京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

盧嵐，劉牛，劉興權(quán)

（1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，湖南長沙410004；2.長沙市規(guī)劃信息服務(wù)中心，長沙410000；3.中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，長沙410083）

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京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫的設(shè)計

盧嵐1，劉牛2，劉興權(quán)3

（1.長沙環(huán)境保護職業(yè)技術(shù)學(xué)院環(huán)境科學(xué)系，湖南長沙410004；2.長沙市規(guī)劃信息服務(wù)中心，長沙410000；3.中南大學(xué)地學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，長沙410083）

摘要：本文完成了京杭運河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的設(shè)計，著重談了總體框架和概念設(shè)計。數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用情況表明數(shù)據(jù)庫能有效的支持各種應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：GIS；文化遺產(chǎn)；空間數(shù)據(jù)庫

0　引言

經(jīng)濟高速發(fā)展時期往往是文化遺產(chǎn)遭破壞的高危險期，我國大遺址正面臨著巨大的威脅［1］。除了來自各種自然力的侵蝕和破壞外，主要來自人為因素的破壞，包括：城鄉(xiāng)建設(shè)發(fā)展帶來的破壞、大中型基礎(chǔ)性建設(shè)帶來的破壞、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和生活活動帶來的破壞、不合理的旅游開發(fā)利用造成的沖擊與威脅、受經(jīng)濟利益的驅(qū)動，屢禁不止的各種文物盜掘、劫掠活動對大遺址上的文物造成極大的破壞，大遺址的保護迫在眉睫。以GIS，RS和GPS為代表的空間信息技術(shù)在空間信息獲取、處理、管理和分析上有著強大的優(yōu)勢，已成功的廣泛應(yīng)用于考古領(lǐng)域，在大遺址保護、開發(fā)利用、規(guī)劃和管理上也必將發(fā)揮重要作用。國外在文化遺產(chǎn)保護空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)方面已經(jīng)相對比較成熟，但我國在這方面還處于探索階段。雖然，目前我國的文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫建設(shè)已經(jīng)取得了一定成果，但已建立的歷史文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，大多是針對可移動文物的非空間數(shù)據(jù)庫。對于不可移動文物，特別是像京杭運河這種大型的“活”的不可移動文物的空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)還處于探索階段，各種技術(shù)都還不太成熟。本文以京杭運河為例，給出了大遺址空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)的思路，設(shè)計了京杭運河文化遺產(chǎn)保護空間數(shù)據(jù)庫。為日后大遺址空間數(shù)據(jù)庫建設(shè)提供了參考。

1　京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫總體框架設(shè)計

京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)具有多時期，包括二戰(zhàn)至60年代的數(shù)據(jù)、70年代至80年代初的數(shù)據(jù)、近期數(shù)據(jù)；多數(shù)據(jù)類型，包括基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)（DOM，DEM，DRG，DLG）、遙感影像數(shù)據(jù)（TM/TEM，SPOT5，QB，航片等）、專題數(shù)據(jù)（運河河道本體數(shù)據(jù)、沿線文物數(shù)據(jù)以及關(guān)于運河文化遺產(chǎn)的屬性數(shù)據(jù)和各種文檔數(shù)據(jù)）的特點。又由于京杭運河是一個活的歷史文化遺產(chǎn)，而且隨著時間的推移，運河的數(shù)據(jù)也會不斷增長。特別是遙感影像數(shù)據(jù)的增長，若新增加一個時期的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)庫就要增加至少幾十GB的數(shù)據(jù)量。因此，在進行京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，必須要考慮到日后數(shù)據(jù)的增長情況。面對無休無止增長起來的數(shù)據(jù)量及越來越大的文件，要訪問、存儲和管理這些數(shù)據(jù)和文件已經(jīng)變得越來越困難了，管理維護成本也會越來越高。事實上，并不是所有數(shù)據(jù)都具有高頻度的訪問頻率，對于京杭運河文化遺產(chǎn)保護的現(xiàn)狀基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和文化遺產(chǎn)專題數(shù)據(jù)的訪問頻率遠遠高于歷史基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。因此，可以考慮對數(shù)據(jù)進行分級存儲：將訪問頻率高的數(shù)據(jù)跟訪問頻率低的數(shù)據(jù)分開存儲，訪問頻率高的數(shù)據(jù)用高性能存儲設(shè)備來存儲，訪問頻率低的數(shù)據(jù)用相對較低速的存儲設(shè)備存儲。因此，在數(shù)據(jù)庫設(shè)計時，首先根據(jù)數(shù)據(jù)類型，將數(shù)據(jù)庫按照基礎(chǔ)地理子庫和專題數(shù)據(jù)子庫、元數(shù)據(jù)子庫進行存儲。同時，考慮到數(shù)據(jù)的分級存儲問題，采取歷史數(shù)據(jù)與現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進行分開存儲的策略。

