3S技术在历史文化资源普查与利用中的应用

基于“3S”的历史文化资源普查与利用全过程数字技术研究

周　岚　叶　斌　王芙蓉　毛燕翎　赵　伟

摘　要：南京是我国十朝古都和和国务院首批公布的24个历史文化名城之一。本文以南京为例，采用了3S、空间数据库等新技术，构建了以“前期技术研究数字化、普查过程实施数字化、普查资源集成数字化、普查资源评价数字化、普查成果应用数字化”为核心的南京市历史文化资源普查和利用的全过程数字方法体系，论述了关键数字技术的设计与实现。通过三年的应用研究，建立和动态维护了覆盖全南京的历史文化资源“一张图”，实践证明全过程的历史文化资源普查和利用数字技术是科学、先进、可行的。

关键词：3S；历史文化资源；普查；全过程；数字化

1　引言

历史文化资源是一个城市珍贵的不可再生资源，是城市的名片和象征。南京作为我国著名古都和国务院首批公布的24个历史文化名城之一，历朝历代给南京城留下了丰富的历史文化积淀。在当今城市快速建设和发展时期，为了尽可能地保护和利用好这些历史文化资源，避免不必要的破坏和损失，快速摸清全市历史文化资源的空间分布、历史价值和现存状况显得尤其的重要和迫切。

自2005年起，南京市规划局联合南京市文物局，委托南京大学文化与自然遗产研究所、南京市城市规划编制研究中心合作承担了南京市范围内历史文化资源的普查工作。为了更深入、更系统地保护和利用好南京市历史文化资源，本次普查工作具有许多不同寻常的特质：普查组织强调部门联动，首次实现规划局和文物局等部门的跨部门合作；普查范围涉及全市域十一区两县，面积达6 582平方公里；普查对象突破了传统的“文物”普查概念，着眼于城市历史文化资源范畴，不仅包括已列入各级文物保护单位和南京市重要近现代建筑等法定保护对象，还包括各类未列入法定保护的资源，囊括古遗址、古墓葬、古建筑、石窟寺及石刻、近现代重要史迹及代表性建筑、历史地段及山水名胜、其他资源点等七大类；普查内容不仅包括传统的历史文化资源的文字属性，还包括每个资源点的空间属性，即在统一的一张底图上用“点线面”的方式表达资源空间位置信息，将每一个历史文化资源准确地落地，形成真正的南京市历史文化资源“一张图”；同时普查对象的建设时间也延续至20世纪七十年代。

总之，南京市历史文化资源普查工作是一项意义深远、范围广阔、种类丰富、内容繁杂、时间紧迫、极具挑战性的一项工作。

2　传统历史文化资源普查和利用手段的局限

以文献检索、资料编录、现场踏勘为特征的传统普查和保护利用的思路和手段存在着以下诸多问题：

（1）大量的人工操作和标准化、规范化不足导致普查工作“三低三多”：标准低、效率低、准度低，错漏多、成本多、时间多。

（2）普查成果的表达单一化，多为文字资料和图片材料，缺少地理信息数据和资源空间分布特征。图文一体化的缺失导致“是什么”和“在哪儿”的割裂。由于没有准确的地理位置定位，在快速发展的今天，不利于在规划、建设管理中开展有序、高效、合理地展示、保护和利用。

（3）非法定普查资源评估和筛选的手段单一，重定性轻定量，并且关键的评价参考资料各自分散调用不便，严重缺少集成度和关联度，容易导致普查成果评价的人为因素较多，缺少规范性和准确性。

（4）普查资源成果的管理手段低下，物化的或数字化水平较低的普查资源成果极不利于保存，更不利于发布服务和动态维护。

面对新形势和高要求，迫切需要一种高效、有力的创新手段来为历史文化资源的普查、管理、保护和利用提供保障。

3　全过程数字化普查和利用的提出

3．1　3S技术在历史文化资源普查中的提出

地理信息系统（GIS）、遥感（RS）、全球定位系统（GPS）简称3S技术。在3S技术高速发展的今天，RS和GPS犹如人的两只眼睛，成为各行各业不断获取空间地理信息的创新技术和高效手段，而GIS犹如人的大脑，构建了与空间地理信息相关的各类综合信息的处理、分析和利用平台。3S技术同样可以为历史文化资源的普查、利用和保护带来新的思路和新的活力，为解决历史文化资源的空间不落地和管理利用手段低下等问题提供新的解决方案。目前，国内已有一些初步的类似研究成果，如涂超论述了采用GIS的分析功能可以对历史文化资源的保护进行监控和规划，并通过预测模型可以对历史文化资源的保护提供决策支持；毛峰等综述了历史文化资源保护领域中的新技术应用方法，但指出由于存在标准规范不统一、各自为政、信息孤岛林立等一些问题，这些方法仍不能满足对大面积、多领域、多形式的历史文化资源保护工作的需要。总的说来，目前新技术在历史文化资源普查和应用的文献较少，并且现有的研究多偏于理论综述，或多对于文物等某一专项的保护研究，并没有论述如何利用数字化手段，实际运作大规模的城市级历史文化资源普查和应用工作。

