GIS技術(shù)在古城資源保護(hù)與利用中的應(yīng)用研究
——以揚(yáng)州古城保護(hù)為例

熊 焰，石華勝，陳正富

(1.江蘇易圖地理信息工程有限公司，江蘇揚(yáng)州225006;2.安徽省地礦局安慶測(cè)繪技術(shù)院，安徽安慶246001)

GIS技術(shù)在古城資源保護(hù)與利用中的應(yīng)用研究
——以揚(yáng)州古城保護(hù)為例

熊 焰1，石華勝2，陳正富1

(1.江蘇易圖地理信息工程有限公司，江蘇揚(yáng)州225006;2.安徽省地礦局安慶測(cè)繪技術(shù)院，安徽安慶246001)

以揚(yáng)州古城保護(hù)資源數(shù)據(jù)庫及地理信息系統(tǒng)建設(shè)為例，結(jié)合揚(yáng)州歷史古城保護(hù)管理工作，從數(shù)據(jù)搜集、資料整理、專題測(cè)繪、試點(diǎn)普查等基礎(chǔ)性研究工作著手，闡述古城保護(hù)資源目錄及分類標(biāo)準(zhǔn)體系的建立，并基于地址編碼實(shí)現(xiàn)非空間數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)的信息關(guān)聯(lián)方法，探討建立古城歷史文化資源管理及共享應(yīng)用的插件式GIS技術(shù)框架。

古城保護(hù);GIS;地址編碼;插件式框架

一、前 言

揚(yáng)州是國務(wù)院首批公布的24座歷史文化名城之一，有著近2500年的悠久歷史。數(shù)千年的歷史積淀給揚(yáng)州留下了燦爛的文化、眾多的文物古跡，以及厚重的底蘊(yùn)。在5.09 km2的明清古城內(nèi)就現(xiàn)存500多條古街巷、900多處歷史文化建筑、市級(jí)以上文物保護(hù)省單位123處，這是揚(yáng)州悠久歷史、燦爛文化的集中體現(xiàn)，也是揚(yáng)州古城風(fēng)貌、名城特色的集聚區(qū)域。如何有效地保護(hù)歷史文化名城資源，探索古城資源保護(hù)與利用的新技術(shù)、新手段，是當(dāng)前相關(guān)政府部門面對(duì)的新課題。

在以往的古城保護(hù)規(guī)劃與管理中，大多采用傳統(tǒng)的方式和手段收集基礎(chǔ)資料。這些基礎(chǔ)資料通常會(huì)因設(shè)計(jì)人員的利用目的、設(shè)計(jì)觀念、技術(shù)水平的不同而參差不一，從而造成基礎(chǔ)資料收集的不完整。在設(shè)計(jì)階段，從感性的角度去分析收集的現(xiàn)狀基礎(chǔ)資料，往往缺乏對(duì)現(xiàn)狀基礎(chǔ)資料快速準(zhǔn)確的分析，使得古城保護(hù)規(guī)劃無法在綜合考慮多源相關(guān)資料、相關(guān)影響的基礎(chǔ)上作出科學(xué)的分析和規(guī)劃決策。同時(shí)，由于古城保護(hù)是一項(xiàng)長期的、動(dòng)態(tài)的過程，需要全過程的動(dòng)態(tài)管控和調(diào)整，這就需要文管、規(guī)劃及城市建設(shè)部門能夠及時(shí)掌握古城齊全的歷史及現(xiàn)狀資料，并將此作為管理部門保護(hù)和管控的依據(jù)。多年來，因天災(zāi)、人禍等諸多原因?qū)е挛奈锕袍E損毀的事件時(shí)有發(fā)生，而又由于缺乏完整的歷史資源檔案，因此修復(fù)和復(fù)建工作十分困難。為此，探索運(yùn)用新技術(shù)、新手段來解決古城現(xiàn)狀調(diào)查、歷史資源信息管理及古城保護(hù)管理工作中遇到的問題成了當(dāng)務(wù)之急。隨著計(jì)算機(jī)信息技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)繪技術(shù)的發(fā)展，特別是GIS技術(shù)應(yīng)用的廣泛延伸，給這些問題的解決帶來了契機(jī)。

