中国历史文化名镇名村Web展示平台的设计与实现

尹 超，舒惠勤，韩 青

(1.古村古镇文化遗产数字化传承湖南省协同创新中心，湖南 衡阳 421002；2.衡阳师范学院 城市与旅游学院，湖南 衡阳 421002)

中国历史文化名镇名村Web展示平台的设计与实现

尹 超1，舒惠勤2，韩 青2

(1.古村古镇文化遗产数字化传承湖南省协同创新中心，湖南 衡阳 421002；2.衡阳师范学院 城市与旅游学院，湖南 衡阳 421002)

中国历史文化名镇名村能较完整地反映一些历史时期传统风貌和地方民族特色，对历史文化名镇名村中重要的景观基因信息进行数字化保护有其现实意义和理论意义。针对中国历史文化名镇名村基础空间信息匮乏现状和传统聚落数字化保护的必要性，本文通过分析中国历史文化名镇名村景观基因的特点以及空间数据类型，建立了中国历史文化名村名镇的空间数据库，借助于Web GIS技术和Web前端技术，设计并实现了中国历史文化名镇名村Web展示平台。相比于古村镇传统的保护方式，借助于Web GIS的数字化技术手段，对古村古镇文化资源重新整合和挖掘，能使其成为对公众普及中国历史文化名镇名村保护与传承教育的平台，同时也可为中国历史文化名镇名村文化的持续生存与发展提供新的保护模式。

Web GIS；Web平台；传统聚落数字化；中国历史文化名镇名村

1 引 言

中国历史文化名镇名村，是由住建部和国家文物局从2003年起共同组织评选的，保存文物特别丰富且具有重大历史价值或纪念意义的、能较完整地反映一些历史时期传统风貌和地方民族特色的镇和村[1]。近年来，随着我国经济建设速度的加快和自然环境的变化，大量的古村镇文化遗产正面临着日趋严重的破坏，古村镇文化遗产数字化记录和传承的任务越来越紧迫，传统意义上的实体保护已经很难实现文化遗产的永续传承，数字化保护显得更为可靠有效，借助于新兴技术，如：WebGIS技术、虚拟现实技术、三维激光扫描技术等，已成为保护和传承传统聚落文化遗产强有力的方式。

从技术层面来看，国内外对WebGIS的理论和应用相对成熟：在研究方面，胡金星[2]等在研究Oracle Spatial空间数据库特点的基础上，提出了服务器方式和客户服务器方式两种开发Web GIS的解决方案；林宏基[3]等主要在具体实践当中用Java语言编写实现GIS多种数据格式，并且这种格式能够集成到Oracle数据库中；钱峻屏[4]等结合具体的开发实例，在讨论空间信息服务的主要特点的基础上探讨了网络GIS的技术发展趋势；卢峰[5]等针对Web GIS环境中数据库系统集成问题，提出了异构空间数据库的数据整合模型及Web GIS实现方法。在应用方面，Web GIS已普遍应用到农业、水利、自然灾害等社会的各个领域[6-7]。

但现有研究中，Web GIS应用于文化遗产保护及历史文化名镇名村数字化方面的内容较少，本文在地理空间数据库的技术支持下，结合GIS和网络技术，采用ArcSDE空间数据库引擎和Oracle数据库统一管理空间和属性数据，应用ArcGIS API for JavaScript技术实现了中国历史文化名镇名村的展示平台系统。

2 平台架构设计和技术路线

2.1 架构设计

平台架构的设计思想采用传统的三层Browser/Server体系结构，大致可分为数据层、应用逻辑层、客户层(图1 中国历史文化名镇名村展示平台结构体系)。其中，客户层是用户和Web GIS交互的接口，应用逻辑层是整个系统的核心，负责接收和响应客户端的请求，而数据层则为网络服务提供空间数据来源。

