京杭运河文化遗产保护数据库的设计

卢岚，刘牛，刘兴权

（1.长沙环境保护职业技术学院环境科学系，湖南长沙410004；2.长沙市规划信息服务中心，长沙410000；3.中南大学地学与环境工程学院，长沙410083）



京杭运河文化遗产保护数据库的设计

卢岚1，刘牛2，刘兴权3

（1.长沙环境保护职业技术学院环境科学系，湖南长沙410004；2.长沙市规划信息服务中心，长沙410000；3.中南大学地学与环境工程学院，长沙410083）

摘要：本文完成了京杭运河文化遗产数据库的设计，着重谈了总体框架和概念设计。数据库的应用情况表明数据库能有效的支持各种应用。

关键词：GIS；文化遗产；空间数据库

0　引言

经济高速发展时期往往是文化遗产遭破坏的高危险期，我国大遗址正面临着巨大的威胁［1］。除了来自各种自然力的侵蚀和破坏外，主要来自人为因素的破坏，包括：城乡建设发展带来的破坏、大中型基础性建设带来的破坏、农业生产和生活活动带来的破坏、不合理的旅游开发利用造成的冲击与威胁、受经济利益的驱动，屡禁不止的各种文物盗掘、劫掠活动对大遗址上的文物造成极大的破坏，大遗址的保护迫在眉睫。以GIS，RS和GPS为代表的空间信息技术在空间信息获取、处理、管理和分析上有着强大的优势，已成功的广泛应用于考古领域，在大遗址保护、开发利用、规划和管理上也必将发挥重要作用。国外在文化遗产保护空间数据库建设方面已经相对比较成熟，但我国在这方面还处于探索阶段。虽然，目前我国的文化遗产保护数据库建设已经取得了一定成果，但已建立的历史文化遗产数据库，大多是针对可移动文物的非空间数据库。对于不可移动文物，特别是像京杭运河这种大型的“活”的不可移动文物的空间数据库建设还处于探索阶段，各种技术都还不太成熟。本文以京杭运河为例，给出了大遗址空间数据库建设的思路，设计了京杭运河文化遗产保护空间数据库。为日后大遗址空间数据库建设提供了参考。

1　京杭运河文化遗产保护数据库总体框架设计

京杭运河文化遗产保护数据具有多时期，包括二战至60年代的数据、70年代至80年代初的数据、近期数据；多数据类型，包括基础地理数据（DOM，DEM，DRG，DLG）、遥感影像数据（TM/TEM，SPOT5，QB，航片等）、专题数据（运河河道本体数据、沿线文物数据以及关于运河文化遗产的属性数据和各种文档数据）的特点。又由于京杭运河是一个活的历史文化遗产，而且随着时间的推移，运河的数据也会不断增长。特别是遥感影像数据的增长，若新增加一个时期的数据，数据库就要增加至少几十GB的数据量。因此，在进行京杭运河文化遗产保护数据库设计时，必须要考虑到日后数据的增长情况。面对无休无止增长起来的数据量及越来越大的文件，要访问、存储和管理这些数据和文件已经变得越来越困难了，管理维护成本也会越来越高。事实上，并不是所有数据都具有高频度的访问频率，对于京杭运河文化遗产保护的现状基础地理数据和文化遗产专题数据的访问频率远远高于历史基础地理数据。因此，可以考虑对数据进行分级存储：将访问频率高的数据跟访问频率低的数据分开存储，访问频率高的数据用高性能存储设备来存储，访问频率低的数据用相对较低速的存储设备存储。因此，在数据库设计时，首先根据数据类型，将数据库按照基础地理子库和专题数据子库、元数据子库进行存储。同时，考虑到数据的分级存储问题，采取历史数据与现状数据进行分开存储的策略。

图1　京杭运河文化遗产空间数据总体框架Fig. 1 The overall framework of Beijing Hangzhou canal cultural heritage spatial data