3．2　总体思路与目标

以历史文化为资源，以3S等科学技术为先导，以数据库为平台，通过数字化手段全过程支撑资源普查工作，将普查的历史文化资源建成可动态更新、方便查询的数据库，并最终建立历史文化资源地理信息系统。从而以现代技术手段综合整合南京市的历史文化资源优势，为城市规划和建设过程中历史文化资源的利用和保护提供依据，为全面建设小康社会服务。

3．3　研究技术路线设计

建立历史文化资源普查全过程“数字化”框架，包括前期研究、过程实施、资源集成、资源评价、成果应用等各个阶段，并在资源成果服务过程中建立信息使用、纠错、完善、更新、发布等的良性动态循环。

图1　南京市历史文化资源全过程数字化普查和利用技术路线

3．4　系统总体框架设计

以统一坐标基准、数据标准和技术规范为前提，以丰富、准确、翔实的空间地理信息和相关规划数据为工作基础，采用先进的ArcGIS平台和ORACLE数据库为数据管理平台，基于net平台，以Visual　studio为开发环境，采用C＃和VB开发语言作为系统研发环境，研发涵盖南京市历史文化资源普查和应用全过程的地理信息系统，主要包括数据采集、处理、校验、评价、建库等全套资源普查建库配套工具以及供各界浏览查询、统计分析、交流互动的南京市历史文化资源应用服务系统。

图2　南京市历史文化资源地理信息系统总体框架

4　资源普查关键数字技术的设计与实现

4．1　历史文化资源“一张图”数字化设计理念

前期技术研究中充分考虑和体现了历史文化资源“一张图”在资源分类、编码体系、调查内容、目录文件组织、坐标基准等方面的数字化设计理念，为南京市历史文化资源普查的全过程数字方法体系提供了保障。

图3　南京市历史文化资源分类体系

（1）在历史文化资源普查对象上明确了七大类，16小类的分类体系，普查对象的建设时间截至20世纪70年代。

（2）资源编码体系

图4　历史文化资源编码规则

南京市历史文化资源由单点资源和单处资源（含其所辖的从属资源点）两类构成。为了加强对法定资源的保护，如果单处资源中含有法定保护的资源点，则将其提取列入单点资源，不再表达为单处资源下的从属资源点。为了准确有序地标识每项资源以及清晰地表达每项资源的管理和空间从属关系，结合南京市行政区划划分，南京市历史文化资源由八位编码构成，分别包括代表“单点资源和单处资源”的五位登记序号和代表“从属资源”的三位分序号。例如，XW001001等。

（3）资源普查内容

历史文化资源普查内容包括资源属性、照片、空间区位平面等内容。资源属性包括每项资源的登记序号、名称、类别、级别、所在地点或区域、时代、规模、地理特征、周边环境、形态、结构、用途、价值评估、拥有者、使用者、管理机构和管理措施、文献著录、调查机构和人员信息等八十余项，另外，从属资源属性包括分序号、单体名称、原功能、现用途等近十项。针对每一项属性都分别定义了严格的数据表字段类型、长度等数据标准。

（4）目录组织结构和文件命名

为了有效地管理普查过程中形成的多媒体资料，实现多媒体资料与普查资源空间数据以及属性数据的自动关联，制定五级目录组织结构和文件命名规范，确保数据加工和建库的正确开展。文件命名规范采用“登记序号”＋“资源名称”的格式，如“g1001000北阴阳营遗址”。

图5　历史文化资源文件组织目录结构

（5）图形坐标基准

采用南京92地方坐标系作为唯一的历史文化资源普查和建库坐标基准，以米为图形采集和编辑坐标单位。

（6）数据建库和系统开发原则

遵循标准化规范化原则、实用性可行性原则、可扩充可维护原则和安全性可靠性原则。

4．2　资源普查和建库的3S结合策略

（1）普查启动之前研发基于3S技术的普查建库系统，具有数据浏览、采集定位、数据编辑、数据校验、数据建库等功能。内外业一体化的建库系统支撑了由计算机代替人完成了各类信息的登记、查阅和管理工作，使得普查工作变得严谨规范，提高了工作效率，消除了人为错误，有效地避免了“三低三多”现象。

