WebGIS下的中國城市歷史地理信息平臺的設計與實現

卜慶華，李曉松，王茂洋，潘　倩，王盛華

(1. 中國地圖出版社，北京 100054； 2. 中國科學院遙感與數字地球研究所，北京100101；

3. 北京仁和匯智信息技術有限公司，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下的中國城市歷史地理信息平臺的設計與實現

卜慶華1，李曉松2，王茂洋2，潘倩1，王盛華3

(1. 中國地圖出版社，北京 100054； 2. 中國科學院遙感與數字地球研究所，北京100101；

3. 北京仁和匯智信息技術有限公司，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用中具有迫切需求，然而目前國內仍缺乏相對全面的主要城市的歷史地理信息系統。因此，本文在形成中國31個主要城市古地圖數字化成果的基礎上，借助地理信息系統、Web Service與數據庫技術，建立了可共享的中國城市歷史地理信息平臺。該平臺具備地圖瀏覽、歷史數據編輯、古今數據同步展現、古今地名查找定位、歷史專題查詢分析、歷史專題圖制作、數據發布等功能，可為城市歷史地理研究提供數據支撐。

關鍵詞：WebGIS；城市；歷史地理信息；平臺

一、引言

城市歷史地理信息不僅可應用于歷史學研究，其成果也可展現人類文明演變歷史的寶貴資源[1]。隨著地理信息系統技術的成熟與普及，城市歷史地理信息系統的研究與開發越來越受到國內外學者的重視。20世紀90年代，日本、英國、美國相繼開展相關研究并構建各自的城市歷史地理信息系統[2-4]。國內關于城市歷史地理信息系統的研究與建設基本處于探索階段，有多家科研機構或研究群體在探索城市歷史地理信息系統研究與建設的路線與方法[5-7]，但迄今尚未建立起覆蓋我國主要城市的較為完整的歷史地理信息系統。

鑒于城市歷史地理信息系統的重要性，國家文化產業發展專項資金對中國城市歷史地理信息平臺建設給予了支持，計劃以31個城市的古地圖數字化成果為基礎，借助WebGIS、HTML技術，建立可共享的中國城市歷史地理信息數字平臺，從而挖掘古地圖的科學價值，拓展城市歷史地理研究的空間和手段，為城市規劃建設、歷史文化挖掘提供支持，也為歷史地圖編制出版提供內容資源。

本文介紹了中國城市歷史地理信息平臺設計理念、構架體系與實現方式，并對其最新建設情況與主要功能進行了詳細說明，以期能促進中國城市歷史地理信息的傳播、共享與挖掘，為豐富中國城市歷史地理研究提供數據與技術支持。

二、系統設計與實現

1. 系統結構體系

中國城市歷史地理信息系統網絡體系采用C/S和B/S混合架構，以實現對古地圖數據的管理和服務(如圖1所示)。系統后臺采用C/S結構，實現對古地圖數據的編輯、更新和維護工作；系統前臺采用B/S架構，實現應用服務層中的各個邏輯子模塊功能，包括古地圖顯示、查詢、定位、分析、制圖、出版等。

圖1　系統網絡結構體系

系統平臺采用SQL Server數據庫管理系統和ArcGIS軟件體系搭建。考慮到古地圖數據量較大，數據安全性要求高，采用SQL Server 2008管理數據，其中屬性數據直接通過SQL Server進行存儲和管理，空間數據采用SQL Server+ArcSDE方式進行管理。服務器端空間數據發布采用ArcGIS Server 10.1實現，客戶端功能開發采用HTML5技術實現，后臺數據管理利用ArcGIS Engine實現。系統軟件結構體系如圖2所示。

圖2　系統軟件結構體系

2. 系統數據庫設計

(1) 數據庫組成

本系統數據庫由地理空間數據庫、屬性數據庫和元數據組成?？臻g數據庫主要存放經過掃描、拼接、配準、校正及數字化后的歷史地圖的各種點、線、面信息。屬性數據庫存放古地圖中的各種文字信息及時間屬性，通過這些屬性可以展現不同歷史時期地名、行政區劃等信息的變遷。元數據描述系統數據庫中所有數據要素及加工過程的基礎信息，包括要素名稱、分類代碼、幾何類型、屬性描述、與相關地物關系、數據采集、數據存儲等方面的內容。元數據主要分為數據庫、數據集、數據項3個級別的內容，各部分以目錄形式存儲。它一方面提供給用戶作為數據說明；另一方面作為系統自動化處理的數據目錄，提高數據庫的管理水平，方便用戶的使用及系統維護。

(2) 數據庫結構設計

1) 數據庫物理結構設計。數據庫物理結構上采用集中式管理，所有數據統一存儲在中央數據庫，從而保證數據的一致性。

2) 數據庫邏輯結構設計。采用SQL Server數據庫和ArcSDE軟件體系搭建?？紤]到古地圖數據量較大，數據安全性要求高，采用SQL Server 2008管理數據，其中屬性及圖片數據直接通過SQL Ser-ver進行存儲和管理，空間數據(矢量與柵格數據)采用SQL Server+ArcSDE方式進行管理。

