WebGIS下的中国城市历史地理信息平台的设计与实现

卜庆华，李晓松，王茂洋，潘　倩，王盛华

(1. 中国地图出版社，北京 100054； 2. 中国科学院遥感与数字地球研究所，北京100101；

3. 北京仁和汇智信息技术有限公司，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



WebGIS下的中国城市历史地理信息平台的设计与实现

卜庆华1，李晓松2，王茂洋2，潘倩1，王盛华3

(1. 中国地图出版社，北京 100054； 2. 中国科学院遥感与数字地球研究所，北京100101；

3. 北京仁和汇智信息技术有限公司，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：城市历史地理信息在研究与应用中具有迫切需求，然而目前国内仍缺乏相对全面的主要城市的历史地理信息系统。因此，本文在形成中国31个主要城市古地图数字化成果的基础上，借助地理信息系统、Web Service与数据库技术，建立了可共享的中国城市历史地理信息平台。该平台具备地图浏览、历史数据编辑、古今数据同步展现、古今地名查找定位、历史专题查询分析、历史专题图制作、数据发布等功能，可为城市历史地理研究提供数据支撑。

关键词：WebGIS；城市；历史地理信息；平台

一、引言

城市历史地理信息不仅可应用于历史学研究，其成果也可展现人类文明演变历史的宝贵资源[1]。随着地理信息系统技术的成熟与普及，城市历史地理信息系统的研究与开发越来越受到国内外学者的重视。20世纪90年代，日本、英国、美国相继开展相关研究并构建各自的城市历史地理信息系统[2-4]。国内关于城市历史地理信息系统的研究与建设基本处于探索阶段，有多家科研机构或研究群体在探索城市历史地理信息系统研究与建设的路线与方法[5-7]，但迄今尚未建立起覆盖我国主要城市的较为完整的历史地理信息系统。

鉴于城市历史地理信息系统的重要性，国家文化产业发展专项资金对中国城市历史地理信息平台建设给予了支持，计划以31个城市的古地图数字化成果为基础，借助WebGIS、HTML技术，建立可共享的中国城市历史地理信息数字平台，从而挖掘古地图的科学价值，拓展城市历史地理研究的空间和手段，为城市规划建设、历史文化挖掘提供支持，也为历史地图编制出版提供内容资源。

本文介绍了中国城市历史地理信息平台设计理念、构架体系与实现方式，并对其最新建设情况与主要功能进行了详细说明，以期能促进中国城市历史地理信息的传播、共享与挖掘，为丰富中国城市历史地理研究提供数据与技术支持。

二、系统设计与实现

1. 系统结构体系

中国城市历史地理信息系统网络体系采用C/S和B/S混合架构，以实现对古地图数据的管理和服务(如图1所示)。系统后台采用C/S结构，实现对古地图数据的编辑、更新和维护工作；系统前台采用B/S架构，实现应用服务层中的各个逻辑子模块功能，包括古地图显示、查询、定位、分析、制图、出版等。

图1　系统网络结构体系

系统平台采用SQL Server数据库管理系统和ArcGIS软件体系搭建。考虑到古地图数据量较大，数据安全性要求高，采用SQL Server 2008管理数据，其中属性数据直接通过SQL Server进行存储和管理，空间数据采用SQL Server+ArcSDE方式进行管理。服务器端空间数据发布采用ArcGIS Server 10.1实现，客户端功能开发采用HTML5技术实现，后台数据管理利用ArcGIS Engine实现。系统软件结构体系如图2所示。

图2　系统软件结构体系

2. 系统数据库设计

(1) 数据库组成

本系统数据库由地理空间数据库、属性数据库和元数据组成。空间数据库主要存放经过扫描、拼接、配准、校正及数字化后的历史地图的各种点、线、面信息。属性数据库存放古地图中的各种文字信息及时间属性，通过这些属性可以展现不同历史时期地名、行政区划等信息的变迁。元数据描述系统数据库中所有数据要素及加工过程的基础信息，包括要素名称、分类代码、几何类型、属性描述、与相关地物关系、数据采集、数据存储等方面的内容。元数据主要分为数据库、数据集、数据项3个级别的内容，各部分以目录形式存储。它一方面提供给用户作为数据说明；另一方面作为系统自动化处理的数据目录，提高数据库的管理水平，方便用户的使用及系统维护。

(2) 数据库结构设计

1) 数据库物理结构设计。数据库物理结构上采用集中式管理，所有数据统一存储在中央数据库，从而保证数据的一致性。

2) 数据库逻辑结构设计。采用SQL Server数据库和ArcSDE软件体系搭建。考虑到古地图数据量较大，数据安全性要求高，采用SQL Server 2008管理数据，其中属性及图片数据直接通过SQL Ser-ver进行存储和管理，空间数据(矢量与栅格数据)采用SQL Server+ArcSDE方式进行管理。

3) 数据结构设计。对每一个历史要素赋一个唯一的ID(使两个地名空间上存在着空间上的继承关系)，每个ID都对应着空间拓扑体中的具体图元，可以通过ID定位该地名在空间的位置，也可以通过其空间位置检索到与之相关的属性数据。每个ID都记录着该地名在其生命周期内的空间位置和属性数据。同一时间段的地名ID可以通过层级关系描述其静态拓扑关系，不同时间段的ID可以通过ID命名算法来建立关联。

(3) 数据库模型设计

为实现空间对象历史信息的有效管理，中国城市历史地理信息平台引入双重时域数据库模型，既支持对空间对象有效时间的操作处理，也支持对空间对象历史时间的操作处理，并且定义了两种不同时域的联系。时间维度是时空数据库的重要属性，考虑到不同城市历史发展的水平及地图资料的年代属性，本系统以历史地图所呈现的历史年代为时间维度，以期复原城市发展历史脉络。