图6　历史文化资源图形和属性录入界面

（2）将普查所需的覆盖全市域的各种比例尺地形图和1米高分辨率IKONOS卫星影像图等基础地理信息数据以及以往积淀的文物紫线、近现代建筑、古树名木、历史街区等规划成果建立统一空间坐标基准的GIS数据库，并装入外业普查电脑，为普查工作提供丰富、坚实的数据基础。

（3）GPS提供实时移动定位、RS提供全市最新的高分辨率卫星影像、GIS及时提供普查所需的相关各类信息，强大、便捷的建库系统使各类信息有机地结合起来，普查的外业现场踏勘、现场记录和内业信息查阅、资料补录变得有机联系，不再是孤立无援或者无本之木。

（4）严格按照数据命名规范，在相应的目录中录入资源点照片等各类多媒体信息，以资源编码体系为线索，通过建库工具，将每个资源点的图形、属性、多媒体信息进行一体化管理，最终建立与历史文化资源“一张图”对应的普查GIS数据库。

（5）由于整个普查工作涉及历史、规划、计算机等多方工作人员，并且资源点的普查信息繁杂、琐碎，导致资源库的信息可能出现错误和疏漏现象，因此在GIS资源库中需要开展基于知识规则的数据校验。其中，语法校验一般指针对普查对象属性字段格式规则的校验，主要分为空值校验、唯一性校验、字段合理性校验等；语义校验主要用于校验普查对象空间位置的拓扑关系与属性值逻辑上的错误。例如，登记序号与分序号的关联一致性校验；数据库中的历史文化资源与多媒体目录的关联一致性校验；单体资源与其所关联的总体资源的空间拓扑关系校验等。(www.xing528.com)

4．3　普查资源的数字化评价

普查成果客观地罗列、描述了资源的各项信息，但普查成果的类别、级别和重要性还是千差万别的，为了更好地指导规划管理和城市建设，开展历史文化资源的评价是非常必要的。

（1）评价标准的数字化

针对非法定的历史建筑（群）和近现代建筑（群）、构筑物、古遗址和古近代墓葬（群）三类普查资源，分别制定了不同的评价标准，通过计算机把各类评价指标和权重以及评价算法定制到评价系统中。

（2）评价结果的分类

根据最终评价分值，将资源评价结果分为法定保护对象、登录保护对象、规划控制对象、其他历史文化资源和消失资源五类保护级别，通过数字化的手段，按照技术规范逐一建立分值与保护级别、保护措施之间的数字联系。

（3）评价的自动化

文化资源的评价体系错综复杂，定性定量兼而有之，历史文化资源评价系统依托3S和计算机技术，提供了数字化、自动化、规范化的评价手段，可以定制各类资源的各类评价指标和方法，可以从普查资源库中自动依次挑选出需要评价的资源，根据资源类别自动匹配评选标准，自动调用登录表、照片等多媒体数据，实现快速赋值、自动统计、输出报表等功能。从而彻底改变了以往主要依靠纸质资料的人工评判，实现了依靠GIS系统，便捷地实施查看资源点的属性、空间地理信息、照片、文献等多媒体材料，把基础数据的调用、管理资料和计算、打印等基础工作交给GIS系统，而将人员充当评判专家，两者优势互补建立了科学合理的综合评判体系。

图7　历史文化资源评价界面

（4）成果输出

由于建立了历史文化资源GIS数据库，资源各类属性、空间平面图、照片、评价依据和结果已经建立了应有的关联，利用程序自动输出两千余个资源点的登录表变得简单便捷，避免了传统大量的手工填报输出。

图8　自动生成的各资源点电子登录表

5　数字历史文化资源的应用研究

历史文化资源普查和利用研究具有重大的社会经济效益，可以辅助城市规划编制和城市研究，制定历史文化资源的保护策略和行动计划；可以辅助规划管理、文物保护和城市建设，实现历史文化资源的保护和利用；可以服务政府机构、高校、科研和社会民众，增加大众对南京的认知度、荣誉感和责任感。

5．1　辅助城市规划编制和研究

基于历史文化资源“一张图”理念的南京市历史文化资源GIS数据库，为南京市历史文化名城保护规划、南京城市空间文化脉络研究等规划编制项目和研究课题提供数据基础。

制作南京市历史文化资源空间分布图。经过分析，老城7%的面积容纳了全城近半数的南京文化资源点，可见老城历史文化资源保护和城市建设发展的压力并重。

图9　南京市主城和市域历史文化资源普查分布图

实现分区域、分类别、分级别、分时代等各类数据统计和分析功能。从文化资源的类别上可看出，近现代重要史迹及代表性建筑数量最多的是鼓楼，其次为玄武和白下；古建筑最多的是秦淮，其次为白下、江宁；古遗址最多的是浦口，其次为江宁、高淳；古墓葬最多的是溧水县，其次是高淳；石窟寺及石刻主要在江宁和栖霞。这些为各区县制定因地制宜的文化资源保护策略提供了依据。

