王彥君，王冬梅，楊曉玉

(合肥財(cái)經(jīng)職業(yè)學(xué)院，安徽 合肥 230000)

歷史地圖包括一個(gè)國家或地區(qū)的政治、文化、經(jīng)濟(jì)和軍事等豐富信息，提供了人類活動(dòng)的歷史痕跡，是研究一個(gè)城市歷史變遷的最佳信息來源，具有非常高的歷史和文化價(jià)值[1]。但目前歷史地圖的應(yīng)用還存在如下問題，一是歷史地圖大多以紙質(zhì)進(jìn)行保存，移動(dòng)或使用不方便[2]；二是歷史地圖中歷史文化價(jià)值信息挖掘困難、查找效率低、周期長；三是缺乏信息化的手段對歷史地圖進(jìn)行管理。國內(nèi)許多城市都陸續(xù)開展關(guān)于歷史地圖和文化等方面的信息化建設(shè)，如北京市建設(shè)的北京歷史文化地理信息網(wǎng)，展示了老城整體保護(hù)、老城歷史業(yè)績以及地圖見證歷史等內(nèi)容。本文利用GIS、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，通過對歷史地圖的收集、梳理、整理、標(biāo)準(zhǔn)處理和入庫，搭建歷史地圖綜合管理系統(tǒng)，一方面對歷史地圖進(jìn)行精準(zhǔn)配準(zhǔn)，實(shí)現(xiàn)在統(tǒng)一坐標(biāo)系下，各個(gè)年代的歷史地圖疊加瀏覽和城市變遷展示，另一方面對歷史地圖中的建筑、道路、地名以及綠地等地物要素進(jìn)行數(shù)字化處理和入庫，實(shí)現(xiàn)歷史地圖信息的查詢、統(tǒng)計(jì)和專題圖制作，為政府和公眾提供豐富和詳實(shí)的歷史地理信息服務(wù)。

1 平臺設(shè)計(jì)

1.1 設(shè)計(jì)原則

歷史地圖綜合管理系統(tǒng)建設(shè)的設(shè)計(jì)原則應(yīng)遵循以下幾點(diǎn):一是在分析現(xiàn)有先進(jìn)技術(shù)及發(fā)展趨勢的基礎(chǔ)上，結(jié)合歷史地圖管理的實(shí)際應(yīng)用需求，使用較為先進(jìn)、可靠且擴(kuò)展性強(qiáng)的平臺進(jìn)行建設(shè)[3];二是系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、開發(fā)以及應(yīng)用整個(gè)過程中，應(yīng)從系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)、軟硬件配置、技術(shù)措施和服務(wù)以及運(yùn)維管理等多方面進(jìn)行考慮，以確保系統(tǒng)運(yùn)行的穩(wěn)定性，與此同時(shí)，還須全面考慮數(shù)據(jù)保密和安全級別等問題，以確保歷史地圖數(shù)據(jù)的安全性，防止惡意用戶攻擊系統(tǒng)以及數(shù)據(jù)盜取等;三是系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)按照國家、地方以及行業(yè)相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范執(zhí)行，如歷史地圖地理要素分類編碼標(biāo)準(zhǔn)、數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)以及系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范等;四是系統(tǒng)建設(shè)應(yīng)充分利用已有的軟硬件和數(shù)據(jù)資源，如網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、服務(wù)器、地理信息數(shù)據(jù)等，以便節(jié)約系統(tǒng)建設(shè)成本。

1.2 運(yùn)行模式

歷史地圖綜合管理系統(tǒng)主要包括兩個(gè)不同版本，即專業(yè)版部署于政務(wù)網(wǎng)，服務(wù)于政務(wù)其他部門，如歷史文化名城保護(hù)處、檔案館等工作人員；公眾版部署于互聯(lián)網(wǎng)，一方面服務(wù)于公眾，讓公眾更加了解城市歷史文化知識。為了確保歷史地圖數(shù)據(jù)共享和交換以及數(shù)據(jù)安全，涉密數(shù)據(jù)和非涉密數(shù)據(jù)分別部署于不同的數(shù)據(jù)服務(wù)器，不同網(wǎng)絡(luò)端的應(yīng)用服務(wù)器，通過網(wǎng)閘、安全設(shè)備等網(wǎng)絡(luò)技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)調(diào)用。