图1 中国历史文化名镇名村展示平台结构体系

(1)数据层

系统遵循“数据和应用分离”的基本原则，所有数据资源集中管理和维护，分布使用[8]。中国历史文化名镇名村的空间数据和属性数据分开存储，通过唯一标识号或者其他相关特征进行关联，从而实现属性数据与空间数据间的动态互访。因名镇名村数据量大，数据安全性高，采用SQL Server2008数据库管理系统。其中名镇名村的属性数据可以直接存储在SQL Server中进行管理和维护，空间数据则采用SQL Server 和 ESRI ArcSDE提供的空间数据存储模型Multiuser GeoDatabase 进行存储管理。为了将要素分类并分层，利用ArcGIS Desktop的功能模块ArcGIS Catalog定义各空间分类要素所对应的空间数据要素集、要素类和要素对象的空间数据库表格式[9]。将空间数据入库，用Oracle数据库管理向导建立数据库，利用服务器端的ArcSDE连接Oracle，也可利用ArcGIS Catalog模块提供的向导发布ArcGIS Server连接Oracle来导入属性数据。

(2)应用逻辑层

提供系统核心功能、服务和站点。通过调用在线的ArcGIS JavaScript API实现对名镇名村数据的编辑、更新和维护工作，还可对名镇名村点数据进行显示、查询、定位、分析、制图、打印等功能。

(3)客户层

包括管理人员和数据用户。其中数据用户通过支持开放服务的工具(IE11、Firefox、Opera、Chrome等浏览器)访问地图服务。管理人员通过对地理空间数据进行配置并发布为地图，或者管理已发布的地图。

2.2 技术路线

系统的建设包括准备阶段、系统分析与设计、系统开发与运用等三个阶段(如图2所示)。

准备阶段主要是在考虑数据采集可行性和可操作性的基础上，以中国528个(截止2016年)历史文化名镇名村位置点为数据采集对象，以景观基因理论[10-11]为支撑，收集各名镇名村空间数据，从而为整个系统设计奠定数据基础。系统分析与设计阶段，主要是确定系统架构以及系统所要实现的主要功能，并从用户角度制定需求文档。系统开发与运用阶段，编写主程序界面，开发各个功能模块以及对整个系统的集成、测试与优化。

图2 技术路线图

3 平台的关键技术

3.1 地理空间数据库

技术层面上，将包含有空间位置特征、属性特征和时态特征的数据称之为地理空间数据，而存储地理空间数据的为地理空间数据库。在本系统中，采用全面准确、关系一致、适度冗余的地理空间数据设计原则，以统一的标准和规范整理分幅分层的数据。将名镇名村的空间数据和属性数据进行有效组织、管理，便于查询、分发与制图，建立逻辑上或者是物理上无缝的数据库。

理论层面上，系统根据景观基因的相关理论基础，围绕历史文化名村名镇的数字化需求，将各历史文化名村名镇数据采集细分村镇历史、村镇环境、村镇形态、村镇建筑、村镇风俗、村镇文艺等六大方向，最后从地理位置、地域面积、历史起源、自然环境、布局形态、建筑风格、文化景观(文化遗产、文化资源，特别是非物质文化遗产)、当地特产、代表性人物、周边旅游景点等方面着手进行数据采集和数字化。

3.2 ArcGIS JavaScript API

2008年ESRI推出的一套基于JavaScript语言编接口，其为创建Web GIS应用提供了向web应用程序中嵌入轻量级制图功能的解决方案。开发人员在客户端可以轻松地利用ArcGIS JavaScript API来调用ArcGIS Server所提供的服务，实现地图应用和地理分析功能。其主要的优势主要有如下：①扩展性；②灵活便捷性，基于JavaScript的实现方式可以即时修改系统功能，提高了编码效率[12]。

