卜慶華，李曉松，王茂洋，潘　倩，王盛華

(1. 中國地圖出版社，北京 100054； 2. 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京100101；

3. 北京仁和匯智信息技術(shù)有限公司，北京 102206)

Design and Implementation of Chinese Urban Historical Geographical

Information Platform Based on WebGIS

BU Qinghua，LI Xiaosong，WANG Maoyang，PAN Qian，WANG Shenghua

?

WebGIS下的中國城市歷史地理信息平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

卜慶華1，李曉松2，王茂洋2，潘倩1，王盛華3

(1. 中國地圖出版社，北京 100054； 2. 中國科學(xué)院遙感與數(shù)字地球研究所，北京100101；

3. 北京仁和匯智信息技術(shù)有限公司，北京 102206)

Design and Implementation of Chinese Urban Historical Geographical

Information Platform Based on WebGIS

BU Qinghua，LI Xiaosong，WANG Maoyang，PAN Qian，WANG Shenghua

摘要：城市歷史地理信息在研究與應(yīng)用中具有迫切需求，然而目前國內(nèi)仍缺乏相對全面的主要城市的歷史地理信息系統(tǒng)。因此，本文在形成中國31個(gè)主要城市古地圖數(shù)字化成果的基礎(chǔ)上，借助地理信息系統(tǒng)、Web Service與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了可共享的中國城市歷史地理信息平臺。該平臺具備地圖瀏覽、歷史數(shù)據(jù)編輯、古今數(shù)據(jù)同步展現(xiàn)、古今地名查找定位、歷史專題查詢分析、歷史專題圖制作、數(shù)據(jù)發(fā)布等功能，可為城市歷史地理研究提供數(shù)據(jù)支撐。

關(guān)鍵詞：WebGIS；城市；歷史地理信息；平臺

一、引言

城市歷史地理信息不僅可應(yīng)用于歷史學(xué)研究，其成果也可展現(xiàn)人類文明演變歷史的寶貴資源[1]。隨著地理信息系統(tǒng)技術(shù)的成熟與普及，城市歷史地理信息系統(tǒng)的研究與開發(fā)越來越受到國內(nèi)外學(xué)者的重視。20世紀(jì)90年代，日本、英國、美國相繼開展相關(guān)研究并構(gòu)建各自的城市歷史地理信息系統(tǒng)[2-4]。國內(nèi)關(guān)于城市歷史地理信息系統(tǒng)的研究與建設(shè)基本處于探索階段，有多家科研機(jī)構(gòu)或研究群體在探索城市歷史地理信息系統(tǒng)研究與建設(shè)的路線與方法[5-7]，但迄今尚未建立起覆蓋我國主要城市的較為完整的歷史地理信息系統(tǒng)。

鑒于城市歷史地理信息系統(tǒng)的重要性，國家文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展專項(xiàng)資金對中國城市歷史地理信息平臺建設(shè)給予了支持，計(jì)劃以31個(gè)城市的古地圖數(shù)字化成果為基礎(chǔ)，借助WebGIS、HTML技術(shù)，建立可共享的中國城市歷史地理信息數(shù)字平臺，從而挖掘古地圖的科學(xué)價(jià)值，拓展城市歷史地理研究的空間和手段，為城市規(guī)劃建設(shè)、歷史文化挖掘提供支持，也為歷史地圖編制出版提供內(nèi)容資源。

本文介紹了中國城市歷史地理信息平臺設(shè)計(jì)理念、構(gòu)架體系與實(shí)現(xiàn)方式，并對其最新建設(shè)情況與主要功能進(jìn)行了詳細(xì)說明，以期能促進(jìn)中國城市歷史地理信息的傳播、共享與挖掘，為豐富中國城市歷史地理研究提供數(shù)據(jù)與技術(shù)支持。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系

