历史人文地理信息系统设计研究

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摘要：针对历史人文资料数据的研究管理缺少与时空地理信息的有效结合和集成，现有的数据存储管理、检索查询、时空关联分析等信息化不足的问题，提出和设计了历史人文地理信息时空组织模型。利用GIS的时空信息数据管理、空间分析及可视化优势，有效整理和构建了历史人文资料空间数据库；开发并实现了基于WebGIS的集历史人物事件检索查询、空间动态可视化、人物—事件关联分析于一体的中国近现代史信息服务系统，有利于历史爱好者和研究者较为全面、便捷、形象直观地理解和掌握中国近现代历史人文资料。

关键词：WebGIS；历史人文；GIS；时空数据模型

在世界科技飞速发展的今天，传统的空间和时间分析方法已无法满足历史地理研究的需要，如何将新的研究方法应用于相关领域，以促进其进一步发展已引起众多学者的重视[1]。在寻求研究历史的新技术时，GIS以其强大的信息整合和可视化优势成为历史研究者普遍使用的技术。在各种人文学科研究中引入GIS技术是多学科交叉研究的典型案例[2]，中国历史地理信息系统（CHGIS）就是历史学与地理学深度融合的产物，由复旦大学中国历史地理研究中心和美国哈佛大学共同开发，以历史政区为主要管理对象，正在努力建立一套中国历史时期连续变化的基础地理信息库，为历史地理学的信息化奠定了重要基础[3]。此外，由台湾中央研究院完成的台湾历史文化地图系统（THCTS）和中国历史文化地图（CCTS），前者是以GIS呈现台湾历史、文化与自然资源的地图系统，后者是以中国文明为内涵的整合性信息应用环境[4-5]。目前，基于GIS的历史人文地理研究趋于多元化，如华夏家谱GIS的数据组织和系统架构设计研究[6]；基于CCTS的专题研究与开发：殷周青铜器地理信息系统的建立与发展[7]；基于CHGIS的专题研究与开发，包括中国历史地理数字化平台[8]、中国历代人物传记数据库[9]、中国人口地理信息系统[10]等。这些研究都在其相关方向体现了GIS与人文学科融合所带来的便捷和高效，但由于研究适用性较狭窄，普适性不强。为了尽量弥补历史人文时空分析的空缺，同时考虑到历史人物的存在和发展必须是以一定的地理空间为基点，而GIS能更好地构建“空间叙事”和“深度绘图”[11]，本文在Web2.0理念下，利用WebGIS建立了时空数据模型，设计了历史人文地理信息系统，以期能系统地整理和展现历史人物事件信息，为历史人文资料的存储管理和检索查询、人物—事件间的关联性分析提供便捷高效的研究管理平台。

1系统总体架构与数据模型

1.1总体架构设计。历史人文地理信息系统可实现对历史人物和事件的存储、管理、检索查询，并以空间数据的形式进行展现，从空间角度对历史人物和事件进行空间分析，得出不同于常规历史资料分析方法的结果。总之，历史人文地理信息系统是集历史人文资料数据检索查询、数据展示、空间分析服务于一体的GIS应用系统。系统采用B/S架构进行设计，分为数据层、服务层、业务层和显示层，如图1所示。1）数据层。采用ArcGISGeoDatabase组织和管理系统中所有的空间数据；采用Access组织和管理系统中所有的属性数据。通过整合空间数据和属性数据，构建历史人文地理信息时空数据库。2）服务层。系统采用专门的GIS服务器ArcGISServer向外提供GIS服务，将空间数据设置成网络上通用的可访问的REST服务资源，并以专门的Web服务器作为整个系统的常规服务器。3）业务层，负责整个系统的功能和逻辑处理，是系统的关键所在。4）显示层。系统交互界面采用当前网站开发中常规的HTML/CSS/Javascript技术编写，采用基于Javascript的类库文件jQuery/jQueryUI编写搭建整个系统的主界面，为用户提供了一个友好的交互界面，并实时显示数据和交互结果。1.2历史人文地理信息时空数据模型构建。数据模型是数据库系统的核心和基础，是对象的表达和管理方法，是按一定方案建立的数据逻辑组织方式[12]，因此建立集时间信息、空间信息、属性信息于一体的时空数据库就必须建立完善的时空数据模型。本文的时空数据模型是基于事件的时间表达，主要用时刻表示事件的发生或结束，在记录变化状态的同时间接地反映了事件，同理记录了事件也就反映了状态变化[13]。本文针对历史人文资料中的人物和事件信息，结合研究时期内的地理行政边界信息，通过分析人物、事件在时间、空间变化条件下的位置关系、动态模型和影响范围等，提出了一种包含检索查询、年谱分析、交互分析等模块的历史人文地理信息时空数据模型。模型构建的核心是建立人物与事件之间的联系，可概括描述为：将人物的出生、死亡时间，事件的发生、结束时间作为时空数据模型的时间信息；将人物的出生、死亡地点，事件的发生、结束地点（范围）作为时空数据模型的空间信息；将人物的生平简介、事件的发生过程作为时空数据模型的属性信息；并通过将历史事件划分为大事件和小事件，构建“大事件—小事件—人物”一体化的关联结构，最终实现历史信息间的架构联系。利用包含时间序列的人物—事件信息，展现人物—事件随时间、空间发生变化并相互影响的动态过程。在实现历史人文资料系统化管理的基础上，该模型不仅完成了历史信息的动态展示，而且完成了不同人物、事件间的交互分析，是一种面向动态过程模拟和即时展示的历史人文地理时空数据模型。

