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网格技术在博物馆中应用潜力
孟中元

一、 网格定义及其网格技术相关问题
网格概念产生于90年代中期, 是从电力网（Power Grid）借鉴过来, 最终目是期望大家能够像使用电力一样方便地下载、 使用分布在网络上丰富信息、 数据以及强大计算能力。所谓网格(Grid), 是指将机群、 超级计算机、 大规模存放系统、 数据库以及其她地理上分散特殊仪器设备, 甚至个人计算机等全部计算资源、 存放资源、 软件资源、 通信资源、 信息资源、 知识资源等连接起来作为单个统一资源使用, 从而能够方便快捷地处理多种复杂问题。
就网格本质而言, 它是由网格节点、 数据库、 珍贵仪表、 可视化设备、 宽带主干网和网格软件组成。在硬件方面网格能够将地理上分布在不一样地方网络、 计算机、 数据库、 传感器等远程设备硬件资源连接起来, 把分散在不一样地理位置信息资源和计算机软硬件设备资源组织成一台虚拟超级计算机, 实现计算资源、 存放资原、 数据资源、 信息资源、 软件资源、 通信资源、 知识资源、 教授资源等全方面共享和协同工作。在软件方面网格就像一个中间件, 它将多种硬件和软件资源有机地集成起来, 方便使这些不一样部件能够协同运作。网格代表下一代互联网技术, 其最终目标是将万维网(World Wide Web)升华为全球大网格(Global Great Grid)。
对网格定义中能够看出, 网格是一个技术, 它目标是资源共享和分布协同工作, 它是集成了计算机、 数据、 设备和服务等资源基础设施。网格包含计算网格、 数据网格、 信息网格、 知识网格、 商业网格。网格满足条件是: 在非集中控制环境中协同使用资源; 使用标准、 开放和通用协议和接口; 提供非平凡服务。网格技术特征包含:  资源共享, 消除资源孤岛; 协同工作; 通用开放标准, 非集中控制, 非平凡服务质量; 动态功效、 开放系统、 单一系统映像。

（一）网格与互联网关系:
第一代Internet经过TCP/IP协议使全世界计算机连接在一起, 实现了计算机之间数据通信; 第二代Internet则经过Web信息服务, 实现了全球网页连通; 被称为是第三代互联网网格实现了互联网上全部资源全方面连通; 网格在作为操作系统网格中间件作用下, 形成虚拟计算组织, 用户能够在全球任何地方透明地使用计算、 存放、 通信、 软件、 信息、 知识、 教授等资源。互联网经过电子邮件、 网页浏览等通信功效为大家提供信息服务, 网格技术强调实现计算资源、 存放资原、 数据资源、 信息资源、 软件资源、 通信资源、 知识资源、 教授资源资源广泛共享, 而且这种共享含有互操作性, 是高度可控。
（二）网格计算架构:
正如互联网关键是TCP/IP协议一样, 网格技术也有标准协议和服务。在关键技术上, 由美国开发Globus Toolkit已成为网格计算实际上标准。现在比较有影响网格体系结构有五层沙漏结构、 开放网格服务体系结构OGSA(Open Grid Services Architecture)、 开放网格服务基础结构OGSI (Open Grid Services Infrastructure)和中国织女星网格体系结构。其中开放网格服务体系结构OGSA最具影响。
由Globus联盟定义开放式网格服务架构（OGSA）是一个有四层模型: 　
　 •用户应用层
　 •集群服务层: 它包含目录处理, 诊疗和监测
　 •资源和协议层: 和服务器、 网络进行连接资源和连接协议
　 •结构层: 网络上全部设备―存放、 计算机、 连接、 传感器等。
　　用户应用层和结构层是我们比较熟悉, 中间两层被定义为网格。
一台微机系统能够分成三个层次, 即硬件、 操作系统、 界面和应用三层。网格也有这三层, 我们能够把网格系统自下而上地分为三个基础层次: 硬件层面（资源层）、 网络操作系统层面（中间件层）以及应用层面。

