内容摘要:历史地理信息系统建设是信息化时代学术发展的要求,也是历史研究向纵深方向拓展的体现。作为历史信息存储、显示、管理、分析系统,近年来,国内相关数据平台越建越多,地理信息系统(GIS)对中国史学研究的贡献也初见成效,在历史气候、河流地貌、市镇经济、乡村聚落、水利社会、环境变迁、古代城市、古地图以及历史地理信息系统(HGIS)研究方法等九大领域都有突出的表现。GIS进入中国史学研究领域不仅带来研究方法的变革,同时也使历史研究理念更新,促成历史文献、古地图、遥感影像、考古信息等多元史料的应用,帮助我们完成一些动态追踪与多要素综合性研究。当然,目前受学科界线限制,历史地理信息平台建设薄弱,推介手段缓慢,这些因素都成为制约GIS方法应用于中国历史研究的瓶颈。

计算机、电子、网络等信息技术日新月异的发展,正影响着人们生产、生活的方方面面。这些新的技术革命不仅应用于自然科学与工程管理,同时交叉融合于人文、社会科学,对传统人文、社会科学的研究理念与方法产生巨大冲击,人们利用计算机、信息技术进行问题分析与方法更新,同时形成计算机语言与思维模式,成为各学科科研当中不可或缺的手段。有学者称计算机技术正在全方位改变着我们现有的学术生态,尤其各种数据库技术,从诞生到理论研究,以及成熟的产品输出,使新时期研究问题的方式、方法越来越走向综合、多元与跨越式发展。今天计算机集成技术、关系数据库技术、云技术等,运用于学术研究当中,被形象地称为“泛数据研究的时代”。这一时代开启了众多我们过去无法想象的研究课题,实现了过去无法完成的研究目标,同时多学科参与也成为一种可能,历史研究加入其中,正在形成一种潮流,一种方法,一种新的尝试。

当前计算机技术与GIS发展趋势论文

地理信息系统
发布时间:2013-09-27文章出处:中国考古网作者:钱一舟点击率:

关键词:历史地理信息系统;中国史学;研究与应用

早在20世纪八十年代就有学者尝试利用数据库技术进行历史学研究,这种数据库大体可分为文献数据库三种类型,三种类型既相互独立,又互相依赖,关系十分紧密。随着信息管理内容的不断扩展和新技术的更新,三者相互兼容也是未来的必然趋势。目前空间数据库主要以地理信息系统技术来支撑,后者已成为空间数据管理、分析、解决问题的主要手段。那么,什么是地理信息系统?地理信息系统可以管理哪些数据?它对历史学研究又会有哪些帮助?在当前信息时代我们应该如何发挥这一技术特长为中国史学研究拓展新方法?
一、GIS的发展进程及其学科特征

时间:2017-10-07 14:13点击: 次来源:网络作者:佚名评论:- 小 + 大

地理信息系统简称GIS(Geographical Information
System),属于空间信息系统,于20世纪60年代开始迅速发展起来。GIS技术是以地理空间数据库为基础,在计算机软件和硬件的支持下,采用地理模型分析方法,运用系统工程和信息科学的理论,对整个或部分地球表面与地理空间分布有关的数据进行采集、管理、操作、分析、模拟与表达,为地理研究和地理决策服务提供多种空间地理信息的技术系统。它具有三方面特征:

作者简介:

地理信息系统(Geographical Information System和Geographical Information
Science,简称GIS)是以计算机技术为基础,以具有地理内涵的空间数据为处理对象,运用系统工程和信息科学的理论、方法,采集、存储、管理、显示、处理、分析和输出地理信息及其产品的集成型计算机信息系统,地理信息系统是伴随信息化时代计算机技术的发展而兴起的新兴领域。

当前计算机技术与GIS发展趋势。

1.采集、管理、分析和输出多种地理空间信息,具有空间性和动态性;

内容摘要:历史地理信息系统建设是信息化时代学术发展的要求,也是历史研究向纵深方向拓展的体现。作为历史信息存储、显示、管理、分析系统,近年来,国内相关数据平台越建越多,地理信息系统(GIS)对中国史学研究的贡献也初见成效,在历史气候、河流地貌、市镇经济、乡村聚落、水利社会、环境变迁、古代城市、古地图以及历史地理信息系统(HGIS)研究方法等九大领域都有突出的表现。GIS进入中国史学研究领域不仅带来研究方法的变革,同时也使历史研究理念更新,促成历史文献、古地图、遥感影像、考古信息等多元史料的应用,帮助我们完成一些动态追踪与多要素综合性研究。当然,目前受学科界线限制,历史地理信息平台建设薄弱,推介手段缓慢,这些因素都成为制约GIS方法应用于中国历史研究的瓶颈。

最早提出地理信息系统概念的是加拿大测量学家汤林森,他在1963年首次使用这一术语,并于1971年建立了加拿大地理信息系统,管理和规划本土的自然资源,这也是世界上第一个地理信息系统。1967年,纽约土地利用和自然资源信息系统也宣告建立,这是世界上较早使用地理信息系统管理国家土地与自然资源的系统平台。早期的地理信息系统受技术与成本的限制,一般仅限于大型用户使用,且主要用于计算机管理手段和辅助制图,尚未应用于空间分析与地学研究。20世纪80—90年代,随着计算机普及,计算机的功能不断升级,地理信息软件系统更新速度加快,同时数字化空间数据大量增加,地理信息技术快速发展,科学工作者普遍开始利用地理信息技术进行空间分析与模型建构,从科学的层面去审视一系列地理问题,地理信息系统从单纯的空间数据管理发展为科学研究,概念也从过去单纯的“地理信息统”(Geographical
Information System)发展为“地理信息科学”(Geographical Information
Science),地理信息系统被更广泛地视为一门科学,科学工作者在应用计算机技术对地理信息进行存储、管理以及提取、分析过程中提出一系列研究问题,进行科学的分析、研究与创新。

当前计算机技术与GIS发展趋势 当前计算机技术与GIS发展趋势 信息技术论文
更新:2006-4-8 阅读: 当前计算机技术与GIS发展趋势
是随着计算机技术的发展而形成的一门新兴技术,并成为一种主要的信息产业,它极大地推动了计算机的普与应用。随着信息技术,尤其随着是计算机技术以前所未有的速度快速发展,以及GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大,GIS正处于急剧变化与发展之中。本文结合当前计算机技术发展的特点,分析当前GIS的发展趋势及其主要功能。

