歷史人文地理信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)研究

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摘要：針對歷史人文資料數(shù)據(jù)的研究管理缺少與時(shí)空地理信息的有效結(jié)合和集成，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)存儲管理、檢索查詢、時(shí)空關(guān)聯(lián)分析等信息化不足的問題，提出和設(shè)計(jì)了歷史人文地理信息時(shí)空組織模型。利用GIS的時(shí)空信息數(shù)據(jù)管理、空間分析及可視化優(yōu)勢，有效整理和構(gòu)建了歷史人文資料空間數(shù)據(jù)庫；開發(fā)并實(shí)現(xiàn)了基于WebGIS的集歷史人物事件檢索查詢、空間動態(tài)可視化、人物—事件關(guān)聯(lián)分析于一體的中國近現(xiàn)代史信息服務(wù)系統(tǒng)，有利于歷史愛好者和研究者較為全面、便捷、形象直觀地理解和掌握中國近現(xiàn)代歷史人文資料。

關(guān)鍵詞：WebGIS；歷史人文；GIS；時(shí)空數(shù)據(jù)模型

在世界科技飛速發(fā)展的今天，傳統(tǒng)的空間和時(shí)間分析方法已無法滿足歷史地理研究的需要，如何將新的研究方法應(yīng)用于相關(guān)領(lǐng)域，以促進(jìn)其進(jìn)一步發(fā)展已引起眾多學(xué)者的重視[1]。在尋求研究歷史的新技術(shù)時(shí)，GIS以其強(qiáng)大的信息整合和可視化優(yōu)勢成為歷史研究者普遍使用的技術(shù)。在各種人文學(xué)科研究中引入GIS技術(shù)是多學(xué)科交叉研究的典型案例[2]，中國歷史地理信息系統(tǒng)（CHGIS）就是歷史學(xué)與地理學(xué)深度融合的產(chǎn)物，由復(fù)旦大學(xué)中國歷史地理研究中心和美國哈佛大學(xué)共同開發(fā)，以歷史政區(qū)為主要管理對象，正在努力建立一套中國歷史時(shí)期連續(xù)變化的基礎(chǔ)地理信息庫，為歷史地理學(xué)的信息化奠定了重要基礎(chǔ)[3]。此外，由臺灣中央研究院完成的臺灣歷史文化地圖系統(tǒng)（THCTS）和中國歷史文化地圖（CCTS），前者是以GIS呈現(xiàn)臺灣歷史、文化與自然資源的地圖系統(tǒng)，后者是以中國文明為內(nèi)涵的整合性信息應(yīng)用環(huán)境[4-5]。目前，基于GIS的歷史人文地理研究趨于多元化，如華夏家譜GIS的數(shù)據(jù)組織和系統(tǒng)架構(gòu)設(shè)計(jì)研究[6]；基于CCTS的專題研究與開發(fā)：殷周青銅器地理信息系統(tǒng)的建立與發(fā)展[7]；基于CHGIS的專題研究與開發(fā)，包括中國歷史地理數(shù)字化平臺[8]、中國歷代人物傳記數(shù)據(jù)庫[9]、中國人口地理信息系統(tǒng)[10]等。這些研究都在其相關(guān)方向體現(xiàn)了GIS與人文學(xué)科融合所帶來的便捷和高效，但由于研究適用性較狹窄，普適性不強(qiáng)。為了盡量彌補(bǔ)歷史人文時(shí)空分析的空缺，同時(shí)考慮到歷史人物的存在和發(fā)展必須是以一定的地理空間為基點(diǎn)，而GIS能更好地構(gòu)建“空間敘事”和“深度繪圖”[11]，本文在Web2.0理念下，利用WebGIS建立了時(shí)空數(shù)據(jù)模型，設(shè)計(jì)了歷史人文地理信息系統(tǒng)，以期能系統(tǒng)地整理和展現(xiàn)歷史人物事件信息，為歷史人文資料的存儲管理和檢索查詢、人物—事件間的關(guān)聯(lián)性分析提供便捷高效的研究管理平臺。

