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甘肃省古建筑空间数据库的设计与实现

2025-05-06 49 上传者：管理员

摘要：在国家“一带一路”倡议、文化强国战略实施的背景下，甘肃省“以文促旅，文旅融合”的高质量发展模式对古代建筑遗产保护力度和开发利用的能力提出了更高要求。为使不同领域学者充分把握甘肃省古代建筑的时空分布特性，利用Geodatabase设计了甘肃省古建筑空间数据库，力求实现多要素空间数据和非空间数据的一体化存储管理、查询浏览，以及动态专题图制作、空间分析等，对深入挖掘研究甘肃古代建筑的时空分布机制和决策制定具有重要作用。

关键词：
Geodatabase
古建筑保护
文化遗产
文化遗产保护
空间数据库
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文化遗产是人类文明的智慧结晶和思想的外化,对物质文化遗产的不可再生性和在保护上所面临的不确定因素需要给予足够的重视｡空间信息技术在空间信息获取､处理､管理､分析和可视化等方面的独特优势,已经成功运用于各个领域[1-4],在文化遗产保护､利用､规划和管理上发挥着重要作用[5-10]｡数据库建设是文化遗存从实体的数字化采集到可视化展示的中间环节,是信息化管理和保存的重要手段｡空间数据库能将多尺度､多来源､多类型数据进行集成化管理,建立实体空间信息和属性信息之间的联系,实现多用途的空间分析,为科学制定决策提供技术支持,最终有效服务于文化遗产的保护､研究和利用｡目前,我国在文化遗产数据库建设方面取得了一定成果｡针对不同区域特征和文化特点,学者围绕文化带构建了西山永定河[11]､京杭大运河[12-13]文化遗产空间数据库;针对城市建设和文化遗产保护之间的矛盾,建立西安市文化遗产空间数据库[14];从景观考古学的角度建立了辽阳东京城遗址[15]､浙江良渚古城遗址[16]空间数据库｡

古代建筑遗存是文化遗产的重要内容之一,是我国灿烂历史文化的重要载体,固有的建筑学､美学､文化､科学､经济价值等是重要的资源;同时我国古建筑多为木构建筑,易受自然和人为因素影响,安全问题不容忽视｡学界历来重视古代建筑的保护､研究和开发利用[17-19]｡GIS,RS,近景摄影测量及三维激光扫描等空间信息技术的实践与应用为古建筑的保护､管理和利用构建了数字化路径[20]｡陈勇平[21]构建了故宫古建筑木构件树种数据库;邢昱[22]､泽金[23]､李长辉[24]等分别构建了集古建筑实体二三维数据于一体的数字化保护和利用路径;逄逸[25]､耿秀婷[26]､韩瑛[27]､赵玉洁[28]等从更大尺度的视角考虑古建筑的区域关联性和整体性,探讨了古代建筑的区域空间格局,拓展了古建筑遗存的研究视角｡

甘肃省古代建筑遗产丰富多样,年代延续时间长｡在国家“一带一路”倡议､文化强国战略实施的背景下,甘肃省文物资源的保护和利用日益得到加强,开启了“以文促旅,文旅融合”的高质量发展模式,对加大古代建筑遗产保护力度和开发利用的能力提出了更高的要求｡为此,作为文化遗产数字化的后台支撑,通过构建基于Geodatabase的甘肃省古建筑空间数据库,探索甘肃省文物建筑保护的数字化路径,为甘肃省古建筑的总体保护规划､学术研究､活化利用以及与社会经济协同发展奠定基础｡

1、研究区概况

1.1自然概况

甘肃省位于中国西北地区,地处青藏高原､黄土高原和内蒙古高原的交汇地带｡省域东西狭长,地域辽阔,形似如意,自古以来就是东西方文化交流的咽喉孔道;境内地貌类型复杂,气候类型多样,自然条件的差异悬殊｡借鉴已有研究经验[29-30]和自然地理区位特征,甘肃省可以分为5个地区:陇东黄土高原(平凉､庆阳)､陇南黄河-长江流域融汇区(天水､陇南)､陇中黄土高原(兰州､白银､定西)､河西走廊地区(武威､张掖､金昌､酒泉､嘉峪关)､河湟地区(临夏､甘南)｡