　　网格资源层是组成网格系统硬件基础, 它包含多种计算资源, 如超级计算机、 珍贵仪器、 可视化设备、 现有应用软件等, 这些计算资源透过网络设备连接起来。网格资源层实现了计算资源在物理上连通, 从逻辑上看这些资源仍然是孤立, 资源共享问题仍然没有得四处理。所以, 必需在网格资源层基础上透过网格中间件层来完成广域计算资源有效共享。
网格中间件层是指一系列工具和协议软件, 其功效是屏蔽网格资源层中计算资源分布、 异构特征, 向网格应用层提供透明、 一致使用接口。网格中间件层也称为网格操作系统, 它同时需要提供用户编程接口和对应环境, 以支持网格应用开发。
网格应用层是用户需求具体表现。在网格操作系统支持下, 网格用户能够使用其提供工具或环境开发多种应用系统。
（三）网格技术研究现实状况: 
网格技术研究起源于美国, 全球应用最广、 最成熟网格操作系统Globus源于美国。Globus项目意在开发一个面向科学计算基础软件基础设施, 把不一样地理位置上计算资源和信息资源集成起来。该项目还包含研究网格计算关键理论, 如资源管理、 网格安全、 信息服务、 数据管理等, 开发支持网格计算工具软件和网格应用程序, 帮助计划和组建大型网格试验平台。
中国对于网格建设从1995年开始 , 中国科学院计算所就建立了专门网格研究队伍, 开始研究与网格相关技术, 并成功开发了多个版本信息一体化平台。计算所网格研究最大特色是“服务网格”思想, 而国际上网格研究现在关键面向科学计算。现在, 中国已开展了“中国国家网格”、 “教育科研网格”、 “织女星网格”和“优异计算基础设施北京、 上海试点工程”等5大网格项目研究。尽管网格概念、 技术及应用还不成熟, 但建设、 发展网格业已成为热点。
（四）网格技术特点及优势:
网格在技术上优势是很显著, 网格对信息巨大处理能力为全球范围信息一体化服务构建了平台。网格不仅能够实现资源高度共享, 避免大量反复建设, 同时将大幅提升网络性能和信息服务工作效率。网格根本特征并不在于它规模, 而是经过资源共享消除资源孤岛。
（1）高性能。网格比现在互联网带宽更高, 网格采取广域缓存技术能自动地把用户最需要信息放在离用户最近服务器上。网格能高效使用存在于互联网上多种资源。
（2）一体化。网格经过众多网格节点将全部资源联成一个整体, 用户使用是一个网格整体, 全部服务请求向网格发出, 而不是某个网站或某台服务器。网格在逻辑上就像一台机器, 用户使用网格上多种资源, 就像使用个人计算机那样方便。
(3) 信息、 知识生产。互联网只是信息传输和共享工具, 用户只能获取和使用有限信息资源, 而不能经过互联网本身进行知识再加工, 而网格支持信息和知识自动生产, 而且能够进行知识再生产。
(4) 资源共享。现有互联网资源共享关键是信息共享, 网格能够共享资源范围能够很大, 并含有面向用户和透明性特点, 用户可经过网格使用物理位置不一样资源。网格技术可实现资源在更大范围、 更大规模、 更高层次上共享, 能够将网络上异构资源进行统一管理, 克服系统异构性, 实现系统互操作性, 把分布在不一样地点、 不一样种类资源库、 数据库整合为统一调度系统, 网格提供了一个新型协同环境。
二、 网格技术在博物馆中应用
1. 基于网格知识挖掘与知识服务:
博物馆有着丰富文物及历史文化资源, 在博物馆业务研究工作中离不开信息技术, 进行学术研究与知识挖掘亲密相关, 知识服务在业务研究工作中更是不可缺乏。知识挖掘是更深层次数据挖掘, 它是指根据既定目标, 对大量数据进行分析和探索, 从中识别出有用知识并以可了解模式显示一系列处理过程。网格为知识挖掘提供了愈加成熟开发工具, 网格系统中使用基于知识方法学和技术学而生成知识网格, 知识网格中元计算、 对等计算、 分布计算等计算基础及知识工程工具、 决议咨询智能软件、 知识存放、 数学建模、 模拟计算等网格软件, 都能够作为知识挖掘工具。网格将整个科学分类体系立体分布在网格节点上, 经过不一样结构链接方法使很多交叉学科体系由隐性知识转化为显性知识或发明出新学科研究领域, 达成知识挖掘创新目。经过网格进行知识挖掘与知识服务, 我们把相关知识都融合到一个统一平台下资源库里面, 需要什么我们直接从中寻求就能够了, 无需作反复性工作。从用户角度来考虑, 能够愈加方便快捷找到所需要知识点, 从管理者角度考虑, 便于统一管理, 节省了资源。