圖1　京杭運河文化遺產(chǎn)空間數(shù)據(jù)總體框架Fig. 1 The overall framework of Beijing Hangzhou canal cultural heritage spatial data

綜合考慮以上兩點因素，京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫總體上劃分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)歷史子庫、基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)現(xiàn)狀子庫、文化遺產(chǎn)專題子庫、元數(shù)據(jù)子庫。京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫的總體框架結(jié)構(gòu)如圖1所示：

其中：

基礎(chǔ)地理歷史子庫主要是用來存儲以前各時期的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)，包括DLG、DRG、DEM、DOM數(shù)據(jù)。就目前來說主要有各式時期的1:5萬 DLG數(shù)據(jù)，運河全線的1：5萬DEM數(shù)據(jù)，以及二戰(zhàn)航片和80年代的TM數(shù)據(jù)。

基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀子庫，主要是用來存儲近期的運河相關(guān)的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。目前數(shù)據(jù)有1:400萬、1:100萬、1:25萬、1:5萬和1:1萬的DLG數(shù)據(jù)；ETM、SPOT5、IKNOS、QB等遙感影像數(shù)據(jù)。

文化遺產(chǎn)專題子庫，主要是用來存儲運河相關(guān)的文化遺產(chǎn)，包括運河河道本體、相關(guān)的歷史文化遺產(chǎn)等的矢量數(shù)據(jù)、運河文化遺產(chǎn)的符號數(shù)據(jù)，以及各種屬性數(shù)據(jù)、相關(guān)的文檔數(shù)據(jù)、保護規(guī)劃等數(shù)據(jù)。

元數(shù)據(jù)子庫，主要是用來存儲各種數(shù)據(jù)的元數(shù)據(jù)，以方便數(shù)據(jù)庫管理員管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)使用者更詳盡的了解數(shù)據(jù)的各個方面情況。

2　京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

概念結(jié)構(gòu)設(shè)計是將需求分析得到的用戶數(shù)據(jù)需求進行抽象并轉(zhuǎn)換為信息世界結(jié)構(gòu)的過程，是按用戶觀點對數(shù)據(jù)和信息建模，獨立于機器和具體的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)，是數(shù)據(jù)庫設(shè)計的關(guān)鍵。京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫主要包括按照三部分進行存儲：基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)庫、基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫、文化遺產(chǎn)專題數(shù)據(jù)庫?？臻g數(shù)據(jù)庫的概念設(shè)計主要是理清各數(shù)據(jù)庫所含的數(shù)據(jù)內(nèi)容，及各數(shù)據(jù)間的相互關(guān)系。