1.2古建筑资源概况

甘肃拥有丰富的历史文化,是中华文明的重要发祥地[31]｡自古以来,农耕文化与游牧文化､中原文化与西部文化､华夏文化与外来文化在此交汇[32],造就了多民族文化交流融合､繁荣共生的文化特征,也在各地形成了多元化的建筑风格｡全省现有古建筑1400余处(按照《中华人民共和国文物保护法》的分类原则,根据全国第三次文物普查资料古建筑类别统计),其中全国重点文物保护单位53处､省级文物保护单位106处[33-34]｡在建筑类别上,按照《中华人民共和国文物保护法》的分类原则,甘肃省古建筑类别涵盖了全部16个子项;在年代上,跨越了从唐代到清代各个历史时期｡除了地上建筑之外,甘肃的考古发掘工作还发现了一批新石器时代和先秦时期深埋于地下的建筑遗址｡20世纪80年代在秦安大地湾遗址发现的编号为F901的原始宫殿式房屋建筑遗址展现了我国在5000年前高超的建造工艺[35-36],庆阳南佐遗址所见的初具“宫城”性质的大型夯土建筑区开创了后世都城建筑的先河[37]｡文中古代建筑主要是指按照《中华人民共和国文物保护法》分类原则划分的地上古代建筑｡

2、空间数据库设计

2.1数据的组织和分类

甘肃省古建筑空间数据库旨在对与古建筑相关的自然要素信息､人文要素信息和古建筑实体信息等多源空间数据集中存储､管理,通过GIS空间分析深刻理解甘肃省古建筑空间分布的内在规律｡为此,根据涉及数据的内容,所构建的甘肃省古建筑空间数据库应由基础地理数据库､社会经济数据库和古代建筑遗产数据库三部分组成｡其中,基础地理数据库包含行政区划数据､自然分区数据､水系数据､现代路网数据､数字高程模型及遥感数据;社会经济数据库包括地区经济数据､人口构成､旅游贡献等数据;古代建筑遗产数据库应包含实地调查､勘测等产生的空间信息及照片､文字､线划图等记录｡根据数据类型,又可以分为包含矢量数据(点､线､面)和栅格数据的空间数据及非空间数据两类｡综上,根据构建空间数据库的目的和数据需求,设计甘肃省古建筑空间数据库整体框架如图1所示｡

图1甘肃省古建筑空间数据库整体框架

2.2数据来源

古代建筑遗存信息主要有两个来源:一是国家文物局､甘肃省文物局等权威网站;二是已经出版发表的书籍､文章等｡

首先,建立甘肃省古建筑名录;其次,根据资料描述提取古建筑的保护级别､年代､所属区域､建筑风格､遗址构成等信息;第三,根据资料中对建筑遗存地理位置信息的描述,结合奥维互动地图提取坐标,获取空间位置信息;第四,收集并整理资料中涉及的图片､线图等附属资料｡

基础地理数据中行政区划､水系､路网获取自国家基础地理信息中心,数字高程模型采用空间分辨率30m的ASTERGDEMV2;遥感影像采用Landsat系列数据,来源于中国科学院地理空间数据云｡社会经济数据主要来源于国家､省､市统计局｡

2.3数据库设计

1)数据分层设计｡Geodatabase分层管理各类型空间数据,在统一坐标系统下便于空间数据的可视化､动态制图和空间分析｡按照数据类型和专题内容分为栅格数据层(影像､DEM)､矢量面状数据层(自然分区､行政区划､遗迹范围等)､矢量线状数据层(道路､河流等)､矢量点状数据图层(遗存点位置､居民点位置等)和属性图层｡

2)数据库实体结构｡古代建筑的时空分布既与历史时期的社会文化､经济发展水平相关,也受自然环境的影响,不同的建筑风格与建筑功能､类型相联系,是古代人地相互作用平衡的结果[38]｡因此,甘肃省古建筑空间数据库所涉及的实体应包含自然分区､行政区划､古建筑遗址､古建筑本体等,实体之间的对应包含关系如图2所示｡

