中國歷史文化名鎮(zhèn)名村Web展示平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

尹 超，舒惠勤，韓 青

(1.古村古鎮(zhèn)文化遺產(chǎn)數(shù)字化傳承湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 衡陽 421002；2.衡陽師范學(xué)院 城市與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

中國歷史文化名鎮(zhèn)名村Web展示平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

尹 超1，舒惠勤2，韓 青2

(1.古村古鎮(zhèn)文化遺產(chǎn)數(shù)字化傳承湖南省協(xié)同創(chuàng)新中心，湖南 衡陽 421002；2.衡陽師范學(xué)院 城市與旅游學(xué)院，湖南 衡陽 421002)

中國歷史文化名鎮(zhèn)名村能較完整地反映一些歷史時期傳統(tǒng)風(fēng)貌和地方民族特色，對歷史文化名鎮(zhèn)名村中重要的景觀基因信息進(jìn)行數(shù)字化保護(hù)有其現(xiàn)實意義和理論意義。針對中國歷史文化名鎮(zhèn)名村基礎(chǔ)空間信息匱乏現(xiàn)狀和傳統(tǒng)聚落數(shù)字化保護(hù)的必要性，本文通過分析中國歷史文化名鎮(zhèn)名村景觀基因的特點以及空間數(shù)據(jù)類型，建立了中國歷史文化名村名鎮(zhèn)的空間數(shù)據(jù)庫，借助于Web GIS技術(shù)和Web前端技術(shù)，設(shè)計并實現(xiàn)了中國歷史文化名鎮(zhèn)名村Web展示平臺。相比于古村鎮(zhèn)傳統(tǒng)的保護(hù)方式，借助于Web GIS的數(shù)字化技術(shù)手段，對古村古鎮(zhèn)文化資源重新整合和挖掘，能使其成為對公眾普及中國歷史文化名鎮(zhèn)名村保護(hù)與傳承教育的平臺，同時也可為中國歷史文化名鎮(zhèn)名村文化的持續(xù)生存與發(fā)展提供新的保護(hù)模式。

Web GIS；Web平臺；傳統(tǒng)聚落數(shù)字化；中國歷史文化名鎮(zhèn)名村

1 引 言

中國歷史文化名鎮(zhèn)名村，是由住建部和國家文物局從2003年起共同組織評選的，保存文物特別豐富且具有重大歷史價值或紀(jì)念意義的、能較完整地反映一些歷史時期傳統(tǒng)風(fēng)貌和地方民族特色的鎮(zhèn)和村[1]。近年來，隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)速度的加快和自然環(huán)境的變化，大量的古村鎮(zhèn)文化遺產(chǎn)正面臨著日趨嚴(yán)重的破壞，古村鎮(zhèn)文化遺產(chǎn)數(shù)字化記錄和傳承的任務(wù)越來越緊迫，傳統(tǒng)意義上的實體保護(hù)已經(jīng)很難實現(xiàn)文化遺產(chǎn)的永續(xù)傳承，數(shù)字化保護(hù)顯得更為可靠有效，借助于新興技術(shù)，如：WebGIS技術(shù)、虛擬現(xiàn)實技術(shù)、三維激光掃描技術(shù)等，已成為保護(hù)和傳承傳統(tǒng)聚落文化遺產(chǎn)強(qiáng)有力的方式。

從技術(shù)層面來看，國內(nèi)外對WebGIS的理論和應(yīng)用相對成熟：在研究方面，胡金星[2]等在研究Oracle Spatial空間數(shù)據(jù)庫特點的基礎(chǔ)上，提出了服務(wù)器方式和客戶服務(wù)器方式兩種開發(fā)Web GIS的解決方案；林宏基[3]等主要在具體實踐當(dāng)中用Java語言編寫實現(xiàn)GIS多種數(shù)據(jù)格式，并且這種格式能夠集成到Oracle數(shù)據(jù)庫中；錢峻屏[4]等結(jié)合具體的開發(fā)實例，在討論空間信息服務(wù)的主要特點的基礎(chǔ)上探討了網(wǎng)絡(luò)GIS的技術(shù)發(fā)展趨勢；盧峰[5]等針對Web GIS環(huán)境中數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)集成問題，提出了異構(gòu)空間數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)整合模型及Web GIS實現(xiàn)方法。在應(yīng)用方面，Web GIS已普遍應(yīng)用到農(nóng)業(yè)、水利、自然災(zāi)害等社會的各個領(lǐng)域[6-7]。

