（地图学与地理信息系统专业论文）京杭运河文化遗产保护数据库的设计与实现.pdf

摘要 目前，我国正处于经济飞速发展时期，日益加快的城市化建设 对文化遗产，特别是对大型文化遗产造成了巨大威胁。探索如何保 护大型文化遗产成为关注的焦点。京杭运河是中国，也是世界的重 要大型文化遗产，目前正遭受前所未有的破坏。随着人类文化遗产 认识的提高，国内外关于加强运河文化遗产保护的愿望日益迫切。 2 0 0 6 年，京杭运河被列入国家文物保护单位，并且列入申报世界文 化遗产名单，摸清运河现状迫在眉睫。 近年来，空间技术迅速发展，并开始应用于各行各业。国外大 量实践证明空间技术能有效的支持文化遗产保护工作。要保护必先 了解现状，文化遗产空间数据库的建设就是摸清运河现状的有效手 段，也是运河保护其他工作的基础。我国对于大型文化遗产空间数 据库的建设仍处于探索阶段，目前还没有形成一套成熟的技术路线 和方法。 本文在总结前人工作的基础上，结合国家科技支撑计划项目 “空间信息技术在大遗址保护中的应用研究( 以京杭大运河为例) ( 2 0 0 6 b a k 3 0 8 0 1 ) ”的研究内容，对京杭运河文化遗产数据库的 设计和实现进行了研究。论文研究了京杭运河文化遗产保护工作的 内容和流程，分析了京杭运河文化遗产保护数据的来源和需求；在 与中国文物研究所及其他单位沟通与合作的基础上，结合其它水利 设施以及文化遗产分类编码规则，设计并编制出京杭运河文化遗产 的分类编码体系；深入研究了g e o d a t a b a s e 数据模型，结合京杭运河 文化遗产保护数据的特点，设计了京杭运河文化遗产保护的 g e o d a t a b a s e 数据模型；深入研究了a r c s d ef o ro r a c l e 的海量数据存 储方案，完成了京杭运河文化遗产数据库的建库工作。 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。 关键词：文化遗产，空间数据库，g e o d a t a b a s e 数据模型， a r c s d e ，o r a c l e i i a b s t r a c t a tp r e s e n t ，w i t ht h er a p i de c o n o m i cd e v e l o p m e n t ，u r b a n i z a t i o ni s a g g r a v a t i n gas e r i o u so ft h r e a t st oc u l t u r a lh e r i t a g e ，e s p e c i a l l yt h el a r g e - s c a l ec u l t u r a lh e r i t a g e i t sb e c o m eaf o c u so fp u b l i ca t t e n t i o nt oe x p l o r e w a y so fu s i n gs p a t i a li n f o r m a t i o nt e c h n o l o g yi nc o n s e r v i n gt h el a r g e s c a l ec u l t u r a lh e r i t a g e b e i j i n g h a n g z h o ug r a n dc a n a l ，o n eo ft h em a j o r c u l t u r a lh e r i t a g e si nc h i n aa n de v e nt h ew h o l ew o r l d ，i sn o w s u b j e c tt o u n p r e c e d e n t e dd e s t r u c t i o n w i t hag r o w i n ga w a r e n e s so ft h ec u l t u r a l h e r i t a g eo fh u m a n i t y , t h eu r g e n c yo fp r o t e c t i n gt h ec a n a lh a sb e e n c o n s i d e r a b l ye m p h a s e d i n2 0 0 6 ，b e i ji n g h a n g z h o ug r a n dc a n a lh a d b e e ni n c l u d e di nt h el i s to ft h en a t i o n a lh e r i t a g ec o n s e r v a t i o nu n i t sa s w e l la si nt h el i s to fc a n d i d a t e so fw o r l dc u l t u r a lh e r i t a g e s or e c g n i z i n g s p e c i f i ci n f o r m a t i o no ft h ec a n a lt o d a ys h o u l d b ei