2.以地理研究和决策为目的,以地理模型方法为手段,具有区域空间分析、多要素综合分析和动态预测能力,产生高层次的地理信息;

关键词:历史地理信息系统 中国史学 研究与应用

目前,GIS更多地是在融合和集成其他技术,以形成更为综合性的技术系统,而这中间推动地理信息系统发展的决定性因素往往取决于计算机技术的进步以及应用领域的扩大,几乎每一次计算机技术的进展都会带来地理信息系统技术的更新,如空间数据的管理、网络GIS、三维GIS等。今天,伴随大数据与云计算等信息化手段的增强,地理信息科学的服务功能不断加强,地理信息系统不仅作为空间技术、分析手段存在,还成为社会服务的重要内容,GIS概念也被视为Geographical
Information Service的英文缩写。

地理信息系统(GIS,Geographic Information
System)是以采集、存储、管理、分析、描述和应用整个或部分地球表面与空间和地理分布有关的数据的计算机系统。它由硬件、软件、数据和用户有机结合而构成。它的主要功能是实现地理空间数据的采集、编辑、管理、分析、统计、制图的工具已逐步发展起来。

3.由计算机系统支持进行空间地理数据管理,模拟常规或专门的地理分析方法,作用于空间数据,产生有用信息,完成人类难以完成的任务。

作者简介:张萍,首都师范大学历史学院教授。

现今已知的GIS应用领域包括有公用事业、电信、交通、城市应急管理、土地管理、城市规划、军事、图书馆管理、健康和保健、政治领域、景观保护、城市与区域规划中的土地覆盖和土地利用监测、国家和全球农业、环境监测与评价等。地理信息系统在景观生态规划、计算机科学、古人类学以及森林管理等领域,已经从单一功能和较分散的系统发展为具有共享的、多功能的综合性信息系统,这种多功能的综合性信息系统将运用专家知识系统,进行综合分析并做出预报和决策,向智能化发展。

GIS始于60年代的加拿大与美国,尔后各国相继投入了大量的研究工作,自80年代末以来,特别是随着计算机技术的飞速发展,地理信息的处理、分析手段日趋先进,GIS技术日臻成熟,已广泛地应用于环境、资源、石油、电力、土地、交通、公安、急救、航空、市政管理、城市规划、经济咨询、灾害损失预测、投资评价、政府管理和军事等与地理坐标相关的几乎所有领域。

GIS反映了人们赖以生存的现实世界的现状与演变的各类空间数据及描述这些空间数据特征的属性数据。数据是GIS的基础,是其基本组成,包括图形、图像、属性数据三类。GIS的硬件包括计算机主机、数字化仪、图像扫描仪、绘图仪、打印机、磁带等;其软件包括数据输入和检验、存储和管理、变换、输出和表示、用户接口五个基本模块。

  计算机、电子、网络等信息技术日新月异的发展,正影响着人们生产、生活的方方面面。这些新的技术革命不仅应用于自然科学与工程管理,同时交叉融合于人文、社会科学,对传统人文、社会科学的研究理念与方法产生巨大冲击,人们利用计算机、信息技术进行问题分析与方法更新,同时形成计算机语言与思维模式,成为各学科科研当中不可或缺的手段。有学者称计算机技术正在全方位改变着我们现有的学术生态,尤其各种数据库技术,从诞生到理论研究,以及成熟的产品输出,使新时期研究问题的方式、方法越来越走向综合、多元与跨越式发展。今天计算机集成技术、关系数据库技术、云技术等,运用于学术研究当中,被形象地称为“泛数据研究的时代”。这一时代开启了众多我们过去无法想象的研究课题,实现了过去无法完成的研究目标,同时多学科参与也成为一种可能,历史研究加入其中,正在形成一种潮流,一种方法,一种新的尝试。

由于地理信息系统具有独特的管理与分析数据的功能,其在人文与社会科学领域应用也越来越广,在经济学、犯罪学、公共卫生、公共政策与规划等领域都取得了不小的成绩,建立人文与社会科学地理信息平台受到各国政府的重视。美国加州大学圣巴巴拉分校在美国国家自然科学基金资助下成立了空间综合社会科学研究中心(Center
for Spatially Integrated Social
Sciences,CSISS),希望通过这种建设促进GIS技术在各种社会科学研究中发挥作用。英国伦敦大学学院(University
College London)高级空间分析中心(Center for Advanced Spatial
Analysis,CASA),集聚GIS、地理学、经济学、物理学、计算机科学等多学科专家,重点研究社会经济系统在时空演变中的客观规律及相应的政策与规划手段。进入21世纪,地理信息系统已深入各行各业,乃至千家万户,成为人们生产、生活、学习和工作中不可或缺的工具和助手。

但是,随着信息技术,尤其是计算机技术的快速发展、数字地球的提出与实施,以及GIS的应用深度的不断深入和广度的扩大,GIS正处于急剧变化与发展之中,并对GIS提出了许多新的要求。一方面,计算机的进步、信息网的发展和利用等技术上的突破,使得以数字形式表示信息更加容易,另一方面,地理信息仍滞后于其它更适合于以数字形式表示的信息,例如数字和文本。因此,地理信息的使用,又存在一定的困难和障碍,如果这些障碍能够妥善解决,GIS的应用将会取得突飞猛进的发展。本文就目前地理信息系统的热点问题进行介绍、分析和总结。

从外部看,GIS表现为计算机软硬件系统,而其内涵是由计算机程序和地理数据组成的地理空间信息模型,是一个逻辑缩小的、高度信息化的地理系统。

  早在20世纪八十年代就有学者尝试利用数据库技术进行历史学研究,这种数据库大体可分为文献数据库①、量化数据库②与空间数据库③三种类型,三种类型既相互独立,又互相依赖,关系十分紧密。随着信息管理内容的不断扩展和新技术的更新,三者相互兼容也是未来的必然趋势。目前空间数据库主要以地理信息系统技术来支撑,后者已成为空间数据管理、分析、解决问题的主要手段。那么,什么是地理信息系统?地理信息系统可以管理哪些数据?它对历史学研究又会有哪些帮助?在当前信息时代我们应该如何发挥这一技术特长为中国史学研究拓展新方法?

