袁三明，朱蘭艷

(昆明理工大學(xué)，云南 昆明 650093)

1 引 言

歷史地圖提供了豐富的人類活動(dòng)與環(huán)境變化的歷史痕跡，包括國(guó)家與地區(qū)的政治、經(jīng)濟(jì)、軍事、人文演變等。梁?jiǎn)⒄抡J(rèn)為歷史地圖已經(jīng)成為人們了解或研究歷史變遷最佳的信息來(lái)源且應(yīng)用范圍極廣[1]。吳鵬飛認(rèn)為可以從歷史地圖去了解建筑史和城市史[2]。中國(guó)古代和近代的地圖擁有豐富的歷史和文化價(jià)值，同時(shí)也記載著詳盡的地理信息，但在移動(dòng)、使用和存儲(chǔ)方面依然存在很多問(wèn)題，需要提出新的技術(shù)和方法完善歷史地圖的研究模式[3]。目前，很多學(xué)者對(duì)歷史地圖的應(yīng)用和處理已有很多研究。樂(lè)玲等查閱古籍資料使用ArcGIS技術(shù)直接制作矢量地圖[4]。趙鍇等探究了計(jì)里畫方與現(xiàn)代投影和坐標(biāo)系統(tǒng)的數(shù)理關(guān)系，并且提出了新的古今地圖坐標(biāo)配準(zhǔn)方法[5]。熊助國(guó)等提出了一種掃描技術(shù)來(lái)制作數(shù)字地圖的方法，可以快速完成歷史地圖影像到矢量數(shù)字影像的轉(zhuǎn)換[6]。但是，單純的數(shù)字化歷史地圖使用依舊存在局限性。傳統(tǒng)的桌面GIS軟件使用不同的數(shù)據(jù)引擎進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，需要使用多種數(shù)據(jù)服務(wù)層訪問(wèn)技術(shù)調(diào)取數(shù)據(jù)。矢量數(shù)據(jù)、柵格數(shù)據(jù)以及服務(wù)數(shù)據(jù)等在應(yīng)用和操作時(shí)協(xié)同性降低且使地圖對(duì)比方式單一[7]。ArcGIS Online是基于網(wǎng)絡(luò)云技術(shù)開(kāi)發(fā)的新一代WebGIS應(yīng)用，具備不依賴本地資源的空間數(shù)據(jù)儲(chǔ)存、分析以及管理能力，使用戶能夠以網(wǎng)絡(luò)發(fā)布的方法使用在線服務(wù)器托管地圖數(shù)據(jù)資源?？梢愿鶕?jù)研究目的搭建GIS云平臺(tái)并基于云平臺(tái)對(duì)地圖進(jìn)行研究以及制作相關(guān)應(yīng)用系統(tǒng)共享數(shù)據(jù)[8]。沈正波[9]、肖瑋[10]、Jan Miklín[11]以及趙杏杏[12]等學(xué)者分別將ArcGIS Online應(yīng)用在了校園三維模型建立、H7N9信息查詢、昆蟲(chóng)分布和水利信息查詢等方面。

16世紀(jì)，西方的制圖技術(shù)進(jìn)入中國(guó)。清末民初，中國(guó)的制圖技術(shù)更加完善，地圖精度更高。北京曾作為“中華民國(guó)”的首都，留下了大量反映當(dāng)時(shí)社會(huì)現(xiàn)象和時(shí)代背景的地圖[13]。本文以民國(guó)時(shí)期的北京地圖為例，對(duì)其進(jìn)行數(shù)字復(fù)原處理、云平臺(tái)構(gòu)建和基于云平臺(tái)的動(dòng)態(tài)對(duì)比分析研究。探討歷史地圖的數(shù)字化Web應(yīng)用，為更好地發(fā)掘歷史信息和研究城市變遷提供方法。

2 研究對(duì)象

2.1 地圖數(shù)據(jù)

