（土壤学专业论文）基于PHP技术的农业数字博物馆的设计与研究.pdf

摘要 农业数字博物馆是采用计算机技术，特别是多媒体技术和网络技术，对实体博物馆的标本、 实物进行数字化处理，并对展示内容进行深层次、多角度和更大范围的讲解、以动画、视频等更 容易理解的形式、在提供视觉享受的同时达到知识普及目的的计算机系统。由于拥有大量高质量 的图片、视频和动画，运行平台的选择将对系统应用产生重要影响。 本文以农业数字博物馆土壤分馆为例，介绍了在l i n u x 平台上利用p h p 技术系统的设计方案， 研究了该系统的运行环境和系统功能，设计了用户界面、管理界面和数据结构。最后通过测试 比较w i n d o w s 平台和l i n u x 平台农业数字博物馆系统的稳定性，说明基于p h p 技术构建的农业 数字博物馆系统更稳定。 关键字：农业数字博物馆，p h p 、收到最后字节的时间( t r l b ) a b s t r a c t a g r i c u l t u r a ld i g i t a lm u s e u mi s a l la p p l i c a t i o no fc o m p u t e rt e c h n o l o g y , e s p e c i a l l ym u l t i m e d i a t e c h n o l o g ya n dn e t w o r kt e c h n o l o g y , t oe n t i t i e sm u s e u mi t e m s ，p h y s i c a ld i g i t i z a t i o na n dd i s p l a yi t i n c o m p l e t e l y , w i t ha n i m a t i o n , v i d e oa n do t h e rf o r m so fm o r ee a s i l yu n d e r s t o o d , i nt h ep r o v i s i o no f u n i v e r s a la c c e s st ok n o w l e d g et ot h ev i s u a le n j o y m e n to f p u r p o s ec o m p u t e rs y s t e m a sal a r g en u m b e r o fh i i g h - q u a l i t yp h o t o g r a p h s , v i d e oa n da n i m a t i o n , t h eo p e r a t i n gs y s t e mp l a t f o r mo fc h o i c ew i l lh a v ea m a j o ri m p a c to nt h ea p p l i c a t i o n t h i sa r t i c l et a k ea l la g r i c u l t u r a ld i g i t a lm u s e u ms o i lh a l la sa l le x a m p l e i n t r o d u c e da s e st h ep h p t e c h n o l o g ys y s t e mi nt h el i n u xp l a t f o r mt h ed e s i g np r o p o s a l ，h a ss t u d i e dt h i ss y s t e mm o v e m e n t e n v i r o n m e n ta n dt h es y s t e mf u n c t i o n , a n dd e s i g n e dt h ei d s c rc o n t a c ts u r f a c e , t h em a n a g e m e n tc o n t a a t s u r f a c ea n dt h ec o n s t r u c t i o no f d a t a f i n a l l yt h r o u g ht h et e s t , c o m p a r e dw i t ht h ew i n d o w sp h t f o r ma n d t h el i n u xp l a t f o r ma g r i c u l t u r ed i g i t a lm u s e u ms y s t e ms t a b i l i t y , e x p l a i n e dc o n s t r u c t st h ea g r i c u ! m r a l d i g i t a lm u s e u ms y s t e mb a s e do nt h ep h pt e c h n o l o g yt ob es t a b l e r k e yw o r d s ：a g r i c u l t u r ed i g i t a lm l l s g u l l 。