二、国际国内大型历史地理信息平台的创建

计算机技术对GIS发展趋势的影响

参考文献:中国社会科学院考古研究所:《科技考古的方法与应用》,文物出版社,2012年。

永利官网入口 ,  一、GIS的发展进程及其学科特征

20世纪80年代左右,历史工作者开始尝试将GIS技术引入历史研究当中,其中事件发展进程、区域经济开发、聚落成长变迁、人群地域特征、灾害或疫病的空间演进等,都需要我们对特定地域的整体把握,时间与空间就成为最基本的定位,在这些研究领域,地理信息系统可以发挥特长,因此,它们成为率先尝试使用这一技术的研究领域。从地理学角度来看,人类信息中有80%与地理位置和空间分布有关,这些信息均会影响到人类的现实决策,历史时期当也如此,这就为GIS应用于历史研究提供了理论支撑。然而,GIS应用于历史研究,要求学者必须掌握地理信息系统软件应用,而20世纪80—90年代,受计算机与GIS软件系统技术使用上的限制,专业技术与科研成本要求都很高。因此,早期的基础工作主要由一些科研实力较强的研究机构倡导,这些专业机构借助有利的科研与计算机条件、充足的经费支持,尝试了一些系统的历史GIS平台开发。正是这些先行者开创了历史GIS平台,并在实践中运用这一技术进行历史分析,从而真正推动了历史GIS的应用。早期历史GIS研究者大多出自这些重量级研究机构。

2.1 网络化枣网络GIS

  地理信息系统(Geographical Information System和Geographical
Information
Science,简称GIS)是以计算机技术为基础,以具有地理内涵的空间数据为处理对象,运用系统工程和信息科学的理论、方法,采集、存储、管理、显示、处理、分析和输出地理信息及其产品(如数字地图)的集成型计算机信息系统,地理信息系统是伴随信息化时代计算机技术的发展而兴起的新兴领域。

今天我们能够了解到比较着名的国际大型HGIS平台大体有:英国政府支持,朴茨茅斯大学主持的Great
Britain Historical Geographical Information
System、美国政府支持,由明尼苏达人口中心(Minnesota Population Center
MPC)开发的National Historical Geographic Information
System、比利时根特大学的Belgian historical
GIS项目。到目前为止,各个国家基本都建立了本国的历史地理信息平台。另外,国际上有据可查的着名专题历史地理信息系统也已不少,如美国哈佛大学空间中心开发的Worldmap,美国布朗大学开发的非洲史动画地图集(AnimatedAtlasofAfricanHistory1879-2002)、美国加州大学伯克利分校开发的菲律宾文化地图(Batanes
Islands Cultural
Atlas)、美国纽约公共图书馆开发的纽约城市历史地理信息系统项目(The New
York City Historical GIS Project)、维基百科开发的Historical Geographic
Information System、瑞典于默奥大学开发的拜占庭帝国犹太社区项目(Mapping
the Jewish Communities of the Byzantine
Empire)、美国东海岸公共图书馆开发的弗吉尼亚1870—1935的铁路项目(The
Countryside Transformed :The Railroad and the Eastern Shore of
Virginia,1870-1935)等。这些项目不下100多个,它们大都具有强大的数据库功能和平台开发系统,专题数据库目标设定明确,数据来源多,资料系统,图文并茂,地图资源丰富。另外,HGIS项目更多注重探索重大历史事件的时空运行规律,将历史事件的自然背景信息耦合进系统,如气候、土壤、森林等要素,以期进行综合分析与空间模拟。其中大型国际综合HGIS项目多包含有中国历史地理信息,如哈佛大学的World
map项目,其下就包含China map系统。

计算机网络技术的新发展推动着当代GIS技术的快速更新和发展,使得在因特网上实现GIS应用日益引起人们的关注,建立万维网GIS是近年来GIS研究领域的一个热门话题。Web
GIS或互联网地理信息系统是当前GIS的一个重要发展方向。

  最早提出地理信息系统概念的是加拿大测量学家汤林森(Roger
Tomlinson),他在1963年首次使用这一术语,并于1971年建立了加拿大地理信息系统(CGIS),管理和规划本土的自然资源,这也是世界上第一个地理信息系统。1967年,纽约土地利用和自然资源信息系统也宣告建立,这是世界上较早使用地理信息系统管理国家土地与自然资源的系统平台。早期的地理信息系统受技术与成本的限制,一般仅限于大型用户使用,且主要用于计算机管理手段和辅助制图(CAD),尚未应用于空间分析与地学研究。20世纪80—90年代,随着计算机普及,计算机的功能不断升级,地理信息软件系统更新速度加快,同时数字化空间数据大量增加,地理信息技术快速发展,科学工作者普遍开始利用地理信息技术进行空间分析与模型建构,从科学的层面去审视一系列地理问题,地理信息系统从单纯的空间数据管理发展为科学研究,概念也从过去单纯的“地理信息系统”(Geographical
Information System)发展为“地理信息科学”(Geographical Information
Science)④,地理信息系统被更广泛地视为一门科学,科学工作者在应用计算机技术对地理信息进行存储、管理以及提取、分析过程中提出一系列研究问题,进行科学的分析、研究与创新。

与中国相关的历史地理信息平台最着名的要数哈佛大学与复旦大学合作开发的中国历史地理信息系统(China
Historical
GIS,CHGIS)、中国台湾“中研院”“中华文明之时空基础架构、香港中文大学地球信息科学研究所开发的“民国时期北京都市文化历史地理信息数据库”。

目前,WWWGIS的建设面临四个方面的挑战:网上数据发布、网上数据互操作、网上数据采掘和网上数据管理及安全性。与传统的GIS相比,Web
GIS具有以下特点:

  目前,GIS更多地是在融合和集成其他技术,以形成更为综合性的技术系统,而这中间推动地理信息系统发展的决定性因素往往取决于计算机技术的进步以及应用领域的扩大,几乎每一次计算机技术的进展都会带来地理信息系统技术的更新,如空间数据的管理、网络GIS、三维GIS等。今天,伴随大数据与云计算等信息化手段的增强,地理信息科学的服务功能不断加强,地理信息系统不仅作为空间技术、分析手段存在,还成为社会服务的重要内容,GIS概念也被视为Geographical
Information Service的英文缩写。

中国历史地理信息系统是以历史政区为主要管理对象,试图建立一套中国历史时期政区变动连续的基础地理信息库,为研究者提供科研基础数据平台、时间统计、查寻工具和模型,系统设定从秦朝建立的公元前221年到清朝灭亡的1911年,力图反映不同历史时期政区的逐年变化情况,目前仅完成了部分时段的政区数据库,提供网络下载。近年来,侯杨方在此基础之上又开发了“中国人口地理信息系统”、“清朝地理信息系统”,也已上线。

适应性强 Web GIS是基于互联网的,因而是全球的,能够在不同的平台运行。

  现今已知的GIS应用领域包括有公用事业、电信、交通、城市应急管理、土地管理、城市规划、军事、图书馆管理、健康和保健、政治领域、景观保护、城市与区域规划中的土地覆盖和土地利用监测、国家和全球农业、环境监测与评价等。地理信息系统在景观生态规划、计算机科学、古人类学以及森林管理等领域,已经从单一功能和较分散的系统发展为具有共享的、多功能的综合性信息系统,这种多功能的综合性信息系统将运用专家知识系统,进行综合分析并做出预报和决策,向智能化发展。

台湾“中研院”“中华文明之时空基础架构”也已初具规模。它以谭其骧主编的《中国历史地图集》为基本地图,提供中国从先秦到清代全部朝代和疆域图幅,结合丁文江1930年所编《申报地图》,构成上下逾两千年的中国历代基本历史地理底图。以20世纪90年代1∶100万中国数字地图作为现代底图,整合台湾“中研院”汉籍电子文献系统、近史所清代粮价数据库、中国地方志联合目录数据库等,提供了具有精确空间定位、整合时间与空间属性,方便查询、检索的汉学研究应用环境。

应用面广 网络功能将使Web
GIS应用到整个社会,真正实现GIS的无所不能,无处不在。

  由于地理信息系统具有独特的管理与分析数据的功能,其在人文与社会科学领域应用也越来越广,在经济学、犯罪学、公共卫生、公共政策与规划等领域都取得了不小的成绩,建立人文与社会科学地理信息平台受到各国政府的重视。美国加州大学圣巴巴拉分校在美国国家自然科学基金资助下成立了空间综合社会科学研究中心(Center
for Spatially Integrated Social
Sciences,CSISS)⑤,希望通过这种建设促进GIS技术在各种社会科学研究中发挥作用。英国伦敦大学学院(University
College London)高级空间分析中心(Center for Advanced Spatial
Analysis,CASA)⑥,集聚GIS、地理学、经济学、物理学、计算机科学等多学科专家,重点研究社会经济系统在时空演变中的客观规律及相应的政策与规划手段。进入21世纪,地理信息系统已深入各行各业,乃至千家万户,成为人们生产、生活、学习和工作中不可或缺的工具和助手。

香港中文大学地球信息科学研究所开发的“民国时期北京都市文化历史地理信息数据库”。尝试从历史地理信息系统方法入手,考察近代都市在多元文化激荡之下所呈现的文化变迁空间模式。选择民国成立至抗战军兴时期的北京市,搭建了都市形态、人口、市场、教育、公共医疗、法律、宗教文化等要素的历史地理信息数据库。该数据库希望在可靠的大比例尺地图之上,利用地理信息系统表述各组数据的空间形态及其变迁,此外它还提供了地图的在线浏览功能。

现实性强 地理信息的实时更新在网上进行,人们能得到新信息和新动态。

  二、国际国内大型历史地理信息平台的创建

另外,首都师范大学历史地理研究中心与陕西师范大学出版社联合开发的“丝绸之路历史地理信息开放平台”(Silk
Road Historical Geography Information
Platform)也于2017年6月正式上线。该平台集数据库技术与模型分析于一体,针对两千年丝绸之路沿线的生态环境、遗址遗迹、民族宗教、交通商贸、文化传播等要素开发出一套完备的历史地理信息数据库,旨在反映丝绸之路沿线区域的自然与人文环境变迁过程。为有利于数据的利用,该平台还综合了一整套地理模型分析系统,包括地理剖面分析、核密度分析、缓冲区分析、时态分析、区域河网提取分析等,方便学者利用该平台数据进行个性化研究。

维护社会化
数据的采集、输入、空间信息的分析与发布将是在社会协调下运作,对其维护将是社会化,减少重复的劳动。

  20世纪80年代左右,历史工作者开始尝试将GIS技术引入历史研究当中,其中事件发展进程、区域经济开发、聚落成长变迁、人群地域特征、灾害或疫病的空间演进等,都需要我们对特定地域的整体把握,时间与空间就成为最基本的定位,在这些研究领域,地理信息系统可以发挥特长,因此,它们成为率先尝试使用这一技术的研究领域。从地理学角度来看,人类信息中有80%与地理位置和空间分布有关,这些信息均会影响到人类的现实决策,历史时期当也如此,这就为GIS应用于历史研究提供了理论支撑。然而,GIS应用于历史研究,要求学者必须掌握地理信息系统软件应用,而20世纪80—90年代,受计算机与GIS软件系统技术使用上的限制,专业技术与科研成本要求都很高。因此,早期的基础工作主要由一些科研实力较强的研究机构倡导,这些专业机构借助有利的科研与计算机条件、充足的经费支持,尝试了一些系统的历史GIS平台开发。正是这些先行者开创了历史GIS平台,并在实践中运用这一技术进行历史分析,从而真正推动了历史GIS的应用。早期历史GIS研究者大多出自这些重量级研究机构。

到目前为止,中国历史地理信息系统的开发和研制工作已经取得了一定的成绩,但与国际发展趋势相比,在数据集成、分析、在线发布和共享等方面仍有很大的提升空间,这些大型项目多数以Web-GIS形式发布,使用者通过浏览器可以检视历史政区、地名、地图,属历史GIS基础平台,相对来讲,作为历史分析工具与研究手段的GIS功能体现不多。