民國(guó)時(shí)期各雜志社和出版社制作和出版了大量的地圖，成果豐碩。民國(guó)27年(1938年)北京文雅社刊發(fā)的《北京市最新詳細(xì)全圖》，盡管制圖精度與現(xiàn)代地圖存在差距，卻也相當(dāng)全面地反映了20世紀(jì)三十年代“老北京” 的空間特征[14]。天津中東石印局印制的比例尺為 1∶15 850的《北京地圖》與1921年日新輿地學(xué)社刊發(fā)的比例尺 1∶18 000的《北平市全圖》(如圖1所示)等地圖記錄了許多反映時(shí)代特征的地物，諸如消防局、公安局、郵務(wù)管理局等機(jī)構(gòu)，貿(mào)易商池田、日本制鐵株式會(huì)社、井上福等洋行，北京電燈、愛(ài)知號(hào)、華北實(shí)業(yè)等新興企業(yè)，以圖例符號(hào)標(biāo)注教堂、寺廟、倉(cāng)庫(kù)、學(xué)校、橋梁、道路、輸電線路、鐵路以及外城及郊區(qū)的池塘、樹(shù)林、村鎮(zhèn)和墳塋等地物。代表了民國(guó)時(shí)期北京地圖科學(xué)編圖的時(shí)代背景和制圖水平，是當(dāng)時(shí)中國(guó)地圖出版的一種展示。從水木社區(qū)獲取到《北平市全圖》，詳細(xì)參數(shù)如表1所示。

《北平市全圖》詳細(xì)參數(shù) 表1

圖1 北平市全圖

同時(shí)從IT社區(qū)(CSDN)獲取到2018年的北京道路和地塊矢量數(shù)據(jù)，地理坐標(biāo)系為WGS-84，范圍包括現(xiàn)今北京全市。配準(zhǔn)底圖《北京城近郊區(qū)》為TIF格式，比例尺為 1∶90 000，范圍包括現(xiàn)今海淀區(qū)、朝陽(yáng)區(qū)、西城區(qū)、東城區(qū)以及豐臺(tái)區(qū)。

2.2 研究區(qū)域

民國(guó)時(shí)期至今，北京城經(jīng)歷過(guò)戰(zhàn)亂和戰(zhàn)后重建革新，部分歷史地物已經(jīng)被新興地物取而代之。研究和了解這塊土地上諸多地物的出現(xiàn)、變化與消失，對(duì)歷史的解讀和傳統(tǒng)的繼承都有著很多益處。民國(guó)時(shí)期的北京地圖保存著當(dāng)時(shí)的地理信息，研究這類地圖能夠直觀了解北京百年間的變遷。而在現(xiàn)今最繁華與繁忙的區(qū)域，這種變化無(wú)疑也是最明顯和最有特點(diǎn)的。西單站不僅是地鐵1號(hào)線和4號(hào)線的換乘站，而且有西單大悅城等眾多商業(yè)中心。通過(guò)熱力圖可知，通勤高峰期時(shí)段，西單地鐵站及周圍熱力值較高。而天安門廣場(chǎng)南北長(zhǎng) 880 m，東西寬 500 m，面積達(dá)44公頃，可容納100萬(wàn)人舉行盛大集會(huì)[15]。且大面積的建設(shè)中必然改變諸多地貌，包括其周圍用地、道路建設(shè)與公共設(shè)施等?；谝陨显?，本文選取西單與天安門廣場(chǎng)及其附近地塊作為道路和地物變遷的研究區(qū)域。

3 技術(shù)與方法

3.1 數(shù)字化處理

目前，柵格地圖的矢量化處理和桌面軟件專題制圖已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用[16]。特別是遙感攝影與實(shí)測(cè)地圖的精確配準(zhǔn)：完成同位地物的準(zhǔn)確重合與空間位置提取，從而實(shí)現(xiàn)地理信息轉(zhuǎn)繪、地圖更新以及專題地圖制作[17]。將民國(guó)時(shí)期北京的紙質(zhì)版地圖或掃描或復(fù)制出柵格影像，根據(jù)道路交叉點(diǎn)、湖泊、城門、故宮四角等古今同名而位置未發(fā)生變化的地物與配準(zhǔn)底圖《北京城近郊區(qū)》進(jìn)行配準(zhǔn)。配準(zhǔn)后的北京地圖可以與其他任何有相同坐標(biāo)系統(tǒng)的現(xiàn)代地圖進(jìn)行對(duì)比，在對(duì)比過(guò)程中可以直觀地了解北京城的地物變化[18]。《北平市全圖》數(shù)字化流程如圖2所示，得到矢量道路與地塊等結(jié)果(圖3)，本地占用空間減少95.2%。

圖2 數(shù)字化流程圖

圖3 民國(guó)時(shí)期北京矢量圖

3.2 云平臺(tái)構(gòu)建

ArcGIS Online(圖4)是Esri開(kāi)發(fā)的基于網(wǎng)絡(luò)的制圖、分析和共享新模式。允許加載包含交互式地圖和3D場(chǎng)景在內(nèi)的地圖[19]。能夠?qū)崿F(xiàn)公眾參與，讓大眾了解和測(cè)量地理數(shù)據(jù)。地圖資源和矢量數(shù)據(jù)都存儲(chǔ)在安全且私密的云托管中，可使本地儲(chǔ)存空間得到釋放。