但現(xiàn)有研究中，Web GIS應(yīng)用于文化遺產(chǎn)保護(hù)及歷史文化名鎮(zhèn)名村數(shù)字化方面的內(nèi)容較少，本文在地理空間數(shù)據(jù)庫的技術(shù)支持下，結(jié)合GIS和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，采用ArcSDE空間數(shù)據(jù)庫引擎和Oracle數(shù)據(jù)庫統(tǒng)一管理空間和屬性數(shù)據(jù)，應(yīng)用ArcGIS API for JavaScript技術(shù)實現(xiàn)了中國歷史文化名鎮(zhèn)名村的展示平臺系統(tǒng)。

2 平臺架構(gòu)設(shè)計和技術(shù)路線

2.1 架構(gòu)設(shè)計

平臺架構(gòu)的設(shè)計思想采用傳統(tǒng)的三層Browser/Server體系結(jié)構(gòu)，大致可分為數(shù)據(jù)層、應(yīng)用邏輯層、客戶層(圖1 中國歷史文化名鎮(zhèn)名村展示平臺結(jié)構(gòu)體系)。其中，客戶層是用戶和Web GIS交互的接口，應(yīng)用邏輯層是整個系統(tǒng)的核心，負(fù)責(zé)接收和響應(yīng)客戶端的請求，而數(shù)據(jù)層則為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供空間數(shù)據(jù)來源。

圖1 中國歷史文化名鎮(zhèn)名村展示平臺結(jié)構(gòu)體系

(1)數(shù)據(jù)層

系統(tǒng)遵循“數(shù)據(jù)和應(yīng)用分離”的基本原則，所有數(shù)據(jù)資源集中管理和維護(hù)，分布使用[8]。中國歷史文化名鎮(zhèn)名村的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)分開存儲，通過唯一標(biāo)識號或者其他相關(guān)特征進(jìn)行關(guān)聯(lián)，從而實現(xiàn)屬性數(shù)據(jù)與空間數(shù)據(jù)間的動態(tài)互訪。因名鎮(zhèn)名村數(shù)據(jù)量大，數(shù)據(jù)安全性高，采用SQL Server2008數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。其中名鎮(zhèn)名村的屬性數(shù)據(jù)可以直接存儲在SQL Server中進(jìn)行管理和維護(hù)，空間數(shù)據(jù)則采用SQL Server 和 ESRI ArcSDE提供的空間數(shù)據(jù)存儲模型Multiuser GeoDatabase 進(jìn)行存儲管理。為了將要素分類并分層，利用ArcGIS Desktop的功能模塊ArcGIS Catalog定義各空間分類要素所對應(yīng)的空間數(shù)據(jù)要素集、要素類和要素對象的空間數(shù)據(jù)庫表格式[9]。將空間數(shù)據(jù)入庫，用Oracle數(shù)據(jù)庫管理向?qū)Ы?shù)據(jù)庫，利用服務(wù)器端的ArcSDE連接Oracle，也可利用ArcGIS Catalog模塊提供的向?qū)Оl(fā)布ArcGIS Server連接Oracle來導(dǎo)入屬性數(shù)據(jù)。

(2)應(yīng)用邏輯層

提供系統(tǒng)核心功能、服務(wù)和站點。通過調(diào)用在線的ArcGIS JavaScript API實現(xiàn)對名鎮(zhèn)名村數(shù)據(jù)的編輯、更新和維護(hù)工作，還可對名鎮(zhèn)名村點數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、查詢、定位、分析、制圖、打印等功能。

(3)客戶層

包括管理人員和數(shù)據(jù)用戶。其中數(shù)據(jù)用戶通過支持開放服務(wù)的工具(IE11、Firefox、Opera、Chrome等瀏覽器)訪問地圖服務(wù)。管理人員通過對地理空間數(shù)據(jù)進(jìn)行配置并發(fā)布為地圖，或者管理已發(fā)布的地圖。

2.2 技術(shù)路線

系統(tǒng)的建設(shè)包括準(zhǔn)備階段、系統(tǒng)分析與設(shè)計、系統(tǒng)開發(fā)與運用等三個階段(如圖2所示)。

準(zhǔn)備階段主要是在考慮數(shù)據(jù)采集可行性和可操作性的基礎(chǔ)上，以中國528個(截止2016年)歷史文化名鎮(zhèn)名村位置點為數(shù)據(jù)采集對象，以景觀基因理論[10-11]為支撐，收集各名鎮(zhèn)名村空間數(shù)據(jù)，從而為整個系統(tǒng)設(shè)計奠定數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。系統(tǒng)分析與設(shè)計階段，主要是確定系統(tǒng)架構(gòu)以及系統(tǒng)所要實現(xiàn)的主要功能，并從用戶角度制定需求文檔。系統(tǒng)開發(fā)與運用階段，編寫主程序界面，開發(fā)各個功能模塊以及對整個系統(tǒng)的集成、測試與優(yōu)化。