使用简单
用户可以直接从网上获取所需要的各种地理信息,直接进行各种地理信息的分析,而不用关心空间数据库的维护和管理。

  今天我们能够了解到比较著名的国际大型HGIS平台大体有:英国政府支持,朴茨茅斯大学主持的Great
Britain Historical Geographical Information
System(GBHGIS)项目⑦、美国政府支持,由明尼苏达人口中心(Minnesota
Population Center MPC)开发的National Historical Geographic Information
System⑧、比利时根特大学的Belgian historical
GIS项目⑨。到目前为止,各个国家基本都建立了本国的历史地理信息平台。⑩另外,国际上有据可查的著名专题历史地理信息系统也已不少,如美国哈佛大学空间中心开发的Worldmap(11),美国布朗大学开发的非洲史动画地图集(Animated
Atlas of African History
1879-2002)(12)、美国加州大学伯克利分校开发的菲律宾文化地图(Batanes
Islands Cultural
Atlas)(13)、美国纽约公共图书馆开发的纽约城市历史地理信息系统项目(The New
York City Historical GIS Project)(14)、维基百科开发的Historical
Geographic Information
System(15)、瑞典于默奥大学开发的拜占庭帝国犹太社区项目(Mapping the
Jewish Communities of the Byzantine
Empire)(16)、美国东海岸公共图书馆开发的弗吉尼亚1870—1935的铁路项目(The
Countryside Transformed:The Railroad and the Eastern Shore of
Virginia,1870-1935)(17)等。这些项目不下100多个,它们大都具有强大的数据库功能和平台开发系统,专题数据库目标设定明确,数据来源多,资料系统,图文并茂,地图资源丰富。另外,HGIS项目更多注重探索重大历史事件的时空运行规律,将历史事件的自然背景信息耦合进系统,如气候、土壤、森林等要素,以期进行综合分析与空间模拟。其中大型国际综合HGIS项目多包含有中国历史地理信息,如哈佛大学的World
map项目,其下就包含China map(18)系统。

三、GIS进入中国史学的贡献

网络GIS可实现网上发布、浏览、下载,实现基于Web的GIS查询和分析。尽管目前已有多家国内外公司推出Web
GIS,总地来说,Web
GIS尚处在试验研究阶段,其终目标是应能实现GIS与WWW技术的有机结合,GIS通过WWW成为大众使用的技术和工具。

  与中国相关的历史地理信息平台最著名的要数哈佛大学与复旦大学合作开发的中国历史地理信息系统(China
Historical
GIS,CHGIS)(19)、中国台湾“中研院”“中华文明之时空基础架构(CCTS)”(20)、香港中文大学地球信息科学研究所开发的“民国时期北京都市文化历史地理信息数据库”(21)。

20世纪90年代,美国学者Anne Kelly Knowles和Ian N.
Greogory从个人的研究经验及方法出发,指出GIS在历史研究上的优势,认为GIS不仅是整合史料的研究工具,也是视觉化的发布媒体,更有助于将复杂的空间技艺纳入历史分析当中,从而勾勒出GIS在历史研究中的发展方向。这期间一系列大型历史地理信息平台的建立也为学者利用空间与环境基础数据提供了基本保障,因此,一些学者开始探索将GIS手段运用到历史分析当中,这些探路者多数都是率先进行历史GIS平台建设机构的科研人员,他们解决问题的方法与对这一技术的推介成为推动历史地理信息化建设,以及GIS辅助历史研究的重要推手。中国历史文献存量丰富,区域研究与历史地理分析时间跨度长,空间进程研究也独具特色,这些都有助于GIS技术的应用,优势得天独厚。因此,近年来这种尝试也不断推出,在历史时期环境演变、河流地貌、气候变动、水利社会、乡村聚落、城市形态、传统舆图、疫病传播等方面都取得了非常重要的突破,许多过去无法解决的难题通过GIS手段得以解决,它的开发价值也越来越受到学者的重视。

2.2 开放性枣开放式GIS

  中国历史地理信息系统(CHGIS)是以历史政区为主要管理对象,试图建立一套中国历史时期政区变动连续的基础地理信息库,为研究者提供科研基础数据平台、时间统计、查寻工具和模型,系统设定从秦朝建立的公元前221年到清朝灭亡的1911年,力图反映不同历史时期政区的逐年变化情况,(22)目前仅完成了部分时段的政区数据库,提供网络下载。近年来,侯杨方在此基础之上又开发了“中国人口地理信息系统”、“清朝地理信息系统”,也已上线。