p h 只t i m et ol a s tb y t em b ) n 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得中国农业大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：鹤嚷 时间 “年，月岁日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解中国农业大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存、汇编学位论文。同意中国农业大学可以用不同方式在不同媒体上发表、 传播学位论文的全部或部分内容。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名 时间：年月日 时间：年月日 中国农业大学硕士学位论文 第一章引言 1 1 研究现状 第一章绪论 2 0 世纪9 0 年代，数字博物馆首先在一些信息技术发达和重视文化传统的国家兴起，发展至今， 数字博物馆建设已得到世界各国的普遍高度重视，取得了积极进展。美国是进行数字博物馆建设 最早的国家之一。美国国家数字图书馆的“美国往事”项目从1 9 9 5 年开始，到2 0 0 0 年已实现y 5 0 0 万件文献的数字化，这些文献集中反映了美国建n 2 0 0 年来的历史遗产及文化，并实现了其数字 博物馆功能【l 】。加拿大启动了文化遗产信息网建设，管理和展示该国各博物馆的信息和藏品，特别 着重保存和管理数字内容的方法，以及影像数字化和藏品管理系统的开发，据称已建立国内近4 0 0 万件藏品资讯连接。欧溯著名的卢浮宫和大英博物馆等，将自己的藏品进行数字化处理，用图片、 动画、视频等方式展示各种展品。2 0 0 2 年，在德国建立了欧洲文化遗产网络( e u r o p e a nc u l t u r a l h e r i t a g en e t w o r k ，简称e c h n ) ，它的主要作用是推动欧洲文化遗产数字化发展。日本最著名的数 字博物馆计划是由i b m 东京研究所与日本民族学博物馆合作的“全球数字博物馆( g l o b a l i ) i g i t a l m u s e u m ) 计划”，主要是支持网络环境中数字典藏资料的检索，同时支持互动式的网络浏览、编辑， 尤以博物馆教育为重点吲。 我国数字博物馆建设起步较完晚。博物馆系统的数字信息化工作还处于建设的初期，但经过 近几年的努力，目前已经有了较大的进展。一些主要博物馆的馆藏文物计算机管理系统现已建成， 有的博物馆的计算机网络管理系统已达n t 相当的规模，具有较高的应用水平，一批发展较快的 博物馆，如故宫博物院、陕西历史博物馆、河南博物馆、南京博物院等也已经上网，网民们足不 出户，就可参观虚拟博物馆 目前，在我国数字博物馆建设的研究内容主要表现在以下几个方面：( 1 ) 标本的数字化与存储 ( 2 ) 数据库技术的应用：( 3 ) 展品信息资源组织方式：( 4 ) 展品索引，检索问题：( 5 ) 多媒体技 术的应用：( 6 ) 人机交互技术的应用：( 7 ) 脚本语言的选择； ( 8 ) 运行平台的选择； ( 9 ) 网络 平台；( 1 0 ) 数字博物馆之间的互连。以下就几个方面的现状依次介绍： ( 1 ) 标本的数字化与存储。 数字博物馆最核心的工作是展品数据库的设计和实现，展品的数字化处理工作量庞大，它首 先应该考虑数字化处理的规划和标准统一的问题。在数字化过程中，要求费用比较低，一批展品 可以同时进行处理、差错率比较低，数字化后的展品应尽量与真实的展品保持一致。目前范围内 比较流行的数字化方式是图像扫描技术，这种扫描方式将图像、文字、照片等资料通过扫描仪输 入计算机，并采用高比率的图像压缩技术将这些数据信息高密度的存储在服务器或磁( 光) 盘上 【3 】。通过这一技术进行数字化的展品能够基本保持真实展品的原貌，能够在短时间内进行数字化 处理，所需要的费用也比较低，可以实现大量数据的存储。但是这种方法还没有统一的扫描标准 和存储格式，由于没有一个确定的扫描标准而影响了展品的扫描结果。而且经扫描处理的展品文 件需要大量的存储空问。 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 在数据存储方面，现在可供我们选用的存储格式有很多种，如j p e g 、t i f f 、p s d 、e p s 、c l f 等，目前最常用的数字图像存储格式是j p e g 、t i f f 、p s d 。 ( 2 ) 数据库技术的应用。 数据库系统从网状、层次状、关系数据库系统，发展到面向对象模型为主要特征的数据库系 统。分布式数据库系统、并行数据库系统，知识库系统和主动的数据库系统、多媒体数据库系统、 模糊数据库系统技术都可构建数字博物馆的数据库系统。选择一种适合数字博物馆的数据库技术 是我们当前面临的主要问题，但目前还没有统一的标准。 w e b 数据库实现的关键技术主要解决两个方面的问题。一要实现将客户端文件资料通过浏览 器上载到僻服务器，并将文件内容保存到数据库中；= 是要实现从数据库中读取资料内容，并 将内容发送到客户端浏览器。数据库功能的强弱直接影响了文件资料的保存和在客户端的显示。 一个功能强大的数据库系统不仅要有一定的规模，而且还能表现出数据的数据结构。