以地理信息系统GIS构建中国文学地理学信息平台(上)
  • 2017-03-30
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  • 作者:周文业
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一、中国历史地理数字化应用平台

中国历史地理数字化平台是利用地理信息系统GIS和数据库所构建的应用平台,平台根据用户的研究需要,创建一个以时间、地点、人物三维的立体时空数据库。用户将相关数据按照时间、地点和人物等,逐一输入数据库,系统即可自动进行检索、统计,并自动生成各种专题历史地图,并构建各种历史地理信息系统。

将地理信息系统GIS应用于中国文学史,是以中国历史地理数字化平台为基础,构建中国文学地理学信息平台,应用于中国文学史的教学和科研。中国历史地理数字化平台和中国文学地理学信息平台,包括以下几部分内容。

第一,历史地理基础数据库:将谭其骧《中国历史地图集(八册)》全部历史地图数字化,建立中国历史地理基础数据库。

第二,专题数据库:根据需要,用户自己利用平台建立各种专题地理数据库,如中国文学史地理数据库。

第三,自动绘图:用户自己可以利用平台,根据用户数据库,自动生成各种专题历史地图。

第四,专题信息系统:根据需要,利用平台建立专题地理信息系统,如中国文学地理学信息平台。

平台的基本数据包括基础历史地理数据和用户专题数据两部分:

1、中国历史地理基础资料:即谭其骧《中国历史地图集》数字化后生成的中国历史地理基础数据。

2、用户专题数据库:由用户根据不同目的,按照应用平台提供的输入格式自己建立。

在中国历史地理数字化应用平台中,系统自动将这两部分数据链结起来。

在各个学科(文学、历史、考古、经济、军事等)中应用地理信息系统GIS系统,有两种方式。一种为专用系统,即由用户和GIS专业人员合作开发,用户提出需求,专业GIS开发人员根据用户需求,利用GIS系统进行开发,生成只适用于某个课题研究的应用系统。这种方式的优点是,可以根据用户需要开发出功能强大的专用系统。其缺点是,用户自己无法独立绘制历史地图和生成各种专题历史地理信息系统,而必须与专业GIS开发人员合作,这样大大局限了历史地理信息系统的应用。

我们采取了开放平台的方式,即在历史地理数字化的基础上,先由专业GIS人员利用历史地理基础数据,开发出中国历史地理数字化应用平台。各学科的学者无需学习GIS,也无需专业GIS研究人员的帮助,直接利用这个平台,就可以根据学者积累的各种资料,先建立本学科的用户数据库,再根据学者教学和研究的需要,自动生成各种专题历史电子地图,以及专题历史地理信息系统,最终应用到各种科研和教学中(图1)。


图1  中国历史地理数字化应用平台和中国文学地理学信息平台框图


二、平台的四个窗口

中国历史地理数字化应用平台的显示界面分为四个窗口。屏幕中心是历史地图窗口,右边是历史地名窗口,下面是时间窗口,左面是用户专题数据库窗口。(图2)


图2 四个窗口之间关系

1、历史地图窗口。屏幕界面中心窗口显示历史地图,地图可以放大、缩小和平移。除历史地图外,此窗口根据需要还可以显示各种历史图表。

2、地名窗口。屏幕界面右边为地名窗口,以树状目录形式,分三级显示历史地图中的全部地名。地名显示分隶属关系和分级显示两种显示方式。除可浏览外,还可以检索地名。系统可以实现地名的自动定位,即根据用户选定的地点,自动显示相应的地图。

3、时间窗口。屏幕界面下方为时间窗口,以根据用户需要选择时间。时间除以“公元”为单位外,还可以按照朝代、皇帝纪年等显示。可以根据选定的时间自动显示相应的地图。

4、用户专题数据库窗口。屏幕界面左方为用户专题数据库窗口,数据库根据用户的研究需要事先设定。用户可以对用户专题数据库进行编辑、修改等各种操作。可以在数据库中选定记录,自动显示相应的历史地图和历史图表。


三、浏览和查询

浏览和查询是任何一种地理信息系统最主要的基本功能,作为中国历史地理数字化应用平台也不例外,其浏览和查询功能包括以下几种。

1、时间的浏览、查询。用户可以在时间窗口中选定时间,也可以直接输入时间。选定时间后,地图窗口自动显示所选定时间的历史地图。

2、地名的浏览、查询。用户选定时间后,在地名窗口中就会出现选定时间的全部历史地名。地名分三级以树状目录形式显示,用户可以分别打开任意一级目录,浏览、选择地名。

3、地名定位。在地名窗口中选定地名后,双击该地名,可以自动在地图窗口中定位显示相应的历史地图(图3)。



3   从地名窗口到地图的地名定位显示

4、地图的放大、缩小和平移。对地图进行放大、缩小和平移是任何地理信息系统的基本功能。

5、地名选择。目前两种历史地名都分为三级,三级地名可以根据需要决定是否显示,如显示时地名太多、太乱,可以关闭某一级的地名,使显示更清晰。

6、地貌。地图可选择无地貌(图4)和有地貌(图5)两种显示方式,地貌采用彩色渲染式DEM图。



图4 三级地名、无地貌显示




图5 三级地名、有地貌显示

四、用户专题数据库的组成和建立

用户专题数据库是中国历史地理数字化应用平台的核心之一,是平台自动生成用户历史地图的基础。用平台自动绘制历史地图前,需要先建立用户专题数据库,应用平台就可以根据用户专题数据库,自动生成用户所需要的各种专题历史地图。

