基于GIS的城市历史空间格局数字复原研究_以南京市为例

63２０１１年第４期　第２７

卷□　周　岚，叶　斌，王芙蓉，孙玉婷，毛燕翎，赵　伟

１引言

南京是中国著名的古都。为了更好地找寻

南京城市历史空间变迁的规律，延续传统文化

和把握城市发展脉搏，自２００４年起，南京市

规划局、南京市城市规划编制研究中心及南京

大学文化与自然遗产研究所合作开展了南京

市历史空间格局的数字复原研究工作。本次复

原研究的空间轴涉及南京老城约５０　ｋｍ２的范

围，时间轴跨越了东吴西晋、东晋南朝、隋

唐、南唐、宋朝、元朝、明朝、清朝及民国时

期，对象轴包括了政务、居住和经济等七大

类城市内部空间，填补了大范围、长跨度、多

类别研究南京历史空间格局的空白。另外，本

次复原研究综合运用地理学、历史学、考古

学及数理统计等多学科理论和研究，形成了

一整套数字化复原方法技术路线和方法体系，基于ＧＩＳ的城市历史空间格局数字复原研究

—以南京市为例

［摘　要］以南京城市历史空间格局数字复原为研究对象，以ＧＩＳ为技术手段，提出“由近及远、从整体到局部、先准确后模糊”的复原总体思路，建立由“历史空间与现状资源图件坐标相统一、断代分析与延续性分析相交错、精确定位与模糊定向相结合、传统研究与新技术应用相辅助、历史空间复原与现状普查相校验”构成的复原方法体系。研究表明，基于ＧＩＳ的历史空间格局数字复原技术是科学、合理和可行的，为未来更好地保护和利用南京城市空间和文化特色、研究南京历史文化内涵提供了坚实的数据基础与有力的技术保障。［关键词］历史空间格局；数字复原；ＧＩＳ；南京［文章编号］１００６－００２２（２０１１）０４－００６３－０６　［中图分类号］ＴＵ９８４．１１＋９　［文献标识码］Ｂ

GIS Based Digital Reinvention of Historical City Space Layout: Nanjing Example/Zhou Lan,

Ye Bin, Wang Furong, Sun Yuting, Mao Yanling, Zhao Wei[Abstract] The paper studies Nanjing’s historical city space layout with GIS technology. A “recent to remote,integral to segment, precise to vague” reinvention concept is adopted to establish “the coordinate of historyand status quo, dynastical and continuity, precise and vague orientation, tradition and new technology,reinvention to survey test” methodology. Research shows the approach is scientific, reasonable, and feasible.It provides technical support for future historical preservation of Nanjing city.[Key words] Historical spatial layout, Digital reinvention, GIS, Nanjing

创新了城市历史空间格局的复原与逼真研究

方法。总之，基于ＧＩＳ的历史空间格局数字

复原研究拓宽和革新了传统的研究思路和手

段，为未来更好地保护和利用南京城市空间

和文化特色、研究南京历史文化内涵提供了

坚实的数据基础与有力的技术保障。

２　ＧＩＳ技术在城市历史空间格局

复原研究中的应用

传统历史学、考古学和地理学中有关空间

格局的研究，多限于文献研究和使用示意地图

的方式进行空间格局表达等方面，其研究的直

观性、精确性和系统性都存在欠缺，尤其在与

现代地形、地物的相关关系上存在模糊甚至错

误。随着信息技术的迅速发展，ＧＩＳ技术成为

人们组织、挖掘和应用信息的重要手段，不断［基金项目］住房和城乡建设部科学技术项目计划（２００８－Ｋ９－２１）、南京市建设行业科研项目（２００７０１）64丰富着各类科学领域的研究方法。越