随着数据库 技术的不断发展，已从小型数据库、分散模式的数据库发展到大型数据库、集中型数据库。然而 数据的查询和更新比较困难是大型数据库面临的主要问题。为了保证数据库能及时更新，又出现 了“移动数据库”“迷你数据库”“嵌入式数据库”等。移动数据库、迷你数据库和嵌入式数据 库是数据库从集中处理到分散处理的延伸。数据库结构从一个单一的数据库发展到多层次数据库 的集合 目前，我国许多博物馆已经逐步进行了博物馆藏品数字化处理工作，建立了自己的藏品检 索系统。但由于资金、人员、技术等各方面的原因，很难建成大型的、分布式存储的、跨库检索 的信息数据库系统，使各博物馆已有的藏品数据库大多规模小，建设速度慢 4 1 。 ( 3 ) 展品信息资源组织方式。 在数字博物馆领域，目前国内还没有通用的藏品数字化信息标准、多媒体影像信息表达标准、 元数据标准、服务与互操作标准。因此，为了数字博物馆信息资源的规范化p j 和易于后续开发。 数字博物馆建设需要定义能够覆盖所有藏品信息类型的多媒体元数据规范，以及基于此规范的内 容索引方法和分类方法。此外，为支持海量数字化资源的自动分类和检索，需要研究基于馆藏内 容的信息处理标准规范与技术 6 1 。 目前，我国博物馆行业尚缺乏全面，系统的藏品信息管理标准，各博物馆往往根据本馆具体 情况，制定相应的藏品信息管理规定，并以此为基础建立各自的藏品信息管理系统【”。由于各博 物馆藏品种类及管理状况不同，导致所建立的藏品数据库标准大都不统一虽然各个系统的针对 性较强，但适用范围有限，基本不具有通用性从而造成搏物馆藏品数据库影响力小、覆盖面小、 藏品信息资源共享性差的现状随着博物馆之间、博物馆与社会之间的信息交流的增多，藏品信 息化建设工作标准不一的问题在某种程度上直接影响了文物藏品的利用与开发，成为藏品信息 资源共享的重大障碍。所以。如何解决藏品信息采集的标准化问题成为藏品数字化管理的第一步， 也是最重要的环节之一 ( 4 ) 展品索引、检索问题。 传统的信息检索”1 方法主要是控键的匹配，其缺点是受限于词表。当前网络信息系统采用自由 词匹配，虽较传统检索方法灵活、但是匹配率和漏检率很高，并不理想。数字博物馆要求实现信息 集合与用户的信息需要在概念层面上匹配。另外，对于图像等非格式化多媒体数据的检索存在不 少技术问题，如需要找一张。插着红花的花瓶。，这张图上没有任何文字注释，但是我们希望通过 2 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 输入。花瓶”或“红花”这样具有图像特征的文字来查询，系统会自动排列出所有与“花瓶”或 。红花”有关的一组图片，再输入下一条相关信息，逐次查询，以达到目的。但事实上有关此类基 于内容的图像检索技术目前还没达到令人满意的程度。 ( 5 ) 多媒体技术的应用 数字博物馆利用计算机多媒体技术把声音，图形、动画和影像通过计算机进行集成，对各种 媒体信息进行交互式综合处理之后，以一种全新的方式服务社会在形式上，它提供有声有色、 可静可动的生动画面；在内容上，它可以更深层次揭示信息内容，提供更大的信息量【9 j 从形态上讲，数字博物馆存储的是文物的数字信息，包括文字、图形、图像、视频、音频、兰 维模型等不同数据”q ，它们可以脱离文物本体而独立存在。媒体是信息的载体，多媒体是多种媒体 如数字、正文、图形、图像和声音的有机集成，而不是简单的组合。其中数字、字符等称为格式 化数据。文本、图形，图像，声音、视频等称为非格式化数据，非格式化数据具有数据量大，处理 复杂等特点。而非格式化的多媒体数据的表示、各种多媒体数据之间在空间或时间上的关联、非 格式化多媒体的检索( 如对i m a g c 等非格式化数据作为整体和部分搜索) 等阿题有待解决。 从目前现状来看，数字博物馆的建设从多媒体的应用上分大致存在以下的几种模式。 单纯的网站式。单纯的网站式是图片、f l a s h 、和音频包括声音解说以及视频等平面媒体的 有机集成。 展品和展馆的三维展示。在第一种模式的基础上，增加了展品和展馆的三维展示栏目。对于 展品的三维展示。简单的可以采用多幅二维相片的拼接技术，采用f l a s h 或者专门拼接软件完成。 对于高级复杂的三维展示，可以利用一些数字三维采集设备或者用3d 【1 2 l l l “软件建模，加上 纹理信息后。采用w e b3 d 技术展现在网页上。 若无三维采集设备，也可以用3 dv , a x 对文物造型进行建模，然后对文物进行二维拍照，采集出 相片中的纹理信息，给建模的文物造型进行贴图，然后存储成流行的w e b3 d 格式，用户便可以在网 上进行浏览。对于这种方式，文物造型和纹理信息等不能够完全和真实文物相符。 w e b3 d 是互联网跨入未来三维立体世界的重要一步。在我国的互联网应用上，w e b3 d 技术还 处于发展阶段，研究其与关系型数据库相互结合。产生动态存储和生成3 d 图像，不仅可以实现批 量网络三维数据的存储与管理，同时又可以对构建大型w e b3 d 数字博物馆、虚拟社区等网络数据 进行处理。实现有关文物的w e b3 i ) 数据的数据库存储，可采用关系型数据库作为数据载体。 w e b3 d 技术与数据库相结合，实现将丰富的场景数据存储在数据库中进行管理及应用，其方 法仍需不断改进和完善。