2. 基于网格技术数字图书馆体系:
数字图书馆技术关键问题是信息源有序组织、 分布式跨库检索、 数字版权控制技术、 知识挖掘技术等。网格技术对于处理数字图书馆建设过程中分布式信息资源组织、 统一检索及信息服务过程中知识挖掘问题将产生举足轻重作用, 同时也对数字版权控制技术提出新挑战。经过网格技术能够做到数字图书馆异构数据库统一检索实现。网格技术能够提供基于网格分布式异构数据库元数据服务过程, 这对数字图书馆中异构数据库统一检索问题提供了处理思绪。网格经过构建数据库信息中心, 建立用户统一访问接口, 用户透明地访问不一样数据库资源, 网格中每个数据库都经过特定网格服务实现元数据采集并注册到数据库元数据目录中。经过网格服务和检测查询服务作为中间层实现元数据管理查询功效, 并对外提供查询接口。这么后台数据库异构性就被屏蔽, 由统一服务接口实现访问, 处理了数字图书馆中异构数据库统一检索技术。
网格所含有特征正是数字图书馆需要突破技术关键。伴随网格技术研究进展, 国际上已经开始对以网格技术为基础数字图书馆提出新想法和思绪。在中国, 由清华同方企业研究推出—CNKI数字图书馆建设集成化处理方案, 对网格技术环境下数字图书馆体系结构做了有益尝试, CNKI网格资源共享平台充足吸收网格技术思想, 并结合知识挖掘、 智能代理、 分布式知识库等技术为数字图书馆设计和建设提供了新思绪。
CNKI中国知识基础设施工程（China National Knowledge Infrastructure）英文简称, 该工程是以实现个社会知识信息资源共享为目标国家信息化关键工程, 开发CNKI数字图书馆网格资源共享平台可利用异构跨库统一检索系统、 引文链接、 知识元链接、 智能检索与专题检索、 数值链接等技术实现了数据库全息关联, 把数据库信息资源整合深度推进到知识元层次, 经过现有文件能够发觉新文件, 经过已知知识能够发觉新知识, 使图书馆所拥有数据库资源组织成一张循环互动知识网络, 并与外界信息资源链接起来, 而不再是孤立分离。
能够利用CNKI平台建库工具与互联网信息采集系统工具帮助图书馆从现有数据库资源抽取有用信息, 建设本单位专业知识库, 服务于博物馆学术研究工作。因为专业知识库针对性强、 适应性好, 其实用性在某种程度上将大大超出原始数据库资源。博物馆业务研究工作数字很大程度上依靠于图书馆图书资料信息, 在信息化时代离不开数字图书馆技术支持, 经过数字图书馆信息服务, 业务人员能够检索到研究工作所需资料信息, 能够了解研究最新动态。伴随计算机技术快速发展, 基于网格技术数字图书馆体系信息服务相比网络在技术上愈加优异, 因为网格技术能够整合来自各个数字图书馆网站信息, 达成资源共享, 克服资源孤岛现象, 博物馆业务人员可经过统一数字图书馆系统平台检索各个数字图书馆异构数据库中资料信息, 可做到分布式跨库检索, 使用起来愈加方便。
知识管理是指经过对各类知识信息资源管理, 最大程度地发掘知识信息资源价值, 包含对馆藏信息资源管理、 对本单位所产生信息资源管理以及隐性智力资源管理等等。数字图书馆建设促进知识管理技术发展。互联网信息技术发展丰富了知识管理手段。然而现在技术仅限于“文件”层次, 或者说载体层次, 而无法深入知识信息资源内容本身进行管理。CNKI平台建设将把图书馆从“文件管理”推进到真正“知识管理”。
3. 虚拟现实结合网格技术在文物古迹中应用:
虚拟现实技术（VR）是一项综合集成技术, 包含计算机图形学、 人机交互技术、 传感技术、 人工智能等领域, 它用计算机生成逼真三维视、 听、 嗅觉等感觉, 使人作为参与者经过合适装置, 自然地对虚拟世界进行体验和交互作用。使用者进行位置移动时, 电脑能够立刻进行复杂运算, 将正确3D世界影像传回产生临场感。该技术集成了计算机图形(CG)技术、 计算机仿真技术、 人工智能、 传感技术、 显示技术、 网络并行处理等技术最新发展结果, 是一个由计算机技术辅助生成高技术模拟系统。
利用虚拟现实技术, 结合网络技术, 能够将文物展示、 保护提升到一个崭新阶段。将文物实体经过影像数据采集手段, 建立起文物三维模型。经过计算机网络来整合统一大范围内文物资源, 而且经过网络在大范围内来利用虚拟技术愈加全方面、 生动、 逼真地展示文物, 从而使文物脱离地域限制, 实现资源共享。使用虚拟现实技术能够推进文博行业实现文物展示和保护现代化。
利用虚拟现实远程沉醉能够使经过计算机网络走进虚拟博物馆参观, 如由希腊世界基金会FHW(Foundation of the Hellenic World)与CVL共同完成共享爱奥尼亚(Shared Miletus)项目让前希腊爱奥尼亚古城复活, 参观者能够在虚拟城池中畅游; 1998年由历史学家、 艺术家和计算机科学家协同研究完成中国敦煌莫高窟价值连城壁画也被数字化并用在远程沉醉环境中。
从网格角度来看, 远程沉醉它与分布式超级计算、 分布式仪器系统和数据密集型计算性质有很大不一样, 首先, 即使它能把高性能计算结果用一个全新方法可视化出来, 但它本身对高性能计算要求并不高; 其次, 它并没有集网络上大量资源于一身。网格定义上来: 动态多机构虚拟组织中资源共享和协同问题处理, 显然, 参与远程沉醉应用各方是来自不一样虚拟组织, 她们所要共享资源就是这个共同虚拟环境, 而共享目就是要协同处理问题, 所以, 远程沉醉还是一个经典网格问题。
4. 网格技术在数字博物馆中应用:
怎样为网格环境资源使用者提供异构数据库资源全局统一视图和一致访问接口, 是网格技术及其应用关键问题和研究热点。以大学数字博物馆网格为例, 教育部已经对一批不一样规模、 不一样层次、 各具特色大学博物馆进行数字化改造, 建成地质地理类、 考古类、 人文历史类、 航空类和电子类等18个网上大学数字博物馆系统, 应用于标本搜集、 交流、 研究、 保留、 保护、 展出等。不过这些分布在CERNET不一样服务器上大学数字博物馆存在信息冗余、 各自为政、 各自建设、 完全异构, 相互之间不能共享, 存在信息“孤岛”现象, 大学数字博物馆（甚至相同或相近学科不一样大学数字博物馆之间没有实现资源有机互连互通、 信息有效整合与共享）。所以, 基于教育部已经建成18个网上大学数字博物馆和二期正在建设多种大学数字博物馆, 在ChinaGrid海量数据处理网格环境下建立大学数字博物馆网格(University Digital Museum)简称UDMGrid, 将分散在各个大学数字博物馆大量资源整合起来, 实现资源有机互连、 互通、 共享, 而且实现标本信息分级和过滤, 针对不一样知识层次访问者, 经过统一网格门户为用户提供不一样层次、 不一样渠道透明信息服务。大学数字博物馆网格分别在北京航空航天大学、 山东大学、 南京大学、 昆明理工大学等布署了相关节点, 日前已经完成了UDMGrid 1.6版本。
基于网格技术大学数字博物馆项目为中国博物馆之间经过网格技术进行互通、 互联、 资源共享积累了经验, 为以后中国实现网格环境下数字博物馆资源共建、 共享指明了方向。
未使用网格技术数字博物馆都是独立在一个个空间中, 每个数字博物馆不管从内容上还是形式上都是独立, 单独存在, 没有实现资源有机互连互通和信息有效整合与共享, 存在资源孤岛现象, 需要登录到一个个博物馆网站网址才能浏览。使用了网格技术后数字博物馆系统, 能够对信息资源进行有效整合, 实现了网上各个博物馆之间资源共享。经过数字博物馆网格, 将分散在各个数字博物馆大量资源整合起来, 实现资源有机互连, 互通、 共享, 用统一一站式统一界面进行登录, 使用者不用了解背后技术就能够很方便地检索和浏览各个数字博物馆中内容, 大大节省了时间。