3.3 聚类算法

聚类是数据挖掘、模式识别等研究方向的重要研究内容之一，主要应用于模式识别中的语音、字符识别等机器学习中。在GIS应用方面，聚类算法主要应用于数据挖掘、时空数据库应用等方面[13]。本系统中用到的K均值聚类属于四类中的划分式聚类算法，该算法能够使每一次数据点到其聚类中心的平方距离和被最小化。

3.4 HTML5技术(模板引擎)

2014年10月29日，万联网联盟宣布超文本标记语言(HTML)的第五次重大修改完成，HTML5引入了许多新的特性和功能并且能在移动设备上支持多媒体。目前，HTML5已经能够在不同程度上运用于Chrome、Firefox、IE9等主流浏览器上。本研究引用HTML5中video、article等新标签[14]。

4 平台的功能实现

系统利用Web前端技术，并结合Dojo和Bootstrap框架及ArcGIS JavaScript API实现了中国历史文化名镇名村展示平台系统(如图3所示)。针对名镇名村的功能需求，系统实现了对地图的放缩、漫游、全图显示等基本地图功能，还实现了以下主要功能模块。

图3 中国历史文化名镇名村展示平台主界面

4.1 足迹模块

该模块有助于用户进行最佳出游路线的规划，方便用户更好的掌握出游天气信息，查询最佳省钱或省时路线，帮助用户去哪儿游玩做出明智的决策，标记已了解过的名镇名村；该功能模块提供了标绘点、线、面等标绘功能，并提供了标绘属性信息、样式的编辑，从而辅助用户对旅游情况进行反馈，方便后面的用户做出选择，从而形成了“公众参与，专家论证”的旅游开发形式。

4.2 中国历史文化名镇名村查询功能模块

该模块提供了名镇名村查询服务，并提供多样化的查询方式，例如：图层查询、点击查询、空间查询、属性查询等，此功能方便了用户及时地查阅名镇名村信息。名镇名村系统分为中国历史文化名村、中国历史文化名镇等图层，图层查询功能能够按照要素分类表中的要素类图层进行分层查询(如图4所示)。

4.3 中国历史文化名镇名村信息展示模块

系统配合以文字、图片、音频、视频等方式全面、详尽的对历史文化名镇名村的特色和景点进行了网络还原(图5)。历史文化名村名镇文本信息以pdf的方式显示，围绕历史文化名村名镇景观基因图谱的相关理论，从地理位置、地域面积、历史起源、自然环境、布局形态、建筑风格、文化景观(文化遗产、文化资源，特别是非物质文化遗产)、当地特产、代表性人物、周边旅游景点等方面详细介绍了各古村古镇的整体空间分布格局环境和历史文化信息。

图5 系统信息展示模块(查询乌镇全景图片)

4.4 地图管理模块

封装GeoServer REST相关模块，提供地图发布、地图表现、图例生成。还可以对空间数据元数据、图层、样式等进行管理，提供相关元数据的检索和获取功能，进行影像地图与矢量地图之间的转换，并且可以抓取兴趣点进行地图的打印输出。

4.5 导航模块

提供定位服务、位置分享服务以及路径导航功能。根据此功能模块可以实时定位自己的位置以及将位置分享给好友以方便好友及时联系。提供的路径导航功能，能够显示两点之间的路线图，找出最佳出行路径。

5 结 语

本文以中国的528个历史文化名镇名村为基础，借助Web GIS、Web 前端与数据库技术，建立了中国历史文化名镇名村展示平台。该系统具备地图浏览、足迹模块、导航模块、名镇名村查询功能模块、地图管理模块、展示模块等功能。系统挖掘了历史文化名镇名村的历史价值，拓展了历史文化名镇名村研究空间和手段。

与传统的实体保护方式不同，数字化保护通过数字技术修复和还原文化遗产，这种可持续的资源使用方式也代表着人类社会未来资源利用发展的走向。本系统旨在激发和培养大众参与到保护的自觉意识和行动力，促进中国历史文化名镇名村保护的环保性。

[1] 国家建设部，文化局.中国历史文化名镇名村[EB/OL].[2016-08-13].http://baike.baidu.com/item/.

