基于WebGIS的齊文化時(shí)空分布分析與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

◆聞俏 劉聰 王少渤 逯躍鋒通訊作者，2 盧晶晶

（1.山東理工大學(xué)建筑工程學(xué)院山東 255049；2.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所資源與環(huán)境信息系統(tǒng)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室北京 100101；3.北京點(diǎn)云環(huán)宇科技發(fā)展有限公司北京 102300）

1 引言

發(fā)源于山東中部的齊文化，是在傳承東夷原始文化中的龍山文化和大汶口文化的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，經(jīng)過西周、春秋時(shí)期形成了獨(dú)具特色的地域文化[1]，在后期經(jīng)過了戰(zhàn)國時(shí)期的繁榮、秦朝時(shí)的中衰、隋唐時(shí)期的停滯、近現(xiàn)代的復(fù)興等階段，逐漸成了中國傳統(tǒng)文化的重要組成部分[2]。齊文化和魯文化一直被當(dāng)作齊魯文化這個(gè)整體概念進(jìn)行研究，其實(shí)兩種文化各有自己的文化特色[3]。齊文化的形成是多種文化長期融合、交流的結(jié)果，最終形成了開放、多元、實(shí)干等特點(diǎn)的齊文化[4]。正確處理傳統(tǒng)與現(xiàn)代、歷史與現(xiàn)實(shí)的關(guān)系，合理繼承傳統(tǒng)，是新時(shí)期山東精神的落腳點(diǎn)和出發(fā)點(diǎn)[5]。

本文開發(fā)的基于 WebGIS的齊文化時(shí)空分布分析展示系統(tǒng)將齊文化與地圖服務(wù)、WebGIS技術(shù)相結(jié)合，以GIS特有的方式在Web端展示對齊文化的時(shí)空分布進(jìn)行分析、展示，順應(yīng)了人文社會(huì)潮流的發(fā)展，將傳統(tǒng)文化與現(xiàn)代文化產(chǎn)業(yè)相結(jié)合發(fā)展，對樹立民眾文化自信、協(xié)同推進(jìn)中國夢的實(shí)現(xiàn)具有舉足輕重的作用[6]。

2 關(guān)鍵技術(shù)

2.1 時(shí)空分布分析方法

基于本文所建立的齊文化地理空間數(shù)據(jù)庫，對歷史文化遺址點(diǎn)圖層與河流緩沖區(qū)疊置分析用到射線算法[7]；文化遺址分布區(qū)與文化名人分布區(qū)進(jìn)行疊置-求交運(yùn)算，用到矢量多邊形拓?fù)浏B置分析算法[8]。采用反距離權(quán)重插值法對齊文化流域內(nèi)文化遺址、現(xiàn)代文化設(shè)施進(jìn)行插值分析，從宏觀角度體現(xiàn)齊文化空間分布。

反距離權(quán)重插值法的數(shù)學(xué)表達(dá)式：

其中，是點(diǎn)（x0,y0）處的估計(jì)值，Qi是估計(jì)插值點(diǎn)與觀測點(diǎn)相對應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，n表示插值點(diǎn)的個(gè)數(shù)。權(quán)重系數(shù)Qi由以下公式得出[8]：

其中，n是已知觀測點(diǎn)的數(shù)量，f（dej）表示已知觀測點(diǎn)與插值點(diǎn)之間已知距離dej的權(quán)重函數(shù)，

其中，b為常數(shù)，當(dāng)b取值為1時(shí)，得到反距離倒數(shù)插值，取值為2時(shí)，得到反距離倒數(shù)平方插值。

根據(jù)齊文化遺址與現(xiàn)代文化設(shè)施的空間位置，運(yùn)用分布中心分析（公式（4））得到不同時(shí)期齊文化空間分布中心位置，運(yùn)用標(biāo)準(zhǔn)距離分析（公式（5））得到標(biāo)準(zhǔn)距離，反映點(diǎn)要素在幾何平均中心點(diǎn)附近的集中或分散程度。

式中，n為點(diǎn)的數(shù)量；xi、yi分別為i點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)；μx、μy分別為平均中心點(diǎn)的X，Y坐標(biāo)。ds為n個(gè)點(diǎn)相對于分布中心的標(biāo)準(zhǔn)距離。