1.3 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

歷史地圖綜合管理系統(tǒng)包括B/S端和C/S端混合架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對歷史地圖數(shù)據(jù)的管理、更新維護(hù)以及服務(wù)等功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

通過對歷史地圖收集、整理和處理后，構(gòu)建歷史地圖信息管理數(shù)據(jù)庫，包括歷史地圖屬性數(shù)據(jù)和歷史地圖圖形數(shù)據(jù)，歷史地圖屬性數(shù)據(jù)包括地圖數(shù)據(jù)信息和歷史地圖相關(guān)建筑、道路以及地名的圖片、文本等數(shù)據(jù)；歷史地圖圖形數(shù)據(jù)包括歷史矢量數(shù)據(jù)和歷史柵格圖。歷史地圖新管理數(shù)據(jù)庫中屬性數(shù)據(jù)采用Oracle 11g方式進(jìn)行組織和管理；空間數(shù)據(jù)采用 Oracle+ArcSDE方式進(jìn)行組織和管理；圖片、文本等多媒體數(shù)據(jù)采用文件夾方式進(jìn)行組織和管理。

C/S端歷史地圖綜合管理系統(tǒng)采用ArcGIS Engine進(jìn)行開發(fā)，實(shí)現(xiàn)歷史地圖的編輯、入庫以及更新維護(hù)等功能。

B/S端歷史地圖綜合管理系統(tǒng)采用Eclipse平臺進(jìn)行開發(fā)，通過調(diào)用ArcGIS API for JavaScript實(shí)現(xiàn)Web瀏覽器GIS相關(guān)功能開發(fā)，主要包括歷史地圖瀏覽、查詢、統(tǒng)計(jì)和專題圖制作等功能。

1.4 技術(shù)指標(biāo)和軟硬件配置

系統(tǒng)建設(shè)主要技術(shù)指標(biāo)如下，一是接入容量，系統(tǒng)需支持海量歷史地圖數(shù)據(jù)、從而實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的處理、入庫、展示、查詢、統(tǒng)計(jì)和分析；二是系統(tǒng)響應(yīng)能力，如在100個(gè)用戶并發(fā)訪問平臺時(shí)，系統(tǒng)歷史地圖加載顯示平均時(shí)間在1 s以內(nèi)、系統(tǒng)基本功能響應(yīng)平均時(shí)間在2 s以內(nèi)、查詢統(tǒng)計(jì)等復(fù)雜功能響應(yīng)平均時(shí)間在10 s以內(nèi)；三是系統(tǒng)處理故障能力，系統(tǒng)應(yīng)具備軟硬件和數(shù)據(jù)定期備份和恢復(fù)能力，確保平均無故障時(shí)間大于5 100 h，服務(wù)器平均無故障率大于99%，服務(wù)器故障停機(jī)時(shí)間小于24 h。為達(dá)到上述主要技術(shù)指標(biāo)，系統(tǒng)建設(shè)主要軟硬件配置如表1所示。

表1 平臺軟硬件配置表

2 歷史地圖數(shù)據(jù)處理

2.1 技術(shù)路線

歷史地圖數(shù)據(jù)處理包括數(shù)據(jù)收集、數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)成果入庫三部分。技術(shù)路線示意圖如圖2所示。數(shù)據(jù)收集包括歷史地圖、歷史影像、地方志資料、地理參考、歷史建筑以及全圖參考資料收集；數(shù)據(jù)處理包括歷史地圖處理和歷史地圖數(shù)字化，主要有地圖篩選、地圖裁切、地圖拼接、幾何校正、信息提取以及圖面信息復(fù)原等處理；數(shù)據(jù)成果入庫是將處理好的數(shù)據(jù)入庫，主要包括歷史地圖屬性數(shù)據(jù)庫和歷史地圖圖形數(shù)據(jù)庫，有歷史地形圖、歷史街路圖、歷史各類專題數(shù)據(jù)、歷史影像地圖、歷史照片集以及歷史矢量地圖等。