nt h ef r o n t r e c e n t l y , a ss p a t i a lt e c h n o l o g yd e v e l o p s ，i th a sb e e na p p l i e di na l a r g ev a r i e t yo ff i e l d s an u m b e ro fp r a c t i c e so fs p a t i a lt e c h n o l o g y , e x e c u t e db yf o r e i g na n g e n c i e s ，h a dp r o v e di t se f f i c i e n c yi np r o t e c t i n g c u l t u r a lh e r i t a g e f o rp r o t e c t i n g ，w es h o u l ds u r v e yd e t a i l so ft h ec a n a l f i r s t l y b u i l d i n gc u l t u r a lh e r i t a g es p a t i a ld a t a b a s ei so n eo fe f f e c t i v e m e t h o d si nd e t e c t i n gi n f o r m a t i o no ft h ec a n a l ，a n da l s oi st h eb a s i so f o t h e rp r o c e s s e s t h ec o n s t r u c t i o no fc u l t u r a lh e r i t a g es p a t i a ld a t a b a s ei n c h i n a ，h o w e v e r , i ss t i l ls t a y i n gi no r i g i n a ls t e pf o rt h el a c ko fas e r i e so f m a t u r et e c h n o l o g i e s t h i sp a p e r , b a s e do np r e v i o u sp r a c t i c e s ，s t u d i e si nd e s i g n i n ga n d b u i l d i n go fc u l t u r a lh e r i t a g es p a t i a ld a t a b a s eo fb e i j i n g - h a n g z h o u g r a n dc a n a lc o m b i n e dw i t ht h er e s e a r c ho ft h en a t i o n a lk e yt e c h n o l o g y r & dp r o g r a m ( n o ：2 0 0 6 b a k 3 0 8 0 1 ) “t h ea p p l i e dr e s e a r c ho fs p a t i a l i n f o r m a t i o n t e c h n o l o g y a t l a r g e s c a l e c u l t u r a l h e r i t a g e ( b e i j i n g i i i h a n g z h o ug r a n dc a n a la sa ne x a m p l e ) t h i sp a p e rs t u d i e sd e t a i l sa n d p r o c e s s e s o f p r o t e c t i n gb e i ji n g - h a n g z h o u g r a n d c a n a l ，a n d a l s o a n a l y s e dt h ed a t ab o t ho nr e s o r c e sa n ds t a n d a r d s ；b yc o o p e r a t i n ga n d c o m m u n i c a t i n gw i t hc n i c pa n do t h e ru n i t s ，i t ，c o n s i d e r i n g c u l t u r a l h e r i t a g e c l a s s i f i c a t i o na n d c o d i n gr u l e s ，d e s i g n s a n dd r a w s u p c l a s s i f i c a t i o na n dc o d i n g s y s t e mo fb e i j i n g h a n g z h o ug r a n dc a n a l h e r i t a g e ；i ta l s o d o s er e s e a r s h e so ng e o d a t a b a s em o d e li nd e e