在国内的互联网上，w e b3 d 技术的应用还是处在不断发展阶段，可以设想 在不久的将来。随着互联网事业的发展，对于大型数字博物馆的构建，会找出一套合理、行之有效 的方案以实现文物w e b3 d 信息存储与管理i i ”。 国际上对于文物的数字化保存已经从三维虚拟显示转向三维真实采集。 ( 6 ) 人机交互技术的应用。 目前，数字博物馆的人机交换技术主要有两种。一种是用户可以通过佩戴数据头盔，数据三 维眼镜等虚拟现实设备通过和服务器的交互在虚拟博物馆中漫游，带上数据手套还能触摸博物馆 中的展品，增加用户的“沉浸感”i l 。 另外一种是利用建模软件建立展馆的三维模型模板，实时的文物及展馆信息保存在后端数据 库中，当应用服务器接收到客户端或者浏览器的浏览请求，应用服务器将请求传送给中间件，中间 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 件负责确定用户信息，并且根据数据库中的信息和模板生成场景的实际环境和实际展示的文物。 然后中间件将生成的描述展馆的信息传送给应用服务器，服务器再将展馆信息以通用的格式传送 给客户端或者浏览器。对于这种模式，用户可以通过键盘在虚拟博物馆中漫游，对于感兴趣的展品 可以通过普通交互获得详细的信息并且在三维环境中动态的浏览文物，场景的环境的变化也能实 时的反映给用户，让用户有身临其境的感受 is j 。 ( 7 ) 脚本语言的选择 已建成的数字博物馆大部分是以动态网页的形式向外发布的。目前在国内p f i p 与a s p 应用最为 广泛i i q 。但在国外，j s p 已经是比较流行的一种技术，尤其是电子商务类的网站，多采用j s p 在a s p 出现之前，在动态主页发布方面唯一的渠道是c g i ( c o m m o ng a t e wa yi n t e r f a c e ) 模 式，虽然使用c g i 技术编写的w e b 应用程序中已经可以动态地生成页面，但只能进行单一的数 据操作，而且要为每个查询编写一个c g i 程序，工作量大，且代码的重用率低。随后出现的i s a p l i 、n s a p i 和d b c 等技术方案虽较c g i 进步，但从企业网( i n t r a n e t ) 的技术现实来衡量，这些 方案仍不适用于进行快速开发，及时维护和大面积的技术普及。而a s p 技术的出现，使动态交互 式w e b 主页的设计成为了一件轻松愉快的工作。只要几行脚本语句就能将后台的数据库信息发布 到i n t e r n e to ri n t r a n e t 上。在编程和网页脚本的可读性方面大大优于传统的技术方案。但是a s p 不具有跨平台性。 p h p 是一种服务器端解释的脚本语言，它开放源代码，免费使用。p i i p 最强大、最突出的特性 在于它能支持大量的数据库，如o p a c l ed b a s em y s q li n t e r b a s es y b a s e 等。和a s p 相比，p h p 几 乎可以运行于所有平台。消耗较少的系统资源，当p h p 作为a p a c h e 服务器一部分时，运行代码不需 要调用外部的二进制程序，服务器端的脚本不需要承担任何额外的资源。l 正在开始使万维网发 生根本性改变，成为新一代万维网应用和规范的基石，而p h p 用户使用p h p 可组建一个可以读取 x m l 信息的p h p 版本。 ( 8 ) 运行平台的选择。 u n i x 是一个立足于高端工作站基础上的面向多用户，多任务的操作系统。w i n d o w s n r 是基 于w i n t e l 的文件服务器系统。在建立系统时w i n d o w s n t 的价格比较低廉。同时因为w i n d o w s n t 从 原来的d o s 操作系统发展而来，适合于从工作站到p c 机的各类档次的服务器设备，大多数用户容易 掌握，易用性比较好比较适合博物馆的实际能力。但是，w i n d o w s n t 的升级改版非常频繁。为了 适应操作系统的更新和保证兼容性，需要不停地进行软件的修改和安装。在系统管理功能上必须 考虑这个因素。l i n u x 同u n i x 一样是开放性的多用户、多任务操作系统软件，而且是源代码公开、 完全免费、基于w i n t e l 的网络操作系统。l i n u x 的网络负载能力也比较强，输入输出通道速度也 快【 ( 9 ) 网络平台。 局域网建设是博物馆网络化、信息化建设的基本内容。是博物馆内部信息交流平台。网络类 型不同，数字博物馆系统运行稳定性是有区别的。 a 1 l ”】网是一种快速分组交换。它采取异步时分复用技术，以固定长度的信元( c e l l ) 的方式 进行传播。在子网之间a 硼网采用旁路方式传输，改进了i p 的多路广播功能，可以建立点到多点的 虚拟连接路由。其优势能够控制网络上传输流的带宽，延时和精度水平。但是一个a t m 网卡要包 含对帧和信元之问进行转换时的分段与重装，也就需要更多的并行连接。a t m 的接口和网卡价格 4 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 昂贵。由于每一个信元中需要5 字节的协议开销，再加上4 0 字节的i p 包头。所以网络带宽中不可避 免地存在有1 0 4 的浪费。 