2.1基礎(chǔ)地理歷史數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

目前，京杭運河文化遺產(chǎn)保護歷史庫中主要包括以下幾個時期的數(shù)據(jù)：

（1） 70-80年代數(shù)據(jù)：主要包括1:5萬的數(shù)字線畫圖據(jù)以及TM柵格影像數(shù)據(jù)；

（2） 二戰(zhàn)到60年代數(shù)據(jù)：主要包括1:5萬的數(shù)字線畫圖，二戰(zhàn)航片。

其中1:5萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)可以分為以下幾類：

? 測量控制點分布圖：測量控制點、高程控制點、其他控制點

? 水系分布圖：除京杭運河外的其他河流、運河、渠道、湖泊、水泡子、水利設(shè)施、水利要素、海洋要素

? 交通分布圖：包括鐵路、公路、大車、鄉(xiāng)村路等要素

? 居民地分布圖：行政等級、建筑物

? 管線分布圖：管線、垣柵

? 行政區(qū)界圖：行政區(qū)劃、其他界限

? 地貌與土質(zhì)分布圖：等高線、高程、冰川地貌、凍土地貌、黃土地貌、巖溶地貌、風(fēng)成地貌、火山地貌、其他地貌形態(tài)及土質(zhì)

? 植被分布圖：耕地、園地、林地、草地、其他植被、地類界

? 地名圖庫：各種地名

? 其他：除以上各類之外的其他地物

其概念設(shè)計模型圖如圖2：

圖2　基礎(chǔ)地理歷史庫概念模型Fig.2 The conceptual model of the basic geographic historical database

2.2基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

（1） 矢量數(shù)據(jù)

京杭運河的基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要包括各種時期的，不同比例尺的地形圖數(shù)據(jù)。按照比例尺大小來分主要有：1:400萬，1:100萬，1:25萬，1:5萬，1:1萬。按照數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容來說，1:1萬和1:5萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)可以分為以下幾類：測量控制點分布圖、水系分布圖、交通分布圖、居民地分布圖、管線分布圖、行政區(qū)界圖、地形與土質(zhì)分布圖、植被分布圖、地名圖庫、其他。而1:25萬、1:400萬和1:100萬基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)主要包括以下幾類：交通分布圖、水系分布圖、行政區(qū)界圖、地形分布圖、居民地分布圖、地名庫。

（2） 柵格數(shù)據(jù)庫

京杭運河?xùn)鸥駭?shù)據(jù)主要包括各種運河DEM數(shù)據(jù)，遙感影像和二戰(zhàn)航片。柵格數(shù)據(jù)按類型來分主要有：TM/ETM，IKNOS，SPOT5，QB，航片，DEM。其中覆蓋運河全線的主要遙感影像數(shù)據(jù)是TM/ETM，SPOT5。IKNOS是SPOT5覆蓋運河全線時缺少的一小部分。

基礎(chǔ)地理現(xiàn)狀庫數(shù)據(jù)的概念模型設(shè)計如圖3：

對于基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)而言，其標準以最新的GB/T 13923-2006《基礎(chǔ)地理信息要素分類與代碼》為依據(jù)，設(shè)計各個空間數(shù)據(jù)圖層的屬性結(jié)構(gòu)。由于基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的屬性相對較少，其屬性可以直接作為圖形自帶屬性的形式存在，不必專門另外建立基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)屬性庫。柵格數(shù)據(jù)的屬性都通過元數(shù)據(jù)來表示，限于篇幅，其屬性結(jié)構(gòu)設(shè)計不予介紹。

圖3　基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)現(xiàn)狀子庫概念模型圖Fig.3 The concept model of basic geographic data

2.3文化遺產(chǎn)專題數(shù)據(jù)庫概念設(shè)計

文化遺產(chǎn)專題數(shù)據(jù)是整個數(shù)據(jù)庫的核心數(shù)據(jù)，除了包含京杭運河及其相關(guān)遺址的定位數(shù)據(jù)以外，每類數(shù)據(jù)還包含大量的屬性數(shù)據(jù)。京杭運河文化遺產(chǎn)保護的專題數(shù)據(jù)主要包括運河本體數(shù)據(jù)，以及與運河相關(guān)的文化遺產(chǎn)，在概念上京杭運河文化遺產(chǎn)保護可以分為三大類，具體的構(gòu)成情況如圖4所示：