中國城市歷史地理信息系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)體系采用C/S和B/S混合架構(gòu)，以實(shí)現(xiàn)對古地圖數(shù)據(jù)的管理和服務(wù)(如圖1所示)。系統(tǒng)后臺采用C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對古地圖數(shù)據(jù)的編輯、更新和維護(hù)工作；系統(tǒng)前臺采用B/S架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用服務(wù)層中的各個(gè)邏輯子模塊功能，包括古地圖顯示、查詢、定位、分析、制圖、出版等。

圖1　系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系

系統(tǒng)平臺采用SQL Server數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)和ArcGIS軟件體系搭建?？紤]到古地圖數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)安全性要求高，采用SQL Server 2008管理數(shù)據(jù)，其中屬性數(shù)據(jù)直接通過SQL Server進(jìn)行存儲和管理，空間數(shù)據(jù)采用SQL Server+ArcSDE方式進(jìn)行管理。服務(wù)器端空間數(shù)據(jù)發(fā)布采用ArcGIS Server 10.1實(shí)現(xiàn)，客戶端功能開發(fā)采用HTML5技術(shù)實(shí)現(xiàn)，后臺數(shù)據(jù)管理利用ArcGIS Engine實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)體系如圖2所示。

圖2　系統(tǒng)軟件結(jié)構(gòu)體系

2. 系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

(1) 數(shù)據(jù)庫組成

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫由地理空間數(shù)據(jù)庫、屬性數(shù)據(jù)庫和元數(shù)據(jù)組成。空間數(shù)據(jù)庫主要存放經(jīng)過掃描、拼接、配準(zhǔn)、校正及數(shù)字化后的歷史地圖的各種點(diǎn)、線、面信息。屬性數(shù)據(jù)庫存放古地圖中的各種文字信息及時(shí)間屬性，通過這些屬性可以展現(xiàn)不同歷史時(shí)期地名、行政區(qū)劃等信息的變遷。元數(shù)據(jù)描述系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中所有數(shù)據(jù)要素及加工過程的基礎(chǔ)信息，包括要素名稱、分類代碼、幾何類型、屬性描述、與相關(guān)地物關(guān)系、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)存儲等方面的內(nèi)容。元數(shù)據(jù)主要分為數(shù)據(jù)庫、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)項(xiàng)3個(gè)級別的內(nèi)容，各部分以目錄形式存儲。它一方面提供給用戶作為數(shù)據(jù)說明；另一方面作為系統(tǒng)自動化處理的數(shù)據(jù)目錄，提高數(shù)據(jù)庫的管理水平，方便用戶的使用及系統(tǒng)維護(hù)。

(2) 數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1) 數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫物理結(jié)構(gòu)上采用集中式管理，所有數(shù)據(jù)統(tǒng)一存儲在中央數(shù)據(jù)庫，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。

2) 數(shù)據(jù)庫邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用SQL Server數(shù)據(jù)庫和ArcSDE軟件體系搭建。考慮到古地圖數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)安全性要求高，采用SQL Server 2008管理數(shù)據(jù)，其中屬性及圖片數(shù)據(jù)直接通過SQL Ser-ver進(jìn)行存儲和管理，空間數(shù)據(jù)(矢量與柵格數(shù)據(jù))采用SQL Server+ArcSDE方式進(jìn)行管理。

3) 數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。對每一個(gè)歷史要素賦一個(gè)唯一的ID(使兩個(gè)地名空間上存在著空間上的繼承關(guān)系)，每個(gè)ID都對應(yīng)著空間拓?fù)潴w中的具體圖元，可以通過ID定位該地名在空間的位置，也可以通過其空間位置檢索到與之相關(guān)的屬性數(shù)據(jù)。每個(gè)ID都記錄著該地名在其生命周期內(nèi)的空間位置和屬性數(shù)據(jù)。同一時(shí)間段的地名ID可以通過層級關(guān)系描述其靜態(tài)拓?fù)潢P(guān)系，不同時(shí)間段的ID可以通過ID命名算法來建立關(guān)聯(lián)。

