西山永定河文化帶文化遺產空間數據庫的設計與實現

郭夢穎 劉敏

摘 要：北京“三個文化帶”理念的提出，讓文化在發(fā)展中保護，在保護中發(fā)展。數據庫作為文化遺產保護與利用的關鍵載體，其與文化遺產的結合逐漸受到多領域的重視。該文利用GIS技術設計與實現西山永定河文化帶文化遺產空間數據庫，采用Geodatabase模型，主要通過概念模型、邏輯模型、物理模型3個方面來設計西山永定河文化帶資源數據庫。并結合ArcMap等軟件的使用，對數據作后續(xù)相應的空間應用分析處理，以期對未來西山永定河文化帶文化遺產的保護供有力的技術支撐。

關鍵詞：GIS;西山永定河文化帶;文化遺產;空間數據庫

中圖分類號 P208文獻標識碼 A文章編號 1007-7731（2021）07-0131-05

Design and Implementation of the Cultural Heritage Spatial Database of the Xishan Yongding River Cultural Belt

GUO Mengying1 et al.

（1College of Arts &Sciences of BUU， Beijing 100191， China）

Abstract： The concept of three cultural zones has made the protection in development and the development in protection a reality. As the key carrier of cultural heritage protection and utilization， the combination of database and cultural heritage has been paid more and more attention. In this paper， GIS technology is used to design and implement the cultural heritage spatial database of Xishan Yongdinghe cultural belt. The model of Geodatabase is used to design the resource database of Xishan Yongdinghe cultural belt from three aspects： conceptual model design， logical model design and physical model design. Combined with the use of ArcMap and other software， the data are analyzed and processed in the subsequent corresponding spatial application. It is hoped that the design of the spatial database can provide a strong technical support for the protection of the cultural heritage of the Yongding River Cultural belt in the future and play a role of foreshadowing.

Key words： GIS; Xishan Yongdinghe cultural belt; Cultural heritage; Spatial database

作為GIS數據組織的核心部分，空間數據庫是一系列描寫與一定空間位置有關的真實世界對象的數據的集合。與傳統(tǒng)數據庫具有的存儲和管理數據特征相比，空間數據庫既包含了這些基本特性，又能夠對空間位置信息進行高效存儲，能夠快速建立起空間信息與屬性信息之間的聯(lián)系是其最大的特色，并且還能進行空間數據的管理分析與可視化[1-3]。

目前，國內外關于建立文化遺產檔案數據庫都有成功的案例，如臺灣地區(qū)構建的“蘭嶼媒體與文化數字典藏”，“美國記憶”工程，日本“文化遺產數據庫”和“亞太非物質文化遺產數據庫”等數據庫[4-5]。近年來，國內開展了許多GIS技術與歷史和考古相結合的研究，如金鑫[2]等構建了良渚古城遺址的空間數據庫，李強[6]等對京杭大運河保護的地理信息系統(tǒng)研究，柳澤[7]等建立了大遺址文化遺產空間數據庫，胡明星[8]等采用GIS技術研究歷史街區(qū)的保護問題。

為了加強對我國文化遺產的保護與管理，結合信息技術構建更加開放共享的數據庫平臺是順應時代發(fā)展的需求，具有極其重要的意義。為此，本文以西山永定河文化帶文物保護為例，主要研究文化遺產文物保護數據庫的設計與實現以及其在北京市總體規(guī)劃上的應用，并結合GIS技術整理西山永定河文化帶資源，設計與實現空間數據庫，提高保護工作的效率與科學性。從西山永定河文化帶涉及的歷史文化街區(qū)、古建筑、古遺址、古墓葬、石窟寺、石刻、農業(yè)遺產、近現代工業(yè)文化遺址、歷史文化名村、傳統(tǒng)古村落、歷史文化保護區(qū)等文化遺產資源以及基礎地理數據進行設計入庫，也為后續(xù)的研究起到鋪墊作用。

1 西山永定河文化帶資源數據庫創(chuàng)建的時代價值

1.1 西山永定河文化帶的空間范疇 依據《北京市西山永定河文化帶保護發(fā)展規(guī)劃（2018—2035年）》界定的西山永定河文化帶的空間范疇為：北邊起點為延慶區(qū)媯川谷地，南邊抵至房山區(qū)的拒馬河谷地，東邊臨北京老城，西、南、東南至市界。行政區(qū)涉及海淀、豐臺、石景山、昌平、門頭溝、房山、大興、延慶8個區(qū)，其中，海淀區(qū)內的范圍界定在西部山區(qū)和“三山五園”地區(qū)，豐臺區(qū)內的范圍界定在永定河沿岸地區(qū)（含蓮花池-金中都），昌平區(qū)內的范圍界定在南口關溝西南山區(qū)，大興區(qū)內的范圍界定在永定河沿岸和南海子地區(qū)，延慶區(qū)內的范圍界定在媯川谷地，石景山區(qū)、門頭溝區(qū)和房山區(qū)的范圍界定為全區(qū)。規(guī)劃總面積達4454km2[9-10]。

