朱海勇， 孟 斌， 张景秋

(北京联合大学 应用文理学院，北京 100191)

数字化技术和三山五园文化遗产保护与利用

朱海勇， 孟 斌， 张景秋

(北京联合大学 应用文理学院，北京 100191)

随着信息通信技术(ICT)的快速发展，结合文化元素日益成为国家软实力的表征，在文化与科技创新双轮驱动的发展理念指导下，数字化技术在文化遗产保护与利用中的作用也越来越凸显。以北京三山五园研究为例，利用历史地理研究中的历史地图数字化技术，梳理GIS云技术发布数字化历史地图及建立应用系统的程序，阐述数字化技术方法对于首都北京城市空间形态、主题要素的研究意义，并对未来进一步建设公众参与的历史地图公共服务平台提出设想。

数字化技术；历史地图；GIS云技术；文化遗产；保护与利用

引言

近年来，历史地理信息化是一个新兴的交叉研究领域，也是GIS技术融入“空间综合人文学与社会科学”的重要应用。王均等人在利用中国古旧地图研究北京城市结构的过程中得出，清末及民国时期的古旧地图对于开展近现代时期北京城市内部空间结构及演化过程的研究具有价值[1]。文化遗产的数字化保护已成为全球学术界和工业界关注的热点，综合利用测绘技术、遥感技术、计算机技术、虚拟现实技术为文化遗产的高效数据管理与空间分析提供了支持[2]，在历史地理研究中运用地理信息技术，重点是数据资源建设、数据平台的开发与公共信息资源的社会化服务等方面的内容[3]。基于三山五园文化遗产保护与利用这一具体问题，本文聚焦于文化遗产数字化应用发展，重点探讨其所涉及的历史地图数字化，利用GIS云平台共享发布及建立应用系统等技术和内容，进一步展望历史地图公共服务平台发展。

1 数字化技术与文化遗产保护利用现状

1992年，联合国教科文组织开始推动“世界的记忆”项目，用现代信息技术使文化遗产数字化，以便永久性地保存，以及最大限度地使社会公众能够公平地享有文化遗产。该项目反映出在世界范围内迅速发展的“信息技术”开始对文化遗产保护与利用工作产生了影响。

1994—1999年，欧美发达国家启动了很多文化遗产数字化项目，例如美国的“数字图书馆启动计划”，英国的国际敦煌项目(IDP)，法国的图书数字化和“文化遗产”数字化；2001年，UNESCO推动了“信息为人人”(Information for All)计划，提供了有关信息的保护、记录知识的管理与保护标准的推广以及拓宽信息存取的国际政策讨论和项目开发的平台；2002 年，UNESCO 起草了《数字文化遗产保护指导方针》和《数字文化遗产保护纲领》的草案，确定要利用可控制的、高质量的、灵活的储存设备、模拟技术、可长期存取的信息和新的通讯技术工具用来组织数字资源的保护工作。近年来，针对地图设计方法和地图服务越来越多地作为“云”储存在分布式服务器上，供互联网用户随时随地存取、修改或叠加新的内容。有专家总结这一现象为“地图为人人，人人都制图”，并强调了志愿者地理信息和开放式平台的重要意义[4]。

在我国，20世纪90年代也启动了与文化相关的数字化项目，例如，1998年国家数字图书馆工程；2002年全国文化信息资源共享工程；2005年国务院颁发了《关于加强我国非物质文化遗产保护工作的意见》，提出要充分利用现代化手段对非物质文化遗产进行真实、系统和全面的记录，建立档案和数据库；2010年文化部启动了“中国非物质文化遗产数字化保护工程”，通过这一工程，为非物质文化遗产项目资源数据库及专题数据库开发应用，制定了传统美术、传统戏剧、传统技艺(营造技艺)三大门类的数字化标准规范草案。近年来，我国在历史地理研究中大量运用地理信息技术，建设历史地理数据库和研制历史地理信息系统。例如，复旦大学和哈佛大学开展的CHGIS项目，建立了一套由历史地理文献记载开始(约公元前223 年)到公元1911 年中国历史地理逐年连续变化的、开放的基础历史地理数据；台湾中研院中华文明时空基础架构(CCTS)，以《中国历史地图集》以及“当代数字中国电子地图”为基础数据，构建了多专题地理信息系统[5]。

在数字化技术广泛应用的今天，其在文化遗产保护中的应用也面临一些问题，第一，共享的内容比较单一，现阶段主要以基础地理信息为主(地形图、影像图、高程模型)，专题信息少(如过去的地理环境、植被、水系)。第二，共享的形式单一，主要以服务接口方式提供，面向开发者和研究人员，不是广大用户；开发的典型应用实用性不高，更多定位是演示系统；应用搭建模板有限，可定制性不高，缺乏灵活性。第三，搭建应用系统较难，对GIS不熟悉的人员无法快速实现数据空间化，进而很难实现数据共享的目标。第四，现有平台不能与云平台很好结合，没有办法对数据进行监控、管理、调度，并进行服务管理(发布、检索、授权、启动、停止、删除、更新操作)。