二、古城保護(hù)資源數(shù)據(jù)的搜集、采集及組織

揚(yáng)州現(xiàn)存的明清古城(舊城和新城)，盡管面積只有5.09 km2，但歷經(jīng)隋、唐、宋、元、明、清多個(gè)朝代疊壓，歷史遺存豐富。研究初期先在文管部門、城建檔案館搜集整理了大量的歷史資料，然后重新調(diào)查測(cè)繪了老城區(qū)范圍內(nèi)的所有街巷。但由于老城內(nèi)傳統(tǒng)的有保護(hù)價(jià)值的民居方面資料缺乏，為此筆者選擇渡江路以東、廣陵路以南的0.4 km2試驗(yàn)區(qū)開展資源調(diào)查，并選擇個(gè)園、匏廬、賈氏庭園、嶺南會(huì)館開展保護(hù)性基礎(chǔ)測(cè)繪試點(diǎn)工作，建立建筑群總平面、保護(hù)建筑平立剖等電子圖檔，并拍攝高清圖片和視頻資料，如圖1～圖4所示。

在數(shù)據(jù)組織上，對(duì)照片、文字及視頻等非空間數(shù)據(jù)，需要建立與空間數(shù)據(jù)的屬性關(guān)聯(lián)，才能方便非空間屬性數(shù)據(jù)的檔案查閱。而地理編碼可以有效地解決用戶的現(xiàn)實(shí)世界語言同計(jì)算機(jī)空間信息語言之間的轉(zhuǎn)換，即根據(jù)自然語言描述的地址字符串自動(dòng)生成標(biāo)準(zhǔn)地址，并根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)地址，生成實(shí)際坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)空間定位。

圖1 研究范圍

圖2 古城街巷

圖3 個(gè)園總平面測(cè)繪圖

圖4 個(gè)園古建保護(hù)測(cè)繪成果

地址編碼由14位數(shù)字組成，依次為:6位市行政轄區(qū)代碼、3位街道(鎮(zhèn))代碼、3位社區(qū)代碼和2位單元網(wǎng)格順序碼。編碼結(jié)構(gòu)如圖5所示。編碼工作流程如圖6～圖7所示。

圖5 編碼規(guī)則圖

圖6 地理編碼組成

圖7 編碼工作流程

三、古城保護(hù)資源目錄及分類標(biāo)準(zhǔn)

建立歷史古城保護(hù)資源空間數(shù)據(jù)庫，最重要的是要建立資源保護(hù)的專題數(shù)據(jù)庫，首先需要做的工作就是梳理保護(hù)資源的目錄體系及其分類標(biāo)準(zhǔn)。參照全國第三次文物普查不可移動(dòng)文物分類標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合國家歷史文化名城三級(jí)保護(hù)的相關(guān)技術(shù)要求及GIS技術(shù)特點(diǎn)，揚(yáng)州歷史古城資源保護(hù)與利用專題數(shù)據(jù)庫主要包括:歷史名城保護(hù)資源(歷代城池、歷史水系、古城園林分布、城門遺址、古城街巷、建筑屬性)、歷史街區(qū)保護(hù)資源(歷史文化街區(qū)、傳統(tǒng)建筑群、重要保護(hù)街巷)、保護(hù)建筑資源(文保建筑、傳統(tǒng)建筑、宗教建筑)等歷史名城三級(jí)保護(hù)數(shù)據(jù)，以及老字號(hào)、歷史人物、歷史事件等古城歷史文化資源數(shù)據(jù)。通過收集大量有關(guān)古城區(qū)的文獻(xiàn)、圖片、視頻等資料，并將其與特定的地點(diǎn)、人物、事件相對(duì)應(yīng)，以形成重要的古城歷史資源保護(hù)數(shù)據(jù)庫。

要素分類采用線分類法，要素類型按從屬關(guān)系依次分為4級(jí):大類、中類、小類、子類。

大類包括:自然環(huán)境、城市空間格局、文物古跡、古樹名木、非物質(zhì)文化遺產(chǎn)、其他等6類;中類在上述各大類基礎(chǔ)上劃分出17類(如表1所示)。