三、系统主要功能模块

1. 系统服务器端功能

服务器端功能包括：①添加数据源：选择数字化好的城市MDB数据库，打开相应数据库的文件，并进行相应的配图操作(如图3所示)；②配置服务地址：配置服务所在机器的IP地址和账户名和密码，可使其在不同服务器间进行部署(如图4所示)；③管理服务：通过对服务的管理控制，后台添加服务并启动服务后在前台可直接展示和操作(如图5所示)。

图3　地图数据添加功能界面

图4　地图服务地址配置界面

图5　地图服务管理界面

2. 系统客户端功能

(1) 古今对比

通过搜索当代某一地名，地图高亮定位到该区域，选择“全时期地名显示”鼠标点击该区域，以列表的形式弹出该区域在不同历史时期的相关属性信息，如名称等。此功能可简单鲜明地对比出这一区域的属性历史变迁，如图6所示。

图6　古今对比功能界面

(2) 历史信息查询

1) 空间历史信息查询：通过选择某一时期的主题数据，进行区域选择(包括画点、画线、画矩形、画圆等)，以属性框的形式弹出所选区域的属性信息(如图7所示)。

2) 历史属性信息查询：通过属性条件来进行空间定位查询，查询结果以高亮显示在地图上(如图8所示)。

图7　空间历史信息查询界面

图8　历史属性信息查询界面

(3) 城市变迁

通过选择两个时期的数据或全体数据来进行切换显示，并伴随着透明度的变化，从整体上直观地展示北京市在各时期的主要变化，并可放大到具体的某一区域，查看变化信息(如图9所示)。

图9　城市变迁功能界面

(4) 主题变化

通过选择某一确定的主题，如湖泊，查看其在不同时期的轮廓变化，并将不同时期的轮廓范围进行高亮切换显示(如图10所示)。另外，系统可对某一主题不同时期的分布面积进行统计，可直接以图表的形式进行展示(如图11所示)，用户也可以导出相关数据。对整个主题信息进行变化裁剪，即对两个时期所选主题的变化区域进行裁剪输出展示(如图12所示)。

图10　主题变化功能界面

图11　主题变化信息统计界面

图12　主题变化区域显示功能界面

(5) 历史地图

对于不了解地理信息系统的广大用户，通过键盘左右键操作，以“翻页”效果展示某一城市、不同时期的地图，让用户可以直观地感受城市历史变迁(如图13所示)。

图13　历史地图界面

四、结束语

本文以对中国31个主要城市的古地图数字化为基础，借助地理信息系统、Web Service与数据库技术，建立了中国城市历史地理信息平台。该系统平台具备地图浏览、历史数据编辑、古今数据同步展现、古今地名查找定位、历史专题查询分析、历史专题图制作、数据发布等功能，从而充分挖掘了古地图的科学价值，拓展了城市历史地理研究的空间和手段，为城市规划、城市建设、城市历史文化的挖掘、城市文化的形象宣传及相关决策提供了支持，也为古地图整理出版和历史地图编制出版提供了重要的内容资源。

与现代资料不同，历史数据不仅保存形式多元，而且多是模糊、不规范的非量化数据，还涉及空间和时间两个维度，在数据处理上存在一定的难度，未来可在现有基础上继续整合数据资源并对平台作进一步完善。

参考文献：

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[2]SIEBERT L J. Using GIS to Document,Visualize, and Interpret Tokyo’s Spatial History [J]. Social Science History, 2000,24(3):537-574.

[3]GREGORY I N, SOUTHALL H. Putting the Past in Its Place: the Great Britain Historical GIS [M].London: Taylor & Francis,1998：210-221.

[4]FITCH C A, RUGGLES S. Building the National Historical Geographic Information System[J]. Historical Methods: A Journal of Quantitative & Interdisciplinary History，2003, 36(1): 41-60.

[5]曹静.中国历史地理信息系统:再现两千年中国历史地理变迁[J].中国测绘，2002(4): 46.

[6]张晓东.GIS与历史地理学[J].地球信息科学，2006，8(2):38-39.

[7]王均，陈向东，宇文仲.历史地理数据的GIS应用处理——以清时期的陕西为例[J].地球信息科学，2003，5(1)：58-61.

[8]刘彬, 李丹农, 姚远方. 基于地图的城市演变的空间信息提取方法[J]. 测绘通报, 2015(2): 106-108,112.

[9]彭金辉,刘素玉,田伟,等. 城市历史文化风貌街区房屋现状调查测绘及三维建模--以原汉口英租界为例[J]. 测绘通报, 2014(10): 98-100.

[10]左伟, 王俊友, 赵海云, 等. 基于WebGIS的网络地理信息资源获取与坐标投影转换技术研究--以天地图为例[J]. 测绘通报, 2015(4): 122-124.

[11]牛习现，王颖，程晓荣.时空数据库模型及其应用[J].华北电力大学学报，2003，30(3)：73-76.

作者简介：卜庆华(1977—)，男，硕士，副编审，主要研究方向为历史地理学、地图文化。E-mail：buqinghua@sinomaps.com

收稿日期：2015-10-05

中图分类号：P208

文献标识码：B

文章编号：0494-0911(2015)12-0070-04

引文格式： 卜庆华，李晓松，王茂洋，等. WebGIS下的中国城市历史地理信息平台的设计与实现[J].测绘通报，2015(12)：70-73.DOI:10.13474/j.cnki.11-2246.2015.382