基于WebGIS的齊文化時空分布分析與系統設計

◆聞俏 劉聰 王少渤 逯躍鋒通訊作者，2 盧晶晶

（1.山東理工大學建筑工程學院山東 255049；2.中國科學院地理科學與資源研究所資源與環境信息系統國家重點實驗室北京 100101；3.北京點云環宇科技發展有限公司北京 102300）

1 引言

發源于山東中部的齊文化，是在傳承東夷原始文化中的龍山文化和大汶口文化的基礎上發展起來的，經過西周、春秋時期形成了獨具特色的地域文化[1]，在后期經過了戰國時期的繁榮、秦朝時的中衰、隋唐時期的停滯、近現代的復興等階段，逐漸成了中國傳統文化的重要組成部分[2]。齊文化和魯文化一直被當作齊魯文化這個整體概念進行研究，其實兩種文化各有自己的文化特色[3]。齊文化的形成是多種文化長期融合、交流的結果，最終形成了開放、多元、實干等特點的齊文化[4]。正確處理傳統與現代、歷史與現實的關系，合理繼承傳統，是新時期山東精神的落腳點和出發點[5]。

本文開發的基于 WebGIS的齊文化時空分布分析展示系統將齊文化與地圖服務、WebGIS技術相結合，以GIS特有的方式在Web端展示對齊文化的時空分布進行分析、展示，順應了人文社會潮流的發展，將傳統文化與現代文化產業相結合發展，對樹立民眾文化自信、協同推進中國夢的實現具有舉足輕重的作用[6]。

2 關鍵技術

2.1 時空分布分析方法

基于本文所建立的齊文化地理空間數據庫，對歷史文化遺址點圖層與河流緩沖區疊置分析用到射線算法[7]；文化遺址分布區與文化名人分布區進行疊置-求交運算，用到矢量多邊形拓撲疊置分析算法[8]。采用反距離權重插值法對齊文化流域內文化遺址、現代文化設施進行插值分析，從宏觀角度體現齊文化空間分布。

反距離權重插值法的數學表達式：

其中，是點（x0,y0）處的估計值，Qi是估計插值點與觀測點相對應的權重系數，n表示插值點的個數。權重系數Qi由以下公式得出[8]：

其中，n是已知觀測點的數量，f（dej）表示已知觀測點與插值點之間已知距離dej的權重函數，

其中，b為常數，當b取值為1時，得到反距離倒數插值，取值為2時，得到反距離倒數平方插值。

根據齊文化遺址與現代文化設施的空間位置，運用分布中心分析（公式（4））得到不同時期齊文化空間分布中心位置，運用標準距離分析（公式（5））得到標準距離，反映點要素在幾何平均中心點附近的集中或分散程度。

式中，n為點的數量；xi、yi分別為i點的X，Y坐標；μx、μy分別為平均中心點的X，Y坐標。ds為n個點相對于分布中心的標準距離。

3 時空分析展示平臺

3.1 系統總體架構

系統總體架構采用MVC結構，分為用戶界面（View）、業務邏輯層（Controller）和數據訪問層（Model）三個部分。采用MySQL數據庫作為數據存儲。

3.2 系統功能設計

本展示平臺利用Bootstrap前端框架對Web站點進行快速的開發與部署，同時使用ArcGIS API for JavaScript和OpenLayers中封裝好的方法調用ArcGIS Server REST API，同時實現用戶對底層數據庫查詢與更新操作。本平臺中功能實現全采用一鍵式觸發，操作簡單，功能設計如圖1所示。

圖1 平臺功能設計圖

3.3 數據庫設計

本平臺使用MySQL數據庫對空間地理數據進行存儲，它作為一款關系型數據庫管理系統，功能強大，反應速度較快。平臺中所收集數據類型多樣，通過建立柵格數據集和矢量數據集兩類格式用于管理數據，數據內容及結構如圖2所示。

圖2 數據庫內容及結構

4 系統主要功能實現

（1）地圖瀏覽功能

地圖瀏覽基本功能主要包括地圖縮放、漫游、圖層切換等功能。基于 GIS分析方法對地圖數據進行地圖服務的發布，在頁面中動態調用地圖服務數據。

（2）要素查詢功能

利用Ajax技術向服務器端發送異步請求，實現歷史事件、文化遺址、現代文化設施查詢功能，可根據興趣點查詢、框選、點緩沖區進行要素信息查詢，點擊查詢結果的要素，彈出字段信息。

（3）時間軸動畫功能

實現基于時空變化對歷史數據進行展示，動態地將齊國地域各時期事件時態數據按時間分布直觀展現于地圖中，如圖3所示。

圖3 時間軸動畫功能

（4）軌跡瀏覽功能

在設計地圖功能時，通過軌跡回放的方式，展現出人物或事件的變化發展過程。通過調用地圖服務，并實現動畫功能，同時進行線要素的繪制，并在繪制的線要素上實現運動的點要素進行軌跡的回放、開始、暫停的功能。人物軌跡回放動畫顯示效果如下圖4所示：

圖4 Web端播放軌跡回放動畫截圖

5 總結

為提高對齊文化宣傳力度，提高民眾對山東精神與齊文化相互融合的認知度，本系統在 WebGIS的各項技術的基礎上對所收集齊文化歷史數據與手繪素材進行分析展示，實現了要素查詢、時間軸動畫、軌跡回放動畫、時空分析專題圖展示等功能，增加了人機交互式功能，以GIS特有的方式在Web端展示齊文化特色。本系統開發的過程中所出現的紕漏或系統功能上的不完善是不可避免的，在后續的工作中將繼續修改完善。如何將傳統地域文化與其他學科合理的交叉結合運用，使學科之間相輔相成、相互發展，是后續工作中要考慮到的問題。