综合考虑以上两点因素，京杭运河文化遗产保护数据库总体上划分为基础地理数据历史子库、基础地理数据现状子库、文化遗产专题子库、元数据子库。京杭运河文化遗产保护数据库的总体框架结构如图1所示：

其中：

基础地理历史子库主要是用来存储以前各时期的基础地理数据，包括DLG、DRG、DEM、DOM数据。就目前来说主要有各式时期的1:5万 DLG数据，运河全线的1：5万DEM数据，以及二战航片和80年代的TM数据。

基础地理现状子库，主要是用来存储近期的运河相关的基础地理数据。目前数据有1:400万、1:100万、1:25万、1:5万和1:1万的DLG数据；ETM、SPOT5、IKNOS、QB等遥感影像数据。

文化遗产专题子库，主要是用来存储运河相关的文化遗产，包括运河河道本体、相关的历史文化遗产等的矢量数据、运河文化遗产的符号数据，以及各种属性数据、相关的文档数据、保护规划等数据。

元数据子库，主要是用来存储各种数据的元数据，以方便数据库管理员管理数据，数据使用者更详尽的了解数据的各个方面情况。

2　京杭运河文化遗产保护数据库概念设计

概念结构设计是将需求分析得到的用户数据需求进行抽象并转换为信息世界结构的过程，是按用户观点对数据和信息建模，独立于机器和具体的数据库系统，是数据库设计的关键。京杭运河文化遗产保护数据库主要包括按照三部分进行存储：基础地理历史数据库、基础地理现状数据库、文化遗产专题数据库。空间数据库的概念设计主要是理清各数据库所含的数据内容，及各数据间的相互关系。

2.1基础地理历史数据库概念设计

目前，京杭运河文化遗产保护历史库中主要包括以下几个时期的数据：

（1） 70-80年代数据：主要包括1:5万的数字线画图据以及TM栅格影像数据；

（2） 二战到60年代数据：主要包括1:5万的数字线画图，二战航片。

其中1:5万基础地理数据可以分为以下几类：

› 测量控制点分布图：测量控制点、高程控制点、其他控制点

› 水系分布图：除京杭运河外的其他河流、运河、渠道、湖泊、水泡子、水利设施、水利要素、海洋要素

› 交通分布图：包括铁路、公路、大车、乡村路等要素

› 居民地分布图：行政等级、建筑物

› 管线分布图：管线、垣栅

› 行政区界图：行政区划、其他界限

› 地貌与土质分布图：等高线、高程、冰川地貌、冻土地貌、黄土地貌、岩溶地貌、风成地貌、火山地貌、其他地貌形态及土质

› 植被分布图：耕地、园地、林地、草地、其他植被、地类界

› 地名图库：各种地名

› 其他：除以上各类之外的其他地物

其概念设计模型图如图2：

图2　基础地理历史库概念模型Fig.2 The conceptual model of the basic geographic historical database

2.2基础地理现状数据库概念设计

（1） 矢量数据

京杭运河的基础地理数据主要包括各种时期的，不同比例尺的地形图数据。按照比例尺大小来分主要有：1:400万，1:100万，1:25万，1:5万，1:1万。按照数据的具体内容来说，1:1万和1:5万基础地理数据可以分为以下几类：测量控制点分布图、水系分布图、交通分布图、居民地分布图、管线分布图、行政区界图、地形与土质分布图、植被分布图、地名图库、其他。而1:25万、1:400万和1:100万基础地理数据主要包括以下几类：交通分布图、水系分布图、行政区界图、地形分布图、居民地分布图、地名库。

（2） 栅格数据库

京杭运河栅格数据主要包括各种运河DEM数据，遥感影像和二战航片。栅格数据按类型来分主要有：TM/ETM，IKNOS，SPOT5，QB，航片，DEM。其中覆盖运河全线的主要遥感影像数据是TM/ETM，SPOT5。IKNOS是SPOT5覆盖运河全线时缺少的一小部分。