pa n d c o m b i n e dw i t ht h ec h a r a c t e r i s t i c so fp r o t e c t i n gd a t ai n v o l v i n gb e i ji n g h a n g z h o u g r a n dc a n a ld e s i g n e dt h ec u l t u r a l h e r i t a g eo fb e oi n g h a n g z h o u g r a n dc a n a lo ft h eg e o d a t a b a s ed a t am o d e l ；i n d e p t h r e s e a r c h e so nt h ea r c s d ef o ro r a c l e sm a s sd a t as t o r a g ep r o g r a ma n dt h e c o m p l e t i o no ft h ec u l t u r a lh e r i t a g eo f t h eb e i ji n g h a n g z h o ug r a n dc a n a l d a t a b a s el i b r a r yw o r kh a v eb e e nc o v e r e d i ti st h ef i r s tl a r g e s c a l el i n e a rw a t e rl i v i n gc u l t u r a lh e r i t a g ed a t a b a s e t h a tb e i ji n g h a n g z h o ug r a n dc a n a ld a t a b a s eo fc u l t u r eh e r i t a g ei s a n d i tc o u l db ear e f e r e n c ef o rb u i l d i n go t h e rl a r g e - s c a l ec u l t u r a lh e r i t a g e d a t a b a s e ，e s p e c i a l l yf o rt h ew a t e rr e s o u r c e sd a t a b a s e k e y w o r d s ：c u l t u r a lh e r i t a g e ，s p a t i a ld a t a b a s e ，g e d a t a b a s em o d e l ， a r c s d e 。0 r a c l e i v 原创性声明 本人声明，所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。尽我所知，除了论文中特别加以标注和致谢的 地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包 含为获得中南大学或其他单位的学位或证书而使用过的材料。与我共 同工作的同志对本研究所作的贡献均已在论文中作了明确的说明。 储躲眸吼珥年出甚日 学位论文版权使用授权书 本人了解中南大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有 权保留学位论文并根据国家或湖南省有关部门规定送交学位论文，允 许学位论文被查阅和借阅；学校可以公布学位论文的全部或部分内 容，可以采用复印、缩印或其它手段保存学位论文。同时授权中国科 学技术信息研究所将本学位论文收录到中国学位论文全文数据库， 并通过网络向社会公众提供信息服务。 作者繇晔聊签名净期： 年月堕日 中南人学硕+ 学位论文 第一章绪论 1 1 引言 第一章绪论弟一早三百t 匕 经济高速发展时期往往是文化遗产遭破坏的高危险期，我国大遗址币面临 着巨大的威胁【l 】。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g i s ，r s 和g p s 为代表的空间信息技术 在空| 、日j 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。 京杭运河是中国古代重要的南北交通线，对国家统一、物资文化交流、经 济繁荣、沿线城市兴盛起到了不可替代的作用；京杭运河也是世界上最长的人 工运河和历史最悠久的运河，是一项特殊的历史文化遗产；它不仅是中国，而 且也是世界文明、文化史的重要组成部分；据李约瑟判断，“在欧洲，直到1 7 世纪才出现法国的4 条运河，古老的中国大运河无与伦比”。我国已经将 京杭运河列为文化遗产，并且准备将其申报世界文化遗产。目前，国家文物局 已经丌始开展大运河申报世界文化遗产的各项准备工作；另外中国南水北调工 程建设的东线干线以京杭大运河为主河道，这一世界最大水利工程的实施为京 杭大运河在新时代发挥历史作用、创造新的社会和人文景观、沿线城市经济繁 荣带来了新的发展机遇，同时它利用京杭大运河及与其平行的河道作为输水干 线，东线一期工程涉及大运河及其沿线地区大量的地上、地下文物。