圖2 數(shù)據(jù)處理技術(shù)路線

2.2 歷史地圖數(shù)據(jù)收集和整理

為了完善和豐富歷史地圖信息管理數(shù)據(jù)庫，從各種渠道收集資料，包括從國家測繪檔案資料館等單位收集歷史地圖(集)、歷史影像、地名錄、地方志、專題圖件和文字材料[4]，開展歷史地圖數(shù)據(jù)的整理工作，按照元明清時(shí)期(1911年前)、民國時(shí)期(1949年前)、建國后(1949年后)，分步進(jìn)行數(shù)據(jù)的整合和篩選?；谑占降脑紨?shù)據(jù)，進(jìn)行統(tǒng)一編號，統(tǒng)一格式和標(biāo)準(zhǔn)，并建立元數(shù)據(jù)、縮略圖、數(shù)據(jù)文檔，形成歷史地圖數(shù)據(jù)集。

2.3 歷史地圖數(shù)據(jù)處理

歷史地圖數(shù)據(jù)處理包括歷史柵格地圖處理和歷史地圖矢量化處理。

歷史柵格地圖處理是根據(jù)地圖特性進(jìn)行地圖裁剪、幾何校正、圖面信息復(fù)原等。地圖裁切需要在保證圖面信息的情況下進(jìn)行，不能減少圖上要素。裁切時(shí)只保留圖廓內(nèi)幅面，特殊情況下圖廓外仍有地物信息，裁切時(shí)需保留，在拼接時(shí)依據(jù)相鄰圖幅的地物信息做具體處理。同時(shí)，部分柵格地圖掃描后出現(xiàn)圖面整體偏暗、無法辨認(rèn)地圖中地名或者字體、尺寸較大的地圖需分幅掃描等問題，要對掃描后的地圖進(jìn)行輻射校正，將地圖內(nèi)的地理信息要素上升到視覺的第一層面[5]。除此以外，歷史地圖很容易因紙張破損、墨跡褪淡等原因?qū)е聢D面信息缺失，需結(jié)合相應(yīng)文獻(xiàn)資料和志書圖說，對圖面信息進(jìn)行修復(fù)。

歷史地圖矢量化處理，是對歷史地圖中的地物要素進(jìn)行矢量化表達(dá)，主要包括地物要素位置的描述和屬性描述。由于不同年代的歷史地圖表達(dá)方式不同，在判別地物時(shí)，要素位置描述需結(jié)合遙感影像和地物要素分布的地理特征進(jìn)行矢量化表達(dá)[6]；地物屬性描述需要借助其他歷史資料、專題資料、文字材料(地名錄、地方志、統(tǒng)計(jì)資料)、圖片資料和其他研究成果、考古資料的信息等。歷史地圖矢量化處理流程如圖3所示。

圖3 歷史地圖矢量化處理流程

3 系統(tǒng)展示

3.1 C/S端系統(tǒng)功能

(1)歷史地圖數(shù)據(jù)編輯。打開處理好的歷史地圖矢量化數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行相應(yīng)的配圖操作。

(2)歷史地圖數(shù)據(jù)入庫更新。通過ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎連接Oracle數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)歷史地圖矢量數(shù)據(jù)入庫和更新。

(3)歷史地圖專題圖制作。系統(tǒng)調(diào)用ArcGIS專題圖制作工具，實(shí)現(xiàn)歷史道路專題、建筑專題、綠地專題、水系專題以及地名地址專題等專題圖制作。并將保存好的專題圖發(fā)布成服務(wù)，為系統(tǒng)瀏覽提供數(shù)據(jù)支撐。