来越多的研究学者尝试将ＧＩＳ技术引

入历史学，尝试重现历史空间并分析

其变化发展的规律与成因。金致凡以

ＧＩＳ／ＲＳ技术为支持，对福州城区水域

的历史变迁、水域分布与水质的变化

状况进行了研究［１］。陈刚尝试以六朝

时期的建康为时空研究范围，应用现

代地理信息技术、超媒体技术和空间

数据库技术，建立六朝建康历史地理

数据库，进行专题研究及专题制图［２］。

王一帆等人以北宋东京城为例，运用

地图学方法和ＧＩＳ技术探讨了古代城

市空间结构复原的基本思路［３］。夏鹏

等人以武汉旧城某区域为例，探讨了

图叠方法在获取旧城历史空间演变信

息中的作用［４］。吴俊范运用ＧＩＳ手段

与历史文献考证相结合的方法，力图

微观地复原１９００年～１９４９年上海

水乡景观蜕变的具体过程，并对其内

在驱动机制及社会回应做出综合分

析［５］。牟振宇以上海法租界为研究个

案，运用ＧＩＳ空间分析方法，复原了

城市边缘区土地利用转变的过程［６］。所有这些研究虽然均应用了ＧＩＳ

技术，但是都没有形成相对完整的数

字化复原方法体系，并且都只是针对

一个城市或地区的局部范围或重点

地区进行的数字复原，没有以纵向时

间为线索，依据科学准确的手段，进

行关联延续的、大跨度时间范围的历

史空间格局的研究。综上所述，由于

历史文化名城空间格局的数字复原

研究尚无系统的理论基础和完整的

方法体系，且国内相关的研究和应用

仍处于尝试阶段，因此针对南京历史

城市空间格局大范围、长跨度、多类

别的数字复原，迫切需要一种新方法。

３基于ＧＩＳ技术的南京市

历史空间格局复原

３．１总体思路与目标

利用ＧＩＳ、计算机等新技术建立

科学、可行的历史空间格局数字复原

方法体系，再现和分析南京市不同历

史时期的历史空间格局，构建具有统

一空间尺度、统一空间基准和统一空间分类的南京市历史空间格局“一套

图”，并最终建立南京市历史空间格

局演变数据库和南京市历史空间格

局演变地理信息系统，为城市规划和

管理中的历史文化保护和利用提供

分析依据，为“文化南京”的创建和

特色塑造提供研究依据，为南京的城

市地位和区域特色、发展方向的确定

提供决策依据。

３．２研究技术路线设计

首先，收集、整理各类历史文献

资料，并对其进行汇总归类、比较筛

选。其次，将筛选后的历史地图资料

（意向地图除外）统一配准至南京９２

地方坐标系，利用ＧＩＳ技术，并结合

文献资料确定历史空间要素在纠正

后的历史地图上的位置，从而复原不

同时期的南京历史空间格局。历史空

间格局的复原往往是一个循环往复、

逐步求精的过程，为了进一步逼真历

史空间格局，在复原的过程中辅助开

发了各种计算机工具，对复原成果进

行逐级校核与纠偏。最后，研究在复

原成果的基础上深度挖掘历史空间

格局演变数据库，并进行图形化、多

层次、全方位展示（图１）。

３．３系统总体框架设计

研究借助．ｎｅｔ平台与ＡｒｃＧＩＳ　ｆｏｒ

Ｏｒａｃｌｅ数据管理工具，基于ＡｒｃＧＩＳ

组件开发模式，构建了南京市历史空

间格局演变地理信息系统，具体分为

历史空间格局演变建库系统与历史空

间格局演变应用服务系统。建库系统

为复原工作提供数据编辑、数据校验

等辅助工具；应用服务系统实现复原

成果基于浏览器的发布，提供浏览、

查询、统计和ＧＩＳ分析等功能（图２）。

４关键技术设计与实现

４．１历史空间格局相关资料的

收集与整理

历史地图与文献资料是历史空

间格局复原的依据，对其进行系统的65２０１１年第４期　第２７卷收集、整理和筛选，是复原工作顺利

开展的必要条件。

（１）资料收集。研究中通过走访

档案馆、图书馆、资料室等研究及收