千兆以太网采用包交换网络技术，i p 包传输速度快，而且是全双工方式网卡、接口等硬件 的价格比较低廉，比a 硼平均要低5 0 左右。而且千兆以太网是以太网的升级换代，普遍比较熟悉， 也容易实现。但是在共享环境中，“帧尺寸”低于5 1 2 字节时，有效信息通过量降低，千兆以太网 的实际运行速率就不高。考虑到博物馆信息化的目标集中在多媒体信息类型，大数据量的集中传 输比较多，千兆以太网的效果容易突出。因此，数字博物馆网络平台选择千兆以太网。 ( 1 0 ) 数字博物馆之间的互连。 尽管某些博物馆已经开通互联网，但其数字化资源基本上都是基于本地数据库的，各个博物 馆数字化工程在数据格式、计算机平台以及具体技术上都存在很大差异，难以实现互通互连，从 而削弱了数字化文物资源共享的优势。选择一种体系结构和实现技术将现有的异构系统集成并有 统一的语义是一项重要的任务。 目前，在世界范围内己建立的网上虚拟博物馆中，其网络体系结构一般是基于b s 架构，这 种结构有其优势，适用于网络中有独立后台数据库的情况。而全球范围内就有成千上万个这样的 博物馆，由于这些数字博物馆建立时还没有统一的体系结构规范，所以他们之间无论在系统软硬 件平台和实现技术，还是在数据格式方面都是异构的。从而形成一个个。信息孤岛”如何最大 程度地不改变现状的情况下将他们互通互联是我们要探讨的内容i l ”。w e bs e r v i c e s 集成技术架 构下进行多媒体信息的处理和传输方面，已经成为国际上相关领域研究的热点。 基于w e b 的分布式系统常采用w e bs e r v i c e s 技术。w e bs e r v i c e s 是用标准的、规范的x x l 描 述的一些操作接口描述包括了与服务交互的全部细节，如消息格式、传输协议和位置等。w e b s e r v i c e s 技术隐藏了服务功能的实现细节，与实现服务的硬件，软件和编程语言无关，支持分布 式应用程序的松散耦合，面向组件和跨技术平台。w e bs e r v i c e s 技术可以实现比传统的b s 结构 更复杂的分布式应用系统。 虚拟文物博物馆是指利用分布式系统集成技术和文物语义信息将物理上分布于各处的数字 博物馆连接起来，为用户提供统一服务。全国乃至世界各地的地方文物博物馆可以提供基于w e b s e r v i c e s 的服务接口，供其它的应用程序调用，达到共享服务的目的。 在w e bs e r v i c e s 的模型下。任意的服务消费者( 即接口使用者) 只需理解一种通用的组件接 口，就可以利用现有的i n t e r n e t 上的w e b 服务，而无需考虑w e b 服务的内部实现机制，操作平台， 开发语言等。此外对服务的调用是s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c 0 1 ) 消息机制下的远程 调用，因此二者实现的是松散耦合机制。即使在日后的运作过程中。当w e b 娜t 务产生了接口上或 功能上的更改，服务的消费者可以通过w e bs e r v i c e s 的描述性文档发现这样的更改，自动适应这 种更改。 从逻辑上，网上虚拟文物博物馆可分为三层模块：服务提供层，中间层和服务请求层。服务 提供层是指各地的地方文物博物馆通过w e bs e r v i c e s 的接口提供的w e b 服务。中间层包括u d d i 注 册中心和服务中介两部分u d d i 注册中心为各地的地方文物博物馆注册各自的w e b 服务以及为服 务使用层查找和绑定w e b 服务提供统一的接口；中间层的服务中介用来代替服务请求层到u d d i 注 册中心查询和绑定w e b 服务以及分发服务请求层的请求和汇总返回结果，服务中介封装了服务请 求层与其它模块交互的复杂性。服务请求层即指虚拟文物博物馆的参观者。现有的文物博物馆节 中国农业大学硕士学位论文 第一幸引言 点的后台数据大都是基于传统的关系型数据库字段的简单描述而存储的数字化文物数据，对文物 某类别进行查找时主要按照传统的基于关键字，没有一个统一的查找标准，此外文物分类日寸所采 用的分类体系也不尽相同，这就可能造成歧义，查找得出一些无关的结果或者漏查。 本体( o n t o l o g y ) 原是一个哲学上的概念，用于描述事务的本质，本体可以通过概念之间的 关系描述概念的语义，使得人与机器之间能够更好地交互，可以基于本体语义而不仅仅是基于关 键字。本体的主要应用之一是信息检索目前的信息检索主要是以搜索引擎为代表的基于关键字 的检索或基于数据库存储的深层检索。这些方式会产生大量毫无关系信息，或者必须遵循熟悉特 定应用数据库对数据的分类，往往得不到需要的信息。而本体刻画了事务之间的语义联系，可以 使检索出的信息更符合要求。建立一个独立于各个博物馆节点文物数据库之外的本体知识库，不 仅可以规范和统一分类标准，而且可以在不改变现有文物数据结构的前提下，间接地实现关系型 数据的基于语义的查找。 在网络、后台服务器、数据库条件相同并且查询相同的条件下，w e bs e r v i c e s 性能比b s 稍 差，但是随硬件和网络性能不断提高，这种影响可以忽略不计。由此可见。