2 数据及相关技术

2.1 数据

本文采用的数据为历史地图数字化校对后的电子地图，一幅是1915年北京西郊土地利用图，一幅是1947年的《北平市城郊地图》。前者在进行三山五园研究过程中，依据1915年北京西郊的功能标注在数字化过程中划定出不同的用地类型，并对照现行城市规划中的土地利用标准进行校对而成；后者则是1947年北平市工务局在接收和整理日伪时期城建部门和机构的图件之后，逐步进行都市计划及北平新市界的调查研究中完成的。在这幅地图中，道路、铁路、水田等地理要素清晰可见，可以反映那个时期北京的空间格局和土地利用状况，包括位于北京西部的三山五园地区的土地覆盖特征亦清晰可见。

2.2 Portal for ArcGIS 介绍

为了搭建一个GIS应用支撑的基础平台，并具有高效的运维保障，高性能、安全、可靠、可扩展、弹性的GIS服务能力，同时作为一个资源共享门户，能够实现快速检索、方便利用、方便共享、数据易管理，我们选择搭建Portal for ArcGIS 这一私有的、可部署定制的地理信息云门户。门户系统构架如图1所示。

3 三山五园研究中数字化技术应用实践

3.1 地图数字化

将前文所选择的《北平市城郊地图》纸质地图扫描为数字影像，根据北海白塔、天坛圜丘、颐和园佛香阁等一定数量的古今同名同址地物点进行几何纠正，实现历史地图与ArcGIS Online平台上的北京市地形图的配准，该步骤在ArcGIS平台中处理。

经过处理后的历史地图影像可以通过ArcGIS，以共享的方式发布为Web上的服务，ArcGIS Web地图以详细记录的Java Script对象标记法(JSON)格式存储，各种应用程序和设备都可对这些地图进行访问。每个已发布地图使用唯一的ID进行存储，可通过任何Web地图客户端对其进行访问。当用户上传了大量地图影像或要素时，通过后台的ArcGIS Server可以将地图资源池化。资源以共享资源池的方式统一管理。同时Portal for ArcGIS利用虚拟化技术，将资源分享给不同用户，资源的放置、管理与分配策略对用户透明。

3.2 应用模板的设计及实现

首先，应用程序模板(本身也是个Web应用)需要托管在某个Web Server上，得到一个URL地址；其次，需要把准备当作应用程序模板的应用程序URL作为Web Application注册到Portal for ArcGIS 中；最后，利用此应用程序模板发布Web map。该方法的特点是，用JS/Flex/Silver light写的应用程序模板，在程序初始化的时候回取到上述URL中Web map部分的ID，这样应用程序会在本地Portal for ArcGIS中去找到与之对应Web map的JSON内容。

随后应用程序模板会解析上述Web map的JSON内容，注入到自身的程序中，并对其进行可视化控制，实现不同Web map可以用同一模板展示的目的。

开发人员可以基于ArcGIS API 开发Web GIS 应用以异步或者同步的方式访问这些服务并获得返回的数据，由于面向服务的架构模式调用这些服务的过程与加载Web地图服务的体验是一致的，这样降低了传统开发的时间成本，具有很高的易用性。无论是专业GIS研究人员还是普通用户，都可以通过Portal for ArcGIS实现使用、创建和共享地图，应用程序和数据，使数据的共享、展示更多地面向大众。同时，地理处理工具在云端以服务的方式提供给用户，改变了传统GIS系统地理处理本地化执行的局限性，实现了真正的多用户工作协同和内容的共享。

该方案的另一个好处是可以以服务的形式为用户提供应用程序、数据存储、基础设施等资源，并可以根据用户需求自动分配资源，而不需要系统管理员干预。基于portal for ArcGIS云平台及应用见图2所示。

4 文化遗产保护的数字化技术应用思考

通过将云GIS平台和数字化技术相结合应用到对北京三山五园文化遗产的保护实践中，发现相比于中国古代时期的地图，近现代时期的古旧地图存世数量多、内容丰富、数学基础更精确，地图所反映的历史地理事实与现实的联系更紧密。因此，要充分利用和挖掘这些历史地图中的信息，还原和重塑不同历史时期的北京文化遗产地和城市功能与形态，不仅对三山五园文化遗产传承与发展，对北京历史文脉刻画与梳理，对城市印记留存和文化价值评价具有重要推进作用，同时，对研究首都北京城市发展的历程、阶段与特征，特别是研究北京城从封建帝都向现代化首都的空间变迁过程，清末及民国时期的古旧地图是一个重要的信息来源，研究成果对当代北京城市建设与未来发展预测也有着积极作用。