南水北调 工程在给人们未来生活带来无限美好前景的同时，也给大运河及其沿线的历史 文化环境带来相应的威胁，南水北调工程的开工将大运河及其沿线的历史文化 遗产保护等尖锐问题推到我们面前，也为京杭大运河的历史文化环境保护、沿 线生态环境保护提出了新课题。 1 2 国内外研究现状 自1 9 4 6 年2 月1 4 日美困宾夕法尼亚大学的工程师和科学家发明了第一台 电子计算机e n i a c ( t h ee l e c t o n i cn u m e r i c a li n t e g r a t o ra n dc o m p u t e r ) 并在费城 公布于世以来2 1 ，数据库技术便随着计算机技术飞速发展。按照数据模型的发 展来看，数据库发展先后经历了网状、层次、关系数据库系统，面向对象模型 中南人学硕十学位论文第一章绪论 为主要特征的数据库系统【3 】。 2 0 世纪6 0 年代出现了g i s 技术，于是引发了人们对空间信息技术的越来 越多关注，如何将空间信息存入到现有的数据库中，成为人们研究的热点。2 0 世纪9 0 年代，美国推出矢量格式世界航海图【4 1 ；建成了全球l 。xl 。的地表生 物物理数量数据库【5 】；全球建成了1 个经纬度间距土地覆盖类型刚6 】；实施了以 t m 影像为数据源的第一个全球土地覆盖数据库工程【7 j ，此套数据从2 0 0 0 年开 始部分提供利用，到2 0 0 3 年中期建成；列入联合国大会2 1 世纪议程的全球测 图计划( 覆盖全球的l k m 分辨率的数字地理数据集) ，在2 0 0 0 年全球测图论坛上 萨式推出v e r s i o n l1 0 ；2 0 0 0 年2 月，美国实施了s r t m ( 航天飞机雷达地形测绘 使命) 项目，该项目获取的雷达影像数据达9 1 8 t b ，覆盖了全球8 0 以上的陆地 表面，覆盖范围在北纬6 0 度至南纬5 6 度之问，为顺利完成全球地形测绘使命 提供了必要的条件。 经过十几年的努力，我国空间基础地理信息数据建设已初具规模，打破了 数据匮乏的瓶颈。迄今为止，国家测绘局已建成的数据库包括【8 1 ：全国1 ：1 0 0 万、l ：5 0 万、l ：2 5 万数字基础地理底图数据库、数字高程模型数据库、地名 数据库，部分数据的现势性总体达到2 0 0 0 年；全国1 ：5 万土地覆盖数据库； 全国1 ：5 万的数字栅格地图数据库、数字高程模型数据库、数字j 下射影像和土 地覆盖、地名数据库；省级和大、中城市的l ：1 万、1 ：5 0 0 0 或更大比例尺的 数据采集也己不同程度地开展开来。这些数据库基本构成了我国的空间地理数 据框架，实现了一个具有多尺度、多信息源、多时念的国家级空问数据库的构 想。 g i s 空间数据存储结构发展至今，从基于文件系统存储直演变到对象关 系型数据库，经历了五代演变：文件系统存储、混合数据存储、关系数据库存 储、面向对象数据库存储、对象关系型存储【9 】。总体上来说分为两大类：基于 文件的管理模式与数据库管理模式。 ( 1 ) 基于文件的管理方式 纯文件管理方式4 ：将空问数据与属性数据分开存储，空间数据以文件的 方式存在，空间数据与属性数据通过唯一标示连接。采用这种方式，有两个致 命的缺点：( 1 ) 文件与应用程序关系太过密切，数据结构发生变化时，系统需要 重新修改编译。通用性差，系统维护麻烦。( 2 ) 数据共享和并发控制困难，数据 安全性差。缺乏语义查询和基于内容查询的支持。到8 0 年代中期，关系数据库 发展成熟，人们开始将空f h j 数据作为外部文件存储，空i 、h j 数据的属性信息用关 系数据库管理，通过在数据库中存储影像数据的路径名来存取空间数据【m 】。这 种方式可以简化系统开发难度，效率和存储都得到了一定程度的折中。但它仍 2 中南人学硕十学位论文 第一章绪论 然是文件管理，空间数据的共享和并发控制困难。缺乏语义查询和基于内容查 询支持。 ( 2 ) 基于数据库的管理模式 关系数据库管理：随着技术发展，关系数据库针对非结构化的数据提供了 二进制存储字段。将空间数据分成小的数据块作为一条记录存放到数据库中。 这种方式数据集中控制，冗余度小，独立性强，并发控制容易实现，数据库易 恢复，数据安全性和完整性较好等。但为了将空间数据放入到关系数据库中， 需做大量复杂工作，速度慢；缺乏予以查询和给予内容查询的支持。它是目前 的一个发展方向。许多系统都在研制丌发阶段，最成熟的是微软公司的 t e r r a s e r v e r 。 面向对象数据库：9 0 年代中期，为了更好地为现实世界中的空间对象建 模，人们用面向对象的数据库来管理空间数据。其建模能力强，但缺少结构化 查询语言的支持，很难在数据库中查询空间数据。 对象一关系数据库：考虑到关系数据库与面向对象数据库各自的优缺点，人 们开始结合两者的优点，避免两者的缺点，采用对象关系数据库来存储空间数 据。将关系型数据库管理系统变成地理空问数据库管理系统，实现在一个数据 库内同时储存、查找和管理地理空问数据和属性数据。对象关系数据库既具有 关系数据库的特点，又能有效地管理复杂数据，将空间数据作为对象，并提供 一系列方法来进行管理。