基于WebGIS的齐文化时空分布分析与系统设计

◆闻俏 刘聪 王少渤 逯跃锋通讯作者，2 卢晶晶

（1.山东理工大学建筑工程学院山东 255049；2.中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室北京 100101；3.北京点云环宇科技发展有限公司北京 102300）

1 引言

发源于山东中部的齐文化，是在传承东夷原始文化中的龙山文化和大汶口文化的基础上发展起来的，经过西周、春秋时期形成了独具特色的地域文化[1]，在后期经过了战国时期的繁荣、秦朝时的中衰、隋唐时期的停滞、近现代的复兴等阶段，逐渐成了中国传统文化的重要组成部分[2]。齐文化和鲁文化一直被当作齐鲁文化这个整体概念进行研究，其实两种文化各有自己的文化特色[3]。齐文化的形成是多种文化长期融合、交流的结果，最终形成了开放、多元、实干等特点的齐文化[4]。正确处理传统与现代、历史与现实的关系，合理继承传统，是新时期山东精神的落脚点和出发点[5]。

本文开发的基于 WebGIS的齐文化时空分布分析展示系统将齐文化与地图服务、WebGIS技术相结合，以GIS特有的方式在Web端展示对齐文化的时空分布进行分析、展示，顺应了人文社会潮流的发展，将传统文化与现代文化产业相结合发展，对树立民众文化自信、协同推进中国梦的实现具有举足轻重的作用[6]。

2 关键技术

2.1 时空分布分析方法

基于本文所建立的齐文化地理空间数据库，对历史文化遗址点图层与河流缓冲区叠置分析用到射线算法[7]；文化遗址分布区与文化名人分布区进行叠置-求交运算，用到矢量多边形拓扑叠置分析算法[8]。采用反距离权重插值法对齐文化流域内文化遗址、现代文化设施进行插值分析，从宏观角度体现齐文化空间分布。

反距离权重插值法的数学表达式：

其中，是点（x0,y0）处的估计值，Qi是估计插值点与观测点相对应的权重系数，n表示插值点的个数。权重系数Qi由以下公式得出[8]：

其中，n是已知观测点的数量，f（dej）表示已知观测点与插值点之间已知距离dej的权重函数，

其中，b为常数，当b取值为1时，得到反距离倒数插值，取值为2时，得到反距离倒数平方插值。

根据齐文化遗址与现代文化设施的空间位置，运用分布中心分析（公式（4））得到不同时期齐文化空间分布中心位置，运用标准距离分析（公式（5））得到标准距离，反映点要素在几何平均中心点附近的集中或分散程度。

式中，n为点的数量；xi、yi分别为i点的X，Y坐标；μx、μy分别为平均中心点的X，Y坐标。ds为n个点相对于分布中心的标准距离。

3 时空分析展示平台

3.1 系统总体架构

系统总体架构采用MVC结构，分为用户界面（View）、业务逻辑层（Controller）和数据访问层（Model）三个部分。采用MySQL数据库作为数据存储。

3.2 系统功能设计

本展示平台利用Bootstrap前端框架对Web站点进行快速的开发与部署，同时使用ArcGIS API for JavaScript和OpenLayers中封装好的方法调用ArcGIS Server REST API，同时实现用户对底层数据库查询与更新操作。本平台中功能实现全采用一键式触发，操作简单，功能设计如图1所示。

图1 平台功能设计图

3.3 数据库设计

本平台使用MySQL数据库对空间地理数据进行存储，它作为一款关系型数据库管理系统，功能强大，反应速度较快。平台中所收集数据类型多样，通过建立栅格数据集和矢量数据集两类格式用于管理数据，数据内容及结构如图2所示。

图2 数据库内容及结构

4 系统主要功能实现

（1）地图浏览功能

地图浏览基本功能主要包括地图缩放、漫游、图层切换等功能。基于 GIS分析方法对地图数据进行地图服务的发布，在页面中动态调用地图服务数据。

（2）要素查询功能

利用Ajax技术向服务器端发送异步请求，实现历史事件、文化遗址、现代文化设施查询功能，可根据兴趣点查询、框选、点缓冲区进行要素信息查询，点击查询结果的要素，弹出字段信息。

（3）时间轴动画功能

实现基于时空变化对历史数据进行展示，动态地将齐国地域各时期事件时态数据按时间分布直观展现于地图中，如图3所示。

图3 时间轴动画功能

（4）轨迹浏览功能

在设计地图功能时，通过轨迹回放的方式，展现出人物或事件的变化发展过程。通过调用地图服务，并实现动画功能，同时进行线要素的绘制，并在绘制的线要素上实现运动的点要素进行轨迹的回放、开始、暂停的功能。人物轨迹回放动画显示效果如下图4所示：

图4 Web端播放轨迹回放动画截图

5 总结

为提高对齐文化宣传力度，提高民众对山东精神与齐文化相互融合的认知度，本系统在 WebGIS的各项技术的基础上对所收集齐文化历史数据与手绘素材进行分析展示，实现了要素查询、时间轴动画、轨迹回放动画、时空分析专题图展示等功能，增加了人机交互式功能，以GIS特有的方式在Web端展示齐文化特色。本系统开发的过程中所出现的纰漏或系统功能上的不完善是不可避免的，在后续的工作中将继续修改完善。如何将传统地域文化与其他学科合理的交叉结合运用，使学科之间相辅相成、相互发展，是后续工作中要考虑到的问题。