由于有中间层，w e b s e r v i c e s 架构在性能上稍逊b s 架构，但是它在开发维护简便性和可扩展性上具有b s 架构不可 比拟的优越性。 由于采用了w e bs e r v i c e s 技术和基于o n t o l o g y 的语义模型系统，所以数字博物馆系统能以 最小的代价最大限度地兼容了各个文物博物馆节点的技术差异，u d d i 服务注册中心为新服务的加 入和发现提供了灵活的机制。基于本体的知识库的建立实现了基于统一的语义文物信息处理机 制。x m l 与平台无关特性和各种语言的广泛支持特性，使得x m l 在传输和处理过程变得灵活方便。 基于w e bs e r v i c e s 技术的虚拟博物馆可扩展性强，在文物数字化领域有着广阔的应用前景。 在众多各种类型的博物馆中，大学博物馆因齐全的学科门类和高度的学术权威，成为新时期 教学科研与科学普及的重要阵地。因此，借助现代信息技术，构建一个不受时空限制的大学数字 博物馆群，对提高高等院校的教学科研水平和全社会的科学普及程度都有着重大而深远的意义。 大学博物馆是收集、保护、展示各种重要文物、标本的场所，是高等学校文化基础设施的重 要组成部分，是实施素质教育，提高人们文化素质的重要教育基地。我国高等学校经过几代人的 研究积累已经建立了相当数量不同规模、不同层次、各具特色的地质地理类、考古类、人文历史 类、航空类和电子类博物馆或陈列馆 2 0 l 。这些博物馆集标本收集，研究、保存、保护、共享、展 出于一身，在推动大学生素质教育、教学科研，培养创新人才方面发挥了重要作用 高校博物馆一方面是面向社会公众尤其是青少年进行科普教育：另一方面是为高等院校和科 研院所的专业人员的教学、科研提供服务【2 1 i 。但由于各个高校博物馆的地理位置，宣传等方面的 原因，了解和参观的人都非常少。 为了充分利用高校现有的博物馆资源，教育部在2 0 0 1 年专门设立了“现代远程教育网上公 共资源建设大学数字博物馆建设工程”项目瞄】，精选了1 8 所部属重点院校参与大学数字 博物馆一期工程建设，内容涵盖了地球科学、生命科学，人文艺术及科学技术四大学科门类建 设过程中，各领域均由著名专家审定或撰写资料，以大量翔实、有价值的学科资源构筑知识网络 体系，不仅反映了各学科的特点，同时也具有很高的学术权威性 据统计，大学数字博物馆一期建设工程共计收入藏品5 万余件，这些藏品体现了过去的文明、 技术的演变、生命的进化。当人们以一个全新的角度去重新审视这些藏品时，一些原本不为人所 6 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 知的价值就会逐渐显露出来，启迪着人们的思想和灵魂。这些极具内涵的藏品资源通过大学数字 博物馆这个平台，得以向全社会发布，不仅充分发挥了高校藏品的社会效益，同时也有利于推动 相关学科、交叉学科的发展。 大学数字博物馆既是资源的提供者，同时也是一个信息沟通交流的网络平台。该平台的建成 不仅大大增强中国高校的远程教育水平，而且还将充分辐射到了那些地域僻远、历史积累少、规 模较小的高等院校，通过大学数字博物馆，他们也能够共享优质教学资源提高教学质量 目前，国际博物馆界还没有系统的数字化建设规范和标准，该平台的建设目的是解决中国 大学数字博物馆资源建设和共享的关键问题和相关标准规范。经过综合调研情况并参考国内外数 字标准机构制定发布的标准，针对人文科学、地球科学、生命科学和技术科学四类大学数字博物 馆建设的具体情况，经过2 年多的探索研究，大学数字博物馆己形成一整套规范的技术体系和统 一的网络平台，形成具有自主知识产权的标准体系。各领域、各学科均以多媒体技术、虚拟现实 技术、数据库技术、网络技术以及信息安全等关键技术为手段，在统一的共享平台上进行博物馆 的数字化建设幽i 。 目前已开通的1 8 家例大学数字博物馆是：北京中医药大学中医博物馆、昆明理工大学矿物 数字博物馆、中山大学生物数字博物馆、北京大学地质数字博物馆、清华大学美术学院数字博物 馆、四川大学人文数字博物馆、山东大学考古数字博物馆、上海交通大学船舶数字博物馆、成都 理工大学恐龙数字博物馆、中国地质大学地学数字博物馆、湖南大学岳麓书院数字博物馆、北京 航空航天大学航空数字博物馆、中国农业大学农业数字博物馆、复旦大学文化人类学数字博物馆、 西北大学考古数字博物馆、南开大学古代社会生活数字博物馆、南京大学地球学数字博物馆、西 安建筑科技大学建筑博物馆、贵州工业大学古生物博物馆。 中国农业大学农业数字博物馆项目现己开通土壤分馆和昆虫分馆，畜牧分馆和农作物分馆已 处于设计阶段。随着教育部面向2 1 世纪教育振兴行动计划“现代远程教育工程”中“大学 数字博物馆建设”专项的不断推进，农业数字博物馆将逐渐增加农业各个方面的分馆。 已开通的昆虫分馆是在原清华大学和北京大学两校农学院原有标本基础上发展而成。近5 0 年 来，经过几代昆虫学家的不懈努力。已使标本总数达8 0 万余号，涉及3 2i ；t 5 5 0 余科；范围普及2 0 多个国家。目前，模式种达4 0 0 0 多个，定名标本3 0 0 0 0 种左右，约占全国已知昆虫种类的l 4 l 3 。 土壤分馆现有土壤剖面实物标本近代2 0 0 个，范围涉及我国主要的土壤类型；重要的成土岩 石、矿物标本3 0 0 多个；土壤微型标本( 薄片) 3 0 个，土壤结构及新生标本若干个现有土壤剖 面的照片8 0 0 余张，各种景观照片2 5 0 0 余张。 