5. 网格GIS在考古学研究及文化遗产管理中应用:
地理信息系统(GIS)是地理信息科学研究一个关键手段。它是一个集采集、 存放、 管理、 查询、 分析和显示为一体计算机综合信息系统。GIS是以数字化形式反应人类社会赖以生存地球空间现势和变迁多种空间数据以及描述这些空间数据特征属性, 以模型化方法来模拟地球空间对象行为, 在计算机软、 硬件支持下, 以特定格式支持输入/输出、 存放、 显示以及进行地理空间信息查询、 综合分析、 辅助决议有效工具。
将GIS应用于考古学研究开始于20世纪80年代初, 关键集中于欧洲和北美。中国GIS技术在考古领域里关键结果均集中在与遥感技术结合应用方面, 以期从宏观上正确地把握文物埋藏地点空间分布规律。现在中国外考古应用GIS技术关键有四个发展趋势: 一是把虚拟现实、 可视域分析等技术应用于考古研究, 处理怎样快速获取面对研究区域大量三维空间数据问题; 二是将三维可视化技术应用于考古研究, 依据已经有散乱、 片面、 局部三维空间数据构建出研究区域三维空间模型, 恢复古人类活动古地形、 古环境; 三是将遥感与GIS相结合应用于考古研究, 用遥感技术处理大范围、 宏观考古学问题; 四是将网格技术与GIS结合起来, 在网格环境下分析、 管理考古调查与考古发掘信息进行考古学研究。
伴随网络技术和地理信息技术发展, GIS经历了基于Client/Server模式GIS, 基于Browser/Server模式WebGIS和基于网格环境GridGIS发展阶段。第三代网络技术—网格技术提出和发展对GIS发展更带来了长远影响。GIS发展需要对大量地理信息进行并行计算处理, 因为WebGIS数据分布在Internet上是高度异构, 且在并行计算处理表现出不足, 所以发展到网格技术与GIS结合GridGIS。GridGIS能够在网格环境经过硬件和软件技术上操作实现空间信息网格化。GIS经过网格技术使功效得到了延伸和拓展, 从网格上任意一个节点, 能够访问网格上多种分布式、 含有超媒体特征地理空间数据及属性数据, 进行地理空间分析、 查询, 并能对复杂空间问题进行并行计算, 以辅助和支持决议。GridGIS是利用现有网格技术、 空间信息基础设施、 空间信息网络协议规范, 形成一个虚拟空间信息管理与处理环境, 将空间地理分布、 异构多种设备与系统进行集成, 为用户提供一体化空间信息应用服务智能化信息平台。GridGIS是基于网格计算, 对包含到大量空间分析计算问题, GridGIS含有并行计算能力, 它可存放和管理更大数量空间信息, 并有能力在大量用户同时经过网格对其进行访问时能快速响应, 含有更强地理空间信息共享、 地理信息公布、 空间分析、 模型分析功效。经过对空间信息网格化和超媒体技术集成, GridGIS提供给用户信息不仅仅是矢量化空间信息, 还有动态视频、 遥感影像、 文字说明等多个信息。

参考文件
[1] 刘军华, 刘圆圆: 《网格技术在图书馆应用研究》, 《情报杂志》, 第11期
[2] 王铮, 吴兵: 《GridGIS—基于网格计算地理信息系统》, 《计算机工程》, 3月
[3] 张宏伟, 张振海: 《CNKI网格资源共享平台—基于知识网格门户式数字图书馆处理方案》, 《现代图书情报技术》, .4
[4] 中国IT试验室:《网格技术构架、 特点及其管理》,
[5] 胡太元: 《基于网格数字图书馆信息资源管理研究热》,

[6] 《中国缘何要建教育科研网格》, , 11月
10日 新华网
[7] 《网格硬件机遇》, , 04月日,  赛迪网-中国计算机报
[8] 程杰, 李江, 陈宇玺: 《网格技术在大学建筑数字博物馆中应用》,

[9] 虚拟现实, baidu百科
[10] 陈小武: 《知识小区支撑平台之二—数字博物馆网格研究进展》, 《中国教育网络》, 第8期
[11] 赵风华, 周萌枝, 潘守东: 《知识管理创新: CNKI打造新型数字图书馆》, 《中国教育网络》, 第4期
[12] 《什么是网格GIS》,