1系統(tǒng)總體架構(gòu)與數(shù)據(jù)模型

1.1總體架構(gòu)設(shè)計(jì)。歷史人文地理信息系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對歷史人物和事件的存儲、管理、檢索查詢，并以空間數(shù)據(jù)的形式進(jìn)行展現(xiàn)，從空間角度對歷史人物和事件進(jìn)行空間分析，得出不同于常規(guī)歷史資料分析方法的結(jié)果。總之，歷史人文地理信息系統(tǒng)是集歷史人文資料數(shù)據(jù)檢索查詢、數(shù)據(jù)展示、空間分析服務(wù)于一體的GIS應(yīng)用系統(tǒng)。系統(tǒng)采用B/S架構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，分為數(shù)據(jù)層、服務(wù)層、業(yè)務(wù)層和顯示層，如圖1所示。1）數(shù)據(jù)層。采用ArcGISGeoDatabase組織和管理系統(tǒng)中所有的空間數(shù)據(jù)；采用Access組織和管理系統(tǒng)中所有的屬性數(shù)據(jù)。通過整合空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，構(gòu)建歷史人文地理信息時(shí)空數(shù)據(jù)庫。2）服務(wù)層。系統(tǒng)采用專門的GIS服務(wù)器ArcGISServer向外提供GIS服務(wù)，將空間數(shù)據(jù)設(shè)置成網(wǎng)絡(luò)上通用的可訪問的REST服務(wù)資源，并以專門的Web服務(wù)器作為整個(gè)系統(tǒng)的常規(guī)服務(wù)器。3）業(yè)務(wù)層，負(fù)責(zé)整個(gè)系統(tǒng)的功能和邏輯處理，是系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。4）顯示層。系統(tǒng)交互界面采用當(dāng)前網(wǎng)站開發(fā)中常規(guī)的HTML/CSS/Javascript技術(shù)編寫，采用基于Javascript的類庫文件jQuery/jQueryUI編寫搭建整個(gè)系統(tǒng)的主界面，為用戶提供了一個(gè)友好的交互界面，并實(shí)時(shí)顯示數(shù)據(jù)和交互結(jié)果。1.2歷史人文地理信息時(shí)空數(shù)據(jù)模型構(gòu)建。數(shù)據(jù)模型是數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的核心和基礎(chǔ)，是對象的表達(dá)和管理方法，是按一定方案建立的數(shù)據(jù)邏輯組織方式[12]，因此建立集時(shí)間信息、空間信息、屬性信息于一體的時(shí)空數(shù)據(jù)庫就必須建立完善的時(shí)空數(shù)據(jù)模型。本文的時(shí)空數(shù)據(jù)模型是基于事件的時(shí)間表達(dá)，主要用時(shí)刻表示事件的發(fā)生或結(jié)束，在記錄變化狀態(tài)的同時(shí)間接地反映了事件，同理記錄了事件也就反映了狀態(tài)變化[13]。本文針對歷史人文資料中的人物和事件信息，結(jié)合研究時(shí)期內(nèi)的地理行政邊界信息，通過分析人物、事件在時(shí)間、空間變化條件下的位置關(guān)系、動態(tài)模型和影響范圍等，提出了一種包含檢索查詢、年譜分析、交互分析等模塊的歷史人文地理信息時(shí)空數(shù)據(jù)模型。模型構(gòu)建的核心是建立人物與事件之間的聯(lián)系，可概括描述為：將人物的出生、死亡時(shí)間，事件的發(fā)生、結(jié)束時(shí)間作為時(shí)空數(shù)據(jù)模型的時(shí)間信息；將人物的出生、死亡地點(diǎn)，事件的發(fā)生、結(jié)束地點(diǎn)（范圍）作為時(shí)空數(shù)據(jù)模型的空間信息；將人物的生平簡介、事件的發(fā)生過程作為時(shí)空數(shù)據(jù)模型的屬性信息；并通過將歷史事件劃分為大事件和小事件，構(gòu)建“大事件—小事件—人物”一體化的關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)，最終實(shí)現(xiàn)歷史信息間的架構(gòu)聯(lián)系。利用包含時(shí)間序列的人物—事件信息，展現(xiàn)人物—事件隨時(shí)間、空間發(fā)生變化并相互影響的動態(tài)過程。在實(shí)現(xiàn)歷史人文資料系統(tǒng)化管理的基礎(chǔ)上，該模型不僅完成了歷史信息的動態(tài)展示，而且完成了不同人物、事件間的交互分析，是一種面向動態(tài)過程模擬和即時(shí)展示的歷史人文地理時(shí)空數(shù)據(jù)模型。