圖4 ArcGIS Online

根據(jù)歷史地圖的特點(diǎn)，GIS云平臺(tái)可分為三個(gè)部分：

(1)數(shù)據(jù)資源：分別是在線底圖數(shù)據(jù)和數(shù)字化歷史地圖；

(2)應(yīng)用模板：主要是動(dòng)態(tài)對(duì)比分析模板；

(3)用戶權(quán)限：所有人都可訪問(wèn)。

通過(guò)平臺(tái)配置實(shí)現(xiàn)歷史地圖的查看和分析功能，依次配置地圖圖層、窗口查看器、分析模板、組別和訪問(wèn)方式，完成應(yīng)用程序發(fā)布即可對(duì)地圖進(jìn)行查看和分析[20]。地圖圖層配置主要依靠ArcMap和在線文件傳輸將桌面矢量數(shù)據(jù)作為地圖圖層發(fā)布到云儲(chǔ)存托管。分析模板基于模型創(chuàng)建器(Model Builder)構(gòu)建應(yīng)用模板，模型創(chuàng)建器連接于ArcGIS桌面程序中屬于可調(diào)用的工具窗口，通過(guò)模型創(chuàng)建器將地理數(shù)學(xué)模型、分析程序以及分析窗口結(jié)合起來(lái)，可以在創(chuàng)建器中修改或搭建分析模型。創(chuàng)建完成之后可以將應(yīng)用模板保存成工具盒中的工具選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)調(diào)用[21]。本文所構(gòu)建的GIS云平臺(tái)使用了動(dòng)態(tài)對(duì)比分析模板來(lái)進(jìn)行信息挖掘，借助了垂直條塊來(lái)比較道路和地塊Web地圖，拉動(dòng)條塊即可卷起道路對(duì)比圖層并顯示地塊對(duì)比圖層(如圖5所示)。

圖5 云平臺(tái)動(dòng)態(tài)對(duì)比分析

將組別設(shè)置為公共，然后將包含地圖資源和模板的應(yīng)用程序保存到設(shè)置好的組別中。完成歷史地圖云平臺(tái)構(gòu)建后，可將應(yīng)用程序嵌入網(wǎng)頁(yè)、社交群組或微博中，在多種即時(shí)程序或聯(lián)網(wǎng)設(shè)備中共享歷史地圖數(shù)據(jù)，公眾可以通過(guò)瀏覽器、移動(dòng)電話、URL鏈接(https：//arcg.is/04Duu)和ArcGIS軟件等對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行瀏覽和應(yīng)用[22]。這樣便能實(shí)現(xiàn)地圖信息和分析程序的公共閱覽和信息調(diào)用。

4 地圖信息

從民國(guó)時(shí)期北京矢量圖中僅可得知：西單位于西長(zhǎng)安街和宣武門大街的交接處；西單為終點(diǎn)，西長(zhǎng)安街沒(méi)有向西延伸；天安門廣場(chǎng)占用了中山路和大量胡同及建筑用地。西單與天安門廣場(chǎng)區(qū)域道路與建筑密度較高，使用ArcMap疊加分析時(shí)地物對(duì)比不明顯且地物復(fù)雜度高會(huì)導(dǎo)致錯(cuò)誤查閱和遺漏查閱，最終不能詳細(xì)研究地物變遷。

從動(dòng)態(tài)分析中可以看到，相較于民國(guó)時(shí)期的西單地區(qū)，現(xiàn)代道路以祖邱胡同等巷子為延伸基礎(chǔ)聯(lián)通了西單以西，并且成為北京東西方向的主要道路。西單牌樓里有戲院、醫(yī)院、飯館等場(chǎng)所，如同現(xiàn)代的商業(yè)中心，但關(guān)帝廟、后牛肉灣、前牛肉灣和崇德中學(xué)等皆被拆除。現(xiàn)在該地建設(shè)有一座中國(guó)人保大廈和西單地鐵站E出口。西單周圍的很多巷道胡同和歷史建筑已經(jīng)拆除，如北辰報(bào)社等建筑已經(jīng)消失；西單東北方的北安里、崇善里、南安里、馬館、西二條、大柵欄等地方已經(jīng)被規(guī)劃成為西單廣場(chǎng)；魯迅中學(xué)原址為民國(guó)時(shí)期的民國(guó)學(xué)院和一些街道與民宅。雖然很多的胡同和四合院等建筑已經(jīng)被拆除和改建，但西長(zhǎng)安街、宣武門大街等街道名稱沒(méi)有變化。同時(shí)也出現(xiàn)了新的胡同和道路，如鬧市口北街和西單北大街中間區(qū)域里的大木倉(cāng)胡同、皮庫(kù)胡同、二龍路和華遠(yuǎn)街等。

