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

卜慶華，李曉松，王茂洋，潘　倩，王盛華

(1. 中國(guó)地圖出版社，北京 100054； 2. 中國(guó)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

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WebGIS下的中國(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)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(guó)地圖出版社，北京 100054； 2. 中國(guó)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(guó)內(nèi)仍缺乏相對(duì)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(guó)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(kù)技術(shù)，建立了可共享的中國(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)。該平臺(tái)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(zhuān)題查詢分析、歷史專(zhuān)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(tái)

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(lèi)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(kāi)發(fā)越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外學(xué)者的重視。20世紀(jì)90年代，日本、英國(guó)、美國(guó)相繼開(kāi)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(guó)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(guó)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(guó)家文化產(chǎn)業(yè)發(fā)展專(zhuān)項(xiàng)資金對(duì)中國(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)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(guó)城市歷史地理信息數(shù)字平臺(tái)，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(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)設(shè)計(jì)理念、構(gòu)架體系與實(shí)現(xiàn)方式，并對(duì)其最新建設(shè)情況與主要功能進(jìn)行了詳細(xì)說(shuō)明，以期能促進(jìn)中國(guó)城市歷史地理信息的傳播、共享與挖掘，為豐富中國(guó)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(guó)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(duì)古地圖數(shù)據(jù)的管理和服務(wù)(如圖1所示)。系統(tǒng)后臺(tái)采用C/S結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)古地圖數(shù)據(jù)的編輯、更新和維護(hù)工作；系統(tǒng)前臺(tái)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(tái)采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)SQL Server進(jìn)行存儲(chǔ)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(kāi)發(fā)采用HTML5技術(shù)實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)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(kù)設(shè)計(jì)

(1) 數(shù)據(jù)庫(kù)組成

本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)由地理空間數(shù)據(jù)庫(kù)、屬性數(shù)據(jù)庫(kù)和元數(shù)據(jù)組成?？臻g數(shù)據(jù)庫(kù)主要存放經(jīng)過(guò)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(kù)存放古地圖中的各種文字信息及時(shí)間屬性，通過(guò)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(kù)中所有數(shù)據(jù)要素及加工過(guò)程的基礎(chǔ)信息，包括要素名稱、分類(lèi)代碼、幾何類(lèi)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(chǔ)等方面的內(nèi)容。元數(shù)據(jù)主要分為數(shù)據(jù)庫(kù)、數(shù)據(jù)集、數(shù)據(jù)項(xiàng)3個(gè)級(jí)別的內(nèi)容，各部分以目錄形式存儲(chǔ)。它一方面提供給用戶作為數(shù)據(jù)說(shuō)明；另一方面作為系統(tǒng)自動(dòng)化處理的數(shù)據(jù)目錄，提高數(shù)據(jù)庫(kù)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(kù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

1) 數(shù)據(jù)庫(kù)物理結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫(kù)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(chǔ)在中央數(shù)據(jù)庫(kù)，從而保證數(shù)據(jù)的一致性。

2) 數(shù)據(jù)庫(kù)邏輯結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。采用SQL Server數(shù)據(jù)庫(kù)和ArcSDE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)，其中屬性及圖片數(shù)據(jù)直接通過(guò)SQL Ser-ver進(jìn)行存儲(chǔ)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(duì)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(duì)應(yīng)著空間拓?fù)潴w中的具體圖元，可以通過(guò)ID定位該地名在空間的位置，也可以通過(guò)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(guò)層級(jí)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(guò)ID命名算法來(lái)建立關(guān)聯(lián)。

(3) 數(shù)據(jù)庫(kù)模型設(shè)計(jì)

為實(shí)現(xiàn)空間對(duì)象歷史信息的有效管理，中國(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)引入雙重時(shí)域數(shù)據(jù)庫(kù)模型，既支持對(duì)空間對(duì)象有效時(shí)間的操作處理，也支持對(duì)空間對(duì)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(kù)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(kù)，打開(kāi)相應(yīng)數(shù)據(jù)庫(kù)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(guò)對(duì)服務(wù)的管理控制，后臺(tái)添加服務(wù)并啟動(dòng)服務(wù)后在前臺(tái)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(duì)比

通過(guò)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(jiǎn)單鮮明地對(duì)比出這一區(qū)域的屬性歷史變遷，如圖6所示。

圖6　古今對(duì)比功能界面

(2) 歷史信息查詢

1) 空間歷史信息查詢：通過(guò)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(huà)點(diǎn)、畫(huà)線、畫(huà)矩形、畫(huà)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(guò)屬性條件來(lái)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(guò)選擇兩個(gè)時(shí)期的數(shù)據(jù)或全體數(shù)據(jù)來(lái)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(guò)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(duì)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(duì)整個(gè)主題信息進(jìn)行變化裁剪，即對(duì)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(duì)于不了解地理信息系統(tǒng)的廣大用戶，通過(guò)鍵盤(pán)左右鍵操作，以“翻頁(yè)”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(yǔ)

本文以對(duì)中國(guó)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(kù)技術(shù)，建立了中國(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)。該系統(tǒng)平臺(tái)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(zhuān)題查詢分析、歷史專(zhuān)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(lái)可在現(xiàn)有基礎(chǔ)上繼續(xù)整合數(shù)據(jù)資源并對(duì)平臺(tái)作進(jìn)一步完善。

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作者簡(jiǎn)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(lèi)號(hào)：P208

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：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(guó)城市歷史地理信息平臺(tái)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].測(cè)繪通報(bào)，2015(12)：70-73.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.382