公路建设项目影像文件采集与溯源应用研究

谢来坤 秦曙光 罗竟

摘要：影像档案溯源项目建设与影像文件采集活动有密切关系。文章分析目前公路建设项目影像采集现状，研究以溯源项目建设为目标的影像采集责任、设备、阶段、频率、数量、质量，解决项目溯源的关键技术问题，开发公路建设项目影像档案溯源系统。该课题成果已在荔玉、新柳南等高速公路实践应用。

关键词：公路;影像;档案;采集;溯源;管理;系统

中图分类号：U415.1A010015

0 引言

建设项目影像档案是工程档案的重要组成部分，是项目建设的历史见证和记载。影像档案，在工程招（投）标、宣传、借鉴、培训、纠纷、结（决）算、营运中具有直观效果。但以项目影像档案溯源项目建设这一课题，目前鲜有研究。影像采集活动是建设项目影像文件获取的唯一途径。溯源项目建设则是影像档案的价值体现。因此，研究影像文件采集活动和影像档案溯源项目建设具有十分重要的意义。

本文为广西壮族自治区档案局与广西荔玉高速公路有限公司共同承担国家档案局课题研究成果之一。本文研究解答了在影像文件采集过程中的“为何拍”“为谁拍”“谁来拍”“怎样拍”“拍哪里”“拍什么”“拍多少”和采集的影像文件该“如何选”“怎样著”“怎样存”“如何用”等问题。

1 影像文件采集的现状

1.1 我国缺乏针对建设项目进行影像文件采集的系统研究

国家档案局在不同时期出台了关于建设项目影像文件的标准[1]、规范[2]和文件[3]，规范了影像文件的整理、归档工作标准。但这些标准、规范、文件在影像文件采集、整理、存储等方面的条款较少，且语言表达抽象、模糊、可操作性差，各地执行的随意性较大。以交通运输行业为例，交通运输部印发的两个重要文件[4-5]、监理规范[6]是公路影像文件采集的主要依据。但文件没有规定影像文件的采集，更无涉及溯源的要求。

顶层设计的不足，在实际操作中使得影像档案合格性评价缺乏依据。调查显示[7]，同一个建设项目，建设规模基本相同的参建单位之间收集的影像数量、质量相差悬殊。但按照目前已有的规范、标准，无法判断数量多少为足够，影像达到何种质量才能满足使用。多数企业（包括建设、采购、设计、监理、施工）并未对影像文件的采集引起足够的重视，造成企业在施工生产、安全、质量控制、二次创效、竣（交）工验收、营运、维护与加固时缺乏宝贵资料。其后果是有价值的影像资源得不到抢救。

1.2 以影像文件溯源项目建设的研究有待上升为国家或行业标准

以建设项目影像采集与溯源为查新点[8]，检索到的信息绝大多数为金融、社保、税务、工商、学校、医院、文物等领域。经对比，检索到的文献中尚未见与本项目查新点完全相同或类似的报道。国际上至今尚无专门针对建设项目影像文件采集对象、时机、部位、数量、频率、质量的研究，更无以影像溯源项目建设的文献报道和专题研究。

2 影像文件采集活动的研究

2.1 采集组织的研究

项目法人对项目影像采集工作负总责。项目影像采集工作应实行“两纳入”（纳入项目招（投）标、纳入项目履约能力检查）、“三同步”（同步准备、同步推进和同步完成）。项目影像采集组织框架流程按图1设置。

2.2 采集活动的研究

真实性、同步性、对比性、还原性是建设项目影像文件采集的基本要求。真实性是指数字成像设备直接拍摄形成的原始影像信息，除亮度、對比度、饱和度等处理外，不能对数码照片的内容和 EXIF 信息进行修改和处理。同步性是指工程影像采集时机与建设活动同步。对比性是指所拍摄的对象要有一定的参照物。开工前后，过程乃至竣工均应有对比影像文件。还原性是指必须采集足够数量和质量的影像文件，能溯源项目建设重大活动、关键工序、重要结构。为此，影像采集活动围绕以下几方面开展研究：

（1）合适的数码摄影设备。摄影设备是确保真实性的条件。一般采用数码摄影设备，如航拍飞行器、单反、数码相机、手机等，只要分辨率不低于1 080×720像素，单张照片大小不超出4 M，手机像素最低要求1 200万，所采集的影像文件，均满足档案要求。

课题研发出一款手机采集影像的安卓版APP采集系统。采集影像后，现场通过语音或文字输入完成影像文件的元数据编辑，上传系统，能实现采集、著录、系统管理一体化。

（2）拍摄时机。拍摄时机是确保影像文件采集的同步性。影像拍摄时机应确保在整个事件精华、高潮及结束前完成。因此，项目开工前应有关键工序、隐蔽工程、重要结构部位、不同时期反映项目全貌的航拍等项目影像文件采集策划书。