图10　全市历史文化资源按区县分布分类汇总示意图

5．2　辅助城市规划审批管理

将历史文化普查资源信息库无缝集成到规划管理信息系统中，可以为规划管理人员提供便捷、实用的历史文化资源的查询、统计、分析和辅助决策等功能。并且根据查询的空间范围，将查询的结果依次显示法定性从强到弱的资源信息，便于管理人员快速地掌握历史资源重要价值的相关信息。

图11　南京市规划管理审批系统的历史文化资源示意图

5．3　服务政府机构、高校、科研和社会民众

基于政务专网和Internet开发南京市历史文化资源地理信息系统，在技术上实现面向政府机构、高校、科研和社会民众的信息资源发布，主要包括南京市历史文化资源成果的信息浏览与资源检索、统计查询与专题制图、空间分析及辅助决策等功能，尤其是实现了基于网络的信息资源提交、审核、评价、更新与发布等功能，实现对历史文化资源点的发现、变更以及消失的情况的动态监测，达到历史文化资源“一张图”的动态更新。系统可吸纳社会各界对历史文化资源的保护和可持续发展提出的新思路新方法，从而变某个机构某个团队的历史文化资源的普查、保护和利用的单一职能保护方式为全社会全公民自发的义务和责任。

目前，普查成果中资源区位和平面图等内容已纳入到国家第五次文物普查成果之中，实现了双方数据的共享共建，为后续历史文化资源的保护和利用奠定了基础。

图12　南京市历史文化资源地理信息系统示意图

6　结论和展望

6．1　结论

历时四年的普查、利用和动态维护证明，全过程南京市历史文化资源数字化普查技术是科学、合理、可行的，大大提高了南京市历史文化资源普查的工作效率和工作质量。同时，全过程历史文化资源数字化技术整合了南京市现存的历史文化资源数据，建成了系统全面、动态更新的资源数据库和地理信息系统，为规划管理、城市建设、科学研究、公众服务提供了实用、便捷的基础依据，为未来更好地保护和利用历史文化资源提供了有力保障。另外，GIS与规划、历史、地理等多学科的交叉融合，拓宽了GIS的应用领域，也促进了各应用学科的行业发展。

6．2　展望

发掘、保护和利用好历史文化资源是一项长期工作，为了可持续地开展历史文化资源保护利用工作，以后需要继续借助3S、共享发布等高新技术，继续完善、深化历史文化资源保护利用数字框架体系，尤其需要做好以下几项工作：

（1）继续完善和推行历史文化资源应用服务平台。吸纳社会各界对历史文化资源的保护和可持续发展提出的新思路新方法，将有利于修正、完善、监督与更新历史文化资源。

（2）继续开展历史文化资源普查数据库的数据挖掘工作。历史文化既是区域和城市发展的基础，又是竞争力的体现。利用GIS技术对历史文化资源数据库进行深度挖掘，发现历史文化资源发展演变的规律，进一步完善城市规划、历史地理、人文科学研究的新手段、新思路。

（3）建立数字历史文化名城。数字历史文化资源普查是数字历史文化名城的重要组成部分。南京市是国务院首批公布的24个历史文化名城之一，以全过程的数字历史文化资源普查和应用为示范和依托，推广构建数字历史文化名城，为历史文化名城规划与保护提供手段和依据。

（4）为国内其他城市的历史文化资源普查工作提供借鉴，在应用过程中再度深化提升，互相促进。

参考文献

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Study on The Digital Whole－process Technology of Historical and Cultural Resources Survey and Utilization Based on 3S

Zhou Lan Ye Bin Wang Furong Mao Yanling Zhao Wei

Abstract：NanJing is an ancient capital in ten dynasties and one of the first batch of twenty－four famous historic and cultural cities published by State Council．Taking NanJing as example，this paper adopts the new technologies of 3S and geod at abase，establishes the digital whole－process Nanjing historical and cultural resources survey and utilization method system centering on“the digital initial research period、the digital census process implement、the digital census resources integration、the digital census resources evaluation、the digital census achievement application”and discusses the design and implement of the key digital technology．By three years of application research，it establishes and maintains NanJing historical and cultural resources“one of paper”dynamically．It is proved by practice that Study on digital whole－process technology of historical and cultural resources survey and utilization is scientific，advanced，feasible．

Key words：3S；historical and cultural resources；census；whole－process；digital

（本文原载于《规划师》2010年第4期，获2010年江苏省建设行业信息化应用优秀论文）