圖4　運河文化遺產(chǎn)保護構(gòu)成Fig.4 Canal Heritage Protection constitution

因為京杭運河遺產(chǎn)主體水利工程的各子類:河道、水源、水利工程、航運工程、管理機構(gòu)等都包含各種不同的分類，其屬性各不相同，為了方便各系統(tǒng)應(yīng)用，滿足展示的需求，將其分開為不同的圖層進行存儲。水利工程各圖層及各圖層自帶屬性的E-R關(guān)系表示如下：

圖5　主體水利工程圖層E-R圖Fig.5 Water main layers E-R diagram

大運河相關(guān)具有歷史價值的城鎮(zhèn)村落的屬性極其接近，而且都屬于面狀圖層，因此可以作為一個圖層存儲。需要指出的是，歷史價值的城鎮(zhèn)村落跟運河河道的關(guān)系（位于哪個河道）應(yīng)明確指出。大運河具有歷史價值的城鎮(zhèn)村落的圖層E-R圖如下：

京杭運河相關(guān)的不可移動文物，各類型的數(shù)據(jù)放在不同的圖層，基本的屬性數(shù)據(jù)存儲在文物基本信息表中。所有的不可移動文化遺產(chǎn)都通過與運河分段河段建立相應(yīng)的關(guān)聯(lián)。如圖6所示：

文化專題數(shù)據(jù)庫中，除了運河文化遺產(chǎn)的定位數(shù)據(jù)之外，還有大量的屬性數(shù)據(jù)、文檔資料、遺址的現(xiàn)狀和歷史照片、考古勘測資料、管理單位信息等等。限于篇幅，不予介紹。

圖6　運河相關(guān)歷史著名城鎮(zhèn)村落圖層E-R圖Fig.6 Related historic canal towns villages Layer E-R diagram

3　結(jié)論

數(shù)據(jù)庫的應(yīng)用情況表明數(shù)據(jù)庫能有效的支持各種應(yīng)用。京杭運河文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的建立，是第一個大型的活的線性水利文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫，將為日后大型文化遺產(chǎn)，特別是水利文化遺產(chǎn)數(shù)據(jù)庫的建立提供參考和借鑒。

圖7　運河相關(guān)文化遺產(chǎn)矢量數(shù)據(jù)E-R圖Fig.7 Canal vector data related to cultural heritage E-R diagram

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本文引用格式：盧嵐，劉牛，劉興權(quán).京杭運河文化遺產(chǎn)保護數(shù)據(jù)庫的設(shè)計［J］. 新型工業(yè)化，2016，6（4）：22-26.

Citation: LU Lan， LIU Niu， LIU Xing-quan. Beijing Hangzhou Canal Cultural Heritage Protection Database Design［J］. The Journal of New Industrialization，2016，6（4）: 22-26.

Beijing Hangzhou Canal Cultural Heritage Protection Database Design

LU Lan1， LIU Niu2， LIU Xing-quan3
（1.Changsha Environmental Protection Vocational College， ChangSha 410004， China； 2. Changsha City Planning Information Service Center ， ChangSha 410000， China； 3.Central South University， ChangSha 410083， China）

Abstract:This paper completed the design of Beijing Hangzhou canal cultural heritage database， focusing on the overall framework and conceptual design. The application of the database shows that the database can support all kinds of applications effectively.

Keywords:GIS； Cultural heritage； Spatial database

DOI：10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.04.004

基金項目：國家科技支撐計劃項目（2006BAK30B01）；

作者簡介：盧嵐（1983-），女，講師，地理信息系統(tǒng)；劉牛（1987-），男，本科，地理信息系統(tǒng)；劉興權(quán)（1962 -），男，教授，計算機系統(tǒng)