[2] 胡金星,潘懋,宋扬,等. 空间数据库实现及其集成技术研究[J]. 计算机应用研究,2003(3):12-14，19.

[3] 林宏基,林志贤. 基于Java/Oracle Spatial构架的Web GIS研究与应用[J]. 计算机工程与设计,2003(8):11-13.

[4] 钱峻屏,彭龙军,张虹鸥. Web GIS面向空间信息服务的系统设计和实施[J]. 计算机与现代化,2002(2):39-41，44.

[5] 卢峰,刘翰,胡少华. 基于分布式空间数据库的Web GIS系统[J]. 计算机时代,2003(9):3-4.

[6] 胡卓玮. 洪涝灾害应急响应决策支持业务系统关键技术研究[D].北京：首都师范大学,2007.

[7] 刘仁义,刘南. 基于GIS技术的水利防灾信息系统研究[J]. 自然灾害学报,2002(1):62-67.

[8] 江源通,苏会卫,陆琳. 基于OpenLayers的应急物流决策支持平台构建及应用[J]. 物流技术,2015(3):275-277.

[9] 牛文渊,郑江华,韩林芝. 基于天地图Web API的民俗文化遗产保护系统研发——以锡伯族大西迁为例[J]. 测绘通报,2015(11):96-101.

[10] 胡最,刘沛林,邓运员,等.传统聚落景观基因的识别与提取方法研究[J]. 地理科学,2015(12):1518-1524.

[11] 刘沛林,刘春腊,邓运员,等. 基于景观基因完整性理念的传统聚落保护与开发[J]. 经济地理,2009(10):1731-1736.

[12] 童艳. 基于ArcGIS的基础地理空间数据管理系统设计与实现[D].杭州：浙江大学,2006.

[13] 孙吉贵,刘杰,赵连宇. 聚类算法研究[J]. 软件学报,2008(1):48-61.

[14] 刘华星,杨庚. HTML5——下一代Web开发标准研究[J]. 计算机技术与发展,2011(8):54-58,62.

(编校 郑文武 实习生 郭齐旗)

Design and Implementation on Web Platform of China's Historic and Cultural Towns and Villages

YINChao1,SHUHui-qin2,HANQing2

(1.Cooperative Innovation Center for Digitalization of Cultural Heritage in Ancient Villages and Towns, Hengyang Hunan 421002, China;2.Department of Resources Environment and Tourism Management, Hengyang Normal University,Hengyang Hunan 421002, China)

China's historic and cultural towns and villages can basically reflect traditional characteristic style and distinctive national feature in historic times. What’s more, they have practical and theoretical meaning to the digitalization of key landscape gene in the towns and villages. With regard to the deficiency of spatial information of China's historic and cultural towns and villages and the necessity of preserving them, this paper analyzes the features of landscape gene in them and their spatial types, establishes its corresponding spatial database. Capitalizing on the technologies of Web GIS and Web front-end, we design and implement the web display platform of China's historic and cultural towns and villages. Compared with the traditional ways to preserve the old towns and villages, resorting to Web GIS digitalized technological ways to integrate and excavate cultural resources of old towns and villages can make it as an education platform for getting know of the preservation and inheritance of China's historic and cultural towns and villages. Meanwhile, it can provide a new preservation mode to the consistent survival and development of China's historic and cultural towns and villages.

Web GIS; Web platform; digitalization of traditional settlements; China's historic and cultural towns and villages

2016-09-20

衡阳师范学院科学基金青年项目(13A26，13A27)；湖南省教育厅科学研究项目(14C0167)；衡阳市科学技术发展计划项目(2015KS19)

尹超(1987-)，男，湖南衡阳人，助教，硕士，研究方向为GIS二次开发、WebGIS应用与开发。

K928.5

A

1673-0313(2016)06-0025-05