數(shù)據(jù)編碼分類代碼采用6位十進(jìn)制數(shù)字碼，分別為按數(shù)字順序排列的大類(1位)、中類(1位)、小類(2位)和子類碼(2位)，表2為文物古跡中古建筑分類編碼。

表1 古城保護(hù)資源目錄及分類

四、插件式GIS系統(tǒng)框架設(shè)計(jì)

插件技術(shù)是在軟件的設(shè)計(jì)和開發(fā)過程中，將整個(gè)應(yīng)用程序劃分為宿主程序和插件對(duì)象兩部分。宿主程序能夠調(diào)用插件對(duì)象，插件對(duì)象則能夠在宿主程序上實(shí)現(xiàn)自己的邏輯，而兩者的交互基于一種公共的通信契約。宿主程序可以獨(dú)立于插件對(duì)象存在，即使沒有任何插件對(duì)象，宿主程序運(yùn)行也不受影響。因此，可以在避免改變宿主程序的情況下通過增減插件或修改插件的方式增加或調(diào)整功能。由于使用了插件技術(shù)的宿主程序具備了一個(gè)框架的本質(zhì)特征，因此可以將它看做是一種插件式框架。插件式框架能夠有效地降低功能對(duì)象與對(duì)象管理邏輯之間的耦合程度，并將耦合置于最優(yōu)的程度。插件式框架模型將一個(gè)程序的功能劃分為相對(duì)獨(dú)立的模塊，并使模塊以插件的形式存在。這些插件如同一堆功能積木，并在一個(gè)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)下被搭建，成為一個(gè)完整的、可無限擴(kuò)充的應(yīng)用系統(tǒng)。

表2 文物古跡古建筑要素編碼

1)宿主程序設(shè)計(jì):作為插件的依附對(duì)象，主要功能包括主界面實(shí)現(xiàn)、插件對(duì)象解析及插件對(duì)象事件委托關(guān)聯(lián)，實(shí)現(xiàn)各種按鈕、工具條和菜單等UI形式的對(duì)象;插件運(yùn)行引擎，實(shí)現(xiàn)解析插件程序集，提取其中包含的插件類型信息并負(fù)責(zé)將其生成相應(yīng)的插件對(duì)象，并將這些插件對(duì)象存放在插件集合中轉(zhuǎn)交給界面程序處理;實(shí)現(xiàn)平臺(tái)與插件之間的標(biāo)準(zhǔn)通信契約接口，只有實(shí)現(xiàn)了規(guī)定接口的類型對(duì)象才能被插件引擎認(rèn)可為插件組件。

2)框架插件設(shè)計(jì):作為插件式框架具體功能的承載者，插件類型全部保存在插件程序集中，并被插件引擎解析和宿主程序使用。

3)附加組件庫設(shè)計(jì):為輔助框架更好地運(yùn)用而開發(fā)的各種工具集和類庫。

插件式GIS系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)如圖8所示。

圖8 插件式GIS系統(tǒng)框架結(jié)構(gòu)圖

為了適應(yīng)未來系統(tǒng)支持多部門擴(kuò)展應(yīng)用的需求，揚(yáng)州古城保護(hù)資源 GIS系統(tǒng)是基于 ArcGIS Engine開發(fā)組件、插件式系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)思想而開發(fā)的，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)、管理、服務(wù)、應(yīng)用相分離。使用插件式框架主要有以下幾個(gè)特點(diǎn):①可以在無需對(duì)程序進(jìn)行重新編譯和發(fā)布的條件下擴(kuò)展程序的功能;②可以在不需要程序源代碼的環(huán)境下增加新功能;③在一個(gè)程序的業(yè)務(wù)邏輯不斷發(fā)生改變、新的規(guī)則頻頻加入時(shí)適應(yīng)靈活應(yīng)用。

在插件式系統(tǒng)框架下，GIS所有功能都以模塊的方式設(shè)計(jì)和開發(fā)，主框架相當(dāng)于一個(gè)容器，所有功能模塊開發(fā)完成后都以DLL的方式直接載入到主框架中，且各模塊都基于統(tǒng)一的接口，通過提供類似控件模塊的自注冊(cè)機(jī)制，把各模塊注冊(cè)到主框架中。