3.2 B/S端系統(tǒng)功能

(1)歷史地圖瀏覽。系統(tǒng)將處理好的歷史柵格地圖和歷史矢量化地圖發(fā)布成服務(wù)進(jìn)行調(diào)用，并在統(tǒng)一的坐標(biāo)系下進(jìn)行瀏覽。主要包括地圖基本操作、圖層控制、坐標(biāo)定位和輔助工具等功能。地圖基本操作，主要功能有全圖、放大、縮小、漫游、長度測量、面積測量、地圖輸出、痕跡清理等[7]，實(shí)現(xiàn)了歷史地圖信息管理數(shù)據(jù)庫中多尺度、多時(shí)序的歷史地圖數(shù)據(jù)疊加顯示，可以清楚地看到城市某一區(qū)域隨著時(shí)間變化而變化；圖層控制，用戶可以控制圖層的顯示與隱藏，通過對各類歷史地圖圖層的上下移動(dòng)調(diào)整各個(gè)圖層之間的疊放順序，而且可以設(shè)置圖層的透明度，以更好地在地圖上展現(xiàn)用戶所需要的歷史地圖信息；坐標(biāo)定位，地圖瀏覽過程中能夠?qū)崟r(shí)顯示用戶鼠標(biāo)停留位置的坐標(biāo)信息，既可以顯示地理坐標(biāo)也可以顯示3度或6度分帶下西安80坐標(biāo)；輔助工具包括地圖標(biāo)繪、收藏和導(dǎo)入導(dǎo)出功能，地圖標(biāo)繪，用戶一方面可以加載標(biāo)繪信息文件，如在歷史地圖上標(biāo)繪某些歷史建筑名稱等；另一方面可以根據(jù)需要自己繪制點(diǎn)、線、面以及文本，并可以將標(biāo)注結(jié)果保存下來。收藏可以將常用的歷史地圖進(jìn)行保存，以便下次瀏覽或應(yīng)用。

(2)歷史地物要素查詢統(tǒng)計(jì)。實(shí)現(xiàn)歷史建筑、道路以及地名的查詢統(tǒng)計(jì)。以歷史建筑查詢統(tǒng)計(jì)為例，查詢包括點(diǎn)查詢和面查詢，點(diǎn)查詢，用戶可在地圖中選擇或手動(dòng)輸入所需坐標(biāo)點(diǎn)，并輸入半徑，查詢以該坐標(biāo)點(diǎn)為圓心的圓形區(qū)域范圍內(nèi)的歷史建筑相關(guān)詳細(xì)信息(建筑年代、建筑位置、建設(shè)保護(hù)單位以及建設(shè)介紹等信息)，面查詢，用戶可在地圖中相應(yīng)位置繪制多邊形，平臺即可顯示在該多邊形區(qū)域范圍內(nèi)的歷史建筑相關(guān)詳細(xì)信息。統(tǒng)計(jì)包括專題屬性信息和多邊型統(tǒng)計(jì)，專題屬性信息統(tǒng)計(jì)可以根據(jù)歷史建筑的年代、區(qū)域以及層數(shù)等屬性進(jìn)行專項(xiàng)統(tǒng)計(jì)；多邊形統(tǒng)計(jì)則是直接統(tǒng)計(jì)多邊形范圍內(nèi)的歷史建筑的數(shù)量。

(3)城市變遷。城市變遷是系統(tǒng)采用多屏對比或者時(shí)間序列播放等方式直觀展示城市的變遷情況，與此同時(shí)，還關(guān)聯(lián)各歷史年代城市行政區(qū)劃面積和人口等信息進(jìn)行展示。

4 結(jié)語

本文以城市近2000年的歷史地圖為基礎(chǔ)，借助GIS、云計(jì)算等先進(jìn)技術(shù)，構(gòu)建了歷史地圖信息管理數(shù)據(jù)庫，搭建了歷史地圖綜合管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了歷史地圖的整合瀏覽、歷史地圖數(shù)據(jù)編輯和更新、歷史建筑、道路以及地名查詢統(tǒng)計(jì)、城市變遷展示等功能，充分挖掘歷史地圖的文化價(jià)值，拓展了歷史地理研究的空間，為城市文化宣傳提供支撐，也為歷史地圖編制出版提供重要數(shù)據(jù)資源。