1.2 文化遺產資源類型 西山文化帶文化形態(tài)多元，包括考古、皇家、園林古建、歷史悠久的宗教、陵墓、軍事防御、紅色、高等教育、名人、中外交流、傳統(tǒng)民俗、傳統(tǒng)村落古道、民族融合、山水生態(tài)、農業(yè)休閑等文化[11-13]。文化遺產資源豐富多樣，具體情況如表1所示。

1.3 文化遺產空間數據庫的重要性 從文物管理上來說，管理權限多元不統(tǒng)一;從文物的保護和利用方面來說，文物保護利用措施滯后，利用不足，利用水平不高，資源閑置嚴重;從文物的傳播與推廣上，宣傳工作不全面，推廣力度不夠[11-20]。這些都導致西山永定河文化帶文化遺產的開發(fā)和利用不能引起廣大群眾的共鳴，使其在加強全國文化中心建設中定位不清，發(fā)展戰(zhàn)略不清晰，不能發(fā)揮至關重要的作用。文化的發(fā)展需要空間和載體，而且要結合新一代信息技術，爭取做到讓文化活起來，通過新發(fā)展理念引領西山永定河文化帶的建設與發(fā)展[20]。從空間上來說，西山永定河文化帶的范圍涉及北京8個區(qū)，規(guī)劃面積廣泛。在時間上，西山永定河文化帶包含的文化遺產跨越了史前到現代。結合GIS技術創(chuàng)建一個具有全面性、系統(tǒng)性、即時更新型的空間數據庫，可以進行資源數據的存儲、檢索、分析、共享和可視化。就歷史文化遺產資源來說，可以對其進行價值評估、指標的圖示化，并且可以根據文化遺產的空間要素特征來制作專題圖。這將極大提升工作效率，在城市的歷史文化遺產資源的保護方面科學決策的參考價值，改進之前傳統(tǒng)的繁雜的工作方法。因此，構建起科學技術支撐、存儲系統(tǒng)完備、運行有效的空間數據庫。其創(chuàng)建及建設研究對于建立西山永定河文化帶智庫、創(chuàng)建北京全國文化中心、提高城市文化軟實力、構建京津冀文化系統(tǒng)發(fā)展體系發(fā)揮著不可忽視的重要推動作用。

2 西山永定河文化帶空間數據庫的創(chuàng)建

2.1 Geodatabase模型 Geodatabase是一種以關系數據庫為基礎、采納面向對象這個技術來組織和管理空間數據的空間數據模型。邏輯數據模型中定義的對象就是Geodatabase中的數據對象。想要容易的實現大部分的自定義行為，只需要依靠ArcInfo所能供給的驗證規(guī)則、域及其他功能來實現，而使用Geodatabase數據模型不需要進行代碼的編寫。其具有以下4點優(yōu)點：（1）連續(xù)的要素集;（2）更加精確的對空間數據進行錄入和編輯;（3）地理數據可操作性強，可被多個用戶同時編輯;（4）統(tǒng)一存儲空間數據[21-23]。本文選擇Geodatabase數據模型作為西山永定河文化帶空間數據庫設計的主體。

2.2 空間數據庫的整體框架 基礎地理數據庫、文化遺產庫和非物質文化遺產庫3個部分內容構成西山永定河文化帶文化遺產空間數據庫（見圖1）?；A地理數據庫包含各區(qū)區(qū)劃數據、永定河水系數據、DEM數據、遙感數據。文化遺產庫包含歷史文化保護區(qū)、傳統(tǒng)古村落、近現代工業(yè)遺址、歷史文化街區(qū)、古建筑、古墓葬、古遺址、石刻、石窟寺、農業(yè)文化遺產、歷史文化名村數據。非物質文化遺產庫包含文字資料、視頻資料、音頻資料和關聯(lián)資料。

該空間數據庫的建設是西山永定河文化帶研究、規(guī)劃與保護、宣傳與展示的重要數據來源，將為日后西山永定河文化帶的研究、保護、傳承與利用提供服務。因此，該資源數據庫創(chuàng)建時其本身的性能應滿足以下需求：數據一體化存儲管理、盡可能地降低數據存儲的冗余、用戶及時訪問、具有較強的應用適用性，數據的共享。通過查閱北京市各區(qū)西山文化帶資源數據，根據數據庫的原理將各種相關的資源抽象成模型，依據數據庫建庫原理及規(guī)范，按照需求分析、概念設計、邏輯設計、物理設計和實現等一系列過程，建立西山文化帶資源數據庫，對文化遺產資源數據更好地管理和存儲（見圖2）。