基于此，对文化遗产保护的数字化技术应用有几点思考。

4.1 信息时代对数字化技术在文化遗产保护利用领域提出新的需求

信息时代是一个在线生活的时代，人们离不开互联网，离不开数字化技术。互联网不仅让人们的生活处于扁平化的世界中，而且为人类社会创造出大数据的思维与范式，这就为文化遗产保护提出了新的要求与需求。过去人们对数字化技术在文化遗产保护中的应用更多想到的是虚拟仿真的展示效果，是历史场景的再现，是纸质档案转变为电子档案的数字化过程。伴随着位置服务和空间转向对文化遗产保护领域的影响，地理学的空间分析理念正在逐渐成为文化遗产研究、保护、利用的学理支撑之一，地理信息技术也日益成为文化遗产保护数字化技术大家庭中的重要组成部分。通过地理空间分析，文化遗产将从静态的历史文物转变为动态的城市发展影响要素，文化作为城市发展的动力机制，在地理空间分析的推动下将更加显现其对城市过程、格局和机制以及未来预测研究的贡献。

4.2 人人参与分享空间信息和应用空间信息为数字化技术发展提出新的机遇与挑战

在大数据和互联网的推动下，无论是学者，还是民众，既是数据的使用者，更是数据的生产者和创造者。当文化遗产活化被赋予了历史的、文化的、经济的、社会的、美学的等多种价值后，人们在保护利用文化遗产的过程中就产生了大量的数据，如三山五园作为海淀区重点建设的历史文化景区，在公众参与其中时所发出的赞扬与批评，对周边环境的关注与评论，民间对历史遗址资料的收集与挖掘，都构成了三山五园历史文化遗产地珍贵的数据。在这些数据中不仅包含着属性数据，也包含了位置数据，特别是这些附加了属性的位置数据成为城市居民在线生活参考的重要来源，成为城市研究者进行城市研究的重要来源，成为管理者加强对历史文化遗产保护利用的综合分析与管理的重要来源。因此，如何让数据的贡献者和使用者在不需要具备很强的GIS专业知识的情况下，能够应用快速可视化业务数据进行属性位置信息可视化并通过互联网共享发布，构建一种人人参与分享空间信息和应用空间信息的快捷平台，让使用者拥有多种手段使用这些资源，并作为文化遗产保护利用官方机构的地理信息库的有益补充。进一步来讲，这是一种融合了数据采集、地理配准、空间分析、文本转化、可视化与共享发布为一体的公众数字化技术平台。在这个平台上，如何将更多的文本资料转变为空间信息？如何定量分析和评价作为文化资源的文化遗产价值？如何将静态的历史与动态的发展相结合进行文化遗产综合分析与管理？这些都为基于人人参与分享空间信息和应用空间信息的文化遗产保护利用，为数字化技术和地理信息技术提出了新的挑战与发展机遇。

综上所述，未来在三山五园历史文化遗产保护利用中，数字化技术与地理信息技术相结合成为一种趋势和必然，文化遗产不仅是数字化技术应用的对象，同时也为数字化技术发展提供助力。

[1] 王均，孙冬虎，周荣.近现代时期若干北京古旧地图研究与数字化处理[J].地理科学进展，2000，19(1)：88-93.

[2] 林珲，胡明远，陈富龙.文化遗产多源探测技术与环境重建展望[J].地球信息科学学报，2014,16(5)：673-680.

[3] 葛全胜，何凡能，郑景云,等. 21 世纪中国历史地理学发展的思考[J].地理研究，2004,23(3)：374-384.

[4] 孟立秋. 地图为人人，人人都制图[J].测绘科学技术学报，2012,29(5)：313-320.

[5] 廖泫铭，范毅军. 中华文明时空基础架构:历史学与信息化结合的设计理念及技术应用[J]. 科研信息化技术与应用，2012,3 (4): 17-27.

(责任编辑 李亚青)

Digital Technology and Three Hills and Five Gardens Cultural Heritage Protection and Utilization

ZHU Hai-yong，MENG Bin，ZHANG Jing-qiu

(College of Arts and Science， Beijing Union University, Beijing 100191, China)

With the rapid development of information and communication technologies, a country's soft power increasingly characterized by the combination with cultural elements. Under the guidance of the concept to develop with the driving force of cultural and technological innovation, the role digital technology plays in the protection and utilization of cultural heritage is becoming more and more prominent. Taking the case studies of Beijing Three Hills and Five Gardens, using the historical maps digital technology in the study of history and geography, this paper combs the procedures of digitized historical maps publication with GIS cloud technology and the establishment of application system, elaborates the significance of the study on digital technology methods for the capital city’s spatial morphology and thematic elements, and proposes ideas for the further construction of historical maps public service platform with public participation.

Digital technology; Historical maps; GIS cloud technology; Cultural heritage; Protection and utilization

10.16255/j.cnki.ldxbz.2016.01.006

2015-12-04

北京市属高等学校长城学者培养计划项目(IDHT20130322)，北京市社科基金研究基地委托项目(13JDCSD001)，三山五园项目(21204441111)。

朱海勇，E-mail: haiyong@buu.edu.cn

K 928.701

A

1005- 0310(2016)01- 0021- 05