历史气候研究。历史气候研究多为历史地理学者所为,气候变动与经济、民生息息相关,尤与灾害互为因果。在传统时期,由于缺乏器测观察,天气变动和重大自然灾害背后的气候过程很难复原,对气候冷暖干湿变动也需定量分析。2000年,满志敏发表论文《光绪三年北方大旱的气候背景》,尝试运用GIS规范的空间方法,以重大自然灾害的历史记录为基础,推演其背后的气候背景。满志敏在这篇文章中利用光绪三年中国北方大旱中山西、直隶两省各县上报的村庄成灾分数资料、次年受灾蠲免州县统计,结合官员旱情勘查报告,通过整理受灾村庄数量,使用Kriging计算,利用等密度空间插补方法,补充空间资料之不足,制作专题地图,展现了光绪时期晋、直两省在干旱程度上的空间差异。根据重建出的旱灾等级专题地图,判断出三个干旱中心的位置和持续时间,利用灾情指数的空间差异推导出其时降雨带在北方的推移过程,从而判断出当年夏季风在华北地区的推进时间;也印证了此次大旱是在全球性特强ENSO事件影响下,亚洲地区的季风明显减弱,季风雨带推进过程与降雨过程发生变异的结果。这是利用灾害史资料进行历史时期季风气候带推移研究的一个很好的范例,开创了历史气候研究的新方法。近年来潘威、满志敏等人对此项研究又有深化,利用GIS方法构建相关数据库,研究黄河流域、永定河区域、黄土高原水旱灾害的发生频率、河流径流量变化等地表环境变动及其与夏季风运行的关系,在方法上亦有一定创新。河流地貌研究。河流地貌研究是历史自然地理最主要的方向之一,水道变迁的复原地位尤重。至20世纪末,大多数河流水道流路变动得以廓清,但就其复原结果来说,我们仍只能停留在多点串联、绘制河道流路的示意图的阶段,无法确切画出河流水道的翔实历史地貌图。2007年,满志敏发表《北宋京东故道流路问题的研究》一文,满志敏在这篇文章中提出多源资料在历史地貌复原中的应用,利用2000年11月美国航空航天局获取的全球大部分陆地地表高程数据,判断出各时期黄河河道在遥感影像上的遗迹,结合历史文献记载、古今地名比对,重建了黄河从东汉到北宋景祐元年之间流经横陇、于今山东境内入海的旧河道,即京东故道。该文将古黄河京东故道的具体流向定位于地貌图上,绘出了精准的京东故道流路图,也对史籍所载黄河流路各地点作了有效的地理定位,这是新时期历史河流地貌学研究上的一个重大突破。满志敏认为,现代遥感资料在历史河流地貌研究中有它独特的作用。不仅北宋京东故道,甚至横陇、商胡、北流等故道大部分也可以在遥感资料中找到相应的痕迹,这对更精确地描述黄河河道的重要变化时期有很大帮助。新的资料来源、配合相应的研究手段,同时充分利用信息化时代带来文献资料获取的快捷便利,即便传统课题,一样可以把历史地理研究推上一个新台阶。市镇经济研究。明清江南市镇是明清经济史研究备受关注的话题,自20世纪二三十年代日本学者即致力于此,五六十年代,大陆学者投入更多,他们以县为单位对各时期市镇进行数量统计,进而分析资本主义萌而不发的原因。20世纪八十年代以后研究内容有所丰富,多数学者将市镇成长与城镇化发展相联系。以上研究进行半个多世纪,虽然各时期研究方向不同,范式有所转换,但对资料的处理未有大的变化,囿于这种局限,研究思路难有突破。2000年以后,台湾学者范毅军发表了一组文章,包括《明代中叶太湖以东地区的市镇发展与地区开发》、《明中叶以来江南市镇的成长趋势与扩张性质》,后结集为专着《传统市场与区域发展:明清太湖以东地区为例》由台湾联经出版社2005年出版。他利用太湖地区1∶5万大比例尺地图,将各时期市镇全部标识于地图之上,分级分区研究市镇起伏与地区开发的关系,从而发现在明清江南地区,除个别大的市镇始终保持持续增长的势头外,多数市镇在区域开发的进程中此消彼长,起伏不断;市镇数量成长背后所隐含的性质差异非常之大,而600年江南市镇增长背后的区域发展问题才是真正值得深入探讨与耐人寻味的问题,与区域城镇化关系并不紧密,这就改写了以往江南市镇研究的总体结论。范毅军此项研究采用了地理信息技术中的地理定位与区域模拟相结合的方法,目前已将此数据纳入台湾“中研院”“中华文明之时空之基础架构”当中。

开放式地理信息系统是指在计算机和通信环境下,根据行业标准和接口所建立起来的地理信息系统。它不仅使数据能在应用系统内流动,还能在系统间流动。Open
GIS是为了使不同的地理信息系统软件之间具有良好的互操作性,以及在异构分布数据库中实现信息共享的途径。为此,Open
GIS要具有下列特点:

  台湾“中研院”“中华文明之时空基础架构”也已初具规模。它以谭其骧主编的《中国历史地图集》为基本地图,提供中国从先秦到清代全部朝代和疆域图幅,结合丁文江1930年所编《申报地图》,构成上下逾两千年的中国历代基本历史地理底图。以20世纪90年代1∶100万中国数字地图(ArcChina)作为现代底图,整合台湾“中研院”汉籍电子文献系统、近史所清代粮价数据库、中国地方志联合目录数据库等,提供了具有精确空间定位、整合时间与空间属性,方便查询、检索的汉学研究应用环境。

历史时期乡村聚落研究。2008年范毅军发表论文《由两份〈村图〉管窥清末华北基层社会的一些断面》。作者在这篇文章中将晚清河北非常难得的两份村图《青县村图》与《深州村图》进行数字化,村落一一落实到大比例尺地图之上,同时利用GIS多要素空间套叠的方法建立要素图层,结合基本文献史料,研究了两县的里社村屯、聚落形态、人口特征、地方教育、庙宇宗教、地方乡绅、土地分配、集市结构;作者尝试利用GIS技术进行区域多要素的综合分析方法,对晚清华北村落分布模式研究的传统观点提出质疑;尤其对于集市的研究,作者通过集市与村落关系网络的连接,以及人口密度图套叠,展示了各种类型的市集所关联的村落与人口关系,深入解剖了华北地区市场、聚落与人口规模之间的内在逻辑,修正了施坚雅相关研究的传统观点。这是利用GIS技术支持聚落、乡村等多要素综合分析功能的一个有效尝试。历史时期水利社会研究。水利社会是近年来区域社会史关注的重要方向,中国传统社会以农为主,水利是农业的命脉,与国家、地方、民众的关系最为紧密,是见证国家与地方互动关系最直接的体现。中国台湾学者李进亿《由内而外:后村圳灌溉区争水事件的历史变迁》一文,讨论了台北盆地西侧淡水河至大汉溪西岸平原间后村圳灌溉区自乾隆二十八年至1945年间水利冲突的演变,从中探讨从传统到近代水利冲突性质的变化。作者将历年灌溉区域与圳道变迁进行了地理定位、区分了各时期圳头位置分布与水流河段的关系,完成埤圳主住居地分布、祖籍分布地图、大溪流域水利系统取水口与抽水站分布地图,将这些要素落实到GoogleEarth地貌图上,很清晰地呈现出传统水利开发方式与现代水利变化间的关系,分析了各要素间的位置关系,其与争水区域之关连,借以呈现研究区与相关论述的空间特性。作者发现在传统水利时期,水利设施粗放,由于后村圳位居水源最末端,取水量为大溪沿岸水圳最少者,造成该区旱季引水时争水手段最为激烈,这种水利争端主要表现为村落之间的争水,与取水方式、水流方向有很大关系。到了近代,大型水利设施开始投入,这种投入主要为政府行为,政府对灌溉区的保护成为争水中的矛盾焦点,因此,进入近代以后,争水由村与村之间转变为民众与官方间的矛盾。这种研究提供给我们更加直观与翔实的地理概念,可以说是把水利社会的研究实实在在地落到了地上,并很好地解释了争水与水域环境、水利技术、地域人群等的多方关联,结论令人信服。