(3) 數(shù)據(jù)庫模型設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)空間對象歷史信息的有效管理，中國城市歷史地理信息平臺引入雙重時(shí)域數(shù)據(jù)庫模型，既支持對空間對象有效時(shí)間的操作處理，也支持對空間對象歷史時(shí)間的操作處理，并且定義了兩種不同時(shí)域的聯(lián)系。時(shí)間維度是時(shí)空數(shù)據(jù)庫的重要屬性，考慮到不同城市歷史發(fā)展的水平及地圖資料的年代屬性，本系統(tǒng)以歷史地圖所呈現(xiàn)的歷史年代為時(shí)間維度，以期復(fù)原城市發(fā)展歷史脈絡(luò)。

三、系統(tǒng)主要功能模塊

1. 系統(tǒng)服務(wù)器端功能

服務(wù)器端功能包括：①添加數(shù)據(jù)源：選擇數(shù)字化好的城市MDB數(shù)據(jù)庫，打開相應(yīng)數(shù)據(jù)庫的文件，并進(jìn)行相應(yīng)的配圖操作(如圖3所示)；②配置服務(wù)地址：配置服務(wù)所在機(jī)器的IP地址和賬戶名和密碼，可使其在不同服務(wù)器間進(jìn)行部署(如圖4所示)；③管理服務(wù)：通過對服務(wù)的管理控制，后臺添加服務(wù)并啟動服務(wù)后在前臺可直接展示和操作(如圖5所示)。

圖3　地圖數(shù)據(jù)添加功能界面

圖4　地圖服務(wù)地址配置界面

圖5　地圖服務(wù)管理界面

2. 系統(tǒng)客戶端功能

(1) 古今對比

通過搜索當(dāng)代某一地名，地圖高亮定位到該區(qū)域，選擇“全時(shí)期地名顯示”鼠標(biāo)點(diǎn)擊該區(qū)域，以列表的形式彈出該區(qū)域在不同歷史時(shí)期的相關(guān)屬性信息，如名稱等。此功能可簡單鮮明地對比出這一區(qū)域的屬性歷史變遷，如圖6所示。

圖6　古今對比功能界面

(2) 歷史信息查詢

1) 空間歷史信息查詢：通過選擇某一時(shí)期的主題數(shù)據(jù)，進(jìn)行區(qū)域選擇(包括畫點(diǎn)、畫線、畫矩形、畫圓等)，以屬性框的形式彈出所選區(qū)域的屬性信息(如圖7所示)。

2) 歷史屬性信息查詢：通過屬性條件來進(jìn)行空間定位查詢，查詢結(jié)果以高亮顯示在地圖上(如圖8所示)。

圖7　空間歷史信息查詢界面

圖8　歷史屬性信息查詢界面

(3) 城市變遷

通過選擇兩個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)或全體數(shù)據(jù)來進(jìn)行切換顯示，并伴隨著透明度的變化，從整體上直觀地展示北京市在各時(shí)期的主要變化，并可放大到具體的某一區(qū)域，查看變化信息(如圖9所示)。

圖9　城市變遷功能界面

(4) 主題變化

通過選擇某一確定的主題，如湖泊，查看其在不同時(shí)期的輪廓變化，并將不同時(shí)期的輪廓范圍進(jìn)行高亮切換顯示(如圖10所示)。另外，系統(tǒng)可對某一主題不同時(shí)期的分布面積進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，可直接以圖表的形式進(jìn)行展示(如圖11所示)，用戶也可以導(dǎo)出相關(guān)數(shù)據(jù)。對整個(gè)主題信息進(jìn)行變化裁剪，即對兩個(gè)時(shí)期所選主題的變化區(qū)域進(jìn)行裁剪輸出展示(如圖12所示)。

圖10　主題變化功能界面

圖11　主題變化信息統(tǒng)計(jì)界面

圖12　主題變化區(qū)域顯示功能界面

(5) 歷史地圖

對于不了解地理信息系統(tǒng)的廣大用戶，通過鍵盤左右鍵操作，以“翻頁”效果展示某一城市、不同時(shí)期的地圖，讓用戶可以直觀地感受城市歷史變遷(如圖13所示)。