圖2 技術(shù)路線圖

3 平臺的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 地理空間數(shù)據(jù)庫

技術(shù)層面上，將包含有空間位置特征、屬性特征和時態(tài)特征的數(shù)據(jù)稱之為地理空間數(shù)據(jù)，而存儲地理空間數(shù)據(jù)的為地理空間數(shù)據(jù)庫。在本系統(tǒng)中，采用全面準(zhǔn)確、關(guān)系一致、適度冗余的地理空間數(shù)據(jù)設(shè)計原則，以統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范整理分幅分層的數(shù)據(jù)。將名鎮(zhèn)名村的空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)進(jìn)行有效組織、管理，便于查詢、分發(fā)與制圖，建立邏輯上或者是物理上無縫的數(shù)據(jù)庫。

理論層面上，系統(tǒng)根據(jù)景觀基因的相關(guān)理論基礎(chǔ)，圍繞歷史文化名村名鎮(zhèn)的數(shù)字化需求，將各歷史文化名村名鎮(zhèn)數(shù)據(jù)采集細(xì)分村鎮(zhèn)歷史、村鎮(zhèn)環(huán)境、村鎮(zhèn)形態(tài)、村鎮(zhèn)建筑、村鎮(zhèn)風(fēng)俗、村鎮(zhèn)文藝等六大方向，最后從地理位置、地域面積、歷史起源、自然環(huán)境、布局形態(tài)、建筑風(fēng)格、文化景觀(文化遺產(chǎn)、文化資源，特別是非物質(zhì)文化遺產(chǎn))、當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)、代表性人物、周邊旅游景點等方面著手進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和數(shù)字化。

3.2 ArcGIS JavaScript API

2008年ESRI推出的一套基于JavaScript語言編接口，其為創(chuàng)建Web GIS應(yīng)用提供了向web應(yīng)用程序中嵌入輕量級制圖功能的解決方案。開發(fā)人員在客戶端可以輕松地利用ArcGIS JavaScript API來調(diào)用ArcGIS Server所提供的服務(wù)，實現(xiàn)地圖應(yīng)用和地理分析功能。其主要的優(yōu)勢主要有如下：①擴(kuò)展性；②靈活便捷性，基于JavaScript的實現(xiàn)方式可以即時修改系統(tǒng)功能，提高了編碼效率[12]。

3.3 聚類算法

聚類是數(shù)據(jù)挖掘、模式識別等研究方向的重要研究內(nèi)容之一，主要應(yīng)用于模式識別中的語音、字符識別等機(jī)器學(xué)習(xí)中。在GIS應(yīng)用方面，聚類算法主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)挖掘、時空數(shù)據(jù)庫應(yīng)用等方面[13]。本系統(tǒng)中用到的K均值聚類屬于四類中的劃分式聚類算法，該算法能夠使每一次數(shù)據(jù)點到其聚類中心的平方距離和被最小化。

3.4 HTML5技術(shù)(模板引擎)

2014年10月29日，萬聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟宣布超文本標(biāo)記語言(HTML)的第五次重大修改完成，HTML5引入了許多新的特性和功能并且能在移動設(shè)備上支持多媒體。目前，HTML5已經(jīng)能夠在不同程度上運用于Chrome、Firefox、IE9等主流瀏覽器上。本研究引用HTML5中video、article等新標(biāo)簽[14]。

4 平臺的功能實現(xiàn)

系統(tǒng)利用Web前端技術(shù)，并結(jié)合Dojo和Bootstrap框架及ArcGIS JavaScript API實現(xiàn)了中國歷史文化名鎮(zhèn)名村展示平臺系統(tǒng)(如圖3所示)。針對名鎮(zhèn)名村的功能需求，系統(tǒng)實現(xiàn)了對地圖的放縮、漫游、全圖顯示等基本地圖功能，還實現(xiàn)了以下主要功能模塊。