这些标本和资料是建立数字土壤博物馆的基础。 1 2 研究的意义 农业数字博物馆研究的意义主要有以下几个方面： ( 1 ) 打破了空间和时间上的限制，参观者足不出户通过计算机和网络就可看到博物馆中的 展品 农业数字博物馆包含了丰富的展品，但是由于受地理位置等因素的限制，许多人不能亲自到 7 中国农业大学硕士学位论文第一章引言 博物馆参观展品利用计算机和网络技术，把展品进行数字化处理展示在w e b 页面上，已成为现 代博物馆发展的趋势。 ( 2 ) 利用p h p 技术构建的农业数字博物馆系统将比现存的系统更加稳定。 现存的农业数字博物馆系统是用a s p 语言编写脚本，使用s q ls e r v e r2 0 0 0 数据库，运行在 m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0s e r v e r m i c r o s o f tw i n d o w s2 0 0 0a d n a n c e ds e r v e r + m i c r o s o f ti i s4 0 版本上随着数据量的增加和w i n d o w s 系统不断暴露出的安全问题，会导致系统性能下降，不能 正常运行。a s p 只能运行在w i n d o w s 平台上。 p h p 可用在数种w e b 服务器上，p h p 文件编写好以后，不经修改就可在不同的操作系统平台 上执行。p h p 在许多的站点使用中，不但长期使用都没有问题，而且程序的稳定性也不错。p h p 具有十分强大的数据库操作功能，可直接连接多种数据库，并完全支持o d b c 。目前所支持的数 据库有o r a c l e , a d a b a s d ，s y b a s e , f i l e p r o ，m s q l ，v e l o c i s ，m y s q l , i n f o r m i x , s o l i d ，d b a s e ，b c ，u n i x , d b m , p o s t g r e s q l , m ss q ls e r v e r 等。针对每个数据库p h p 都有一组函数用于数据库访问和操作。由 于p h p 可以连接多种数据库的特点，农业数字博物馆只要更改数据库函数就可以更换数据库。 ( 3 ) 整合多种网络资源。利用动画、音频、图像等，从各个方面全方位的展示展品。 ( 4 ) 增强了系统的稳定性。农业数字博物馆系统采用的是l i n u x 平台，与w i n d o w s 平台相比 更不易受病毒的感染和黑客的攻击，能够承载更大的网络负载。 ( 5 ) 作为今后农业数字博物馆的进一步开发的参考。农业数字博物馆现在仅完成了- d , 部 分，随着内容的不断扩充，农业数字博物馆将成为包括昆虫、土壤、畜牧，兽医、农学等农业各 个学科的综合性农业数字博物馆，将是利用计算机多媒体技术。包含海量数据的大型数据库系统。 1 3 研究内容 本项目主要是利用p h p 脚本语言在l i n u x 平台上构建农业数字博物馆系统，使博物馆的参观 者能够通过网络浏览展品。然后通过与原有系统的测试比较，得出新构建的农业数字博物馆系统 更加稳定。 研究的主要内容包括以下几个方面： ( i ) 数字博物馆系统的设计与实现。该系统为一般用户提供一个浏览和查询的平台，同时 支持管理员用户远程数据录入、更新和修改。系统实现包括前台页面的编写，后台管理页面的编 写极其功能的实现，以及数据库的构建。 ( 2 ) 对不同平台上的数字博物馆系统进行测试。利用m i c r o s o f tw e ba p p l i c a t i o ns t r e s st o o l s 测试工具从两个不同方面进行测试，一方面是多用户访问在不同平台上的稳定性测试，另一方面 是在相同负载条件下不同大小的图片在两个平台上测试。根据两方面测试结果的响应时间与可接 受的用户经验，有疑问的用户经验，不可接受的用户经验的响应时间进行比较，确定两个系统的 稳定性。进一步说明基于p h p 技术构建的农业数字博物馆系统更加稳定。 8 中国农业大学硕士学位论文第二章农业数字博士馆系统的设计与实现 第二章农业数字博物馆系统的设计与实现 农业数字博物馆系统是利用p h p 脚本语言，与m v s q l 数据库相结合的w e b 技术的计算机 应用系统，它以计算机、网络和多媒体技术以及其它软件和硬件环境为依托，实现农业数字博物 馆展品的展示、检索、和管理等方面的功能。它具有开放性、动态性、和交换性的特点。它的表 现形式：以w e b 站点的形式存在，能够接受并响应网上用户请求；对农业数字博物馆内的展品可 以执行检索操作；利用数据库技术，实现展品的多方面、深层次的展示。 2 1 系统开发与运行环境 2 1 1 系统开发环境 ( 1 ) 系统结构 目前w e b 系统结构主要有两大类：b s 模式或c s 模式。 b s ( b r o w e r s e r v e r ) 2 5 1 模式是指在t c p i p 的支持下，以h t t p 为传输协议，客户端通过 浏览器( b r o w s e r ) 访问w e b 服务器以及与之相连的后台数据库的技术及体系结构i 驯。