互操作性:不同地理信息系统软件之间连接、信息交换没有障碍。

  香港中文大学地球信息科学研究所开发的“民国时期北京都市文化历史地理信息数据库”。尝试从历史地理信息系统方法入手,考察近代都市在多元文化激荡之下所呈现的文化变迁空间模式。选择民国成立至抗战军兴时期的北京市,搭建了都市形态、人口、市场、教育、公共医疗、法律、宗教文化等要素的历史地理信息数据库。该数据库希望在可靠的大比例尺地图之上,利用地理信息系统表述各组数据的空间形态及其变迁,此外它还提供了地图的在线浏览功能。

环境变迁研究。从自然景观到文化景观是人类经济开发与环境变动的基本方向。20世纪中期侯仁之开始研究中国北方土地沙漠化,并确立了利用古城遗址进行沙漠化研究的方法论,使历史沙漠地理学成为历史地理学最重要的研究方向之一。新时期3S技术引入,沙漠地理学走向更清晰的研究路径。邓辉等人针对毛乌素沙地明清以来的沙漠化进程进行了空间模拟,利用GIS技术,将明清以来毛乌素沙地垦殖过程与土地利用方式准确落实到地图之上,描述出明代榆林镇卫所屯田土地的利用率以及沙漠南界的变化,文献资料与地图影像相互参照,得出准确结论:明代毛乌素沙漠南缘军垦并没有造成沙漠的南移,其界线与今天大体相当。这一研究同时提醒我们,卫所屯田是有指向性的,明代榆林镇屯田方向主要集中在中、西路营堡,东路营堡屯田极少,如何理解卫所军镇与屯田的关系是这里的一个关键;土地利用的形式也是重要内容,清代陕边形成南粮北草的土地利用方式,对于生态保护有一定作用,这些结论对于深化毛乌素沙地环境变化过程的认识有非常重要的价值。南方水乡的环境变迁研究是近年的一个新方向,大量史实证明,江南地区河网体系改造成为江南区域环境变化的直接表现,圩田农业、市镇发展都是引起这种环境改观的直接因素。在这个方面满志敏、潘威等学者做了大量工作,如他们利用历史时期大比例尺地图,重建了1861—1953年长江口南支冲淤状况,1915—1978年上海青浦区河网密度的变化过程,引入“格网体系”分析方法,对地图数据进行提取,以等面积沙洲、河网密度比对的方法,分析了各时期沙洲位移、河网伸缩,以及其间环境变迁的方向,评估出江南水乡环境变动及其作用机制。这些研究既有形态表达,又有变动趋势的模拟,其间环境变动方向清晰可见。

可扩展性:硬件方面,可在不同软件、不同档次的计算机上运行,其性能和硬件平台的性能成正比;软件方面增加新的地学空间数据和地学数据处理功能。

  另外,首都师范大学历史地理研究中心与陕西师范大学出版社联合开发的“丝绸之路历史地理信息开放平台”(Silk
Road Historical Geography Information
Platform)也于2017年6月正式上线。(23)该平台集数据库技术与模型分析于一体,针对两千年丝绸之路沿线的生态环境、遗址遗迹、民族宗教、交通商贸、文化传播等要素开发出一套完备的历史地理信息数据库,旨在反映丝绸之路沿线区域的自然与人文环境变迁过程。为有利于数据的利用,该平台还综合了一整套地理模型分析系统,包括地理剖面分析、核密度分析、缓冲区分析、时态分析、区域河网提取分析等,方便学者利用该平台数据进行个性化研究。