3 時(shí)空分析展示平臺

3.1 系統(tǒng)總體架構(gòu)

系統(tǒng)總體架構(gòu)采用MVC結(jié)構(gòu)，分為用戶界面（View）、業(yè)務(wù)邏輯層（Controller）和數(shù)據(jù)訪問層（Model）三個(gè)部分。采用MySQL數(shù)據(jù)庫作為數(shù)據(jù)存儲(chǔ)。

3.2 系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本展示平臺利用Bootstrap前端框架對Web站點(diǎn)進(jìn)行快速的開發(fā)與部署，同時(shí)使用ArcGIS API for JavaScript和OpenLayers中封裝好的方法調(diào)用ArcGIS Server REST API，同時(shí)實(shí)現(xiàn)用戶對底層數(shù)據(jù)庫查詢與更新操作。本平臺中功能實(shí)現(xiàn)全采用一鍵式觸發(fā)，操作簡單，功能設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 平臺功能設(shè)計(jì)圖

3.3 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

本平臺使用MySQL數(shù)據(jù)庫對空間地理數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)，它作為一款關(guān)系型數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，功能強(qiáng)大，反應(yīng)速度較快。平臺中所收集數(shù)據(jù)類型多樣，通過建立柵格數(shù)據(jù)集和矢量數(shù)據(jù)集兩類格式用于管理數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)內(nèi)容及結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 數(shù)據(jù)庫內(nèi)容及結(jié)構(gòu)

4 系統(tǒng)主要功能實(shí)現(xiàn)

（1）地圖瀏覽功能

地圖瀏覽基本功能主要包括地圖縮放、漫游、圖層切換等功能?；?GIS分析方法對地圖數(shù)據(jù)進(jìn)行地圖服務(wù)的發(fā)布，在頁面中動(dòng)態(tài)調(diào)用地圖服務(wù)數(shù)據(jù)。

（2）要素查詢功能

利用Ajax技術(shù)向服務(wù)器端發(fā)送異步請求，實(shí)現(xiàn)歷史事件、文化遺址、現(xiàn)代文化設(shè)施查詢功能，可根據(jù)興趣點(diǎn)查詢、框選、點(diǎn)緩沖區(qū)進(jìn)行要素信息查詢，點(diǎn)擊查詢結(jié)果的要素，彈出字段信息。

（3）時(shí)間軸動(dòng)畫功能

實(shí)現(xiàn)基于時(shí)空變化對歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，動(dòng)態(tài)地將齊國地域各時(shí)期事件時(shí)態(tài)數(shù)據(jù)按時(shí)間分布直觀展現(xiàn)于地圖中，如圖3所示。

圖3 時(shí)間軸動(dòng)畫功能

（4）軌跡瀏覽功能

在設(shè)計(jì)地圖功能時(shí)，通過軌跡回放的方式，展現(xiàn)出人物或事件的變化發(fā)展過程。通過調(diào)用地圖服務(wù)，并實(shí)現(xiàn)動(dòng)畫功能，同時(shí)進(jìn)行線要素的繪制，并在繪制的線要素上實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的點(diǎn)要素進(jìn)行軌跡的回放、開始、暫停的功能。人物軌跡回放動(dòng)畫顯示效果如下圖4所示：

圖4 Web端播放軌跡回放動(dòng)畫截圖

5 總結(jié)

為提高對齊文化宣傳力度，提高民眾對山東精神與齊文化相互融合的認(rèn)知度，本系統(tǒng)在 WebGIS的各項(xiàng)技術(shù)的基礎(chǔ)上對所收集齊文化歷史數(shù)據(jù)與手繪素材進(jìn)行分析展示，實(shí)現(xiàn)了要素查詢、時(shí)間軸動(dòng)畫、軌跡回放動(dòng)畫、時(shí)空分析專題圖展示等功能，增加了人機(jī)交互式功能，以GIS特有的方式在Web端展示齊文化特色。本系統(tǒng)開發(fā)的過程中所出現(xiàn)的紕漏或系統(tǒng)功能上的不完善是不可避免的，在后續(xù)的工作中將繼續(xù)修改完善。如何將傳統(tǒng)地域文化與其他學(xué)科合理的交叉結(jié)合運(yùn)用，使學(xué)科之間相輔相成、相互發(fā)展，是后續(xù)工作中要考慮到的問題。