在客户端 只需安装n e t s c a p en a v i g a t o r 或i n t e r n e te x p l o r e r ，服务器端安装o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o m i x 或s q ls e r v e r 等数据库。b s 的优点在于只要客户端能访问网络就能访问服务器，不需要安装专 门的客户端软件，操作方便。 c s ( c l i e n t s e r v e r ) 模式即客户服务器模式。服务器使用工作站或小型机等高性能计算 机，数据库采用o r a c l e 、s y b a s e 、i n f o r m i x 或s o ls e r v e 等大型数据库系统。客户端需要安装 专门用于访问服务器的客户端软件。c s 模式比b s 模式适用范围小。仅限于局域网范围内，而 且在客户端要安装客户端软件，有些客户端软件必须运行在指定的操作系统上，使用很不方便。 农业数字博物馆系统采用b s 结构以r a dh a tl i n u xe s3 o 作为服务器的操作系统，选用 a p a c h e4 0 f g 为w e b 服务器来提供嗍功能，m y s q l 为后台数据服务器，p i t p 为程序解释器。基于p 耶 的动态交换式w e b 数据库是一种典型的b w d ( 浏览器w e b 服务器数据库服务器) 三层结构。这 种结构的数据及其应用与平台无关，伸缩性大，易用性好，而且易于维护，信息共享度高，扩展 性好，安全可靠。在客户端不需要加载软件。选择w i n d o w s 2 0 0 0 或w i n d o w s x p 操作系统，浏览器建 议选用i n t e r n e te x p l o r e r4 0 以上 ( 2 ) 硬件要求 本系统是在广域网环境使用的数字博物馆系统，随着系统内容的不断增加和用户访问量的增 加，对服务器的处理性能要求比较高，要求采用奔腾以上服务器5 3 3 e t z 以上c p u 处理器，5 1 2 m r a m 以上，高速硬盘系统。为了避免系统在异常情况下出现崩溃或在出错时能够及时恢复，要求用硬 盘或光盘备份 9 中国农业大学硕七学位论文第二章农业数字博七馆系统的设计与实现 ( 3 ) 安全机制 允许网络普通用户进入本系统浏览、查询展品。管理平台仅供工作人员使用，管理人员根据 工作要求开设不同管理权限的帐户，系统认为合法才允许进入。 2 1 2 应用技术及开发工具的选择 农业数字博物馆系统的实现涉及下面几方面的技术： ( 1 ) 系统实现技术 a p a c h 服务器是w e b 服务器中使用最多的一种，它不受操作系统的限制，可以运行在所有的 计算机平台上a p h 服务器支持虚拟主机，支持h r r p 认证，具有可定制的服务器日志，用户 会话过程的跟踪能力，具有简单而强有力的基本文件的配置。 m y s q l 是一个快速的、多线程，多用户和健壮的s q l 数据库服务器。服务器支持关键任务、 重负载系统的使用。m y s q l 是一个关系数据库管理系统，任何人都可以使用和修改该软件，工 作在客户，服务器或嵌入系统中。 ( 2 ) 开发语言 h 咀。语言： h t m l 语言称为超文本标记语言，它是一种用于制作超文本文档的语言。h t m l 的命令称为 标志符，它把文本的标题，段落，列表、引文、强调等等标志出来还有其它一些用于在文档中 插入图象，接受用户输入的表单，用来包括超文本链接，把正在阅读的文档与其它文档链接起来 的标志符。 p h p 脚本语言： p h p 是p e r s o n a lh o m ep a g e 的缩写，是一种跨平台的服务器端嵌入式脚本语言鲫于1 9 9 5 年 开始发行，到1 9 9 8 年已经成为一个成熟的软件产品嗍。p h p 最初是一个人在编写网页时用p e r l 写的“包装”程序，后来许多人都用p h p 编写网页。就发展成了一个软件产品1 2 9 】 p h p 运行在w e b 服务器端，由服务器解释和翻译成普通的h t m l 文件，然后传送给客户端 浏览器。它是嵌入在h t m l 文档中，通过p h p 数据库函数访问数据库。它的执行效率要高于普 通的c g i 程序，是由于p h p 可作为a p a c l cw e b 服务器的模块执行p o l 。 p i - i p 类似于其它的编程语言，使用变量存储数值，使用函数处理变量。它是一个应用程序服 务器，是一个把几个不同的技术组合为一个完整的套件的程序。这些技术包括：一个强壮的编程 语言；存取数据库中存储的数据；支持i n t e m e t 协议，尤其是电子邮件和h t t p 协议。 p h p 语法与c 、p e r l 基础语言相似，并结合自己的特征。使w e b 开发者能够写出快速的动 态页面p ” p h p 的特点： ( 1 ) 易学易用。 ( 2 ) 运行速度快。 ( 3 ) 跨多个平台。 ( 4 ) 效率高。 1 0 中国农业大学硕士学位论文 第二章农业数字博七馆系统的设计与实现 ( 5 ) 开放源码。 ( 6 ) 没有运行费用。 ( 7 ) 基于服务器端。 ( 8 ) 嵌入h t i v i l 。 ( 9