藏机构，并通过网站、媒体等方式开

展民间征集活动，广泛收集了各类历

朝历代有关城市建设和空间布局的

资料，主要包括历史文献、意象地图、

近现代地图与地形图、遥感影像、地

质调查报告、地名资料以及近现代学

者研究成果等。

（２）资料筛选。①图片资料分析

筛选。筛选的原则主要有：在时间上，

尽量选择各朝代末期的地图或者地形

图，以尽量包容本朝的相关内容；在

内容上，地形图和影像图优于普通地

图和意象图（准确度高），１∶１０　０００～

１∶２０　０００的地形图或地图优于其他

比例尺的地形图或地图（内容表达深

度和形式合适），彩色优于黑白，效

果好的优于效果差的（可识别性好），

分辨率高的优于分辨率低的（清晰度

高），官方制图机构优于非官方机构

（可信度高）；在数量上，选择同时期

多张图以供校验。②文字资料选择顺

序。文献的优先级依次是：考古资料

和现存的地面文物资料及相对稳定

的山体水体调查资料；地质钻探及分

析资料；同时代的历史文献；稍晚于

该历史时期的记录文献；历史年代虽

晚但考证详实的文献；其他辅助参考

资料等。

（３）地图配准。将筛选后的具有

一定精度的历史地图进行扫描、拼接，

采用现势影像图、地形图与历史地图

上的同名点，将历史地图统一纠正到

南京市９２地方坐标系下，并与现势

的基础图件相叠加，作为复原工作的

底图。

４．２历史空间格局“一套图”

数字化设计理念

项目从研究范围确定、历史时期

划分、功能空间分类、编码体系制定、

坐标基准统一等方面为历史空间格局

“一套图”的制作提供标准规范上的保障，使数字复原成果在今后历史空间

格局的保护中发挥更大的现实意义。

（１）研究范围。以南京历史空间

功能核心区为主要研究范围，即明城

墙内的南京老城区范围。

（２）历史时期。城市发展是一个

动态的连续的历史过程，为能够相对

全面地表达城市历史空间的变迁，根

据南京建城史的实际状况，将历史南

京划分为东吴西晋、东晋南朝、隋唐、

南唐、宋朝、元朝、明朝、清朝、民

国等９个典型的历史时期。

（３）功能空间。虽然古代城市功

能和近现代城市功能有很大的差异，

但为了能建立相对统一、可分析比对

的空间对应关系，结合南京的实际情

况，将南京城市历史空间统一划分为

政务空间、居住空间、经济空间、文

化空间、军事空间、交通空间、其他

文物遗迹点７种类型，在此基础上进

一步细分为４７级，同时制定了详细

的图例。

（４）数据的编码体系。为了准确

有序地标识每个历史空间要素，保证

每一空间要素都具有唯一码，理清各朝代空间要素的延续性，研究中针对

历史空间要素进行了编码设计。具体

的编码包括：①１位几何类型码，即

空间要素的几何类型，其中，０表示

点，１表示线，２表示面；②４位功

能空间类别编码，即对空间要素所属

的功能空间类别进行编码；③２位朝

代码，考虑今后进一步完善南京历史

空间格局复原工作，朝代码中为旧石

器、新石器、商周、春秋战国以及秦

汉时期预留了１～５的编码（图３）。

（５）数据的精度分类。数据精度

研究的难度远远超出了当初的预期。

首先是由于历史时间跨度大，资料的

分布不均、详实不一。总体而言，古

代的、特别是六朝的“原版”资料较

少，多为后人的推演，而近现代的资

料相对较多；都城时期的历史文献较

多，而非都城历史时期的资料较少；

对于封建统治阶级使用的空间文献

叙述较多，而对于普通市民使用的空

间文献介绍极少。其次是资料的鉴别

难度较大，对于相同历史事件、相同

历史资源，不同版本的史书有时有不

同的解读，因而需要进行分析和鉴别。图２　南京市历史空间格局演变地理信息系统总体框架