五、主要應(yīng)用方向

(1)古城保護(hù)規(guī)劃、古城建設(shè)管理應(yīng)用

揚(yáng)州研究建立古城保護(hù)資源數(shù)據(jù)庫，是開展古城資源保護(hù)與利用的基礎(chǔ)性工作，出發(fā)點(diǎn)是為了滿足歷史文化名城保護(hù)管理工作的需要。系統(tǒng)完成后已經(jīng)部署在城市規(guī)劃管理部門，為古城管理提供了基礎(chǔ)地理及古城歷史資源信息等基礎(chǔ)資料，將更加有利于歷史古城的保護(hù)和合理利用。系統(tǒng)不僅彌補(bǔ)了老城區(qū)現(xiàn)場(chǎng)踏勘不能完全掌握地形、地貌的弊端，也實(shí)現(xiàn)了快速全面了解項(xiàng)目周邊各種歷史文化資源信息的需要，為古城保護(hù)與利用提供了科學(xué)的依據(jù)。在老城區(qū)保護(hù)修繕過程中，既可以掌握全面的古城資源信息資料，同時(shí)也可以結(jié)合實(shí)際管理工作實(shí)現(xiàn)修繕竣工檔案資料的入庫管理工作，進(jìn)一步豐富信息資源。

(2)文物保護(hù)管理應(yīng)用

文物保護(hù)管理部門掌握了大量關(guān)于文物保護(hù)單位、建筑等珍貴檔案資料，以往這些資料都是以文字、圖片形式存放在文管部門的檔案室里。通過引入GIS技術(shù)，可將這些分散的檔案資料通過空間定位實(shí)現(xiàn)與現(xiàn)實(shí)建筑的關(guān)聯(lián)對(duì)應(yīng)，有利于形成完整的古城歷史文物檔案數(shù)據(jù)庫，為避免因天災(zāi)、人禍導(dǎo)致的文物損毀后的修復(fù)、復(fù)建工作提供了先進(jìn)的技術(shù)手段，同時(shí)也為文物管理部門利用GIS技術(shù)管理文物資源提供了全新的思路。

(3)政府決策應(yīng)用

歷史古城是無可替代的歷史資源，古城的保護(hù)與利用一直是政府、專家、普通市民共同關(guān)注的話題。建立古城資源信息庫是有效保護(hù)和合理利用的前提，只有在全面掌握信息資源的基礎(chǔ)上，才能作出科學(xué)、合理決策。特別是在改善老城區(qū)居住環(huán)境方面，通過對(duì)老城區(qū)資源的全面調(diào)查、整理入庫，使政府能夠及時(shí)全面掌握老城區(qū)現(xiàn)狀，為作好改造與合理利用提供了分析決策依據(jù)。

六、結(jié)束語

歷史古城是不可再生的歷史文化資源。GIS技術(shù)應(yīng)用到古城保護(hù)，留下了城市的歷史記憶，不僅為開展古城研究、應(yīng)對(duì)古城突發(fā)損壞后的復(fù)建提供了詳實(shí)的歷史檔案資料，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了現(xiàn)存資源與保護(hù)規(guī)劃數(shù)據(jù)的空間一體化，將更有利于古城保護(hù)各級(jí)管理工作的實(shí)施。

［1］ 胡明星，董衛(wèi).GIS技術(shù)在歷史街區(qū)保護(hù)規(guī)劃中的應(yīng)用研究［J］.建筑學(xué)報(bào)，2004(12):63-65.

［2］ 蔣波濤.插件式GIS應(yīng)用框架的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)——基于C#和 ArcGIS Engine9.2［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2008.

On Application of GIS Technique to Protection and Use of Old City Resources——Take Protection of Yangzhou Old City as an Example

XIONG Yan，SHI Huasheng，CHEN Zhengfu

0494-0911(2012)08-0079-04

P208

B

2012-06-29

熊 焰(1964—)，男，江蘇泰興人，高級(jí)工程師，主要從事地理信息數(shù)據(jù)獲取與應(yīng)用工作。