2.3 實體結構設計 實體是指現實世界中每個區(qū)存在的可以相互區(qū)分的文化遺產，包括歷史文化保護區(qū)、傳統(tǒng)古村落、近現代工業(yè)遺址、歷史文化街區(qū)、古建筑、古遺址、古墓葬、石窟寺、石刻、農業(yè)文化遺產、歷史文化名村。這些實體間的從屬、并列關系如圖3所示。

2.4 確定實體之間的關系 在空間數據庫中屬性表之間的關系設計非常重要，正確的關系表設計可以減少很多操作中的弊端[24]。用Geodatabase模型實現行政區(qū)劃與各文化遺產之間一對多的關系。以實體聯(lián)系圖（E-R圖）對上述內容進行邏輯設計（見圖4）。

2.5 文化遺產對象向Geodatabase對象的轉換 將邏輯設計階段的數據庫邏輯設計模型具體化到具體的空間數據庫中[25]，將概念結構設計和邏輯結構設計中的實體轉化為Geodatabase模型中的對象（見表2）。

2.6 構建關系類 根據概念結構設計中構建的空間E-R圖中各區(qū)與文化遺產之間一對多的關系，在構建關系類時為了表示方便，為各類型文化遺產設置編碼（見表3）。

在西山永定河文化帶空間數據庫中構建區(qū)與各類型文化遺產1-M的關系類（見圖5）。

3 西山永定河文化帶空間數據庫的實際應用

3.1 數據的存儲、檢索、共享 首先，數據庫具有很強的可擴展性，在統(tǒng)一機構的領導下，采用多方協(xié)作模式，加強各相關部門的協(xié)作與溝通，盡可能多的調查、收集與整理各類文化遺產資源。其次，為使研究者和公眾對西山文化帶文化遺產有更多的了解，完善的空間數據庫的信息檢索功能，使人們方便檢索、瀏覽各種信息。對于這些信息不設權限，公眾可以任意在線觀看及下載使用，使這些數據信息得到充分的利用。再次，該空間數據庫的創(chuàng)建是開放性的。數據使用性不僅僅是停留在北京層面，庫中的數據資源可供多方使用。只有實現區(qū)域間的數據資源的共享，創(chuàng)建一個可以共享資源的平臺，才能進一步推動各區(qū)域的文化遺產保護的進程。

3.2 支持空間分析 GIS強大的空間分析功能是其獨特之處，空間數據庫的建立可以讓使用者對數據庫中的空間數據進行空間分析，結合其研究領域完成各專題的研究。在西山永定河文化帶空間數據庫的基礎之上，借助GIS的空間分析技術，如密度、緩沖區(qū)、疊加等空間分析對調查得到的各類文化遺產數據和已有的遙感影像數據、DEM數據、矢量化的各類資源數據進行綜合性空間分析，從而對城市文化遺產資源的保護做進一步的研究。

3.3 Web在線發(fā)布 西山永定河文化帶資源空間數據庫中的矢量數據可以發(fā)布到服務器上，將地圖發(fā)布后再建造一個應用共享到網絡群組中，與他人共享資源。打開發(fā)布成功后的Web應用，可以在此應用上隨意查看任一文化遺產的屬性信息，只需點擊某一點要素，會立即彈出此點的屬性信息，這樣在查看某一點的信息時既快速又方便（見圖6）。

4 結語

本研究以Geodatabase模型為基礎，設計并建立了西山永定河文化帶文化遺產空間數據庫，方便分層存儲管理相關的矢量數據、柵格數據和屬性數據等數據。該空間數據庫不但充分思量了西山永定河文化帶各類文化遺產及環(huán)境的特性，而且兼得了空間數據庫的一般特征。因此，它的構建不僅可以對西山永定河文化帶文化遺產研究資料和數據進行高效的同一管理，更加增強了西山永定河文化帶文化遺產數據的空間可視化能力，提升了西山永定河文化帶文化遺產數據的綜合性分析，為建設北京全國文化中、實現“三個文化帶”的文化創(chuàng)新、加強我國文化遺產的保護與管理提供了有力的技術支撐，有助于深入挖掘文化內涵。

西山永定河文化帶的建設是一項需要長期堅持的文化項目，其資源數據庫的建設也不是一成不變的。推進西山永定河文化帶建設的進程中，逐漸對數據庫進行更新迭代，使其更符合時下的要求，有效推動歷史文化創(chuàng)造性發(fā)展，激發(fā)當代受眾群體對文化的激情與熱愛，凸顯北京歷史文化的整體價值。

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（責編：張宏民）