（3）合适的参照物。参照物出现在影像文件中，对拍摄对象具有很强的对比性。照片类常用的参照物有钢尺、卷尺、塔尺、标识牌。其中标识牌尺寸规定为：标识牌长60 cm，宽50 cm，行高10 cm。字体统一为初号。图2为标识牌范例图。

录像类影像除在被拍摄的目标上竖立标识牌外，目标周边影响范围的地形地物也应该在拍摄范围。

合适的景别。这也是确保影像真实、对比的措施。画面主体应占照片1/2～3/4画幅。景别以远景、全景、中景、近景及特写构图为主。重要活动应采用多机位、多视角拍摄，选择最能体现工程特色的景别和画面，并以周边永久性参照物作为背景。

（4）影像文件的数量、质量、频率和专业软件系统是保障还原的前提。因现行的行业标准对建设项目文件的溯源要求还是空白，本课题对这些问题进行了深入的研究。

2.3 影像文件采集范围、频率、数量的研究

课题以影像文件能满足溯源项目建设为目标来研究采集的范围、部位（阶段）、频率、数量。建筑是凝固的艺术结晶，建设项目具有亮点、地标、特色的场景，融入地域性人文、地理、风土人情，均应多机位、多维度拍摄，为全方位再现建筑艺术之美提供足够数量和高质量的影像文件。本课题影像文件采集的研究成果，已经成为广西档案行业建设项目影像文件采集指南[9]：

（1）采集范围及阶段。从项目筹备、立项、招标投标、合同协议、勘察设计、征地拆迁、移民安置及工程准备过程，到项目建设过程，至项目竣（交）工为止整个过程的具有查考、利用价值的所有影像文件，均应列入采集范围。

（2）采集频率及数量。各节点采集的频率，根据拍摄对象的重要程度确定，以能反映事件或部位为原则。文件[9]规定了各个环节采集的频率和数量。

2.4 影像文件的分组

结合公路建设项目特点，将所采集的影像文件按照表1进行分组。每一张照片，每一段录音、录像都可以从表1中找到相应的组别归类。表中在每个单位工程等聚类之后再划分组，并预先设置聚类系统。

2.5 优质影像文件的推送

同一个主题活动往往需要采集很多照片。基于模糊图片筛选法系统（Fuzzy Detection system）检测图像模糊度，运用拉普拉斯算法利用图片的灰度值计算出“模糊量”。如果模糊量低于预先定义的阈值，那么该图片就可以被认为是模糊的;高于阈值，就不是模糊的。考虑两种场景：（1）在有对比图片的前提下判定上传图片是否模糊;（2）在没有参考图片的情况下判断上传的图片是否清晰。

本课题开发的溯源系统直接引入JAVA图片分类筛选功能，能从众多相似的图片中推送最清晰的一帧照片。图3为推选的最优图片。

3 影像文件的溯源研究

3.1 制定影像档案标识编码规则

标识编码是实现溯源的最便捷路径。基于multilevel coding tree模型，课题建立了支持多层状溯源的编码规则。图4为本课题典型的树状结构模型图。每一个影像文件都有唯一的标识编码，包含定位（通过RFID等技术快速确定目标电子档案资源在服务器中的具体位置）、描述（文件元数据）、聚类（主题标识）。

标识编码采用项目代号、属性、保管期限、类别和流水号等不等长“五段位”组成[7]。每个段位根据项目行业特征加以规范。

范例：以图3左边第一幅图为例，系统生成的标识编码G59GXLY-411-30-3Q01A01A01A-1，这张照片标识编码隐含这以下这些元数据信息：国家高速公路网呼和浩特至北海高速公路（G59）广西荔浦至玉林段（GXLY），中交二航局第11合同段（411），保管期限30年（30），质保资料（3），相思州大桥左幅（Q01，划分表预先设定，下同），基础及下部构造分部工程（A01），钢筋笼分项工程（A01），第一道工序（A），第一张照片（1）。标识编码的元数据自动进入系统表格，并在照片周边中文显示隐含的信息。

3.2 建立多层状网络的溯源方式

表1中的20组影像文件材料，经归档元数据，进行电子封装包后，为溯源提供了基础信息。系统提供了组别、单位分部分项工序、时间、保管期限、事件或单项工程等单项或组合式的多层状溯源方式。

单位、分部、分项、工序的划分及唯一性标识编码是实现影像文件溯源，与质保资料电子文件、BIM等软件进行数据交换，实行多维溯源的桥梁通道。

3.3 溯源关键技术的研究

利用影像文件溯源项目建设，涉及影像電子存储格式、元数据、封装、电子签名、备份等关键技术。

3.3.1 存储格式

影像电子文件可以通过划分电子设备环境中生成的原生电子文件格式或翻晒、扫描等数字化操作方法得到，有设备自带的影像电子文件格式。各种存储格式之间可以相互转换。本课题直接采用原生电子文件格式或自带格式作为存储格式。