3) 數據結構設計。對每一個歷史要素賦一個唯一的ID(使兩個地名空間上存在著空間上的繼承關系)，每個ID都對應著空間拓撲體中的具體圖元，可以通過ID定位該地名在空間的位置，也可以通過其空間位置檢索到與之相關的屬性數據。每個ID都記錄著該地名在其生命周期內的空間位置和屬性數據。同一時間段的地名ID可以通過層級關系描述其靜態拓撲關系，不同時間段的ID可以通過ID命名算法來建立關聯。

(3) 數據庫模型設計

為實現空間對象歷史信息的有效管理，中國城市歷史地理信息平臺引入雙重時域數據庫模型，既支持對空間對象有效時間的操作處理，也支持對空間對象歷史時間的操作處理，并且定義了兩種不同時域的聯系。時間維度是時空數據庫的重要屬性，考慮到不同城市歷史發展的水平及地圖資料的年代屬性，本系統以歷史地圖所呈現的歷史年代為時間維度，以期復原城市發展歷史脈絡。

三、系統主要功能模塊

1. 系統服務器端功能

服務器端功能包括：①添加數據源：選擇數字化好的城市MDB數據庫，打開相應數據庫的文件，并進行相應的配圖操作(如圖3所示)；②配置服務地址：配置服務所在機器的IP地址和賬戶名和密碼，可使其在不同服務器間進行部署(如圖4所示)；③管理服務：通過對服務的管理控制，后臺添加服務并啟動服務后在前臺可直接展示和操作(如圖5所示)。

圖3　地圖數據添加功能界面

圖4　地圖服務地址配置界面

圖5　地圖服務管理界面

2. 系統客戶端功能

(1) 古今對比

通過搜索當代某一地名，地圖高亮定位到該區域，選擇“全時期地名顯示”鼠標點擊該區域，以列表的形式彈出該區域在不同歷史時期的相關屬性信息，如名稱等。此功能可簡單鮮明地對比出這一區域的屬性歷史變遷，如圖6所示。

圖6　古今對比功能界面

(2) 歷史信息查詢

1) 空間歷史信息查詢：通過選擇某一時期的主題數據，進行區域選擇(包括畫點、畫線、畫矩形、畫圓等)，以屬性框的形式彈出所選區域的屬性信息(如圖7所示)。

2) 歷史屬性信息查詢：通過屬性條件來進行空間定位查詢，查詢結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

通過選擇兩個時期的數據或全體數據來進行切換顯示，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期的主要變化，并可放大到具體的某一區域，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

通過選擇某一確定的主題，如湖泊，查看其在不同時期的輪廓變化，并將不同時期的輪廓范圍進行高亮切換顯示(如圖10所示)。另外，系統可對某一主題不同時期的分布面積進行統計，可直接以圖表的形式進行展示(如圖11所示)，用戶也可以導出相關數據。對整個主題信息進行變化裁剪，即對兩個時期所選主題的變化區域進行裁剪輸出展示(如圖12所示)。

圖10　主題變化功能界面

圖11　主題變化信息統計界面

圖12　主題變化區域顯示功能界面

(5) 歷史地圖

對于不了解地理信息系統的廣大用戶，通過鍵盤左右鍵操作，以“翻頁”效果展示某一城市、不同時期的地圖，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、結束語

本文以對中國31個主要城市的古地圖數字化為基礎，借助地理信息系統、Web Service與數據庫技術，建立了中國城市歷史地理信息平臺。該系統平臺具備地圖瀏覽、歷史數據編輯、古今數據同步展現、古今地名查找定位、歷史專題查詢分析、歷史專題圖制作、數據發布等功能，從而充分挖掘了古地圖的科學價值，拓展了城市歷史地理研究的空間和手段，為城市規劃、城市建設、城市歷史文化的挖掘、城市文化的形象宣傳及相關決策提供了支持，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容資源。

與現代資料不同，歷史數據不僅保存形式多元，而且多是模糊、不規范的非量化數據，還涉及空間和時間兩個維度，在數據處理上存在一定的難度，未來可在現有基礎上繼續整合數據資源并對平臺作進一步完善。

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作者簡介：卜慶華(1977—)，男，碩士，副編審，主要研究方向為歷史地理學、地圖文化。E-mail：buqinghua@sinomaps.com

收稿日期：2015-10-05

中圖分類號：P208

文獻標識碼：B

文章編號：0494-0911(2015)12-0070-04

引文格式： 卜慶華，李曉松，王茂洋，等. WebGIS下的中國城市歷史地理信息平臺的設計與實現[J].測繪通報，2015(12)：70-73.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.382