基础地理现状库数据的概念模型设计如图3：

对于基础地理数据而言，其标准以最新的GB/T 13923-2006《基础地理信息要素分类与代码》为依据，设计各个空间数据图层的属性结构。由于基础数据的属性相对较少，其属性可以直接作为图形自带属性的形式存在，不必专门另外建立基础地理数据属性库。栅格数据的属性都通过元数据来表示，限于篇幅，其属性结构设计不予介绍。

图3　基础地理数据现状子库概念模型图Fig.3 The concept model of basic geographic data

2.3文化遗产专题数据库概念设计

文化遗产专题数据是整个数据库的核心数据，除了包含京杭运河及其相关遗址的定位数据以外，每类数据还包含大量的属性数据。京杭运河文化遗产保护的专题数据主要包括运河本体数据，以及与运河相关的文化遗产，在概念上京杭运河文化遗产保护可以分为三大类，具体的构成情况如图4所示：

图4　运河文化遗产保护构成Fig.4 Canal Heritage Protection constitution

因为京杭运河遗产主体水利工程的各子类:河道、水源、水利工程、航运工程、管理机构等都包含各种不同的分类，其属性各不相同，为了方便各系统应用，满足展示的需求，将其分开为不同的图层进行存储。水利工程各图层及各图层自带属性的E-R关系表示如下：

图5　主体水利工程图层E-R图Fig.5 Water main layers E-R diagram

大运河相关具有历史价值的城镇村落的属性极其接近，而且都属于面状图层，因此可以作为一个图层存储。需要指出的是，历史价值的城镇村落跟运河河道的关系（位于哪个河道）应明确指出。大运河具有历史价值的城镇村落的图层E-R图如下：

京杭运河相关的不可移动文物，各类型的数据放在不同的图层，基本的属性数据存储在文物基本信息表中。所有的不可移动文化遗产都通过与运河分段河段建立相应的关联。如图6所示：

文化专题数据库中，除了运河文化遗产的定位数据之外，还有大量的属性数据、文档资料、遗址的现状和历史照片、考古勘测资料、管理单位信息等等。限于篇幅，不予介绍。

图6　运河相关历史著名城镇村落图层E-R图Fig.6 Related historic canal towns villages Layer E-R diagram

3　结论

数据库的应用情况表明数据库能有效的支持各种应用。京杭运河文化遗产数据库的建立，是第一个大型的活的线性水利文化遗产数据库，将为日后大型文化遗产，特别是水利文化遗产数据库的建立提供参考和借鉴。

图7　运河相关文化遗产矢量数据E-R图Fig.7 Canal vector data related to cultural heritage E-R diagram

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本文引用格式：卢岚，刘牛，刘兴权.京杭运河文化遗产保护数据库的设计［J］. 新型工业化，2016，6（4）：22-26.

Citation: LU Lan， LIU Niu， LIU Xing-quan. Beijing Hangzhou Canal Cultural Heritage Protection Database Design［J］. The Journal of New Industrialization，2016，6（4）: 22-26.

Beijing Hangzhou Canal Cultural Heritage Protection Database Design

LU Lan1， LIU Niu2， LIU Xing-quan3
（1.Changsha Environmental Protection Vocational College， ChangSha 410004， China； 2. Changsha City Planning Information Service Center ， ChangSha 410000， China； 3.Central South University， ChangSha 410083， China）

Abstract:This paper completed the design of Beijing Hangzhou canal cultural heritage database， focusing on the overall framework and conceptual design. The application of the database shows that the database can support all kinds of applications effectively.

Keywords:GIS； Cultural heritage； Spatial database

DOI：10.19335/j.cnki.2095-6649.2016.04.004

基金项目：国家科技支撑计划项目（2006BAK30B01）；

作者简介：卢岚（1983-），女，讲师，地理信息系统；刘牛（1987-），男，本科，地理信息系统；刘兴权（1962 -），男，教授，计算机系统