城市史与城市历史地理研究。以往的城市史、城市历史地理研究,多以文献考据为主,集中于传统城市外在形态的复原上,如城门位置、城墙厚度、城镇大小等,由于研究手段与方法无法突破,对于历史时期城市形态的变动我们一直很难说清。空间与遥感信息技术的发展给形态学研究提供了方便与可能,20世纪九十年代,李孝聪、武弘麟开始利用彩红外航片资料,结合历史文献,分析了九江、安庆、芜湖三座长江沿岸城市自明代以来的城址迁移过程,结合地貌条件、城市形态演化的时空序列,分析了明清以来城市逐步拓展的空间范围及其与长江河道变迁的关系。张晓虹利用绘制于1855—1900年的上海城市大比例尺地图,进行比照分析,辅之以传统历史文献,考察了上海早期城市社会文化空间演变的过程,从而揭示出近代上海城市空间的形成与租界城市管理制度的建构过程。类似的研究还有邓辉等对大夏都城统万城文化内涵的分析。满志敏根据其多年从事HGIS的技术实践,提出在城市形态研究当中可以以道路、公用设施的覆盖范围作为城市的建成区,发挥GIS技术处理大批量数据的分析与演示功能,对城市空间拓展过程进行推演。他指导的博士生吴俊范以“填浜筑路”为切入点,利用GIS技术与道契资料,复原了上海城市从传统农田景观到塘路系统再到城市道路演变的过程,分析了上海早期城市空间的拓展过程及驱动因素。陈俐利用道契资料,从土地使用权转移过程中分析、定位了上海英租界开埠之前与开埠初期的城市景观变迁。牟振宇利用这一方法复原了近代上海法租界从圩田农业向城市区转变的动态过程。这些研究让我们真正看到了城市形态的动态演变过程。另外,近年来一些学者还尝试利用晚清民国城市地图,分析城市的社会空间、阶级分化、犯罪的时空特征,对城市内部结构性变化研究又有深化。古地图研究及其数字化。中国历史悠久,地志学发展较早,地图资源十分丰富,但在传统研究当中,地图作为历史资料的利用非常有限,如何发掘这一宝藏,为历史研究加入更清晰的空间信息,GIS技术具有得天独厚的优势。2004年中国台湾学者赖进贵等人尝试开发《全台前后山舆图》并对之进行空间认知的研究。1878年编绘的《全台前后山舆图》是清末经纬线网格地图,其绘制背景主要为清政府“开山抚番”,对台湾实行政治控制。虽然在此之前的康熙、乾隆年间,清帝国已于六百余地点进行经纬度实测,其中包含台湾的7处:澎湖岛、台湾府、凤山县、沙玛矶头、诸罗县、淡水镇、鸡笼案,但实测点有限,且大部分地标点的空间关系仍借由经验归纳而成,与现代地图存在很多偏差。赖进贵等人利用这一《舆图》,对它进行扫描、定位、数字化、坐标系统转换,与现代台湾地图套叠,从空间认知的角度解构了这一地图的空间利用价值。他还从方法论的角度提出,过去我们利用古地图,没有办法将其“转译”为现代制图规范下的历史地图,而目前有了GIS技术,可以支持我们将不同规范的地理信息图转换为同一量化指标之下,对一些古地图的量化分析成为可能,这既能破译古地图的科学成分,也能分析时人的空间认知的过程与程度,还可提取其中信息资源,为历史学研究增加新的内容与资料,从而带来更广阔的研究空间。目前,这一研究方向已成为新时期历史学科的一个研究亮点,一统图、城镇图、地籍图都进入学者们的研究视野,清代实测地图、大比例尺地图的数字化方法探讨也在逐渐完善,学者们已经摸索出一些关于清代实测舆图、1∶5万、1∶10万分之地图的数字化及其规律,为历史地图进入史料分析提供了可资借鉴的途径。历史地理信息化方法论探索。历史地理信息系统从研究群体来讲,已不单单是历史地理学者的专利,区域史、城市史、考古学者都是这一利器的受益者,学术队伍越来越庞大,但是从学科发展来看,历史地理学者仍然是从事这一研究的主体。历史地理学从学科属性上来讲本就属于地理学,而近年来,地理科学在信息获取、分析处理与成果展示等领域,GIS已成为科研必备、技术主体了。提高历史地理问题的研究精度,集成历史自然、人文数据,推进历史地理环境信息的“虚拟表达”已成为学科发展的要求。编制数字化历史地图、创建中国历史地理信息系统成为中国历史地理研究的一个新的高峰。历史地理信息数字化涉及政区、人口、经济、土地利用、民族、宗教、文化等方方面面,这种历史地理信息的提取主要来源于中国传统史籍,而传统史籍资料多不系统且定性描述居多,将这些不成体系、定性描述的历史资料转化为可资利用的地理信息,方法问题十分重要。针对这一问题,这些年学者们也进行了一系列的尝试,在许多方面提供了可资利用的方法。其中,满志敏提出小区域研究的“格网体系”方法尤其值得推荐。格网体系是目前地理学界用来进行空间数据标准化处理的主要方法之一。它将地理界面划分成不同尺度的网格,以求取同等面积的要素等级、密度等,在同等面积之内比较各要素分布的密度差别,从而评估不同地域的土地利用程度与水平。满志敏举例说,要分析上海地区土地利用状况的历史过程,需要三种专题数据的比对,水系特征、聚落变迁和城市变化。这三种不同的专题,载体数据分别为水网、聚落和城市建成区或街道,其在GIS空间数据中分属点、线和面三种不同的类型。当这三个专题内容完成后,同一空间尺度上的综合和比较成了需要解决的问题,这就涉及比较的统一基础,也就是数据的标准化处理问题。满志敏认为,“格网”具有容纳多源数据并将其标准化处理的优势,可以将历史资料进行空间转化并落实到同一水平上,这为揭示地表覆盖的空间形态带来很大便利,也是描述小区域人地关系空间过程最可行的方法。过去我们从事区域研究往往落不到地,也无法进行精确计算,格网体系方法恰恰能够解决这个问题,使人类利用资源的方式与进程可以进行空间量化,这一方法的运用提高了历史时期人地关系研究的空间与地方精度。

技术公开性:开放的思想主要是对用户公开,公开源代码及规范说明是重要的途径之一。

  到目前为止,中国历史地理信息系统的开发和研制工作已经取得了一定的成绩,但与国际发展趋势相比,在数据集成、分析、在线发布和共享等方面仍有很大的提升空间,这些大型项目多数以Web-GIS形式发布,使用者通过浏览器可以检视历史政区、地名、地图,属历史GIS基础平台,相对来讲,作为历史分析工具与研究手段的GIS功能体现不多。

GIS技术运用于历史研究还有很多方面,如考古遗址定位,历史人口研究、灾害研究、土地利用与地籍管理研究等。目前历史地理信息系统已经成为中国史学研究当中的一项重要手段,考古学、历史地理、区域社会史学者都在使用,对这一技术的普及也在推进。

可移植性:独立于软件、硬件及网络环境,不需修改便可在不同的计算机上运行。

四、GIS进入中国史学的价值与发展瓶颈

除此之外,还有诸如兼容性、可实现性、协同性等特点。

地理信息系统是计算机技术与空间数据的结合,这种方法更新带来史学研究形式的改进,更是史学生态的变革,它所引领的史学研究的变化是革命性的。以上多数案例都是从研究方法与解释手段上所进行的创新性尝试,但已经让我们看到,引入GIS技术,在许多方面解决了过去我们以传统研究方法无法解决的问题,GIS方法改变了中国史学研究内容的方方面面,它的贡献是不容忽视的。然而,作为一种全新的技术手段,它的价值体现在哪些方面?面对这一变革我们又需要如何应对?

为了研究和开发Open
GIS技术,1996年在美国成立的开放地理信息联合会主要研究和建立了开放式地理数据交互操作规程(OGIS,Open
Geodata Interoperable
Specification)。OGIS是为了寻找一种方式,将地理信息系统技术、分布处理技术、面向对象方法、数据库设计及实时信息获取方法更有效地结合起来。基于OGIS规范制订的开放系统模型是一种软件工程和系统设计方法,这种方法应用于GIS领域,侧重于改变当前GIS模型中特定的应用系统及其功能与它内部数据模型及数据格式紧密捆绑的现状。当然,OGIS只是对Open
GIS定义了抽象的互操作规程,具体如何实现,还需采用分布式对象的技术,通过Acrobat、OLE、ActiveX、Java等语言实现。

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