3.3.2 元数据方案

在国家档案局现行标准中，照片类电子文件元数据实体共94类，录音录像类电子文件元数据96类。依靠人工著录这些元数据信息非常困难。课题在执行国家档案局行业标准的电子文件元数据方案基础上，将其改良为适合公路行业特色的影像文件元数据方案。限于篇幅，表2为改良适合公路行业特色的部分元数据方案。

系统设置元数据信息著录划分为三大类：

（1）一次性录入、反复调用类，如项目代号、采集单位信息、全宗号、组别代号、单位代号等。

（2）系统自动生成类，如捕获设备，格式信息（原生、转换），图像、视频和音频参数，拍摄和上传时间，录音录像类起讫时间、流水号、系统时间、下载日期、浏览量、下载量、元数据校验等。

（3）人工录入、选择性录入或系统辅助类，如题名、说明、拍摄者、保管期限、聚类、编辑者、参见号等。

3.3.3 封装包

每一张照片，每一段录音、录像按照表2归档改良元数据后，基于XML的JXERMS封装结构，建立影像电子文件与元数据的文件包封装。该方法将电子文件元数据分为目录信息元数据、电子属性元数据、过程信息元数据。这三种元数据都采用XML语言规范封装。目录信息元数据集中保存整个文件包包含的全部电子文件的目录信息，电子属性元数据、过程信息元数据与电子文件内容采用档号层次文件夹的形式组织在一起。

3.3.4 电子签名

影像文件的电子签名与通常的电子文件AC签名不一样。影像电子签章的关键技术环节是采用加密等办法提供保障。相关研究表明，采用OM/Active 技术开发，将电子印章和数字签名技术结合为一体。本课题由于采用了照片真伪识别技术，没有开展影像文件的电子签名研究。

3.3.5 区块链备份

每隔一定时间对系统进行一次完全备份是确保影像文件安全的重要举措。以荔玉高速公路为例，其电子档案管理系统服务器采用多硬盘阵列方案实时对数据进行备份。同时系统提供远程数据，实行区块链模式，用户系统也自动备份接口，实时、远程、自动、快速备份用户上传到服务器的数据，确保数据安全。

4 开发专用软件

4.1 开发原则

将采集的影像文件收集后，按照项目溯源方式，开发溯源系统，就能溯源基建项目全程或局部活动。系统开发应按照简单性、针对性、实用性、一致性和先进性原则。使用影像文件采集、录入系统、溯源项目建设的用户专业背景不同，所开发的系统要达到简洁功能，操作简洁方便。

4.2 系统的开发流程

系统使用SpringBoot框架、MySQL成熟的开发技术和数据库。基本流程如图5所示。

4.3 溯源操作

用戶选择相关的检索字段，通过系统的检索，将结果通过幻灯片和PDF导航形式进行文件的不同效果展示。本模块要解决的关键问题是图片真伪和图片模块的识别问题。图6为本模块的程序流程图。

5 结语

本课题以影像档案溯源项目建设为对象展开系列研究。影像文件采集成果填补了国内空白，已经上升为档案行业地方标准。溯源系统采用B/S架构，建立了多角色的资料质量控制和追溯体系，开发了《建设项目影像档案溯源系统》。该系统还为用户提供多文件上传溯源影像资料的采集录入，并且上传的图像资料可通过图像真伪判别和图像模糊判断功能对其真伪和质量进行判断。通过网络、智能终端等多种形式向用户提供服务，切实有效地实现了对基建项目影像档案的溯源和跟踪。

系统在柳州经合山至南宁，松旺至铁山港东岸等800多km高速公路项目进行了推广应用，在电力、港口、市政、房建等行业得到验证。

参考文献：

[1]DA/T50-2014，数码照片归档与管理规范[S].

[2]GB/T18894-2002，电子文件归档与管理规范[S].

[3]GB/T18894-2016，电子文件归档与电子档案管理规范[S].

[4]中华人民共和国交通运输部（交公路发〔2010〕65号）.关于印发公路工程竣交工验收办法实施细则的通知[Z].北京：交通运输部，2010.

[5]中华人民共和国交通运输部（交办发〔2010〕382号）.关于印发公路建设项目文件材料立卷归档管理办法的通知[Z].北京： 交通运输部：2010.

[6]JTGG10-2006，公路工程施工监理规范[S].

[7]广西荔玉高速公路有限公司.基建项目影像文件采集与溯源的应用研究[R].2019.

[8]广西壮族自治区科学技术情报研究所.基建项目影像文件采集与溯源的应用研究[R].2020.

[9]广西壮族自治区档案局.建设项目影像文件采集指南[Z].南宁：广西壮族自治区档案局，2018.

收稿日期：2020-04-09