2系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

2.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)。歷史人文地理信息系統(tǒng)按照功能模塊化原則進(jìn)行設(shè)計(jì)，遵循系統(tǒng)工程開發(fā)中自頂而下、逐步求精的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)原則，結(jié)合歷史人文數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和用戶的使用要求，總體包括地圖基礎(chǔ)操作、圖層管理、人物功能、事件功能、綜合服務(wù)5大模塊。各模塊下又包括地圖測量、刪減圖層、人物年譜、事件年譜、人物交互分析等多個(gè)具體功能，如圖2所示。圖2系統(tǒng)功能框架在歷史人文地理信息系統(tǒng)中，人物功能和事件功能中的年譜功能以及綜合服務(wù)是系統(tǒng)的核心功能模塊。1）年譜功能模塊。從時(shí)間維度出發(fā)，動態(tài)表達(dá)人物、事件隨時(shí)間演變的過程，將人物、事件、時(shí)間和地理空間四者有機(jī)地結(jié)合在一起。通過人物年譜功能，可直觀地看到該人物一生經(jīng)歷的所有事件，并按照事件發(fā)生順序進(jìn)行動態(tài)演示，極大地方便了用戶對歷史人物的學(xué)習(xí)和研究；事件年譜功能則是以動態(tài)形式展現(xiàn)不同大事件時(shí)期下發(fā)生的小事件，系統(tǒng)完整地呈現(xiàn)整個(gè)歷史大事件的發(fā)生演變過程。2）綜合服務(wù)模塊，主要提供了歷史人物和歷史事件的熱力渲染、統(tǒng)計(jì)分析以及人物交互分析功能。熱力圖主要是通過對人物圖層和事件圖層進(jìn)行熱力渲染，反映不同地區(qū)歷史人物的密集程度和歷史事件發(fā)生的頻繁程度，越高亮說明該地方的歷史人物聚集程度越高，或歷史事件發(fā)生的頻率越高。統(tǒng)計(jì)分析功能，在地圖上選取區(qū)域范圍，便可直接統(tǒng)計(jì)選中區(qū)域內(nèi)歷史人物的數(shù)量和不同大事件下小事件發(fā)生的數(shù)量，并自動生成相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)圖。人物交互分析，主要分析兩個(gè)或兩個(gè)以上歷史人物之間共同經(jīng)歷的歷史事件，并在地圖上進(jìn)行相應(yīng)顯示，生成人物之間的軌跡相交點(diǎn)。2.2系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)。數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)是指在某一具體數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)上開展數(shù)據(jù)庫表結(jié)構(gòu)、字段結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的過程[14]。歷史人文地理信息系統(tǒng)對中國近現(xiàn)代史中的歷史人物和事件進(jìn)行了初步整理，并將其相關(guān)資料數(shù)字化，形成歷史人物和事件的專題歷史數(shù)據(jù)，以此建立屬性數(shù)據(jù)庫；采用中國近現(xiàn)代的基礎(chǔ)地理空間數(shù)據(jù)和歷史發(fā)生位置建立空間數(shù)據(jù)庫。系統(tǒng)空間數(shù)據(jù)庫分為基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)和專題歷史數(shù)據(jù)兩部分；屬性數(shù)據(jù)庫主要由人物表、大事件表、小事件表、人物小事件關(guān)聯(lián)表4個(gè)數(shù)據(jù)表構(gòu)成。系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫的整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖3所示。2.3系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。歷史人文地理信息系統(tǒng)不僅是較為完善的歷史人文資料數(shù)據(jù)管理與檢索查詢系統(tǒng)，而且創(chuàng)新地將歷史人物與歷史小事件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將歷史小事件與歷史大事件進(jìn)行關(guān)聯(lián)，形成人物—事件相互關(guān)聯(lián)的動態(tài)演示分析系統(tǒng)。系統(tǒng)開發(fā)完成后，對多組歷史人物和事件進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，順利實(shí)現(xiàn)了地圖標(biāo)注（根據(jù)用戶需求在系統(tǒng)地圖上標(biāo)注興趣點(diǎn)）、人物年譜檢索（對用戶檢索的歷史人物的生平地理軌跡按時(shí)間順序進(jìn)行動態(tài)展示）、事件查詢（顯示用戶搜索事件的起始時(shí)間、地點(diǎn)等詳細(xì)信息）、統(tǒng)計(jì)分析（對用戶選定的地理范圍內(nèi)不同歷史事件中包含的歷史人物數(shù)量等進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析）、人物交互（展示某一特定歷史事件中所包含的不同歷史人物或某一歷史人物所參與的所有歷史事件）等一系列歷史人物、事件的查詢分析功能。結(jié)果表明，歷史人文地理信息系統(tǒng)操作簡單，界面簡潔美觀，功能互操作性強(qiáng)，能成功實(shí)現(xiàn)人物—事件的動態(tài)性演示以及緩沖區(qū)和人物交互分析等功能。

3結(jié)語

本文采用GIS技術(shù)以及相應(yīng)網(wǎng)站開發(fā)技術(shù)，構(gòu)建了基于GIS的集歷史人物事件檢索查詢、空間呈現(xiàn)、數(shù)據(jù)分析于一體的中國近現(xiàn)代史信息服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對中國近現(xiàn)代史中人物—事件的查詢分析和動態(tài)展示，極大地提高了用戶對歷史人文資料進(jìn)行管理分析的效率，對相關(guān)領(lǐng)域的工作者具有較高的使用價(jià)值。在今后的開發(fā)研究中，將進(jìn)一步對歷史人文地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行擴(kuò)充優(yōu)化，擴(kuò)展歷史時(shí)期，為用戶提供更加廣泛的適用范圍；同時(shí)也將對系統(tǒng)的操作界面進(jìn)行優(yōu)化，為用戶提供更好的操作體驗(yàn)。

作者:李凱 王艷軍 單位:湖南科技大學(xué)