2系统设计与实现

2.1系统功能设计。历史人文地理信息系统按照功能模块化原则进行设计，遵循系统工程开发中自顶而下、逐步求精的结构化设计原则，结合历史人文数据结构特点和用户的使用要求，总体包括地图基础操作、图层管理、人物功能、事件功能、综合服务5大模块。各模块下又包括地图测量、删减图层、人物年谱、事件年谱、人物交互分析等多个具体功能，如图2所示。图2系统功能框架在历史人文地理信息系统中，人物功能和事件功能中的年谱功能以及综合服务是系统的核心功能模块。1）年谱功能模块。从时间维度出发，动态表达人物、事件随时间演变的过程，将人物、事件、时间和地理空间四者有机地结合在一起。通过人物年谱功能，可直观地看到该人物一生经历的所有事件，并按照事件发生顺序进行动态演示，极大地方便了用户对历史人物的学习和研究；事件年谱功能则是以动态形式展现不同大事件时期下发生的小事件，系统完整地呈现整个历史大事件的发生演变过程。2）综合服务模块，主要提供了历史人物和历史事件的热力渲染、统计分析以及人物交互分析功能。热力图主要是通过对人物图层和事件图层进行热力渲染，反映不同地区历史人物的密集程度和历史事件发生的频繁程度，越高亮说明该地方的历史人物聚集程度越高，或历史事件发生的频率越高。统计分析功能，在地图上选取区域范围，便可直接统计选中区域内历史人物的数量和不同大事件下小事件发生的数量，并自动生成相应的统计图。人物交互分析，主要分析两个或两个以上历史人物之间共同经历的历史事件，并在地图上进行相应显示，生成人物之间的轨迹相交点。2.2系统数据库设计。数据库设计是指在某一具体数据库管理系统上开展数据库表结构、字段结构设计的过程[14]。历史人文地理信息系统对中国近现代史中的历史人物和事件进行了初步整理，并将其相关资料数字化，形成历史人物和事件的专题历史数据，以此建立属性数据库；采用中国近现代的基础地理空间数据和历史发生位置建立空间数据库。系统空间数据库分为基础地理数据和专题历史数据两部分；属性数据库主要由人物表、大事件表、小事件表、人物小事件关联表4个数据表构成。系统数据库的整体结构设计如图3所示。2.3系统实现。历史人文地理信息系统不仅是较为完善的历史人文资料数据管理与检索查询系统，而且创新地将历史人物与历史小事件进行关联，将历史小事件与历史大事件进行关联，形成人物—事件相互关联的动态演示分析系统。系统开发完成后，对多组历史人物和事件进行了实验，顺利实现了地图标注（根据用户需求在系统地图上标注兴趣点）、人物年谱检索（对用户检索的历史人物的生平地理轨迹按时间顺序进行动态展示）、事件查询（显示用户搜索事件的起始时间、地点等详细信息）、统计分析（对用户选定的地理范围内不同历史事件中包含的历史人物数量等进行统计分析）、人物交互（展示某一特定历史事件中所包含的不同历史人物或某一历史人物所参与的所有历史事件）等一系列历史人物、事件的查询分析功能。结果表明，历史人文地理信息系统操作简单，界面简洁美观，功能互操作性强，能成功实现人物—事件的动态性演示以及缓冲区和人物交互分析等功能。

3结语

本文采用GIS技术以及相应网站开发技术，构建了基于GIS的集历史人物事件检索查询、空间呈现、数据分析于一体的中国近现代史信息服务系统，实现了对中国近现代史中人物—事件的查询分析和动态展示，极大地提高了用户对历史人文资料进行管理分析的效率，对相关领域的工作者具有较高的使用价值。在今后的开发研究中，将进一步对历史人文地理信息系统的数据库进行扩充优化，扩展历史时期，为用户提供更加广泛的适用范围；同时也将对系统的操作界面进行优化，为用户提供更好的操作体验。

作者:李凯 王艳军 单位:湖南科技大学