圖3 中國歷史文化名鎮(zhèn)名村展示平臺主界面

4.1 足跡模塊

該模塊有助于用戶進(jìn)行最佳出游路線的規(guī)劃，方便用戶更好的掌握出游天氣信息，查詢最佳省錢或省時路線，幫助用戶去哪兒游玩做出明智的決策，標(biāo)記已了解過的名鎮(zhèn)名村；該功能模塊提供了標(biāo)繪點、線、面等標(biāo)繪功能，并提供了標(biāo)繪屬性信息、樣式的編輯，從而輔助用戶對旅游情況進(jìn)行反饋，方便后面的用戶做出選擇，從而形成了“公眾參與，專家論證”的旅游開發(fā)形式。

4.2 中國歷史文化名鎮(zhèn)名村查詢功能模塊

該模塊提供了名鎮(zhèn)名村查詢服務(wù)，并提供多樣化的查詢方式，例如：圖層查詢、點擊查詢、空間查詢、屬性查詢等，此功能方便了用戶及時地查閱名鎮(zhèn)名村信息。名鎮(zhèn)名村系統(tǒng)分為中國歷史文化名村、中國歷史文化名鎮(zhèn)等圖層，圖層查詢功能能夠按照要素分類表中的要素類圖層進(jìn)行分層查詢(如圖4所示)。

4.3 中國歷史文化名鎮(zhèn)名村信息展示模塊

系統(tǒng)配合以文字、圖片、音頻、視頻等方式全面、詳盡的對歷史文化名鎮(zhèn)名村的特色和景點進(jìn)行了網(wǎng)絡(luò)還原(圖5)。歷史文化名村名鎮(zhèn)文本信息以pdf的方式顯示，圍繞歷史文化名村名鎮(zhèn)景觀基因圖譜的相關(guān)理論，從地理位置、地域面積、歷史起源、自然環(huán)境、布局形態(tài)、建筑風(fēng)格、文化景觀(文化遺產(chǎn)、文化資源，特別是非物質(zhì)文化遺產(chǎn))、當(dāng)?shù)靥禺a(chǎn)、代表性人物、周邊旅游景點等方面詳細(xì)介紹了各古村古鎮(zhèn)的整體空間分布格局環(huán)境和歷史文化信息。

圖5 系統(tǒng)信息展示模塊(查詢?yōu)蹑?zhèn)全景圖片)

4.4 地圖管理模塊

封裝GeoServer REST相關(guān)模塊，提供地圖發(fā)布、地圖表現(xiàn)、圖例生成。還可以對空間數(shù)據(jù)元數(shù)據(jù)、圖層、樣式等進(jìn)行管理，提供相關(guān)元數(shù)據(jù)的檢索和獲取功能，進(jìn)行影像地圖與矢量地圖之間的轉(zhuǎn)換，并且可以抓取興趣點進(jìn)行地圖的打印輸出。

4.5 導(dǎo)航模塊

提供定位服務(wù)、位置分享服務(wù)以及路徑導(dǎo)航功能。根據(jù)此功能模塊可以實時定位自己的位置以及將位置分享給好友以方便好友及時聯(lián)系。提供的路徑導(dǎo)航功能，能夠顯示兩點之間的路線圖，找出最佳出行路徑。

5 結(jié) 語

本文以中國的528個歷史文化名鎮(zhèn)名村為基礎(chǔ)，借助Web GIS、Web 前端與數(shù)據(jù)庫技術(shù)，建立了中國歷史文化名鎮(zhèn)名村展示平臺。該系統(tǒng)具備地圖瀏覽、足跡模塊、導(dǎo)航模塊、名鎮(zhèn)名村查詢功能模塊、地圖管理模塊、展示模塊等功能。系統(tǒng)挖掘了歷史文化名鎮(zhèn)名村的歷史價值，拓展了歷史文化名鎮(zhèn)名村研究空間和手段。

與傳統(tǒng)的實體保護(hù)方式不同，數(shù)字化保護(hù)通過數(shù)字技術(shù)修復(fù)和還原文化遺產(chǎn)，這種可持續(xù)的資源使用方式也代表著人類社會未來資源利用發(fā)展的走向。本系統(tǒng)旨在激發(fā)和培養(yǎng)大眾參與到保護(hù)的自覺意識和行動力，促進(jìn)中國歷史文化名鎮(zhèn)名村保護(hù)的環(huán)保性。

[1] 國家建設(shè)部，文化局.中國歷史文化名鎮(zhèn)名村[EB/OL].[2016-08-13].http://baike.baidu.com/item/.