用户专题数据库主要用于记录各种与历史地理有关的各种资料,每条记录可以包括以下内容(图6)。记录格式可以根据用户要求随意修改。


专题数据库中每条记录记录一个事件,其中包括事件的基本信息和辅助信息两类。基本信息包括时间、地点、名称和事件隶属关系等要素,辅助信息包括人物、文字、图片、视频、数字等。基本信息是每条记录、每个事件必须填写的项目。

专题数据库可以视为一个三维的立体时空(图7),其中的三轴分别是:

1、时间轴:历史事件发生的时间,可选公元、皇帝纪年、朝代等。

2、地理轴:历史事件发生的地点,三级地名。

3、事件轴:历史人物的历史事件。

三轴组成三个平面(图8):

1.事件平面:“时间轴+地理轴”组成的垂直平面为事件平面,同类的一组事件都处在这个平面内。如唐代时间轴+唐代地理轴组成的平面表示了唐代平面,包含唐代各种历史事件,其中不同平面可以分别属于李白平面、杜甫平面、王维平面等。

2.时间平面:“地理轴+事件轴”组成的水平平面为时间平面,在某个时间内发生的各种事件都处在这个平面内。如公元757年时间平面表示了公元757年发生的各种事件。

3.地理平面:“时间轴+事件轴”组成的垂直平面为地理平面,在某个地点发生的各个年代的事件都处在这个平面内。如丹阳平面就表示了在丹阳这个地点历史上发生的所有事件。




因此,在三轴定位的立体时空中,时间、地点和事件三个基本信息就可以在时间、空间上确定一个事件的位置,立方体中每个点可以表示某个时间、某个地点、发生的某个事件,每个事件都可以从时间和空间上利用三轴定位。如公元757年(时间)李白从浔阳(地点)下山、随永王东行(事件)。

用户可以利用平台建立自己的专题数据库,并进行编辑和修改,建立过程如下:

1、用户根据自己的研究课题设计Excel表,将数据输入Excel表。

2、将Excel表数据导入平台用户专题数据库。

3、数据库将Excel表中地名,与对应的历史地理数据库中地名核对。

4、如发现地名不符,在Excel表中作出错误标记。

5、用户核对平台输出的Excel表的错误地名。

6、用户将修订后的Excel表再次输入平台的用户数据库。

7、直到所有用户数据库中地名,与相应基础历史地名库中地名完全符合为止。

8、用户可以研究需要建立新的地名。


五、利用专题数据库自动绘制历史事件图

利用平台自动绘制历史事件图,首先要建立专题数据库,以唐代大诗人李白晚年(公元757年)入幕永王李璘、兵败入狱为例。李白入幕永王李璘,从庐山到金陵,后永王李璘在丹阳兵败,李白出逃奔鄱阳,最后在浔阳入狱(表1)。

1  李白入幕永王李璘,兵败入狱



利用事件专题数据库自动绘制历史地图的过程如下。

1.建立专题数据库,包括主要信息:时间、地点、事件名、隶属关系,及辅助信息。

2.根据专题数据库中选定的时间,调出对应年代的历史地图。

3.根据专题数据库中选定的记录,自动生成各种专题历史地图。

4.所绘制的曲线圆滑过渡、无死角,线条的前端可增加箭头,线路的颜色、粗细可选。

5.学者所绘制的专题历史地图可以存档,以供今后再次编辑修改。也可以存储为JPG等各种形式的图片,插入学者到的研究成果中。

李白入幕永王李璘、兵败入狱的历史地图即可按照上述方法自动生成,如图10。



10  李白入幕永王李璘,兵败入狱



使用中国历史地理数字化应用平台,不只限于浏览和查询历史地图,还可以利用应用平台、无须专业GIS技术人员协助、独立地绘制各种专题历史地图,这是此应用平台的主要功能和最大特色。

专题历史地图按照地图的表现形式,可以分为两大类,一类是以显示线路为主的事件专题图,另一种是对各种数量进行统计的统计专题图。

利用平台绘制历史地图有自动和手动两种方法。自动绘制历史地图是由用户先建立用户专题数据库,系统根据用户专题数据库,生成专题历史地图。系统在数据库的几点之间,自动绘制光滑过渡曲线,并可选择线条的宽度、颜色等。

手动绘制历史地图是根据用户选定的纪录,平台自动生成底图,用户再利用平台提供各种绘图功能,在底图上画线、加标记等,最终生成专题地图(图11)。



图11    李白各地漫游示意图(地貌图)

在生成的历史地图中,平台可以自动对地图增加标注。在事件地图中,系统可以自动将事件名称标注在事件线路附近,且可人工移动调整标注的位置。

在地图中还可以插入图片或视频,如李白去世于公元762年在当涂去世,可以在公元762年地图中“当涂”地点上插入李白墓地的图片和录像,用户点击即可观看。



                                                     (周文业:首都师范大学中国传统文化数字化研究中心高级工程师)