3)数据库逻辑设计｡这些实体在数据库中通过属性表进行描述和解释,实体及其之间关系通常使用实体-关系(E-R,Entity-Relationship)图来表示,结合关系型数据库的表结构,实体属性及其对应关系存储如图3所示｡

图2甘肃省古建筑空间数据库实体结构图

图3甘肃省古建筑空间数据库E-R图

3、甘肃省古建筑空间数据库的实际应用

3.1多源数据的集成管理､检索查询和共享

数据的存储､检索和共享是甘肃省古建筑空间数据库的基本功能｡首先,数据库实现了空间数据和非空间数据的整合,并通过空间实体的位置信息建立了两者联系,实现了自然环境､社会经济以及文化遗产多学科属性数据和空间数据的一体化存储｡其次,数据库支持多种查询语言和操作符,如SQL､查询操作符等,能够灵活地通过属性信息､空间关系查询和检索空间数据,便于了解和分析古建筑遗存的数量､类型､年代､保护级别等的结构特征以及在空间上的分布特征｡最后,数据库可以在多个部门和不同领域研究者之间进行共享,并随着调查､勘测以及研究工作的逐步开展,不断扩充数据库内容,例如增加其他类型的文化遗存､旅游景点数据､古建筑的三维模型等｡

3.2要素空间关系分析

从地理空间的角度出发,探讨古建筑的空间分布格局,能够帮助从宏观的视角认识古建筑与地形地貌､河流水系等自然要素以及历史文化､经济发展水平等社会环境因素之间的关系,也可以结合当地文化旅游发展现状了解古建筑在区域内发挥的现实作用和表现出的社会价值｡GIS空间分析工具为提取古建筑遗存在空间上的分布特征和规律,以及与其他要素之间的关系提供了可能｡例如,利用缓冲区分析和网络分析可以发现交通､水系､社会经济对古建筑分布的影响;叠置分析可用于发现古建筑在特定区域分布的结构特征;空间统计分析能够获取古建筑空间分布的密度､中心､趋势等特征;三维分析用于探讨地形特征､表面形态､高度和坡度等对古建筑分布的影响｡

3.3成果信息可视化

成果信息的可视化一般通过制作专题图的方式呈现,将一种或多种要素的检索查询或者空间分析的结果进行符号化,作为专题信息与底图分层叠加,可应用于专题信息的分析和可视化展示｡从甘肃省古建筑空间数据库中提取满足一定条件的数据,比如提取不同年代的古代建筑,并与自然区划､水系分布､地形地貌等进行叠加,可生成甘肃省各个时期的古代建筑空间分布图,反映甘肃省古代建筑分布范围､数量､密度在空间上从早到晚的变化规律,通过统计､对比和分析,结合历史文化､自然环境等因素,揭示甘肃省古建筑的地域特征､时空分布规律及原因｡

此外,通过ArcGISServer可以实现Geodatabase空间数据库和专题图的网络信息发布,从而为更多的用户提供数据共享和浏览查询｡甘肃省古建筑空间数据的网络发布,按照数据内容分层管理,实现数据的放大､缩小､多样化数据检索等基本功能｡首先,在ArcMap中调整图层顺序,对要素进行符号化和配色处理,设置专题图的样式并保存为.mxd格式,进而可以利用GIS服务器实现专题数据的发布和共享｡例如,根据用户指定范围按照空间位置检索,查找某一特定范围内存在的古建筑和属性信息;也可以根据指定某一点位置,查找某空间距离范围内的古建筑信息｡

4、结论

本文以实现古建筑的保护､科学规划和合理利用为出发点,结合甘肃省古代建筑空间分布信息和已有研究数据,基于GISGeodatabase设计并构建甘肃省古建筑空间数据库｡底图栅格数据､要素矢量数据和属性文本数据等不同类型数据以古建筑的空间属性为联结点形成了知识网络,结合GIS的空间分析功能促进了多要素之间潜在信息的发掘,web发布增强了数据的共享性和可视化能力,提升甘肃省古建筑数据的可用性､扩展性､延续性,为后期综合研究与决策分析奠定基础｡

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