天安門廣場(chǎng)拓寬所占區(qū)域包括中華門東邊的部分公安局、消防局、郵政局等區(qū)域，還包括西邊的桃竹胡同、小鐘府、大中府胡同、左府胡同、黑皮大院、大四嚴(yán)井和小四嚴(yán)井、宋家胡同、前府胡同等部分區(qū)域。現(xiàn)在，公安街已經(jīng)被拆除，天安門周圍的道路也得到改良與重新設(shè)計(jì)。清末民初時(shí)的各國(guó)使館已經(jīng)被重新規(guī)劃，各使館之間的道路已經(jīng)被拓寬，且在澳大利亞使館和兵營(yíng)、德國(guó)兵營(yíng)、天主教堂、法國(guó)兵營(yíng)、海關(guān)稅務(wù)司辦事處等建筑之間新增了道路。

動(dòng)態(tài)對(duì)比分析還可以簡(jiǎn)潔明了地觀察北京全城地物的變遷趨勢(shì)，即道路變化趨勢(shì)表現(xiàn)為主體道路、輔助道路以及小路巷子等道路數(shù)量的總體增加。而在地塊對(duì)比中可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代北京城的建設(shè)較之民國(guó)時(shí)期，建筑更加密集，地塊使用率更高，道路規(guī)劃更加通暢。中海、南海及北海的湖泊面積增加，且北海被規(guī)劃為公園。

5 結(jié) 論

北京城擁有深厚的歷史文化底蘊(yùn)，需要進(jìn)一步保護(hù)和挖掘。但大到整個(gè)北京城的規(guī)劃建設(shè)，小到一戶人家的搬遷變動(dòng)都在歷史推進(jìn)中不斷變遷。歷史地圖能夠提供具體時(shí)間節(jié)點(diǎn)下的詳細(xì)地貌，保留所處時(shí)代的歷史痕跡。但歷史地圖使用和研究存在困難，不僅精度較差而且不易保存。信息技術(shù)的發(fā)展和WebGIS技術(shù)的應(yīng)用，不僅為歷史地理研究提供了新的途徑，而且使地理信息系統(tǒng)和歷史地理的結(jié)合更加深入和緊密。歷史地圖云平臺(tái)不僅能實(shí)現(xiàn)地圖的數(shù)字復(fù)原、坐標(biāo)糾正和數(shù)據(jù)儲(chǔ)存，還可以將云平臺(tái)發(fā)布到網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)歷史數(shù)據(jù)共享。公眾參與到歷史地理的瀏覽和研究中，最終能夠?qū)崿F(xiàn)歷史地圖的多領(lǐng)域應(yīng)用，最大限度地開(kāi)發(fā)地圖的歷史價(jià)值。

構(gòu)建民國(guó)時(shí)期北京地圖的GIS云平臺(tái)，不僅能為歷史地理的研究提供不同分析方法與模板，還能滿足大眾對(duì)于歷史地圖數(shù)據(jù)的共享需求。例如，①在系統(tǒng)中直觀地比較當(dāng)代地圖與歷史地圖數(shù)百年來(lái)的區(qū)域變化，為歷史研究提供詳細(xì)信息；②將當(dāng)代地圖服務(wù)和歷史地圖服務(wù)聚合，兩者疊加對(duì)比，可以評(píng)估歷史地圖的精度特征；③在特定區(qū)域內(nèi)，針對(duì)聚落分布進(jìn)行空間分析，可以發(fā)現(xiàn)聚落結(jié)構(gòu)的變化；④統(tǒng)計(jì)歷史地名特征，探討地名變化；⑤以歷史地圖為參照，將歷史文獻(xiàn)數(shù)據(jù)空間化并制作歷史專題地圖。結(jié)果表明WebGIS是歷史地理學(xué)發(fā)展中的一種研究方法，對(duì)歷史地理的梳理、儲(chǔ)存、展示、新的發(fā)展方向有重要的影響。將歷史地圖數(shù)字化并搭建GIS云平臺(tái)進(jìn)行在線分析和數(shù)據(jù)共享，便于進(jìn)行歷史地理的研究。