2 0 世纪末开始，对象一关系数据库管理系统逐渐成为 g i s 中组织和管理空间数据的首选数据库产品。 到目前为止，空问数据库正被广泛应用于各个不同的研究领域，在文化遗 产领域的应用，目前国内外都进行了一定的研列彩】。 在国外，2 0 世纪9 0 年代后期，文化遗产信息化工作在国外逐渐受到重 视，国外一些世界文化遗产保护项目开始采用g i s ，已相继建成了一些有关历 史文化遗产保护的数据库和管理信息系统。 美国在文化遗产数据库建设方面投入巨额资会【2 刚，国会图书馆、国家档案 馆、重要博物馆等发展为数字资源库，并通过互联网向全球传播。1 9 9 5 年启动 的“美国记忆”项目将美国国会图书馆等1 5 个图书馆、档案馆参与，实现了 5 0 0 万件文化文献的数字化，集中反映了美困建国2 0 0 年来的历史遗产和文 化。n s f a 8 p a n a s a 数字图书馆，由美国国家科学基金会联合倡议，高校、 信息公司、图书馆等协同进行，历时4 年，己于1 9 9 8 年完成，共花费1 2 亿美 元。此项目共有6 个发分项目，涵盖大规模的文献库、空i 、u j 影像库、地理图像 库、声像资源库。联合国教科文组织曾在一些实验性项目检验以计算机为基础 的g i s 方法在文化遗产管理工作中的可行性【2 7 1 ，如柬埔寨的吴哥窟【2 引、越南的 3 中南人学硕+ 学位论文 第一章绪论 顺化、老挝的万荣、泰国的素可泰以及欧洲、澳大利亚和北美等地的文化及自 然遗址保护中，分别就文化资源信息管理、保护规划制定、环境评估、辅助考 古研究、公共设施管理等几个方面中进行了一定的实践，以验证g i s 在文化资 源管理过程中的实际用途。通过这些文化遗产g i s 保护项目的应用，联合国教 科文组织认为，g i s 是一项对全世界所有遗产管理都很有帮助的有力工具。荷 兰国家考古资源调查部门建立了一系列考古政策规划图，获取了大量文化资源 的定位数据和环境数据，以及基础数据。英国曼克斯( m a n x ) 国家遗产组织完 成了曼岛( i s l eo fm a n ) 国家遗产信息系统；该系统将书籍、地图、规划和文 物照片等所有相关的数据存储到同一数据库中，将分散遗址的数据用点、多边 形进行记录，通过系统可以实现文化资调查清单的编制、遗址的定位、预测分 析和模拟分析等。法国国家遗产档案馆的信息化始于1 9 7 8 年，由法国文化部的 遗产部门负责。该系统称为d r a c a r ，于1 9 9 0 年完成。该系统提供了能够使 遗产管理人员快速获取文化资源分布和价值的一个有力工具。 在国内，文化遗产信息化萌芽于2 0 世纪8 0 年代【2 圳，全面展开是从“十 五 计划开始。1 9 9 9 年故宫博物院开始探索建立以图片数据为主的藏品数据 库，到2 0 0 4 年基本完成了9 0 万件文物基本信息的数字化和1 4 力件文化图片信 息的数字化工作。2 0 0 1 年，我国开展了文物调查及数据库管理系统建设项目试 点工作，在山西、辽宁、河南、甘肃4 省开展了以馆藏珍贵文物数字化为主要 内容的“文物调查及数据库管理系统建设”项目试点工作。到2 0 0 5 年底试点基 本完成，仅山西省就采集各类文物藏品数据1 2 0 万条，图片1 4 万张建立了山西 馆藏珍贵文化基础数据库【3 。2 0 0 4 年底，陕西省岐山县发掘周公庙遗址时，考 古人员首次将3 s ( g i s ，g p s ，r s ) 技术综合应用于大型遗址考古的全过程， 建立了“周公庙遗址田野考古调查数据库”【3 。2 0 0 4 年底，宁波市建成了历史 文化遗产信息库【3 2 1 。2 0 0 5 年中央再投入2 0 0 0 万，用于继续推荐财政部、国家 文物局共同组织开展的“文物调查及数据库管理系统建设”项目。与地图学相 结合而进行科学创新，编辑出版了文物地图集，系统整理调查研究成果； 近年来还开展了地理信息系统应用于历史街区保护研究，开发了基于地理信息 系统技术的历史街区保护管理信息系统【3 3 。35 1 。一些学者也在文化遗产数据库方 面进行了研究：郭健【3 6 j 等研究了利用o r a c l es p a t i a l 来建立文物管理信息系统中 的数据库；西安交通大学的李明明【37 】等利用a r c s d e 数据库引擎来建立秦始阜 陵兵马俑文物保护数据库；沈莹【3 8 】研究了互联网有效利用非物质文化遗产数据 库资源的相关问题；杨华民研究了利用f o x p r o 数据库来存储和管理中国地下 文物基本情况【3 9 j 等。 通过以上分析可以看出，国外在文化遗产保护空问数据库建设方面已经相 4 中南人学硕+ 学位论文第一章绪论 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。像京杭运河这种大型的不可移动历史文化遗产的数据与一般的可 移动文化遗产数据存在众多不同之处： ( 1 ) 前者包含空间特征：即包括空间位置( 坐标) 和空间分布，这就要求基 于g i s 的空间数据库在除了必须建立一般数据库的关键字索引和辅助关键字索 引之外，还需建立空间索引机制。并且京杭运河文化遗产空间数据之间存在着 特定的空间关系特征，故空间数据库要描述个实体之间的空问关系及实体组成 元素之间的拓扑关系。