[2] 胡金星,潘懋,宋揚,等. 空間數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)及其集成技術(shù)研究[J]. 計算機(jī)應(yīng)用研究,2003(3):12-14，19.

[3] 林宏基,林志賢. 基于Java/Oracle Spatial構(gòu)架的Web GIS研究與應(yīng)用[J]. 計算機(jī)工程與設(shè)計,2003(8):11-13.

[4] 錢峻屏,彭龍軍,張虹鷗. Web GIS面向空間信息服務(wù)的系統(tǒng)設(shè)計和實施[J]. 計算機(jī)與現(xiàn)代化,2002(2):39-41，44.

[5] 盧峰,劉翰,胡少華. 基于分布式空間數(shù)據(jù)庫的Web GIS系統(tǒng)[J]. 計算機(jī)時代,2003(9):3-4.

[6] 胡卓瑋. 洪澇災(zāi)害應(yīng)急響應(yīng)決策支持業(yè)務(wù)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究[D].北京：首都師范大學(xué),2007.

[7] 劉仁義,劉南. 基于GIS技術(shù)的水利防災(zāi)信息系統(tǒng)研究[J]. 自然災(zāi)害學(xué)報,2002(1):62-67.

[8] 江源通,蘇會衛(wèi),陸琳. 基于OpenLayers的應(yīng)急物流決策支持平臺構(gòu)建及應(yīng)用[J]. 物流技術(shù),2015(3):275-277.

[9] 牛文淵,鄭江華,韓林芝. 基于天地圖Web API的民俗文化遺產(chǎn)保護(hù)系統(tǒng)研發(fā)——以錫伯族大西遷為例[J]. 測繪通報,2015(11):96-101.

[10] 胡最,劉沛林,鄧運員,等.傳統(tǒng)聚落景觀基因的識別與提取方法研究[J]. 地理科學(xué),2015(12):1518-1524.

[11] 劉沛林,劉春臘,鄧運員,等. 基于景觀基因完整性理念的傳統(tǒng)聚落保護(hù)與開發(fā)[J]. 經(jīng)濟(jì)地理,2009(10):1731-1736.

[12] 童艷. 基于ArcGIS的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)設(shè)計與實現(xiàn)[D].杭州：浙江大學(xué),2006.

[13] 孫吉貴,劉杰,趙連宇. 聚類算法研究[J]. 軟件學(xué)報,2008(1):48-61.

[14] 劉華星,楊庚. HTML5——下一代Web開發(fā)標(biāo)準(zhǔn)研究[J]. 計算機(jī)技術(shù)與發(fā)展,2011(8):54-58,62.

(編校 鄭文武 實習(xí)生 郭齊旗)

Design and Implementation on Web Platform of China's Historic and Cultural Towns and Villages

YINChao1,SHUHui-qin2,HANQing2

(1.Cooperative Innovation Center for Digitalization of Cultural Heritage in Ancient Villages and Towns, Hengyang Hunan 421002, China;2.Department of Resources Environment and Tourism Management, Hengyang Normal University,Hengyang Hunan 421002, China)

China's historic and cultural towns and villages can basically reflect traditional characteristic style and distinctive national feature in historic times. What’s more, they have practical and theoretical meaning to the digitalization of key landscape gene in the towns and villages. With regard to the deficiency of spatial information of China's historic and cultural towns and villages and the necessity of preserving them, this paper analyzes the features of landscape gene in them and their spatial types, establishes its corresponding spatial database. Capitalizing on the technologies of Web GIS and Web front-end, we design and implement the web display platform of China's historic and cultural towns and villages. Compared with the traditional ways to preserve the old towns and villages, resorting to Web GIS digitalized technological ways to integrate and excavate cultural resources of old towns and villages can make it as an education platform for getting know of the preservation and inheritance of China's historic and cultural towns and villages. Meanwhile, it can provide a new preservation mode to the consistent survival and development of China's historic and cultural towns and villages.

Web GIS; Web platform; digitalization of traditional settlements; China's historic and cultural towns and villages

2016-09-20

衡陽師范學(xué)院科學(xué)基金青年項目(13A26，13A27)；湖南省教育廳科學(xué)研究項目(14C0167)；衡陽市科學(xué)技術(shù)發(fā)展計劃項目(2015KS19)

尹超(1987-)，男，湖南衡陽人，助教，碩士，研究方向為GIS二次開發(fā)、WebGIS應(yīng)用與開發(fā)。

K928.5

A

1673-0313(2016)06-0025-05