse with several highlighted challenges and critical technologies:① real-time tracking and precise management of geological files; ② smart warehouse environmental monitoring and early warning of the storage; ③ automatic facilities inspection in the warehouse and reporting mechanism for necessary maintenance requirements; ④ visualization of warehouse management for efficient decision-making. The proposed architecture and the related implementation provided the best practice for constructing anintelligent management system of a geological data warehouse.

intelligent geological archives warehouse; precise management of geologicalfiles; monitoring and early warning; facilities inspection and maintenance report; visible decision-making.

2016-08-09

中国地质调查局地质矿产调查评价专项“地质资料资源汇聚与管理”计划项目所属子项目“馆藏地质资料管理与维护”资助(编号：1212011120432)

张茜(1981-)，女，山西襄垣人，博士，副研究员，主要研究方向为地质资料信息化管理研究。E-mail:zqian@mail.cgs.gov.cn。

G270.7

A

1004-4051(2016)11-083-05