因此，空间数据库在维护数据的一致性与完整性方面更 加困难。 ( 2 ) 京杭运河文化遗产空间数据具有多尺度，多数据类型，多时期的特点， 这就要求京杭运河文化遗产数据库的数据模型必须具备有效的多尺度、多数据 类型、多时期的空间数据组织与管理功能，这是一般的文化遗产数据库所不具 备的。 ( 3 ) 京杭运河文化遗产是“活”的遗产，它随着历史变迁而不断变化。故它 的数据随着时间变迁将不断增加。因此，京杭运河文化遗产数据库必须具备良 好的可扩展功能。 ( 4 ) 京杭运河文化遗产数据具有海量性。京杭运河时空跨度大，空问数据中 又包含大量的遥感影像，其数据量大。因此，京杭运河文化遗产数据库必须具 备解决海量数据的存储和管理问题。 ( 5 ) 京杭运河文化遗产的分类编码体系与一般的可移动文物存在巨大差别。 京杭运河文化遗产到目前为止还没有标准的分类编码体系。 1 3 研究的意义及目的 京杭运河文化遗产保护数据库设计及实现有着特殊的现实意义。京杭运河 的时空跨度大，具有2 4 0 0 多年的悠久历史，全长1 7 8 2 公里，跨越今北京、天 津、河北、山东、江苏、浙江4 省2 市。因此，京杭运河这一大遗址的保护涉 及到大运河的保护与发展的矛盾问题、京杭大运河的世界文化遗产申报问题、 古京杭运河与南水北调东线工程的协调问题等，这些问题都必须在京杭大运河 特有的时空基础上才有可能解决，在我国1 0 0 多处重要大遗址的保护中具有典 型的示范意义和价值。 ( 1 ) 文化遗产信息化任务紧迫，特别是大型的文化遗产的信息化，除长城外 5 中南人学硕十学位论文第一章绪论 还无二例。国内迫切需要研究大型文化遗产信息化的相关内容。 ( 2 ) 文化遗产数据库，特别是大型的不可移动历史文化遗产数据库的研究还 处于初级阶段，大型不可移动历史文化遗产覆盖范围大、跨越时间长、数据类 型众多，如何来组织和存储如此复杂的数据，是现存必须解决的问题。 ( 3 ) 京杭运河申遗迫在眉睫，摸清运河家底势在必行，基础数据库的建立是 首要任务。基础数据库的建立能为运河管理的相关部门，运河专家研究者，普 通民众提供相关的基础数据。 ( 4 ) 国内外对运河的研究众多，但其研究零乱，缺少在总体上对运河文化遗 产的分类体系，运河文化遗产的分类编码是目前亟待解决的问题。 ( 5 ) 京杭运河文化遗产保护数据库的建设是文化遗产保护专题应用的基础， 没有数据，一切都是空谈。 总之，利用“数字地球理念，基于现代空间信息技术开展历史文化遗产 保护领域的应用研究已经成为当前历史文化遗产保护工作的重点。“空间信息 技术在大遗址保护中的应用研究”对于政府主管部门和广大公众具有十分现实 与紧迫的意义。可以预见，随着信息化的不断深入发展，国家对历史文化遗产 保护力度不断加大，空间信息技术的需求也将不断增加，其应用深度和广度上 都将有广阔的发展空间。 本文通过对大遗址的相关特点进行深入研究，以京杭运河为例，从数据结 构、分类编码、数据模型、数据组织、数据处理与入库等方面阐述了大遗址空 间数据库建设的整个过程，给出了大遗址空间数据库建设的思路，为日后大遗 址空间数据库建设提供了参考。 1 4 本文研究的主要内容和目标 ( 1 ) 研究目标 本文的主要研究目标有：在深入了解和分析京杭运河文化遗产特点的基础 上，通过与中国文物研究所及其他单位的沟通与配合，设计并编制出一套京杭 运河文化遗产保护数据的分类编码体系；通过分析g e o d a t a b a s e 的数据模型，结 合京杭运河文化遗产数据的特点，设计京杭运河文化遗产空间数据与非空间数 据的一体化存储的数据模型；通过研究o r a c l e 和a r c s d e 的内部机制，设计并 实现京杭运河文化遗产数据库。 ( 2 ) 研究主要内容 本文研究的内容主要包括：结合文化遗产保护工作的内容和特点，分析京 杭运河文化遗产的数据来源和数据需求；针对京杭运河文化遗产的特点，研究 京杭运河文化遗产保护数据分类和编码体系；分析g e o d a t a b a s e 数据模型，研究 6 中南人学硕j ：学位论文第一章绪论 文化遗产数据组织和存储模型，设计并实现京杭运河文化遗产保护数据模型的 建模工作；研究基于a r c s d ef o ro r a c l e 的海量数据存储方案，设计并实现京 杭运河文化遗产保护空间数据库。 1 5 研究的方法及技术路线 ( 1 ) 研究方法 以问题为导向的方法：通过分析京杭运河文化遗产保护数据库的需求， 针对大型空间数据库所存在的问题，通过横向和纵向的比较，选择适合京杭运 河文化遗产保护数据库的存储平台和数据库存储模式等。 理论与实践相结合的方法：首先对基于对象关系数据库、a r c s d e 、 g e o d a t a b a s e 和o r a c l e 等技术及其相关理论进行研究，然后结合京杭运河文化遗 产数据的具体情况，设计和建设适合京杭运河文化遗产保护的数据库。 ( 2 ) 技术路线 i 数据库理论研究。j 一- 1 数 据 库 具 体 实 现 图1 1论文研究的技术路线 京杭运河文化遗产保护数据库设计与实现的技术路线主要分为数据库理论研 究和数据库具体实现两大块。