圖13　歷史地圖界面

四、結(jié)束語

本文以對中國31個(gè)主要城市的古地圖數(shù)字化為基礎(chǔ)，借助地理信息系統(tǒng)、Web Service與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了中國城市歷史地理信息平臺。該系統(tǒng)平臺具備地圖瀏覽、歷史數(shù)據(jù)編輯、古今數(shù)據(jù)同步展現(xiàn)、古今地名查找定位、歷史專題查詢分析、歷史專題圖制作、數(shù)據(jù)發(fā)布等功能，從而充分挖掘了古地圖的科學(xué)價(jià)值，拓展了城市歷史地理研究的空間和手段，為城市規(guī)劃、城市建設(shè)、城市歷史文化的挖掘、城市文化的形象宣傳及相關(guān)決策提供了支持，也為古地圖整理出版和歷史地圖編制出版提供了重要的內(nèi)容資源。

與現(xiàn)代資料不同，歷史數(shù)據(jù)不僅保存形式多元，而且多是模糊、不規(guī)范的非量化數(shù)據(jù)，還涉及空間和時(shí)間兩個(gè)維度，在數(shù)據(jù)處理上存在一定的難度，未來可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)整合數(shù)據(jù)資源并對平臺作進(jìn)一步完善。

參考文獻(xiàn)：

[1]侯仁之.城市歷史地理的研究與城市規(guī)劃[J].地理學(xué)報(bào)，1979，34(4)：315-328.

[2]SIEBERT L J. Using GIS to Document,Visualize, and Interpret Tokyo’s Spatial History [J]. Social Science History, 2000,24(3):537-574.

[3]GREGORY I N, SOUTHALL H. Putting the Past in Its Place: the Great Britain Historical GIS [M].London: Taylor & Francis,1998：210-221.

[4]FITCH C A, RUGGLES S. Building the National Historical Geographic Information System[J]. Historical Methods: A Journal of Quantitative & Interdisciplinary History，2003, 36(1): 41-60.

[5]曹靜.中國歷史地理信息系統(tǒng):再現(xiàn)兩千年中國歷史地理變遷[J].中國測繪，2002(4): 46.

[6]張曉東.GIS與歷史地理學(xué)[J].地球信息科學(xué)，2006，8(2):38-39.

[7]王均，陳向東，宇文仲.歷史地理數(shù)據(jù)的GIS應(yīng)用處理——以清時(shí)期的陜西為例[J].地球信息科學(xué)，2003，5(1)：58-61.

[8]劉彬, 李丹農(nóng), 姚遠(yuǎn)方. 基于地圖的城市演變的空間信息提取方法[J]. 測繪通報(bào), 2015(2): 106-108,112.

[9]彭金輝,劉素玉,田偉,等. 城市歷史文化風(fēng)貌街區(qū)房屋現(xiàn)狀調(diào)查測繪及三維建模--以原漢口英租界為例[J]. 測繪通報(bào), 2014(10): 98-100.

[10]左偉, 王俊友, 趙海云, 等. 基于WebGIS的網(wǎng)絡(luò)地理信息資源獲取與坐標(biāo)投影轉(zhuǎn)換技術(shù)研究--以天地圖為例[J]. 測繪通報(bào), 2015(4): 122-124.

[11]牛習(xí)現(xiàn)，王穎，程曉榮.時(shí)空數(shù)據(jù)庫模型及其應(yīng)用[J].華北電力大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，30(3)：73-76.

作者簡介：卜慶華(1977—)，男，碩士，副編審，主要研究方向?yàn)闅v史地理學(xué)、地圖文化。E-mail：buqinghua@sinomaps.com

收稿日期：2015-10-05

中圖分類號：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)12-0070-04

引文格式： 卜慶華，李曉松，王茂洋，等. WebGIS下的中國城市歷史地理信息平臺的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測繪通報(bào)，2015(12)：70-73.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.382