在进行数据库理论研究的同时，对京杭运河文化遗 产保护数据进行分析，根据京杭运河文化遗产保护数据库本身的特点，设计概念 模型、逻辑模型；再结合g e o d a t a b a s e 数据模型，设计京杭运河文化遗产保护数据 库的g e o d a t a b a s e 数据模型，并将g e o d a t a b s e 数据模型导入到a r c s d e 的库中，形 成京杭运河文化遗产保护数据库的逻辑框架；对京杭运河文化遗产进行分类编码 设计，针对各种数据采用相应的数据处理方法，进行数据处理；最后，将处理好 的数据导入到京杭行运河文化遗产的空库中，建立京杭运河文化遗产保护数据 库。 7 中南人学硕十学位论文第二章京杭运河文化遗产保护数据内容及特点 第二章京杭运河文化遗产保护数据内容及特点 2 1 京杭运河文化遗产保护数据库建设背景 运河是人类历史上利用自然、改造自然最典型的创造之一，也是人类历史 上最重要的一类工程。我国是世界上开凿运河最早、拥有运河里程最长的国家 之一。京杭运河又称大运河，它曾在沟通不同区域往来、维系国家统一，促进 政治、经济发展等方面都发挥过举足轻重的作用，为中华古代文明的发展做出 了积极的贡献。然而，随着现代交通运输方式的发达，大运河的航运作用已失 去了其在历史时期的独占地位。而随着运河的荒废或改变，众多运河文化的实 物遗存也因种种原因而受到冷落或遗忘m 】，运河的破坏也同益严重。 随着人们对历史文化遗产保护认识的提升和扩展，国内外关于加强运河文 化遗产保护的呼声也在不断高涨【4 。2 0 0 6 年，我国将京杭运河公布为全国重点 文物保护单位。2 0 0 6 年5 月，由全国政协组织的京杭大运河保护与申遗研讨会在 杭州圆满落幕，会议通过了京杭运河保护与申遗的杭州宣言，唤起公众对 大运河重要地位和多重价值的社会认知度，保护运河成为大家的共识。2 0 0 6 年 1 2 月2 5 同，大运河已被列入了我国申报世界文化遗产名单。 在快速城市化的今天，开发活动对运河的改变将是根本性的，因此如何处 理好运河的开发建设与运河作为遗产的真实性与完整性的保护工作是运河遗产 研究和构建的重点。尤其是目前开工的南水北调工程涉及到大运河的保护、管 理和利用，亟需通过文物调查与保护研究，解决一些难点和重点项目，做到 “保护为主，合理利用”。 、 对于京杭运河保护而言，当前最为紧迫的是要确定运河遗产构成，划定运 河的保护范围，摸清运河的现状。空间信息技术为此提供了必要的手段，通过 空间技术可以从宏观和微观上更精确的了解运河，结合运河的野外调查，确定 运河文化遗产的内容和详细情况。在这种形式下，国家科技支撑计划课题“空 间信息技术在大遗址保护中的应用研究( 以京杭大运河为例) ”于2 0 0 6 年1 2 月 启动，由清华大学、中国文化遗产研究院( 原中国文物研究所) 、中国科学院 遥感应用研究所、中国水利水电科学研究院四家单位共同承担，并由北京市文 物研究所、天津市文化遗产保护中心、河北省文物保护中心、山东省文物考古 研究所、南京博物院、浙江省文物考古研究所、江苏省文物考古研究所、东南 大学等单位共同参圳4 2 1 。本课题旨在探讨现代空问信息技术在文化遗产保护中 应用的方法和技术，主要目标是将地理信息系统( g i s ) 、遥感( r s ) 、全球 8 中南人学硕+ 学位论文第二章京杭运河文化遗产保护数据i 4 容及特点 定位系统( g p s ) 、虚拟现实系统( v r ) 等空间信息技术全面应用于我国历史 文化遗产保护领域的公益技术攻关，目的在于基于3 s 和虚拟现实( v r ) 技术全 面提高我国历史文化遗产保护中的调查、规划、管理、监测、研究和宣传展示 水平，课题以京杭大运河为例进行空间信息技术在大遗址保护中应用的示范研 究，希望通过示范研究为京杭大运河保护规划提供条件和科学先进的技术工 具，并建立京杭大运河时空演变框架，期望为我国大运河申请世界文化遗产有 所帮助。 而数据是这一切工作的基础，所有工作都依赖于京杭运河文化遗产空间数 据库的建设，没有数据一切都是空谈。必须首先理清京杭运河文化遗产的数据 情况，对京杭运河文化遗产进行分类和梳理，摸清家底，才能进行有效的保 护、开发和利用，才能为运河“申遗”服务。因此，京杭运河文化遗产保护数 据库的设计与实现被首先提上同程。 2 2 京杭运河文化遗产保护数据内容 2 2 1 京杭运河文化遗产保护工作及所需数据 保护，现代汉语词典的解释是，尽力照顾，使不受损害。历史文化遗 产保护，就是针对历史文化遗产进行的使其不受损害的活动。对于文化遗产保 护的定义，法律上有规定：保护，就是解决遗产传承所存在的问题，抵制来自 自然力和人为的威胁与破坏。包括解决发现、研究、评估遗产，展示、宣传、 使用遗产及交流、交易等活动所存在的影响遗产保存的问题。要坚决执行“保 护为主、抢救第一、合理利用、加强管理”的方针，以抢救保护来主导和规范 一切相关活动，大力倡导j x l 险评估和预防性保护。具体来说，京杭运河历史文 化遗产保护主要包括运河及相关文化遗产的研究、规划、考古挖掘、管理、保 护、展示以及宣传教育。 因此运河文化遗产保护数据库中的数据也是围绕这几方面。下面分别就运 河的研究、规划、考古挖掘、管理及保护、展示和宣传教育以及申遗几个方面 分别分析其所需要的数据。 ( 1 ) 运河研究 大运河的研究涉及运河的本体、沿线文化遗产、保护理论、保护技术、管 理体制等问题，也包括运河区域的经济、文化、社会问题，以及运河的科学技 术成就、运河的生态环境、运河的申遗等各方面的问题，由于运河有着悠久的 历史，而且是伴随着历史的发展而不断演变的，因此，运河的研究不仅仅是对 某个时期，而是对运河各个不同时期的研究。因此开展大运河研究所需要的数 据涉及到多个专业学科、多个领域，而且涉及到各个不同的历史时期。总的来 9 中南人学硕j ：学何论文第二章京杭运河文化遗产保护数据内容及特点 说大运河数据体系包括基础数据体系和专题数据体系。 基础数据 卫星影像：能够大面积快速更新现存地图并获取新的地图数据，可以应用 这些卫星影像数据来获取大运河所在区域的大比例尺地形图数据。 航空照片：通过航片能获取不同类别的专题地图，如古遗址现状分布图 等。通过跟遗址现状矢量图层的叠加， 便较快和准确的对数字图进行更新。 矢量地图：利用各比例尺的地图， 观研究。 可以容易的识别出遗址的变化情况，以 进行运河及周边环境的宏观、中观和微 社会经济数据：包括人口数据( 人口增长图、人口基数和人口增长预测、 人口普查相关信息) 。 城市数据：遗产所在地城市规划、土地规划、交通规划、农业规划、水利 规划数据等 专题数据体系 运河文化遗产的定位数据：主要为矢量的定位数据，包括点状的跟运河相 关的历史文化遗产，线状的和面状的运河本体数据。 运河文化遗产的专题属性数据包括： 实物信息：不可移动文物及考古发掘出土品的实物数据指标、实测图、照 片影像等。 历史信息：历史沿革、文献资料、历史照片、调查研究报告等。 地理信息：地形图、工程地质图、照片影象、调查报告等。 工程信息：设计、施工或考古发掘的图纸、文书、照片影像、报告等；招投 标、监理、验收等管理资料；经费预决算等资料；项目立项、设计方案等审批文 书。 使用信息：使用单位情况、开放经营状况、观众、收入数据等。 法规信息：调查记录、鉴定评估、保护级别、保护范围及建设控制地带等 文书、图纸；保护人员、保护机构等文书；业主、土地权属等文书；保护规 划、保护法规等文书；相关建设工程的审批等文书。 ( 2 ) 运河规划 大运河的规划涉及大运河本体的规划、沿线文化遗产的规划以及沿线城市 的规划等方面，所需数据与一般大遗址规划有相同之处，也有一定的特殊需 求。 基础地理数据 覆盖全国范围的l ：4 0 0 万、l ：1 0 0 万和1 ：2 5 万的数字线划图；覆盖运河全境的 1 0 中南人学硕十学位论文第二章京杭运河文化遗产保护数据内容及特点 1 ：5 万和l ：l 万数字线划图，运河重点区域的1 ：5 千或更大比例尺的数字线划图； 宏观尺度的t m 、e t m 遥感影像数据；中观尺度的s p o t 遥感影像数据；微观尺 度的i k n o s 、q u i k b i r d 遥感影像数据，二战和近期航片。 自然环境数据 反映运河周边环境现状，包括气象环境数据( 如气候环境、降水特征、风 向、风速频率特征等数据) 和地质环境数据( 如遗址地区地貌、地层岩性及其 工程地质特征、水文地质特征等数据) 。 历史沿革数据 包括考古资料数据、历史照片数据、档案记录数据等( 如早期一直自然状 况的信息资料、以及相关建筑物、环境内部特征、环境演变等数据) 。 大运河文化遗产专业数据 空问数据：是对历年考古工作成果的全面反映，是保护规划的对象和信息 收集工作的重点，包括遗址的位置、形状、面积、自然地面标高等； 属性数据：包括遗址名称、所在地、完整性、土地利用情况、现状、遗址 年代、发掘时间、文化层深度、出土文物的种类、编码、图件或图片及研究文 字等； 勘测数据：包括平面地形图数据( 1 ：5 0 0 l ：10 0 0 ) 、遗址现状图数据 ( 1 ：5 0 1 ：2 0 0 ) 以及现状照片数据等。遗址空间分布信息与遗址基本属性信 息、地形数据、规划数据等相迭加，可形成文化遗产综合信息资源图，是对遗 址基础信息的综合反映，可为遗址保护规划提供全方位的数据服务。 保护规划成果数据 现有文化遗产保护规划成果数据包括近期、中期和远期规划成果，包括文 字和图纸两部分内容。文字成果包括规划文本和规划说明书；图纸成果的主要 内容包括大遗址保护现状分区图及阶段分区图。描述性信息包括图名、坐标、 遗址名称、规划日期等信息。运河虽没有全线的保护规划成果数据，但沿线各 城市所在的运河地段都相应的进行过一些规划，特别是最近几年杭州、无锡、 镇江等城市都做过所在地段运河保护规划，这些数据是进行运河总体规划的有 益参考。京杭运河沿线共有1 8 个城市，这些城市的城市规划数据是开展运河规 划，解决运河保护与沿线城市发展矛盾的第一手资料。 ( 3 ) 考古挖掘 大运河的考古发掘工作的特殊性，一方面使它离不开传统的考古调查方 法，同时又要结合地球物理勘探与r s 、g p s 等新技术，因此大运河考古发掘工 作的数据需求即包含对传统考古发掘工作的数据的需求，也包括丌展新技术应 用对数据的需求。 中南人学硕十学位论文第一二章京杭运河文化遗产保护数据内窬及特点 综合传统程式化考古发掘流程和高新技术在考古学中的应用，归纳其数据 需求如下： 大运河遗产区域环境信息，包括气候、植被、动物、矿产、水源、